碳源和氧對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O排放的影響*

陳吉吉 王乙然 曹文超 宋 賀 王敬國(guó)?

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

（2 北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048）

（3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，合肥 230036）

土壤N2O的產(chǎn)生途徑包括氨氧化、硝化誘導(dǎo)的反硝化（包括硝化細(xì)菌反硝化（Nitrifier denitrification，ND）和與硝化相耦合的反硝化（Nitrification-coupled denitrification，NCD））、異養(yǎng)硝化和異養(yǎng)反硝化過(guò)程（Heterotrophic denitrification, HD）［1］，貢獻(xiàn)了全球70%以上的N2O排放［2］。其中，反硝化過(guò)程，主要是異養(yǎng)反硝化微生物利用作為電子受體被逐步還原為、NO、N2O最終為N2的過(guò)程，被普遍認(rèn)為是土壤N2O產(chǎn)生的主要途徑。但是，近年來(lái)大量研究表明，含有nirK基因的氨氧化細(xì)菌（Ammoniaoxidizing bacteria，AOB）利用氧化產(chǎn)生電子，還原為N2O的ND過(guò)程，同樣對(duì)土壤N2O排放具有重要貢獻(xiàn)［3］，在有些培養(yǎng)條件下，ND過(guò)程對(duì)土壤N2O的貢獻(xiàn)量甚至超過(guò)異養(yǎng)反硝化過(guò)程［4］。同時(shí)，異養(yǎng)反硝化微生物以硝化過(guò)程產(chǎn)生的為電子受體發(fā)生反硝化反應(yīng)，稱之為與硝化相耦合的反硝化過(guò)程（NCD），同樣對(duì)N2O排放有重要貢獻(xiàn)［1］。此外，在高氧、碳源充足的酸性土壤和污水處理系統(tǒng)中［5］，相當(dāng)數(shù)量的異養(yǎng)細(xì)菌和真菌可將NH3或有機(jī)形態(tài)的氨基氧化為，發(fā)生異養(yǎng)硝化作用，許多異養(yǎng)硝化菌同時(shí)可以進(jìn)行好氧反硝化產(chǎn)生N2O，稱為同步硝化-反硝化過(guò)程（Simultaneous nitrification-denitrification, SND）［6］。

氧分壓是影響土壤N2O排放的重要參數(shù)。一般認(rèn)為，厭氧條件下HD是土壤N2O排放的主要途徑；氨氧化是高氧分壓下土壤N2O的主要來(lái)源［7］；ND和HD對(duì)N2O的貢獻(xiàn)量隨著土壤氧分壓的升高而降低，且ND途徑對(duì)土壤氧分壓的耐性高于HD途徑［8］。由于土壤具有高度異質(zhì)性的特點(diǎn)，低氧條件下各種N2O產(chǎn)生途徑可在不同的微域空間同時(shí)發(fā)生，被認(rèn)為是促使土壤N2O排放最有利的環(huán)境［5］，但是，受各種環(huán)境因素的影響，低氧條件下各途徑對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)存在爭(zhēng)議。

為促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增加土壤微生物活性以及改善土壤結(jié)構(gòu)，我國(guó)設(shè)施蔬菜種植體系普遍會(huì)投入大量的有機(jī)肥［9］，這會(huì)顯著增加土壤碳源的有效性。土壤中充足的碳源有助于發(fā)生完全反硝化作用［10］，降低土壤N2O排放；但也有研究認(rèn)為，氧分壓而不是碳源的有效性決定了N2O的還原［5,11］。反之，碳源不足會(huì)導(dǎo)致中間產(chǎn)物的累積［12］，作為硝化和反硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物，與土壤N2O排放正相關(guān)［13］。碳源和氧濃度均會(huì)顯著影響土壤N2O排放，但二者交互作用對(duì)N2O排放的影響缺乏系統(tǒng)研究。

本研究選擇典型蔬菜種植區(qū)土壤，設(shè)置不同的氧分壓和有效性碳投入，研究二者對(duì)土壤N2O排放的影響；同時(shí)設(shè)置添加雙氰胺（Dicyandiamide,DCD）的處理，分析不同氧分壓（0%、1%、3%、10%和21%）和碳源投入下硝化和反硝化途徑對(duì)土壤N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)，以期為設(shè)施菜田土壤N2O減排措施的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)及土壤樣品

供試土壤采自于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)山東壽光蔬菜研究院（36°85′ N，118°87′ E）的一個(gè)日光溫室定位試驗(yàn)，該試驗(yàn)設(shè)置于2007年，種植系統(tǒng)為一年兩季番茄。試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為滴灌和漫灌，副處理為不添加秸稈、添加小麥秸稈和添加玉米秸稈。本研究選取的土壤樣品來(lái)自于滴灌和玉米秸稈處理，該處理每個(gè)作物生長(zhǎng)季平均滴灌量為309 mm，施肥處理N、P2O5、K2O投入量分別為204 kg·hm-2、229 kg·hm-2和526 kg·hm-2；玉米秸稈投入量為8 t·hm-2（相當(dāng)于109 kg·hm-2氮以及3 406 kg·hm-2碳）；商品雞糞作為基肥，平均施用量相當(dāng)于210 kg·hm-2氮和1 984 kg·hm-2碳。2014年7月番茄收獲后采集0～20 cm土壤樣品，充分混勻后過(guò)2 mm篩風(fēng)干備用。該土壤樣品、含量分別為4.35、75.24 mg·kg-1，全氮1.31 g·kg-1，全碳17.9 g·kg-1，有機(jī)碳12.40 g·kg-1，有效磷150 mg·kg-1，速效鉀 483 mg·kg-1，pH 8.02。有關(guān)試驗(yàn)點(diǎn)的更多信息可參見(jiàn)Fan等［14］的研究。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

以水洗后的菜田土壤為研究對(duì)象，30 mg·kg-1（以N計(jì)，下同） NH4NO3為氮源，谷氨酸鈉（C?H8NO?Na·H2O）為碳源，設(shè)置未添加谷氨酸鈉的對(duì)照處理（T1）和添加184.8 mg·kg-1（以C計(jì)，下同）谷氨酸鈉的處理（T2），兩種處理土壤同時(shí)設(shè)置不添加/添加DCD（50 mg·kg-1）的處理，研究DCD在0%、1%、3%、10%和21%氧分壓（O2/He混合氣體，下同）下對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O的減排效果。為了進(jìn)一步解釋T1土壤有氧條件下N2O產(chǎn)生的原因，根據(jù)氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果，選取9個(gè)氣體產(chǎn)生關(guān)鍵點(diǎn)，同步設(shè)置平行試驗(yàn)測(cè)定無(wú)碳源添加土壤培養(yǎng)過(guò)程中、和的動(dòng)態(tài)變化。總培養(yǎng)時(shí)間為108 h，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

具體的試驗(yàn)操作為：稱取相當(dāng)于10.0 g烘干土重的預(yù)處理土樣于120 mL血清瓶中，用注射器分別將去離子水或含有添加物（NH4NO3、C5H8NO4Na·H2O或DCD）的溶液均勻噴灑至土壤表面，調(diào)節(jié)土壤質(zhì)量含水量為250 g·kg-1。所有血清瓶用鋁蓋密封后按處理分別用0%、1%、3%、10%、21%的氧氣和氦氣（O2/He）的混合氣（體積比）通過(guò)抽真空-洗氣系統(tǒng)（帥恩科技有限公司，北京）洗氣4次，最后一次抽真空后充入對(duì)應(yīng)濃度的O2/He混合氣體，平衡血清瓶?jī)?nèi)氣壓后將所有血清瓶置于20℃恒溫水浴槽中進(jìn)行培養(yǎng)，利用Robot自動(dòng)培養(yǎng)系統(tǒng)每間隔6 h在線連續(xù)監(jiān)測(cè)血清瓶?jī)?nèi)N2O、N2和CO2的濃度變化。培養(yǎng)過(guò)程中根據(jù)氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果，使用密閉注射器定期向血清瓶中補(bǔ)充純氧（99.9%，v/v），維持血清瓶中恒定的氧含量。

1.3 土壤氣體及相關(guān)參數(shù)測(cè)定

恒溫培養(yǎng)槽內(nèi)的樣品連接Robot自動(dòng)培養(yǎng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)O2、N2O、N2、CO2的動(dòng)態(tài)變化。該系統(tǒng)由恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)和氣體分析模塊三部分組成，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)、采樣、分析過(guò)程的全部自動(dòng)化操作。恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)主要包括恒溫水浴鍋(0～40℃)、血清瓶、以及固定血清瓶位置的鐵架構(gòu)成（可放置44個(gè)120 mL的血清瓶）；自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)由自動(dòng)進(jìn)樣器（Gilson Model 222，Gilson，法國(guó)）和蠕動(dòng)泵（Gilson Minipuls 3，Gilson，法國(guó)）構(gòu)成，通過(guò)Python編程語(yǔ)言控制自動(dòng)采樣功能；氣體分析模塊由包含熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）和火焰離子化檢測(cè)器（FID）的氣相色譜（Agilent 7890A，美國(guó)）組成，能夠監(jiān)測(cè)N2O（ECD、TCD）、N2（TCD）、CO2（TCD）和O2（TCD）的含量。該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠準(zhǔn)確檢測(cè)N2的變化且采樣過(guò)程中N2的滲氣率較低。相關(guān)Robot自動(dòng)培養(yǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行模塊細(xì)節(jié)可參見(jiàn)Molstad等［15］的描述。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每批測(cè)量試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，放置3個(gè)已知濃度的標(biāo)氣瓶，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的血清瓶中氣體數(shù)值和標(biāo)氣濃度，利用挪威生命科學(xué)大學(xué)NMBU研究小組的計(jì)算方法（https://www.nmbu.no/en/research/groups/nitrogen/approaches-and-infrastructure）計(jì)算上述氣體產(chǎn)生量，計(jì)算過(guò)程中同時(shí)考慮了采樣過(guò)程中由于回注等量He氣造成的稀釋效應(yīng)、N2和O2的漏氣影響、氣體在各溫度和pH下的溶解度以及在氣液兩相之間的擴(kuò)散率，具體請(qǐng)參見(jiàn)Molstad等［15］的研究。

不同氧分壓下氣態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)物比用N2O/(N2O+N2)指數(shù)（IN2O）計(jì)算求出，其計(jì)算公式如下［17］：

式中，無(wú)氧處理的N2O(t)、N2(t)為N2O測(cè)量值達(dá)到高峰時(shí)間(t)下的累積產(chǎn)生量，mg·kg-1；有氧處理的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是培養(yǎng)結(jié)束時(shí)。

2 結(jié) 果

2.1 不同氧分壓下碳源添加對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O、N2產(chǎn)生量的影響

由圖1可見(jiàn)，在厭氧條件下，未添加和添加碳源土壤N2O的排放量分別于在線培養(yǎng)后的18、24 h達(dá)到5.42 mg·kg-1和6.02 mg·kg-1的排放峰值，并于30 h全部轉(zhuǎn)化為N2，且硝化抑制劑是否添加對(duì)N2O產(chǎn)生量無(wú)顯著影響。

隨著土壤氧分壓的升高，N2O排放量呈指數(shù)下降（圖2）。1%氧分壓下未添加硝化抑制劑和碳源的處理N2O累積排放量顯著高于厭氧處理N2O的排放量（P＜0.01）。在氧分壓大于等于1%的條件下，未添加碳源土壤N2O排放量均高于添加碳源的處理，但是在1%氧分壓同時(shí)添加DCD和碳源的條件下，土壤N2O排放量顯著高于僅添加DCD的土壤（P＜0.01），分別為4.21 mg·kg-1和2.61 mg·kg-1。 DCD的添加顯著降低了有氧條件下未添加碳源土壤N2O和N2產(chǎn)生量，在1%、3%、10%和21%氧分壓下，與未添加DCD的處理相比，添加DCD后未添加碳源的處理N2O產(chǎn)生量分別降低了64.4%、88.8%、83.5%和76.3%；添加DCD同時(shí)導(dǎo)致1%和3%氧分壓下N2累積產(chǎn)生量分別降低了23.4%、18.6%。DCD的添加對(duì)添加碳源處理的N2O和N2產(chǎn)生量均無(wú)顯著影響。

圖1 不同氧分壓下不同處理土壤培養(yǎng)過(guò)程中N2O和N2濃度的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamics of the concentrations of N2O and N2 in the soil under incubation relative to treatment and oxygen partial pressure(OPP)

圖2 氧分壓與N2O排放量間的相關(guān)性 (n=60)Fig. 2 Relationship between oxygen partial pressure and N2O emission (n=60)

厭氧條件下N2O和N2排放量顯著高于有氧處理（P＜0.01），最高達(dá)到23.5 mg·kg-1。隨著氧分壓的增加，土壤N2O和N2排放量迅速下降。從1%氧分壓時(shí)的10.3 mg·kg-1（未添加碳源處理）和6.74 mg·kg-1（添加碳源處理），分別下降至3%氧分壓時(shí)的2.94 mg·kg-1和0.68 mg·kg-1。同時(shí)，培養(yǎng)瓶頂空氧分壓高于3%后，添加碳源土壤的N2O和N2排放峰值顯著低于未添加碳源的土壤（P＜0.01）。

當(dāng)氧分壓高于3%以后，土壤N2排放量很低且可能存在較大的誤差，因此，僅計(jì)算了前三個(gè)氧分壓處理的N2O/(N2O+N2)（IN2O）值（表1）。1%氧分壓下全部處理，以及未添加DCD和碳源的3%氧分壓處理的IN2O普遍高于其余各氧分壓處理，其中，未添加碳源土壤在3%與1%氧分壓下IN2O無(wú)顯著差異，均顯著高于厭氧處理。碳源的添加顯著降低了土壤的IN2O，而DCD的添加則僅顯著降低了未添加碳源土壤的IN2O。添加碳源和DCD的處理IN2O對(duì)氧分壓的響應(yīng)類似，即在1%氧分壓下IN2O最高，0%氧次之。

質(zhì)量平衡計(jì)算結(jié)果顯示，在有氧和無(wú)氧條件下均有氮的凈礦化，而且厭氧條件下兩種處理中土壤的礦化量顯著低于有氧處理（P＜0.01），最高達(dá)到17.0 mg·kg-1。DCD有效抑制了土壤的氨氧化，未添加碳源處理的土壤尤為顯著（P＜0.01）。同時(shí)，在不同氧分壓下，添加碳源的處理培養(yǎng)前后NH4+含量無(wú)顯著降低現(xiàn)象，即使在21%氧分壓下，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)不添加/添加DCD的處理N含量分別為50.0 mg·kg-1和55.2 mg·kg-1（谷氨酸鈉添加帶入了43.12 mg·kg-1的氮）。

表1 不同氧分壓下以N2O/(N2O+N2) （IN2O）指數(shù)表示的產(chǎn)物比Table 1 Gaseous product ratio ［N2O/(N2O+N2) index (IN2O)］ relative to oxygen partial pressure (OPP)

2.2 不同氧分壓下無(wú)碳源添加處理培養(yǎng)過(guò)程中無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)

未添加碳源土壤培養(yǎng)過(guò)程中無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的結(jié)果（圖3）顯示，厭氧條件下也會(huì)發(fā)生短暫的積累，累積量在12 h達(dá)到峰值，為18.9 mg·kg-1。在1%、3%和10%氧分壓下，未添加DCD處理的累積時(shí)間、累積量顯著高于厭氧和21%氧分壓處理，三種氧分壓下最高的累積量出現(xiàn)在培養(yǎng)開(kāi)始后72 h，分別為25.7、30.6和31.5 mg·kg-1（圖3a）。

圖3 無(wú)碳源添加處理培養(yǎng)過(guò)程中無(wú)機(jī)氮的動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamics of inorganic nitrogen in the soil under incubation without available carbon added

3 討 論

隨著土壤氧分壓的升高，N2O排放量呈指數(shù)下降，土壤N2O排放主要發(fā)生在厭氧和1% 氧分壓下（圖2）。厭氧條件下土壤N2O主要來(lái)自HD過(guò)程，且在本試驗(yàn)條件下，厭氧處理土壤N2O的排放量被明顯低估，這是因?yàn)樵诜忾]培養(yǎng)體系中，大量的N2O很快會(huì)被進(jìn)一步還原為N2，而在田間實(shí)際條件下，大部分N2O將被釋放進(jìn)入大氣，這也是室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)普遍存在的問(wèn)題［18］，大量N2O被還原導(dǎo)致本研究中無(wú)碳源和DCD添加的處理在微量氧（1% O2）下N2O累積產(chǎn)生量顯著高于厭氧處理（P＜0.01）。在持續(xù)微量氧供應(yīng)條件下，各處理土壤中N2O排放量以較高的速率不斷增加；當(dāng)土壤氧分壓增加至3% O2后，僅在未添加碳源的處理中表現(xiàn)出N2O的持續(xù)排放，與相同處理?xiàng)l件下的1%氧分壓處理相比，N2O和N2O加N2排放量仍分別降低了78.2%和71.3%，表明土壤氧分壓高于3%后，即使是在碳源充足的條件下，N2O排放量、氮素氣態(tài)損失顯著降低［19］。農(nóng)田土壤N2O排放主要發(fā)生在施肥和灌水后的脈沖式排放，特別是設(shè)施菜田土壤，在全年17.5%的時(shí)間內(nèi)排放了約78.8%的N2O［20］。由此可見(jiàn)，田間狀態(tài)下，土壤N2O排放量中的絕大部分來(lái)自于厭氧和低氧的微域環(huán)境，當(dāng)土壤空氣中的氧分壓普遍高于3%后，以氨氧化及其相關(guān)過(guò)程等途徑來(lái)源的N2O表現(xiàn)為脈沖式排放后的土壤N2O背景排放。氨氧化過(guò)程中N2O排放主要源于中間產(chǎn)物NH2OH氧化，但是土壤中幾乎無(wú)NH2OH累積，且僅有1/3的NH2OH氧化酶活性位點(diǎn)可能會(huì)將NH2OH氧化為N2O［21］，導(dǎo)致該過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生量很低，一般不超過(guò)氨氧化量的1‰～2‰［22］。NH2OH或NO2-的化學(xué)分解也會(huì)造成N2O排放，但該途徑主要發(fā)生在低pH土壤中［23］。

在碳源較為充足的條件下，HD過(guò)程對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O排放的貢獻(xiàn)量更大，只是隨著氧分壓的升高，其貢獻(xiàn)的比例顯著降低。添加碳源的處理中，DCD對(duì)土壤N2O、N2產(chǎn)生量和IN2O均無(wú)顯著影響，且在添加DCD的1%氧分壓下，添加碳源的處理N2O排放量顯著高于無(wú)碳源添加的處理（P＜0.01）（圖1）。此外，與無(wú)碳源添加的土壤相比，氨氧化量顯著降低，即使在21%氧分壓下，也無(wú)顯著的氨氧化現(xiàn)象發(fā)生。由此可見(jiàn)，碳源的添加可能會(huì)造成有氧條件下異養(yǎng)菌對(duì)自養(yǎng)菌生長(zhǎng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［24］，導(dǎo)致有氧條件下N2O可能主要來(lái)自HD過(guò)程。添加碳源后可能會(huì)有部分N2O來(lái)自異養(yǎng)硝化-反硝化過(guò)程（SND），因?yàn)橛醒跚姨荚闯渥愕臈l件有利于異養(yǎng)硝化作用的發(fā)生［25］，但本研究所用土壤pH較高，且添加DCD的處理培養(yǎng)前后硝酸鹽基本平衡，異養(yǎng)的同步硝化-反硝化過(guò)程或許很弱。

在低氧（1%～3% O2）且無(wú)碳源添加的土壤中，異養(yǎng)反硝化菌可能會(huì)通過(guò)HD 或NCD途徑對(duì)土壤N2O排放產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)。DCD的添加顯著降低了無(wú)碳源添加處理土壤N2O排放量（P＜0.01），這與田間通量觀測(cè)結(jié)果一致［26-28］，且大量研究結(jié)果也表明，低氧且低碳源環(huán)境會(huì)顯著增加ND途徑對(duì)N2O的貢獻(xiàn)量［29］，但不能以此推測(cè)ND途徑是微量氧條件下N2O排放的主導(dǎo)途徑。例如，在微量氧1% O2分壓下，無(wú)DCD添加的處理產(chǎn)物比IN2O指數(shù)為0.69，添加DCD后IN2O為0.57，根據(jù)產(chǎn)物比下降的幅度，可以推算出在微量氧供應(yīng)情況下，約有82.6%的N2O來(lái)自HD和NCD過(guò)程，17.8% N2O來(lái)自于ND等過(guò)程。即在微量氧供應(yīng)條件下，N2O排放中的絕大部分來(lái)自于分別以和為底物的異養(yǎng)反硝化過(guò)程。以同樣方式計(jì)算，在3%O2分壓下HD和NCD過(guò)程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)量為57.4%，42.6%的N2O主要來(lái)自ND過(guò)程。硝化抑制劑同樣會(huì)降低廣義的HD途徑氮素?fù)p失，主要原因可能是DCD添加后NCD過(guò)程的底物含量降低［30］。NCD過(guò)程在本質(zhì)上仍然是HD過(guò)程［31］，在氧擴(kuò)散受阻的情況下好氧微生物對(duì)土壤孔隙氧的消耗會(huì)導(dǎo)致微域土壤產(chǎn)生厭氧微位點(diǎn)，造成氨氧化過(guò)程產(chǎn)生的通過(guò)異養(yǎng)反硝化途徑損失。Petersen等［32］研究結(jié)果表明，有氧-厭氧的土壤環(huán)境會(huì)導(dǎo)致70%的硝化產(chǎn)物通過(guò)反硝化途徑損失，Lee等［30］也觀察到土壤中硝化與反硝化潛勢(shì)呈正相關(guān)。由此可見(jiàn)，與自養(yǎng)的氨氧化微生物相比，在微量氧和低氧且無(wú)碳源添加的土壤中，異養(yǎng)菌可能對(duì)土壤N2O排放和氮素氣態(tài)損失更為重要。對(duì)比1%和3%氧分壓下N2O排放量也可以看出，盡管氨氧化和ND過(guò)程在3%氧分壓下對(duì)N2O貢獻(xiàn)量顯著增加，但N2O的排放量較1%氧分壓時(shí)下降了78.2%，因而，總體上ND過(guò)程對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O排放的貢獻(xiàn)不大。

有些條件下，土壤中ND途徑對(duì)N2O的貢獻(xiàn)量有可能被高估。例如，本研究表明，在1%、3%和10%氧分壓下，均存在較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)渡性積累（圖3a），但僅在1%氧分壓下出現(xiàn)大量的N2O排放。通常認(rèn)為，硝化微生物進(jìn)行ND的目的是解除對(duì)其細(xì)胞的毒害作用［8］。由此可以推論，當(dāng)土壤中出現(xiàn)大量積累時(shí)，就有可能伴隨著通過(guò)ND途徑排放大量N2O的現(xiàn)象。這一假設(shè)顯然與本研究的結(jié)果不符。認(rèn)為有氧條件下ND過(guò)程是土壤N2O排放主導(dǎo)途徑之一的結(jié)論，主要來(lái)自于在低氧條件下利用同位素標(biāo)記方法進(jìn)行的試驗(yàn)［3-4］。然而，利用雙同位素技術(shù)計(jì)算排放途徑的前提，是假定氨氧化產(chǎn)生的僅能被氨氧化菌所利用，進(jìn)行反硝化過(guò)程并釋放出N2O［33］。這種假設(shè)或許存在下列不足：首先，土壤中有許多異養(yǎng)反硝化菌對(duì)和有相同的異養(yǎng)還原能力；其次，部分異養(yǎng)菌由于缺少還原基因僅能以為底物進(jìn)行反硝化作用，因此，利用雙同位素標(biāo)記法得到的結(jié)果可能會(huì)高估ND途徑對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)［1,34］。

4 結(jié) 論

隨著土壤氧分壓的升高，N2O排放量呈指數(shù)下降，土壤N2O排放主要發(fā)生在厭氧和微量氧（1%O2）情況下，氧分壓大于等于3%后，土壤N2O排放量、氮素氣態(tài)損失顯著降低。在低氧條件下（0%～3% O2），總體上異養(yǎng)反硝化菌對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O排放更為重要，特別是在碳源較為充足的條件下。田間實(shí)際條件下，在保證作物產(chǎn)量的前提下，適當(dāng)?shù)奶荚赐度?、通過(guò)水分管理控制土壤空氣中氧分壓以及減少低氧與厭氧的“熱點(diǎn)”，并結(jié)合施用硝化抑制劑，對(duì)降低菜田土壤N2O排放有重要意義。