氮肥是粮食安全的基石，但如何减少其损失、提升其长期有效性，是农业可持续发展的核心挑战。土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，高度调控氮（N）循环过程，然而，复杂的轮作系统对肥料氮和土壤氮周转的影响的信息有限，不同粒径大小的团聚体对肥料氮和土壤氮周转过程中发挥的功能尚不清楚。研究通过¹⁵N示踪技术阐明了土壤团聚体功能异质性作为长期肥料氮固持与稳定的关键机制。

近期，甘肃农业大学农学院高玉红教授团队完成的题为“Crop rotation-induced soil aggregate restructuring enhances fertilizer nitrogen retention on the Loess Plateau of China”的研究在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2026年8期正式发表。

该研究基于2013年在甘肃省定西市农业科学院试验基地开展的长期定位轮作试验。研究选取了胡麻→小麦→马铃薯→胡麻（FWPF）；小麦→胡麻→马铃薯→胡麻（WFPF）；小麦→马铃薯→小麦→胡麻（WPWF）与胡麻连作（FFFF）4个处理。轮作周期为4年，2013−2024年共完成3个轮作周期。

结果表明，＞2 mm团聚体对肥料氮的贫化作用（富集因子（Ef）：0.73−0.95）较全氮（Ef：0.93−1.00）更为显著；相反，小团聚体和微团聚体均表现出对肥料氮的富集作用（Ef：1.00−1.16）。至关重要的是，我们发现了团聚体在时间尺度上的功能分异：在作物收获后（伴随新的¹⁵N标记肥料施入），小团聚体优先固持新施用的氮肥（当季肥料氮），而在2024年未施¹⁵N标记肥料条件下，微团聚体则主导旧氮（上一年施用的肥料氮）稳定。最终，轮作通过重塑土壤团聚体结构强化了这一过程，显著增加了土壤氮库。与连作相比，轮作系统下肥料氮储量提升27.11%−111.68%，全氮储量增加2.94%−14.22%。

研究进一步发现作物种植期间肥料氮的减少比例高于土壤休闲期。因此，肥料氮的累计减少比例与作物种植期间的减少比例变化规律相似。在土壤休闲期，>2 mm团聚体中肥料氮的减少比例高于0.25–2 mm团聚体，而<0.25 mm团聚体的减少比例最低，表明该团聚体在休闲期具有最强的肥料氮富集能力。此外，所有处理下0.25−2 mm团聚体中肥料氮的减少比例均高于＞2 mm和＜0.25 mm团聚体，可能由于0.25−2 mm团聚体向植株供应氮素的能力较强。

综上，本研究基于进行了12年的轮作试验，结合¹⁵N示踪技术，系统揭示了不同轮作系统下土壤团聚体对肥料氮固持与周转的调控机制。研究发现，最初施入的肥料氮在0.25-2 mm团聚体中富集，但随着土壤团聚体周转过程中的“释旧迎新”效应，肥料氮转移并稳定至＜0.25 mm团聚体。轮作系统对土壤氮和肥料氮留存的积极作用，主要归因于其增强了团聚体对氮素的物理保护功能，并通过促进土壤团聚作用，维持了土壤氮素的长期留存与稳定。未来研究可进一步聚焦于作物生育期内根系活动驱动的团聚体形成动态，探索追肥时期与团聚体周转速率的匹配策略。

甘肃农业大学农学院高玉红教授为通讯作者。

Cite the article: Haidi Wang, Bin Yan, Xingkang Ma, Yuhong Gao, Zhengjun Cui, Bing Wu, Yifan Wang, Jing Han, Mingli Wan. 2026. Crop rotation-induced soil aggregate restructuring enhances fertilizer nitrogen retention on the Loess Plateau of China. Journal of Integrative Agriculture, 25(8): 3427-3439.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.12.061

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