《Journal of Environmental Management》：Integrated nitrogen management enhances forage yield and quality while mitigating greenhouse gas emissions in legume-grass mixed grassland
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氮肥综合管理在西北干旱区苜蓿-牧草混交草地中显著提升牧草产量（91.1-108.8%）和粗蛋白含量（115.0-143.8%），同时降低氧化亚氮排放（39.2-45.5%）和全球变暖潜势（41.3-47.6%），证实有机（羊粪、秸秆）与无机氮肥协同应用可平衡产量与环境效益。
莫阿兹玛·瓦里斯（Moazma Waris）| 穆罕默德·卡姆兰（Muhammad Kamran）| 姜宁（Jiao Ning）| 朱万和（Wanhe Zhu）| 侯福江（Fujiang Hou）
中国-哈萨克斯坦草原生态恢复一带一路联合实验室，农业部草原畜牧业创新重点实验室，国家林业和草原管理局西北退化草原生态恢复与利用工程技术研究中心，兰州大学畜牧农业科学技术学院，中国甘肃省兰州市730020
摘要
氮肥对于提高饲料产量至关重要，但往往会导致温室气体（GHG）排放增加，这引发了人们对长期可持续性的担忧。为了解决这一挑战，本研究通过结合有机氮源和化学氮源，评估了一种综合氮肥管理方法，旨在提高饲料产量和营养价值，同时减少紫花苜蓿-草地混合草地中的温室气体排放。2023年至2024年期间，在干旱草原上进行了一项为期两年的田间试验，以评估单独或联合施用凋落物（LT）、羊粪（SE）和化学氮肥（CF）（CF + LT、LT + SE、CF + SE）对干草产量、饲料质量、土壤矿质氮和温室气体通量的影响。结果表明，与未施肥对照组（CK）相比，联合施用方法（尤其是CF + SE）在2023年和2024年显著提高了饲料质量，中性洗涤纤维含量降低了37.7-37.2%，酸性洗涤纤维含量降低了37.7-34.83%，粗蛋白含量增加了115.0-143.8%，干草产量增加了108.8-91.1%。土壤硝酸盐和铵含量存在显著差异，其中CF + LT处理的硝酸盐含量最高。两年中，CF处理的N?O排放量最高；而CF + SE处理使累计N?O排放量相比CF处理减少了45.5-39.2%。2023年至2024年间，CF处理的全球变暖潜能值（GWP）和温室气体排放强度最高，而CF + SE处理分别减少了47.6-41.3%和51.8-47.6%。综合施肥方法有效平衡了饲料产量的增加与较低的全球变暖潜能值和温室气体排放强度。总体而言，研究结果表明，综合氮肥管理可以在提高生产力的同时减少环境问题，为干旱地区的耕地草地提供了一种可持续的管理方式。
引言
全球范围内，农业生产需要增加以满足不断增长的人口需求，同时减轻环境影响，特别是温室气体（GHG）排放（Afreh等人，2018；Shakoor等人，2021）。在以饲料为基础的生产系统中，氮（N）施肥是提高饲料产量和粗蛋白含量的关键策略，但它也可能加剧温室气体排放，从而显著加剧全球变暖（Kamran等人，2025）。这种权衡在干旱地区尤为明显，因为施肥后的灌溉或偶发降雨会刺激硝化和反硝化作用，导致短暂但大量的温室气体通量（Zhao等人，2017；Zhang等人，2020, 2021）。
豆科植物-草类混合种植因其互补的生长模式和增强的养分吸收能力而被广泛认为能够提高饲料产量、营养价值和资源利用效率（Al-Menaie等人，2024；Ghani等人，2022）。饲料作物用于畜牧生产的经济可行性取决于饲料产量和饲料质量（Alalade等人，2015；Ghani等人，2025）。粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维是评估饲料营养价值的关键指标（Kamran等人，2025；Linn和Martin，1991）。提高粗蛋白含量和减少纤维成分可以提升畜牧生产力和饲料利用效率，从而带来经济效益。然而，中国干旱地区的豆科植物-草类混合牧场的饲料生产常常受到土壤肥力低和养分供应有限的限制，导致产量与畜牧业不断增长的需求之间存在差距（Li等人，2009；Cao等人，2019）。为了克服这一限制，生产者依赖化学氮肥来提高生产力。然而，这种做法也增加了投入成本和环境污染，包括温室气体排放（Penuelas等人，2023；Zhao等人，2017）。因此，适当的肥料管理对于在不影响产量效益的情况下应对这些挑战至关重要。
有机改良剂，如作物残渣和畜粪，因其能够改善土壤结构、增强养分保持能力并在较长时间内提供氮而越来越受到重视（Li等人，2021；Chen等人，2022）。然而，有机改良剂对产量的影响仍然存在很大差异。有机改良剂的组成（例如碳氮比）、矿化动态、施用率和土壤湿度条件等因素可能导致氮的有效性延迟或不一致（Wang等人，2017；Fan等人，2020），特别是在水分有限的干旱系统中，微生物活动受到限制。因此，有机投入在某些情况下可以提高饲料生产力，但在其他情况下可能只能提供短期效益（Bol等人，2003）。此外，有机改良剂对温室气体排放的影响也取决于具体情境。有机投入可以改变底物可用性（活性碳和矿质氮）和土壤物理条件（水分保持和通气性），从而影响硝化和反硝化过程以及温室气体排放（Meng等人，2023；Harrison等人，2024；Uddin等人，2025）。少数研究表明，由于氮释放与作物需求的同步性改善或N?O向N?的转化增强，有机改良剂施用后N?O排放量降低（Thomson等人，2012；Thangarajan等人，2013）。相反，其他研究指出，在土壤湿度高和矿质氮供应充足的条件下，有机改良剂施用后N?O排放量会增加（Meng等人，2023；Wang等人，2021；Rothardt等人，2021）。关于有机改良剂对CH?通量影响的研究结果也并不一致，反映了通气土壤中CH?氧化与局部厌氧微环境中CH?产生的平衡（Harrison等人，2024；Le Mer和Roger，2001）。此外，如温室气体强度这样的产量尺度指标，是评估旨在提高生产力同时减轻气候影响的管理方法的更可靠指标。因此，饲料管理系统必须平衡生物量生产和营养价值与温室气体排放，特别是关注产量尺度的排放强度（Kamran等人，2025）。因此，了解有机氮源和化学氮源的综合管理如何影响饲料产量、营养价值和GWP对于确定干旱草地系统的气候高效集约化策略至关重要。
尽管在耕地草地上的施肥管理实践方面已有大量研究，但田间研究主要集中在评估植物来源或动物来源的有机改良剂对饲料生产力和温室气体排放的影响。然而，关于羊粪和植物凋落物与化学氮肥在干旱条件下对耕地草地饲料产量、营养价值、时间温室气体通量和产量尺度排放的综合影响的详细信息仍然有限。为了填补这一研究空白，本研究评估了羊粪、植物凋落物和化学氮肥单独或联合施用在西北干旱地区紫花苜蓿-草地混合草地中对饲料产量、粗蛋白含量、纤维含量、温室气体（CO?、CH?和N?O）的季节性通量、GHGI和GWP的影响。我们假设，有机氮改良剂和化学氮源的联合施用可以通过调节土壤矿质氮的可用性，保持饲料产量和饲料质量，同时减少温室气体排放和GWP。
实验地点描述
田间试验于2023年和2024年在兰州大学临泽草业研究站进行，位于甘肃省张掖市（39°15′N，100°02′E；海拔1390米），属于河西走廊地区。该地区气候干旱，蒸发蒸腾作用强。研究站的年平均气温为9.6°C，年平均降雨量为110.7毫米。研究地点的土壤类型为Aquisalids。
综合肥料处理对饲料纤维含量的影响
在2023年至2024年的两个实验年份中，有机氮和无机氮肥料处理显著影响了（P < 0.05）四个收获期的NDF和ADF含量（图1）。两年中，NDF和ADF含量从第一个收获期到第四个收获期逐渐增加，表明植物成熟度提高。然而，氮肥处理始终抑制了这一增长趋势，其中化学氮和有机氮的联合处理效果最为显著。
综合氮肥提高了干草产量和质量
本研究结果表明，在所有肥料处理中，化学肥料与羊粪的联合施用（CF + SE）在两年中均实现了最高的干草产量（图2A–B）。这一观察结果突显了整合矿质氮和有机氮来源的农艺优势，而不是依赖单一投入策略。与未施肥对照组相比，CF + SE处理的产量增加了91.1–108.8%，表明
结论
本研究结果表明，在干旱地区的紫花苜蓿-草地混合草地中，整合有机氮和无机氮肥料显著提高了饲料产量和质量。尿素与羊粪的联合施用（CF + SE）几乎使干草产量翻倍，并通过增加粗蛋白含量同时降低纤维含量显著提高了饲料质量。然而，化学氮肥的施用增加了N?O排放和GWP。
莫阿兹玛·瓦里斯（Moazma Waris）：撰写——初稿、可视化、软件使用、方法论、调查、数据分析、数据整理、概念构建。
穆罕默德·卡姆兰（Muhammad Kamran）：撰写——审稿与编辑、可视化、软件使用、调查、数据分析、数据整理。
姜宁（Jiao Ning）：资源协调、调查。
朱万和（Wanhe Zhu）：资源协调。
侯福江（Fujiang Hou）：撰写——审稿与编辑、验证、项目管理、资金筹集、概念构建、监督。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
本研究得到了国家重点研发计划（2025YFE0212000）、甘肃省创新平台计划（26JDWA001）、教育部创新研究团队计划（IRT_17R50）以及甘肃省青年学者科学技术基金（23JRRA1108）的支持。
