添加黃土或古土壤降低豬糞溫室氣體綜合排放效應(yīng)

雷 鳴，程于真，陳竹君，周建斌*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100）

全球變暖是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的全球性問(wèn)題，養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞便是溫室氣體的重要來(lái)源。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）在《牲畜的巨大陰影：環(huán)境問(wèn)題與選擇》報(bào)告中指出[1]，全球人為溫室氣體排放總量中有9%的CO2、37%的CH4和65%的N2O是由畜牧業(yè)造成的，其中畜禽糞便的溫室氣體排放量占全球農(nóng)業(yè)溫室氣體總排放量的10%，并呈持續(xù)上漲的趨勢(shì)[2]。

糞肥的施用在我國(guó)具有悠久的歷史，長(zhǎng)期施用糞肥不僅提高了作物產(chǎn)量，還改善了土壤理化及生物性質(zhì)[3-4]。畜禽糞便類有機(jī)肥與化肥配合施用，可以協(xié)調(diào)土壤有機(jī)、無(wú)機(jī)養(yǎng)分平衡，滿足作物不同生育期的養(yǎng)分需求[5]。然而，近年來(lái)隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及養(yǎng)殖方式的迅速轉(zhuǎn)變，畜禽糞便已成為我國(guó)環(huán)境的重要污染源之一[6]。

目前我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)每年的廢棄物排放量約38億t[7]，近20%的畜禽糞便未及時(shí)處理，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染與破壞[4]。因此，做好畜禽糞便的綜合管理與合理利用工作，對(duì)減少養(yǎng)殖過(guò)程中因畜禽糞便引起的環(huán)境污染及溫室氣體排放問(wèn)題具有重要意義[8]。

畜禽糞便的管理過(guò)程主要分為室內(nèi)處理、室外儲(chǔ)存和管理及還田利用3個(gè)階段，對(duì)固液分離、厭氧發(fā)酵、酸化貯存等多種管理方式而言，溫室氣體的排放均主要來(lái)自室內(nèi)與室外的儲(chǔ)存及管理兩個(gè)階段[9]。由于我國(guó)對(duì)于畜禽糞便的就地就近科學(xué)儲(chǔ)存技術(shù)設(shè)備的研究不足，同時(shí)缺乏高效輸送設(shè)備的有效推廣[10]，因此，從傳統(tǒng)畜禽糞便管理措施中借鑒經(jīng)驗(yàn)與啟示尤為重要。我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中積累了豐富的使用糞肥的經(jīng)驗(yàn)。加土墊圈、施用土糞是我國(guó)北方地區(qū)特別是黃土高原地區(qū)一種傳統(tǒng)的處理糞肥的方法，這種方法不僅利于保持畜禽圈舍的清潔，而且對(duì)糞肥中的碳氮養(yǎng)分也具有較好的保蓄作用[11]。但是，在二十世紀(jì)六七十年代，由于肥料不足，對(duì)土糞這一傳統(tǒng)有機(jī)肥的研究主要以其肥力作用為主[12]，對(duì)加土墊圈這一措施的環(huán)境效應(yīng)缺乏相關(guān)研究。在利用墊料的發(fā)酵床養(yǎng)殖模式在國(guó)內(nèi)外得到推廣的今天[13-14]，重新審視加土墊圈這一傳統(tǒng)措施的肥力與環(huán)境效益，為解決當(dāng)前畜禽糞便造成的環(huán)境問(wèn)題提供借鑒。

黃土高原廣泛分布的古土壤由于所受風(fēng)化和淋溶作用不同，與黃土在元素組成和理化性質(zhì)上存在一定差異[15]，因此添加黃土與古土壤對(duì)畜禽糞便溫室氣體的排放可能具有不同影響。為了評(píng)估加土墊圈這種傳統(tǒng)措施的溫室氣體釋放特性與主要機(jī)理，本試驗(yàn)采用室內(nèi)培養(yǎng)的方法，比較研究添加黃土與古土壤對(duì)豬糞溫室氣體排放的影響，為畜禽糞便的優(yōu)化管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自陜西省楊凌示范區(qū)崔西溝東側(cè)的黃土-古土壤剖面，采集的土壤風(fēng)干除雜后過(guò)2 mm篩于4℃環(huán)境下保存?zhèn)溆?。所采黃土、古土壤樣品的部分理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試黃土和古土壤理化性質(zhì)Table 1 The physicochemical properties of loess and paleosol

供試的新鮮豬糞采自西北農(nóng)林科技大學(xué)畜牧教學(xué)試驗(yàn)基地，取存放時(shí)間不超過(guò)24 h的鮮樣，其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳348 g·kg-1，全氮30.9 g·kg-1，碳氮比11.3，含水率71.7%，pH 8.73。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用室內(nèi)好氣培養(yǎng)的方法，將所采集的新鮮豬糞與風(fēng)干后的黃土和古土壤分別按照1∶2、1∶4和1∶6比例均勻混合，25℃下于250 mL錐形瓶?jī)?nèi)培養(yǎng)，同時(shí)設(shè)置單一豬糞、黃土與古土壤作為對(duì)照，共9個(gè)處理（表2），每個(gè)處理重復(fù)3次。豬糞處理保持其原始含水量，其余各處理均調(diào)節(jié)含水量在30%左右，各培養(yǎng)瓶用帶有透氣孔的封口膜封口，以在保障好氣環(huán)境的同時(shí)防止水分散失。在培養(yǎng)開(kāi)始的第1、2、3、4、5、7、9、11、14、17、20、23、26、29、32、35、38、42、46、50 d采集氣體樣品，每次采樣結(jié)束后用稱重法補(bǔ)充相應(yīng)水分。

表2 氣體測(cè)定試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experiment scheme of GHGs determination

為了在測(cè)定理化性質(zhì)的同時(shí)不對(duì)氣體樣品的采集產(chǎn)生影響，另取相同比例豬糞與土壤混合后置于1 L培養(yǎng)瓶中進(jìn)行培養(yǎng)（表3），培養(yǎng)過(guò)程中水分及溫度調(diào)控與上述采氣過(guò)程保持一致。在培養(yǎng)開(kāi)始的第1、5、9、14、20、29、38、50 d采集各處理樣品10 g，用于pH及礦質(zhì)態(tài)氮的測(cè)定。

表3 樣品理化性質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 3 Experiment scheme of basic physicochemical properties

1.3 采樣方法與室內(nèi)分析

采集氣體樣品前，將裝有樣品的錐形瓶置于通氣環(huán)境中30 min，使瓶?jī)?nèi)氣體濃度與室內(nèi)大氣濃度基本平衡。采樣時(shí)在瓶塞的玻璃管外端套上帶有三通閥的軟管，并用同樣帶有三通閥的注射器抽取30 mL瓶?jī)?nèi)氣體，抽氣前反復(fù)推拉注射器以混勻瓶?jī)?nèi)氣體。第一次取樣完成后利用注射器抽取30 mL室內(nèi)空氣注入瓶?jī)?nèi)以補(bǔ)充之前瓶中的氣體損失[16]，之后密閉培養(yǎng)1 h，按上述同樣方法進(jìn)行第二次抽樣。采樣結(jié)束后將瓶塞打開(kāi)，通氣后封口放入培養(yǎng)箱中繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)。采集的氣體樣品存于提前抽成真空的采氣袋中保存待測(cè)。

氣體樣品在氣相色譜儀（Agilent 7890B）上測(cè)定，CH4與CO2檢測(cè)器為火焰離子化檢測(cè)器（FID），檢測(cè)器溫度250 ℃，載氣為N2，流速30 mL·min-1；電子捕獲檢測(cè)器（ECD）測(cè)定N2O，檢測(cè)器溫度300℃，載氣為N2，流速2 mL·min-1；柱溫55 ℃。

溫室氣體排放速率按以下公式計(jì)算：

式中：F為CO2、CH4、N2O排放通量；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度，CO2、CH4和N2O的氣體密度分別為1.977、0.717 kg·m-3和1.977 kg·m-3；Δc為時(shí)間變化Δt內(nèi)培養(yǎng)瓶中氣體的濃度變化量；V為培養(yǎng)瓶中氣體的有效空間體積；W為培養(yǎng)瓶中樣品烘干質(zhì)量；T為培養(yǎng)時(shí)的溫度。

各處理CO2、CH4和N2O的累計(jì)排放量通過(guò)相鄰兩次氣體平均排放速率與排放時(shí)間的乘積累加計(jì)算得出，相鄰兩次測(cè)定間總的排放量為：

式中：M為CO2累積排放量；F為CO2、CH4和N2O的排放通量；t為兩次氣體測(cè)定的間隔時(shí)間；m為各培養(yǎng)瓶中樣品的烘干質(zhì)量。

由于CO2、CH4和N2O的增溫效應(yīng)不同，在大氣中停留時(shí)間也不同，因此需計(jì)算其全球增溫潛勢(shì)（Glob?al warming potential，GWP）以評(píng)估不同體系溫室氣體的綜合效應(yīng)。據(jù)IPCC預(yù)估，在100年的時(shí)間范圍內(nèi)，若以CO2的 GWP值為 1，則CH4的GWP值為28，N2O的GWP值為265[17]。參考蔡祖聰[18]和Hou等[19]所用方法，計(jì)算各處理GWP100：

式中：M為各溫室氣體的累計(jì)排放量。

在進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，由于把黃土和古土壤作為添加物，因此單獨(dú)計(jì)算各處理中豬糞的溫室氣體綜合效應(yīng)能更好地反映添加物的作用。添加黃土與古土壤處理中的豬糞溫室氣體綜合效應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：GWP1為各處理中豬糞與土壤的總增溫潛勢(shì)；GWP2為黃土或古土壤對(duì)照（CK2、CK3）的增溫潛勢(shì)；wt1%為黃土或古土壤在各處理中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；wt2%為各處理中糞肥所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理與表格制作；SigmaPlot 12.0進(jìn)行圖形繪制；SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用最小顯著性差異法（LSD法）進(jìn)行多重比較；Pearson相關(guān)分析用以確定GWP與各理化因素間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理pH的變化

如圖1所示，豬糞處理pH整體呈上升趨勢(shì)，培養(yǎng)期間共上升0.61個(gè)單位。添加黃土或古土壤的處理pH先緩慢上升，隨后逐漸下降，培養(yǎng)期間各處理pH始終顯著低于豬糞處理（P＜0.05）。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，添加黃土或古土壤各處理的pH隨著土壤添加比例的增加而降低，且添加黃土處理的pH均高于古土壤處理，這可能與黃土中較高的碳酸鹽起到的緩沖作用有關(guān)。

2.2 不同處理礦質(zhì)態(tài)氮的變化

豬糞處理銨態(tài)氮含量在培養(yǎng)前23 d呈上升趨勢(shì)，隨后逐漸下降，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)較培養(yǎng)前降低了20.6%（圖2a）。由于土壤的稀釋效應(yīng)，添加黃土或古土壤各處理的初始銨態(tài)氮含量顯著降低（P＜0.05）。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，古土壤1∶2處理銨態(tài)氮含量較培養(yǎng)前下降了84.4%，其余添加黃土或古土壤處理的銨態(tài)氮含量均降低98%以上。

圖1 試驗(yàn)過(guò)程中各處理pH值的變化Figure 1 Changes of pH in each treatment during incubation

圖2 試驗(yàn)過(guò)程中各處理礦質(zhì)態(tài)氮的變化Figure 2 Changes of mineral nitrogen in each treatment during incubation

豬糞處理硝態(tài)氮含量在培養(yǎng)前30 d基本保持平穩(wěn)，隨后迅速增加（圖2b）。添加黃土或古土壤處理的硝態(tài)氮含量顯著增加，各處理培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的硝態(tài)氮含量均隨土壤添加比例的提高而降低。添加黃土和古土壤后硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)基本一致，但添加黃土處理的硝態(tài)氮變化更迅速，且不同添加量處理間的差異更大。

2.3 不同處理溫室氣體排放速率的動(dòng)態(tài)變化

添加黃土或古土壤均顯著降低了豬糞的CO2排放速率，且古土壤處理的排放速率較低（圖3a）。古土壤 1∶2、1∶4與 1∶6處理的 CO2峰值依次為 87.9、38.2、18.7 mg·kg-1·h-1，較同比例黃土處理分別降低21.6%、23.8%和27.6%。豬糞CH4排放速率于第2 d時(shí)達(dá)到峰值 1163 μg·kg-1·h-1，之后呈緩慢下降趨勢(shì)（圖3b）。添加黃土或古土壤各處理的CH4釋放速率較低，在培養(yǎng)的前42 d均與豬糞對(duì)照處理存在顯著差異（P＜0.05）。

在培養(yǎng)的前35 d，豬糞N2O凈排放速率為負(fù)值，最低為-3.16 μg·kg-1·h-1（圖3c），表明該階段幾乎沒(méi)有N2O的生成且存在N2O被轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，這與豬糞硝態(tài)氮的變化基本相符。添加黃土或古土壤改變了豬糞的N2O釋放特性，培養(yǎng)第4 d時(shí)出現(xiàn)N2O排放峰。古土壤3個(gè)處理的N2O峰值較小，較同比例黃土處理依次降低77.2%、68.1%、51.5%。隨著培養(yǎng)進(jìn)行，黃土與古土壤1∶2處理排放速率持續(xù)上升，先后于第26 d和第42 d出現(xiàn)第二個(gè)更高的峰值，分別為54.4 μg·kg-1·h-1和84.9 μg·kg-1·h-1；其余各處理在第1個(gè)峰值結(jié)束后排放速率基本保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)新的N2O排放峰。

2.4 添加黃土或古土壤對(duì)豬糞溫室氣體累積排放量的影響

豬糞CO2累積排放量最高為1213±91.2 mg，添加不同比例黃土或古土壤均可顯著降低豬糞的CO2累積釋放量，其中添加古土壤的3個(gè)處理減排效果更好，可降低54.2%～64.3%的CO2累積排放量（圖4a）。隨著黃土或古土壤添加比例的提高，CO2累積排放量逐漸降低。由圖4b可以看出，添加黃土或古土壤極顯著地降低了豬糞的CH4排放量（P＜0.01），降幅均在99.8%以上，但添加黃土與古土壤處理間的CH4累積釋放量差異不顯著。

圖4c表明，除1∶4比例施用古土壤處理外，添加不同比例的黃土或古土壤均顯著增加了豬糞的N2O累積排放量（P＜0.05），且1∶2比例施用黃土或古土壤處理的N2O累積排放量均高于相同土壤類型下的其他處理。方差分析結(jié)果表明，土壤添加比例對(duì)N2O累積排放量影響顯著，且土壤類型和添加量對(duì)N2O累積排放量具有顯著的交互作用。

圖3 試驗(yàn)過(guò)程中各處理CO2、CH4、N2O排放速率的動(dòng)態(tài)變化Figure 3 Dynamic changes of CO2，CH4and N2O in different treatments during incubation

圖4 試驗(yàn)過(guò)程中各處理CO2、CH4、N2O的累積排放量Figure 4 Cumulative emission of CO2，CH4and N2O in different treatments during incubation

2.5 添加黃土或古土壤對(duì)全球增溫潛勢(shì)的影響

表4結(jié)果表明，添加黃土或古土壤顯著降低了豬糞處理的增溫潛勢(shì)。各處理中CO2均是主要的溫室氣體排放種類，對(duì)增溫潛勢(shì)的貢獻(xiàn)占71.7%以上。添加黃土或古土壤處理的N2O所占貢獻(xiàn)僅次于CO2，占增溫潛勢(shì)的5.1%～28.2%。豬糞處理中N2O所占貢獻(xiàn)最低，CH4貢獻(xiàn)相對(duì)較高。

古土壤1∶4和1∶6處理的增溫潛勢(shì)顯著低于相同比例的黃土處理（P＜0.05）。同一土壤類型下1∶6處理增溫潛勢(shì)較1∶4處理無(wú)顯著差異。將黃土與古土壤添加量及土壤類型作為兩個(gè)因素進(jìn)行方差分析（表5），結(jié)果表明黃土與古土壤的性質(zhì)差異及添加比例均對(duì)豬糞溫室氣體的排放具有極顯著的影響，但兩者對(duì)增溫潛勢(shì)的交互作用未達(dá)顯著水平。

2.6 添加黃土或古土壤后各因素與豬糞溫室氣體排放的相關(guān)性

將添加黃土與古土壤后樣品的總碳、全氮、pH等指標(biāo)分別與各處理中豬糞的3種溫室氣體排放量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表6），添加黃土與古土壤后豬糞的CO2、CH4和N2O排放量均與樣品總碳和全氮的含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。碳氮比與豬糞N2O排放量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與CO2和CH4排放無(wú)明顯相關(guān)性。銨態(tài)氮與3種溫室氣體釋放量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中與CO2和N2O的相關(guān)性達(dá)極顯著水平。pH和硝態(tài)氮與3種溫室氣體間的相關(guān)性均不顯著。

表4 各處理溫室氣體所占貢獻(xiàn)及全球增溫潛勢(shì)Table 4 The contribution of GHGs and their global warming potential in different treatments

表5 黃土、古土壤添加量和土壤類型對(duì)豬糞溫室氣體影響的方差分析（F值）Table 5 Variance analysis of loess/paleosol additions and types on greenhouse gases in pig manure

表6 黃土、古土壤添加后各因素與豬糞溫室氣體排放的相關(guān)性Table 6 Relationships between GHGs and factors with loess/paleosol additions

3 討論

3.1 豬糞貯存階段的溫室氣體釋放特性

有研究發(fā)現(xiàn)，CH4是豬糞存貯階段的主要溫室氣體類型，而在還田利用階段N2O則成為主要的溫室氣體來(lái)源[20-21]。本研究中CO2與CH4的累積排放量在前14 d分別占總排放量的48%～61%和77.4%以上，N2O排放主要集中在后期，這與前人研究結(jié)果基本一致。可見(jiàn)實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)管理方式與管理時(shí)期的差異對(duì)溫室氣體進(jìn)行針對(duì)性的管理有助于更好地解決畜禽糞便的溫室氣體問(wèn)題。

本研究中各處理CO2貢獻(xiàn)占增溫潛勢(shì)的70%以上，是主要的溫室氣體（表4）。雖然目前常把畜禽糞便產(chǎn)生的CO2作為可被植物光合利用抵消的部分不納入統(tǒng)計(jì)[22]，但由于含碳化合物的合成途徑存在內(nèi)部的相互聯(lián)系，不同畜禽糞便管理模式也會(huì)造成溫室氣體排放的顯著差異[23-24]，因此為了避免不恰當(dāng)?shù)卦u(píng)估畜禽管理中的溫室氣體排放，在相關(guān)研究中宜將CO2納入畜禽糞便溫室氣體范疇[25-26]。

3.2 添加黃土或古土壤對(duì)豬糞溫室氣體排放的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，添加不同比例的黃土或古土壤降低了豬糞42.4%～64.3%的CO2排放與99.8%以上的CH4排放（圖4a和圖4b），有效控制了豬糞的溫室氣體排放，這與加入黃土或古土壤后其對(duì)糞肥中有機(jī)碳起到的保護(hù)作用有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤對(duì)有機(jī)質(zhì)的固定作用主要是由于土壤的物理、化學(xué)與生物化學(xué)保護(hù)作用對(duì)外源有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了影響[27-29]。本研究發(fā)現(xiàn)，相同比例下施用黃土與古土壤的溫室氣體排放量也存在差異，這可能是黃土與古土壤的物理性黏粒和游離態(tài)氧化鐵含量的差異造成的。Mikutta等[30]研究表明，土壤中的黏土礦物和鐵、鋁氧化物可以與有機(jī)質(zhì)結(jié)合成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，進(jìn)而對(duì)有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生物理保護(hù)作用。其他學(xué)者研究也表明，黃土與古土壤中的游離態(tài)氧化鐵與黏粒對(duì)有機(jī)碳的固定具有重要作用[31]。本試驗(yàn)供試古土壤粒徑的比表面積更大，具有相對(duì)較強(qiáng)的吸附能力，更有利于減少豬糞溫室氣體的排放。

畜禽糞便的有機(jī)物分解可以分為有機(jī)物的好氧分解、尿素在酶作用下的水解和厭氧分解3種類型[26]，因此本試驗(yàn)中除土壤自身對(duì)外源有機(jī)碳的保護(hù)作用外，土壤施用量的不同對(duì)pH、含水率、可利用碳氮底物等因素的改變可能也會(huì)對(duì)相關(guān)酶和微生物產(chǎn)生影響，進(jìn)而可能影響溫室氣體的排放。本試驗(yàn)中添加黃土與古土壤的處理中3種溫室氣體排放量與pH的相關(guān)性均不顯著，CO2與CH4和碳氮比間相關(guān)性也未達(dá)顯著水平，僅與碳、氮總量水平顯著相關(guān)，可見(jiàn)黃土或古土壤添加后對(duì)糞肥碳、氮的稀釋作用也是造成各處理間溫室氣體排放差異的原因，其他理化因素的影響相對(duì)有限。

由于CH4產(chǎn)生一般需要極端的還原條件，而在O2充足的環(huán)境中更易發(fā)生CH4被甲烷氧化菌氧化的過(guò)程[32-33]，因此本試驗(yàn)中除土壤自身對(duì)外源有機(jī)碳的保護(hù)作用外，施用黃土或古土壤降低了豬糞可利用有機(jī)碳含量并改善了通氣條件，也會(huì)抑制CH4的排放[34-35]。朱新夢(mèng)等[36]研究也發(fā)現(xiàn)在覆蓋堆肥期間進(jìn)行額外的通風(fēng)和翻堆管理可以降低53.4%的CH4累積排放量，其原理也是改善了通風(fēng)條件、提高了堆肥中O2含量進(jìn)而抑制CH4的排放。

本研究中豬糞處理的N2O排放水平較低，添加黃土或古土壤增加了N2O的排放（圖3c，圖4c），這主要是由于豬糞水分含量較高、通氣狀況不佳，限制了硝化作用進(jìn)行，同時(shí)較低的硝態(tài)氮底物含量也影響了反硝化作用[37]。雖然黃土或古土壤添加的稀釋效應(yīng)降低了各處理的初始銨態(tài)氮含量，但添加黃土或古土壤處理的硝態(tài)氮含量在培養(yǎng)前期便快速上升，而豬糞處理硝態(tài)氮含量則一直處于較低水平（圖2），這表明黃土與古土壤的添加促進(jìn)了硝化作用的進(jìn)行，與稀釋效應(yīng)相比，添加黃土或古土壤對(duì)環(huán)境因素的改變是影響氮素轉(zhuǎn)化的主要因素。本試驗(yàn)中添加黃土與古土壤處理硝態(tài)氮變化速率與變化量存在差異（圖2b），可能是土壤質(zhì)地的不同對(duì)有機(jī)碳的分解速率及產(chǎn)生N2O的微生物基質(zhì)供應(yīng)產(chǎn)生了影響。一般情況下，顆粒粗、透水性好的土壤有利于硝化作用，反之則有利于反硝化作用[38]。由于古土壤黏粒含量較高（表1），前期硝化作用相對(duì)較弱（圖2b），N2O生成量相對(duì)較低。

3.3 加土墊圈、堆制土糞的綜合效應(yīng)

本研究表明，向畜禽糞便中添加黃土與古土壤有效降低了糞肥中CO2與CH4的排放，雖然N2O排放量增加，但隨著黃土與古土壤施用量的提高，各處理增溫潛勢(shì)逐漸降低，可見(jiàn)加土墊圈這種措施有效降低了豬糞的溫室氣體排放。傳統(tǒng)生產(chǎn)中墊圈過(guò)程的土壤添加量一般占總量的50%～90%，過(guò)高的土壤添加量意味著土糞養(yǎng)分有效性的降低以及勞動(dòng)力的大量投入，這不僅增加了經(jīng)濟(jì)成本與管理難度，而且對(duì)減少畜禽糞便溫室氣體排放無(wú)明顯效果，易造成“黃土搬家”[11]。但加土墊圈、堆制土糞作為一種傳統(tǒng)的廢棄物資源化利用方式，在其特定歷史時(shí)期對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)保護(hù)的貢獻(xiàn)不可否認(rèn)，在畜禽糞便貯存階段通過(guò)墊料及施用添加物的途徑減少溫室氣體排放的方式也值得借鑒。在當(dāng)前畜禽糞便管理過(guò)程中，借鑒土壤墊圈過(guò)程的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步選擇便捷易得且保蓄能力更強(qiáng)、減排效果更好的添加物以降低因畜禽糞便處置不當(dāng)造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，值得深入研究。

4 結(jié)論

（1）與豬糞對(duì)照相比，添加不同比例的黃土或古土壤培養(yǎng)期間N2O排放量增加了1.8～18.0倍，但CH4與CO2排放量分別降低了42.4%和99.8%以上。綜合來(lái)看，添加一定比例的黃土或古土壤可以降低豬糞存貯過(guò)程中33.0%～61.9%的增溫潛勢(shì)，是一種有效減少畜禽糞便廢棄物溫室氣體綜合排放效應(yīng)的利用方式。

（2）土壤類型及添加量均是影響畜禽糞便溫室氣體綜合排放效應(yīng)的重要因素。土壤用量對(duì)豬糞CO2與N2O的排放影響顯著，土壤類型差異則對(duì)CO2與CH4的排放產(chǎn)生顯著影響，且兩者對(duì)N2O的排放具有顯著的交互作用。