133 / 2023-10-24 11:22:54

施用沼渣或沼渣生物炭对菜地土壤的蔬菜产量及N2O排放的影响研究

沼渣，沼渣生物炭，蔬菜产量，N20

人口的增长和健康指南建议的每日蔬菜摄入量的增加推动了对蔬菜的更高需求，这促使化肥的应用成为提高蔬菜产量的重要农业实践。在全球范围内，农业系统约4%的人为氮输入被释放到环境中，并引发了氮污染，尤其是在对化肥需求量大的蔬菜土壤中。一氧化二氮（N₂O）由于其辐射效应和高全球变暖潜力，是过度施肥产生的主要温室气体（IPCC，2014）。因此，在不影响蔬菜产量的情况下减少化肥的施用，从而减少温室气体排放，是一项关键挑战。

有机肥作为一种高肥力的缓释肥料，与无机化肥相结合，可以有效提高土壤肥力，降低化肥的施用率，对管理土壤物理条件和微生物也有重要作用。通常，有机肥料主要包括秸秆、牲畜粪便和工业中营养含量高的副产品）。其中，沼渣（BR）是厌氧发酵技术的副产品，由于产量高、营养成分高，被广泛用作有机肥料；并已被证明能促进作物生长，部分甚至接近氮肥施用水平。另一方面，沼渣型生物炭（BRC）可以改变土壤的物理化学性质，释放固有的营养物质，改变土壤中营养物质和微生物群落的种类，从而改善营养循环和作物产量。此外，施用BR和BRC会将大量的代谢碳、矿质氮和水带入土壤，通常有利于硝化和反硝化作用。然而，BR和BRC的输入也会影响土壤pH，它们之间的差异——携带的营养物质和有毒物质的可用性也可能影响与氮循环相关的微生物的活性和相关基因的表达。BR和BRC的投入可能直接或间接影响N₂O生产的微生物过程，但目前还没有系统研究比较BR和BRC对N₂O和作物产量的微生物机制和差异效应。

基于此，本研究开展了沼渣和沼渣型生物炭的盆栽实验，运用分子生物学技术和氮循环功能及其相关功能微生物菌群动态变化的耦合机制，并探讨了沼渣和沼渣型生物炭对于菜地土壤的蔬菜产量和N₂O排放的影响机制。研究结果发现，加上施用BRC增加了土壤C含量和土壤N含量，表明用BR和BRC都能够有效替代化肥可以维持作物产量，同时降低细菌和真菌硝化反硝化产生的N₂O潜力，但是两者的影响途径和程度存在明显差异。这项工作为BR和BRC作为高效氮肥的应用提供了理论依据，并提出需要更多地关注蔬菜土壤中真菌相关的反硝化N₂O产生潜力。

人口的增长和健康指南建议的每日蔬菜摄入量的增加推动了对蔬菜的更高需求，这促使化肥的应用成为提高蔬菜产量的重要农业实践。在全球范围内，农业系统约4%的人为氮输入被释放到环境中，并引发了氮污染，尤其是在对化肥需求量大的蔬菜土壤中。一氧化二氮（N₂O）由于其辐射效应和高全球变暖潜力，是过度施肥产生的主要温室气体（IPCC，2014）。因此，在不影响蔬菜产量的情况下减少化肥的施用，从而减少温室气体排放，是一项关键挑战。

有机肥作为一种高肥力的缓释肥料，与无机化肥相结合，可以有效提高土壤肥力，降低化肥的施用率，对管理土壤物理条件和微生物也有重要作用。通常，有机肥料主要包括秸秆、牲畜粪便和工业中营养含量高的副产品）。其中，沼渣（BR）是厌氧发酵技术的副产品，由于产量高、营养成分高，被广泛用作有机肥料；并已被证明能促进作物生长，部分甚至接近氮肥施用水平。另一方面，沼渣型生物炭（BRC）可以改变土壤的物理化学性质，释放固有的营养物质，改变土壤中营养物质和微生物群落的种类，从而改善营养循环和作物产量。此外，施用BR和BRC会将大量的代谢碳、矿质氮和水带入土壤，通常有利于硝化和反硝化作用。然而，BR和BRC的输入也会影响土壤pH，它们之间的差异——携带的营养物质和有毒物质的可用性也可能影响与氮循环相关的微生物的活性和相关基因的表达。BR和BRC的投入可能直接或间接影响N₂O生产的微生物过程，但目前还没有系统研究比较BR和BRC对N₂O和作物产量的微生物机制和差异效应。

基于此，本研究开展了沼渣和沼渣型生物炭的盆栽实验，运用分子生物学技术和氮循环功能及其相关功能微生物菌群动态变化的耦合机制，并探讨了沼渣和沼渣型生物炭对于菜地土壤的蔬菜产量和N₂O排放的影响机制。研究结果发现，加上施用BRC增加了土壤C含量和土壤N含量，表明用BR和BRC都能够有效替代化肥可以维持作物产量，同时降低细菌和真菌硝化反硝化产生的N₂O潜力，但是两者的影响途径和程度存在明显差异。这项工作为BR和BRC作为高效氮肥的应用提供了理论依据，并提出需要更多地关注蔬菜土壤中真菌相关的反硝化N₂O产生潜力。