生物有机肥助力温室蔬菜生产减排 N2O：微生物机制新解

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《Applied Soil Ecology》：Microbially mediated mechanisms underlie N 2O mitigation by bio-organic fertilizer in greenhouse vegetable production system

【字体：大中小】 时间：2025年04月22日 来源：Applied Soil Ecology 4.8

编辑推荐：

　　在温室蔬菜生产中，N2O 排放问题突出。研究人员开展了生物有机肥替代化肥对土壤 N2O 排放影响的研究。结果发现，OF 和 COF 处理分别使 N2O 排放减少 70.2% 和 32.3%。这为环保施肥策略提供了依据。

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研究背景

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在全球气候变化的大背景下，温室气体排放问题日益严峻。氧化亚氮（N₂O）作为第三大温室气体，其全球变暖潜能是二氧化碳（CO₂）的 273 倍（以 100 年时间尺度计算）。在中国，农田 N₂O 排放是重要来源，约占全球的 60%。而温室蔬菜生产系统，因其特殊的环境条件，成为农业 N₂O 排放的热点区域。

当前，中国温室农业面积达 470 万公顷，占全球的 80%。但温室蔬菜生产系统的土壤有着高施肥量、高种植强度、高温和高湿度的特点，这使得土壤 N₂O 排放加剧。减少温室蔬菜生产系统土壤的 N₂O 排放，对缓解全球变暖意义重大，是全球共同关注的课题。

以往研究中，施肥是影响温室土壤 N₂O 排放的主要人为因素之一。虽然用有机肥替代化肥被认为是可持续的做法，能改善土壤肥力、减轻环境负担，但不同类型农田（尤其是普通农田和温室土壤）施肥方式差异大，导致研究结果不一致。有的研究发现有机肥替代化肥会增加 N₂O 排放，而有的则发现会减少排放。而且，之前研究多关注非生物机制对 N₂O 排放的影响，对与 N₂O 产生和还原相关的氮循环功能基因的研究较少，特别是在温室蔬菜生产系统中。生物有机肥富含有益活性微生物，却鲜少有人探究其对土壤 N₂O 排放及相关氮循环功能基因的影响。所以，深入了解生物有机肥对温室蔬菜生产系统中与 N₂O 排放相关的功能微生物的作用机制，以及这些微生物之间的共生关系，对减少全球温室气体排放至关重要。

为了解决这些问题，沈阳农业大学的研究人员开展了一项为期 5 年（2019 - 2023 年）的田间实验，相关研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上。这项研究对推动环保施肥策略的发展意义重大，有望为温室蔬菜生产中的 N₂O 减排提供科学依据。

研究方法

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研究人员在沈阳农业大学试验田开展了 5 年定位田间试验，种植 “TMP976” 番茄品种。在研究过程中，采用了多种技术方法。通过监测不同处理下土壤温度和湿度的动态变化，了解环境因素对实验的影响。测定土壤化学性质，分析土壤中各类养分的含量变化。运用部分最小二乘法路径模型（PLS-PM），研究土壤 N₂O 排放与多种影响因素之间的相互作用关系。同时，对土壤微生物群落结构进行分析，探究不同处理下微生物的变化情况。

研究结果

土壤温度和湿度：平均土壤温度在 28.5°C - 32.2°C 之间，CK 处理的土壤温度最低。各处理土壤湿度呈不规则波动，番茄种植和追肥后出现明显峰值。在相同灌溉条件下，OF 处理的平均土壤湿度最高，有利于保持土壤水分、提高水分利用效率。
土壤化学性质：OF 和 COF 处理显著增加了土壤有机碳（SOC）和总氮（TN）含量。这是因为生物有机肥富含有机质，能增加土壤有机质含量，还为土壤微生物提供能量，促进微生物生长繁殖，进而推动不溶性养分转化为总养分。
对 N₂O 排放和土壤微生物群落结构的影响：与 CF 处理相比，OF 和 COF 处理分别使土壤 N₂O 排放减少 70.2% 和 32.3%。生物有机肥替代化肥降低了土壤中残留硝酸盐和溶解有机氮的水平，增强了与土壤同化硝酸盐还原和异化硝酸盐还原过程相关的功能基因的丰度。这些变化促进了硝酸盐氮向铵态氮的转化，减轻了土壤反硝化作用。此外，生物有机肥还显著降低了土壤反硝化微生物的活性，增加了土壤固氮基因的丰度，从而减少了 N₂O 排放。

研究结论与讨论

研究表明，在温室蔬菜种植系统中，生物有机肥替代化肥能显著减少土壤 N₂O 排放，降低施肥后排放的持续时间和强度。单独施用化肥会因提高土壤温度而促进土壤 N₂O 排放，而生物有机肥则通过降低残留硝酸盐和溶解有机氮（DON）含量减少反硝化作用。这一研究成果为温室蔬菜生产中采用生物有机肥替代化肥提供了有力的科学依据，有助于制定环保的施肥策略，对减少农业领域的 N₂O 排放、缓解全球气候变化具有重要意义。同时，研究也为进一步探究生物有机肥在改善土壤生态环境、提高作物产量和品质等方面的作用奠定了基础，未来可在此基础上开展更深入的研究。

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