黑土区大豆生产与减排协同优化：沼液替代与秸秆还田的五年田间研究

针对大豆增产与温室气体(GHG)减排的双重挑战，中国科研团队通过五年田间试验(2020-2024)揭示：75%沼液氮替代(R3)结合深翻秸秆还田可同步提升产量(最高+18.36%)、土壤有机碳(SOC +25.72%)并降低排放强度(GHGI -16.29%)，为温带农业系统碳氮循环调控提供范式。

　　

在中国东北广袤的黑土带上，一场关于农业可持续发展的科学实践已持续五年。这片被誉为"中华粮仓"的土地正面临双重挑战：既要维持大豆作为重要粮油作物的高产稳产，又要应对传统氮肥施用导致的温室气体排放危机。数据显示，农业活动贡献了全球10%-12%的温室气体(GHG)排放，其中N₂O的增温效应可达CO₂的298倍。与此同时，中国每年产生逾8亿吨秸秆，焚烧处理不仅污染空气，更浪费了宝贵的有机资源。如何通过创新农艺措施破解"增产必增排"的困局，成为摆在科学家面前的重大课题。

哈尔滨市现代农业高新技术示范园（45°63′N, 125°44′E）的研究团队设计了一项历时五年的田间试验，系统评估了沼液氮替代(0-100%)与秸秆还田方式(深翻S1 vs 覆盖S2)对黑土区大豆系统的综合影响。研究采用静态箱-气相色谱法监测CO₂、N₂O和CH₄排放通量，通过结构方程模型(SEM)解析碳氮指标与产量的互作关系。试验设置7个处理组，包括常规施肥对照(CK)和不同比例沼液替代(R1-R5)，每年测定土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)及氮形态动态。

秸秆还田方式对温室气体排放的影响
深翻处理(S1)表现出显著的减排优势：相较表面覆盖(S2)，CO₂排放通量降低4.29-16.27%，N₂O减少3.28-11.01%，CH₄吸收量提升4.21-18.63%。这种差异源于深翻促进秸秆腐解产生的还原环境抑制了硝化细菌活性，而表面覆盖则因好氧条件加剧了碳矿化。

沼液替代的黄金比例
75%氮替代(R3)展现出最佳协同效应：大豆产量较常规施肥提高4.24-18.36%，同时SOC提升10.52-25.72%，DOC增加1.36-5.58%。值得注意的是，该处理下NO₃^--N和NH₄⁺-N含量分别增长11.47-25.27%与10.04-22.74%，证实了沼液对氮素缓释的积极作用。

碳氮循环的调控枢纽
结构方程模型揭示SOC和NO₃^--N是协调增产与减排的关键节点：每增加1单位SOC可使GHGI降低0.38单位，而NO₃^--N对产量的直接通径系数达0.61。这种调控机制在深翻+R3组合中表现最为显著，其全球增温潜势(GWP)降低8.96-17.63%。

这项发表于《Agriculture, Ecosystems 》的研究为气候智慧型农业提供了可操作的解决方案。通过精准调控"秸秆-沼液-土壤"系统的碳氮流向，首次在黑土区实现大豆单产提升13.31%、CH₄减排18.63%的双赢目标。其创新价值在于：①建立沼液替代氮肥的量化阈值(75%)；②阐明深翻秸秆通过改变微生物群落结构降低N₂O产生的机制；③开发出适用于温带农业的"碳增汇-氮增效"技术模式。该成果对实现中国"双碳"目标下的农业转型具有重要实践意义，其揭示的碳氮协同规律亦可为全球类似生态区提供借鉴。