从合成到生物硝化抑制：有机肥料稳定化策略的进阶之路及其对氮循环调控的深远意义

本综述系统探讨了合成硝化抑制剂（如DMPP）与生物硝化抑制（BNI）技术在有机肥料氮循环调控中的协同作用，揭示了肥料类型（C/N比、铵态氮含量）对N2O排放、土壤微生物群落及氮利用效率（NUE）的核心影响，为农业温室气体减排和可持续氮管理提供跨学科解决方案。

　　

Highlight

土壤取样与实验设计

本研究第一阶段基于48天的土壤培养实验（EXP 1），采用两种采样方式：非破坏性气体采样用于测量N₂O排放，破坏性土壤采样用于分析pH、矿质氮、溶解性有机碳（DOC）、氮循环相关微生物基因丰度及细菌组成测序。实验使用碱性粉壤土（砂粒10.3%、粉粒76.2%、黏粒13.5%），取自比利时农田0-10厘米表层，过筛后调节至40%持水量预培养7天。实验设置包括：空白对照、硫酸铵（AS）化肥、四种有机肥料（猪粪 slurry-CS、牛粪 manure-CM、植物基液 digestate-D、堆肥 compost-C），分别添加或不添加DMPP抑制剂。所有处理按100 kg N/ha等氮量添加，培养条件保持60%持水量与20°C恒温。

有机与合成肥料下的土壤N₂O排放（EXP1）

N₂O通量如图1A所示，主要排放峰出现在前7天。有机肥料（OFs）处理组排放后期回归本底水平，而硫酸铵（AS）组持续排放至第14天。累计排放分三段计算（0–7天、8–14天、16–48天）。动物源肥料（CS、CM）在首周期排放最高，其中CS组显著高于其他处理（p<0.05）。DMPP显著抑制了AS和植物基液 digestate（D）的早期N₂O峰值，但对动物源肥料效果有限。堆肥（C）本身排放最低，且DMPP未产生额外抑制效应。

肥料类型驱动氮循环与微生物群落动态

向可持续农业转型对改善环境健康、提升土壤质量和支持生物多样性至关重要。本研究证明肥料类型显著影响N₂O排放、矿质氮状态及硝化菌群落。矿物肥料（如AS）和高铵态氮有机肥（如 digestate-D）强烈促进硝化作用，导致更高N₂O排放。DMPP通过靶向抑制氨单加氧酶（AMO），有效延缓铵氧化，尤其对高铵含量肥料效果显著。微生物测序显示DMPP特异性抑制硝化螺菌科（Nitrosomonaceae）和硝化螺旋菌属（Nitrospira），但不改变整体细菌多样性。

结论与展望

本研究强调需依据肥料类型与成分定制氮管理策略。高铵态氮肥料（如AS和 digestate-D）促进硝化并增加N₂O排放，而DMPP可有效抑制早期硝化峰。生物硝化抑制（BNI）展现出替代合成抑制剂的潜力，尤其与有机肥联用时减排效果显著。未来需探索BNI作物的田间应用、作用机理及其与有机农业的兼容性，以推动绿色氮循环技术发展。

数据可用性

原始16S rRNA测序数据已保存于NCBI序列读段档案库（SRA），项目编号[XXXXXXX]。其余数据可向通讯作者合理索取。

作者贡献声明

Fran?ois Boland：方法论；Hans-Martin Krause：审阅编辑、数据分析；Alain Debaq：方法论支持；Bernard Heinesch：方法论；Hervé Vanderschuren：基金获取与概念设计；Cécile Thonar：基金统筹与理论框架；Lucas Maggetto：实验执行；Hugo Murillo：实验操作；Izargi Vega-Mas：原文撰写、数据分析与可视化。

未引用参考文献

Chadwick et al., 2000; Chynoweth et al., 2001; Kindt and Coe, 2005; Oksanen et al., 2020.

利益冲突声明

? 作者声明存在以下潜在竞争性利益关系：Izargi Vega-Mas获巴斯克政府资助；Herve Vanderschuren与Cecile Thonar获瓦隆大区及比利时国家基金支持。

致谢

感谢比利时瓦隆大区（项目GAIN D31-1378）、SusCrop-ERA-NET（Catch-BNI项目）及巴斯克政府（IT1560-22整合小组计划）的资助。I.V.M.感谢巴斯克政府博士后基金（POS-2018-1-005），H.M.K与C.T感谢SNSF-FNRS对PlantaGO项目的联合支持。