黑土地是保障国家粮食安全的“压舱石”和“稳压器”。传统施肥导致黑土地“变薄”“变瘦”“变硬”的问题日益突出。有机肥养分全面、肥效持久、碳源丰富，采用有机-无机肥混施是缓解黑土地“量减质退”趋势的核心措施之一。然而，土壤有机培肥存在氮、磷的遗留性面源污染隐患。坚持农田生态系统优先绿色发展，全面、系统地解析有机培肥黑土生态系统中氮、磷流失的发生过程与机制，是关系到耕地质量保育与水环境安全的重要科学问题。
聚焦黑土有机培肥耕地质量保育与面源污染防控关键科学问题，东北地理所水环境污染与防治团队依托吉林省杏木国家水土保持科技示范园，基于10年有机-无机肥混施非控制野外试验研究（混施质量比：0%、30%、60%和100%），探明了化肥减量配施有机肥土壤中碳、氮、磷的积累效应，以及地表径流中氮、磷的输出特征与污染负荷。结果表明，化肥减量配施有机肥提高了土壤微团聚体的黏连效应及其对土壤有机质的物理保护作用。同时，化肥减量配施有机肥提高了土壤微生物的丰度和功能酶的活性，促进了矿物结合态氮、磷的溶解，以及有机态氮、磷的矿化。基于黑土培肥地力与污染防控相协同的目标，化肥减量30%配施有机肥是适于东北黑土区的最佳有机-无机肥配施比例。与对照组（有机肥配施比0%）相比较，该处理组土壤有机碳（SOC）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）和速效磷（AP）的含量分别提高了18%、30%、570%和163%，地表径流中总磷（TP）浓度降低了55%。但是，化肥减量配施有机肥在一定程度上提高了地表径流中总氮（TN）的浓度，特别是化肥减量60%条件下，需重点关注氮素随地表径流流失的风险。
图 1 试验区概况图
图 2 化肥减量配施有机肥土壤有机碳、氮和磷的含量变化
图 3 化肥减量配施有机肥地表径流中氮和磷的浓度变化
相关成果发表在《Journal of Environmental Management》和《Applied Soil Ecology》上，由崔虎特别研究助理（第一作者）、欧洋副研究员（通讯作者）和祝惠研究员（通讯作者）等人共同完成。该研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目（42307085）、中国科学院创新交叉团队项目（JCTD-2020-14）、中国科学院青年创新促进会（Y2021068）和中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2023QNXZ04）的共同资助。
论文信息及链接如下：
Cui,H.,Zhu,H*.,Shutes,B.,Rousseau,A.N.,Feng,W.D.,Hou,S.N.,Ou,Y*.,Yan,B.X.,2023. Soil aggregate-driven changes in nutrient redistribution and microbial communities after 10-year organic fertilization. Journal of Environmental Management,348,119306. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119306.
Cui,H.,Shutes,B.,Hou,S.N.,Wang,X.Y.,Zhu H*.,2024. Long-term organic fertilization increases phosphorus content but reduces its release in soil aggregates. Applied Soil Ecology,203,105684. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105684.
