張蛟蛟,李永夫,*,姜培坤,周國模,童雪峰,周高峰

(1. 浙江農林大學 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，臨安 311300；2. 臨安市板橋鎮(zhèn)林業(yè)工作站，臨安 311300； 3. 臨安市島石鎮(zhèn)林業(yè)工作站，臨安 311300)

施肥對板栗林地土壤N2O通量動態(tài)變化的影響

張蛟蛟1,李永夫1,*,姜培坤1,周國模1,童雪峰2,周高峰3

(1. 浙江農林大學 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，臨安 311300；2. 臨安市板橋鎮(zhèn)林業(yè)工作站，臨安 311300； 3. 臨安市島石鎮(zhèn)林業(yè)工作站，臨安 311300)

2011年6月—2012年6月期間, 在浙江省臨安市典型板栗林地進行施肥對土壤N2O通量變化影響的試驗研究。目的在于探明不同施肥處理下板栗林地土壤N2O通量的動態(tài)變化規(guī)律，并探討土壤N2O通量和土壤環(huán)境因子之間的關系。試驗設置4個處理:對照(不施肥)、無機肥、有機肥、有機無機混合肥。采用靜態(tài)箱-氣相色譜法測定了板栗林地土壤N2O通量，并測定了土壤溫度、水分、水溶性有機碳(WSOC)和微生物量碳(MBC)含量。結果表明:板栗林土壤N2O通量呈顯著季節(jié)性變化，最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季；而且，施肥處理顯著提高土壤N2O年均通量和年累積量；在整個試驗期間，無機肥、有機肥和有機無機混合肥處理下土壤N2O的排放系數(shù)分別達到0.96%、1.45%和1.29%。此外，施肥也顯著增加了土壤WSOC和MBC的含量(Plt; 0.05)。不同施肥處理條件下，土壤N2O通量與土壤5 cm處溫度、WSOC含量間均呈極顯著正相關(Plt;0.01)，但與MBC含量之間的相關性不顯著。土壤N2O排放與土壤含水量間除對照處理外均沒有顯著相關性。綜上所述，施肥引起土壤WSOC含量的增加可能是施肥增加板栗林地土壤N2O排放速率的主要原因之一。

N2O通量；施肥；水溶性有機碳；微生物量碳

N2O是僅次于CO2和CH4的一種重要的溫室氣體，在大氣中以痕量存在但十分穩(wěn)定，且在百年尺度單位質量的全球增溫潛勢(GWP)是CO2的298倍左右[1]。大氣中N2O可以參與多種光化學反應，破壞大氣臭氧層，進而引起全球氣候變暖[2- 3]。土壤通過硝化和反硝化過程向大氣中排放N2O是全球N循環(huán)中最重要的生物過程，現(xiàn)今已受到國內外的廣泛關注[1,3]。然而，土壤N2O排放受到施肥、土地利用方式和生態(tài)系統(tǒng)類型等多種因素的影響[4- 8]。例如，Liu等[3]報道，土壤N2O排放變化規(guī)律很大程度可以通過土壤底物(如DOC、TSN和MBC等)的有效性和土壤環(huán)境因子(如土壤溫度、土壤水分和pH等)的變化來解釋。

以往的不少研究者對不同生態(tài)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，施肥可通過改變土壤底物和土壤環(huán)境因子來控制影響土壤硝化作用和反硝化作用過程，進而影響土壤N2O排放[6, 9- 10]。然而，在各生態(tài)系統(tǒng)中施肥對土壤N2O的影響至今還沒有統(tǒng)一的結論。在農田生態(tài)系統(tǒng)中，鄭燕等[11]研究發(fā)現(xiàn)，施氮肥可以顯著增加水稻土的N2O釋放量；Wang等[12]和Lin[10]等分別在蔬菜地和油菜地中也發(fā)現(xiàn)，N肥施用顯著增加了N2O排放，并且隨著N肥施用量的增加而增加；但羅良國等[13]在稻田中的研究卻發(fā)現(xiàn)，施肥對土壤N2O排放沒有顯著性差異。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，Sawamoto等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，糞肥和化肥處理對土壤N2O排放顯著增加；而Mori等[15]在草地中的研究表明，施肥后第1年和第2年有機肥顯著高于化肥處理下土壤N2O排放，但第4年和第5年卻發(fā)現(xiàn)有機肥處理顯著低于化肥處理。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，Zhang等[16]在鼎湖山地區(qū)的研究表明:常綠闊葉林中N增加后土壤N2O排放顯著提高(與CK相比，LN(50kg N·hm-2·a-1)、MN(100 N·hm-2·a-1)和HN(150 N·hm-2·a-1)分別增加了38%、41%和58%)；松樹林中N增加后土壤N2O排放在MN下顯著增加(35%)，而在LN下沒有顯著增加；松樹和常綠闊葉混交林中N增加對N2O排放均沒有顯著影響。然而，Jassal等[9]在大西洋地區(qū)研究化肥對杉木林地N2O排放規(guī)律影響中發(fā)現(xiàn)，施肥后第1年土壤N2O排放增加，第2年施肥與不施肥林地沒有顯著差異，且土壤均沒有明顯的N2O排放甚至有少量吸收。因此，如何準確評價施肥對土壤N2O的影響機理作用還比較困難，具有很大的不確定性，而且前人在中國亞熱帶地區(qū)人工林中研究還比較少，特別是施肥對中國亞熱帶板栗林地土壤N2O排放的研究國內外還沒見到相關報道。

板栗(Castaneamollissima)是中國重要的經(jīng)濟林種之一，分布廣泛遍及全國26個省市，目前僅浙江省板栗林面積就達到7.80萬hm2，占全省經(jīng)濟林面積的9.0%。隨著產業(yè)化結構調整，板栗林普遍采用集約化經(jīng)營模式，化肥施用不斷增加投入尤為突出[17]，而施肥將對板栗林土壤N2O排放產生何種影響至今還尚不明確。鑒于此，在浙江臨安集約化經(jīng)營板栗林地設置了4種不同施肥處理，利用靜態(tài)箱-氣相色譜法進行全年土壤N2O通量的測定，同時測定了不同處理下土壤環(huán)境因子的變化規(guī)律。旨在探明板栗林土壤N2O排放的動態(tài)變化規(guī)律及其對不同施肥處理的響應規(guī)律，探討施肥引起的土壤環(huán)境因子變化與土壤N2O排放變化規(guī)律的相互關系；研究結果將為深入評價和科學估算亞熱帶地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體研究提供基礎資料與科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖1 試驗期間月累積降雨量和月平均溫度 Fig.1 Monthly cumulative rainfall and mean air temperature during the experimental period

試驗區(qū)位于浙江省臨安市青山湖鎮(zhèn)(119° 86′ E，30° 25′ N)。該地區(qū)為典型的亞熱帶季風氣候，年平均溫度16.4 ℃,年均降雨量為1629 mm, 年有效積溫為5774 ℃,年日照時數(shù)為1774 h，地形為低山丘陵區(qū)，海拔為150—250 m，土壤類型為紅壤土類(黃紅壤亞類)。試驗進行期間月累積降雨量和月平均溫度如圖1所示。試驗樣地是由常綠闊葉林改造而來的板栗林地，林齡為18 a，種植密度540 株/hm2，采用中等強度的集約經(jīng)營模式。每年5月下旬左右對板栗林進行施肥，然后再作翻耕處理。2011年3月，通過野外調研，選擇典型的板栗林樣地，并在5月采集樣地土壤進行基本理化性質測定。具體測定方法參照魯如坤[18]，結果如下:pH值和容重分別為4.64和1.14 g/cm3，有機質和全氮含量分別為25.7和 1.84 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為98.32、9.86和101.2 mg/kg。

2 研究方法

2.1 試驗設計

2011年5月，在板栗林地選擇土壤類型、坡度(20°左右)與坡向等基本一致的區(qū)域作為試驗樣地。本試驗共設4個處理:(1)對照(不施肥，CK)；(2)無機肥(IF)；(3)有機肥(OF)；(4)有機肥無機混合肥(1/2無機肥和1/2有機肥)(IOF)。肥料處理具體內容如表1所示。試驗中所使用的有機肥為商品有機肥(N:3%；P2O5:1.8%；K2O:2.6%；C:35.1%)，無機肥分別為尿素(46.5% N)、過磷酸鈣(12% P2O5)、氯化鉀(60% K2O)。各施肥處理，肥料用量均以等氮量(87 kg N/hm2)計算，有機肥處理中，磷鉀肥不足部分用化學肥料過磷酸鈣和氯化鉀進行補充。試驗小區(qū)面積為256 m2(16 m × 16 m)，4次重復。按照相同坡位設置不同處理， 采用隨機區(qū)組設計，目的是用區(qū)組來控制由于不同處理小區(qū)之間土壤本底值的差異對處理效應的影響。每個試驗小區(qū)間隔距離為3 m。6月3日進行撒施施肥，并翻耕入土，同時進行靜態(tài)箱的布置(每個小區(qū)布置1個靜態(tài)箱)。試驗采樣在2011年6月到2012年6月進行，施肥后的第1個月采樣2次，接下來每個月采樣1次。

表1 試驗各處理肥料用量

2.2 氣體采樣及測定方法

利用靜態(tài)箱-氣相色譜法對N2O通量進行測定。采樣箱為組合式，即由頂箱和底座兩部分構成，制作材料均為PVC板。靜態(tài)箱的規(guī)格尺寸為30 cm × 30 cm × 30 cm。采樣氣袋采用大連光明化工設計研究院生產的鋁箔采氣袋。每次采樣時間均安排在9:00—11:00之間[7]。采樣前一天，利用充氣法檢查氣袋密封性，選擇氣密性好的帶去樣地進行采樣。采樣時，將頂箱插入底座凹槽中，在底座凹槽中倒入適量的蒸餾水(2—3 cm左右)，接著蓋上頂箱，蒸餾水起到密封作用。然后，用60 mL注射器分別于0、10、20、30 min進行取樣。在氣體取樣的同時，測定土壤5 cm溫度及大氣溫度，并在每個試驗小區(qū)按照五點取樣法采集0—20 cm土壤樣品。將樣品帶回實驗室，氣樣利用島津GC-2014氣相色譜儀進行N2O濃度測定[19]。土壤含水量用烘干法進行測定。土壤WSOC含量的測定方法參照Wu等[20]方法提取，然后用有機碳分析儀(TOC-VCPH，島津公司)測定濾液中的有機碳含量。土壤微生物量碳參照Vance等[21]用氯仿熏蒸法- 0.5 mol/L K2SO4提取法提取進行測定。

2.3 數(shù)據(jù)計算

(1)土壤N2O通量的計算公式為[22]:

(1)

式中,F為被測氣體的排放通量(μg N2O·m-2·h-1)；為標準狀態(tài)下被測氣體的濃度(μg/m3)；A為箱體底面積(m2)；V為箱體體積(m3)；為單位時間取樣箱內被測氣體濃度的變化量(h-1)；T0和P0分別為標準狀態(tài)下的空氣絕對溫度(℃ )和氣壓(Pa)；P和T為取樣時箱內的實際氣壓(Pa)和氣溫(℃)。土壤N2O排放量用插空法進行計算[7]。

(2)N2O排放系數(shù)(f)，即肥料中的氮素以N2O氣體形式損失百分比，計算公式[23]如下:

F= (T-T0) × (28/44) /M×100%

(2)

式中，T為施肥處理試驗觀察期間N2O的累積排放量，kg/hm2；T0為空白處理生長季內N2O的累積排放量，kg/hm2；28/44為N2O中氮素的比例；M為試驗觀察期間總施氮量，kg/hm2。

(3)施加氮肥對N2O排放的貢獻率(FC)，即由于施肥引起的土壤N2O排放量占施肥處理下N2O排放量的百分比[6]，計算公式如下:

FC=(N2Otreatment-N2Ocontrol)/ N2Otreatmen×100%

(3)

式中，N2O-Ntreatmen表示施肥處理下土壤N2O的年排放量(kg N2O·hm-2·a-1)，N2Ocontrol表示不施肥處理下土壤N2O的年排放量(kg N2O·hm-2·a-1)

2.4 數(shù)據(jù)處理

本文中所有數(shù)據(jù)處理均是利用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件上進行數(shù)據(jù)分析，圖表所用數(shù)據(jù)均是4次重復的平均值，如土壤5cm溫度、土壤水分、土壤N2O通量、WSOC含量和MBC含量。數(shù)據(jù)分析采取隨機區(qū)組單因素方差分析(One-way ANOVA)，利用新復極差法(DMRT)在Plt; 0.05顯著性水平下分析不同處理間的差異性。用一元線性回歸分析法分析土壤N2O排放通量和土壤溫度、土壤水分、WSOC與MBC之間的相關性。

3 結果與分析

3.1 不同施肥處理下土壤溫度和土壤含水量的動態(tài)變化特征

圖2 板栗林土壤溫度(5 cm)及土壤含水量的年動態(tài)變化Fig.2 Season variation in soil temperature at 5 cm depth and soil moisture content of the 0—20cm depth in Chinese chestnut stands誤差線表示標準差(n = 4)

由圖2和圖1可見，在試驗研究期間，4種不同處理條件下，土壤溫度與大氣月平均溫度都具有相似的季節(jié)性變化規(guī)律，均表現(xiàn)為6—8月溫度較高，12—2月溫度最低；同時，不同施肥處理間土壤溫度沒有明顯的差異性。如圖2所示，在試驗研究期間，5種不同處理條件下，土壤含水量變化均呈一定的季節(jié)性規(guī)律。結合圖2和圖1可知，與對照處理相比，3種施肥處理下土壤含水量顯著增加(Plt; 0.05)，但施肥處理間沒有明顯差異。同時，對照和有機肥處理下土壤含水量與月平均降雨量之間呈現(xiàn)顯著的線性正相關(Plt; 0.05)，而添加無機肥處理下兩者之間沒有相關性。

3.2 不同施肥處理下土壤WSOC和MBC含量的動態(tài)變化特征

從圖3可見，土壤WSOC含量呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特征，基本表現(xiàn)為7—8月含量較高，而2—3月含量較低。同時，CK、IF、OF和OIF處理下土壤WSOC含量的變化幅度分別為62.02—96.13、84.47—147.88、109.76—173.04和96.73—157.03 mg/kg。結合圖3和表2可知，施肥雖然沒有明顯改變WSOC的季節(jié)性變化，但施肥顯著增加了土壤WSOC的含量(Plt; 0.05)，表現(xiàn)為:IF、OF和OIF處理下土壤WSOC年平均含量分別比CK處理增加了37%、74%和58%。

圖3 板栗林土壤WSOC和MBC含量的季節(jié)變化規(guī)律Fig.3 Seasonal variations in soil WSOC and MBC concentrations in Chinese chestnut standsWSOC: Water-soluble organic carbon; MBC: Microbial biomass carbon

處理TreatmentN2O通量N2Ofluxes年平均通量Meanannualflux/(μg·m-2·h-1)累積量Cumulative/(kgN2O·hm-2·a-1)WSOC/(mg/kg)MBC/(mg/kg)CK24.99c1.91a76.58d253.42dIF41.96b3.23b105.08c288.64cOF47.31a3.90a133.01a343.34bOIF46.54a3.68a121.17b366.36a

同一列數(shù)據(jù)帶不同字母表示新復極差法多重比較差異顯著(Plt; 0.05)

圖4 不同施肥處理對板栗林地土壤N2O通量季節(jié)變化特征的影響Fig.4 Effect of different fertilizer treatments on seasonal variation of soil N2O efflux in Chinese chestnut stands

如圖3所示，施肥處理沒有改變土壤MBC變化的整體趨勢，各處理均呈現(xiàn)出一定的季節(jié)性變化，基本上峰值出現(xiàn)在11—12月，最小值出現(xiàn)在2月份。CK、IF、OF和OIF處理下土壤MBC含量最小值分別為217.13、206.68、275.76和 289.00 mg/kg；最大值為316.73、379.41、480.04 和516.76 mg/kg。從表2中可知，與CK處理(MBC年平均值為253.42 mg/kg)相比，IF、OF和OIF處理分別增加了14%、35%和45%。

3.3不同施肥處理對土壤N2O通量變化的影響

如圖4所示，板栗林土壤N2O通量呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征，表現(xiàn)為最大值出現(xiàn)在6—8月，最小值在12—2月。CK、IF、OF和OIF處理下，土壤N2O通量范圍分別為6.43—48.68、13.26—90.94、15.38—89.75和15.40—89.86 μg N2O·m-2·h-1。結合表2和圖4可知，施肥顯著增加了土壤N2O年平均通量和年累積量(Plt; 0.05)，具體表現(xiàn)為:與CK處理相比，IF、OF和OIF處理下，土壤N2O年平均通量分別增加了68%、89%和86%，而N2O累積量分別增加了69%、104%和93%。同時，施肥對土壤N2O累積量的貢獻率表現(xiàn)為IF處理(41%)明顯低于OF處理(51%)和OIF處理(48%)，且OF和OIF處理間沒有明顯的差異。此外，整個試驗觀察期間，IF、OF和OIF處理下，板栗林土壤N2O排放系數(shù)分別為 0.96%、1.45%和1.29%(表1和表2)。

3.4土壤N2O通量與土壤環(huán)境因子的相關性

從表3中可知，不同施肥處理條件下，土壤N2O通量與土壤5 cm溫度、WSOC含量之間均有強烈的顯著正相關性(Plt; 0.01)，而與MBC含量之間沒有顯著的相關性。在CK處理下，土壤N2O通量與土壤含水量之間呈現(xiàn)極顯著正相關(Plt; 0.01)，而施肥處理下均沒有相關性。

表3 土壤5cm溫度、土壤含水量、WSOC和MBC含量與土壤N2O通量的相關性

**表示相關性極顯著水平(Plt; 0.01)；NS:表示相關性不顯著(Pgt; 0.05)

4 討論

4.1板栗林地土壤N2O排放特征

本試驗研究中，板栗林土壤表現(xiàn)為N2O凈排放源，這與前人在森林生態(tài)系統(tǒng)中的研究結果一致[24- 28]。由表2可知，試驗研究期間，板栗林土壤N2O年排放量(1.91—3.68 kg N2O·hm-2·a-1)顯著高于Matson等[28]人在寒帶森林中的土壤N2O年排放量(0.50—1.30 kg N2O·hm-2·a-1)，但低于熱帶雨林[24]和南亞熱帶[25]森林土壤N2O年排放量(分別為4.24—5.81和5.03 kg N2O·hm-2·a-1)。這說明土壤不同緯度森林土壤N2O的年排放量具有明顯的差異性，并且隨著緯度增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，這主要是由于不同緯度氣候氣溫和降雨量分布的差異性造成的[29]。與亞熱帶地區(qū)其他研究報道相比，本研究中板栗林土壤N2O排放量和蘇王娟等[26]在湖南地區(qū)的研究結果相似，但低于Liu等[5]在浙江臨安地區(qū)高度集約化毛竹林(氮肥施入量為209 kg N·hm-2·a-1)土壤N2O排放量(15.80 kg N2O·hm-2·a-1)。這說明即使同緯度條件下，施肥量、植被類型、土壤屬性及測定方法和估算方法的差異均會對土壤N2O排放量造成顯著影響。

本研究中，板栗林土壤N2O排放表現(xiàn)為夏季最高，春秋次之，冬季最低(圖4)，這與前人的結果相似[5, 7, 10]。這可能是土壤溫度和WSOC濃度的季節(jié)性變化引起的(圖2和圖3)。夏季高溫多雨，一方面，微生物活動有了適宜的生長環(huán)境，微生物活性增強，特別是硝化細菌和反硝化細菌，硝化和反硝化作用加快最終導致N2O排放增加[5, 10]；另一方面，土壤中有機氮礦化速度快，土壤中無機氮增加，為硝化和反硝化反應提供了充足的底物，影響土壤N2O的排放[10]。相反，冬季低溫少雨，硝化和反硝化細菌活性下降，進而造成土壤N2O排放速率減弱[10]。

4.2不同施肥處理下土壤環(huán)境因子對土壤N2O排放的影響

施肥可以引起土壤環(huán)境和生物因子的變化如土壤溫度、土壤水分、WSOC和MBC等[9- 10]，而這些因子改變都會影響土壤微生物活性，進而影響硝化作用和反硝化作用，最終影響土壤N2O的排放[3, 7]。本研究表明，不同施肥處理下土壤溫度沒有顯著差異(圖1)，且土壤N2O排放隨溫度的升高而升高(表3)，這與前人[4- 5, 30]的研究結果一致。這主要是因為溫度高導致微生物活性增強，特別是硝化和反硝化菌，進而促進N2O排放。但Lin等[10]和紀洋等[31]分別在施氮肥經(jīng)營措施下的油菜地和水稻田中研究卻發(fā)現(xiàn)，土壤溫度對N2O排放沒有明顯的影響。Tang等[25]在華南地區(qū)3種森林生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)現(xiàn)土壤溫度與土壤N2O排放之間沒有顯著相關性的結果。而Mahmood等[32]在亞熱帶地區(qū)棉田的研究中發(fā)現(xiàn)，當溫度較高時(22—38℃)，隨著溫度的升高土壤N2O排放速率顯著降低。造成這些結果的差異可能是由于農耕措施(如施肥，耕作，灌溉等)，觀測時間、土壤特性，土壤水分，植被類型不同改變了土壤溫度對土壤N2O的影響規(guī)律。

土壤水分可以影響土壤的通氣性和營養(yǎng)的有效性，進而影響硝化和反硝化過程[7,30]。Lin等[7]在中國中亞熱帶地區(qū)的研究報道，在林地和山地中土壤水分與N2O排放顯著相關，而在施肥較多的稻田和果園中兩者卻沒有顯著的相關性。在本研究中也有類似的結論，土壤水分和N2O排放只在不施肥處理下具有顯著的相關性(表3)。這一現(xiàn)象最可能原因是施肥改變了板栗林地林下植被的生長狀況，從而引起了土壤水分的改變(圖1)，進而改變了板栗林地土壤水分對土壤N2O排放的影響；或者可以說施肥對N2O排放的影響掩蓋了水分狀況對土壤N2O通量的影響。不同的結論其他林地研究也有報道，如李海防等[30]在厚莢相思林的研究中發(fā)現(xiàn)土壤濕度與N2O排放呈負相關關系；劉實等[33]在四種溫帶森林的研究中發(fā)現(xiàn)，土壤水分和N2O排放之間的關系在紅松林中沒有相關性，而在其他林型土壤中兩者呈現(xiàn)顯著正相關；不同林分下土壤N2O排放與土壤濕度之間關系的差異性在鄧杰等[34]研究4種典型亞熱帶森林中的研究也有報道。這些結果差異表明，土壤水分與土壤N2O排放之間的關系不是單獨存在的，而是林地類型，土壤特性，氣候條件和人為經(jīng)營等相互制約，相互影響的結果。

本研究中，施肥對土壤WSOC含量增加具有顯著影響(表2)，這與[35- 36]前人大量的研究結果相似。以往研究發(fā)現(xiàn)[3, 7]，土壤N2O排放與WSOC有著密切的正相關關系，本試驗中也驗證了這一結論(表3)，而且施肥提高了土壤WSOC和土壤N2O之間的相關性(表3)。這是由于WSOC是土壤有效碳的重要來源，WSOC含量增加為微生物提供了充足的營養(yǎng)源，進而生長活性增強，反過來微生物活動加快，土壤N2O排放增加[3, 7]。

在本研究中，施肥顯著提高了土壤MBC含量(表2)，這與馬曉霞等[37]農田施肥管理下的研究結果一致。然而，在不同施肥處理條件下土壤N2O排放與MBC之間均沒有顯著相關性(表3)，這與李海防等[30]在森林生態(tài)系統(tǒng)中兩者關系的報道一致。Lin等[7]在果園中發(fā)現(xiàn)土壤N2O排放與MBC沒有明顯的相關性，但在稻田、林地和山地中具有顯著相關性。這主要是由于試驗觀察期間果園中水分較低(lt;32%)造成的。而本研究中板栗林水分基本都在34%以下(圖2)，這可能也是本研究中土壤MBC和土壤N2O排放兩者之間沒有明顯相關性的原因。本研究中出現(xiàn)的結果也可能是由于WSOC和土壤溫度對土壤N2O排放的影響占主導地位(表3)，從而掩蓋了MBC對土壤N2O排放的影響。

4.3不同施肥處理對板栗林地土壤N2O排放的影響

Zhang等[16]研究報道，不同水平N的增加均可以顯著常綠闊葉林土壤N2O排放，并隨著增加N量的增加而增加。這與本研究中施肥可顯著增加土壤N2O排放(Plt; 0.05)的結果相似(表2和圖4)。原因可能是:(1)施加氮肥為微生物提供了充足營養(yǎng)源，微生物生長繁殖加快，活性加強，對土壤氮的利用性加強，導致N2O排放增加；(2)施加氮肥直接為硝化和反硝化作用提供有效氮源，進而影響N2O排放；(3)施肥促進了作物生長，根系呼吸增強，消耗土壤中的O2，為反硝化細菌提供了局部厭氧環(huán)境，反硝化作用加快。然而，Jassal等[9]研究中卻發(fā)現(xiàn)施肥第1年對杉木林土壤N2O排放有顯著影響，而第2年施肥沒有顯著影響。施肥對土壤N2O排放沒有影響的發(fā)現(xiàn)在羅良國等[13]在稻田中的研究也有報道。這說明施肥對土壤N2O排放的影響會因為施肥時間，肥料類型，土地利用和測定周期的不同而不同。

土壤N2O排放量占施氮量的比例不僅是計算某一地區(qū)一定施氮水平下N2O排放總量的重要參數(shù)，也是預測氮肥利用率的重要參數(shù)。本整個試驗觀察期間，無機肥、有機肥和有機無機混合肥處理下，土壤N2O排放系數(shù)分別為0.96%、1.45%和1.29%，這符合與Jassal等[9]在林地發(fā)現(xiàn)的土壤N2O排放系數(shù)1.3%—5.5%，而且也與ICPP報道的農田生態(tài)系統(tǒng)中N2O排放系數(shù)平均值為1.25%相一致[38]。同時，本研究中發(fā)現(xiàn)有機肥處理N2O排放系數(shù)顯著高于無機肥處理。Mori等[15]也發(fā)現(xiàn)，等氮條件下有機肥處理N2O排放系數(shù)為2.5%，無機肥處理為2.2%。此外，Lin等[10]研究報道，N2O排放系數(shù)隨著施氮量的增加而減少。這說明N2O排放系數(shù)會因肥料類型和施肥量的不同而不同。

施肥對N2O排放的貢獻率是施肥影響土壤N2O排放通量的重要指標。本研究表明，施肥對土壤N2O累積量的貢獻率，在施用有機肥(51%)或有機無機混合肥(48%)處理下顯著高于無機肥處理(41%)，相似的結果在Zhai等[6]的研究中也有報道，他們發(fā)現(xiàn)在施等氮(300 kg N·hm-2·a-1)水平下，無機肥和有機肥處理下施肥對N2O的貢獻率分別為55%和80%。但貢獻率大小有一定的差異性，這可能是因為本研究中施氮水平(87 kg N·hm-2·a-1)和Zhai等[6]施氮水平(300 kg N·hm-2·a-1)存在差異所引起的。

總之，土壤N2O排放是眾多影響因子綜合的結果，規(guī)律比較復雜，只要可以影響到硝化和反硝化作用的因素均可以對土壤N2O排放造成不同的結果。因此，需要在今后研究中針對土壤硝化和反硝化微生物特性對施肥的響應做進一步的研究。

5 結論

(1) 板栗林地土壤N2O排放具有明顯的季節(jié)性變化特征，表現(xiàn)為溫度較高的夏季排放通量較大，溫度較低的冬季排放通量較??；

(2) 3種施肥處理均顯著提高了板栗林地土壤N2O排放通量，同時也提高了土壤WSOC和MBC的含量。

(3) 不同處理條件下，板栗土壤N2O排放與土壤5cm溫度、土壤WSOC含量之間均呈極顯著正相關，但土壤MBC含量沒有相關性。而只有在不施肥情況下，土壤水分與土壤N2O排放通量才具有顯著相關性。

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EffectoffertilizationonthedynamicofsoilN2OfluxesinChinesechestnutstands

ZHANG Jiaojiao1, LI Yongfu1 *, JIANG Peikun1, ZHOU Guomo1, TONG Xuefeng2, ZHOU Gaofeng3

1ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyclinginForestEcosystemsandCarbonSequestration,ZhejiangAamp;FUniversity,Lin′an311300,China2BanqiaoTownForestryWorkstationofLin′anCityLin′an311300,China3DaoshiTownForestryWorkstationofLin′anCityLin′an311300,China

Response of soil N2O emissions to inorganic fertilizer and organic fertilizer in the typicalCastaneamollissimawas studied from June 2011 to June 2012 in Lin′an, Zhejiang Province. The objectives were to evaluate the response of the soil N2O efflux to different fertilization and explore the relationships between the various environmental factors and N2O efflux. Four treatments were applied in this study: Control (CK), inorganic fertilizer (IF), organic fertilizer (OF), and half organic plus half inorganic fertilizer (OIF). Soil N2O emission were analyzed by static closed chamber-GC technique. Soil temperature, soil moisture, WSOC and MBC concentrations were determined as well. Our results showed that soil N2O emission exhibited a strong seasonal pattern, the highest rates observed in summer season and the lowest in winter season. The mean annual soil N2O flux and soil N2O annual accumulative in IF were significantly higher than that in CK, but lower than that in OF and OIF treatments (Plt; 0.05). Soil N2O emission factors of IF, OF, and OIF treatment were 0.96%, 1.45%, and 1.29%, respectively. Fertilization treatments significantly increased soil water-soluble organic carbon and microbial biomass carbon concentrations (Plt; 0.05). Soil N2O emission rates had a significant positive correlation with soil temperature at 5 cm depth and WSOC concentration (Plt; 0.01), but had no significant correlation with soil MBC concentration in all treatments. However, soil N2O emission did not correlate with soil moisture except in CK treatment. In conclusion, the increase of WSOC caused by fertilization was probably one of the important reasons for the increase in N2O emission in the soil of Chinese chestnut stands induced by fertilization.

fertilization; N2O efflux; water-soluble organic carbon (WSOC); microbial biomass carbon (MBC)

國家自然科學基金項目(31170576)；國家“973”重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目基金(2011CB302705)；浙江省科技廳重點項目(2011C12019)；浙江省重點科技創(chuàng)新團隊(2010R50030)

2013- 01- 24;

2013- 04- 18

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yongfuli@zafu.edu.cn

10.5846/stxb201301240151

張蛟蛟,李永夫,姜培坤,周國模,童雪峰,周高峰.施肥對板栗林地土壤N2O通量動態(tài)變化的影響.生態(tài)學報,2013,33(16):4939- 4948.

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