有机肥与沸石联用提升华北砂壤土玉米产量并降低温室气体排放的协同效应研究

本研究通过3年田间试验证实，在华北砂壤土中联合施用有机肥（OF）与沸石（ZOF）可显著提高玉米产量（14.72-23.61%），同时降低N2O排放（12.27-16.06%）和温室气体强度（GHGI）。该策略通过改善土壤有效磷钾、溶解性有机碳（DOC）及微生物生物量碳氮（MBC/MBN）等指标，为砂质农田实现"增产减排"提供了关键技术路径。

　　

引言

农业生态系统是温室气体（GHG）排放的重要来源，其中砂壤土因持水保肥能力差面临特殊挑战。华北平原作为中国主要玉米产区，砂壤土占比高达45%，传统施肥方式导致土壤退化与N₂O排放增加。有机肥与沸石的协同应用被认为可能改善这一现状，但其对玉米产量和GHG排放的长期影响尚不明确。

材料与方法

试验在北京市大兴区（116°28′E，39°58′N）开展，土壤为砂壤土（52%砂粒）。设置5种处理：不施肥（CK）、单施化肥（SF）、有机肥替代30%化肥氮（OF）、化肥+15 t/hm²沸石（ZSF）、有机肥+沸石（ZOF）。通过静态箱-气相色谱法监测CO₂和N₂O排放通量，并测定土壤理化性质与微生物指标。

结果

产量表现：ZOF处理三年平均增产14.72-23.61%，显著高于SF（p<0.05）。其增产机制与土壤有效钾（+7.34%）、有效磷（+8.90%）和微生物生物量碳（+8.42%）的提升密切相关。

温室气体排放：

• •

  N₂O：ZOF处理使累积排放量降低12.27-16.06%，主要归因于土壤NO₃^--N（-9.30%）和NH₄⁺-N（-9.08%）浓度的下降。

• •

  CO₂：OF处理因有机质输入使排放量增加4.52%，但ZSF通过降低土壤孔隙度抑制了排放峰值。

土壤改良：ZOF处理显著提升β-葡萄糖苷酶活性（+9.20%）和溶解性有机碳（DOC）（+19.48%），同时降低容重4.26%，形成更稳定的团粒结构。

讨论

沸石的微孔结构能吸附NH₄⁺并延缓释放，减少硝化作用底物；而有机肥提供的缓效氮则通过微生物同化作用降低活性氮损失。两者协同使ZOF处理的全球增温潜势（GWP）降低4.78%，温室气体强度（GHGI）下降14.16-21.06%。值得注意的是，土壤水填充孔隙度（WFPS）与N₂O排放呈显著正相关（r=0.53, p<0.01），揭示了水分管理在减排中的重要性。

结论

有机肥与沸石联用通过三重机制实现协同效应：

1. 1.

   物理调控：沸石优化土壤水肥缓释性能

2. 2.

   生化抑制：降低硝酸还原酶（NR）活性和硝化速率

3. 3.

   生物促进：增强微生物碳氮固定能力

   该技术为华北砂壤土区实现"双碳"目标下的玉米可持续生产提供了可靠解决方案。