植物源双功能抑制剂CCO优化氮管理：同步土壤氮供应与作物需求以提升玉米产量并减少温室气体排放

为解决氮肥利用率低、温室气体排放高及农业可持续性挑战，研究人员开展2-环戊烯-1-酮（CCO）剂量调控氮循环与温室气体排放的田间研究。结果表明，1% CCO处理最佳，显著降低NH3（32.5%）和N2O（21.9%）排放，提高CH4氧化和氮表观回收率（26.8%），增产17%，净收益达214.3 USD ha?1，为绿色农业提供高效策略。

　　

全球粮食生产面临人口增长、地缘冲突和气候变化的压力，氮肥作为支撑40–50%全球人口的关键投入，却因50%的损失导致氮利用效率（NUE）低下、成本增加和环境退化。尿素水解和硝化过程引发NH₃挥发、N₂O排放和NO₃^–淋溶，加剧温室效应和水体污染。合成抑制剂如NBPT和DMPP虽有效，但存在成本高、环境风险及潜在植物毒性问题。植物源抑制剂如2-环戊烯-1-酮（CCO）从母菊提取，具双重抑制脲酶和硝化潜力，但最佳剂量和田间机制未明。为此，研究人员在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表论文，通过田间实验评估CCO剂量对氮动态、温室气体排放和玉米生产力的影响，以优化农业可持续管理。

研究采用随机区组设计，在中国沈阳阿尔菲索尔土壤进行玉米田间试验，设置对照（CK）、单施化肥（NPK）及CCO添加（0.5%、1%、2%、5%总N重量比）处理。关键方法包括土壤无机氮（NH₄⁺-N、NO₃^–-N）含量测定、脲酶和氮循环酶（HAO、NR、NiR）活性分析、NH₃挥发和温室气体（N₂O、CH₄）通量监测，以及氨氧化古菌（AOA）和细菌（AOB）amoA基因丰度qPCR量化。数据统计计算氮表观回收率（AR）、全球变暖潜能（GWP）和净经济收益（NEB）。

3.1. 气候变量与土壤无机氮含量

生长季气温和降雨影响氮动态，CCO处理调节土壤NH₄⁺-N和NO₃^–-N含量。1% CCO使NH₄⁺-N峰值达848 mg kg^?1，较NPK提高35.3%，并降低NO₃^–-N 28.5–31.7%，表明最佳剂量同步氮供应与作物需求。

3.2. 尿素氮含量与脲酶活性

CCO延迟尿素水解，1%处理使土壤尿素N保留306.6 mg kg^?1（较NPK高188%），并抑制脲酶活性49.9–79.5%，证实其脲酶抑制功能。

3.3. NH₃挥发与温室气体排放

1% CCO降低累积NH₃挥发32.5%和N₂O排放21.9%，同时增强CH₄氧化约5倍。相关性分析显示N₂O与土壤湿度和温度正相关，CH₄与湿度正相关。

3.4. 地上部氮吸收、产量、ANUE和AR

1% CCO提高玉米产量17%（12.39 t ha^?1）、ANUE 85%和AR 26.8%，表明氮利用效率显著改善。

3.5. 土壤PNR与氮循环酶活性

CCO调控羟基胺氧化酶（HAO）、潜在硝化率（PNR）、硝酸还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）活性。1%剂量抑制HAO和PNR，减少硝化，而过高剂量（2%）增加酶活性和N₂O风险。

3.6. AOA和AOB amoA基因丰度

施肥增加AOB丰度，但CCO处理降低AOA和AOBamoA基因拷贝数，1% CCO最有效抑制AOB达90.6%，机制涉及AMO和HAO通路抑制。

研究结论强调，1% CCO剂量通过双重抑制脲酶和硝化，优化氮同步供应，减少NH₃和N₂O排放，提升CH₄吸收，实现产量、NUE和经济收益最大化。讨论部分指出，CCO的羟基成分螯合AMO铜辅因子和脲酶镍位点，但剂量过高 disrupts 微生物平衡，导致反硝化增强。该策略为可持续农业提供天然解决方案，未来需拓展土壤类型验证和生态毒理评估。