不同碳源协同施肥重构茶园土壤氮循环路径并驱动N?O排放差异

　　 摘要:

氧化亚氮(N2O)是重要的温室气体和臭氧层消耗物,在高投入农业生态系统中具有高排放风险。茶园作为典型的高投入农业生态系统,由于长期大量施氮及土壤酸性强,N2O排放系数普遍高于一般农田,已成为全球农田N2O排放的“热点”类型。然而,不同类型碳源协同施肥对N2O排放路径的重构机制仍不明确,限制了茶园减排策略的科学设计。为此,本研究在安徽庐江典型丘陵茶园设置4种施肥处理：不施肥(CK)、单施复合肥(FF)、复合肥与有机饼肥(易降解有机碳)混施(FO)以及复合肥与生物质炭(难降解有机碳)混施(FB),采用随机区组设计进行田间试验,系统评估了碳源类型对N2O排放过程与微生物机制的调控作用。结果表明,FO处理诱发了施肥后第30天显著的N?O通量峰值,其变化趋势与土壤微生物量碳(MBC)高度同步,而微生物量氮(MBN)峰值滞后至60天出现,反映出高活性有机碳源输入导致“先异化代谢促反硝化—后同化蓄氮”的碳氮资源时序分配。相比之下,FB处理在整个试验期内显著抑制了N2O排放,较FO处理减排幅度达88.79%,且MBC与MBN无明显波动,表明微生物代谢响应较弱。功能基因与网络结构分析显示,FO处理主要通过激活narG、norB等反硝化中间阶段基因,加速硝态氮、亚硝态氮还原形成N2O,而FB处理则上调hao、AOA、AOB、nrfA表达,促进硝化和异化还原过程,同时norB表达受抑,有效截断N2O生成路径。最小二乘路径模型进一步表明,FB处理并未显著提升N2O还原相关基因nosZ表达,而是通过增强异化还原过程和氮素同化过程,从源头减少N2O前体,体现出以“过程规避”替代“末端还原”的减排机制。本研究明确提出FB处理的N2O减排优势主要来源于功能路径的重构而非N2O还原为N2的补偿机制,为理解不同碳源施用对氮循环调控路径的差异提供了新的理论依据。研究结果对于茶园碳氮耦合施肥优化和构建绿色低排放施肥模式具有重要的指导意义,也为其他高氮农业生态系统提供了参考路径。