氮肥过量施用是茶园生态系统氮素损失和环境污染的主要驱动因素。中国亚热带茶园氮肥投入水平高，远超全球谷物平均水平，导致大量氧化亚氮（N2O）排放和氨（NH3）挥发。N2O是增温潜势高的强效温室气体，而NH3则是PM2.5的重要前体物，二者均对区域大气环境和生态系统健康构成严重威胁。脲酶抑制剂和硝化抑制剂可分别延缓尿素水解和抑制铵态氮向硝态氮的转化，但单施抑制剂常面临N2O与NH3“此消彼长”的权衡困境；生物炭虽被广泛认为是土壤固碳减排的潜力材料，但其强吸附性是否会干扰抑制剂效能、二者在茶园酸性土壤中的长期适配效果尚不明确。
针对这一科学问题，中国科学院亚热带农业生态研究所土壤生态与农业环境课题组在亚热带丘陵茶园开展了一项为期两年的连续高频原位观测实验，系统揭示了双抑制剂（脲酶抑制剂NBPT + 硝化抑制剂DMPP）及其与生物炭配施对茶园土壤N2O和NH3排放的影响及机制。该研究共设置四种处理：①不施氮肥（CK）；②常规施氮（CON）；③常规施氮+双抑制剂（NI）；④常规施氮+双抑制剂+生物炭（BNI，生物炭施用量28 t ha−1）。研究发现，常规施肥下该茶园N2O和NH3的排放因子分别高达3.0%和8.1%，且气态氮排放高度集中于茶行区域（贡献N2O排放的83.1%和NH3挥发总量的68.4%）。与常规施肥相比，单独施用双抑制剂使N2O和NH3排放因子分别降低54.5%和20.0%，双抑制剂配施生物炭的减排效率与之相当（N2O降49.8%，NH3降20.2%）。值得注意的是，生物炭配施的减排效果存在显著年际差异：首年因生物炭提升土壤pH并吸附部分抑制剂分子，其减排效果暂弱于单施抑制剂；次年生物炭老化后，其NH3减排率反超单施抑制剂组，表明生物炭与抑制剂的协同效应具有长期稳定性。
该研究揭示了双抑制剂与生物炭配施的协同减排机制：脲酶抑制剂NBPT通过延缓尿素水解，显著降低了施肥后短期土壤NH4⁺−N浓度（降幅达45.7%），从而减少了NH3挥发的底物供应；硝化抑制剂DMPP通过抑制氨氧化细菌（AOB）丰度（降39.4%）和亚硝酸还原酶基因nirS丰度（降19.0%），降低了土壤NO3−−N浓度阻断了硝化过程驱动的N2O生成；生物炭则通过吸附NH4⁺和抑制剂分子、延长抑制剂有效作用期，进一步增强了减排的长期稳定性。结构方程模型和随机森林分析表明，土壤NO3−−N浓度、水分含量和AOB+AOA丰度是调控N2O排放的主导因子，而施肥后短期土壤NH4⁺−N浓度和温度则是NH3挥发的核心驱动因素。与常规施肥相比，双抑制剂配施生物炭处理使茶叶增产6.7%、植株氮素吸收提升14.4%，净环境经济效益达116,302 CNY ha−1 yr−1，较常规施肥提高136.7%。
该项研究成果以Reduction in N2O and NH3 emissions with combined use of dual inhibitors and biochar in a tea field soil in subtropical central China为题发表在土壤学领域著名期刊Biochar上。已毕业广西大学联合培养硕士生李粤丰为第一作者，亚热带生态所沈健林研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42161144002）和国家重点研发计划（2021YFD1700801）等项目的资助。
文章图像摘要
试验期内茶园土壤累积N2O与NH3排放的线性关系及其减排效率对比
双抑制剂与生物炭配施下土壤N2O和NH3排放驱动路径的结构方程模型分析及标准化总效应分析