Rothamsted Research 和布里斯托大学的最新研究表明，仅通过添加富含碳的肥料就可以大幅减少土壤中强效温室气体一氧化二氮的排放量。

这样做基本上可以“锁定”氮气，因为它不再被真菌和细菌等微生物转化为一氧化二氮气体。

作为温室气体，一氧化二氮的效力大约是 CO 2的300 倍，而施肥的土壤是其主要来源。这种气体还导致臭氧层耗竭，在过去四十年中，人类造成的这种气体排放量在全球范围内增加了 30%——主要是通过增加化肥的使用。

根据 Rothamsted 领导的这项最新研究，今天发表在《自然食品》杂志上，发现接受这种无机肥料的耕地土壤与接受农家肥的土壤相比只保留了一半的氮，损失主要以一氧化二氮的形式出现气体。

数据强烈表明，这是因为碳和氮在土壤中有着不可分割的联系——而且联系的程度比以往任何时候都意识到的要大得多。

此前由 Rothamsted 领导的研究表明，碳如何在决定土壤的结构以及随后的土壤功能方面发挥关键作用。

Andrew Neal 教授及其同事发现，增加土壤中的有机质会导致微生物分泌粘性聚合物，从而产生连接良好的相对较小孔隙网络。他们现在已经表明，正是土壤的这种结构特征也决定了土壤氮的命运。

Rothamsted Research 的 Neal 教授说：“我们的最新研究结果表明，有机质对土壤结构的影响会影响氮在土壤中的代谢方式。富含碳的土壤中孔隙连通性更强，可以让空气流通，这意味着微生物正在这样的环境中代谢氮减少一氧化二氮排放的方法。

“这意味着在耕作系统中更广泛地应用有机物质有可能减少一氧化二氮的排放和农业对气候变化的贡献。”

到目前为止，土壤中碳和氮之间的这种相互作用并不为人所知。

Neal 教授的团队使用存档样本和从具有 179 年历史的 Broadbalk 小麦实验中收集的新数据，比较了各种土壤，包括那些每年每公顷不施氮肥到 240 公斤不等的土壤，以及那些只施氮肥的土壤。农家肥。

他们还观察了 1882 年创建的林地中的土壤，以及来自割草场下另一个实验的土壤。

氮进入农田土壤后，它最终会出现在三个地方之一——它要么留在土壤中，要么被作物吸收(意味着它在收获时被移除)，要么从系统中“消失”——比如在亚硝酸盐中氧化物气体或溶解在地下水中的硝酸盐。

布里斯托尔大学布里斯托尔兽医学院高级讲师兼该研究的共同作者 Taro Takahashi 博士解释说，该研究的结果挑战了氮利用效率作为农艺性能主要衡量指标的有效性。

Takahashi 博士说，“氮素利用效率量化了施用到土壤中的氮素随后转移到作物中的比例。但在未转移的氮素中，一些留在土壤中并有助于提高土壤肥力，而另一些则逃逸和破坏环境。它们具有完全不同的含义，我们的结果表明有机物是决定氮命运的主要驱动力。”

在有机质输入有限或没有有机质输入的土壤中，小的、相互连接不良的孔隙的排列迫使真菌和细菌等微生物转向所谓的缺氧或无氧代谢。

因此，与在有氧或含氧条件下产生的蛋白质形式的生物质相比，它们产生的一氧化二氮量要多得多。

在比较不同土壤处理的微生物基因组时，也可以看出施肥制度的遗留问题。

通过观察参与氮代谢的土壤微生物基因，该团队发现了两个不同的群体。一个与林地和草地土壤有关，由参与帮助微生物吸收氮作为建立生物量的养分的基因组成。来自接受粪便的土壤的微生物基因组最像这个分组。

另一个集群与低碳、无机施肥的土壤有关，主要是负责分解氮化合物以产生“能量”的基因——这会导致一氧化二氮的排放。