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氮肥的过量施用导致农田活性氮损失加剧,其中以气体形式排放的氧化亚氮(N₂O,一种强效温室气体),对气候变化和臭氧层破坏具有重要影响。在全球范围内,农业源N₂O排放约占人为排放总量的60%,中国作为氮肥使用大国,面临温室气体减排与粮食安全的双重挑战。当前,有机物料与化学氮肥配施被广泛认为是提升土壤肥力和氮素利用效率的有效途径。然而,传统有机物料(如秸秆、粪肥)的施用常伴随N₂O排放的显著增加。尽管硝化抑制剂(如双氰胺—DCD)能够有效抑制氮转化过程中的N₂O释放,但其与高生物有效性的水溶性有机碳的协同效应尚不明确。维生素C工业发酵的浓缩液(RAE)富含小分子有机酸,具有调控土壤微生物群落与碳氮循环的潜力,但其在氮肥增效与N₂O减排方面的系统评估仍属空白。因此,探究RAE与DCD的联合施用效应,对于实现农业绿色增产与温室气体减排相协同具有重要意义。
土肥水高效利用与绿色肥料创新组群,通过田间试验系统评估了RAE与DCD单独及联合施用对玉米产量、氮肥利用效率及N₂O排放的影响。研究发现,与对照处理相比,RAE单独施用可提高玉米籽粒产量6.13–7.11%,使氮肥农学效率(NAE)和氮肥偏生产力(PFPₙ)分别提高15.45–20.63%和5.63–7.53%。RAE与DCD联合施用则表现出显著的协同增效作用:玉米产量增幅达14.31–14.67%,NAE与PFPₙ分别提升36.70–37.93%与13.77–14.11%,其增幅远超两者单独效应之和(DCD 使 NAE 和 PFPn 分别提高 12.24–15.01% 和 4.64–5.75%)。

图1RAE与DCD联用在促进玉米增产上起到“1+1>2”的效果。

表1RAE与DCD联用在氮素利用上的协同增效。
在环境效应方面,RAE虽短期内刺激土壤硝化与反硝化功能基因(AOB-amoA、narG、nirS)丰度上升,引起N₂O排放通量的瞬时增加,但DCD的加入有效抑制生长季内单位产量N₂O排放量(yield-scaled N₂O emissions)的增加。相关机制研究表明,RAE通过提升土壤有机碳含量与固氮基因(nifH)丰度,增强了土壤氮素赋存与作物氮吸收能力,同时促进玉米叶片抗坏血酸积累,优化植株光合与氮代谢过程。本研究提出了“RAE促生+DCD控排”的接力调控策略,为解决维C工业有机废弃物资源化利用、氮肥增效与温室气体减排的协同难题提供了理论与技术支撑。
上述成果以“Combined application of vitamin C industrial fermentation by-product and dicyandiamide (DCD) modifies nitrogen fertilizer utilization and nitrous oxide (N₂O) emission in acid soil”为题,发表在《Industrial Crops & Products》(中国科学院分区:一区)。沈阳生态所高明夫助理研究员为第一作者,博士研究生姜美求为共同第一作者,徐慧研究员和杨伟超副研究员为通讯作者。本研究受到国家重点研发计划项目(2024YFD1501400)和辽宁省自然科学基金(2024-BSBA-56)等项目的资助。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.122146
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