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　　全球干旱生態(tài)系統(tǒng)擁有約1/3的生物多樣性保護(hù)熱點區(qū)域，為28%的瀕危物種提供棲息地，對氣候變化和人類活動極其敏感。旱地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)貧瘠，養(yǎng)分流失十分快速，連續(xù)的農(nóng)業(yè)耕種常常導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)。因此，增施化肥成為提高旱地農(nóng)作產(chǎn)量的方法。然而，旱作農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對溫室氣體排放的貢獻(xiàn)一直被忽視。

　　二氧化碳(CO₂)、氧化亞氮(N₂O)和甲烷(CH₄)是與土壤-營養(yǎng)-氣候反饋循環(huán)相關(guān)的三種農(nóng)業(yè)溫室氣體。耕地因為肥料的施用貢獻(xiàn)了全球一半以上的N₂O排放。為了應(yīng)對糧食危機(jī)，農(nóng)民將使用更多化肥來提高產(chǎn)量，導(dǎo)致溫室氣體排放量持續(xù)增加，但糧食產(chǎn)量不一定會增加。為了促進(jìn)耕地和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，必須采用“再生策略”，即將土地恢復(fù)目標(biāo)與可持續(xù)作物或飼料產(chǎn)量相結(jié)合的方法。可再生有機(jī)資源的投入，特別是生物炭 (熱解有機(jī)材料) 和肥料，可以抑制溫室氣體的排放率，同時也能提高作物的總體生產(chǎn)力。然而，關(guān)于可再生資源可以減少溫室氣體排放的有效性這一說法并沒有統(tǒng)一的定論，所以其減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的最佳做法也處于不明確的狀態(tài)。 

　　近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所科研人員與來自巴基斯坦和尼泊爾的多位同行開展合作，基于PRISMA (系統(tǒng)性審查和meta分析的首選報告項目方法)對1990-2022年的40篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行meta分析，利用對數(shù)響應(yīng)比(lnRR) 進(jìn)行效應(yīng)大小統(tǒng)計，評估主要再生(肥料、生物炭和兩種綜合應(yīng)用) 和無機(jī)肥料對溫室氣體排放的影響。 

　　結(jié)果表明，施用化肥或有機(jī)肥都會增加溫室氣體排放，而施用生物炭可減少溫室氣體排放，且在施用量為50 t ha^-1時效果最好。生物炭與釋放二氧化碳和/或一氧化二氮的肥料結(jié)合使用也可以降低全球變暖潛勢(GWP)，單獨使用生物炭可使GWP降低144%。不同再生措施的氣候效應(yīng)受土壤類型的影響。就土壤理化性質(zhì)來看，施用生物炭后，中性和酸性土壤的CO₂和N₂O排放量最高，堿性土壤的排放量最低。土壤碳氮比（C/N）影響了減少溫室氣體的最佳策略：高C/N的土壤應(yīng)使用生物炭，低C/N的土壤應(yīng)避免使用生物炭和化肥。 

　　該研究指出利用肥料的再生策略有將全球旱地轉(zhuǎn)化為主要溫室氣體排放源的風(fēng)險，而采用生物炭的策略可以減少旱地溫室氣體排放并將GWP最小化，這為不同旱地再生施肥策略的選擇提供了科學(xué)指導(dǎo)。研究成果以Regenerative fertilization strategies for climate-smart agriculture: Consequences for greenhouse gas emissions from global drylands為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Journal of Cleaner Production。中國科學(xué)院昆明植物研究所山地未來中心博士后Iqbal Shahid為論文的第一作者兼通訊作者，許建初研究員為共同作者。研究得到了云南省博士后定向培養(yǎng)基金 (EO3A581261)、中國科學(xué)院院長國際獎學(xué)金項目 (2021PB00094、2020FYC0003)、國家自然科學(xué)基金 (31861143002) 和云南省科技廳 (202101AS070045 )的支持。 

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圖 五種施肥策略對溫室氣體排放和全球變暖潛能(GWP)的作用。