降低牧草氮含量减少放牧草地N2O排放：基于涡度协方差约束的排放因子模型评估

新西兰研究人员针对牧业氮污染难题，通过整合涡度协方差(EC)测量与CenW过程模型，创新性评估了降低牧草氮含量对N2O排放的影响。研究发现将牧草氮含量从41降至31 g N kg DM?1可使N2O年排放减少36%，为可持续牧业发展提供了重要理论依据。

　　

随着新西兰乳制品出口额在30年间激增8倍，伴随而来的环境代价日益凸显——1990至2019年间，放牧奶牛排泄物导致的N₂O（一种强效温室气体）排放量已翻倍增长至240万吨CO₂当量/年。传统黑麦草/白三叶牧场的高氮含量饲料导致牲畜排泄大量含氮尿液，成为N₂O排放的主要来源。这一矛盾促使科学家们探索既能维持产量又能减少氮污染的创新方案，其中引入低氮植物如车前草(Plantago lanceolata)的混合牧草系统展现出巨大潜力。

新西兰农业温室气体研究中心(NZAGRC)的Lìyǐn L. Liáng团队在《Agricultural Systems》发表的研究中，创新性地将连续4年的涡度协方差(EC)测量与CenW过程模型相结合。研究人员在怀卡托地区商业牧场建立观测站，通过高精度监测CO₂、N₂O和水汽通量，结合模型模拟不同牧草氮含量情景。关键技术包括：1) 基于EC的碳氮水通量连续监测；2) CenW模型参数优化（Nash-Sutcliffe效率达0.50-0.87）；3) 排泄物氮分配情景分析；4) 排放因子动态计算。

【CenW模型性能验证】模型精确再现了总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(ER)等碳循环过程，对土壤体积含水量(VWC)的模拟精度高达0.87。这为后续情景分析奠定了可靠基础。

【氮含量影响机制】质量平衡计算揭示：牧草氮含量每降低1 g N kg DM^?1，尿液氮排泄量相应减少7.3 kg N ha^?1 yr^?1。将典型牧场氮含量从41 g降至31 g，可使N₂O年排放减少36%，主要归因于尿液氮负荷的降低。

【排泄物分配效应】调整氮排泄途径（增加粪便比例）的效果有限，每kg干物质摄入量增加1g粪便氮仅减少3.1%排放，证实尿液氮是N₂O产生的关键途径。

这项研究首次通过数据-模型融合量化了牧草氮含量与N₂O排放的定量关系。研究证实，相比调整排泄物氮分配比例，直接降低牧草氮含量（如引入车前草等低氮植物）能更有效减少N₂O排放。该成果为制定基于植物选择的减排策略提供了科学依据，对实现《巴黎协定》气候目标具有重要意义。作者建议将低氮牧草种植与精准施肥相结合，可在维持乳业产能的同时显著降低环境代价。