历史遗留效应导致 N2O 排放因子被低估：重新评估全球农田排放

为解决 IPCC 一级方法中忽视历史施肥遗留效应导致 N2O 排放因子（EFs）估算不准确的问题，研究人员开展 “遗留效应导致 N2O 排放因子系统性低估” 的研究。结果显示 EFs 随时间增加，全球 EFs 和农田肥料诱导的 N2O 排放比 IPCC 估算高约 110%，强调长期实验的重要性。

　　在全球气候变暖的大背景下，温室气体排放问题备受关注。氧化亚氮（N₂O）作为一种重要的温室气体，其全球变暖潜能约是二氧化碳（CO₂）的 300 倍，还对平流层臭氧有破坏作用。农业土壤贡献了约 52% 的全球人为 N₂O 排放，主要源于氮肥的使用。目前，区域和全球 N₂O 排放常通过排放因子（EFs）来估算，IPCC 一级方法中默认的全球 EFs 值，是基于短期实地测量得出的，但这些测量忽略了历史施肥的遗留效应。这就好比用一把不准确的尺子去衡量物体长度，得到的结果自然存在偏差。那么，历史施肥的遗留效应究竟对 N₂O 排放有多大影响？现有的 EFs 估算是否真的可靠？为了解决这些疑问，南京农业大学等多家机构的研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员综合运用实验方法和数据合成技术来探究原位 EFs 估算是否会随时间变化。数据合成方面，他们更新了全球 N₂O EF 观测数据集，通过 Web of Science 检索期刊文章，筛选出符合条件的田间实验研究。针对长期和短期实验数据数量不平衡的问题，采用配对方法减少实验间差异对结果的影响。在田间实验中，选取中国三种主要农作物（玉米、小麦和水稻）的长期施肥实验田，设置长期不施氮肥（-N -N）、短期不施氮肥（+N -N）和长期施氮肥（+N +N）三种处理，同时测量不同处理下的 N₂O 通量、土壤碳氮有效性、pH 以及与 N₂O 产生相关的功能基因丰度。此外，还进行了土壤培养实验，排除作物植株对遗留效应的影响。

研究结果如下：

• EFs 随实验持续时间增加：数据合成表明，短期实验的平均 EFs 显著低于长期实验。在田间实验和培养实验中，当前施肥和施肥历史都显著影响 N₂O 排放。短期不施氮肥处理的 N₂O 排放高于长期不施氮肥处理，导致短期 EFs 低于长期 EFs。这意味着短期实验会因施肥遗留效应低估 EFs。
• 土壤性质随实验持续时间变化：长期施氮肥处理（+N +N）增加了土壤总氮含量和可提取氮浓度，降低了土壤 pH，且对土壤有机碳含量和溶解有机碳浓度无显著影响。同时，当前施氮肥增加了与 N₂O 产生相关的功能基因（nirK 和 nirS）的丰度，也增加了 N₂O 消耗微生物（nosZ）的丰度，而历史施肥对 nosZ 丰度的影响因作物而异。相对重要性分析显示，nirS 丰度是影响 N₂O 排放的最重要因素。
• 全球 EFs 和农田 N₂O 排放：研究人员开发了二次回归模型来量化 N 施肥遗留效应对全球农田 N₂O 排放清单的影响。结果显示，全球平均 ΔEF 值为 0.88%，调整后的全球农田 N₂O EF 为 1.9%，比 IPCC 一级默认值高约 110%。全球农田肥料诱导的 N₂O 排放经调整后为 2.1 Tg N₂O-N yr^-1，IPCC 一级默认方法低估了 1.1 Tg N₂O-N yr^-1。

研究结论和讨论部分指出，历史施肥增加了土壤氮有效性、降低了土壤 pH，并刺激了 N₂O 产生微生物的生长，从而增加了 N₂O 排放。IPCC 一级方法因未考虑历史施肥遗留效应，低估了全球农田的 EFs。该研究估计的 EFs 与其他模型结果相符，但可能仍保守，因为主要种植区域存在大量残留肥料氮积累，且本研究仅关注作物生长季节的 N₂O 排放，未涵盖休耕季节。此外，研究存在一定局限性，如实验间土壤性质、农业管理和测量技术的差异，全球数据集的局限性，观测数量有限以及地理偏差等。尽管如此，该研究强调了长期实验在准确评估农业实践对 N₂O 排放影响方面的重要性，为量化遗留效应提供了方法，也为缓解 N₂O 排放提供了依据，如采用现代高产作物品种、减少农田氮盈余、使用增效氮肥和生物炭等措施，对农业可持续发展和全球气候变化应对具有重要意义。