Picarro | 免耕和適量施氮肥降低了華北平原半濕潤玉米農田土壤CO2排放

隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的不斷發(fā)展和人口的不斷增加，人類(lèi)對自然環(huán)境的影響也日益加劇。

其中，二氧化碳排放量已經(jīng)成為全球氣溫升高的主要原因之一。人類(lèi)活動(dòng)加劇，使得二氧化碳排放量不斷增加，導致全球氣溫不斷升高。這對農業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的影響。

當然，農業(yè)生產(chǎn)作為人類(lèi)活動(dòng)之一，對二氧化碳的排放也有一定影響。例如，農業(yè)生產(chǎn)中的化肥和農藥等化學(xué)物質(zhì)會(huì )導致二氧化碳排放量的變化。因此，農田管理措施也需要遵循環(huán)保理念，采取環(huán)保措施，減少對環(huán)境的污染，從而減少二氧化碳的排放。

來(lái)自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所的研究團隊在華北平原，就玉米田的耕種及管理對土壤CO₂排放的影響做了相關(guān)研究。

免耕和適量施氮肥降低了華北平原半濕潤玉米農田土壤CO₂排放

CO₂排放量加劇已致全球平均地表溫度較工業(yè)化水平增加了1.1℃，且根據未來(lái)長(cháng)期的CO₂排放預測，預計將繼續升高1.5℃或2℃。農業(yè)生產(chǎn)是最重要的CO₂排放源之一，占人為CO₂總排放量的23-30%，而適當的農田管理措施如免耕和施肥可大大減少CO₂排放。土壤CO₂排放是一個(gè)系統性問(wèn)題，與土壤理化和生物過(guò)程密切相關(guān)。以前的研究大多通過(guò)關(guān)注土壤特性或微生物活性來(lái)研究耕作方式和施氮肥對土壤CO₂排放的影響，很少有人系統地研究其綜合影響，這可能導致無(wú)法完全理解潛在機制。

為更好地了解耕作方式和施氮肥對玉米田中微生物介導的土壤CO₂排放的影響， 來(lái)自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所的研究團隊在山東禹城農田生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站（36°50′N(xiāo)，116°34′E），基于單作玉米田生長(cháng)季（7-10月）為期四年（2018-2021年）的連續原位觀(guān)測。通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)耕作方式（傳統耕作：CT和免耕NT）和兩個(gè)施氮率（中等施氮率：MN和高施氮率：HN）共4種處理下（CTHN，NTHN，CTMN，和NTMN）土壤物理性質(zhì)（土壤溫度、水分和容重）、化學(xué)性質(zhì)（土壤有機質(zhì)、總氮、土壤微生物量碳和氮）和生物學(xué)特性（土壤木質(zhì)素、、蛋白酶、脲酶活性、轉化酶活性），分析微生物群落結構、高通量測序和CO₂濃度（Picarro G2508氣體濃度分析儀）。旨在（1）量化土壤CO₂排放對農田實(shí)踐的響應，（2）表征微生物群落結構，以及（3）確定農業(yè)實(shí)踐影響CO₂排放的主要非生物和生物因素

【結果】

（a）相關(guān)性圖用于確定土壤特性與土壤CO₂排放量和產(chǎn)量之間的相對程度。熱圖用于描述土壤特性、產(chǎn)量、土壤CO₂排放量和主要細菌群落（b）或主要真菌群落（c）之間的相互作用

基于結構方程模型的土壤理化、生物學(xué)特性和真菌、細菌多樣性對土壤CO₂排放和玉米產(chǎn)量的影響

【結論】

NTMN（推薦模式）和CTHN（當地廣泛使用模式）分別表現出最低和最高的土壤累積CO₂排放量。研究表明，與CTHN相比，NTMN顯著(zhù)提高了玉米平均地上生物量（↑8.9%）和作物產(chǎn)量（↑8.5%），顯著(zhù)降低了土壤CO₂排放強度（↓＞43.4%），降低了真菌多樣性（↓0.7%）、細菌豐富度（↓3.4%）和細菌多樣性（↓0.3%）。與CT和HN相比，NT和MN抑制與C循環(huán)相關(guān)的代謝過(guò)程，并加強原核生物中的C固定途徑。NTMN顯著(zhù)減少土壤CO₂排放主要歸因于真菌和細菌多樣性的減少。相對于細菌，土壤真菌對本研究區土壤CO₂排放的影響更大。在NTMN處理中，實(shí)現CO₂減排和增產(chǎn)平衡的主要機制是降低土壤溫度，增加土壤水分和容重及減少土壤有機質(zhì)和增加微生物碳含量，通過(guò)減少土壤真菌和細菌底物和能量來(lái)源來(lái)抑制土壤轉位酶和蛋白酶的活性，從而降低真菌和細菌的多樣性，最終表現為土壤CO₂排放減少和產(chǎn)量增加?？偠灾?，相對于廣泛應用的CTHN模式，NTMN模式是一種生態(tài)友好型農田實(shí)踐，可減少土壤CO₂排放并增加作物產(chǎn)量。因此，應在玉米種植區推廣NTMN處理，以實(shí)現碳中和。在長(cháng)期尺度上，應進(jìn)一步研究其穩定性和有效性。

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