不同施肥和保水措施對(duì)油茶土壤N2O排放的影響

王書麗，郭曉敏，黃立君，袁希，董星宇，肖斌，方海富，高宇，牛德奎，張令

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌330045）

N2O是地球上3大溫室氣體之一，其對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率約為6%[1]。由于人類活動(dòng)的影響，與工業(yè)化前相比，N2O同比增長(zhǎng)了約18.2%[2]。N2O的全球變暖潛力是CO2的265倍，在大氣中可以持續(xù)121 a之久[1]。土壤被認(rèn)為是N2O產(chǎn)生的重要來源，尤其是熱帶和酸性土壤[3]。作為硝化和反硝化過程的中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物[4]，很多因素會(huì)通過影響硝化和反硝化作用，包括直接因素如土壤無機(jī)氮和土壤有機(jī)碳、土壤溫度[5]、濕度[6]、容重[7]、pH[8]和間接因素如土地類型[9]、土地利用方式[10]、土壤植被類型[11]等，顯著影響土壤N2O排放。

氮、磷是植物生長(zhǎng)的必需元素，在植物的生長(zhǎng)過程中發(fā)揮著重要作用。氮肥（N）作為植物氮素的主要來源，其添加能夠促進(jìn)土壤氮素利用，不僅提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，還能改善作物品質(zhì)[12]。但隨著N用量的增加，會(huì)使土壤N2O排放急劇上升。磷是紅壤地區(qū)植物生長(zhǎng)的主要限制元素，是油茶生長(zhǎng)和茶油品質(zhì)的關(guān)鍵限制因子。磷肥（P）添加可提高土壤磷供應(yīng)，其添加對(duì)土壤N2O排放的研究顯示，可能有促進(jìn)作用[13]、抑制作用[14]，或者無影響[15]。農(nóng)業(yè)對(duì)N需求量的增加是導(dǎo)致土壤N2O排放量加大的重要原因，研究如何合理施肥對(duì)減緩?fù)寥繬2O排放具有重要意義。環(huán)境因子、土壤理化性質(zhì)和管理措施是影響溫室氣體排放的重要因素，采用合理的施肥措施是減緩溫室氣體排放的重要舉措[16]。生物炭是在低氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤馓炕a(chǎn)生的一種富含碳的物質(zhì)[17]。研究表明生物炭添加可以通過影響土壤的理化性質(zhì)來影響土壤N2O的排放，如增大土壤pH[8]、增強(qiáng)土壤通氣、增加土壤N、-N含量等[18]。施用生物炭可降低土壤平均N2O排放44%～60%[19]，加強(qiáng)土壤碳封存[20]，提高土壤肥力[21]。生物炭添加在農(nóng)業(yè)中能夠減緩?fù)寥繬2O的排放，近年來受到廣泛關(guān)注。Rondon等[22]首次報(bào)道了生物炭土壤改良后土壤N2O排放減少。然而，也有研究表明，生物炭添加導(dǎo)致土壤N2O排放的增加[8]或者對(duì)N2O排放無影響[23]，而且不同梯度的生物炭添加對(duì)土壤N2O排放影響也有一定差異。石玉龍等[24]認(rèn)為施加低量生物炭（10 t·hm-2）能夠抑制N2O的排放，高量的生物炭（20 t·hm-2）添加反而促進(jìn)了反硝化作用，增加了N2O的排放。Liu等[7]認(rèn)為低量生物炭（4.5 t·hm-2）促進(jìn)N2O年累積排放量增加，高量的生物炭（9 t·hm-2）抑制了N2O的年累積排放量。向農(nóng)田土壤施用生物炭對(duì)N2O的減排效果已經(jīng)得到了廣泛研究，但是在油茶土壤中對(duì)于N2O的排放機(jī)制尚不清楚。

油茶（Camellia oleifera）是山茶科山茶屬植物，是我國(guó)特有的重要木本油料作物，與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界4大木本食用油料樹種[25]。目前，我國(guó)油茶栽培面積約447萬hm2，主要分布于長(zhǎng)江流域以南的紅壤區(qū)，江西為油茶主產(chǎn)區(qū)，油茶林總面積超過100萬hm2。在油茶果加工過程中一般把油茶殼直接丟棄，不僅造成資源浪費(fèi)，也加劇環(huán)境污染。油茶殼燒制成生物炭，添加到油茶土壤中，不僅能減少環(huán)境污染，同時(shí)增加土壤肥力，實(shí)現(xiàn)變廢為寶[26]。江西省屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，7—11月，受副熱帶高壓的控制，水熱不同期。這個(gè)階段是油茶產(chǎn)果及油脂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)期，遇到長(zhǎng)期的缺水季，林地土壤無法及時(shí)為植株提供水分，不利于油茶林的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，所以保水劑的添加對(duì)油茶生長(zhǎng)具有重要作用。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）是一種線型水溶性高分子化合物，易溶于水且具有強(qiáng)黏結(jié)性，是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛、最具有代表性的吸水保水性樹脂材料。聚丙烯酰胺可作為保水劑，同時(shí)也是土壤改良劑，能增加土壤表層間的凝聚力[16]，防止土壤板結(jié)等。聚丙烯酰胺施入土壤后，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤滲透性，提高土壤含水量，減少N2O產(chǎn)生需要的厭氧狀態(tài)，抑制土壤N2O的排放[16]，并促進(jìn)植物生長(zhǎng)。單一保水材料的施用往往容易受自身因素的制約，所以考慮使用油茶殼生物炭和聚丙烯酰胺制作生物炭復(fù)合保水材料。針對(duì)生物炭和聚丙烯酰胺作為復(fù)合保水材料對(duì)油茶土壤溫室氣體排放的研究報(bào)道還較少。因此，本文以油茶苗為研究對(duì)象，探究在常規(guī)施N、施P或配施生物炭基礎(chǔ)上添加聚丙烯酰胺改良劑條件下，不同施肥類型對(duì)油茶土壤N2O排放的影響，通過尋求合理的施肥方式，以期為油茶土壤溫室氣體減排提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)科技園。所處區(qū)域位于東經(jīng)115°50′10″，北緯28°45′53″，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫在17～18℃，盛夏最高氣溫可達(dá)40℃以上，冬季最低氣溫則為-10℃；年平均降雨量在1 600 mm左右，年內(nèi)降水分布不均勻，降水多集中在4—6月，土壤類型為典型紅壤。

1.2 試驗(yàn)材料

供試油茶苗為1 a生實(shí)生苗，取自江西省林業(yè)科學(xué)院。采集油茶無施肥土壤并移除石塊和雜物，備用。生物炭為油茶殼燒制而成，450℃條件下隔絕空氣燒制1 h，冷卻1 h，加適量水和聚丙烯酰胺混合攪拌，烘干再繼續(xù)打磨過篩，粒徑為0.053～0.25 mm。聚丙烯酰胺購自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，為陰離子型聚丙烯酰胺，平均分子量不小于1 000萬。試驗(yàn)所用N為NH4NO3，P為Na2HPO4。試驗(yàn)用土壤和生物炭的基本理化性質(zhì)見表1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，每盆土質(zhì)量為1.5 kg，盆高18 cm，頂部直徑16 cm，底部直徑11 cm。試驗(yàn)期為2018年4月到2018年9月。共設(shè)置12個(gè)處理，各處理隨機(jī)分布，處理包括：對(duì)照組（B0CK）、N、P、氮磷肥（NP）、低復(fù)合保水材料（B1，1%，每盆13.65 g炭+1.35 g聚丙烯酰胺）、高復(fù)合保水材料（B2，2%，每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺）、低復(fù)合保水材料和N（NB1）、高復(fù)合保水材料和N（NB2）、低復(fù)合保水材料和P（PB1）、高復(fù)合保水材料和P（PB2）、低復(fù)合保水材料和NP（NPB1）、高復(fù)合保水材料和NP（NPB2）。復(fù)合保水材料與土壤拌施，氮磷肥料均勻拌水噴施。2018年4月17日油茶苗種入盆中，每隔2～3 d根據(jù)生長(zhǎng)情況適當(dāng)澆水。油茶苗生長(zhǎng)1個(gè)月左右，6月1日進(jìn)行第1次施肥，6月24日第2次施肥，7月18日第3次追肥，其中施N 0.13 g N·kg-1、P 0.065 g P·kg-1、NP 0.13 g N·kg-1+0.065 g P·kg-1，9月26日收獲。

1.4 樣品采集與測(cè)定

1.4.1 N2O采集

采用靜態(tài)暗箱觀測(cè)法。靜態(tài)暗箱分為采氣桶和底座，采氣桶高度根據(jù)油茶苗高度由有機(jī)玻璃定制而成，桶高80 cm，底座直徑為18 cm，距離桶底部高23 cm處開個(gè)小孔，使用50 mL醫(yī)用注射器采氣。桶外壁粘貼錫箔紙避光，桶上側(cè)中間位置插有溫度計(jì)，底座上部由水密封，保證在抽氣過程中形成密閉空間。采樣時(shí)把每盆油茶苗搬到底座上，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。氣體采集時(shí)間從5月23日開始，每隔一周采一次，在6月1日、6月24日、7月18日3次追肥后第1、3、6 d采氣，再逐漸延長(zhǎng)采氣間隔時(shí)間，9月26日采氣結(jié)束。每次采集氣樣時(shí)間為上午9：00—11：00，在扣箱后0、5、10、15 min分別抽取40 mL氣體注入真空氣袋，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。研究結(jié)束后，取土壤樣品用于理化分析。

1.4.2 測(cè)定方法

N2O排放通量：用氣相色譜儀（安捷倫7890B）測(cè)定N2O濃度，N2O檢測(cè)器為ECD（電子捕獲檢測(cè)器），載氣為高純N2，尾吹氣為Ar+CH4（Ar90%，CH410%），尾吹氣流量為2 mL·min-1。檢測(cè)器柱溫分別是330℃和60℃。每次采集樣品的同時(shí)測(cè)定箱內(nèi)溫度、土壤溫度和土壤濕度，土壤溫度和土壤濕度采用土壤三參數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)定。土壤濕度是用土壤濕度計(jì)在盆栽中直接測(cè)定讀數(shù)。利用每組4個(gè)樣品的氣體峰面積算出與采樣時(shí)間的回歸斜率，求得N2O排放通量。N2O排放通量公式為：

式中：F為N2O排放通量，μg·m-2·h-1；P為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣壓強(qiáng)，Pa；V為箱的體積，m3；R為普適氣體常數(shù)，8.314 J·mol-1·K-1；A為箱底面積，m2；dc/dt為N2O濃度隨時(shí)間變化率；T為采樣過程中的絕對(duì)溫度，K；M為N2O的相對(duì)分子質(zhì)量。

表1試驗(yàn)材料的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of test materials

N2O累積排放量公式：

式中：E為土壤N2O累積排放量，μg·m-2；F為N2O排放通量，μg·m-2·h-1；i為采樣次數(shù)；ti+1-ti為采樣間隔天數(shù)。

土壤pH值：以土水比1∶2.5（m/V），采用pH計(jì)測(cè)定（LE438 pH，METTER TOLEDO，上海）。將土自然風(fēng)干，過2 mm篩，稱取10 g風(fēng)干土，加25 mL去離子水，振蕩0.5 h，過濾，靜置1 h后進(jìn)行測(cè)定。

土壤含水量：采用烘干法測(cè)定。稱取過2 mm篩的鮮土10～20 g，稱取鋁盒質(zhì)量，把鮮土放進(jìn)鋁盒里，在烘箱里105℃下烘干至恒質(zhì)量，拿出冷卻后立即稱取質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析（ANOVA）和多重比較（LSD Duncan）法檢驗(yàn)不同施肥和保水措施對(duì)油茶土壤N2O累積排放量是否有顯著性差異以及N2O排放通量與各因子之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)顯著性水平采用P＜0.05。繪圖利用Origin 8.1軟件完成。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理中土壤N2O排放通量和土壤含水量的關(guān)系

從表2可以看出，不同因素對(duì)土壤N2O排放通量和土壤含水量有顯著影響。其中，氮添加、復(fù)合保水材料添加、磷和復(fù)合保水材料的交互作用對(duì)土壤N2O排放通量有極顯著影響（P＜0.01），磷添加、氮和磷添加的交互作用以及氮磷和復(fù)合保水材料的交互作用對(duì)土壤N2O排放通量沒有影響（P＞0.05）。不同因素中，只有磷添加對(duì)土壤含水量沒有顯著影響（P＞0.05），其余因素均有顯著影響。其中，氮添加、復(fù)合保水材料添加、氮和復(fù)合保水材料的交互作用、磷和復(fù)合保水材料的交互作用均對(duì)土壤含水量有極顯著影響（P＜0.01），且含水量在不同取樣時(shí)間的差異性顯著（P＜0.01）。從圖1可看出，不同處理下N2O排放通量的大小趨勢(shì)為N＞B0CK＞NB1＞NB2＞B1＞B2，NB2、B1、B2與對(duì)照之間存在顯著性差異，N、NB1與對(duì)照之間無顯著差異。B1與B2之間無顯著差異。與對(duì)照相比，N添加處理土壤N2O排放增加11.00%，NB1、NB2、B1、B2分 別 降 低14.41%、37.85%、81.04%、81.86%。添加復(fù)合保水材料處理N2O排放通量顯著低于對(duì)照組。從圖2中可看出，不同處理下土壤含水量的大小順序是NPB1＞NPB2＞NB2＞PB1＞NB1＞B1＞B2＞PB2＞N＞B0CK＞NP＞P，其中對(duì)照、NP、P 3種處理之間土壤含水量沒有差異，且顯著低于其他處理。施加復(fù)合保水材料處理土壤含水量顯著高于不施加處理，表明添加復(fù)合保水材料對(duì)土壤保水性能有明顯作用。

表2 N2O排放通量和土壤含水量與各因素之間的關(guān)系Table 2 Relationship between N2Oemission flux and soil water content with various factors

圖1不同氮肥和保水措施對(duì)N2O排放通量的影響Figure 1 Effect of different nitrogen fertilizer and water conservation measures on N2Oemission flux

圖2不同施肥和保水措施對(duì)土壤含水量的影響Figure 2 Effects of different fertilization and water conservation measures on soil water content

2.2 不同處理中N2O累積排放量、土壤pH、土壤礦質(zhì)氮的關(guān)系

由表3可見，磷和氮的交互、磷和復(fù)合保水材料的交互作用對(duì)N2O累積排放量無顯著差異（P＞0.05），其余處理均顯著影響N2O累積排放量。其中，氮、復(fù)合保水材料以及氮與復(fù)合保水材料的交互作用對(duì)N2O累積排放量有極顯著影響（P＜0.01）。由圖3可見，不同處理下土壤N2O累積排放量的大小順序是NP＞NPB1＞N＞B0CK＞P＞NB2＞NPB2＞NB1＞PB1＞B1＞PB2＞B2，其中NPB1和NP處理下土壤N2O累積排放量最高，且兩者之間無差異。與對(duì)照相比，N、NP和NPB1累積排放量分別增加2.49%、9.63%和8.34%，且3個(gè)處理間無明顯差異；P和NB2兩個(gè)處理間無明顯差異；NPB2、NB1、PB1、B1、PB2、B2累積排放量分別比對(duì)照降低了24.02%、26.62%、49.62%、54.59%、63.52%、82.34%，且差異顯著。B2處理下土壤N2O累積排放量最低，顯著低于B1。

圖3不同施肥和保水措施對(duì)N2O累積排放量的影響Figure 3 Effects of different fertilization and water conservation measures on N2Ocumulative emissions

氮和磷添加對(duì)土壤pH有極顯著影響（P＜0.01），氮、磷添加下pH顯著低于對(duì)照處理，復(fù)合保水材料對(duì)土壤pH有顯著影響（P＜0.05），復(fù)合保水材料添加顯著提高了土壤pH。其余處理均對(duì)土壤pH沒有影響（P＞0.05）。

3 討論

3.1 氮磷添加對(duì)油茶土壤N2O排放量的影響

N2O可以通過不同的氮轉(zhuǎn)化途徑產(chǎn)生，但以硝化和反硝化作用為主。硝化和反硝化作用與NH+4-N和NO-3-N兩種反應(yīng)底物濃度有關(guān)[23]。氮添加增加了硝化和反硝化作用的底物濃度，利于N2O排放，而對(duì)照處理由于植物生長(zhǎng)消耗了有效態(tài)氮，導(dǎo)致N2O排放相對(duì)較少，這也與大多數(shù)研究結(jié)果一致[2，26]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明氮添加后土壤N2O大量排放很大程度上是因?yàn)樵黾恿送寥乐蠳H+4-N和NO-3-N含量。硝化作用是土壤氮循環(huán)的關(guān)鍵過程，其發(fā)生和速率與AOA和AOB的豐度和活性密切相關(guān)[8]。N添加也可能通過增加AOA、AOB、nirK、nirS和nosZ基因豐度來促進(jìn)土壤硝化作用，影響土壤氮循環(huán)[27]。pH也會(huì)影響土壤N2O的排放，在pH較低的土壤中，N2O的排放顯著增加。本研究中氮、磷添加后土壤pH（5.46、5.19）顯著低于對(duì)照處理（5.60），可能導(dǎo)致在酸性條件下通過影響胞質(zhì)中的酶組裝來抑制N2O還原酶，從而對(duì)N2O排放產(chǎn)生積極影響[28]。

表3不同處理與N2O累積排放量、土壤礦質(zhì)氮、土壤pH的關(guān)系Table 3 Relationship between different treatmentsand cumulative N2Oemissions,soilNN,soil pH

表3不同處理與N2O累積排放量、土壤礦質(zhì)氮、土壤pH的關(guān)系Table 3 Relationship between different treatmentsand cumulative N2Oemissions,soilNN,soil pH

因素Factors NPB N×P N×B P×B N×P×B DF 1121222 N2O累積排放量Cumulative N2Oemissions F 89.59 5.79 55.70 1.06 12.87 2.46 5.33 P＜0.000 1*0.024 2*＜0.000 1*0.313 3 0.000 2*0.107 2 0.012 1*銨態(tài)氮NH+4-N F 34.89 5.33 5.08 5.84 26.13 8.46 7.47 P＜0.000 1*0.030 0*0.014 0*0.024 0*＜0.000 1*0.002 0*0.003 0*硝態(tài)氮NO-3-N F 100.14 7.81 22.43 4.03 23.66 4.00 4.45 P＜0.000 1*＜0.000 1*＜0.000 1*＜0.000 1*＜0.000 1*＜0.000 1*＜0.000 1*pH F 15.26 148.48 4.56 3.55 0.22 1.51 0.82 P 0.001 0*＜0.000 1*0.021 1*0.072 2 0.808 0 0.242 3 0.454 2

圖4不同施肥和保水措施對(duì)土壤-N和-N的影響Figure 4 Effects of different fertilization and water conservation measures on ammoniumand nitrate nitrogen in soil

本試驗(yàn)中磷添加對(duì)土壤N2O排放通量無影響，但促進(jìn)了N2O累積排放。累積排放量是排放通量隨時(shí)間的積累，在時(shí)間尺度上存在增加效應(yīng)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間累積，N2O累積排放增加。也有可能是磷添加促進(jìn)了土壤氮的礦化，進(jìn)而促進(jìn)土壤N2O的排放。磷添加后顯著提高了土壤-N和-N含量，促進(jìn)反硝化作用，也可以促進(jìn)自養(yǎng)硝化作用，產(chǎn)生更多的N2O[15]。土壤中碳和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效性會(huì)限制土壤中異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)和活性。磷添加可能會(huì)增加土壤中有效磷，增大土壤中異養(yǎng)微生物的活性，促進(jìn)N2O的排放；也可能會(huì)通過誘導(dǎo)微生物對(duì)氮的需求來促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，基質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響總氮礦化，從而影響土壤N2O的排放[29]。

土壤中氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效性對(duì)微生物的生長(zhǎng)和呼吸有很強(qiáng)的控制作用。Wang等[30]研究發(fā)現(xiàn)在森林生態(tài)系統(tǒng)中，由于在濕潤(rùn)季節(jié)磷添加時(shí)刺激氮吸收更多的微生物生物量，氮、磷共同添加能夠促進(jìn)土壤N2O的排放。Gao等[2]結(jié)果表明氮、磷共施促進(jìn)了杉木林的土壤N2O的排放。本試驗(yàn)中氮、磷同時(shí)添加對(duì)土壤N2O排放通量和累積排放均沒有顯著影響。這可能是由于植物的生長(zhǎng)和微生物活性的增加增強(qiáng)了微生物的固定，導(dǎo)致土壤N2O排放與對(duì)照相比沒有顯著變化[31]。NP添加后土壤-N和-N顯著高于對(duì)照處理，而N2O排放無顯著差異，這一結(jié)果與曹登超等[15]研究相似，一方面可能是因?yàn)橥寥赖臒o機(jī)氮含量較低，限制了硝化和反硝化過程的底物，另一方面磷肥的添加可能促進(jìn)植物對(duì)氮的吸收，從而減少N2O排放。

3.2 不同保水措施對(duì)油茶土壤N2O排放量的影響

施加生物炭，能夠促進(jìn)土壤中NH+4-N礦化和硝化作用，促進(jìn)N2O的排放。但在南方酸性土壤中，施用生物炭大多能降低N2O的排放[26]?？赡苁且?yàn)樯锾磕軌蚋纳仆寥劳庑裕拗葡趸饔眉皡捬鯒l件下氮素微生物的反硝化作用，從而減少N2O的排放[9]。本試驗(yàn)中施加生物炭和聚丙烯酰胺能一定程度降低油茶土壤N2O的排放。一方面是因?yàn)樯锾亢途郾０繁旧淼男再|(zhì)，生物炭具有較高的碳氮比，隨著生物炭的添加，改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，抑制了反硝化微生物的活性，減少N2O的排放。經(jīng)聚丙烯酰胺處理的土壤樣品的酰胺酶活性顯著高于未經(jīng)處理的土壤樣品，聚丙烯酰胺在酰胺酶催化下脫氨生成氨和聚丙烯酸酯，釋放出的氨被微生物用作生長(zhǎng)的氮源[32]，添加聚丙烯酰胺和生物炭提高了土壤中-N和-N含量。施入土壤中的生物炭和聚丙烯酰胺可能會(huì)通過吸附作用固定土壤中-N等，潛在抑制土壤N2O的排放[16]。另一方面與生物炭和聚丙烯酰胺的添加改變土壤理化性質(zhì)有關(guān)，如B2處理下的N2O累積排放量較少可能與B2處理下的pH較高有關(guān)。生物炭通過調(diào)節(jié)土壤pH影響土壤N2O的排放。在酸性土壤中，pH是影響細(xì)菌群落多樣性、結(jié)構(gòu)、相互作用和功能的關(guān)鍵因素，從而影響溫室氣體的產(chǎn)生[31]。pH也被證明是預(yù)測(cè)土壤中細(xì)菌水平豐度的良好指標(biāo)。pH值降低時(shí)，硝化螺旋菌減少，對(duì)氮循環(huán)產(chǎn)生影響，從而影響硝化作用，產(chǎn)生更少的N2O[9]。陳晨等[8]研究表明，生物炭的施用提高了土壤pH，通過改變土壤的理化性質(zhì)和微生物活性，顯著降低N2O的排放。生物炭的大量施用，增加了土壤陽離子交換量，減少了硝化作用的底物氮源，其通過N的還原過程來減弱反硝化作用，從而整體上表現(xiàn)為減少N2O的排放。-N在還原成N2的過程中可能由于反硝化細(xì)菌活性降低，反硝化作用減弱而受到抑制。在本研究中，可能是土壤的反硝化作用減弱降低了土壤N2O的排放。土壤水分是影響硝化微生物活性的重要因素[33]，本試驗(yàn)中復(fù)合保水材料在油茶盆栽試驗(yàn)中有一定的保水效能，添加生物炭和聚丙烯酰胺，顯著增加了土壤水分含量，從而影響N2O的排放。酸性土壤中，有80%的N2O排放來自土壤的反硝化作用。聚丙烯酰胺是一種合成的高分子量的化合物，聚丙烯酰胺分子與土壤接觸時(shí)，其內(nèi)聚性將土壤顆粒和黏粒結(jié)合在一起，從而打開較大的土壤孔隙，水就會(huì)優(yōu)先通過這些孔隙流動(dòng)，保持水分[34]。研究表明，隨著聚丙烯酰胺用量的增加，土壤含水量會(huì)呈先上升后下降的趨勢(shì)[35]，與本文中B2處理下的土壤含水量低于B1處理結(jié)果一致，可能是因?yàn)榫郾０吩谕寥浪痔澣鼻闆r下效果更佳[36]。聚丙烯酰胺在有氧和厭氧條件下均可以為土壤提供氮源，且能在有氧條件下為土壤提供碳源，促進(jìn)土壤N2O的排放，故在本研究中添加生物炭和聚丙烯酰胺顯著降低土壤N2O的排放，是生物炭起了主要作用。

3.3 施肥和保水措施對(duì)油茶土壤N2O排放量的影響

本研究中NP、復(fù)合保水材料共同施加的施肥措施對(duì)油茶土壤N2O累積排放有顯著影響，其中NP配施B2的處理N2O累積排放較低，可能是高量的生物炭和聚丙烯酰胺起主要作用。生物炭和聚丙烯酰胺能增加土壤通透性，促進(jìn)氧氣擴(kuò)散，有利于土壤中有機(jī)物質(zhì)利用N2O發(fā)生非生物反應(yīng)[37]。N配施生物炭、聚丙烯酰胺處理與對(duì)照相比顯著降低土壤N2O的排放?？赡苁且?yàn)镹的施用增加了土壤微生物能源底物濃度，而生物炭的添加增加了對(duì)礦質(zhì)氮的吸收，結(jié)果表現(xiàn)為降低了土壤N2O排放[36]。與周自強(qiáng)等[38]在生物炭添加下配施N能顯著降低N2O排放研究結(jié)果一致。隨著復(fù)合保水材料量的增加土壤N2O累積排放減少，與李露等[39]研究中高量的生物炭（40 t·hm-2）處理下N2O排放更低結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)槭┘由锾康暮枯^高，能有效限制氮素的微生物轉(zhuǎn)化和反硝化作用，減少土壤N2O排放。生物炭的添加在一定程度上提供了氮源，但是增加的氮源可能低于生物炭吸附的有效態(tài)氮含量。B2處理的聚丙烯酰胺的含量也相對(duì)較高，聚丙烯酰胺的活性基團(tuán)可以與土壤顆粒表面的離子相互作用，進(jìn)一步增加土壤對(duì)養(yǎng)分的固持作用，減少N2O的排放[40]。也有研究表明[41]，施加低量的生物炭（20 t·hm-2）對(duì)N2O排放無顯著影響，而高量的生物炭（40 t·hm-2）添加后能顯著降低N2O排放。說明生物炭添加對(duì)土壤N2O排放的結(jié)論不一，還需要進(jìn)行更深層次的研究。

4 結(jié)論

氮添加和磷添加均能促進(jìn)油茶土壤N2O排放，從本試驗(yàn)中可看出添加生物炭和聚丙烯酰胺均能顯著降低油茶土壤N2O排放，且隨生物炭量和聚丙烯酰胺的增加減排效果更佳。與對(duì)照組相比，B1和B2處理均實(shí)現(xiàn)N2O減排50%以上。施N后，添加復(fù)合保水材料也顯著降低了土壤N2O的累積排放。在NP同施時(shí)，添加復(fù)合保水材料在B2水平上也顯著降低了N2O累積排放量。在油茶林中，選擇高生物炭和聚丙烯酰胺保水措施（每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺）對(duì)于減少溫室氣體排放較為有益，更能達(dá)到固氮減排的效果。