氮肥品種和含水量對(duì)水稻土N2O排放速率及排放過(guò)程的影響

席瑞澤，付慶靈*，楊永強(qiáng)，尤錦偉，朱 俊，胡紅青，葉 磊

氮肥品種和含水量對(duì)水稻土N2O排放速率及排放過(guò)程的影響

席瑞澤1，付慶靈1*，楊永強(qiáng)1，尤錦偉1，朱 俊1，胡紅青1，葉 磊2

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070；2.荊門市漳河管理局團(tuán)林灌溉試驗(yàn)站，湖北 荊門 448800）

稻田是全球重要的N2O排放源，氮肥有效性和水分狀況是影響稻田N2O排放的關(guān)鍵因素。為探明水稻土在施用尿素和硫酸銨時(shí)，水分變化對(duì)短時(shí)間內(nèi)N2O總排放速率及不同硝化過(guò)程（自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化、非生物作用）貢獻(xiàn)的影響，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，采用乙炔抑制法，測(cè)定了不同時(shí)間段N2O釋放量，并計(jì)算釋放速率。結(jié)果表明：施用氮肥可以顯著提高自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化及總過(guò)程的N2O排放速率，并且施尿素處理N2O排放速率大于施硫酸銨。隨著土壤水分含量由48%增加至160%，總N2O排放速率以及自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化N2O排放速率顯著增加。供試水稻土N2O的產(chǎn)生主要是由生物過(guò)程主導(dǎo)的，其中硝化作用（包括自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化）最高貢獻(xiàn)達(dá)51.1%，非生物作用貢獻(xiàn)所占比重很小。這些結(jié)果可為科學(xué)施肥，降低農(nóng)田土壤N2O排放提供科學(xué)依據(jù)。

N2O；水稻土；自養(yǎng)硝化；異養(yǎng)硝化；非生物作用

氧化亞氮（N2O）是除 CO2、CH4之外的第三大溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層增加紫外線輻射，對(duì)全球總輻射的貢獻(xiàn)為6.2%。2014年全球大氣中N2O濃度為327.1 mm3·m－3，是工業(yè)革命前的 121%[1]。土壤是 N2O的主要釋放源[2]。N2O在土壤中有多種產(chǎn)生途徑，包括硝化作用、硝化細(xì)菌反硝化、硝化耦合反硝化、異養(yǎng)反硝化等生物作用[3]，以及羥胺的分解、鐵的還原等非生物作用[4－5]。已有研究表明在低含水量下N2O的產(chǎn)生途徑主要是硝化作用，而高含水量下產(chǎn)生途徑主要是反硝化作用[6]。Bouwman等[3]指出，土壤微生物主導(dǎo)的硝化－反硝化作用產(chǎn)生的N2O約占全球大氣中N2O總量的90%。傳統(tǒng)認(rèn)為硝化作用只有自養(yǎng)硝化，然而現(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)表明異養(yǎng)硝化在硝化作用中占據(jù)重要的地位[7]。雖然土壤中N2O的釋放是由微生物主導(dǎo)的，但Webster等[8]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高溫滅菌的土壤也可以產(chǎn)生少量的N2O。

我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)稻國(guó)，水稻種植面積達(dá)2.53×107hm2，占糧食耕地面積的29%[9]。為了提高耕地的利用效率、增加農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)田土壤投入了大量氮肥，使得農(nóng)田土壤釋放大量的N2O，然而當(dāng)?shù)蕦?dǎo)致土壤氮的有效性發(fā)生改變后，加之稻田在耕作過(guò)程中強(qiáng)烈的水分變化，對(duì)土壤中N2O的產(chǎn)生量和產(chǎn)生途徑會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，對(duì)自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化與非生物作用釋放N2O的影響尚不明確。本文采用10 Pa（0.01%V/V）乙炔區(qū)分自養(yǎng)硝化和異養(yǎng)硝化[10]、結(jié)合100 kPa氧氣抑制反硝化作用，同時(shí)采用高壓蒸汽滅菌土壤測(cè)定非生物過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)量。通過(guò)室內(nèi)模擬水稻生產(chǎn)過(guò)程中土壤水分以及氮肥施用情況，分析了水分變化及氮肥種類對(duì)不同途徑N2O產(chǎn)生速率的影響，為合理施肥，采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧p少稻田N2O排放提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

供試土壤樣品取自湖北省荊門市團(tuán)林鎮(zhèn)石龍村水稻－油菜輪作田（北緯 30°51′，東經(jīng) 121°6′，海拔25.4 m）。該地區(qū)屬于亞熱帶溫暖季風(fēng)型氣候，年平均氣溫16.1℃，年均降水量949.4 mm，年日照2000 h左右。稻田土壤類型為第四紀(jì)Q3發(fā)育而成的黃棕壤。供試土壤 pH 5.5，有機(jī)質(zhì) 51.5 g·kg－1，全氮 2.51 g·kg－1，銨態(tài)氮 11.96 mg·kg－1，硝態(tài)氮 50.61 mg·kg－1，土壤持水能力[11]（WHC）62.5%，土壤基本性質(zhì)的測(cè)定方法參照土壤農(nóng)化分析[12]。

1.2 室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)

取一定質(zhì)量的土壤樣品于密閉容器中，放入恒溫培養(yǎng)箱預(yù)培養(yǎng)，設(shè)定溫度25℃、避光，每天定時(shí)敞口保證微生物的氧氣需求，培養(yǎng)至第6 d測(cè)定土壤含水量，一般為土壤最大持水量的30%～40%，預(yù)培養(yǎng)至第7 d結(jié)束，取出土樣進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置兩種施氮處理：尿素、硫酸銨，施肥量相當(dāng)于當(dāng)?shù)卮筇锸┯昧浚?50 kg N·hm－2），并做不施肥對(duì)照（CK）。同時(shí)施氮和對(duì)照都設(shè)置四種抑制劑處理，分別為：處理Ⅰ土壤；處理Ⅱ土壤+100 kPa O2；處理Ⅲ土壤+10 Pa C2H2+100 kPa O2；處理Ⅳ滅菌土壤。各處理設(shè)置3次重復(fù)。取相當(dāng)于20 g烘干重的預(yù)培養(yǎng)土壤置于300 mL的培養(yǎng)瓶中，稱重法調(diào)節(jié)土壤含水量分別為30%、50%、60%、70%、80%、100%，對(duì)應(yīng)為土壤WHC的48%、80%、96%、112%、128%、160%，隨后用橡膠塞密封培養(yǎng)瓶，添加抑制劑后放入25℃恒溫培養(yǎng)箱避光培養(yǎng)24 h。分別在培養(yǎng)的第0、12、24 h使用氣密性注射器抽取5 mL氣體，在進(jìn)行測(cè)定的24 h內(nèi)，培養(yǎng)瓶中N2O并未達(dá)到飽和。

1.3 計(jì)算方法

采用差減法計(jì)算不同過(guò)程N(yùn)2O排放速率。處理Ⅰ不添加抑制氣體，即為總的N2O排放速率。處理Ⅱ加入高濃度氧氣，抑制了硝化反硝化和反硝化的N2O排放速率。處理Ⅲ在處理Ⅱ的基礎(chǔ)上加入了乙炔，抑制了自養(yǎng)硝化、硝化反硝化和反硝化的N2O排放速率。處理Ⅳ經(jīng)過(guò)滅菌作用，即為非生物作用的N2O排放速率。

以上 N2OⅠ、N2OⅡ、N2OⅢ、N2OⅣ分別表示處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的N2O排放速率。

通過(guò)測(cè)定第 0、12、24 h N2O 的產(chǎn)生量（μL·L－1），應(yīng)用Slope函數(shù)，求得N2O濃度隨時(shí)間變化的回歸曲線斜率（dc/dt），然后按下式計(jì)算N2O產(chǎn)生率。

式中：P 為 N2O 產(chǎn)生率，μg·kg－1·h－1；dc/dt為培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)N2O 濃度隨時(shí)間變化的回歸曲線斜率，μL·L－1·h－1[培養(yǎng)時(shí)間段，瓶?jī)?nèi) N2O 氣體呈線性增加（R2＞0.9）]；V 為培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)氣體體積，L；W為干土重，g；MW為N2O的質(zhì)量，g；MV為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 mol氣體的體積，L；T為培養(yǎng)溫度，K。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Origin 8.0軟件作圖、SAS v8進(jìn)行方差分析和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理的N2O排放通量與累積排放量的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥種類和水分對(duì)N2O總排放速率的影響

由圖1可見，四種處理下，對(duì)照、施尿素、硫酸銨N2O排放速率均隨著土壤含水量的增加而增加。四種處理在同一施肥條件下N2O排放速率趨勢(shì)相同，都為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ。處理Ⅳ經(jīng)過(guò)滅菌，非生物作用N2O排放速率最低，處理Ⅲ加入氧氣和乙炔，抑制了硝化反硝化、反硝化和自養(yǎng)硝化的N2O排放，相較于處理Ⅱ只抑制硝化反硝化和反硝化的N2O排放，處理Ⅲ的N2O排放速率要低于處理Ⅱ。

處理Ⅰ即為總的N2O排放速率，CK處理在不同水分之間 N2O 排放速率為 0.67～73.43 ng·kg－1·h－1，施尿素處理在不同水分之間排放速率為1.51～212.55 ng·kg－1·h－1，施硫酸銨則為 0.87～184.99 ng·kg－1·h－1。顯然，同一施氮處理的不同水分間N2O排放速率差異極顯著（P＜0.01）。在低于 96%（WHC）時(shí)，施氮處理與空白間N2O總排放速率相差不大，但施氮處理排放量要高于對(duì)照。隨著土壤含水量的增加，對(duì)照處理N2O總排放速率在96%（WHC）下開始增加，在128%（WHC）下達(dá)最高值 73.43 ng·kg－1·h－1，隨后開始下降，其變化趨勢(shì)呈拋物線型。施氮處理的土壤N2O總排放速率在112%（WHC）下開始顯著增加，128%（WHC）后依然上升，但增速變緩，在160%（WHC）下N2O總排放速率均達(dá)最高峰，分別為尿素處理 212.55 ng·kg－1·h－1，硫酸銨處理 184.99 ng·kg－1·h－1。施氮可顯著提升 N2O 總排放速率，尿素排放速率大于硫酸銨，但兩者無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

2.2 土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化

對(duì)于銨態(tài)氮，在對(duì)照組中，處理Ⅳ銨態(tài)氮含量遠(yuǎn)高于其他三種處理，可能是因?yàn)榻?jīng)過(guò)滅菌處理，沒有微生物活動(dòng)，使得銨態(tài)氮無(wú)法進(jìn)行硝化作用而保存下來(lái)。施用尿素的土壤中銨態(tài)氮含量依次是Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ。與處理Ⅲ中乙炔抑制了自養(yǎng)硝化，而處理Ⅱ中氧氣抑制了反硝化作用有關(guān)。施用硫酸銨的土壤中銨態(tài)氮含量依次是Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅰ、Ⅱ，處理Ⅳ經(jīng)過(guò)滅菌，銨態(tài)氮含量最高，處理Ⅲ乙炔抑制了自養(yǎng)硝化，銨態(tài)氮消耗減少（圖 2）。

對(duì)于硝態(tài)氮，施肥的土壤四種處理的硝態(tài)氮含量依次是Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅳ。處理Ⅱ中氧氣抑制了反硝化作用，使硝態(tài)氮大量積累，處理Ⅲ乙炔抑制自養(yǎng)硝化，使得硝態(tài)氮的來(lái)源減少，含量少于處理Ⅰ未加抑制劑的土壤，處理Ⅳ土壤中，沒有微生物活動(dòng)，在所有處理中的硝態(tài)氮含量最低（圖3）。

2.3 氮肥種類和水分對(duì)自養(yǎng)硝化過(guò)程N(yùn)2O排放速率的影響

圖1 不同水分狀態(tài)下施氮的N2O排放速率變化Figure 1 The N2O emission flux changes with the moisture content of different N treatment

圖2 不同施氮處理銨態(tài)氮隨水分狀況變化Figure 2 Different fertilization treatments ammonium nitrogen changes with the water moisture

圖3 不同施氮處理土壤硝態(tài)氮隨水分狀況變化Figure 3 Different fertilization treatments nitrate nitrogen changes with the water moisture

空白處理N2O排放速率在含水量112%（WHC）時(shí)最高，為 20.06 ng·kg－1·h－1。施用尿素在含水量低于96%（WHC）時(shí) N2O 排放速率無(wú)顯著變化（P＞0.05），當(dāng)含水量增加至112%（WHC）時(shí)，N2O排放速率顯著增加，在含水量160%（WHC）達(dá)到峰值53.29 ng·kg－1·h－1。施用硫酸銨處理與尿素處理相同，低于96%（WHC）時(shí)N2O排放速率無(wú)顯著變化，但在160%（WHC）時(shí)N2O排放速率最高，為71.22 ng·kg－1·h－1（圖4）。通過(guò)雙因素方差分析可知，施氮處理的土壤N2O排放速率要顯著高于空白對(duì)照（P＜0.01），各施氮不同水分處理下存在極顯著差異（P＜0.01）。

自養(yǎng)硝化在施用氮肥后不僅會(huì)增加N2O排放速率，對(duì)總N2O排放速率的貢獻(xiàn)也會(huì)增加。施用尿素后在112%（WHC）時(shí)最高為40%，施用硫酸銨則在160%（WHC）時(shí)貢獻(xiàn)達(dá)到最高38.5%。除112%（WHC）外，其余水分含量下施用硫酸銨自養(yǎng)硝化貢獻(xiàn)增加量比尿素多，在80%（WHC）時(shí)，硫酸銨貢獻(xiàn)是尿素的2.3倍?？瞻滋幚韺?duì)N2O貢獻(xiàn)比例隨水分含量增加而減小，硫酸銨則是先減后增，在96%（WHC）時(shí)最低。

2.4 氮肥種類和水分對(duì)異養(yǎng)硝化N2O排放速率的影響

對(duì)于異養(yǎng)硝化N2O排放速率，空白處理N2O排放速率隨水分增加而增加，160%（WHC）時(shí)達(dá)到最高5.00 ng·kg－1·h－1，尿素 N2O 排放速率在較低水分含量時(shí)無(wú)顯著差異，當(dāng)水分增至112%（WHC）時(shí)顯著升高，160%（WHC）達(dá)到最高 55.37 ng·kg－1·h－1。硫酸銨N2O排放速率處理則在低于112%（WHC）時(shí)無(wú)顯著差異，128%（WHC）增至最高32.71 ng·kg－1·h－1（圖5）。施氮同樣可以提高異養(yǎng)硝化N2O排放速率。通過(guò)雙因素方差分析，空白處理與不同施氮存在顯著差異（P＜0.05），各施氮不同水分處理下存在極顯著差異（P＜0.01）。

不同氮肥對(duì)異養(yǎng)硝化對(duì)總N2O排放速率的貢獻(xiàn)的影響不相同，對(duì)于CK，隨著水分含量增加，呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在80%（WHC）貢獻(xiàn)最高為131%，128%（WHC）貢獻(xiàn)最低為4.9%，施用氮肥后，異養(yǎng)硝化對(duì)總N2O排放速率貢獻(xiàn)增加，尿素隨含水量增加貢獻(xiàn)增加，160%（WHC）貢獻(xiàn)最高26.1%。硫酸銨對(duì)N2O排放速率貢獻(xiàn)隨水分增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，在 128%（WHC）時(shí)貢獻(xiàn)最高，為 21%、96%（WHC）時(shí)貢獻(xiàn)最低，為7.3%，除160%（WHC）外，其余水分含量硫酸銨對(duì)異養(yǎng)硝化貢獻(xiàn)量都比尿素多。

圖4 自養(yǎng)硝化N2O排放速率在不同施肥下隨水分狀況變化Figure 4 Autotrophic nitrification emission fluxes of N2O in different fertilizer with moisture content

圖5 異養(yǎng)硝化N2O排放速率在不同施肥下隨水分狀況變化Figure 5 Heterotrophic nitrification emission fluxes of N2O in different fertilizer with moisture content

2.5 氮肥種類和水分對(duì)非生物作用N2O排放速率的影響

在不同含水量下，空白處理釋放量為0.26～0.39 ng·kg－1·h－1，與不同氮肥無(wú)顯著差異。非生物作用產(chǎn)生的N2O相比于生物作用很少。三個(gè)處理N2O排放速率受水分影響所呈現(xiàn)趨勢(shì)不同。CK處理N2O排放速率隨水分增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，在160%（WHC）最高為 0.39 ng·kg－1·h－1。尿素與硫酸銨隨水分含量增加變化趨勢(shì)相同，都是先增后減，均在112%（WHC）時(shí)N2O排放速率最高，分別為0.37、0.35 ng·kg－1·h－1（圖6）。不同氮肥的非生物作用N2O排放速率差異不大。

各個(gè)處理對(duì)N2O的貢獻(xiàn)都隨著水分含量的增加而降低，在48%（WHC）時(shí)都為最高，分別是CK 23.6%，尿素20.2%，硫酸銨43.7%。尿素與硫酸銨處理在160%（WHC）貢獻(xiàn)最低，分別為0.16%、0.17%。

3 討論

氮肥處理和水分狀況對(duì)土壤N2O釋放的不同過(guò)程產(chǎn)生相應(yīng)的影響，本實(shí)驗(yàn)研究表明施用尿素和硫酸銨可以顯著增加總N2O排放速率，以及自養(yǎng)硝化與異養(yǎng)硝化N2O排放速率和排放貢獻(xiàn)。很多大田實(shí)驗(yàn)也表明，大部分季節(jié)性的N2O排放速率在施入氮肥后增加[13－14]。Zhu等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施用尿素N2O排放通量是硫酸銨的1.2～5.5倍，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)大致相同。研究表明施用氮肥后土壤中硝化微生物的活性增強(qiáng)[16]。這是因?yàn)槭┑罂梢栽黾油寥赖赜行院浚瑸橄趸^(guò)程提供底物NH+4[17]。Cai等[18]證明施用氮肥后硝化速率加快。隨著水分含量的增加，施用尿素與硫酸銨后N2O排放速率呈一直增加的趨勢(shì)，但硫酸銨的增幅大于尿素，可能是因?yàn)閰⑴c自養(yǎng)硝化微生物對(duì)酰胺態(tài)氮（尿素）和銨態(tài)氮（硫酸銨）的利用情況不同。尿素的酰胺態(tài)氮需要經(jīng)過(guò)礦化作用變?yōu)殇@態(tài)氮，才可供微生物利用，而硫酸銨水解直接提供銨態(tài)氮。Werner等[19]研究發(fā)現(xiàn)，土壤N2O短期排放變化與土壤水分狀況密切相關(guān)。土壤水分會(huì)通過(guò)影響氧氣擴(kuò)散率來(lái)影響N2O排放速率，土壤含水量低時(shí)含氧量高，硝化微生物活躍。Avrahami等[20]研究發(fā)現(xiàn)在20℃時(shí)，土壤硝化細(xì)菌（AOB）的豐度隨著水分的增加而增加，并在60%含水量時(shí)最高。Bateman等[21]發(fā)現(xiàn)在不受氧氣限制的情況下70%含水量時(shí)硝化速率最大。氮肥處理在低含水量下的自養(yǎng)硝化過(guò)程是N2O產(chǎn)生的主要貢獻(xiàn)者，隨著含水量增加，尿素處理的自養(yǎng)硝化貢獻(xiàn)降低，與Bateman[21]的結(jié)果相同。Inubushi等[22]通過(guò)對(duì)暗色土不同過(guò)程N(yùn)2O定量分析也發(fā)現(xiàn)，在小于100%（WHC）水分含量下自養(yǎng)硝化是N2O產(chǎn)生的主要貢獻(xiàn)過(guò)程。Zhu等[15]通過(guò)對(duì)不同氧氣濃度下自養(yǎng)硝化過(guò)程N(yùn)2O釋放得到相同的結(jié)論，即施用尿素與硫酸銨可以顯著增加自養(yǎng)硝化N2O釋放貢獻(xiàn)。除112%水分含量外，其余水分含量下施用硫酸銨時(shí)N2O釋放貢獻(xiàn)顯著高于尿素，可能是因?yàn)殇@態(tài)氮可以直接被硝化微生物利用，而有機(jī)態(tài)氮易被其他異養(yǎng)微生物利用。

異養(yǎng)硝化N2O排放速率在不同氮源之間無(wú)顯著差異，可能是因?yàn)楫愷B(yǎng)硝化微生物對(duì)有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)態(tài)氮均可利用[23]。本實(shí)驗(yàn)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，異養(yǎng)硝化微生物在硝化時(shí)可以分解有機(jī)物產(chǎn)生能量，無(wú)機(jī)態(tài)氮就變?yōu)榇我趸?，使得無(wú)機(jī)態(tài)氮利用較少，尿素與硫酸銨之間差異較小。隨著含水量增加，異養(yǎng)硝化對(duì)N2O釋放的貢獻(xiàn)呈增加的趨勢(shì)，可能與此土壤長(zhǎng)期施用銨態(tài)氮肥導(dǎo)致pH變低，并且土壤本身有機(jī)質(zhì)含量高有關(guān)。Zhang等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在pH＜4.5的森林土壤中，異養(yǎng)硝化N2O釋放的貢獻(xiàn)最高達(dá)25.4%。Weber等[24]研究發(fā)現(xiàn)，低pH會(huì)抑制自養(yǎng)硝化細(xì)菌的活性，異養(yǎng)硝化就會(huì)成為主要貢獻(xiàn)者。此外異養(yǎng)硝化細(xì)菌和真菌對(duì)水分的響應(yīng)也可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)異養(yǎng)硝化菌的生物多樣性了解不足，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)微生物機(jī)制的研究。Cai等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在70%（WHC）和25℃的培養(yǎng)條件下，異養(yǎng)硝化對(duì)土壤N2O排放的貢獻(xiàn)為38%，而本實(shí)驗(yàn)異養(yǎng)硝化的貢獻(xiàn)最高為26.1%。

施用氮肥后，非生物作用N2O排放量增加，原因是施用氮肥提供了大量的NH+4。由于本實(shí)驗(yàn)為控制變量，都充入了大量氧氣，土壤中會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

NH3在礦化過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生亞硝酸根[26]。與此同時(shí)在含水量較高時(shí)，土壤處于還原狀態(tài)，土壤中的Fe2+、MnO2會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)[27]，將土壤中的亞硝酸根還原為N2O。Flowers等[28]指出，土壤氧化還原電位主要決定于土壤水分條件，淹水時(shí)土壤Eh很低，落干時(shí)土壤Eh則較高。由此可推斷，土壤含水量越高，更多的區(qū)域處于還原狀態(tài)，非生物作用產(chǎn)生的N2O就會(huì)越多。本研究空白處理隨著水分的增加N2O排放速率增加，即證明了此點(diǎn)。施用氮肥N2O排放速率則隨著水分含量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，可能是因?yàn)楦吆繒r(shí)，土壤處于淹水狀態(tài)，氮肥溶解在水中，一部分與土壤不接觸造成的。在低水分含量時(shí)，土壤中存在一定的氧氣，當(dāng)水分增加至96%（WHC）時(shí)，滅菌后的土壤條件趨于一致，總的N2O排放速率的增幅遠(yuǎn)大于非生物作用的增幅，使得非生物作用N2O的貢獻(xiàn)比例隨著水分含量的增加而減少，至96%水分含量后趨于穩(wěn)定。Ding W[29]等在25℃、60%WFPS培養(yǎng)，在施用有機(jī)肥后非生物貢獻(xiàn)最高為3.4%，而 Kesik 等[30]、N?gele 等[31]研究非生物作用貢獻(xiàn)最高分別為0.8%、6%。本實(shí)驗(yàn)在低含水量下非生物作用貢獻(xiàn)較高，高含水量下則與普遍的研究得出相同結(jié)論，非生物作用對(duì)N2O釋放的貢獻(xiàn)很少。

4 結(jié)論

施氮和水分含量的增加可以顯著提高總N2O排放速率以及自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化N2O排放速率，但對(duì)非生物過(guò)程主導(dǎo)的N2O排放速率無(wú)顯著影響。對(duì)于總N2O排放速率，施氮處理隨著水分含量的增加呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，但尿素的釋放速率要高于硫酸銨，而CK處理則先增加后降低；對(duì)于自養(yǎng)硝化N2O排放速率，施氮處理隨著水分含量的增加同樣呈現(xiàn)相同的增加趨勢(shì)，尿素在160%（WHC）N2O排放速率低于硫酸銨，其余含水量下N2O排放速率均高于硫酸銨；對(duì)于異養(yǎng)硝化隨著水分含量的增加，CK與尿素處理N2O排放速率均呈現(xiàn)一直增加的趨勢(shì)，而硫酸銨則先增加后減少；對(duì)于非生物作用，施氮處理N2O排放速率隨水分含量增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，CK則一直增加。供試水稻土自養(yǎng)硝化對(duì)N2O排放速率的貢獻(xiàn)大于異養(yǎng)硝化，非生物作用貢獻(xiàn)只占很小比重。

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Effects of nitrogen fertilization and water content on the process and rate of N2O emission in paddy soils

XI Rui-ze1,FU Qing-ling1*,YANG Yong-qiang1,YOU Jin-wei1,ZHU Jun1,HU Hong-qing1,YE Lei2
（1.College of Resource and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China;2.Tuanlin Irrigation Experimental Station，Zhanghe Water Engineering Authority，Jingmen 448800，China）

Paddy soil is an important source of N2O emission,and nitrogen availability and soil moisture are the key factors affecting the emission of N2O.The influence of nitrogen form（urea and ammonium sulfate）and water content on the attribution of autotrophic,heterotrophic,and abiotic nitrification to N2O emission from the paddy soil was investigated under simulated conditions by using the acetylene inhibition method to measure the N2O emission rate at different stages.The results showed that the nitrogen fertilizer significantly increased the rate of N2O emission by autotrophic and heterotrophic nitrification processes and the total process.The N2O emission of the soil treated with urea was higher than that of the soil treated with ammonium sulfate.With the soil moisture content ranging from 48%to 160%,the total N2O emissions and the amount of N2O emitted by autotrophic and heterotrophic nitrification processes increased significantly.The production of N2O is mainly dominated by the biological processes.The highest contribution of the biological nitrification process（including autotrophic and heterotrophic nitrification）reached 51.1%,but the contribution of abiotic nitrification was relatively less.These results provide a scientific base for improving the nitrogen-use efficiency of rice plants and for reducing the agricultural greenhouse-gas emission in paddy soils.

N2O;paddy soils;autotrophic nitrification;heterotrophic nitrification;abiotic nitrification

2017－05－31 錄用稿件：2017-08-09

席瑞澤（1993—），男，山西臨汾人，碩士研究生，主要從事土壤氮素循環(huán)與溫室氣體研究。E-mail：m15071259094@163.com

*通信作者：付慶靈 E-mail：fuqingling@mail.hzau.edu.cn

湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015CFB481）

Project supported：Natural Science Foundation of Hubei Province,China（2015CFB481）

X511

A

1672-2043（2017）12-2553-08

10.11654/jaes.2017-0768

席瑞澤，付慶靈，楊永強(qiáng)，等.氮肥品種和含水量對(duì)水稻土N2O排放速率及排放過(guò)程的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（12）：2553-2560.

XI Rui-ze,FU Qing-ling,YANG Yong-qiang,et al.Effects of nitrogen fertilization and water content on the process and rate of N2O emission in paddy soils[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（12）:2553-2560.