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

我國是農(nóng)業(yè)大國，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]，但對于還田方式的選擇尚存在分歧.

目前，相關(guān)學(xué)者對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樣品的采集與測定

土壤NH3揮發(fā)通量采用美國Los Gatos Research (LGR)超便攜NH3分析儀(915-0016)測定[24].土壤NH3揮發(fā)自施肥當(dāng)天開始測定，第1周每天測定1次，第2～3周為每1～3 d測定1次，之后每隔7 d測定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)測定10 cm土層體積含水量，采用地溫計(jì)測定10 cm土層溫度.土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測定，土壤及還田秸稈的基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測定.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)測定，土壤pH采用pH計(jì)測定.玉米收獲時(shí)測量其穗長、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，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，且CK處理下的增加趨勢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.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，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 玉米生長季氣體總累積排放量及氮素氣態(tài)損失率

玉米生長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、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增強(qiáng)土壤中酶的活性[30]，并且減少土壤膠體對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)，溫度升高會導(dǎo)致土壤含水量降低，這也會抑制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，秸稈還田對硝態(tài)氮影響很大，雖然秸稈前期分解會消耗部分硝態(tài)氮，但后期分解所釋放的氮素則會提高硝態(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爭土壤中的氮源，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.