氮是作物生长的关键养分，但全球农田氮肥利用率普遍低于50%，大量氮素以温室气体排放和水体污染的形式流失，带来显著环境风险。相比旱地作物（如小麦、玉米），水稻系统氮肥利用率更低，其潜在原因在于土壤氮转化过程与作物氮吸收偏好之间的错配，但这一机制尚缺乏系统认识。

近期，海南大学南繁学院张金波教授团队与南京师范大学地理科学学院蔡祖聪教授团队完成的题为“Soil nitrogen dynamics regulate differential nitrogen uptake between rice and upland crops”的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）2026年1期正式发表。

该研究系统整合了全球136项研究、超过2000组实验数据，首次在全球尺度上将多种土壤氮转化过程与水稻、旱地作物的氮吸收策略进行联动分析，揭示了不同农田系统氮肥利用率分化的关键机制。

研究表明，稻田与旱地土壤氮转化过程存在显著差异。水稻土的氮矿化速率和自养硝化速率明显低于旱地土壤，而硝酸盐异化还原为铵（DNRA）过程更为活跃；相对而言，旱地土壤中氮矿化和自养硝化更强，有利于硝态氮的持续供给。在作物吸收策略方面，水稻显著偏好铵态氮，其铵态氮吸收速率高于旱地作物；而旱地作物对硝态氮依赖更强，其硝态氮吸收速率约为水稻的2倍以上。 

进一步分析发现，硝化过程是调控两类系统差异的关键环节。自养硝化通过降低土壤铵态氮比例，加剧了“土壤供硝”与“水稻喜铵”之间的错配；而异养硝化在旱地系统中可直接促进有机氮向硝态氮转化，从而增强作物氮吸收能力。由于长期淹水抑制氮矿化，同时硝化过程与水稻竞争铵态氮，稻田中作物优势氮源供应不足；硝化-反硝化耦合还进一步加剧了氮损失，导致水稻系统氮肥利用率偏低。

水稻土和旱地土壤氮转化速率的差异

研究指出，提升氮肥利用率的一个重要途径在于匹配作物氮偏好与土壤供氮形态，应针对不同农田类型实施差异化管理。例如，在硝化活跃的碱性稻田中，合理使用硝化抑制剂有助于维持铵态氮供给、促进水稻吸收；而在酸性稻田中，过度抑制硝化可能限制氮素有效供应。该研究为提高氮肥利用率、减少农业面源污染提供了重要理论依据。

论文通讯作者为海南大学南繁学院张金波教授和孟磊教授，第一作者系南京师范大学地理科学学院蔡祖聪教授团队2022级博士生陈沈鼎。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.03.014 

Cite the article: Shending Chen, Ahmed S. Elrys, Siwen Du, Wenyan Yang, Zucong Cai, Jinbo Zhang, Lei Meng, Christoph Müller. 2026. Soil nitrogen dynamics regulate differential nitrogen uptake between rice and upland crops. Journal of Integrative Agriculture, 25(1): 302-312.

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