Synchronizing nitrogen cycling processes reduces agricultural nitrous oxide and ammonia emissions

一氧化二氮 自行车 氨 同步 环境科学 氮气循环 环境化学 氮气 化学 农业 氮氧化物 活性氮物种 氧化物
作者
Mengfei Li,Yanzhong Yao,Bingbing Han,Simon Willcock,Jonathan Storkey,Alison Carswell,Qingfeng Meng,Qirui Li,Cailong Xu,Weili Kong,Hui Liu,Zhaolei Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76977-4
摘要

Mitigating reactive nitrogen losses is essential for sustainable agriculture. However, predicting the benefits of substituting synthetic fertilizers with organic amendments remain unreliable because conventional approaches treat soil nitrogen processes in isolation. Here, we adapt a synchrony metric from community ecology to quantify the coordination among nitrogen processes. Using 2,235 global paired observations (organic vs. synthetic), we find that the synchrony metric predicts nitrous oxide (N2O) and ammonia (NH3) emissions more accurately than individual processes alone. Specifically, synchrony deviations in nitrification and denitrification account for half of global N2O variability, while synchrony deviations in mineralization and immobilization explain over one-third of NH3 variability. Projections indicate that leveraging organic substitution could achieve the greatest N2O reductions in European croplands (−40.7%) and the highest NH3 mitigation in Africa croplands (−46.1%). These findings establish process synchrony as a mechanistic framework for improving nitrogen gas loss models and inform targeted organic amendment strategies. Across global croplands, this study shows that replacing synthetic fertilizer with organic inputs improves coordination among soil nitrogen processes, helping reduce nitrous oxide and ammonia emissions.
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