不同鹽堿程度土壤氧化亞氮（N2O）排放途徑的研究

溫慧洋，焦燕，楊銘德，白曙光，谷鵬

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010022）

不同鹽堿程度土壤氧化亞氮（N2O）排放途徑的研究

溫慧洋，焦燕*，楊銘德，白曙光，谷鵬

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010022）

選取內(nèi)蒙古河套灌區(qū)4種不同鹽堿程度土壤（極度鹽土、鹽土、重度鹽土和輕度鹽土），通過室內(nèi)低濃度乙炔抑制技術(shù)和純氧氣抑制技術(shù)，研究不同鹽堿程度土壤中N2O的排放途徑及其貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明：N2O累積排放量隨著土壤鹽堿程度的升高而升高，輕度鹽土（SA）、重度鹽土（SB）、鹽土（SC）和極度鹽土（SD）的N2O累積排放量分別為289.71、500.08、951.66、1 750.39 μg·kg-1；在整個(gè)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)期間，4種不同鹽堿程度土壤的硝化過程和反硝化過程的N2O排放總貢獻(xiàn)率分別為22.51%～35.75%和60.35%～72.46%，其他過程的N2O排放貢獻(xiàn)率為3.90%～5.81%，表明反硝化過程是鹽堿土壤中N2O的主要排放途徑。4種不同鹽堿程度土壤，不同排放途徑N2O排放貢獻(xiàn)率隨著土壤鹽堿程度（電導(dǎo)率）的升高，硝化過程的N2O排放貢獻(xiàn)率逐漸升高，反硝化過程的N2O排放貢獻(xiàn)率逐漸降低。

鹽堿土壤；氧化亞氮；硝化作用；反硝化作用；貢獻(xiàn)率

全球變暖是目前國際關(guān)注的重要環(huán)境問題，氧化亞氮（N2O）是重要的溫室氣體，在大氣中存留的時(shí)間長達(dá)120年，百年尺度的增溫潛勢(shì)是CO2的296倍，而且正以每年0.25%的速率增加［1］。政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC）第五次評(píng)估指出，2011年全球大氣N2O濃度約為324.2 nL·L-1，比工業(yè)革命（1750年）前增加20%，過去30年間平均增量為（0.73±0.03）nL·L-1·a-1，故N2O對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)已超過CFC-12（一種氟立昂），成為繼CO2和CH4之后的又一重要的溫室氣體［2］。農(nóng)田土壤是大氣中N2O的最重要排放源，反硝化作用（Denitrification）、硝化作用（Nitrification）、

硝化微生物的反硝化作用（Nitrifierdenitrification）等微生物過程均能生成N2O，其中反硝化作用和硝化作用被認(rèn)為是農(nóng)田土壤釋放N2O的最重要途徑［3-4］。

目前，國內(nèi)外關(guān)于土壤中N2O排放的研究主要集中在影響排放的因素及排放機(jī)制，包括土壤水分、土壤質(zhì)地、pH、含鹽量、土壤溫度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤氮素類型及農(nóng)田的耕作措施等［5-7］，關(guān)于鹽分對(duì)土壤N2O排放的影響研究較少。鹽分主要是通過土壤中的硝化作用和反硝化作用來影響N2O的排放。農(nóng)田土壤N2O排放主要產(chǎn)生于由微生物引起的硝化和反硝化過程，土壤鹽漬化通過影響微生物活性進(jìn)而影響N2O排放［8-9］。關(guān)于土壤鹽分含量對(duì)硝化和反硝化作用及N2O排放的影響，Inubushi等［10］研究得出，氮素礦化作用、硝化作用及N2O釋放都受到土壤鹽含量的影響，土壤鹽含量高時(shí)，硝化作用受抑制；鹽含量低時(shí)，硝化作用不受影響。Ruiz-Romero等［11］研究發(fā)現(xiàn)，N2O累積排放量隨著鹽分含量的增加而增加，N2累積排放量則反之；而且，電導(dǎo)率（EC）為56 dS·m-1的土壤N2O累積排放量大于電導(dǎo)率為12 dS·m-1。Marton等［12］研究也發(fā)現(xiàn)，反硝化過程中的N2O還原酶在高鹽土壤中被抑制，導(dǎo)致在厭氧條件下N2O累積排放量增加。為探究鹽分含量對(duì)硝化和反硝化作用N2O排放的影響，需明確不同鹽堿程度土壤不同排放途徑的N2O排放貢獻(xiàn)率。

關(guān)于農(nóng)田土壤不同排放途徑的N2O排放貢獻(xiàn)率的研究主要集中于水分條件對(duì)不同排放途徑的N2O排放貢獻(xiàn)率的影響。Mathieu等［13］研究發(fā)現(xiàn)，75%WHC培養(yǎng)條件下，硝化作用對(duì)耕作土壤中N2O排放的貢獻(xiàn)為60%，而150%WHC條件下反硝化作用的貢獻(xiàn)達(dá)到85%～90%。Zhu等［14］通過15N同位素示蹤技術(shù)研究蔬菜地土壤中N2O的排放途徑時(shí)發(fā)現(xiàn)，50%WHC條件下硝化作用N2O的排放貢獻(xiàn)為42.3%～77.5%。但李平等［15］通過室內(nèi)好氣培養(yǎng)試驗(yàn)（60%WHC）測定林地和草地土壤硝化和反硝化過程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)率則發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)期間林地土壤中反硝化過程對(duì)N2O排放的平均貢獻(xiàn)率為44.9%，硝化過程對(duì)N2O排放的平均貢獻(xiàn)率為55.1%，草地土壤反硝化過程對(duì)N2O排放的平均貢獻(xiàn)率為28.9%，硝化過程對(duì)N2O排放的平均貢獻(xiàn)率為71.1%。上述結(jié)果表明，好氣條件下硝化作用是土壤中N2O排放的主要途徑，但反硝化作用仍占有很大比例。

目前，農(nóng)田土壤N2O排放途徑的研究主要集中于南方酸性土壤，而對(duì)于北方不同鹽堿程度土壤N2O不同排放途徑的研究甚少。全球鹽堿土壤面積達(dá)9.5× 108hm2，約占陸地總面積的25%，中國鹽堿土壤面積約為0.6×108hm2［16］，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)的鹽堿土壤面積約占內(nèi)蒙古鹽堿土壤面積的70%，高的鹽含量以及pH改變了土壤的質(zhì)地結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)碳以及土壤肥力等［17］。

本研究選取內(nèi)蒙古河套灌區(qū)4種不同鹽堿程度土壤，通過低濃度C2H2抑制技術(shù)和純O2抑制技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同鹽堿程度土壤N2O排放途徑，明確硝化過程和反硝化過程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)，為估算不同鹽堿程度農(nóng)田土壤N2O排放提供數(shù)據(jù)支撐，以便進(jìn)一步深入探討大氣-土壤的氮循環(huán)過程，為減緩溫室氣體排放提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)土壤采于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)烏拉特前旗，該地處于我國西北黃河上中游地區(qū)，40°28′～41°16′N，108° 11′～109°54′E，夏季高溫干旱、冬季嚴(yán)寒少雪，年降雨量100～250 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2400 mm左右，屬典型的溫帶大陸性氣候；晝夜溫差大，季風(fēng)強(qiáng)勁，極端最高氣溫為39.7℃，最低氣溫-30.7℃，年平均氣溫7.7℃；年平均日照3 212.5 h，無霜期167 d。降水集中于7—9月，年平均降水量213.5 mm，最大降水量在8月，極端日降水量達(dá)109.6 mm。主要種植小麥、玉米和向日葵。

1.2 樣品采集

土壤樣品采集于2014年6月（未種植作物），依據(jù)不同鹽堿程度土壤電導(dǎo)率（EC）值，選取4種不同鹽堿程度農(nóng)田土壤。樣地SA（輕度鹽土）、SB（重度鹽土）、SC（鹽土）、SD（極度鹽土）面積均為10 m×10 m，按照鄰近原則布置樣點(diǎn)，用土鉆采集0～20 cm土壤。各采樣點(diǎn)重復(fù)取樣3次，并將3次土樣充分混勻，將可見植物殘?bào)w（根、莖和葉）和土壤動(dòng)物去除，裝于無菌聚乙烯自封袋。風(fēng)干磨碎過2 mm篩，用于土壤理化特性測定和室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤基本理化性狀

土壤基本理化性質(zhì)測定方法如下：pH以1∶2.5土水比，土壤pH計(jì)法測定；土壤EC以1∶1土水比，土壤便攜式電導(dǎo)儀法測定；土壤選用靛酚藍(lán)比色法測定；土壤選用紫外分光光度計(jì)法測定。土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of soil samples

1.3.2 土壤培養(yǎng)和N2O的測定

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理。對(duì)照組（CK）：無C2H2或者純O2抑制處理的土壤樣品；實(shí)驗(yàn)組（A）：0.06% C2H2（V/V）氣體分別處理4種樣地土壤；實(shí)驗(yàn)組（AO）：0.06%C2H2（V/V）和純O2聯(lián)合處理4種樣地土壤。

每種土壤稱取風(fēng)干土樣100 g于310 mL規(guī)格培養(yǎng)瓶（Glasgeratebau OCHS GmbH），加入滅菌去離子水5 mL，預(yù)培養(yǎng)7 d，激活土壤微生物，7 d后取出培養(yǎng)瓶，用去離子水調(diào)節(jié)土壤質(zhì)量含水率保持在25%（田間持水量的60%），T型硅膠塞封口；將裝有土樣的培養(yǎng)瓶抽真空，然后充入相應(yīng)體積的100%氧氣，再抽真空、再充入氧氣，如此反復(fù)3次；抽出0.06%的C2H2氣體并充入純化的C2H2氣體。每種處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，于（25±1）℃恒溫培養(yǎng)箱避光培養(yǎng)21 d，每次取樣后打開瓶蓋通氣2 h，然后將原培養(yǎng)瓶重新抽真空，并對(duì)培養(yǎng)瓶內(nèi)氣體進(jìn)行添加或置換后加蓋培養(yǎng)。培養(yǎng)期間每次取樣時(shí)（間隔2～3 d）用稱重法檢查并補(bǔ)充培養(yǎng)瓶中水分，以使實(shí)驗(yàn)期間土壤水分保持一致。

將培養(yǎng)次日記作第1 d，分別于第1、2、3、4、7、10、13、16、21 d用連接三通的注射器取氣樣，通過改進(jìn)的Agilent6820型氣相色譜儀測定其N2O濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

式中：F為N2O排放速率，μg·kg-1·d-1；V為培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)土上方的氣體體積，mL；ΔC為單位培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)氣體濃度變化值，nL·L-1·d-1；M為每摩爾N2O的質(zhì)量，44；T為培養(yǎng)箱溫度，25℃；d為培養(yǎng)時(shí)間，d；m為培養(yǎng)瓶內(nèi)的干土重，100 g；22.4為溫度為273 K（絕對(duì)零度）時(shí)N2O的摩爾體積，L·mol-1。

式中：Ci+1為第i次和第i+1次采樣期間的N2O累積排放量，μg·kg-1；Fi和Fi+1分別為第i次和第i+1次采樣時(shí)的N2O排放速率，μg·kg-1·d-1；Δt為兩次測定時(shí)間間隔。

硝化過程排放的N2O絕對(duì)量：N=CK-A（3）

反硝化過程排放的N2O絕對(duì)量：DN=A-AO（4）

其他過程排放的N2O絕對(duì)量：OT=AO（5）

用OriginPro 9.0和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖，SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析（AVNOA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 無抑制劑處理的不同鹽堿程度土壤N2O排放

由圖1可見，無抑制劑處理的不同鹽堿程度土壤N2O排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間變化明顯，培養(yǎng)1 d后N2O排放速率達(dá)到最大，然后逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。培養(yǎng)1 d后，極度鹽土（SD）土壤N2O排放速率最高達(dá)到613.72μg·kg-1·d-1，明顯高于其他鹽堿土壤；培養(yǎng)2 d后，極度鹽土（SD）和鹽土（SC）土壤N2O排放速率分別下降66.9%和36.4%；培養(yǎng)21 d后，4種土壤N2O排放速率穩(wěn)定在5.66～7.68 μg·kg-1·d-1。

圖1 無抑制劑處理的不同鹽堿程度土壤N2O排放速率Figure 1 N2O emission rates from different salinization soils to no inhibitors treatment

不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量存在顯著差異（F=887.41，P＜0.001）。輕度鹽土（SA）的累積排放量為289.71 μg·kg-1，重度鹽土（SB）的累積排放量為500.08 μg·kg-1，鹽土（SC）的累積排放量為951.66

μg·kg-1，極度鹽土（SD）的累積排放量最高為1 750.39 μg·kg-1（圖2）。4種不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量表現(xiàn)為：極度鹽土（SD）＞鹽土（SC）＞重度鹽土（SB）＞輕度鹽土（SA）。

圖2 無抑制劑處理的不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量Figure 2 Cumulative N2O emissions from different salinization soils to no inhibitors treatment

2.2 不同抑制劑處理的不同鹽堿程度土壤N2O排放

2.2.1 低濃度C2H2處理的土壤N2O排放

在0.06%低濃度C2H2和與對(duì)照組相同的溫度和水分條件下，4種不同鹽堿程度土壤N2O排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間變化明顯。由圖3可以看出，極度鹽土（SD）在第2 d培養(yǎng)結(jié)束后N2O排放速率由最高428.97 μg·kg-1·d-1下降至104.45 μg·kg-1·d-1，下降約75.6%。在第2 d培養(yǎng)結(jié)束后，土壤N2O排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)鹽土（SC）與極度鹽土（SD）相近，輕度鹽土（SA）與重度鹽土（SB）相近。培養(yǎng)到最后，4種不同鹽堿程度土壤N2O排放速率均下降至3.07～5.56 μg·kg-1·d-1。

圖3 低濃度C2H2處理不同鹽堿程度土壤N2O排放速率Figure 3 N2O emission rates from different salinization soils to the treatment of acetylene

4種不同鹽堿程度土壤N2O的累積排放量存在顯著差異（F=450.84，P＜0.001，圖4）。輕度鹽土（SA）的累積排放量為224.49 μg·kg-1，重度鹽土（SB）的累積排放量為384.89 μg·kg-1，鹽土（SC）的累積排放量為719.22 μg·kg-1，極度鹽土（SD）的累積排放量最高為1 124.57 μg·kg-1。4種不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量表現(xiàn)為SD＞SC＞SB＞SA。

圖4 低濃度C2H2處理的不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量Figure 4 Cumulative N2O emissions of different salinization soils to the treatment of acetylene

2.2.2 低濃度C2H2和純O2聯(lián)合處理的土壤N2O排放

在0.06%低濃度C2H2和純O2聯(lián)合處理下，4種不同鹽堿程度土壤在與對(duì)照組（CK）相同的溫度和水分條件下，N2O排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間變化明顯。由圖5可知，極度鹽土（SD）在第2 d培養(yǎng)后，N2O排放速率由最高29.34 μg·kg-1·d-1下降至4.43 μg·kg-1·d-1，下降約84.9%；在第2 d培養(yǎng)后，鹽土（SC）N2O排放速率略高于極度鹽土（SD），而輕度鹽土（SA）與重度鹽土

（SB）兩種土壤N2O排放速率在整個(gè)培養(yǎng)期均相近；在21 d培養(yǎng)結(jié)束后，4種不同鹽堿程度土壤N2O排放速率均低于0.5 μg·kg-1·d-1。

圖5 低濃度C2H2和純O2聯(lián)合處理的不同鹽堿程度土壤N2O排放速率Figure 5 N2O emission rates from different salinization soils to the treatment of acetylene and pure oxygen

4種不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量存在顯著差異（F=55.10，P＜0.001）。輕度鹽土（SA）的累積排放量為14.58 μg·kg-1，重度鹽土（SB）的累積排放量為29.07 μg·kg-1，鹽土（SC）的累積排放量為45.90 μg·kg-1，極度鹽土（SD）的累積排放量為68.20 μg·kg-1。4種不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量表現(xiàn)為：SD最高，SC次之，SB較低，SA最低（圖6）。

2.3 不同鹽堿程度土壤不同排放途徑N2O排放貢獻(xiàn)率動(dòng)態(tài)特征

由圖7可知，整個(gè)培養(yǎng)期間，4種不同鹽堿程度土壤不同排放途徑對(duì)N2O排放貢獻(xiàn)率隨著培養(yǎng)時(shí)間變化趨勢(shì)不同。對(duì)于輕度鹽土（SA）和重度鹽土（SB）來說，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率在培養(yǎng)后的第4 d和第21 d達(dá)到最大，分別為34.49%和32.13%，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率分別在培養(yǎng)后的第13 d和第2 d達(dá)到最大，分別為80.90%和81.40%，其他過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率保持在4.31%～7.09%；對(duì)于鹽土（SC）和極度鹽土（SD）來說，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率均在培養(yǎng)后的第7 d達(dá)到最大，分別為39.37%和56.26%，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率分別在培養(yǎng)后的第13 d和第16 d達(dá)到最大，分別為80.90%和91.14%，其他過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率保持在2.77%～6.52%。

圖6 低濃度C2H2和純O2聯(lián)合處理的不同鹽堿程度土壤N2O累積排放量Figure 6 Cumulative N2O emissions from different salinization soils to the treatment of acetylene and pure oxygen

圖7 不同鹽堿程度土壤不同排放途徑N2O排放貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 7 Changes versus time of N2O emission contribution rates from different processes in different salinization soils

輕度鹽土（SA）的硝化過程、反硝化過程和其他過

程N(yùn)2O平均排放貢獻(xiàn)率分別為21.79%、71.31%和4.90%；重度鹽土（SB）的3個(gè)過程分別為22.72%、71.16%和6.12%；鹽土（SC）的3個(gè)過程分別為26.49%、68.90%和4.62%；極度鹽土（SD）的3個(gè)過程分別為33.05%、63.42%和3.53%。

2.4 不同鹽堿程度土壤不同排放途徑N2O排放貢獻(xiàn)率表2所示，對(duì)于4種不同鹽堿程度土壤N2O總累積排放量表現(xiàn)為：反硝化過程＞硝化過程＞其他過程，表明反硝化過程是鹽堿土壤中N2O的主要排放途徑，不同排放途徑N2O總累積排放量隨著土壤電導(dǎo)率（EC）的升高而升高。4種不同鹽堿程度土壤不同排放途徑（硝化過程、反硝化過程、其他過程）N2O排放貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：輕度鹽土（SA）分別為22.51%、72.46%和5.03%；重度鹽土（SB）分別為23.03%、71.15%和5.81%；鹽土（SC）分別為24.42%、70.75%和4.82%；極度鹽土（SD）分別為35.75%、60.35%和3.90%。總體來看，隨著土壤電導(dǎo)率的升高，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸升高，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸降低。

3 討論

在60%WHC水分條件和（25±1）℃溫度條件下，不同鹽堿程度土壤N2O排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定（圖1），表現(xiàn)為：SD（EC=5.4 mS· cm-1）＞SC（EC=2.92 mS·cm-1）＞SB（EC=0.9 mS·cm-1）＞SA（EC=0.46 mS·cm-1）；4種不同鹽堿程度土壤N2O排放速率均隨著培養(yǎng)時(shí)間顯著下降，原因可能在于土壤中氮素的激發(fā)效應(yīng)［18-19］，即土壤中無機(jī)氮含量越高，土壤中的有機(jī)氮分解越快。本研究選取的4種不同鹽堿程度土壤無機(jī)氮含量表現(xiàn)為SA＜SB＜SC＜SD，而土壤肥力則恰好相反。潘曉麗等［20］研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)含量較低的中、低肥力土壤，其氮素的激發(fā)效應(yīng)要高于有機(jī)質(zhì)含量高的高肥力土壤。呂殿青等［21］也研究發(fā)現(xiàn)，激發(fā)效應(yīng)的總趨勢(shì)是肥力低的土壤高于肥力高的土壤。不同鹽堿程度土壤N2O總累積排放量隨著土壤鹽堿程度即土壤電導(dǎo)率的升高而升高（圖2），表明在一定土壤鹽分條件下，鹽分促進(jìn)N2O產(chǎn)生或抑制N2O向其他過程轉(zhuǎn)化。這與Namratha Reddy等［22］研究發(fā)現(xiàn)的土壤N2O累積排放量隨著土壤電導(dǎo)率的增大而增大的研究結(jié)果一致，原因可能是在含鹽土壤中，由于N2O還原酶受土壤鹽度影響，N2O易累積，隨著土壤鹽度的增加，N2O排放量增加［9，23］。

表2 不同鹽堿程度土壤不同排放途徑N2O累積排放量及貢獻(xiàn)率Table 2 Cumulative N2O emissions and contribution rates from different processes of different salinization soils

對(duì)于輕度鹽土（SA）、重度鹽土（SB）和鹽土（SC）來說，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化表現(xiàn)為先升高后降低再升高，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化表現(xiàn)為先降低后升高再降低；對(duì)于極度鹽土（SD）來說，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化表現(xiàn)為先升高后降低，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率隨時(shí)間變化趨勢(shì)正好相反。研究結(jié)果表明，硝化作用和反硝化作用是鹽堿土壤中N2O排放的兩個(gè)主要途徑。目前，關(guān)于培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中硝化和反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)隨著培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)報(bào)道不一。Wolf等［24］研究表明，無論是在飽和還是不飽和水分條件下培養(yǎng)，反硝化過程對(duì)N2O的排放貢獻(xiàn)均隨著培養(yǎng)時(shí)間逐漸增加，Khalil等［25］研究發(fā)現(xiàn)，在不同的O2分壓下，硝化和反硝化過程對(duì)N2O的排放貢獻(xiàn)隨時(shí)間變化而波動(dòng)，Mathieu等［13］則指出，無論在什么水分條件下培養(yǎng)，反硝化作用對(duì)N2O的排放貢獻(xiàn)都隨時(shí)間進(jìn)行而降低。

在65%的WFPS條件下，硝化作用和反硝化作用是土壤中N2O排放的主要來源［26］。在整個(gè)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)期間，通過稱重法補(bǔ)充培養(yǎng)瓶中土壤水分，以保證土壤水分保持在60%WHC。4種不同鹽堿程度土壤的硝化過程和反硝化過程的N2O排放總貢獻(xiàn)率分別為22.51%～35.75%和60.35%～72.46%，其他過程的N2O排放貢獻(xiàn)率為3.90%～5.81%，表明反硝化過程是鹽堿土壤中N2O排放的主要途徑。這與Azam等［27］研究發(fā)現(xiàn)的在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下反硝化作用是農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生的主要排放途徑研究結(jié)果相一致。Prieme等［28］在低濃度C2H2抑制條件下，對(duì)凍融作用下德國

和瑞典的草地和農(nóng)田土壤反硝化作用研究發(fā)現(xiàn)，反硝化過程產(chǎn)生的N2O對(duì)整個(gè)凍融期N2O排放量的貢獻(xiàn)率在德國草地土壤上僅為38%，而其他三種土壤中絕大多數(shù)的N2O來源于反硝化過程（90%～121%）。

土壤中的可溶性鹽分含量通常用電導(dǎo)率表示，而鹽分含量顯著影響土壤中的微生物過程，進(jìn)而影響土壤中不同排放途徑N2O排放貢獻(xiàn)率。本研究表明：4種不同鹽堿程度土壤，隨著電導(dǎo)率的升高，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸升高，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸降低。在一定的鹽分條件下，隨著電導(dǎo)率的升高，土壤中的硝化作用逐漸升高。Low等［29］研究也發(fā)現(xiàn)，隨著土壤鹽度的增加，硝化反應(yīng)產(chǎn)生N2O增加。Chandra等［30］研究得出，土壤氮的硝化和礦化作用會(huì)受到土壤中低鹽分含量的刺激而增強(qiáng)。楊文柱等［31］研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于輕度鹽堿土壤來說，土壤的硝化作用強(qiáng)度隨外源鹽分含量的升高而增強(qiáng)，進(jìn)而引起輕度鹽堿土壤的N2O排放的升高。

好氣條件下，區(qū)分N2O不同排放途徑及排放貢獻(xiàn)率具有一定難度，國內(nèi)外較有前景的方法包括穩(wěn)定性同位素自然豐度法和15N同位素雙標(biāo)記法［3，32-33］。但也有利用低濃度C2H2和純O2區(qū)分土壤中N2O的不同排放途徑，如：Ronald等［34］利用低濃度C2H2短時(shí)暴露和純O2聯(lián)合處理的方法區(qū)分土壤和沉積物中硝化和反硝化過程的N2O排放量；Wrage等［35］研究也發(fā)現(xiàn)，在低濃度C2H2和不同的O2分壓條件下，當(dāng)O2分壓達(dá)到100 kPa時(shí)，硝化細(xì)菌的反硝化過程產(chǎn)生的N2O被抑制。本研究所選土壤樣品中銨態(tài)氮含量和pH均較高，水分含量保持在60%WHC，且在好氣條件下培養(yǎng)，因此硝化細(xì)菌的反硝化作用不易發(fā)生［36］。選取低濃度C2H2（0.06%）抑制土壤的硝化作用，純O2抑制土壤的反硝化作用［37-39］，是由土壤自身?xiàng)l件的特殊性所決定的。本研究是在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過控制溫度水分等條件探究不同鹽堿程度土壤N2O不同排放途徑及排放貢獻(xiàn)率，但在野外條件下，土壤環(huán)境受鹽分、施氮量、溫度等多種環(huán)境因素的綜合影響，為進(jìn)一步探究不同鹽堿程度土壤N2O不同排放途徑及排放貢獻(xiàn)率，還需關(guān)注不同鹽堿程度土壤中的無機(jī)氮含量及從土壤微生物學(xué)等角度進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)深入研究。

4 結(jié)論

（1）在無抑制劑處理的條件下，N2O總累積排放量隨土壤鹽堿程度的升高而升高，不同鹽堿程度土壤N2O排放速率表現(xiàn)為：極度鹽土＞鹽土＞重度鹽土＞輕度鹽土。

（2）不同鹽堿程度土壤不同排放途徑N2O累積排放量和貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為：反硝化過程＞硝化過程＞其他過程。表明反硝化過程是鹽堿土壤中N2O排放的主要途徑。

（3）不同鹽堿程度土壤，隨著土壤電導(dǎo)率的升高，硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸升高，反硝化過程N(yùn)2O排放貢獻(xiàn)率逐漸降低。

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Studies on emission Pathways of nitrous oxide from different salinization soils

WEN Hui-yang，JIAO Yan*，YANG Ming-de，BAI Shu-guang，GU Peng
（Chemistry&Environment Science College，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，China）

Soil salinization has great effect on the microbial activity and thus N2O emissions.Most studies focused on factors impacting N2O emission including soil moisture，salinity content，soil organic matter，soil temperature and nitrogen application rate，while little information was found about the N2O emission pathways and contribution rates in salinization soils in Northern China.In order to explore the N2O emission pathways and contribution rates，we used the inhibitors of acetylene and pure oxygen in culture experiment to study 4 kinds of different salinization soils［extremely salinization soil（SD），salinization soil（SC），severely salinization soil（SB），slightly salinization soil（SA）］in Hetao irrigation area of Inner Mongolia.The results showed that cumulative N2O emissions increased with the increasement of salinization，whose values were 289.71，500.08，951.66，1 750.39 μg·kg-1，respectively.In the period of incubation，the N2O emission contribution rates of nitrification and denitrification ranged from 22.51%to 35.75%and 60.35%to 72.46%，respectively while the contribution rates of other processes ranged from 3.90%to 5.81%，which showed that denitrification remained the main process contributing to N2O emissions.At the same time，with the electric conductivity increasing，the contribution rates of nitrification increased，while the contribution rates of denitrification decreased.

salinization soil；nitrous oxide；nitrification；denitrification；contribution rates

X511

A

1672-2043（2016）10-2026-08

10.11654/jaes.2016-0566

溫慧洋，焦燕，楊銘德，等.不同鹽堿程度土壤氧化亞氮（N2O）排放途徑的研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（10）：2026-2033.

WEN Hui-yang，JIAO Yan，YANG Ming-de，et al.Studies on emission pathways of nitrous oxide from different salinization soils［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（10）:2026-2033.

2016-04-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41165010，41375144，41565009）；2013內(nèi)蒙古高等學(xué)?！扒嗄昕萍加⒉拧敝С钟?jì)劃資助項(xiàng)目（NJYT-13-B06）；內(nèi)蒙古師范大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CXJJS15081）

溫慧洋（1990—），男，河南駐馬店人，碩士研究生。E-mail：1102853450@qq.com

*通信作者：焦燕E-mail：jiaoyan@imnu.edu.cn