昆虫源有机氮调控土壤氮素释放的微生物机制及其碳氮耦合效应

针对合成氮肥(SFN)利用率低、易流失的问题，研究人员通过21天室内培养实验，探究黄粉虫幼虫(MWL)有机氮单独或与磷酸二铵(DAP)联用对Vertosol土壤的氮矿化、微生物活性及碳激发效应的影响。发现MWL与DAP(1:1 N比)组合可显著提升β-葡萄糖苷酶催化效率与净氮矿化，且不引发土壤有机碳正激发，为开发环境友好型混合肥料提供了理论依据。

　　

现代农业高度依赖氮肥，但全球合成氮肥(Synthetic Fertiliser Nitrogen, SFN)利用率仅30-50%，大量氮素通过淋溶、反硝化等途径流失，引发水体富营养化和温室气体排放。传统尿素等速效氮肥与作物需氮周期不匹配，而有机肥虽能缓释氮素，但氮含量普遍偏低（1-3%）。昆虫养殖业的兴起带来了新机遇——黄粉虫(Tenebrio molitor)幼虫含氮量高达8%，其几丁质外壳和排泄物富含N-乙酰葡糖胺，可能通过微生物降解实现氮素可控释放。然而，有机氮添加是否会因微生物"氮饥饿"引发土壤原生碳分解（正激发效应），或促进温室气体N₂O排放，仍是未知数。

澳大利亚研究人员在《Applied Soil Ecology》发表的研究中，设计21天室内培养实验，比较黄粉虫幼虫粉(MWL)、磷酸二铵(DAP)、以及两者1:1氮比组合(DAP+MWL)和添加甘蔗渣(SCM)的复合处理对Vertosol土壤的影响。通过测定矿质氮动态、微生物生物量、β-葡萄糖苷酶(BG)与N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性及动力学参数，结合N₂O排放监测，系统评估了昆虫源有机氮的农用潜力。

关键技术方法
实验采用15 g Vertosol土壤（56%黏粒，pH 8）在25°C下培养21天，设置对照、MWL(8%N)、DAP、DAP+MWL(1:1 N比)、DAP+MWL+SCM(1:10:3.9 N比)五组处理。通过氯化钾浸提法测定NH₄⁺-N和NO₃^--N，微孔板荧光法分析BG和NAG酶动力学参数(V_max和K_m)，氯仿熏蒸法测定微生物生物量碳氮，气相色谱法量化N₂O排放。

研究结果

矿物N动态与净矿化率
MWL处理在第3天即出现显著矿质氮积累，21天时浓度达初始值3倍，其指数增长速率常数(K_n)最高(0.07 day^-1)。DAP+MWL组合的净矿化量比单施DAP高18%，但添加SCM后因微生物固氮效应导致矿质氮降低。

微生物响应特征
MWL处理的微生物生物量碳比对照高89%，BG催化效率(V_max/K_m)提升2.3倍，表明几丁质降解酶系统被高效激活。DAP+MWL+SCM组虽微生物量最高，但NAG活性比MWL组低37%，显示碳添加改变了氮获取策略。

碳氮耦合效应
仅DAP+MWL+SCM引发显著土壤碳正激发(+18%)，而MWL和DAP+MWL处理保持碳中性。N₂O排放峰值出现在DAP+MWL组（第6天0.8 μg N₂O-N g^-1），可能与DAP提供的NH₄⁺促进硝化作用有关。

结论与意义
该研究首次证实黄粉虫源有机氮可通过刺激BG酶系统促进氮矿化，且1:1氮比的DAP+MWL组合既能避免碳正激发，又可维持较高矿质氮供应。这种"合成-有机"混合施肥策略兼具环境友好性与农学实用性：① 昆虫氮的高效矿化特性可减少SFN用量；② 适宜的C:N比(6.0)避免微生物掠夺土壤原生碳；③ 为开发基于昆虫养殖废弃物的新型肥料提供了微生物学依据。未来研究需进一步验证大田条件下氮素释放与作物吸收的同步性。