舒曉曉

（1 陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西西安 710075；2 陜西省土地工程建設集團有限責任公司；3 國土資源部退化及未利用土地整治重點實驗室；4.陜西省土地整治工程技術研究中心）

目前，氣候變暖已經成為全球共同關注的熱點問題。不管是汽車尾氣的排放還是人類日常生活燃燒的化石燃料，都增加了大氣中的溫室氣體含量。一般認為，最主要向大氣中排放的溫室氣體是CO2、CH4和N2O。按照IPCC 第二次評估報告給出的GWP 計算，1994 年中國溫室氣體總排放量約為36.50 億t 的CO2當量，其中CO2、CH4、N2O 分別占73.05%、19.73%和7.22%[1]。日益增加的溫室氣體使全球平均氣溫上升，引發(fā)冰蓋融化、極端天氣、干旱和海平面上升，這種全球性影響無時無刻不在威脅著人類生命和生活。

在溫室氣體所有源與匯中，草原生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的類型之一，是對溫室氣體增加和全球變暖反應較為明顯的生態(tài)系統(tǒng)[2]。草地施肥有助于草地生產力的恢復和提高，其中施氮能夠大大提高植物地上產量，但同時也影響著土壤中溫室氣體的排放。近年來，由于對氮肥的不合理使用已經影響了溫室氣體的排放，眾多學者致力于施氮對溫室氣體排放的研究，如李建敏等[3]在玉米生長季，采用溫室盆栽試驗，研究了氮肥對土壤呼吸、土壤基礎呼吸、根系呼吸和根際微生物呼吸的影響，結果表明施氮肥處理土壤基礎呼吸、根系呼吸和根際微生物呼吸對土壤呼吸的貢獻率分別為36.2%、45.9%和17.9%，而不施氮肥處理分別為35.5%、36.9%和37.6%。Hutsch 等[4]利用英國了無機氮肥的長期效應，結果表明甲烷氧化速率最高值出現在無氮肥處理的小區(qū)上，并且當無機氮施用量每年由48kg/hm2增至144kg/hm2時，土壤的甲烷氧化速率明顯降低。章穎等[5]的試驗也發(fā)現追肥攻莖肥后土壤N2O 的排放速率增加且出現排放高峰，國外也有研究表明施氮相對提高了土壤N2O 排放通量。但這些研究大多集中于森林、農田和稻田中土壤中，極少涉及草原生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量對施氮肥的響應。所以研究施氮對高寒草原溫室氣體排放的影響勢在必行。

1 施氮對草原系統(tǒng)3 種溫室氣體排放的影響

1.1 施氮對CO2 排放的季節(jié)變化

CO2排放包括根系呼吸和微生物呼吸2 部分。已有研究表明，施氮對土壤CO2釋放有促進、無影響、抑制3 種作用[6]。CO2排放通量隨著施氮時間的增加逐漸增加，這是因為隨著施氮時間的延長，養(yǎng)分輸入增加對土壤呼吸的影響也逐步呈現，正與前人關于氮輸入增加初期對土壤呼吸的影響結果相一致[7]。在炎熱夏季，施氮增加了CO2的排放量的峰值，這是因為化學氮肥的施用能增加植物氮素吸收，提高微生物量，增加了土壤礦質養(yǎng)分，改善了土壤碳氮比等性狀，并能提高微生物活性，增加土壤呼吸的供應，從而促進了土壤的呼吸作用，進而增加了CO2的排放量[8]。這與李娜等對內蒙古草原施氮后CO2的季節(jié)排放規(guī)律一致[9]。秋季CO2排放通量開始減少，各個施氮水平下增加幅度下降，這是CO2排放量與作物生長有著密切關系[10]，成熟后期植物根系逐漸衰老，再加上溫度下降，水分減少等環(huán)境因素，導致土壤中微生物活動減弱，植被和微生物呼吸速率均下降，出現CO2排放量迅速下降的趨勢。對于氮肥與水分因子的關系，朱天鴻等研究表明，低劑量和高劑量氮輸入傾向于消耗土壤水分，而中劑量氮輸入傾向于土壤水分保持[11]。水分相對較多的草甸草原和高寒草甸土壤水分變化對氮素輸入的響應比典型草原可能更加敏感。

1.2 施氮對CH4 排放的季節(jié)變化

CH4由甲烷菌產生，主要發(fā)生在厭氧環(huán)境，在有氧環(huán)境下，大氣中CH4擴散進入土壤深層被甲烷氧化菌氧化吸收，CH4通量取決于產生量與吸收量的平衡[12]。通過對夏秋兩季土壤CH4通量的分析，草原排放通量主要表現為吸收作用。這與前人研究結果相一致[13]。生長季初，土壤CH4吸收通量較高，隨著生長季的到來，土壤CH4吸收通量逐漸降低，而后在生長季末，吸收量又逐漸增加。夏季高溫高濕，土壤的水熱條件配比較好，NH4+和NO3-對土壤CH4氧化的抑制作用較低，產甲烷的微生物數量與代謝活動較為旺盛，所以達到夏秋兩季土壤CH4吸收量的最大值。進入草原秋季，植物生長末期凋落物大量增加，土壤枯枝落葉層增厚，阻礙了大氣O2向土體擴散，再加上此時溫度降低水分不易蒸發(fā)，植被蒸騰作用大幅度降低，進一步減少了土壤O2含量，限制了甲烷氧化菌代謝，進而使土壤空氣中的CH4吸收通量值降低[14]。土壤C/N 比對CH4排放的影響與微生物活動有關，一般認為微生物的生長與繁殖在C/N 為25～30∶1 較適宜，高氮量會降低土壤的C/N，從而抑制土壤微生物活性，使CH4增排強度相對降低[15]。因此，進行長期定位實驗能夠更好地反映土壤微生物對氮肥施用的響應趨勢。

1.3 施氮對N2O 排放的季節(jié)變化

N2O 是由有氧硝化和厭氧硝化過程產生的，土壤濕度決定的氧分壓控制著硝化和反硝化過程的存在狀況，自然界土壤是硝化和反硝化的嵌套體。觀測中N2O通量是硝化和反硝化產生量的總和，這2 個過程對水分和溫度條件敏感，尤其是反硝化過程[16]。整個生長季，施氮對N2O 通量變異劇烈，植物生長初期，氣候干燥，土壤微生物主要以反硝化過程為主，N2O 排放量較高。夏季生長季的旺季，溫度較高，微生物代謝活動劇烈，反硝化過程大于硝化過程，N2O 釋放量大，這與杜睿等的研究結果一致[17]。其他研究也曾觀測到草地N2O 排放通量為負值的情況[18，19]，原因可能是土壤消耗大氣中的N2O。畢竟草原土壤N2O 的排放是一個較為復雜的過程，其N2O 排放量取決于多因子協(xié)同作用的結果[20]。

2 氮素資源合理利用的建議

中國已成為全球溫室氣體排放第二大國，為擔負大國義務，中國已于1998 年5 月29 日簽約了《京都議定書》，在國際談判中面臨碳減排問題。針對草原區(qū)域減排應從以下幾方面入手：①加大各種環(huán)境因子對溫室氣體排放通量影響的研究，建立更加全面的理論數據資料；②增加研究地區(qū)測定的年限，豐富年鑒參考數據，找出更適合該地區(qū)溫室氣體減排和促進植物生長的施氮量以及方式方法；③擴大范圍研究范圍，增加對全球范圍內的研究，為全球溫室氣體減排提供更詳盡的數據資料。

2.1 因地制宜，合理控制氮肥施用量

應該根據作物的品種以及所處地區(qū)不同，充分考慮當地的氣候、溫度等環(huán)境因子和土壤理化性狀，因地制宜合理控制氮肥用量。例如在作物品種方面的考慮，由于不同作物品種其習性及生長條件，對氮肥的要求也不相同。玉米和小麥等禾谷類作物，因為其需氮量多，可以多施。對于豆科植物等，其固氮作用比較強，可以在根瘤菌未起作用之前的生長期施用少量氮肥。而對于草地，氮肥的施用可以增加牧草的粗蛋白含量，其施氮量的確定應根據不同時期牧草的生長需要酌量施加，還要結合當地所面臨的草價低、肥價高的制約，以增加產草量的第一性產品來衡量經濟效益，而以增加第二性生產載畜量，改善草地生態(tài)環(huán)境來計算環(huán)境效益，將所有因素綜合起來選用一個最合適的施氮量。在具體對牧草施肥時，應針對不同地區(qū)、不同理化性質的土壤，不同牧草類型進行因地制宜的施肥。如我國陜北地區(qū)缺硒，可增加微量元素硒的施用量。過黏或過沙的土壤可常施有機肥，以改善土壤的理化性質和增加土壤的團粒結構。豆科牧草有根瘤菌，自身有固氮的能力，在整個生長過程中應盡量少施氮肥，而禾本科牧草對氮肥的需求量較大，應多施氮肥?？傊?，在施用氮肥時，應該充分考慮不同的土壤條件、土壤粘粒和pH值。對于保肥能力差的砂質土壤，應堅持少量多次的原則，采用分次施肥；對于土壤較深較厚、保肥力強的土壤，以基肥為主，多次追肥。

2.2 合理耕作，正確控制施氮時間

施肥時期的確定，是合理應用氮肥，減少溫室氣體排放的重要部分。對于草原生態(tài)系統(tǒng)，氮肥的施用主要是針對牧草的施用，發(fā)現一般牧草從發(fā)芽或再生到第1 片綠葉長成時，僅需水分，不需要補充其他養(yǎng)分。在第1 片綠葉長成后，牧草開始從土壤中吸取養(yǎng)分，它需要的養(yǎng)分數量不多，但如缺少也會影響牧草生長。在牧草剛開始生長時，由于生物作用小，需水和需肥都較少，此時可以減少氮肥和水分的施用。當牧草開始旺盛生長時，對養(yǎng)分的需求很大，應保證土壤的養(yǎng)分供應。土壤對養(yǎng)分供應的多少也與氣候情況和微生物活動有關系。如在寒冷季節(jié)，土壤里硝化細菌等微生物不活躍，對氮素的供應少，溫暖的時候，硝化細菌等微生物活躍，對氮素的供應就多，而牧草生長到了的成熟期，對水肥需求敏感，適當地補充水分，會有利于植物對土壤氮素的吸收。對牧草進行追肥時，追施的時間一般在禾本科牧草的分蘗、拔節(jié)期；豆科牧草的分枝、現蕾期。為了提高牧草產草率，每次收割后也應追肥。多年生牧草，每年春季要追1 次肥，促其早發(fā)快長。秋季禾本科牧草追施氮肥時，可以配施一定量的磷鉀肥。豆科牧草除苗期追施氮肥外，其他時期以磷鉀肥為主。因此，在植物不同的生長時期，根據其實際情況合理地施用氮肥，可以提高氮肥的利用率，減少氮肥損失。對于不同類型的生態(tài)系統(tǒng)如草原、沼澤、農田等，應該根據其對氮素吸收的內在機理進行不同時間施氮肥，減少溫室氣體的排放量。

2.3 注重氮肥種類選擇，促進氮素資源利用

不同地區(qū)的土壤對不同的氮肥種類吸收不同，合理選用氮肥種類，是促進氮素資源利用，減少溫室氣體排放的重要方面。經研究，一般石灰性的土壤，pH 值偏堿宜選用酸性肥料，如硫銨、氯化銨等；在酸性土壤上，選擇堿性或生理性肥料，如石灰氮、硝酸鈣等。對于無機肥與有機肥的選用也很重要，無機肥肥效快且其合理施用將增加有機質的固定，相比于有機肥，可減少CO2和CH4氣體的排放，但其肥效短暫需多次施用。有機肥肥效持久，但過量施用，可促進CO2和CH4氣體的排放，且有機肥和畜禽糞肥堆放場地有大量NH3氣污染，對人居、工作和生活都帶來不愉悅的影響?？傊?，有機肥和無機N 肥的過量使用，都會導致土壤N 素積累。在厭氧還原條件下，土壤中的反硝化作用有N2O的排放。N2O 在近地面增加O3的形成，而到達同溫層的N2O 則破壞O3層，兩者都對人體健康及作物生長有負面效應。所以，對于無機肥與有機肥的選用，應該根據不同地區(qū)的作物、土壤需要以及環(huán)境條件，在充分考慮經濟發(fā)展和環(huán)境保護的基礎上合理選用。

對草原牧草進行施肥時，在基肥和追肥期應進行肥料種類的合理施用。如在基肥施用時，一般分為2 種方法：一是播種前，結合耕翻土地時施用優(yōu)質農家肥如廄肥、堆肥，或緩效性化肥，用于滿足牧草整個生長期的需要，一般667m2施用有機肥1000～2500kg、過磷酸鈣10～20kg 或鈣鎂磷肥20～25kg、氯化鉀8～10kg；耕前撒施，撒后耕翻。二是種肥，播種時與種子同時施入肥料，以滿足牧草幼苗生長的需要，種肥可施在播種溝內或穴內，蓋在種子上，或用作浸種、拌種，所用肥料不管是農家肥還是化學肥料，都不能影響種子出苗。在追肥時，牧草出苗后，在其生長期內，根據牧草的長勢進行追肥。追肥以化肥為主，追施方法有撒施、條施、穴施、灌溉施肥或葉面噴肥等。對于氮肥種類的選用，還應該針對不同生態(tài)系統(tǒng)綜合考慮，多方面提高氮素的利用率。而且在肥料使用的研究方面，人們?yōu)榱藦浹a有機肥與無機肥的缺陷，著力研究出了新型的緩釋肥料和生物肥料來兼顧二者優(yōu)點，并且發(fā)現施用氮素添加劑也可以減少氮素的揮發(fā)損失，提高氮素的有效性。