近日，厦门大学环境与生态学院、福建省海陆界面生态环境重点实验室陈能汪教授团队与香港大学罗新研究员团队合作，在流域氮循环研究方面取得新进展。相关成果发表于国际知名期刊《自然·通讯》。该研究聚焦地球系统氮失衡这一重大科学问题，通过整合全球数据与九龙江流域定位站长期观测数据，首次揭示了全球农田土壤约0．6米深处普遍存在一个“增强硝化层”（ENL），该层位是土壤酸化和地下水硝酸盐污染的“地下隐形引擎”。

全球农田每年施用氮肥超过1亿吨，但作物平均利用率仅约55％，近半数氮素流失到环境中，引发地下水污染、水体富营养化、温室气体排放等环境问题。  长期以来，氮素管理主要聚焦在表层0．3米以内的土壤，通过控制施肥量、调整施肥方式等措施提高作物吸收效率。然而，深层土壤是氮素向地下水迁移的必经之路，其内部的生物地球化学过程长期未被充分关注。  

研究团队通过对全球农田土壤剖面数据的整合分析，发现一个反常现象：在深度约0．6米的农田土壤，总氮含量出现一个“凸起”层，这与自然生态系统中土壤总氮含量随深度逐渐减少的趋势完全不同。该“凸起”程度与氮肥输入量呈正相关，提示该层位可能存在特殊的氮转化过程。

团队进一步分析土壤无机氮的垂直分布发现，硝化过程的底物（铵态氮）峰值位于0．30至0．75米深度，而产物（硝态氮）峰值则出现在更深的0．45至0．90米深度，且硝态氮呈现向下累积的趋势。这种“底物在上，产物在下”的错峰分布，无法仅用硝态氮随水下渗来解释，由此引出一个关键科学假说：在0．3至0．9米深度可能存在一个硝化作用显著增强的层位，研究团队将其命名为“增强硝化层”，其中0．6米可作为全球农田土壤该层位的参考特征深度。

深入研究发现，这一层位的形成并非偶然，而是根系通道、土壤结构、微生物群落、水文条件四个关键因子协同作用的结果。植物根系形成的优先通道为表层肥料向深层输送提供了物理路径；该深度恰好存在相对高砂含量的土层，透气性好，为硝化反应创造了富氧环境；氨氧化微生物在这一层位显著富集，构成了驱动氮素转化的“引擎”；降雨与灌溉等水分入渗过程激活这一系统，将可溶性氮素输送至此，并触发硝化反应。  这个“增强硝化层”形成机制，在福建省漳州市平和县九龙江枫埔溪小流域实验站为期三年的田间原位观测中得到了进一步验证。

“增强硝化层”的发现从机制上阐明了农业系统氮素流失的两大环境效应。其一，该层位硝化作用增强，释放大量氢离子，对应深度土壤pH值出现普遍下降。土壤酸化会严重影响作物根系生长，最终导致减产。其二，在降水或灌溉入渗作用下，该层位将相对稳定的铵态氮转化为容易向下淋洗的硝态氮，成为地下水硝酸盐污染的重要来源。可以说，“增强硝化层”是流域氮循环失衡的重要“引擎”。

该研究为农田氮素精细化管理提供了新的理论指导。未来需要将氮素管理的视野从地表扩展到地下，实施“地表＋深层”双重管理策略。该研究获得国家自然科学基金重点项目、青年科学基金项目（B类）、国际（地区）合作与交流项目、香港研究资助局研究基金和福建省水利科技项目的联合资助。