降低牧草氮含量对放牧系统N2O排放的调控机制研究——基于新西兰牧场的过程模型与涡度协方差观测

针对牧业系统氮污染难题，新西兰研究人员通过整合涡度协方差(EC)监测与CenW过程模型，揭示降低牧草氮含量(从41降至31 g N kg DM?1)可使N2O年排放减少36%，证实调控饲料氮含量是缓解温室气体排放的有效途径，为可持续牧业发展提供量化依据。

　　

随着全球气候变化加剧，畜牧业面临维持生产与减少环境影响的双重挑战。新西兰作为乳制品出口大国，其牧场排放的N₂O（一种温室效应强度达CO₂ 298倍的温室气体）在1990-2019年间翻倍增长。传统黑麦草/白三叶牧场的氮利用效率低下，约70%摄入氮通过排泄物返回土壤，其中尿液氮是N₂O排放的主要来源。这一矛盾促使科学家探索通过改变牧草组成来降低氮污染的可行性。

新西兰农业温室气体研究中心（New Zealand Agricultural Greenhouse Gas Research Centre）的研究团队在《Agricultural Systems》发表重要成果。他们创新性地将连续4年的涡度协方差(EC)监测数据与CenW过程模型结合，首次量化了牧草氮含量与N₂O排放的剂量效应关系。研究团队在怀卡托地区商业牧场建立观测站，通过高频监测CO₂、N₂O和水汽通量，结合动物氮平衡模型，构建了从饲料氮摄入到土壤排放的全链条分析体系。

关键技术包括：1）基于EC系统的N₂O通量连续监测；2）CenW模型参数化（纳什效率系数0.50-0.87）；3）排泄物氮分配模型；4）不同牧草配比的情景模拟。

【研究结果】

1. 模型验证：CenW精准模拟碳水平衡，对蒸散发(ET)和土壤体积含水量(VWC)的模拟R²达0.87。
2. 氮含量效应：牧草氮含量从41降至31 g N kg DM^?1时，尿氮排泄比例从70%降至55%，年N₂O减排36%。
3. 排泄途径：每kg干物质摄入中1g氮从尿液转向粪便，仅减排3.1%，证实尿氮是主要排放途径。

【结论与意义】
该研究首次揭示牧草氮含量与N₂O排放的非线性关系，证明引入低氮植物（如车前草）比调整排泄物分配更有效。这一发现为"精准饲喂"策略提供理论支撑：通过优化牧草配比（如添加20%车前草），可在不降低产奶量前提下实现显著减排。研究建立的"摄入-排泄-排放"量化模型，为全球牧业碳中和目标提供了可推广的技术框架。