全球干旱生態系統擁有約1/3的生物多樣性保護熱點區域，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。旱地生態系統土壤有機質貧瘠，養分流失十分快速，連續的農業耕種常常導致作物嚴重減產。因此，增施化肥成為提高旱地農作產量的方法。然而，旱作農業生態系統對溫室氣體排放的貢獻一直被忽視。

　　二氧化碳(CO₂)、氧化亞氮(N₂O)和甲烷(CH₄)是與土壤-營養-氣候反饋循環相關的三種農業溫室氣體。耕地因為肥料的施用貢獻了全球一半以上的N₂O排放。為了應對糧食危機，農民將使用更多化肥來提高產量，導致溫室氣體排放量持續增加，但糧食產量不一定會增加。為了促進耕地和生態環境的可持續發展，必須采用“再生策略”，即將土地恢復目標與可持續作物或飼料產量相結合的方法。可再生有機資源的投入，特別是生物炭 (熱解有機材料) 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力。然而，關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一的定論，所以其減少農業溫室氣體排放的最佳做法也處于不明確的狀態。 

　　近日，中國科學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篇相關文獻進行meta分析，利用對數響應比(lnRR) 進行效應大小統計，評估主要再生(肥料、生物炭和兩種綜合應用) 和無機肥料對溫室氣體排放的影響。 

　　結果表明，施用化肥或有機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受土壤類型的影響。就土壤理化性質來看，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的土壤應使用生物炭，低C/N的土壤應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化為主要溫室氣體排放源的風險，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指導。研究成果以Regenerative fertilization strategies for climate-smart agriculture: Consequences for greenhouse gas emissions from global drylands為題發表在環境科學與生態學領域TOP期刊Journal of Cleaner Production。中國科學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基金 (EO3A581261)、中國科學院院長國際獎學金項目 (2021PB00094、2020FYC0003)、國家自然科學基金 (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。