双效抑制剂在农业氮素管理中的环境与农艺效益评估：基于meta分析与机器学习模型的证据

本研究针对单一氮素稳定剂（UI/NI）存在的污染转移风险，通过整合meta分析和机器学习模型，系统评估了双效抑制剂（DI）在减少NH3、N2O等活性氮（Nr）排放及提升作物产量、氮利用率（NUE）方面的综合效益。结果表明DI较尿素可降低NH3排放47.0%，同时提高NUE达29.3%，其效果受土壤pH和有机碳（SOC）驱动，为可持续氮管理提供了优化方案。

　　

论文解读

氮素作为农业生产的关键元素，其过度使用引发的环境问题已突破地球边界。化石燃料燃烧和农业活动导致活性氮（Nr）以NH₃、N₂O等形式排放，加剧气候变化与生态退化。传统脲酶抑制剂（UI）和硝化抑制剂（NI）虽能分别控制NH₃和N₂O排放，但存在污染转移风险——UI可能增加后期N₂O排放，而NI会延长NH₄⁺留存时间导致NH₃累积。这种"拆东墙补西墙"的困境，亟需双效抑制剂（DI）这种同时抑制尿素水解和硝化作用的技术来破解。

云南基础研究项目和国自然基金支持的研究团队，通过整合全球文献数据，结合随机森林机器学习算法，首次系统评估了DI在环境与农艺效益上的双重优势。研究发表于《Agriculture, Ecosystems》，揭示了DI如何通过调控土壤微生物活动实现"鱼与熊掌兼得"。

关键技术方法
研究团队检索了Web of Science和中国知网（CNKI）截至2024年的文献，筛选出符合标准的DI相关田间试验数据。采用随机效应模型计算响应比（RR），通过随机森林分析确定土壤pH、SOC等关键驱动因子，并对比DI与UI/NI的效应差异。

研究结果

1. 评估DI性能对比普通尿素
DI较尿素显著降低NH₃（47.0%）、N₂O（36.9%）和NO（65.3%）排放，同时提升作物产量（5.6%）和NUE（29.3%）。机器学习模型显示，土壤pH和SOC是决定DI效果的核心因素——酸性土壤（pH<6.5）中DI对NH₃的抑制效果更显著，而高SOC土壤更利于N₂O减排。

2. DI与UI/NI的效益比较
• 对抗UI短板：DI较UI额外减少N₂O（23.9%）和NO（46.0%）排放，但NH₃抑制效果弱19.8%，印证了UI在阻断尿素水解上的专一性优势。
• 弥补NI缺陷：DI较NI大幅降低NH₃排放（46.5%），且提升NUE达8.0%，解决了NI可能加剧NH₃挥发的痛点。

3. 作用机制解析
DI通过双重作用路径调控氮转化：UI组分（如NBPT）延缓尿素水解减少OH^-积累，而NI组分（如DMPP）抑制氨氧化细菌（AOB）活性，阻断NH₄⁺向NO₃^-转化。这种协同效应使得NH₄⁺浓度维持稳定状态，避免单一抑制剂导致的氮形态波动。

结论与意义
该研究首次量化了DI在"环境-农艺"协同优化中的桥梁作用：相较于传统尿素，DI可实现NH₃与N₂O同步减排，同时维持作物增产；相较于单一抑制剂，DI有效规避了污染转移风险。研究提出的土壤pH-SOC决策框架，为DI的区域化精准施用提供了理论依据，推动农业氮管理从"单点突破"迈向"系统调控"。Zhang Kaihong等作者强调，未来需针对不同作物体系优化DI配比，以平衡成本效益并扩大适用范围。这项成果不仅为《巴黎协定》农业减排目标提供了技术支撑，更为实现"双碳"背景下的绿色农业转型提供了中国方案。