玉米秸秆覆盖还田配合免耕措施对提升东北黑土区氮肥利用效率，增强肥料氮素在土壤中的残留与长期稳定具有重要意义。残留肥料氮在土壤微观结构中的分布受到土壤团聚体形成与破碎过程的深刻影响。因此，了解不同粒径团聚体中残留肥料氮分布的时间动态特征对于探究氮肥在土壤微观结构中的稳定化过程与机制至关重要。然而，目前对于秸秆覆盖还田下土壤团聚体对残留肥料氮的长期固持与稳定过程的时效性尚不清楚。

基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所物质循环组依托辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站的¹⁵N同位素长期野外定位试验，分析了不同时间阶段土壤团聚体间¹⁵N标记氮肥（（¹⁵NH₄）₂SO₄）的分布动态，发现了秸秆覆盖下不同粒径团聚体在残留肥料氮固持过程中的功能异质性。结果表明：肥料源氮素的浓度随着团聚体粒径的减小逐渐降低（图1）。粉-黏粒组分（<53 µm）中残留肥料氮在1到5年间下降速度最快；大团聚体（2000-250 µm）是试验后期残留肥料氮周转的主要位点（图2），同时伴随着土壤总氮在该粒径团聚体中的富集。因此，大团聚体通过“吐固纳新”方式实现了土壤氮素稳定与周转过程的平衡。秸秆覆盖通过增强肥料氮在颗粒态有机质（POM）中的富集强化大团聚体对氮素的初始保留，并降低后期矿物结合态有机质（MAOM）中肥料氮的损失（图3）。因此，有机输入通过加强团聚体物理保护及矿物固持的双重作用提高肥料氮在土壤中的长期稳定性。

研究结果以“Time-dependent regulation of soil aggregates on fertilizer N retention and the influence of straw mulching” 为题于2024年8月发表在Soil Biology and Biochemistry期刊。中国科学院沈阳应用生态研究所博士研究生朱孟涛，助理研究员袁磊为共同第一作者，何红波研究员为通讯作者。周锋特别研究助理（中国科学院沈阳应用生态研究所）、马驷骢助理研究员（中国科学院东北地理与农业生态研究所）、张威副研究员（中国科学院沈阳应用生态研究所）、Anja Miltner研究员（德国赫姆霍兹环境研究中心）和张旭东研究员（中国科学院沈阳应用生态研究所）为本研究的共同合作者。该研究得到中国科学院先导专项和国家自然科学基金重点项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109551

图1肥料氮的浓度在土壤团聚体（a）（b）及大团聚体内组分（c）（d）间的时空动态分布。试验分别在第1，5，9，13年采样并进行团聚体分组。

图2 肥料源氮的下降比例在土壤团聚体尺度（a）（b）和大团聚体内组分（c）（d）。

图3 秸秆覆盖对团聚体尺度（a）和大团聚体内部组分（b）中肥料氮下降比例的影响。