植物代谢物对土壤中N₂O排放的生物缓解作用
本研究进一步进行了土壤培养实验，结果表明作为BNIs的三种次生代谢物可将N2O的排放减少32%-45%，而三种初级代谢物类型对N2O的排放则有着56%-63%的推动作用。本研究结果突出了特定次生代谢物在全球N2O排放的生物缓解中的潜在作用和应用范围，并为N2O排放模型提供了新的生物参数，有助于提高模型预测的准确性。
研究结果：
1. 植物代谢物对土壤中N2O排放的总体影响
图1 植物代谢物类型对土壤N2O排放的影响。平均效应量显示为平均±95%置信区间。如果95% CI不包括零点，则认为植物代谢物对一个响应变量的影响是显著的（*）。每个变量的样本数量在95% CI旁边表示。右边y轴上的值代表每个响应变量的平均百分比变化。正方形、圆和三角形分别表示总、初级和次生代谢物对土壤中N2O排放的影响。
2. 次生代谢物数量和植物类型对土壤中N2O排放的影响
研究表明，BNIs/BDIs的含量显著减少了土壤中N2O的排放（p< 0.05，图2A）。此外，BNIs/BDIs对土壤中N2O释放的缓解效果受寄主植物类型的影响（平均：−46%，95%Cl：−55%~−34%）。虽然作物（−43%）和草（−63%）的N2O排放量比蔬菜（−14%）和树木（−2%）的减少得（图2b）更明显，但两者之间差异不显著。
图2 代谢物剂量(a)（低，代谢物剂量<100mg/kg，中，代谢物剂量≥100，<500mg/kg和高，代谢物剂量≥500mg/kg），植物类型(b)（即作物、草、蔬菜和树）BNIs/BDIs对土壤N2O排放的影响。平均效应量显示为平均±95% CI。每个变量的样本数量在95% CI旁边表示。p<0.05表示不同组间差异显著。右边y轴上的值代表每个响应变量的平均百分比变化。
3、土壤pH值、质地和粘土含量对土壤N2O排放量的影响
BNIs/BDIs对土壤N2O排放的影响也会受到土壤pH值的影响（图3）。在中性土壤和酸性土壤中施用BNIs/BDIs时，N2O的排放量显著减少，而在碱性土壤中并没有发现显著影响（图3a）。进一步的多项式回归分析表明，随着酸性和中性土壤PH值的增加和碱性土壤PH值的降低，N2O的释放率有显著的降低。
总的来说，土壤质地对土壤N2O排放量的下降中，黏土的下降幅度高于壤土和沙土，但两者差异不显著（图3b）。此外，土壤的黏土含量与土壤N2O的排放之间存在显著的负相关关系（图4b）。
图3 土壤pH(a)（酸性≤6.5，中性>6.5且<7.5，碱性≥7.5），土壤质地(b)（粘土、壤土、沙-基于国际土壤质地体系分类标准），土壤粘土含量(c)（≤25%，>25%）pH/土壤N2O排放的影响。平均效应量显示为平均±95% CI。每个变量的样本数量在95% CI旁边表示。p<0.05表示不同组间差异显著。右边y轴上的值代表每个响应变量的平均百分比变化。
图4 N2O排放的响应比（logeR）与土壤pH值和土壤粘土含量的关系。直线表示回归线。p<0.05表示有显著相关关系。
4、肥料类型和施肥量、试验设计和施肥时间对土壤N2O排放的影响
研究结果进一步表明，当尿素与铵肥一同施用时，受 BNIs/BDIs 影响的土壤中N2O的排放量显著减少。相比之下，施用硝酸盐肥料对土壤中N2O的排放并无显著影响（图5a）。
总的来说，氮肥的施用降低了土壤中N2O的排放约47%，相比起低浓度的氮肥施用，中高浓度的氮肥（200-400kg/ha）施用会更显著地降低N2O的排放量（图5b）。且无论在短时间（≤21天），中时间（21-70天）还是长时间（＞70 天）的监测下，均发现N2O的释放量显著降低（图5c）。此外，无论是实验室和田间，BNIs/BDIs使得土壤N2O排放量分别减少了34%和49%（图5d）。
图5 氮肥类型（a）（尿素、铵肥和硝酸盐肥）、施氮量（b）（低施氮量，施氮量≤200kg/ha；中等，施氮量>200、<400kg/ha；高，施氮量≥400kg/ha）、试验持续时间（c）（短≤21天；中>21，<70天；长≥70天）、实验类型（d）BNIs/BDIs对土壤N2O排放的影响。平均效应大小以平均值±95% CIs表示。在95% CI旁边标明了每个变量的样本数量。p<0.05 表示不同组间存在显著差异。右侧y轴上的值代表每个响应变量的平均百分比变化。
5、Meta分析结论的实验论证
为了验证Meta分析的代谢物类型结果，研究者比较了在同一块田间两种主要的代谢物减少N2O排放的效果。结果表明，三种主要的初级代谢产物，葡萄糖，谷氨酸和草酸分别促进土壤中N2O释放56.4%，56.6%和62.9%。对比来说，三种次级代谢产物BNIs（生物硝化抑制剂），亚麻酸，MHPP和karanjin，均有显著的抑制N2O排放的效果，抑制程度分别达到了33.1%、32%、45.5%。
图6 经6种代表性代谢物（GA、谷氨酸、谷氨酸、葡萄糖、KA、卡兰津、LN、亚麻酸、MHPP、甲基3-（4-羟基苯）、草酸）处理的土壤28天的累积N2O排放量。值是每个林分内重复的平均值（n= 3），条形图是标准误差。不同处理之间的显著差异用不同的字母标记。
结论：
通过结合Meta分析和土壤培养实验，研究者强调了理解植物代谢物如何缓解土壤中N2O的释放的重要性。他们证明了特定的植物代谢物在减少土壤N2O排放方面的巨大潜力，而至于植物代谢物能缓解N2O排放的程度则取决于植物代谢物的种类，土壤的种类和实验的条件（图7）。研究者也希望这些数据为N2O排放模型提供新的参数，以帮助提高预测精度。
图7 植物代谢物对土壤N2O排放的缓解作用的概念框架。植物代谢物可能通过代谢物类型、土壤pH值和土壤黏土含量这三个潜在因素来影响土壤中N2O的排放。
