近日，廈門大學環(huán)境與生態(tài)學院、福建省海陸界面生態(tài)環(huán)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(huán)研究方面取得新進展。相關成果發(fā)表于國際知名期刊《自然·通訊》。該研究聚焦地球系統(tǒng)氮失衡這一重大科學問題，通過整合全球數(shù)據(jù)與九龍江流域定位站長期觀測數(shù)據(jù)，首次揭示了全球農(nóng)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”?！?/p>

　　全球農(nóng)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(shù)氮素流失到環(huán)境中，引發(fā)地下水污染、水體富營養(yǎng)化、溫室氣體排放等環(huán)境問題。　　長期以來，氮素管理主要聚焦在表層0.3米以內(nèi)的土壤，通過控制施肥量、調(diào)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(jīng)之路，其內(nèi)部的生物地球化學過程長期未被充分關注?！　⊙芯繄F隊通過對全球農(nóng)田土壤剖面數(shù)據(jù)的整合分析，發(fā)現(xiàn)一個反?，F(xiàn)象：在深度約0.6米的農(nóng)田土壤，總氮含量出現(xiàn)一個“凸起”層，這與自然生態(tài)系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，硝化過程的底物（銨態(tài)氮）峰值位于0.30至0.75米深度，而產(chǎn)物（硝態(tài)氮）峰值則出現(xiàn)在更深的0.45至0.90米深度，且硝態(tài)氮呈現(xiàn)向下累積的趨勢。這種“底物在上，產(chǎn)物在下”的錯峰分布，無法僅用硝態(tài)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(nóng)田土壤該層位的參考特征深度?！?/p>

　　深入研究發(fā)現(xiàn)，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(xié)同作用的結果。植物根系形成的優(yōu)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(chuàng)造了富氧環(huán)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(tǒng)，將可溶性氮素輸送至此，并觸發(fā)硝化反應?！　∵@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?！?/p>

　　“增強硝化層”的發(fā)現(xiàn)從機制上闡明了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氮素流失的兩大環(huán)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(xiàn)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(chǎn)。其二，在降水或灌溉入滲作用下，該層位將相對穩(wěn)定的銨態(tài)氮轉化為容易向下淋洗的硝態(tài)氮，成為地下水硝酸鹽污染的重要來源?？梢哉f，“增強硝化層”是流域氮循環(huán)失衡的重要“引擎”?！?/p>

　　該研究為農(nóng)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(qū)）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(lián)合資助。（福建日報·新福建客戶端記者 李珂）