昆明植物所揭示不同施肥策略对全球干旱地区温室气体排放的影响

　　全球干旱生态系统拥有约1/3的生物多样性保护热点区域，为28%的濒危物种提供栖息地，对气候变化和人类活动极其敏感。旱地生态系统土壤有机质贫瘠，养分流失十分快速，连续的农业耕种常常导致作物严重减产。因此，增施化肥成为提高旱地农作产量的方法。然而，旱作农业生态系统对温室气体排放的贡献一直被忽视。

　　二氧化碳(CO₂)、氧化亚氮(N₂O)和甲烷(CH₄)是与土壤-营养-气候反馈循环相关的三种农业温室气体。耕地因为肥料的施用贡献了全球一半以上的N₂O排放。为了应对粮食危机，农民将使用更多化肥来提高产量，导致温室气体排放量持续增加，但粮食产量不一定会增加。为了促进耕地和生态环境的可持续发展，必须采用“再生策略”，即将土地恢复目标与可持续作物或饲料产量相结合的方法。可再生有机资源的投入，特别是生物炭 (热解有机材料) 和肥料，可以抑制温室气体的排放率，同时也能提高作物的总体生产力。然而，关于可再生资源可以减少温室气体排放的有效性这一说法并没有统一的定论，所以其减少农业温室气体排放的最佳做法也处于不明确的状态。 

　　近日，中国科学院昆明植物研究所科研人员与来自巴基斯坦和尼泊尔的多位同行开展合作，基于PRISMA (系统性审查和meta分析的首选报告项目方法)对1990-2022年的40篇相关文献进行meta分析，利用对数响应比(lnRR) 进行效应大小统计，评估主要再生(肥料、生物炭和两种综合应用) 和无机肥料对温室气体排放的影响。 

　　结果表明，施用化肥或有机肥都会增加温室气体排放，而施用生物炭可减少温室气体排放，且在施用量为50 t ha^？1时效果最好。生物炭与释放二氧化碳和/或一氧化二氮的肥料结合使用也可以降低全球变暖潜势(GWP)，单独使用生物炭可使GWP降低144%。不同再生措施的气候效应受土壤类型的影响。就土壤理化性质来看，施用生物炭后，中性和酸性土壤的CO₂和N₂O排放量最高，碱性土壤的排放量最低。土壤碳氮比（C/N）影响了减少温室气体的最佳策略：高C/N的土壤应使用生物炭，低C/N的土壤应避免使用生物炭和化肥。 

　　该研究指出利用肥料的再生策略有将全球旱地转化为主要温室气体排放源的风险，而采用生物炭的策略可以减少旱地温室气体排放并将GWP最小化，这为不同旱地再生施肥策略的选择提供了科学指导。研究成果以Regenerative fertilization strategies for climate-smart agriculture: Consequences for greenhouse gas emissions from global drylands为题发表在环境科学与生态学领域TOP期刊Journal of Cleaner Production。中国科学院昆明植物研究所山地未来中心博士后Iqbal Shahid为论文的第一作者兼通讯作者，许建初研究员为共同作者。研究得到了云南省博士后定向培养基金 (EO3A581261)、中国科学院院长国际奖学金项目 (2021PB00094、2020FYC0003)、国家自然科学基金 (31861143002) 和云南省科技厅 (202101AS070045 )的支持。 

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图1 文中meta分析所用样点位置分布图。按五种施肥策略进行划分，饼图显示的是每种策略研究比例。 

图2 五种施肥策略对温室气体排放和全球变暖潜能(GWP)的作用。