秸稈還田方式對(duì)東北農(nóng)田土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的影響

馬 玲,王丹蕾,韓昌東,范麗娟,金鑫鑫,葉旭紅,鄒洪濤*

1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院,遼寧 沈陽 110866 2.農(nóng)業(yè)部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽 110866 3.土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽 110866 4.盤山縣高升街道農(nóng)業(yè)服務(wù)站,遼寧 盤山 124123

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，作物秸稈總量居世界前列[1].秸稈還田因具有能夠避免秸稈堆積或焚燒造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[2]、培肥地力[3-4]、提高土壤生物活性和改良土壤理化性質(zhì)[5]等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視，但焚燒秸稈的現(xiàn)象仍普遍存在.從生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量平衡的角度來看，秸稈的清除因帶走了大量的養(yǎng)分資源而破壞了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，并且降低了土壤生產(chǎn)能力[6-7]，因此加強(qiáng)秸稈還田有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8].然而，秸稈還田后釋放出的NH3、N2O等氣體[9]，不僅造成了土壤中的氮素?fù)p失[10-11]，還會(huì)加劇溫室效應(yīng)[12]、破壞臭氧層、危害生態(tài)環(huán)境[13-14].

秸稈還田是農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量提升的重要途徑，而東北三省作為我國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)，春玉米種植區(qū)的秸稈還田比例卻僅有19.8%[15]，因此，加強(qiáng)其秸稈還田的應(yīng)用具有重要意義.在東北地區(qū)秸稈還田方式有2種，即秸稈翻壓和秸稈覆蓋還田[16]，但對(duì)于還田方式的選擇尚存在分歧.

目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)于不同秸稈還田方式下旱田土壤NH3揮發(fā)的研究較少且具有不確定性.與單施化肥相比，小麥和玉米秸稈常規(guī)還田配施化肥均可顯著減少旱田土壤的NH3揮發(fā)損失[17]；作物秸稈及殘茬覆蓋還田能夠增加NH3揮發(fā)[18].由于秸稈還田的方式、秸稈種類、還田配套措施等的不同，相關(guān)學(xué)者在秸稈還田對(duì)N2O排放影響方面的研究結(jié)果也有所不同.MA等[19]研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈均勻混施較溝內(nèi)覆蓋和條帶覆蓋更有利于減少N2O的排放；作物秸稈覆蓋可顯著增加N2O排放，而秸稈混施入土壤則顯著降低了N2O排放[20]；常規(guī)還田和炭化還田均能顯著降低土壤N2O排放通量和排放總量[21-22]；LIU等[23]基于大數(shù)據(jù)分析方法——Meta分析，發(fā)現(xiàn)秸稈添加可增加旱地土壤的N2O排放量.但目前相關(guān)研究還主要集中于表層還田和覆蓋還田，尚缺乏對(duì)深還田條件下土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的研究.

因此，該研究在田間試驗(yàn)條件下，探究不同秸稈還田方式對(duì)土壤NH3揮發(fā)和N2O排放特征的影響，以期為東北地區(qū)秸稈還田方式的選擇提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

該試驗(yàn)在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田(41.62°N、123.46°E，海拔43 m)進(jìn)行，該地區(qū)種植模式為一年一熟，屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，年均氣溫7.7 ℃，年均降水量約718.9 mm.試驗(yàn)期間日最高、最低氣溫及降雨量見圖1.供試土壤類型為棕壤，其基本理化性質(zhì)：pH=6.63，有機(jī)質(zhì)含量21.63 g/kg，堿解氮含量27.42 mg/kg，速效磷含量24.75 mg/kg，速效鉀含量167.36 mg/kg;還田玉米秸稈的全氮含量7.42 g/kg，有機(jī)碳含量423.79 g/kg.

圖1 研究區(qū)域玉米生長(zhǎng)季氣溫與降雨量的變化情況Fig.1 Air temperature and rainfall of corn growing season in the field

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：①覆蓋還田，即表面覆蓋玉米秸稈，0～20和20～40 cm土壤分層擾動(dòng)后填回，記為JG0-0；②常規(guī)還田，即玉米秸稈與0～20 cm土壤混合，20～40 cm土壤擾動(dòng)后填回，記為JG0-20；③深還田，即玉米秸稈與20～40 cm土壤混合，0～20 cm土壤挖出后填回，記為JG20-40；④對(duì)照處理，即無玉米秸稈還田，0～20 cm和20～40 cm土壤分層擾動(dòng)后填回，記為CK.每個(gè)處理均設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積為2.64 m2(2.2 m×1.2 m)，各小區(qū)隨機(jī)排列.試驗(yàn)小區(qū)于2017年11月9日布置完成，各處理秸稈還田量均為10 500 kg/hm2，秸稈粉碎長(zhǎng)度約為3 cm.

供試作物為玉米(京科968)，于2018年5月12日播種，9月22日收獲.種植密度為 52 500 株/hm2，行距為60 cm，株距為31 cm.各處理施肥量相同：尿素(N含量為46.4%)240 kg/hm2(以N計(jì))，過磷酸鈣(P2O5含量為12%)75 kg/hm2，硫酸鉀(K2O含量為50%)105 kg/hm2.其中，磷、鉀肥作基肥一次性施入，氮肥分3次施入，5月12日施基肥30%，拔節(jié)期(7月4日)追肥40%，吐絲期(7月23日)追肥30%；3次施肥時(shí)均將尿素溶于500 mL水中，用噴壺均勻噴灑在距玉米根部7 cm、深度10 cm的環(huán)形溝中，隨后覆土；其他田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植一致.

1.3 試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

1.3.1樣品的采集與測(cè)定

土壤NH3揮發(fā)通量采用美國(guó)Los Gatos Research (LGR)超便攜NH3分析儀(915-0016)測(cè)定[24].土壤NH3揮發(fā)自施肥當(dāng)天開始測(cè)定，第1周每天測(cè)定1次，第2～3周為每1～3 d測(cè)定1次，之后每隔7 d測(cè)定1次[25].通量計(jì)算采用式(1)：

(1)

NH3揮發(fā)累積量為相鄰兩次通量的平均值與兩次采樣間隔時(shí)間的乘積之和.

土壤N2O采用密閉式靜態(tài)箱法采集.采樣箱分為箱體和底座兩部分.箱體為四面和頂部封閉的有機(jī)玻璃長(zhǎng)方體(40 cm×40 cm×60 cm)，箱內(nèi)設(shè)置有氣密性氣體采樣口(采樣口連接有三通閥以控制開關(guān))、測(cè)溫口和小風(fēng)扇(以保證箱內(nèi)氣體分布均勻)；底座(40 cm×40 cm×25 cm)上部有凹槽，下部插入行間土壤中15 cm.采氣時(shí)，用水注入凹槽以達(dá)到水封效果，然后罩上箱體，并使用60 mL注射器從采樣口抽取樣品注射入真空氣袋中，采樣同時(shí)測(cè)定箱內(nèi)溫度、10 cm土壤溫度、土壤含水量和氣溫.N2O氣體自施肥后第2天開始采集，之后每6 d采樣1次，采樣時(shí)間從08:00開始，每個(gè)點(diǎn)采集4次，每次間隔為10 min.氣體樣品使用Agilent 7890B氣相色譜儀測(cè)定，根據(jù)氣體濃度隨時(shí)間的變化速率計(jì)算氣體排放通量,計(jì)算公式[26]：

F=[273/(273+T)]×(28/22.4)×

(V1/S1)×60×(dc/dt)

(2)

式中：F為N2O排放通量，mg/(m2·h)(以N計(jì))；T為采樣箱內(nèi)溫度，℃；28為每摩爾N2O分子中N的質(zhì)量數(shù)，g/mol；22.4為溫度在273 K時(shí)的N2O摩爾體積，L/mol；V1為采樣箱體積，m3；S1為底座面積，m2；c為N2O氣體含量，μL/L；t為采樣時(shí)間，min；dc/dt為采樣箱內(nèi)N2O氣體含量的變化率，μL/(L·min).

N2O的累積排放量為相鄰兩次N2O排放通量的平均值與兩次采樣間隔時(shí)間的乘積之和.

氣體(NH3、N2O)總累積排放量采用式(3)計(jì)算：

CN=C1+C2

(3)

式中：CN為氣體(NH3、N2O)總累積排放量，kg/hm2；C1為NH3揮發(fā)累積量，kg/hm2；C2為N2O的累積排放量，kg/hm2.

氣體(NH3、N2O)累積揮發(fā)(排放)率采用式(4)計(jì)算：

Wn=C/Nf×100%

(4)

式中：Wn為氣體(NH3、N2O)累積揮發(fā)(排放)率，%；C為對(duì)應(yīng)氣體累積揮發(fā)(排放)量，kg/hm2；Nf為所施入的氮素總量，kg/hm2.

氮素氣態(tài)損失率計(jì)算公式：

WN=CN/Nf×100%

(5)

式中，WN為氮素氣態(tài)損失率，%.

采用濕度傳感器(EC-5，METER,美國(guó))測(cè)定10 cm土層體積含水量，采用地溫計(jì)測(cè)定10 cm土層溫度.土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤及還田秸稈的基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測(cè)定.土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量采用自動(dòng)流動(dòng)注射系統(tǒng)(Seal AutoAnalyzer 3)測(cè)定，土壤pH采用pH計(jì)測(cè)定.玉米收獲時(shí)測(cè)量其穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重.

1.3.2數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013、IBM SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 8.5軟件制作圖表，利用LSD和Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田方式對(duì)土壤NH3揮發(fā)的影響

由圖2可知，不同秸稈還田方式下土壤NH3揮發(fā)通量在不同施肥時(shí)期具有不同特征.在播種期施肥后第2天，JG0-0、JG0-20、JG20-40、CK各處理下NH3揮發(fā)通量均達(dá)到峰值，分別為47.85、44.83、59.18、34.59 μg/(m2·h)，隨后逐漸下降.5月16日和5月17日分別出現(xiàn)降雨后，氣溫回升，各處理下土壤NH3揮發(fā)通量亦呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并在5月20日再次出現(xiàn)峰值，此時(shí)，JG0-20處理下NH3揮發(fā)通量最高，為56.19 μg/(m2·h)，JG0-0處理下為46.64 μg/(m2·h)，JG20-40處理下為55.38 μg/(m2·h)，CK處理下為52.66 μg/(m2·h).此后，各處理下NH3揮發(fā)通量降低并在較低范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定.拔節(jié)期追肥后第1天，各處理下土壤NH3揮發(fā)通量均達(dá)到峰值，此時(shí)CK處理下最高，為65.13 μg/(m2·h)，其次是JG20-40和JG0-20處理，分別為57.25和42.41 μg/(m2·h)，JG0-0處理最低，為38.66 μg/(m2·h).追肥后第7天，各處理下NH3揮發(fā)通量再次出現(xiàn)峰值，這可能與當(dāng)日較高的氣溫有關(guān).由于季節(jié)原因，氣溫逐漸升高，7月15日后，NH3揮發(fā)通量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，且CK處理下的增加趨勢(shì)與其他處理相比更為明顯.吐絲期追肥后各處理下土壤NH3揮發(fā)受溫度變化的影響更為明顯，呈現(xiàn)較大波動(dòng)，但總體趨勢(shì)較為一致，從圖2可以看出，施肥后第2天，土壤NH3揮發(fā)通量達(dá)到峰值，7月29日后CK處理下NH3揮發(fā)通量高于其他處理，有可能是因?yàn)榻斩掃€田減緩了氣溫對(duì)土溫和土壤水分的影響，從而影響了NH3揮發(fā)通量.

圖2 NH3揮發(fā)通量的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamics of ammonia volatilization fluxes

2.2 土壤NH3揮發(fā)通量與土壤含水量及氣溫的關(guān)系

通過對(duì)10 cm土壤含水量(W)和氣溫(T′)進(jìn)行雙因素回歸方程擬合(FNH3=208.698-10.076T′+0.135T′2-8.495W+0.044W2+0.229T′W，R2=0.48，P<0.01)，可以更好地描述土壤含水量與氣溫對(duì)土壤NH3揮發(fā)通量變化的協(xié)同作用(見圖3).如圖3所示，當(dāng)土壤含水量較低時(shí)，氣溫升高會(huì)在一定程度上抑制土壤NH3的揮發(fā)，而當(dāng)土壤含水量較高時(shí)，氣溫升高則會(huì)在一定程度上促進(jìn)土壤NH3的揮發(fā).當(dāng)氣溫較低時(shí)，隨著土壤含水量的增加，土壤NH3揮發(fā)會(huì)在一定程度上受到抑制，而當(dāng)氣溫較高時(shí)，土壤NH3的揮發(fā)則會(huì)在一定程度上隨土壤含水量的增加而增加.

圖3 NH3揮發(fā)通量與氣溫及10 cm土壤含水量的關(guān)系Fig.3 Relationship among NH3 volatilization flux and air temperature and soil water content of 10 cm

2.3 秸稈還田方式對(duì)土壤N2O排放的影響

不同秸稈還田方式下土壤N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化如圖4所示.播種期施肥后，各處理下N2O排放通量逐漸增加，且變化趨勢(shì)基本一致.至5月31日，JG0-0、JG0-20、JG20-40、CK這4個(gè)處理均出現(xiàn)排放高峰，N2O排放通量峰值分別為0.08、0.10、0.06、0.04 mg/(m2·h)，隨后各處理下土壤N2O排放通量呈現(xiàn)下降趨勢(shì).6月12日后各處理下N2O排放通量出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)，可能是6月中旬出現(xiàn)多次降雨的原因.拔節(jié)期追肥后，各處理下土壤N2O排放通量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為先升后降，并于7月13日達(dá)到排放峰值，其中JG0-20處理最高，為0.13 mg/(m2·h)，其次是JG20-40和JG0-0處理，均約為0.07 mg/(m2·h)，CK處理最低，為0.06 mg/(m2·h).吐絲期追肥后第2天，各處理下N2O排放通量出現(xiàn)峰值，此時(shí)JG0-20處理最高，JG20-40處理最低.8月11日N2O排放通量出現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨后逐漸降低并穩(wěn)定在較低水平.

圖4 N2O排放通量的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamics of N2O emission fluxes

2.4 不同秸稈還田方式土壤N2O排放通量與土壤溫度的關(guān)系

在玉米不同生長(zhǎng)時(shí)期，氣溫變化范圍較大(日均最低氣溫12.5 ℃，日均最高氣溫34 ℃)，且日均氣溫與10 cm土壤溫度具有極顯著相關(guān)關(guān)系(r=0.855，P<0.01).采用指數(shù)函數(shù)擬合的方法探究N2O排放通量與10 cm土壤溫度的關(guān)系，擬合結(jié)果如圖5所示.結(jié)果顯示，各處理下N2O排放通量與10 cm土壤溫度的擬合方程均達(dá)到顯著水平，其中，JG20-40和CK處理均達(dá)到極顯著水平，表明在一定條件下，不同處理間土壤N2O排放量受溫度影響較大.

注：*和** 分別表示在0.05和0.01的水平上差異顯著.圖5 土壤N2O排放通量與10 cm土壤溫度的關(guān)系Fig.5 Relationship between soil N2O emission flux and soil temperature at the depth of 10 cm

2.5 玉米生長(zhǎng)季氣體總累積排放量及氮素氣態(tài)損失率

玉米生長(zhǎng)季氣體總累積排放量和氮素氣態(tài)損失率結(jié)果如圖6所示.由圖6(A)可見，不同秸稈還田方式處理下的NH3累積排放量均顯著低于CK處理，但N2O累積排放量顯著高于CK處理.其中，JG0-0和JG0-20處理下NH3累積排放量均較低，且二者間差異不顯著，但二者均顯著低于JG20-40處理，JG0-0、JG0-20和JG20-40處理下土壤NH3累積排放量分別比CK減少了12.38%、9.87%和5.73%；不同秸稈還田方式處理下的N2O累積排放量表現(xiàn)為JG0-20>JG20-40>JG0-0，與CK相比，JG0-0、JG0-20和JG20-40處理下土壤N2O累積排放量分別增加了30.19%、82.82%和36.53%，其中JG0-0和JG20-40處理之間無顯著性差異.從NH3和N2O這兩種氣體總累積排放量來看，所有處理間均具有顯著性差異.JG0-0、JG0-20和JG20-40處理下兩種氣體總累積排放量分別為1.12、1.46和1.18 kg/hm2，與CK處理(0.96 kg/hm2)相比，分別增加了16.67%、52.08%和22.92%；同樣，從圖6(B)可知，JG0-0、JG0-20和JG20-40處理下氮素氣態(tài)損失率分別為0.47%、0.61%和0.49%，比CK處理(0.40%)顯著增加了17.50%、52.50%和22.50%.

2.6 土壤NH3和N2O的累積排放量與其影響因素的相關(guān)性

土壤NH3和N2O的累積排放總量與其影響因素的相關(guān)性分析結(jié)果如表1所示.由表1可見，在該試驗(yàn)條件下，土壤NH3累積排放量與N2O累積排放量間呈極顯著相關(guān)(r=-0.859，P<0.01).兩種氣體的累積排放量與0～20 cm土層銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量、pH及土壤容重均呈極顯著相關(guān)，與0～20 cm土層土壤孔隙度呈顯著相關(guān).

表1 土壤NH3、N2O的累積排放量與其影響因素的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis among soil NH3 volatilization and N2O emission and its influence factors

2.7 不同還田方式對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

各還田處理下的玉米產(chǎn)量均高于CK處理(見表2)，其中，JG20-40處理顯著高于其他處理，且與CK處理相比顯著增加了23.15%.JG0-0處理下玉米雖增產(chǎn)8.23%，但與CK和JG0-20處理的差異并未達(dá)到顯著水平.各還田處理下玉米百粒重?zé)o顯著差異.除此之外，JG20-40處理下玉米穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)也高于其他處理.

表2 不同處理方式對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different treatments on corn yield and its components

3 討論

研究[27]表明，降雨和溫度是影響土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的主要?dú)夂蛞蛩?，主要通過影響土壤通氣性、微生物活性、氣體運(yùn)動(dòng)等來影響土壤NH3揮發(fā)和N2O的產(chǎn)生及排放.該研究中，土壤NH3揮發(fā)通量自7月中下旬開始呈現(xiàn)出受溫度變化影響較為明顯的特點(diǎn)，且相比于其他處理，CK處理下土壤NH3揮發(fā)通量波動(dòng)更為明顯，這可能是由于秸稈還田處理相比于CK處理減緩了表層土壤溫度的變化[28-29]，而土壤溫度的升高會(huì)增強(qiáng)土壤中酶的活性[30]，并且減少土壤膠體對(duì)NH4+的吸附，加速NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，從而促進(jìn)NH3的揮發(fā)[31].玉米生長(zhǎng)季土壤N2O排放通量峰值的出現(xiàn)時(shí)間表現(xiàn)為吐絲期<拔節(jié)期<播種期，這可能是由于氣溫和降雨在一定程度上影響了土壤中氮轉(zhuǎn)化微生物的活性和土壤氮源供應(yīng)強(qiáng)度[32-33]，進(jìn)而影響了N2O的排放.Scala等[34]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤溫度從0 ℃逐漸升至35 ℃時(shí)，土壤微生物活性和土壤N2O的排放量均顯著升高；同時(shí)，土壤含水量也是影響農(nóng)田土壤N2O排放的重要因素之一[35].土壤水熱條件和土壤微生物活性的改變也將影響土壤有機(jī)氮的礦化，從而影響土壤的氮素供應(yīng)能力[36-37].試驗(yàn)期間拔節(jié)期和吐絲期的氣溫和降雨量均高于播種期，因此排放峰值出現(xiàn)的時(shí)間可能也受此影響而較播種期提前.另外，試驗(yàn)中不同秸稈還田方式處理間不同施肥時(shí)期土壤N2O排放通量峰值的出現(xiàn)次序均不相同，可能是因?yàn)椴煌斩掃€田方式條件下土壤含水量和土壤溫度的變化情況不同.有研究[38-39]表明，土壤N2O排放的短期變化與土壤濕度變化密切相關(guān)，過多的降雨導(dǎo)致土壤含水量增至較高水平后，雖然進(jìn)一步增強(qiáng)了反硝化作用，提高了N2O的產(chǎn)生，但過高的含水量會(huì)使土壤通透性下降，嚴(yán)重阻礙N2O向大氣的擴(kuò)散，并使其有足夠的時(shí)間被進(jìn)一步還原成氣態(tài)氮.同時(shí)，溫度升高會(huì)導(dǎo)致土壤含水量降低，這也會(huì)抑制N2O的排放，除此之外，過高的土壤溫度以及較低的土壤含水量都會(huì)降低土壤微生物的活性[40]，從而減少N2O的產(chǎn)生.秸稈還田可影響還田層土壤的水熱條件，這些環(huán)境因素的復(fù)雜變化可能導(dǎo)致了在不同施肥時(shí)期各處理間表現(xiàn)出不同的結(jié)果.

秸稈還田處理下土壤NH3累積排放量小于CK處理，且JG0-0和JG0-20處理下的NH3累積排放量低于JG20-40處理，可能是因?yàn)榻斩掃€田降低了土壤容重，土壤總孔隙度增大，尿素更易隨水淋溶到深層土壤，從而減少了表層土壤氮素含量；而且秸稈還田增加了土壤含水量，降低了土壤液相中NH4+-N的濃度[41]，從而降低了氨分壓和NH3揮發(fā)速率；另外，秸稈還田配施尿素，向土壤供應(yīng)了碳源和氮源，可能提高了土壤微生物的活性，微生物在分解有機(jī)質(zhì)的過程中將無機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮，減少了NH3揮發(fā)基質(zhì)[42]，且JG0-0和JG0-20處理下的秸稈層更接近地表，因此微生物的活性可能比JG20-40處理下的秸稈層活性高，這可能是NH3揮發(fā)減少的另一原因.有學(xué)者認(rèn)為，旱地秸稈還田通常會(huì)加強(qiáng)土壤反硝化作用，從而增加N2O的排放[43]，這與筆者研究結(jié)果一致.該試驗(yàn)中，玉米生長(zhǎng)季JG0-20處理下的N2O累積排放量最高，可能是由于秸稈還田對(duì)還田層土壤微環(huán)境的溫度和水分有一定的保持效果[44]，且秸稈的施入會(huì)打破原有的物質(zhì)與能量平衡，由于土壤的不均質(zhì)性，導(dǎo)致土壤中缺氧微域數(shù)量增加[45]，加強(qiáng)了土壤的硝化和反硝化作用，增加了土壤N2O的排放；而JG0-20 處理還田層與JG20-40處理相比更靠近地表，因此硝化和反硝化作用產(chǎn)生的N2O更易向大氣擴(kuò)散；其次，不同秸稈還田方式下秸稈的腐解程度差異也會(huì)間接影響土壤NH3揮發(fā)和N2O的排放.

JG0-0、JG0-20和JG20-40處理下土壤N2O累積排放量均高于CK處理，可能有以下原因：①秸稈還田增加了土壤硝態(tài)氮含量[46]，從而促進(jìn)了N2O的排放.馬永良等[47]認(rèn)為，秸稈還田對(duì)硝態(tài)氮影響很大，雖然秸稈前期分解會(huì)消耗部分硝態(tài)氮，但后期分解所釋放的氮素則會(huì)提高硝態(tài)氮含量.研究[48]表明，N2O的排放與土壤中硝態(tài)氮含量密切相關(guān)，因?yàn)槠淇梢詾镹2O氣體排放提供豐富的氮源.②秸稈還田降低了土壤容重，土壤孔隙度增大.有研究[49]表明，土壤孔隙度的變化會(huì)影響土壤通氣性和水分含量，因而影響土壤硝化作用、反硝化作用和微生物的呼吸作用以及N2O在土壤中的擴(kuò)散速率，而且土壤孔隙度還會(huì)影響有機(jī)質(zhì)的分解速率，從而影響N2O的排放量.③秸稈還田可能增加了土壤微生物的數(shù)量[50]，微生物數(shù)量增加，分解有機(jī)物所消耗的O2也會(huì)增多，從而有利于反硝化作用的發(fā)生和N2O的產(chǎn)生[51].Ambus等[52]研究也表明，秸稈還田所引起的N2O排放通常高于對(duì)照土壤，這與筆者研究結(jié)果一致.

該研究結(jié)果表明，不同秸稈還田方式處理與CK處理相比均提高了玉米產(chǎn)量.這可能是因?yàn)?，秸稈還田能夠改善土壤的水、肥、氣、熱條件，而且秸稈還田配施適量氮肥可以避免土壤微生物與作物競(jìng)爭(zhēng)土壤中的氮源，起到提高作物氮素吸收效率的作用[53].譚德水等[54]連續(xù)進(jìn)行了13年的秸稈還田試驗(yàn)表明，與單施化肥的對(duì)照處理相比，秸稈還田與化肥配施能夠増加小麥和玉米的產(chǎn)量.有研究[55]認(rèn)為，秸稈深層還田因其對(duì)較深土壤層次具有疏松和培肥的作用，從而使該還田方式表現(xiàn)出持續(xù)增產(chǎn)的效應(yīng).在該試驗(yàn)中，JG20-40處理下的玉米產(chǎn)量高于其他處理，這與已有研究結(jié)果[56]相一致.

4 結(jié)論

a) JG0-0、JG0-20和JG20-40處理顯著降低了土壤NH3揮發(fā)量，但也顯著增高了土壤N2O的排放量.2種氣體的總累積排放量和氮素氣態(tài)損失率大小表現(xiàn)為CK

b) 對(duì)于NH3和N2O這兩種氣體的總累積排放量，與CK處理相比，JG0-0、JG0-20和JG20-40處理分別顯著增加了16.67%、52.08%和22.92%.

c) 與CK處理相比，JG0-0和JG20-40處理下玉米分別增產(chǎn)8.23%和23.15%，且2個(gè)處理氣態(tài)損失率顯著低于JG0-20處理.因此，綜合考慮土壤NH3揮發(fā)量、N2O排放量和玉米產(chǎn)量等因素，JG0-0處理優(yōu)于JG20-40、JG0-20處理.