减施氮肥下绿肥配施生物炭对旱地土壤氧化亚氮排放的影响

来源：中国土壤与肥料杂志2025年第6期北京时间：

作者：李冉，张愉乐，葛环宇，刘蕊，曹卫东，常单娜

单位：(1.山西农业大学资源环境学院，山西 晋中 030800;2.甘肃农业大学农学院，干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070;3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室，北京 100081)

摘要：氮肥投入、绿肥利用、添加生物炭均影响土壤氧化亚氮(N2O)排放，研究3种措施联合对土壤N2O排放的调控效应，为探索降低旱地土壤N2O排放提供参考。采用室内培养试验，设常规施氮(N100)、翻压绿肥减施30%化肥氮(N70＋CV)及其分别配施田菁炭(M1)、玉米炭(M2)、油菜炭(M3)、麦秆炭(M4)共6个处理，研究土壤化学性状、N2O排放量、硝化基因 (AOA-amoA、AOB-amoA)和反硝化基因(nirK、narG和nosZ)丰度。结果表明:相比N100处理，减氮及添加生物炭处理的N2O累积排放量降低31.2%～71.6%；相比N70+CV，M1、M2和M3处理的N2O累积排放量分别降低52.0%、43.5%和48.2%，M4处理增加16.6%。相比N100处理，N70＋CV及配施M1、M2和M3处理的可溶性有机碳(DOC)含量增加52.5%～209.1%，可溶性有机氮(DON)和硝态氮(NO3--N)含量分别降低97.0%～99.6%和97.7%～99.0%；N70＋CV处理的pH降低0.03，4个生物炭处理的pH增加0.03～0.07。相比N70+CV处理，M1、M2和M3处理的DOC含量分别增加29.1%、26.1%和102.6%，M4处理的DOC含量降低22.2%，M2和M3处理的铵态氮(NH4＋-N)含量分别降低53.2%和44.5%，M4处理的DON、NH4＋-N和NO3--N含量均无显著变化，此外，4种生物炭处理的pH增加0.06～0.10。相比N100处理，N70＋CV处理土壤硝化基因AOA-amoA、AOB-amoA丰度分别增加46.0%、388.4%，反硝化基因nirK、narG和nosZ丰度增加203.7%～452.4%，(nirK＋narG)/nosZ比值降低25.4%；相比N70+CV处理，M1、M2和M3处理的AOA-amoA丰度分别降低33.4%、33.1%和57.2%，4个生物炭处理的AOB-amoA丰度降低34.4%～92.9%。反硝化基因表现不一致，但(nirK＋narG)/nosZ的比值降低16.0%～62.3%。回归及相关性分析表明，(nirK＋narG)/nosZ的比值与N2O排放以及土壤NO3--N和DON含量呈正相关，与DOC含量呈负相关。综上，相比常规施氮处理，绿肥替代30%化肥氮处理降低了土壤N2O排放，配施田菁炭、玉米炭和油菜炭能进一步加强N2O的减排效应；其主要原因是通过调控土壤活性碳、氮含量，增强土壤反硝化过程。

关键词：绿肥;生物炭;N2O排放;氮转化基因

基金资助：基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD1700200)；国家绿肥产业技术体系(CARS-22)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1610132022013)；绿肥种质资源安全保存(192308690)；国家作物种质资源库绿肥分库运行服务(NCGRC-2023-19)；中国农业科学院科技创新工程。