作物氮利用效率（NUE，Nitrogen Use Efficiency）是指肥料中氮元素被作物吸收利用的比例，是評(píng)價(jià)農(nóng)田氮投入資源利用效率和環(huán)境影響一個(gè)重要指標(biāo)，被科研人員、政府決策者、肥料企業(yè)和農(nóng)戶等廣泛使用。然而，NUE雖然定義簡單，但卻并不容易直接量化。不同的人員往往根據(jù)自身不同需要和便利條件采用不同的量化方法，得到的結(jié)果差異較大。例如，我國糧食作物NUE平均水平被普遍認(rèn)為在30%左右，而最近的研究顯示NUE卻達(dá)60%以上。不同量化方法間的差異導(dǎo)致不同研究間缺乏可比性，不利于農(nóng)田氮循環(huán)的理解、田間氮肥的管理和政府決策的制定。
為了解決這一問題，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與美國馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究中心阿巴拉契亞實(shí)驗(yàn)室合作，系統(tǒng)梳理了三種常用的NUE量化方法的科學(xué)內(nèi)涵、差異原因和潛在聯(lián)系（圖1，2）。首先，該研究給出了差減法（NUEdiff）、15N同位素示蹤法（簡稱示蹤法，NUE15N）和生態(tài)系統(tǒng)氮收支平衡法（簡稱平衡法，NUEbala）三種量化方法的概念、內(nèi)在假設(shè)和應(yīng)用尺度。差減法根據(jù)施氮和不施氮兩個(gè)處理的作物氮吸收量差異來量化作物氮利用效率，計(jì)算公式為：NUEdiff = (施氮處理作物氮吸收量 - 不施氮處理作物氮吸收量) / 肥料氮投入量 100%。示蹤法根據(jù)15N標(biāo)記氮在作物收獲部分的回收比例來量化作物氮利用效率，計(jì)算公式為：NUE15N = (作物氮吸收量 作物吸收來自標(biāo)記氮的比例) / 肥料氮投入量 100%。平衡法是指作物氮吸收量占總氮投入量的比例，計(jì)算公式為：NUEbala = 作物氮吸收量 / 總氮投入量 100%。該研究進(jìn)一步指出導(dǎo)致三種NUE量化結(jié)果差異的原因：一是對(duì)氮投入的定義不同，其中差減法和示蹤法僅針對(duì)肥料氮投入，平衡法針對(duì)所有氮投入，包括來自大氣沉降的氮輸入；二是對(duì)氮投入“土壤殘留效應(yīng)”（即殘留在土壤的肥料氮對(duì)后季作物氮吸收的貢獻(xiàn)）的涵蓋范圍不同，差減法和示蹤法不涉及或較少涉及土壤殘留效應(yīng)，而平衡法則主要涉及了土壤殘留效應(yīng)。之后，該研究以全國尺度的農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)和田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，采用差減法、示蹤法和平衡法量化了我國糧食作物的氮利用效率，結(jié)果分別為32%、30%和52%，并以此為例演示了三種方法之間的差異和聯(lián)系（圖2）。最后，該研究總結(jié)了不同NUE量化方法的優(yōu)缺點(diǎn)，建議相關(guān)人員根據(jù)不同需要和目的選用恰當(dāng)?shù)牧炕椒?，在比較時(shí)需采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以增加可比性。
2021年4月21日，該研究以“Different quantification approaches for nitrogen use efficiency lead to divergent estimates with varying advantages”為題發(fā)表在Nature Food上。沈陽生態(tài)所助理研究員全智為該文第一作者，馬里蘭大學(xué)Zhang Xin助理教授和沈陽生態(tài)所方運(yùn)霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的資助。
