摘要
环戊酮（CCO）作为一种新型生物抑制剂，其多功能、对环境更友好的优势使得它比传统化工合成类抑制剂更能迎合现代农业绿色发展的要求。为指导 CCO 的实际应用，采用田间试验，以辽宁棕壤玉米田作为研究对象，通过量化温室气体排放量、土壤氮素调节能力、植株生长指标以及增产效果在探究 CCO 作用机制及效果的基础上，通过科学方法综合评估 CCO 实际应用中的最优剂量。试验共设计 5 个处理：1）单施尿素处理（Urea）；2） 添加施氮量的 0.5% CCO 处理（CCO1）；3）添加施氮量的 1% CCO 处理（CCO2）；4）添加施氮量的 2% CCO 处理（CCO3）；5）添加施氮量的 5% CCO 处理（CCO4）。结果表明，CCO2 处理对温室气体的控制效果更优。相较于 Urea 组，NH3、N2O 减排率分别达 32.5%、21.9%；土壤 CH4 累积吸收量提高 5.59 倍。结合全球增温潜势和温室气体排放强度来看，此剂量处理下更能对温室效应产生显著影响（P<0.05）；从植株性状、作物产量和氮素利用率等指标的统计结果显示 CCO2 处理下更能调节土壤氮素平衡，优化作物氮素利用，利于作物生长发育，使得增收增产约 20%，经济效益更佳。CCO 作为新型抑制剂，作用效果良好且多样，具有较大的发展前景。综合考虑环境效益与经济效益，在实际应用 CCO 时，应选用 1% 施氮量的 CCO 剂量进行配施生产。
Abstract
Cyclopentanone（CCO），as a novel bioinhibitor，boasts multifunctionality and enhanced environmental friendliness，making it more conducive to the green development requirements of modern agriculture compared to traditional chemically synthesized inhibitors. To guide the practical application of CCO，this study employed field experiments，taking Liaoning’s aquic brown soil maize fields as the subject，and quantified greenhouse gas emissions，soil nitrogen regulation capability，plant growth indicators，and yield enhancement effects．By delving into the mechanism and efficacy of CCO， the optimal dosage for its real-world application was scientifically assessed．Five treatments were designed：1）sole urea application（Urea）；2）CCO applied at 0.5% of the nitrogen application rate（CCO1）；3）CCO applied at 1% of the nitrogen application rate（CCO2）；4）CCO applied at 2% of the nitrogen application rate（CCO3）；5）CCO applied at 5% of the nitrogen application rate（CCO4）．Findings revealed that the CCO2 treatment excelled in controlling greenhouse gas emissions．Relative to the Urea treatment，it achieved a 32.5% reduction in NH3 emissions and a 21.9% decrease in N2O emissions．Additionally，cumulative CH4 uptake by the soil increased 5.59 times under this treatment．Considering global warming potential and greenhouse gas intensity，the CCO2 dosage had a significantly greater impact on mitigating the greenhouse effect（P<0.05）．Statistical analyses of plant traits，crop yields，and nitrogen use efficiency metrics indicated that CCO2 more effectively balanced soil nitrogen，optimized crop nitrogen utilization，facilitated plant growth and development，leading to approximately a 20% increase in yield and improved economic returns．CCO，as a new inhibitor，demonstrated remarkable and diverse efficacy，harboring substantial potential for future development．Balancing environmental benefits and economic efficiency，the recommended dosage for CCO application in agricultural production was 1% of the nitrogen applied，based on the comprehensive assessment.
Keywords
我国是农业大国，尿素氮的使用非常广泛，然而其在施入土壤后仅有 35% 的养分被植物吸收利用，限制了作物产量。并且其余部分会以各种形式散失到环境中，大大加剧了环境污染和温室效应[1]。为解决这些问题，稳定性肥料在国内外得到了广泛应用，这是一种能够延长肥料中氮素释放时间的肥料，以提高氮素利用率和减少氮素的损失。其添加的抑制剂种类大致分为化学抑制剂和生物抑制剂。在传统稳定性肥料中，常采用化学抑制剂来实现氮素的缓释效果。然而传统化工合成抑制剂存在以下劣势：1）这些化学物质在肥料施用过程中可能会逐渐释放到土壤和周围的水体中，对生态系统产生负面影响；2）可能具有毒性，对土壤微生物、植物和其他生物有害，生物降解性可能较差，导致在土壤中长期存在，进一步增加环境风险；3）传统抑制剂的生产和应用通常需要复杂的工艺和高成本。此外，它们的可持续性也是一个问题，因为它们通常是基于化学合成的，对环境资源的依赖较大[2]。
在探索自然界的生物抑制剂以应对农业生产的挑战中，已有若干研究揭示了植物源性活性成分在调控土壤氮循环中的潜力。例如，Kumar 等[3]指出，棟树提取物尤其有效，能显著抑制尿素水解与硝化作用；王正银等[4]和彭仁等[5]的研究则强调了木犀科、松科植物在抑制土壤脲酶活性方面的表现。史云峰等[6]的工作通过筛选中草药，鉴定了包括洋甘菊、桔子花、夏枯草、金银花在内的多种植物，它们不仅能有效减缓尿素水解，还展现了出色的硝化抑制能力，部分甚至超越了合成抑制剂氢醌和双氰胺的功效。此外，Zakir 等[7]、 Subbarao 等[8-10]从高粱和水稻根系分泌物中分别发现了对羟基本丙酸、樱花素、高粱酮和 1，9-癸二醇等多种生物硝化抑制剂，这些物质能够显著影响硝化过程的关键酶活性。这些研究共同指向一个方向——生物抑制剂资源丰富，且具备高效低毒的特性，为开发新型农业投入品提供了科学依据[11]。因此，这些天然抑制剂的深入研究与开发对于促进农业可持续发展、减少环境污染具有至关重要的意义[12]。
近年来本团队对不同的中草药植物进行筛选提取验证，发现一种既能抑制脲酶活性减缓尿素水解，又能抑制土壤硝化作用，具有巨大研究价值和应用潜力的新型生物抑制剂—洋甘菊[13]。最终采用硅胶柱层析和重结晶分离纯化方法对洋甘菊提取物的有效化学成分进行分离，首次提取出具有明显脲酶抑制和硝化抑制双重功效的生物抑制剂环戊酮 （CCO）。CCO 的发现是对现有生物抑制剂研究的重要补充，特别是在农业可持续实践的背景下。与广泛应用的合成抑制剂如正丁基硫化磷酸三胺和双氰胺相比，CCO 展现出更优的脲酶与硝化抑制效果凸显了其作为天然来源抑制剂的高效性与潜在优势。这一发现不仅强调了洋甘菊提取物作为一种创新生物抑制剂的应用潜力，同时也为减少化肥损失、提升氮肥利用效率及环境保护提供了科学新颖的解决方案。因此，CCO 作为自然界的生物活性产物，不仅丰富了生物抑制剂的种类，还为设计更为环保、高效的肥料增效剂提供了新思路。
此前的研究已经证实 CCO 的作用效果[13]。但要指导实际应用生产，还应从多角度进行综合评估。在 CCO 这一新材料的现有文献中，通过将作用机理与专业环境和经济效益因子，诸如衡量农田排放的温室气体对全球暖化的影响的全球增温潜势（GWP）、综合评估新型抑制剂作物产量和温室气体排放的增产减排效果的温室气体排放强度 （GHGI）、探究不同剂量生物抑制剂处理下的植物营养状况和土壤氮素供给能力情况的玉米生长指标以及能够有效评估何种剂量 CCO 能带来最高的经济效益的氮肥农学效率、玉米氮素籽粒生产效率等指标相结合，综合评估其作用效果的研究知之甚少。
因此，本研究以玉米田为研究对象，探究 1）CCO 对土壤氮素转化的调控效果；2）CCO 对温室效应气体排放的机理验证及综合影响评估； 3）CCO 对玉米植株性状、作物产量及氮肥利用率等经济效益因子评估；4）综合各项指标探索 CCO 施用的最佳剂量及效果，为 CCO 的实际应用提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
研究地点位于中国科学院沈阳生态实验站 （40°31′ N，123°24′ E），该地区属暖温带-湿润半湿润的大陆性气候，降水量多发生于夏玉米季节（6—10 月），年平均气温为 7.5℃。小区试验的土壤被归类为潮棕壤，其质地特征：63% 的粉粒、 19% 的砂粒和 18% 的粘粒。土壤 pH 值为 6.91，田间持水量为 40.3%，有机质含量 20.6 g/kg，有效磷含量 21.1 mg/kg、速效钾含量 167.1 mg/kg。
1.2 试验设计
玉米小区试验始于 2023 年 5 月，采用随机区组设计，每个小区面积 12 m2 （2.4 m × 5 m），玉米行距 0.6 m，株距 0.25 m。设置 5 个处理，1）Urea：正常施肥处理；2）CCO1：添加施氮量的 0.5% CCO 处理；3）CCO2：添加施氮量的 1% CCO 处理； 4）CCO3：添加施氮量的 2% CCO 处理；5）CCO4：添加施氮量的 5% CCO 处理。每个处理有 3 次重复。以条施方式，按照氮肥（N）200 kg/hm2、钾肥（K2O） 150 kg/hm2、磷肥（P2O5）120 kg/hm2 的施用量施肥，敷土掩埋后距各施肥点 5～8 cm 处进行播种，并于 2023 年 9 月 28 日收获，田间管理按照当地常规管理方式进行。
1.3 试验材料
供试玉米品种为‘丹东 1501’；供试肥料氮肥为尿素（N 46%），磷肥为重过磷酸钙（P2O5 46%），钾肥为氯化钾（K2O 60%）；生物抑制剂： CCO 是采用乙醇超声萃取、柱层析等手段从洋甘菊中提取纯化获得的，纯度 98%。
1.4 样品采集与测定
1.4.1 土壤取样和化学分析
通过 5 点取样法采集田垄 0～20 cm 土壤，分别于施肥后的 1、3、5、7、11、16、20、30、45、 68、85、103 和 147 d 采集土壤样品。采用 AA3 连续流动分析仪对鲜土浸提液中的土壤铵态氮 （NH4 +-N）、硝态氮（NO3--N）和尿素氮含量进行测定。采用球磨仪粉碎植物和土壤样品（烘干或风干至恒重），粒径 <150 μm。采用分析天平称取样品并用铝箔包裹。采用元素分析仪对样品全氮、碳进行测定。采用尿素残留法测定并以 24 h 后 1 g 土壤中 NH2OH 的毫克数表示土壤脲酶活性[14]。
1.4.2 温室气体排放通量、累计排放量以及 GWP、 GHGI
根据 Wang 等[15]描述的方法，采用改良的通风室法连续测定了施肥后第 1、2、3、4、5、6、 7、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、 28 和 30 d 的氨挥发通量；采用静态箱法对施肥后第 1、3、5、7、11、16、20、30、45、68、85、 103 和 147 d 温室气体（N2O、CH4）样品进行采集。
GWP，亦作全球升温潜能值，可以衡量农田排放的温室气体对全球暖化的影响，将特定气体和相同质量二氧化碳比较之下，造成全球暖化的相对能力。在本研究仅指不同处理下玉米小区的 NH3、CH4 和 N2O排放以及所使用的氮肥在生产过程中产生的温室气体对环境气候变化造成的相对影响，其中 CH4 和 N2O的变暖力分别为 27.9 和 273 CO2 kg/hm2[16]。GWP（N） 是指氮肥生产所产生的温室气体换算成相对的 CO2 排放量，可以通过氮素使用量乘以 CO2 当量 8.3 t /t 氮来计算[17]。
考虑到 NH3 是 N2O 的间接来源[18]，NH3 转化为 N2O-N 的公式如下：
式中，NH3-N2O 为 NH3 挥发产生的间接N2O， kg/hm2；EF4 为大气沉降氮在水面和土壤上排放 N2O 的排放因子，默认值为 0.01 kg；M 为氨挥发排放累积量，kg/hm2；44 和 28 分别为 NH3 和 N2O的转化系数。
根据 NH3 挥发和温室气体（N2O、CH4）排放通量和累计排放量，计算 CCO 对 GWP 的影响，根据 GWP 和玉米产量，计算 CCO 对 GHGI 的影响，公式如下：
式中，GWP 为全球增温潜势，CO2 eq kg/hm2；CE （CH4）为累积甲烷排放量，kg/hm2；CE（N2O）为累积氧化亚氮排放量，kg/hm2；NH3-N2O 为 NH3 挥发产生的间接 N2O，kg/hm2；GWP（N）为氮肥转化排放量，kg/hm2。
式中，GHGI 为温室气体排放强度，CO2 eq kg/kg； GWP 为全球增温潜势，CO2 kg/hm2；Yield 为各处理的玉米产量，kg/hm2。
1.4.3 植株性状及产量指标
定期采用直尺、游标卡尺、SPAD 仪分别对玉米的株高、茎粗、叶绿素进行测定，玉米产量在成熟期收割并考种，植株在 105℃下杀青，秸秆和籽粒样品在 75℃条件下烘干至恒重并称重。氮肥农学效率，也称为氮肥料的生产效率，是每单位氮素投入量所生产的作物产量，其数值可以更好地评估氮肥的实际生产效果。玉米氮素籽粒生产效率则代表了玉米植株对吸收氮的利用和再分配。将这些数据结合对玉米作物产量、氮肥利用率的统计可以有效评估何种剂量 CCO 能带来最高的经济效益。玉米植株氮素累积吸收量、氮肥利用率、氮肥农学效率（AEN）以及氮素籽粒生产效率4个指标用如下公式进行计算。
玉米植株氮素累积吸收量：
式中，CNU 为玉米植株氮素累积吸收量，g/ 株；CN 为玉米氮素含量，%；CM 为玉米干物质质量，g；
氮肥利用率：
式中，NUE 为氮肥利用率，%；CNU1 施氮玉米植株氮素累积吸收量，g/ 株；CNU2 为不施氮玉米植株氮素累积吸收量，g/ 株；N1 为单株施氮量，g/ 株；
氮肥农学效率：
式中，AEN 为玉米氮肥农学效率，kg/kg；Y1 为施氮肥处理玉米籽粒产量，kg/hm2；Y2 为不施氮肥处理玉米籽粒产量，kg/hm2；N2 为施氮量，kg/hm2；
氮素籽粒生产效率：
式中，GE 为玉米氮素籽粒生产效率，kg/kg；Y 为玉米籽粒产量，kg/kg；CNU 为玉米植株氮素累积吸收量，kg/kg。
1.5 数据处理
采用 Excel 2016 进行数据处理，采用 SPSS 22.0 进行统计分析，采用单因素方差分析在 0.05 显著性水平的 Duncan 法进行评价，采用 Origin 2020 进行绘图。图表中数据均为平均值 ± 标准差。
2 结果与分析
2.1 CCO 对氮素转化的影响
施氮后各剂量的 CCO 处理下土壤尿素氮含量均显著提高（P<0.05），且在整个尿素水解过程均呈随时间延长下降的趋势（图1A）。其中土壤尿素氮含量最高的是 CCO2 处理，均值为 306.6 mg/kg，其余 3 组处理均值在 136.2～138.4 mg/kg 之间，与 Urea 处理相比，CCO2 处理显著提高了 188%（P<0.05）。
后续分析发现各处理尿素水解期间的脲酶活性与上述结果相对应（图1B），即不同剂量 CCO 处理下土壤脲酶活性均得到有效抑制，且脲酶活性随 CCO 剂量的增加呈 U 型趋势，CCO2 处理下出现最低峰值，即 1.49 NH2OH mg/（g·24 h），比 Urea 处理[7.28 NH2OH mg/（g·24 h）]低 79.5%。
图1不同添加量环戊酮处理对土壤尿素氮含量及脲酶活性的影响
2 种矿质氮含量在整个玉米生育期内均呈先上升后下降的趋势（图2），其中 NH4 +-N 和 NO3--N 的显著下降期分别在玉米苗期（11～20 d）和孕穗期（68～103 d）。对比峰值期，发现 CCO 的施用可以显著提高玉米生育期内土壤 NH4 +-N 含量，并降低 NO3--N 含量。NH4 +-N 含量峰值出现在 CCO2 处理的苗期，约为 848 mg/kg；而在其他 4 个时期 CCO1 处理的土壤 NH4 +-N 平均含量显著高于其他处理，约为 255.3 mg/kg，比 Urea 处理提高了 35.3%（188.69 mg/kg）。但若 CCO 添加剂量多于或少于一定范围，反而会使土壤 NO3--N 含量激增，此时添加 1% 氮素含量的 CCO 处理（CCO2）玉米生育期内土壤 NO3--N 平均含量最低，与其他处理相比分别降低了 28.5%、24.5%、20.9% 和 31.7%。综合考虑对硝化作用的抑制，CCO2 处理的效果更优。
图2不同剂量环戊酮对土壤铵态氮和硝态氮含量的影响
2.2 CCO 对温室气体排放影响
施肥后随时间推移，各处理土壤氨挥发量会迅速增加，并在第 9～13 d 达到峰值，随后逐渐下降，直到第 30 d 左右氨挥发通量基本趋于背景值。CCO3 处理下在第 13 d 出现土壤氨挥发通量峰值，约为 0.166 kg /（hm2 ·d），显著高于 Urea 处理。CCO2 和 CCO4 处理下的土壤氨挥发平均通量均低于 Urea 处理下的土壤氨挥发平均通量 （图3A），这种变化在 CCO2 处理下尤其显著，约降低了 28.8%；CCO2 处理下土壤氨挥发累积量明显低于其他生物抑制剂添加量处理，与 Urea 处理相比，降低大约 32.5%（图4A）。
在玉米生育期内，不同 CCO 处理下 N2O 排放均通量均呈现出 3 个峰值，分别出现在施肥后的第 3 d、拔节期和孕穗期的强降雨之后。组间最大峰值约为 134.8 μg/（m2 ·h），出现在玉米苗期的 CCO1 处理中。CCO2 处理下土壤 N2O 排放平均通量与其他处理相比显著降低（P<0.05），CCO2 处理的 N2O 排放平均通量与 Urea 处理相比，约降低 35% （图3B）；各个峰值位置下 CCO2 处理的土壤 N2O 日通量均为最低，而其他添加量的 N2O 排放通量出现高于 Urea 处理情况。
不同剂量 CCO 的施用对玉米田 N2O 累积排放量的影响会随着施用量的增加而呈现出先下降后上升的变化（ 图4B）。CCO2 处理土壤 N2O 累积排放量最少，约为 1.21 kg/hm2。CCO2 处理与 Urea 处理相比，土壤 N2O 累积排放量降低了大约 22%。
图3C 所示的玉米整个生育周期内，各处理的土壤 CH4 平均排放通量皆维持在负值区域，无论何种剂量 CCO 的配施，土壤系统整体表现为对 CH4 的净吸收作用；添加不同种类与剂量的 CCO 物质对 CH4 的平均吸收率产生了显著差异。按照吸收速率从高至低排序，依次为 CCO2、CCO4、Urea、 CCO3 以及 CCO1 处理。
图3不同剂量环戊酮处理下 3 种温室气体通量
CCO2 处理相较于其他处理表现出对 CH4 吸收速率最为明显的提升效应。在对 CH4 累积吸收总量的分析中，随着 CCO 施用量的增加，各处理下的累积吸收量呈现先增后减的趋势，即在达到某一最优剂量后开始下降。其中，CCO2 处理下的累积吸收量增长最为突出，相较于 Urea 处理，其增幅高达 559.1%（图4C）。
图4不同剂量环戊酮处理下 3 种温室气体累积排放 / 吸收量
注：A 为氨挥发累积量，kg/hm2；B 为氧化亚氮累积排放量，kg/hm2；C 为甲烷累积吸收量，kg/hm2。同一指标不同小写字母表示处理间差异显著 （P<0.05）。
2.3 CCO 对玉米植株性状的影响及剂量效果的差异
从株高方面来看，不同剂量生物抑制剂的施用对各组玉米之间的株高影响并不显著（表1）。在玉米株高逐渐停止增长的大喇叭口期，各组处理株高范围在 241.2～251.9 cm 之间。
由表1可知，在玉米的苗期，茎粗在 15.0～17.3 mm 之间，CCO1～4 处理的植株茎粗与 Urea 处理相比，分别降低了 5.2%、13.3%、11.0% 和 9.2%； 在玉米的拔节期，茎粗在 20.4～24.2 mm 之间， CCO1～4 处理的植株茎粗与 Urea 处理相比，分别降低了 7.8%、15.7%、12.0% 和 8.3%；CCO2 处理的玉米茎粗降幅均最为显著。
由表1可知，SPAD 值在玉米的前 2 个生育期内并没有显著差异；在大喇叭口期，所有处理的 SPAD 值较先前均表现为显著下降；在玉米的完熟期，各处理的 SPAD 值较先前均有一定幅度下降且相互之间已无显著差异；然而，在玉米的抽雄吐丝期、灌浆期，CCO1～4 处理下的 SPAD 值较 Urea 处理有了显著升高。抽雄吐丝期内，CCO1～4 处理的 SPAD 值较 Urea 处理分别提高了 18.9%、 20.5%、14.2% 和 25.0%；灌浆期内，SPAD 值升高幅度略微减小，各处理下较 Urea 处理分别提高了 7.5%、9.2%、2.2% 和 13.8%。
表1不同添加量环戊酮对不同生育期植株性状的影响
注：表中数据为 3 次重复的平均值，同一指标不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
2.4 环境效益与经济效益评估因子结果
2.4.1 环境效益因子
根据表2中的数据，可以观察到不同剂量的 CCO 和 Urea 处理对 GWP 和 GHGI 的影响存在显著差异。 CCO2 处理的 GWP 值显著低于其他处理（P<0.05），比 Urea 处理降低 7.69%。同时，各处理 GHGI 的排序为 CCO1 ≥ Urea ≥ CCO3 ≥ CCO4>CCO2，CCO2 处理也显著低于其他处理（P<0.05），这说明在施氮量为 1% 的情况下，CCO 的配施具有更好的环境效益。
2.4.2 经济效益因子
由图5可以看出，不同剂量 CCO 的施用均会增加玉米产量，Urea、CCO1～4 处理下玉米产量分别为 10.6、10.8、12.4、11.4 和 12.0 t/hm2，添加量为施氮量 1% 和 5% CCO 处理对玉米的增产效果更为明显； 不同剂量 CCO 处理下只有 CCO2 和 CCO4 处理的玉米植株氮素累积吸收量与 Urea 处理相比有所增加，增幅分别为 7.23 和 4.25%。当 CCO 施用量大于等于配施氮肥量的 1% 时，玉米的氮肥利用率会有提高，但添加量为 2% 施氮量的处理下这种变化并不明显，而在施氮量 1% 和 5% CCO 处理下玉米氮肥利用率比Urea 处理有显著提高，增幅分别为 26.8% 和 24.6%； Urea 处理和 CCO1～4 处理相较之下，后者的氮肥农学效率均有所增加，提高幅度为 10.0%～85.0%，且 CCO2 和 CCO4 处理的氮肥农学效率与 Urea 处理相比显著增加，分别提高了约 85.0% 和 68.5%；施用不同剂量 CCO 处理的玉米籽粒生产效率较 Urea 处理均略高，且仍然 CCO2 处理的幅度最高。
表2不同环戊酮添加量对全球增温潜势、温室气体强度的影响
注：数据表示为平均值，n=3；不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
图5不同剂量环戊酮对玉米产量及氮肥利用效率的影响
注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
3 讨论
3.1 CCO 对氮素转化过程的调控
本研究结果表明 CCO 配合尿素施用能够有效地抑制土壤脲酶活性，进而减慢尿素的水解速率，此效应在不同剂量的 CCO 处理间并无显著差异（图1）。整个苗期内，相较于 Urea 处理，所有 CCO 处理的尿素氮含量均呈上升趋势，并且尿素水解过程被延缓大约 5 d，这一结果与先前研究相吻合[19]。值得关注的是，CCO2 处理在脲酶活性抑制效果上显著优于其他处理。另外，在特定玉米发育阶段及特定 CCO 剂量下，对脲酶的抑制出现了反作用效果，这与已有研究存在差异[14]，据推测可能是由于期间环境条件（温度增加及降水量扰动） 影响了 CCO 的抑制效果。
同时，本研究揭示了 CCO 对土壤微生物介导的 NH4 +-N 硝化作用的抑制效应，总体趋势表现为：与 Urea 处理相比，CCO 处理均能显著提高土壤中 NH4 +-N 的含量并维持较长时间，同时降低土壤的 NO3--N 含量。具体而言，在 0.5% 氮肥施用量的 CCO 处理下，土壤 NH4 + -N 平均含量提升更明显；而在 1% 氮肥施用量的 CCO 处理下，土壤 NO3--N 平均含量降低的程度更显著；但还发现 CCO 剂量超出一定阈值后则会导致土壤 NO3 --N 含量增加，使得抑制效果变差。
因此，综合 CCO 对土壤氮素转化调控效果来看，CCO 兼顾了一定的脲酶抑制作用与硝化抑制作用，其作为一种新型抑制剂将有极大的应用前景，并且通过不同剂量下的调控效果比对分析发现，其实际应用的最优剂量仍需分类细化评估。
3.2 CCO 对温室气体的减排效果
通过监测施肥后不同玉米生育期的 3 种温室气体通量及累积排放 / 吸收量来对 CCO 应用效果进一步研究，发现适当剂量的 CCO 配施可有效降低施肥后第 9 至 13 d 的氨挥发峰值；但在第 13 d CCO3 处理出现土壤氨挥发通量峰值，约为 0.166 kg/ （hm2 ·d）（图3A），这说明为了避免负面效果的产生，将 CCO 投入实际应用生产需通过多角度对比其综合效果。因此对比各温室气体累积挥发量从统计学的角度上来看更为合理。结果显示，CCO2 处理的氨挥发累积量最小（1.35～1.79 kg/hm2），显著低于其他生物抑制剂添加量处理，与 Urea 处理相比，降低大约 32.5%，能更为有效地减轻 NH3 挥发造成的环境压力，这也与 CCO 对脲酶活性最佳抑制剂量的结果相互印证。
针对 N2O 排放，不同剂量 CCO 处理展现出不同的影响程度。在 N2O 第一个峰值出现时，所有 CCO 处理都表现出抑制作用（图3B）；而在后续峰值出现时，抑制效果随 CCO 剂量增加呈现出由弱到强再转弱的变化规律，其中仍以 CCO2 处理的抑制效果最优。在整个玉米生育期内，1% 施氮量的 CCO 剂量处理下的土壤 N2O 累积排放量最低。产生上述结果的原因可通过 CCO 对氮素转化的影响进行推测，土壤 NH4 +-N 和 NO3--N 分别是硝化和反硝化作用的底物，二者中间过程均会产生 N2O，且反硝化过程 N2O 排放占比更大。CCO2 处理延缓尿素水解的效果最佳，能够在拔节期、灌浆期提供更多可利用的 NH4 +-N 含量，对玉米植株氮吸收的促进与硝化速率的降低效果更强，从而减少反硝化底物 NO3--N 的产生，由此达到 N2O 的最佳减排效果。
不同于前 2 种温室气体，所有处理的土壤样本均表现出对 CH4 的净吸收，这一结果与前人研究结果一致[21]。尿素施用增加了土壤速效氮含量，而 CCO 处理有助于调节土壤氮素平衡，减轻 NH4 +-N 对甲烷单氧化酶活性的抑制和亚硝酸根离子对产甲烷氧化菌的毒害作用；CCO 也可作为碳源为产甲烷氧化菌提供更有效的基质，促进产甲烷氧化菌的生长和 CH4 氧化活动，从而增强土壤对 CH4 的吸收能力[21]。观察各处理下的累积吸收量变化趋势，可以发现其在达到某一最优剂量后吸收能力逐渐减弱，这也体现了 CCO 最优剂量探索的必要性。
上述规律的发现，一方面可能会为 CCO 对大气污染防治提供一定实际意义及研究方向，另一方面也可以为 CCO 最佳施用剂量研究提供不同角度的数据支持。
3.3 CCO 对植株性状的影响
通过对茎粗、株高、SPAD 值的测量，可以探究 CCO 通过土壤氮素调节对植物营养角度产生的实际效果。之前的研究验证了 CCO 对尿素水解和硝化作用的抑制效果，在玉米生育期初期，配施 CCO 处理的土壤氮素供给会低于 Urea 处理，因而玉米茎粗与株高数据相比于 Urea 处理都会有所下降。
植株茎粗是评估玉米长势优劣和土壤养分供给水平的主要指标之一，由于 CCO 对土壤氮素转化的抑制作用，在玉米的苗期和拔节期，不同添加剂量生物抑制剂处理的玉米茎粗，与 Urea 处理相比均有所下降。这可能是由于 CCO2 处理对尿素的水解和硝化作用的抑制效果优于其他添加量处理，导致其茎粗在苗期和拔节期低于其他处理。在玉米的拔节期，此时土壤中的尿素已全部水解，CCO 抑制了土壤的硝化作用，为植株的生长提供了充足的养分，施用不同剂量生物抑制剂和 Urea 处理的茎粗差异逐渐减小，到大喇叭口期，各处理的植株茎粗已无显著性差异。
SPAD 值能够反映玉米叶片中叶绿素的相对含量，其与叶片氮素含量有良好的相关性，可间接反映植物营养状况和土壤氮素供给能力。在玉米生育期后期，由于 CCO 先前对氮素的调控，可以为植株生长发育提供更加充足的养分，这一点体现在玉米灌浆期 CCO 处理 SPAD 值较 Urea 处理均有明显升高。此结果为不同剂量生物抑制剂处理下的植物营养状况和土壤氮素供给能力提供了一定的理论依据。
这些结果在 CCO2 处理中尤为显著，因此从植株性状的角度来看，某些 CCO 施用剂量处理优化了整个氮素转化过程，更有利于作物的生长发育。
3.4 最佳剂量探讨
基于上述各项土壤氮素调控效果以及对 3 种温室气体排放（氨挥发、N2O 排放和 CH4 吸收）的试验数据综合评价不同处理的温室效应的指标，本研究对 GWP 和 GHGI 进行了计算分析，发现 CCO2 处理因其较低的 NH3 累积挥发量、N2O累积排放量以及较高的 CH4 累积吸收量，体现出显著降低 GWP 和 GHGI 的优势。据此理论推导和实证数据分析，在环境效益角度上，应确定 1% 施氮量的 CCO 剂量为最具环境效益的施用剂量。
试验结果表明，玉米产量、植株氮素累积吸收量、氮肥利用率、氮肥农学效率和玉米氮素籽粒生产效率均与 CCO 呈正相关关系，CCO 的配施均可以优化作物氮素利用并提高经济效益，CCO2 处理下各指标均高于其他添加量，产量增加约 20%，按平均市场价 2.12 元 /kg 计算，每公顷增收约 3800 元；玉米氮肥利用率增加约 26.8%，氮肥农学效率提高约 80%，按照尿素市价 2088 元 /t 计算，每公顷减少成本约 104 元。这说明农田生产中 CCO 的配施可减少投入增加产出，且当 CCO 配施量为施氮量的 1% 时可使经济效益最大化。
4 结论
CCO 作为一种新型生物抑制剂，可在不减少作物产量的情况下降低 GWP。当配施 CCO 的剂量为施氮量的 1% 时，生物抑制剂 CCO 对延缓尿素水解以及抑制土壤硝化作用的效果最佳，这一机理使得此种剂量处理下玉米整个生育期内氨挥发和 N2O 的排放量最少，且对甲烷氧化菌的负面影响最小，进而导致在该处理下土壤 CH4 吸收量最大。综合 3 种温室气体数据以及 GWP 和 GHGI 的评估，此剂量配施下环境效益最好。
该剂量下 CCO 配施处理可以使土壤的氮素供应与玉米作物生育期内的需氮规律更加吻合，有利于作物生长发育以及增收增产。通过分析氮肥农学效率等指标可以发现该剂量下农业效率更高，相对经济效益也越好。
综上所述，将 CCO 投入实际应用生产时，应选择 1% 施氮量的 CCO 剂量进行配施，理论上可以达到最优效果。