有机替代化学氮肥能否实现柑橘清洁可持续生产的协同效益？——基于蒸渗仪实验的系统评估

推荐：为解决农业施肥导致的N2O排放问题，研究人员通过3年田间试验结合DayCent模型，量化了草-三叶草轮作系统中有机与矿物肥料的N2O排放因子（EF）。结果显示有机肥EF（0.23%）显著低于矿物肥（0.41%）和IPCC默认值，证实有机替代可降低温室气体排放，为可持续农业提供科学依据。

　　

农业温室气体排放中，氧化亚氮（N₂O）的全球增温潜势是二氧化碳（CO₂）的273倍，而化肥施用是其主要人为来源。欧洲畜牧业依赖草-三叶草轮作系统（ley-arable rotation），但其N₂O排放特征尚未明确。更棘手的是，政府间气候变化专门委员会（IPCC）默认的排放因子（EF）可能高估实际值，导致政策制定偏差。为此，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队开展了一项为期3年的系统研究，通过自动时间积分室（ATIC）监测和DayCent模型模拟，揭示了有机肥替代矿物肥在降低N₂

研究采用ATIC系统连续监测3年（2021-2023）的N₂O通量，结合随机森林模型填补数据缺失。DayCent模型通过调整植物碳氮比（C/N）和生物固氮（snfxmx）参数，模拟不同施肥处理（矿物肥、有机肥、无肥对照）下的N₂O排放。关键参数如硝化系数（Ncoeff）和反硝化曲线（wfpsdnitadj）采用西欧多站点校准值。

3.1 环境条件与产量
实验期间年均降水量1050 mm，土壤水填充孔隙度（WFPS）35%-90%。有机肥处理年N吸收量（28±5 g N m^?2）与矿物肥（32±5 g N m^?2）无显著差异，但三叶草占比在无肥对照中高达62%，表明低氮环境促进固氮。

3.2 N₂O排放特征
有机肥处理的N₂O排放峰值（9.69 mg N m^?2 day^?1）高于矿物肥（2.81 mg N m^?2 day^?1），但年均排放量无统计学差异。关键发现是矿物肥EF（0.41%）显著高于有机肥（0.23%），且两者均远低于IPCC湿气候默认值（矿物肥1.6%，有机肥0.6%）。

3.3 模型性能
DayCent成功模拟了低EF趋势（有机肥0.26%，矿物肥0.29%），但对2021年湿润季的有机肥EF低估。模型显示，三叶草的高生物固氮（BNF）贡献（年均236 kg N ha^?1）是维持产量同时降低EF的核心机制。

4.1 低排放的驱动因素
高土壤pH（7.0-7.5）促进N₂O还原酶活性，使反硝化更倾向于产生N₂而非N₂O。此外，轮作系统中草的持续吸氮减少了矿质氮盈余，这与永久草地或纯作物系统形成鲜明对比。

4.2 模型优化启示
研究创新性地将 slurry（浆肥）输入拆分为铵态氮（直接可用）和有机氮（需矿化），并通过ALFAM2模型预计算氨挥发损失。这种处理使DayCent更精准反映有机肥的N释放动态，为后续模型应用提供范式。

5 结论与意义
该研究证实草-三叶草轮作系统中，有机肥替代可减少34%的EF值，且DayCent模型经植物参数校准后能可靠预测这一效应。成果不仅挑战了IPCC默认EF的普适性，还为欧洲国家制定差异化排放清单提供了案例支持。未来需扩大土壤类型和气候带的验证，以进一步优化农业温室气体核算体系。