虽然农业生产者使用氮肥为作物提供养分，但他们无法总是将这些养分保留在土壤中以实现最高效率，通常会以硝酸盐和一氧化二氮的形式流失到大气或水中。

德克萨斯A&M大学农业生命研究小组正在从高粱开始寻找可以最大限度减少氮流失的作物品种，从而降低农民的投入成本和向大气中排放的温室气体。

该项目由NithyaRajan博士领导，他最近被任命为农业和林业温室气体管理中心主任。Rajan是AgriLifeResearch作物生理学家，也是德克萨斯A&M农业与生命科学学院土壤与作物科学系的农学和农业生态学教授。

五年前，拉詹发起了“具有生物硝化抑制特性的创新高粱生产系统以增强农业生态系统的可持续性”的研究。

她和她的团队现在取得了成果，他们说这有望开发出一种对植物、生产者和地球都有益的特性。

“BNI特性将抑制硝化作用，硝化作用是一种微生物过程，将土壤中肥料衍生的铵转化为硝酸盐，并且不允许其以硝酸盐的形式在水中逸出，或以一氧化二氮的形式作为温室气体逸出。”

硝化、反硝化和生物硝化抑制

拉詹说，硝化作用和随后的反硝化活动促进了农田中氮的流失，这在很大程度上是大多数大田作物氮利用效率低下和排放强效温室气体一氧化二氮的根本原因。

在当今的农业实践中，生产者必须额外支付含有硝化抑制剂的肥料费用，以保证所施用的肥料的有效利用。

然而，据她介绍，一些植物可以通过从根部释放抑制剂来抑制硝化作用，这种特性被称为生物硝化抑制(BNI)。BNI特性有助于将氮在土壤中保留更长时间，以促进农作物吸收，并减少氮以一氧化二氮的形式流失，一氧化二氮是农田排放的主要温室气体。

Rajan和AgriLife研究机构植物生理学家、土壤与作物科学系副教授SakikoOkumoto博士对由AgriLife研究机构高粱育种专家、教授、博洛格-孟山都植物育种和国际作物改良主席BillRooney博士领导的高粱育种计划中的高粱基因型进行了筛选。

具有BNI特性的作物已经经过三年的现场试验，证实了硝酸盐和一氧化二氮形式的氮损失有所减少。

拉詹说：“这是德克萨斯农工大学农业生命研究中心的一项新研究计划，我们在开发具有这种特性的气候智能型作物方面处于领先地位。”

“我们的实地数据显示温室气体排放量大幅减少。我们相信，我们可以开发气候智能型高粱，以提高肥料利用效率并减少一氧化二氮排放。”

缩小范围

这项研究让Okumoto能够识别出导致BNI性状的特定基因组合。“我们能够建立一个模型来预测和挑选我们认为会很好的品系……现在我们有了一条清晰的途径，可以在育种计划中引入和利用该模型，使其变得更好，”Okumoto说。

该团队认为他们的工作才刚刚开始，因为他们只关注了鲁尼育种计划中的一小部分。

“BNI是一种可遗传的特性，”鲁尼说。“在我们目前的种质库中，这种特性具有很大的可变性，我们可以大大改善这种特性。”

拉詹表示，确保不遭受产量损失非常重要。他们希望在所有主要高粱种植区进行广泛的田间试验，以制定最佳管理实践，让农民知道他们可以将肥料施用量减少多少而不会遭受产量损失。

他们目前的数据表明，硝化抑制剂活性似乎选择性地针对硝化微生物种群，对整个土壤微生物群的影响微乎其微。AgriLifeResearch的助理教授兼土壤微生物学家SanjayAntony-Babu正在研究BNI对各种土壤微生物的影响。这项研究对于确保与微生物多样性相关的土壤健康不会受到BNI的负面影响至关重要。

生物能源高粱是目标作物

鲁尼表示，除了谷物和饲料高粱外，生物能源高粱也是包含BNI特性的目标作物。生物能源高粱是一个相对较新的概念，由AgriLifeResearch在鲁尼的高粱育种实验室中首创。

他说，生物能源高粱是一种特殊类型的高粱，其生长季节长，不产生谷物，具有更强的抗旱能力和更高的纤维素生物质产量。

鲁尼说，与谷物和饲料高粱一样，BNI特性的引入可以减少生产所需的氮肥量，同时提高施用氮的利用效率。

下一步是什么?

拉詹表示，最终目标是开发一种气候智能型高粱，这种高粱不仅可以减少化肥成本，还可以减少对环境的影响。气候智能型作物有可能让生产者因这些做法而获得赞誉，同时也有益于环境。

“氮是生产粮食所必需的，但氮的使用也会带来问题，”她说。“开发气候智能型作物品种是一个很好的解决方案，因为它可以防止大量氮通过水或温室气体逸出。”

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