氮肥的過量施用導(dǎo)致農(nóng)田活性氮損失加劇,其中以氣體形式排放的氧化亞氮(N?O,一種強(qiáng)效溫室氣體),對(duì)氣候變化和臭氧層破壞具有重要影響。在全球范圍內(nèi),農(nóng)業(yè)源N?O排放約占人為排放總量的60%,中國(guó)作為氮肥使用大國(guó),面臨溫室氣體減排與糧食安全的雙重挑戰(zhàn)。當(dāng)前,有機(jī)物料與化學(xué)氮肥配施被廣泛認(rèn)為是提升土壤肥力和氮素利用效率的有效途徑。然而,傳統(tǒng)有機(jī)物料(如秸稈、糞肥)的施用常伴隨N?O排放的顯著增加。盡管硝化抑制劑(如雙氰胺—DCD)能夠有效抑制氮轉(zhuǎn)化過程中的N?O釋放,但其與高生物有效性的水溶性有機(jī)碳的協(xié)同效應(yīng)尚不明確。維生素C工業(yè)發(fā)酵的濃縮液(RAE)富含小分子有機(jī)酸,具有調(diào)控土壤微生物群落與碳氮循環(huán)的潛力,但其在氮肥增效與N?O減排方面的系統(tǒng)評(píng)估仍屬空白。因此,探究RAE與DCD的聯(lián)合施用效應(yīng),對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色增產(chǎn)與溫室氣體減排相協(xié)同具有重要意義。
土肥水高效利用與綠色肥料創(chuàng)新組群,通過田間試驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)估了RAE與DCD單獨(dú)及聯(lián)合施用對(duì)玉米產(chǎn)量、氮肥利用效率及N?O排放的影響。研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照處理相比,RAE單獨(dú)施用可提高玉米籽粒產(chǎn)量6.13–7.11%,使氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE)和氮肥偏生產(chǎn)力(PFP?)分別提高15.45–20.63%和5.63–7.53%。RAE與DCD聯(lián)合施用則表現(xiàn)出顯著的協(xié)同增效作用:玉米產(chǎn)量增幅達(dá)14.31–14.67%,NAE與PFP?分別提升36.70–37.93%與13.77–14.11%,其增幅遠(yuǎn)超兩者單獨(dú)效應(yīng)之和(DCD 使 NAE 和 PFPn 分別提高 12.24–15.01% 和 4.64–5.75%)。

圖1 RAE與DCD聯(lián)用在促進(jìn)玉米增產(chǎn)上起到“1+1>2”的效果。

表1 RAE與DCD聯(lián)用在氮素利用上的協(xié)同增效。
在環(huán)境效應(yīng)方面,RAE雖短期內(nèi)刺激土壤硝化與反硝化功能基因(AOB-amoA、narG、nirS)豐度上升,引起N?O排放通量的瞬時(shí)增加,但DCD的加入有效抑制生長(zhǎng)季內(nèi)單位產(chǎn)量N?O排放量(yield-scaled N2O emissions)的增加。相關(guān)機(jī)制研究表明,RAE通過提升土壤有機(jī)碳含量與固氮基因(nifH)豐度,增強(qiáng)了土壤氮素賦存與作物氮吸收能力,同時(shí)促進(jìn)玉米葉片抗壞血酸積累,優(yōu)化植株光合與氮代謝過程。本研究提出了“RAE促生+DCD控排”的接力調(diào)控策略,為解決維C工業(yè)有機(jī)廢棄物資源化利用、氮肥增效與溫室氣體減排的協(xié)同難題提供了理論與技術(shù)支撐。
上述成果以“Combined application of vitamin C industrial fermentation by-product and dicyandiamide (DCD) modifies nitrogen fertilizer utilization and nitrous oxide (N?O) emission in acid soil”為題,發(fā)表在《Industrial Crops & Products》(中國(guó)科學(xué)院分區(qū):一區(qū))。沈陽生態(tài)所高明夫助理研究員為第一作者,博士研究生姜美求為共同第一作者,徐慧研究員和楊偉超副研究員為通訊作者。本研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2024YFD1501400)和遼寧省自然科學(xué)基金(2024-BSBA-56)等項(xiàng)目的資助。




