Biochar Mitigates N 2 O and NH 3 Emissions for Organic and Inorganic Fertilizers in an Austrian Field Experiment

摘要：生物炭是一种有前景的土壤管理策略，可减少农业土壤中的活性氮（N_r）损失，而用有机改良剂（OAs）替代矿物肥料可以改善土壤健康并促进养分循环。我们在下奥地利州开展了一项为期三年的玉米（Zea mays）田间试验，比较了有机废弃物堆肥和消化液与矿物氮磷钾（NPK）施肥（175 kg N ha⁻¹、39 kg P ha⁻¹、187 kg K ha⁻¹）的效果，并评估了施用生物炭对氧化亚氮（N₂O）、氨（NH₃）排放及作物产量的影响。堆肥和消化液以较高的总氮量施用（350 kg N ha⁻¹）。生物炭（约7.5 t ha⁻¹）与NPK或堆肥配合施用，施肥量与各自的无生物炭处理相同，以评估其减少气态活性氮损失的潜力。同时评估了各处理对土壤性质和微生物功能基因丰度的影响。总体而言，与NPK相比，堆肥使累积N₂O和NH₃排放分别减少了66%和68%，而消化液则使排放分别增加了21%（N₂O）和32%（NH₃）。施用生物炭的土壤在NPK处理下N₂O排放减少了48%，在堆肥处理下减少了39%。此外，添加生物炭后，NPK处理的NH₃挥发减少了51%，堆肥处理减少了26%。在产量方面，消化液成功替代了NPK，而堆肥由于氮矿化速率有限，未能提供等效的短期养分供应。有机改良剂处理下土壤有机碳和全氮（TN）增加，表明具有长期肥力效益。生物炭处理下N₂O排放的降低可能与该处理中较低的反硝化潜力有关，而硝酸盐（NO₃⁻）和铵盐（NH₄⁺）的有效性未受生物炭施用影响，氮循环基因丰度分析和土壤提取结果证实了这一点。我们的研究表明，有机改良剂和生物炭均可作为气候智慧型农业工具，在改善土壤肥力和支持碳固存的同时减少直接N₂O和NH₃排放。然而，有效的施肥管理对于维持高产是必要的，需要采取综合养分管理策略，将有机改良剂与矿物氮肥进行战略性结合。