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

隨著人類社會的不斷發(fā)展和人口的不斷增加，人類對自然環(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。人類活動加劇，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)作為人類活動之一，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物質會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。

來自中國科學院地理科學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(jù)未來長期的CO₂排放預測，預計將繼續(xù)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?shù)霓r田管理措施如免耕和施肥可大大減少CO₂排放。土壤CO₂排放是一個系統(tǒng)性問題，與土壤理化和生物過程密切相關。以前的研究大多通過關注土壤特性或微生物活性來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(tǒng)地研究其綜合影響，這可能導致無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， 來自中國科學院地理科學與資源研究所的研究團隊在山東禹城農田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站（36°50′N，116°34′E），基于單作玉米田生長季（7-10月）為期四年（2018-2021年）的連續(xù)原位觀測。通過測量兩個耕作方式（傳統(tǒng)耕作：CT和免耕NT）和兩個施氮率（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（土壤溫度、水分和容重）、化學性質（土壤有機質、總氮、土壤微生物量碳和氮）和生物學特性（土壤木質素、、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排放對農田實踐的響應，（2）表征微生物群落結構，以及（3）確定農業(yè)實踐影響CO₂排放的主要非生物和生物因素

【結果】

（a）相關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?shù)貜V泛使用模式）分別表現(xiàn)出最低和最高的土壤累積CO₂排放量。研究表明，與CTHN相比，NTMN顯著提高了玉米平均地上生物量（↑8.9%）和作物產(chǎn)量（↑8.5%），顯著降低了土壤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)相關的代謝過程，并加強原核生物中的C固定途徑。NTMN顯著減少土壤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(qū)土壤CO₂排放的影響更大。在NTMN處理中，實現(xiàn)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和增加微生物碳含量，通過減少土壤真菌和細菌底物和能量來源來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(xiàn)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(qū)推廣NTMN處理，以實現(xiàn)碳中和。在長期尺度上，應進一步研究其穩(wěn)定性和有效性。

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