氮素是作物生长所必需的营养元素之一，施用氮肥是提高农作物产量、保证粮食安全必不可少的措施，但过量施用的氮肥增加了硝酸盐淋失、氮氧化物排放等活性氮损失，严重威胁水体及大气环境安全。紫色土农业生态系统是我国农业重要组成部分，集中分布在四川盆地丘陵区和三峡库区，是长江中上游地区最重要的耕地资源，化肥氮年施入量在300 kg·hm-2以上。长期大量施用化学氮肥而有机肥施用量不足时，土壤有机质含量降低，C、N等元素比例失调、活性氮损失增加。以秸杆还田和有机肥替代部分化学氮肥可重建农田土壤碳-氮耦联效应，促进微生物对外源氮的固持，但有机物添加对紫色土旱地活性氮损失的途径产生怎样的影响并不清楚。盐亭站朱波研究员团队通过设立长期定位施肥试验，采用大型lysimeter及静态箱法长年监测旱地N通过地表径流、壤中流及氮氧化物排放损失，系统研究了添加有机物对紫色土活性氮损失途径的影响，研究发现有机物增加了N2O排放量添加（添加猪粪肥对全球增温潜势提高了26-74%），同时降低了地表径流及壤中流通量，2016-2018年均N2O损失量在0.44-4.58 kgNha-1之间；TN流失量在8.3-27.6kgNha-1之间，其中颗粒态氮和硝态氮损失分别占13-19%和63-78%，硝酸盐淋失是紫色土旱地活性氮损失的主要途径（图2）。

 图2施肥管理对地表径流、壤中流及N2O氮素损失的影响

      此外通过分子生物学技术结合15N培养方法对添加有机肥降低硝酸盐损失的微生物学机理进行了研究，发现长期施用秸秆及猪粪等有机物提高了硝酸盐同化基因丰度及同化速率，铵态氮的同化又以底物竞争的方式抑制硝化作用，从而减少硝态氮形成；另一方面有机物添加显著提高了反硝化菌基因丰度及拷贝数,促进硝酸盐的反硝化作用，减少硝酸盐累积；研究还发现有机物特别是秸秆促进了硝酸盐的异化还原基因丰度及速率减少硝酸盐的累积，可增加铵态氮等不易损失形态氮在土壤中的持留。土地利用方式的不同显著影响氮素转化速率。与林地土壤相比，农业土壤自养硝化速率显著增加，铵同化速率显著降低。自养硝化速率与SOC及C/N呈显著负相关（图3），秸杆等有机物添加可通过提高土壤有机质降低土壤硝化，提高土铵态氮在土壤中持留，从而降低硝酸盐流失。

 图3土壤硝化速率与SOC、C/N、铵同化速率及硝酸盐浓度的关系

         上述成果论文发表于土壤学主流期刊Scientific Reports (2021,11(1):223),Agriculture, Ecosystems & Environment(302, 107086 DOI: 10.1016/j.agee.2020.107086), Atmosphere(2020, 11(6), 614;https://doi.org/10.3390/atmos11060614)。