廈大與港大團隊合作攻關，揭示農業氮素流失關鍵機制

來源:福建日報 2026-03-25 10:20 http://m.zlytsxxsbc.cn/

　　近日，廈門大學環境與生態學院、福建省海陸界面生態環境重點實驗室陳能汪教授團隊與香港大學羅新研究員團隊合作，在流域氮循環研究方面取得新進展。相關成果發表于國際知名期刊《自然·通訊》。該研究聚焦地球系統氮失衡這一重大科學問題，通過整合全球數據與九龍江流域定位站長期觀測數據，首次揭示了全球農田土壤約0.6米深處普遍存在一個“增強硝化層”（ENL），該層位是土壤酸化和地下水硝酸鹽污染的“地下隱形引擎”。　

　　全球農田每年施用氮肥超過1億噸，但作物平均利用率僅約55％，近半數氮素流失到環境中，引發地下水污染、水體富營養化、溫室氣體排放等環境問題。　　長期以來，氮素管理主要聚焦在表層0.3米以內的土壤，通過控制施肥量、調整施肥方式等措施提高作物吸收效率。然而，深層土壤是氮素向地下水遷移的必經之路，其內部的生物地球化學過程長期未被充分關注。　　研究團隊通過對全球農田土壤剖面數據的整合分析，發現一個反常現象：在深度約0.6米的農田土壤，總氮含量出現一個“凸起”層，這與自然生態系統中土壤總氮含量隨深度逐漸減少的趨勢完全不同。該“凸起”程度與氮肥輸入量呈正相關，提示該層位可能存在特殊的氮轉化過程。　

　　團隊進一步分析土壤無機氮的垂直分布發現，硝化過程的底物（銨態氮）峰值位于0.30至0.75米深度，而產物（硝態氮）峰值則出現在更深的0.45至0.90米深度，且硝態氮呈現向下累積的趨勢。這種“底物在上，產物在下”的錯峰分布，無法僅用硝態氮隨水下滲來解釋，由此引出一個關鍵科學假說：在0.3至0.9米深度可能存在一個硝化作用顯著增強的層位，研究團隊將其命名為“增強硝化層”，其中0.6米可作為全球農田土壤該層位的參考特征深度。　

　　深入研究發現，這一層位的形成并非偶然，而是根系通道、土壤結構、微生物群落、水文條件四個關鍵因子協同作用的結果。植物根系形成的優先通道為表層肥料向深層輸送提供了物理路徑；該深度恰好存在相對高砂含量的土層，透氣性好，為硝化反應創造了富氧環境；氨氧化微生物在這一層位顯著富集，構成了驅動氮素轉化的“引擎”；降雨與灌溉等水分入滲過程激活這一系統，將可溶性氮素輸送至此，并觸發硝化反應。　　這個“增強硝化層”形成機制，在福建省漳州市平和縣九龍江楓埔溪小流域實驗站為期三年的田間原位觀測中得到了進一步驗證。　

　　“增強硝化層”的發現從機制上闡明了農業系統氮素流失的兩大環境效應。其一，該層位硝化作用增強，釋放大量氫離子，對應深度土壤pH值出現普遍下降。土壤酸化會嚴重影響作物根系生長，最終導致減產。其二，在降水或灌溉入滲作用下，該層位將相對穩定的銨態氮轉化為容易向下淋洗的硝態氮，成為地下水硝酸鹽污染的重要來源。可以說，“增強硝化層”是流域氮循環失衡的重要“引擎”。　

　　該研究為農田氮素精細化管理提供了新的理論指導。未來需要將氮素管理的視野從地表擴展到地下，實施“地表＋深層”雙重管理策略。該研究獲得國家自然科學基金重點項目、青年科學基金項目（B類）、國際（地區）合作與交流項目、香港研究資助局研究基金和福建省水利科技項目的聯合資助。（福建日報·新福建客戶端記者李珂）

原標題：廈大與港大團隊合作攻關，揭示農業氮素流失關鍵機制

責任編輯：方迪