我校农学院郝兴宇教授课题组在农业应对气候变化领域取得新进展-山西农业大学新闻网

近日，我校农学院旱作栽培团队（高志强教授领衔）气候变化对农业影响课题组（郝兴宇教授为课题负责人）继四月份在Journal of Hazardous Materials（影响因子14.224，中科院1区Top）和Agricultural and Forest Meteorology（影响因子6.424，中科院1区Top）发表最新成果后，又分别在Science of the Total Environment（影响因子10.754，中科院1区Top）和Plant and Soil（影响因子4.993，中科院2区Top）发表了题为“Trade-offs between wheat soil N₂O emissions and C sequestration under straw return, elevated CO₂concentration, and elevated temperature”和“Effects of controlled-release fertilizer on N₂O emissions in wheat under elevated CO₂concentration and temperature”的研究论文。

工业革命以来，人类活动造成大气CO₂、N₂O等温室气体不断增加，而温室气体的增加又造成了全球气温升高，且这一趋势还将继续。N₂O是主要的农业源温室气体，未来气候变化下农田N₂O减排措施的探索可为未来气候变化下农业减排提供依据。

图1 大气CO₂浓度和温度升高条件下秸秆还田对麦田N₂O排放的影响

图2 各变量对麦田N₂O排放影响的路径模型分析

N₂O是一种长期存在的强效温室气体，其全球变暖潜能值约为CO₂的300倍。据估计，约77%的人为N₂O排放来自农业土壤，因此农业生态系统排放的N₂O对全球气候变化有很大影响。

小麦生态系统中，土壤N₂O排放、秸秆管理和未来气候变化背景之间的反馈关系尚不清楚，有待深入研究。本研究表明，与环境条件相比，单一升高CO₂浓度或升高温度下麦田N₂O排放减少了41% ~ 46%。与秸秆不还田相比，秸秆还田通过增加土壤C、N底物和反硝化基因丰度，显著提高了麦田N₂O排放31% ~ 109%。此外，秸秆还田对N₂O排放的影响大于CO₂浓度升高或温度升高的影响。秸秆还田通过增加土壤有机碳固存量和籽粒产量，总体上减少了净全球变暖潜势和温室气体强度。在未来变暖、CO₂浓度升高的气候条件下，秸秆还田会刺激小麦种植系统土壤N₂O排放，但更大程度上增加了籽粒产量和土壤有机碳固存。总而言之，秸秆还田有利于减缓气候变化，其中秸秆掺入比秸秆覆盖更有效。这将有利于理解未来CO₂浓度和气温升高下秸秆还田对麦田温室气体排放的影响机制，为未来气候变化下秸秆还田固碳减排措施提供理论依据。

我校农学院在读博士研究生杨净为论文第一作者，通讯作者为李萍教授，该课题组郝兴宇教授、宗毓铮教授、王爱萍副教授、张东升副教授、史鑫蕊博士，墨尔本大学Shu Kee Lam博士参与了本项研究。本研究得到国家自然科学基金面上项目（31971773）、山西省留学人员科学活动择优资助项目（20210041, 20220017）、中央引导地方科技发展基金项目（YDZJSX2022A041）、山西省基础研究计划自然科学研究项目（20210302123398）和山西省基础研究计划青年科学项目（20210302124656）的资助。

论文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164508

图3 气候变化和缓释氮肥（CRF）对拔节期冬小麦N₂O排放的影响

农业生态系统排放的N₂O对全球变暖和气候变化有很大影响。施用缓释氮肥可以减少温室气体排放。然而，在气候变化背景下施用缓释氮肥，与N₂O排放相关的氮功能基因变化模式鲜有报道，有待深入研究。我们发现，在小麦生长季，N₂O的累积排放量为0.39 ~ 1.65 kg·ha⁻¹，占总氮输入量的0.54% ~ 2.29%。在拔节期，N₂O排放与氨氧化细菌（AOB）呈显著正相关。与普通尿素相比，施用缓释氮肥使N₂O排放显著减少了29 ~ 66%，这是由于AOB丰度降低以及拔节期亚硝酸还原酶活性受到抑制。与环境CO₂浓度相比，CO₂浓度升高使N₂O排放显著减少了30 ~ 50%，这可能与硝化和反硝化群落受到抑制有关。在施用缓释氮肥条件下，升高温度通过增加小麦土壤中的氮矿化显著增加N₂O排放，除此之外，升高温度还增加了拔节期小麦土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度。此外，CO₂浓度升高和升高温度对N₂O排放具有拮抗作用。在气候变化情景下，缓释氮肥对小麦产量没有显著影响。缓释氮肥可减少气候变化下的小麦土壤N₂O的累积排放。这将有助于理解未来大气CO₂浓度和气温升高下缓释氮肥对麦田温室气体排放的影响机制，为未来农业适应和减缓气候变化政策制定提供理论依据。

我校农学院在读博士研究生刘琪为论文第一作者，通信作者为李萍教授，该课题组郝兴宇教授、宗毓铮教授、张东升副教授、史鑫蕊博士、2021届硕士研究生刘亚静（已毕业），中国农业大学宋春旭副教授参与了本研究工作。本论文得到国家自然科学基金面上项目（31971773）、山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室自主研发项目（No. 202105D121008-3-7）、山西省留学人员科技活动择优资助项目（20210041）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-05972-1