中國科學院大學資環學院副教授 劉月仙：解密生態修復中的氧化亞氮（N2O）減排密碼
本期人物：劉月仙
中國科學院大學資源與環境學院 副教授
丹麥哥本哈根大學生命學院 有機農業 哲學博士
農業農村部中國綠色食品專家咨詢委員會 委員
中國有機技術專家工作組成員
研究方向：
石油烴污染鹽堿地的生物修復
生態系統碳排放潛力估算
農產品質量安全研究
雙碳領域研究：
丹麥食品農業與漁業部項目 有機農產品鏈環境風險影響評價：中國案例研究（2007-2010年）
國家重點研發計劃 黃淮海地區畜禽養殖廢棄物循環利用LCA分析（2017年）
國家重點研發計劃 城市溫室氣體與大氣污染物協同控制與監測評估聯合研究（2023年）
［寫在前面］
在“雙碳”目標引領全球氣候行動的當下，一場關于溫室氣體減排的科學探索正悄然聚焦于土壤深處的“微觀戰場”。3月7日，由中國科學院大學資源與環境學院、碳足跡國家創新聯盟聯合主辦，北京綠林認證有限公司承辦的“溫室氣體（GHGs）排放研討會”在國科大成功舉辦。會上，中國科學院大學資源與環境學院副教授 劉月仙作了題為《生態系統N2O排放潛力的估算》的主題分享，聚焦于一種鮮為人知卻影響深遠的溫室氣體——氧化亞氮（N2O）。今天，我們以科學理性對話未來，解密生態修復中的氧化亞氮減排密碼。
土壤作為人為排放的主要來源，貢獻了全球約60%氧化亞氮。
Question 01：
問：您的分享聚焦于生態系統的氧化亞氮排放潛力估算，能否先談談，為何選擇這一相對“冷門”的溫室氣體作為研究對象？
劉月仙教授：氧化亞氮并不“冷門”溫室氣體，只是相對于二氧化碳（CO2），公眾關注度較低。然而，根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告，氧化亞氮的全球增溫潛勢（GWP）高達二氧化碳的約298倍，且在大氣中壽命長達百年，其長期累積效應對氣候治理構成嚴峻挑戰。土壤是人為N2O排放的主要來源，約占全球人為排放總量的60%。在“雙碳”目標下，除了控碳，協同減排其他溫室氣體同樣至關重要。然而，當前溫室氣體研究多集中于二氧化碳，對氧化亞氮的排放機制、驅動因素及不同生態系統的差異性仍存在顯著研究空白。我的研究正是針對這一領域的空白，旨在揭示N2O排放的關鍵機制及其生態環境調控作用，為生態系統修復提供全面的科學支撐。
Question 02：
問：您提到不同生態系統對氧化亞氮排放潛力的影響差異顯著。能否解釋下為何農田、濕地或沙地的排放潛力不同？
劉月仙教授：不同生態系統中土壤氧化亞氮排放潛力的差異，主要由微生物功能基因的分布、土壤理化性質及人為管理措施的綜合驅動。基于對青海地區農田、濕地、沙地等多樣化生態系統研究，通過宏基因組學技術和結構方程模型（SEM），揭示N2O排放的微生物學機制。在微生物層面，不同生態系統的功能基因豐度顯著影響N2O的釋放路徑。
如果將生態系統比作“工廠”，土壤中的微生物就是生產線上的工人，而氮循環是它們的核心任務。農田猶如一條高效的流水線，頻繁的施肥提供了大量原料（如銨態氮），促進微生物快速完成硝化反應，從而釋放氧化亞氮；濕地則更像一個“低氧車間”，在缺氧環境下，微生物更傾向于將氮轉化為氮氣（N2），但在環境波動等不穩定條件下，可能導致部分N2O的逸散；沙地由于土壤貧瘠、微生物群落單一，整體N2O排放潛力較低。可以說，不同生態系統的“性格”決定了它們的N2O排放模式。
Question 03：
問：生態恢復氧化亞氮與碳匯增持的雙減排路徑，這對于生態修復和“雙碳”目標有何實際指導意義？
劉月仙教授：生態修復需要科學設計精準化減排路徑，針對不同生態系統特征，我們提出“特征化減排模式”，以實現氮素管理與溫室氣體減排的協同優化。例如，在農田生態系統中，通過秸稈還田、有機肥施用及保護性耕作提高土壤有機碳（SOC）含量，同時優化氮肥管理，以減少氨態氮流失，降低N2O排放；林地則需調節土壤pH值，控制硝態氮積累，增強氮素循環穩定性，減少N2O的非生物損失途徑；濕地通過水位調控與SOC管理，抑制反硝化作用過程中N2O的逸散，提升濕地的凈碳匯功能；沙地則需改善土壤鹽堿化條件，提升有機碳水平，以增強微生物活性并減少N2O釋放。通過量化不同生態系統的“特征化減排”路徑，可為碳信用機制（如CDM項目）核算提供科學依據，推動生態修復在生物多樣性保護與溫室氣體減排中的協同效益。
Question 04：
問：通過生態修復實現碳減排與碳匯的“雙贏”中，企業可以從中找到哪些機遇？
劉月仙教授：土壤不僅是作物生長的根基，更是全球氣候系統的重要“調節器”；生態修復不僅是“環境修復”，更是一種前瞻性的“氣候投資”。例如，濕地恢復可通過調控水位抑制氧化亞氮排放，同時增強土壤固碳能力；草地輪牧能減少氮肥依賴，提升土壤有機碳（SOC）儲量，促進氮素循環的穩定。這些措施不僅可納入CCER（國家核證自愿減排量）等碳市場機制，還能為企業創造碳資產，通過碳交易或綠色品牌溢價轉化為商業價值。未來，生態系統的“碳賬本”將更加精細化，每一寸土地的氣候貢獻都將被清晰量化，為碳中和目標提供科學支撐。
［寫在結尾］
減排不僅是技術革新，更是對生態規律的敬畏。當科學的力量滲透進土壤，“雙碳”目標的實現愈漸清晰。在這場關于土壤深處“隱形溫室氣體”的探討中，劉月仙副教授的研究揭開了氧化亞氮的神秘面紗。從農田到濕地，從微生物的“基因密碼”到土壤的“氣候賬本”，人類對土壤的管理方式正悄然重塑地球的氮循環。在這片微觀戰場上，一場靜默的綠色革命正在展開，最終，人類的智慧將決定這場沒有硝煙的戰爭勝負。
