在畜牧業(yè)，特別是牧草系統(tǒng)中，氮肥是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵投入。然而，其生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程會(huì)向環(huán)境釋放強(qiáng)效溫室氣體N₂O（其增溫潛勢(shì)是CO₂的273倍）和NH₃，造成嚴(yán)重的環(huán)境和氣候變化壓力。隨著全球?qū)�減少溫室氣體排放、改善水質(zhì)的呼聲日益高漲，如何降低對(duì)化學(xué)氮肥的依賴，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)亟待解決的重大課題。在此背景下，土壤有機(jī)質(zhì)礦化釋放的氮和豆科植物（如白三葉）的生物固氮（BNF）這兩種自然、可持續(xù)的氮源，其價(jià)值在過去的高強(qiáng)度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被嚴(yán)重低估。為了在未來實(shí)現(xiàn)環(huán)境目標(biāo)的同時(shí)維持生產(chǎn)水平，準(zhǔn)確量化這些自然氮源在不同條件下的供應(yīng)潛力至關(guān)重要。近期發(fā)表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》上的一項(xiàng)研究，為我們深入了解這一問題提供了寶貴的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)。

該研究旨在量化在兩種截然不同的土壤和氣候條件下，不施用任何外部氮肥（零氮輸入）時(shí)，單一多年生黑麥草草地與草-白三葉混播草地的牧草氮吸收，從而間接評(píng)估土壤氮礦化和生物固氮的貢獻(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)在愛爾蘭南部的兩個(gè)地點(diǎn)（Clonakilty 和 Moorepark）建立了零氮小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)設(shè)置在已放牧的單一草地或混播草地中，整個(gè)研究期間不施任何化學(xué)或有機(jī)氮肥，也不進(jìn)行放牧。研究的關(guān)鍵方法包括在奶牛輪牧的同時(shí)同步測定草地產(chǎn)量，通過Leco氮分析儀測定植物氮含量以計(jì)算氮產(chǎn)量，并利用¹⁵N自然豐度法及差值法來量化白三葉的生物固氮量，同時(shí)持續(xù)監(jiān)測天氣數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模分析。

牧草產(chǎn)量：研究發(fā)現(xiàn)，在零氮條件下，草-白三葉混播小區(qū)的年總牧草產(chǎn)量（10,166 kg 干物質(zhì)/公頃）和氮產(chǎn)量均顯著高于單一草地小區(qū)（7,682 kg 干物質(zhì)/公頃）。混播草地中，白三葉的平均含量為28.8%。

氮產(chǎn)量與生物固氮：草-白三葉混播的零氮小區(qū)擁有更高的氮產(chǎn)量。通過差值法計(jì)算得出，三葉草貢獻(xiàn)了額外的99 kg N/ha/年。通過¹⁵N自然豐度法測量的結(jié)果也證實(shí)了相近的固氮水平。研究發(fā)現(xiàn)，氮的日產(chǎn)量呈現(xiàn)季節(jié)性變化，單一草地依賴于土壤氮礦化，其供應(yīng)在夏季因土壤水分虧缺而減少；而混播草地在夏季則獲得了來自三葉生物固氮的補(bǔ)充，使得總氮供應(yīng)更加平穩(wěn)。

氮礦化對(duì)氮產(chǎn)量的重要貢獻(xiàn)：在土壤有機(jī)質(zhì)含量為8%的沙壤土/壤土中，單一草地的零氮小區(qū)每年從土壤有機(jī)質(zhì)中吸收了185 kg N/ha。這表明，即使不施肥，土壤背景氮礦化也是一個(gè)巨大的氮源。然而，其供應(yīng)在夏季會(huì)下降，這凸顯了在單一草場系統(tǒng)中，夏季維持高產(chǎn)仍高度依賴氮肥。

生物固氮帶來的額外氮收益：在零氮條件下，白三葉通過生物固氮平均貢獻(xiàn)了99 kg N/ha/年。在整個(gè)生長季，固氮量從初春的低水平（3.92 kg N/ha）增加到8月份的高峰（20.92 kg N/ha）。這為在化學(xué)氮肥施用受限的情況下，維持草地生產(chǎn)力提供了一條重要途徑。但研究也指出，當(dāng)施用人工氮肥時(shí)，生物固氮量可能會(huì)減少。

精確氮肥施用的潛力：該研究量化出的氮礦化與生物固氮的季節(jié)性供應(yīng)曲線，為未來實(shí)現(xiàn)精確氮肥管理奠定了基礎(chǔ)。精確施肥需要綜合考慮土壤肥力、天氣、土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量以及三葉草含量等多種因素，以更準(zhǔn)確地估算植物可利用氮的總量，從而在最需要的時(shí)期補(bǔ)充氮肥，最大化氮回收率，減少因過量施肥造成的氮損失，提高氮利用效率。

本研究在零氮條件下，量化了單一草地與草-白三葉混播草地中，來自土壤氮礦化和三葉草生物固氮的氮吸收量及其季節(jié)供應(yīng)模式。在有機(jī)質(zhì)含量為8%的沙壤土/壤土中，單一草地每年從土壤氮庫中吸收了185 kg N/ha。混播草地則額外獲得了99 kg N/ha，這部分氮主要來源于三葉草的生物固氮，且其供應(yīng)量隨著三葉草含量的季節(jié)變化而增加，在夏季土壤氮礦化供應(yīng)不足時(shí)起到了關(guān)鍵補(bǔ)充作用。

這項(xiàng)研究的意義在于，它首次在溫帶放牧系統(tǒng)的實(shí)際田間條件下，系統(tǒng)性地量化了兩種主要自然氮源的貢獻(xiàn)，并描繪了其季節(jié)動(dòng)態(tài)。這不僅加深了我們對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的理解，更重要的是為農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供了直接的數(shù)據(jù)支持。研究結(jié)果表明，通過合理利用豆科植物（如白三葉）進(jìn)行生物固氮，可以顯著減少對(duì)化學(xué)氮肥的依賴，尤其是在生長旺季。這為制定更精準(zhǔn)的氮肥管理策略、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境足跡、同時(shí)維持甚至提高草地產(chǎn)量提供了科學(xué)依據(jù)。盡管要完全實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥仍需更多數(shù)據(jù)和研究，但本研究無疑為可持續(xù)集約化草地管理指明了方向，是應(yīng)對(duì)未來環(huán)境挑戰(zhàn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的關(guān)鍵一步。