全球盐碱地面积已达到约9.54亿公顷，严重制约了农业可持续发展。种植水稻是改善和利用盐碱地、提高边际土地利用率的有效措施之一。但随着大面积盐碱稻田开发，土壤养分失衡、地表和地下水污染、大气污染等环境问题也日益突出，特别是氨气（NH3）、氮氧化物（NOx）等气体排放到大气中，会造成严重的氮损失。目前关于盐碱地区稻田NH3挥发和温室气体（GHG）排放的定量研究相对较少，盐碱稻田碳氮气体排放的微生物驱动机制尚不清楚。 东北地理所水环境污染与防治团队以吉林西部盐碱稻田土壤作为研究对象，通过中宇宙试验，评估了不同盐碱水平与不同氮肥施用条件下稻田NH3挥发和GHG排放特征，并阐明了驱动碳氮气体排放的微生物学机制。
研究结果表明，稻田NH3挥发量和甲烷（CH4）排放量随着盐碱水平的升高而增加，说明新开垦为稻田的重度盐碱地可能是农田CH4和NH3排放的热点区域；二氧化碳（CO2）和氧化亚氮（N2O）排放量随着盐碱水平的升高而降低，高盐碱抑制了氨氧化古菌的活性，导致硝化作用产生的N2O减少，从而降低了N2O的排放。整体而言，高盐碱水平稻田的全球增温潜势（GWP）值最高。
结构方程模型分析结果表明，施用不同种类氮肥导致田面水和/或稻田土壤中EC、pH、氨氮含量发生直接变化，进而对盐碱稻田NH3挥发和N2O排放产生间接影响。在水稻生长周期内，尿素配施脲酶硝化抑制剂、有机无机混施肥、炭基缓释肥处理组的NH3累积挥发量均显著（p < 0.05）高于尿素处理组的22.60 ~ 25.55 %。与尿素处理组相比，有机无机混施肥施用后，增加了鞘氨单胞菌（Sphingomonas）和α变形菌（Alphaproteobacteria）等氮循环相关功能菌的相对丰度，降低了(nirS+nirK)/nosZ的比值，从而导致整个水稻生长季N2O累积排放量大幅降低，且GWP值也降低5.25%。综上所述，施用尿素可以控制盐碱稻田NH3挥发，而有机无机混施肥则有利于GHG减排。本研究为优化盐碱稻田氮肥管理、控制NH3挥发和GHG排放提供了理论依据，对保障盐碱稻田粮食增产、肥料高效利用、减少环境污染具有重要的科学意义。
相关成果发表在国际期刊《Geoderma》、《Land Degradation & Development》和《Environmental Science and Pollution Research》上，由博士研究生王鑫壹（第一作者）、祝惠研究员（通讯作者）等共同完成。研究工作得到国家自然科学基金委区域联合基金、吉林省优秀青年基金、中科院先导专项子课题、中科院创新交叉团队、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
论文信息及链接如下：
Wang X.Y., Zhu H, Yan B.X., Chen L., Shutes B., Wang M.M., Lyu J., Zhang F.M. (2023) Ammonia volatilization, greenhouse gas emissions and microbiological mechanisms following the application of nitrogen fertilizers in a saline-alkali paddy ecosystem. Geoderma 433, 116460. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116460
Wang X.Y., Lyu J., Zhu H., Shutes B., Xu Y.Y., Zhang F.M. (2023) Reclaimed saline-alkali paddy field may be a hotspot of methane and ammonia emissions. Land Degradation & Development 2023, 1-13. https://doi.org/10.1002/ldr.4815
Wang X.Y., Wang M.M., Chen L., Shutes B., Yan B.X., Zhang F.M., Lyu J. (2023) Nitrogen migration and transformation in a saline-alkali paddy ecosystem with application of different nitrogen fertilizers. Environmental Science and Pollution Research 30, 51665-51678. https://doi.org/10.1007/s11356-023-25984-9
图1 不同盐碱水平下稻田GHG排放特征
图2 氮肥种类对盐碱稻田碳氮气体排放的影响
