CO2与温度同时升高刺激稻麦轮作系统稻田N2O排放

《Agronomy》：Concurrent Elevation of CO2 and Temperature Stimulates N2O Emissions from Rice Paddies in a Rice–Wheat Cropping System

　　

稻田是氧化亚氮（N₂O）的主要农业热点源，约占全球农业排放量的11%。虽然升高的CO₂和升温单独通过调节土壤碳、氮（N）有效性和微生物活性来调控N₂O排放，但在田间条件下，CO₂与温度同时升高（ECT）的影响及其潜在微生物机制仍知之甚少。在此，研究人员在稻麦轮作系统中使用自由空气CO₂富集与增温（T-FACE）系统，研究ECT对稻田N₂O排放的影响，并揭示其背后的生物地球化学和微生物机制。结果表明，ECT使面积尺度和产量尺度的N₂O排放分别增加了15.3%和17.6%。在机制上，在排放高峰期，ECT使土壤NH₄⁺–N含量显著增加40.2%，并使反硝化基因比率[(nirK + nirS)/nosZ]增加27.5%。此外，ECT增加了硝化微生物群落的多样性，但降低了反硝化微生物群落的多样性，同时重塑了氨氧化古菌和反硝化菌的群落组成，从而改变了硝化和反硝化过程。总体而言，基于田间的证据表明，ECT主要通过增加土壤N底物有效性和改变反硝化菌群落（其方式可能有利于N₂O积累）来刺激N₂O排放。这些发现为气候驱动的N₂O排放提供了机制见解。

自工业革命以来，大气CO₂浓度和温度持续上升，成为当代气候变化的显著标志。水稻（Oryza sativa L.）养活了全球一半以上人口，但淹水稻田是氧化亚氮（N₂O）的重要农业排放源。N₂O是一种强效温室气体，其增温潜势约为CO₂的300倍，并会消耗平流层臭氧。全球稻田每年排放约1.7 kg N ha^?1 yr^?1的N₂O，总通量约130 Gg yr^?1，占全球农业N₂O排放的约11%。土壤N₂O主要来自微生物硝化和反硝化过程，且对CO₂升高和增温高度敏感。以往研究多关注CO₂升高或增温的单独影响，对CO₂与温度同时升高（ECT）的研究较少且结果不一致，也缺乏将排放动态与生物地球化学和微生物机制直接联系的经验证据。为此，研究人员在稻麦轮作系统中利用自由空气CO₂富集与增温（T-FACE）系统开展田间试验，探究ECT对稻田N₂O排放的影响及潜在机制。

试验于2021年在江苏省南京农业大学丹阳试验站（31.9°N，119.5°E）启动，采用随机完全区组设计，设对照（CK；环境CO₂浓度和温度）和ECT处理，各3个重复。ECT处理将CO₂浓度升高约160 ppm（至约550 ppm，对应SSP2-4.5情景），并将冠层和土壤温度升高1.0–2.0 °C。研究连续测量了2022–2024年水稻生长季的N₂O通量，并以2024年数据为代表进行分析。结果表明，ECT使面积尺度和产量尺度的季节性N₂O累积排放分别显著增加15.3%和17.6%。机制分析显示，ECT在排放高峰期显著提高土壤N矿化速率55.9%和NH₄

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