劉 芳， 杜亞琴， 張立丹， 樊小林

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

控釋肥肥效期對(duì)裸地和栽培香蕉土壤N2O減排效果的影響

劉 芳， 杜亞琴， 張立丹， 樊小林

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

【目的】研究不同肥效期的控釋肥對(duì)裸地和栽培作物土壤N2O減排效果的影響，為進(jìn)一步研究大田條件下的減排效果提供參考?！痉椒ā客ㄟ^盆栽試驗(yàn)，采用靜態(tài)箱法和氣相色譜分析技術(shù)，對(duì)比研究了1、3、5個(gè)月3個(gè)肥效期的植物油包膜控釋肥(CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon)及其核心復(fù)合肥分別在裸地和栽培香蕉土壤中的N2O日排放通量和累積排放量?！窘Y(jié)果】控釋肥肥效期顯著影響N2O排放峰數(shù)量、最大排放峰通量、累積排放量及增溫潛勢(shì)。裸地時(shí)，CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon排放峰數(shù)量分別為5、3和3個(gè)，出峰時(shí)間均為監(jiān)測(cè)的中后期，最大排放峰通量為CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon， CRF 3Mon和CRF 5Mon 的累積排放量顯著低于CRF 1Mon；栽培香蕉時(shí)，僅CRF 1Mon和CRF 3Mon在監(jiān)測(cè)前期有明顯的 N2O排放峰，分別為1和3個(gè)，累積排放量為CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon。施用肥效期長的控釋肥對(duì)栽培香蕉土壤的N2O減排效果優(yōu)于裸地，裸地時(shí)累積排放量降幅為24.06%～52.81%，栽培香蕉土壤的累積排放量降幅為54.22%～75.34%。【結(jié)論】施用肥效期長的控釋肥以及栽培作物是減少土壤N2O排放、降低溫室效應(yīng)的有效措施。

控釋肥； 肥效期； 栽培香蕉； N2O排放

N2O是重要的溫室氣體之一，在100 年尺度上，其增溫潛勢(shì)為CO2的298倍[1]。2007 年我國農(nóng)田土壤的N2O-N直接排放量達(dá)到 288.4 Gg，其中化學(xué)氮肥投入的貢獻(xiàn)率高達(dá) 77.64 %[2]。

農(nóng)田土壤排放的N2O中，一部分為土壤直接排放，另一部分為植株體產(chǎn)生的N2O[3-4]。土壤性質(zhì)(含水量、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、pH)、作物類型、氣候因素、氮肥等影響N2O的產(chǎn)生和排放[5]。不同植物-土壤系統(tǒng)下，土壤N2O排放的規(guī)律、數(shù)量和強(qiáng)度相差很大[6]。農(nóng)田種植作物與否，N2O排放規(guī)律及排放量明顯不同。施用常規(guī)氮肥硫酸銨時(shí)，種植玉米后土壤N2O排放的季節(jié)變化規(guī)律改變，排放總量比裸土減少87%～92%[6]。氮肥類型不同，N2O排放量不同，施用緩釋肥和長效肥料可以降低農(nóng)田N2O的排放[7-10]。氮素的釋放速率影響土壤氮素硝化反硝化活性，進(jìn)而影響N2O的排放[11]。緩控釋肥肥效期不同，其氮素釋放速率亦不同，因而土壤中有效氮含量相差較大，N2O排放規(guī)律及排放量隨之改變。在高羊茅Festucaarundinacea草坪施用控釋肥的結(jié)果表明，肥效期為30 d的包膜尿素的N2O排放量大于肥效期60 d的包膜尿素N2O排放量[12]。然而，目前控釋肥料對(duì)土壤N2O排放影響的研究多側(cè)重于種植作物條件下，控釋肥、常規(guī)氮肥或常規(guī)氮肥添加抑制劑之間的對(duì)比研究，鮮見肥效期不同的控釋肥料在裸地與栽培作物的對(duì)比條件下對(duì)土壤N2O減排效果的研究，故本研究采用試驗(yàn)條件相對(duì)可控的盆栽試驗(yàn)，對(duì)比研究 3 個(gè)肥效期的控釋肥分別在裸地和栽培香蕉條件下，土壤N2O排放規(guī)律及溫室效應(yīng)，探討控釋肥肥效期和香蕉生長對(duì)土壤N2O減排效果的影響，為研究大田條件下控釋肥肥效期對(duì)土壤N2O減排效果的影響提供參考，同時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤溫室氣體的減排提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

香蕉苗為廣東省果樹研究所培育的巴西香蕉(MusaAAA Giant Cavendish cv. Brazil)杯苗?？蒯尫?Controlled-release fertilizer,CRF)為植物油包膜控釋肥(N、P2O5、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為14.4%)，肥效期為1 個(gè)月(1 Mon)、3 個(gè)月(3 Mon)和5 個(gè)月(5 Mon)3 種，分別標(biāo)記為CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon，包膜材料為植物油，包膜工藝為流化包膜。3種控釋肥料在靜水條件下的氮素釋放曲線見圖1。復(fù)合肥為控釋肥料的核心肥(N、P2O5、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為15%)，標(biāo)記為CF。盆缽規(guī)格為30 cm×20 cm×25 cm(上口徑×下口徑×高)。

圖1 控釋肥靜水條件下氮素釋放特征

Fig.1 Nitrogen release characteristics of controlled-release fertilizer under water condition

1.2 盆栽試驗(yàn)

盆栽試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主因素為作物栽培狀況，分別為裸地和栽培香蕉，副因素為肥料處理，包括CRF 1Mon、CRF 3Mon、CRF 5Mon及CF，同時(shí)設(shè)置無肥處理作對(duì)照(CK)，每處理重復(fù)3次。每盆裝風(fēng)干土13 kg，土壤N肥用量為150 mg·kg-1。香蕉于5月29日移栽，每盆1株，肥料在緩苗1周后采用穴施的方法一次性施入土壤，在蕉苗周圍均勻開3穴將肥料施入，穴深5 cm，9月7日施肥處理氣體排放量與無肥對(duì)照無差異，試驗(yàn)結(jié)束，收獲栽培香蕉，處理香蕉地上部、地下部，稱質(zhì)量，測(cè)定氮含量。整個(gè)試驗(yàn)過程中，各處理土壤含水量為田間持水量的80%。

1.3 N2O的采集與測(cè)定

N2O采用靜態(tài)箱法采集[13-14]。氣體樣品采集的裝置是由頂部安裝了小型電風(fēng)扇、長×寬×高為50 cm × 60 cm × 90 cm的有機(jī)玻璃氣罩和連通水槽構(gòu)成的靜態(tài)箱。收集氣體時(shí)，為保證箱體密閉，將盆缽架置在水槽中間，收集箱罩在盆缽上方，槽中灌水密封，以免收集箱內(nèi)氣體與大氣連通。氣體采集箱密閉0、10、20 和30 min 時(shí)，用帶有三通閥的60 mL 注射器采集氣體樣品，同時(shí)測(cè)定箱內(nèi)氣溫和水層高度。采樣時(shí)間為08:00—10:00，采樣結(jié)束后，測(cè)定土下 5 cm土壤溫度(圖2)。在施肥后1個(gè)月內(nèi)每天采樣1次，1個(gè)月后每 3 ～ 5 d采樣 1 次。N2O濃度用裝配十通閥和六通閥及不銹鋼前置柱(Porapac Q，1.0 m)反吹系統(tǒng)的氣相色譜(Thermo Fisher TRACE 2000)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)氣體(購于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)為 CH4和N2O的混合氣，其中N2O為 0.314 × 10-6mol·mol-1，CH4為9.67 × 10-6mol·mol-1，填充氣為N2。氣體樣品采用外標(biāo)一點(diǎn)法進(jìn)行質(zhì)量控制，12 h內(nèi)完成檢測(cè)。

圖2 5 cm深土壤溫度變化Fig.2 Changes of soil temperatures at 5 cm depth

1.4 數(shù)據(jù)處理

CH4和N2O排放通量的計(jì)算公式為[15-16]：

(1)

式中，F(xiàn)(X)為CH4和N2O排放通量(mg·m-2·h-1)；ρ為CH4和N2O在0 ℃、大氣壓力1.013 3×105Pa條件下的氣體密度(g·L-1)；h為該采樣箱的高度(90 cm)與基座內(nèi)水面到基座上水槽下平面的高度之和(cm)；t為取樣時(shí)間(min)，c為t時(shí)間的CH4和N2O體積分?jǐn)?shù)測(cè)定值(mL·m-3)，△c/△t為單位時(shí)間密閉箱內(nèi)CH4和N2O體積分?jǐn)?shù)的變化量；θ為不同取樣時(shí)間(0、10、20和30 min)密閉箱內(nèi)的溫度(℃)。

N2O累積排放量由實(shí)測(cè)值推算，累積排放量的計(jì)算公式[15-16]為：

(2)

式中，Yi為N2O在id內(nèi)的累計(jì)排放量(kg·hm-2)。Fi為生長期內(nèi)第i天的平均排放通量[F(X)i]與時(shí)間(24 h)的乘積，即第i天的累積排放量。

N2O排放系數(shù)指肥料中的氮素以N2O形式損失的百分比，計(jì)算公式[17]為：

排放系數(shù)=(施肥處理N2O排放量-無肥處理N2O排放量)(28/44) /施入總氮量×100%。

(3)

根據(jù)各溫室氣體在不同時(shí)間尺度上的相對(duì)全球增溫潛勢(shì)(Global warming potential，GWP)，按100年尺度計(jì)算，CO2換算系數(shù)為1，N2O換算系數(shù)為298[1]?？捎?jì)算N2O溫室氣體排放CO2當(dāng)量(Carbon dioxide equivalent，CDE)，計(jì)算公式為：

CDE=298Y，

(4)

式中，Y表示N2O累計(jì)排放量(kg·hm-2)。

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2007和SPSS 16.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋肥肥效期對(duì)氮素吸收利用的影響

栽培香蕉各處理的香蕉吸氮量及氮素利用率見表1。在盆栽無淋失的條件下，肥料類型和控釋肥肥效期對(duì)香蕉吸氮量和氮素利用率有顯著影響。CRF 5Mon香蕉吸氮量和氮肥利用率顯著小于復(fù)合肥處理和CRF 1Mon、CRF 3Mon，后三者之間無顯著差異。CRF 5Mon釋放期為5個(gè)月，而本試驗(yàn)周期為99 d，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，CRF 5Mon氮素沒有完全釋放，故其香蕉吸氮量和氮素利用率低于其他3個(gè)處理。

表1 控釋肥肥效期對(duì)香蕉吸氮量及氮素利用率的影響1)

Tab.1 Effect of controlled-release fertilizer longevity on banana nitrogen uptake and nitrogen use efficiency

處理吸氮量/(g·盆-1)氮素利用率/%CRF1Mon1．43±0．06a63．82±3．08aCRF3Mon1．37±0．12a60．76±6．39aCRF5Mon1．24±0．04b54．15±2．07bCF1．42±0．08a63．30±3．92a

1)表中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列數(shù)據(jù)后，凡是有一個(gè)相同字母者，表示肥料處理間差異不顯著(Duncan’s法，P>0.05)。

2.2 控釋肥肥效期對(duì)土壤N2O排放規(guī)律的影響

2.2.1 對(duì)裸地N2O日排放通量的影響 圖3為裸地N2O日排放通量動(dòng)態(tài)變化圖。由圖3可見，肥料種類和控釋肥肥效期均影響N2O日排放通量。在整個(gè)觀測(cè)期中，無肥對(duì)照處理僅有少量的N2O排放，且未出現(xiàn)明顯的N2O排放峰；復(fù)合肥處理持續(xù)有較高的N2O排放，自觀測(cè)中期，N2O排放量減少，但在施肥后第73天出現(xiàn)N2O排放峰。

觀測(cè)前期，控釋肥料處理土壤N2O排放通量較復(fù)合肥處理低，但在觀測(cè)的中后期出現(xiàn)了排放峰。3個(gè)肥效期的控釋肥處理，土壤的N2O日排放規(guī)律不同，表現(xiàn)為排放峰數(shù)量和最大排放通量不同。CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon分別出現(xiàn)了5、3和3個(gè)排放峰，最大排放峰依次為21.64、15.53和6.83 mg·m-2·h-1，施肥后的第38天起,N2O排放通量開始增加，進(jìn)而出現(xiàn)排放峰，且CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon，差異顯著(Duncan’s，P<0.05)。

圖3 裸地N2O日排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Change of daily N2O flux in bare soil

2.2.2 對(duì)栽培香蕉土壤N2O日排放通量的影響 圖4為栽培香蕉土壤N2O日排放通量動(dòng)態(tài)變化圖。由圖4可見，肥料種類和控釋肥肥效期不同，栽培香蕉土壤的N2O日排放動(dòng)態(tài)各異，同裸地規(guī)律一致。無肥對(duì)照處理的栽培香蕉土壤N2O排放通量低且無排放峰。復(fù)合肥處理的N2O排放通量高且呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，而控釋肥處理的N2O排放通量明顯低于復(fù)合肥處理。CRF 1Mon和CRF 3Mon的土壤N2O排放峰分別為1和3個(gè)，最大排放峰分別為5.62和3.60 mg·m-2·h-1，且出現(xiàn)在觀測(cè)前中期，而CRF 5Mon處理沒有明顯N2O排放峰。

2.2.3 對(duì)N2O平均排放通量的影響 為了進(jìn)一步比較控釋肥肥效期對(duì)N2O排放的影響，將N2O平均排放通量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。從表2可見，栽培香蕉土壤N2O平均排放通量顯著低于裸地；其控釋肥處理的N2O平均排放通量顯著低于復(fù)合肥處理，且CRF 3Mon和CRF 5Mon 的平均排放通量顯著低于CRF1 Mon。

裸地時(shí)，施用氮肥(即復(fù)合肥和控釋肥)均增加了N2O平均排放通量，復(fù)合肥處理以及CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon處理的N2O平均排放通量分別為無肥處理的17.73、17.45、11.64和11.73倍，CRF 3Mon和CRF 5Mon的N2O平均排放通量顯著低于復(fù)合肥處理，而3個(gè)控釋肥處理則表現(xiàn)為CRF 1Mon > CRF 3Mon ≥ CRF 5Mon。由此可以推論，裸地施用含氮肥料，可顯著增加N2O排放，但施用控釋肥可降低N2O排放的增加量，且控釋肥的肥效期越長，其減排效果越明顯。

栽培香蕉的土壤，施用氮肥(即復(fù)合肥和控釋肥)也增加了N2O平均排放通量，復(fù)合肥處理以及CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon處理的N2O平均排放通量分別為無肥處理的14.81、7.38、5.81和4.44倍。3個(gè)控釋肥處理的N2O平均排放通量為CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon，且均顯著低于復(fù)合肥處理?？梢?，在栽培香蕉時(shí)施用含氮肥料可顯著增加N2O排放，但施用控釋肥可降低N2O排放的增加量，且控釋肥的肥效期越長，其減排效果越明顯。

圖4 栽培香蕉土壤N2O日排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Changes of daily N2O flux in banana-planted soil

對(duì)比裸地和栽培香蕉土壤的數(shù)據(jù)可知，控釋肥對(duì)栽培香蕉土壤的N2O減排效果優(yōu)于裸地，且施用肥效期長的控釋肥對(duì)N2O減排效果也表現(xiàn)為栽培香蕉土壤優(yōu)于裸地。

表2 控釋肥肥效期對(duì)N2O平均排放通量的影響1)

Tab.2 Effect of controlled-release fertilizer longevity on mean N2O flux mg·m-2·h-1

處理裸地栽培香蕉土壤平均值CK0．11±0．00c(b)0．16±0．02e(a)0．14dCRF1Mon1．92±0．07a(a)1．18±0．03b(b)1．55bCRF3Mon1．28±0．07b(a)0．93±0．03c(b)1．11cCRF5Mon1．29±0．02b(a)0．71±0．01d(b)1．00cCF1．95±0．06a(b)2．37±0．13a(a)2．16a平均值1．31(a)1．07(b)

1)表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列數(shù)據(jù)后，凡是有一個(gè)相同字母者表示不同肥料處理間差異不顯著(Duncan’s法，P>0.05)；同行數(shù)據(jù)后括號(hào)內(nèi)，凡是有一個(gè)相同字母者表示栽培香蕉與裸地間差異不顯著(Duncan’s法，P>0.05)。

2.3 控釋肥肥效期對(duì)土壤N2O累積排放量、增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)的影響

累積排放量是N2O排放峰大小及其持續(xù)時(shí)間的綜合反應(yīng)，盆栽試驗(yàn)累積排放量通常用mg·盆-1表示，控釋肥肥效期對(duì)N2O累積排放量的影響見表3。由表3可知，栽培香蕉土壤的N2O累積排放量顯著低于裸地，僅為裸地的46.28 %；4種肥料之間，控釋肥CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon的N2O累積排放量顯著低于復(fù)合肥處理，分別降低了24.06%、48.83%和52.81%，同時(shí)控釋肥肥效期也影響N2O累積排放量，CRF 3Mon和CRF 5Mon 的N2O累積排放量顯著低于CRF 1Mon。裸地時(shí)，3個(gè)肥效期控釋肥CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon的N2O累積排放量較復(fù)合肥分別降低了1.94%、36.69%和36.28%，CRF 3Mon和CRF 5Mon 的N2O累積排放量顯著低于CRF 1Mon；而栽培香蕉的土壤，3個(gè)肥效期控釋肥CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon的N2O累積排放量較復(fù)合肥分別降低了54.22%、65.38%和75.34%，表現(xiàn)為CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon。由此推測(cè)，控釋肥肥效期對(duì)栽培香蕉土壤的N2O累積排放量減排效果優(yōu)于裸地。

控釋肥肥效期對(duì)N2O全球增溫潛勢(shì)、排放系數(shù)的影響規(guī)律與對(duì)累積排放量的影響一致。栽培香蕉可顯著降低N2O的全球增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)，減少N2O態(tài)氮素?fù)p失；控釋肥處理全球增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)顯著低于復(fù)合肥處理，即施用控釋肥較施用復(fù)合肥能顯著降低N2O排放造成的溫室效應(yīng)，并減少N2O態(tài)氮素?fù)p失，且肥效期長的CRF 3Mon和 CRF 5Mon效果優(yōu)于肥效期相對(duì)較短的CRF 1Mon。裸地時(shí)，CRF 3Mon和CRF 5Mon 的N2O全球增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)顯著低于CRF 1Mon；而栽培香蕉的土壤，3個(gè)控釋肥處理之間N2O的全球增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)差異顯著，表現(xiàn)為CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon?？梢姡耘嘞憬稌r(shí)，控釋肥肥效期對(duì)降低N2O溫室效應(yīng)和減少N2O態(tài)氮素?fù)p失的效果的影響大于無作物的裸地，即在栽培香蕉時(shí)，降低溫室效應(yīng)和減少N2O態(tài)氮素?fù)p失的作用更明顯。

表3 控釋肥肥效期對(duì)N2O累積排放量、增溫潛勢(shì)和排放系數(shù)的影響1)

Tab.3 Effects of controlled-release fertilizer longevity on cumulative emission, global warming potential, and emission coefficient of N2O

處理N2O累積排放量2)/(mg·盆-1)增溫潛勢(shì)/(g·m-2)排放系數(shù)/%裸地栽培香蕉土壤平均值裸地栽培香蕉土壤平均值裸地栽培香蕉土壤平均值CRF1Mon227．03±8．39a77．77±1．93b152．40b2290．85±79．66a857．42±18．28b1574．14b7．41±0．27a2．40±0．06b4．91bCRF3Mon146．58±9．04b58．81±2．06c102．70c1527．41±85．78b677．52±19．54c1102．46c4．78±0．29b1．78±0．07c3．28cCRF5Mon147．54±2．50b41．88±0．42d94．71c1536．44±23．72b516．86±4．01d1026．65c4．81±0．08b1．23±0．01d3．02cCF231．53±7．40a169．86±9．72a200．69a2333．57±70．25a1731．43±92．23a2032．50a7．56±0．24a5．41±0．32a6．49a平均值188．17(a)87．08(b)1922．06(a)945．81(b)6．14(a)2．70(b)

1)表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列數(shù)據(jù)后，凡是有一個(gè)相同字母者表示不同肥料處理間差異不顯著(Duncan’s法，P>0.05)；同行數(shù)據(jù)后括號(hào)內(nèi)，凡是有一個(gè)相同字母者表示栽培香蕉土壤與裸地間差異不顯著(Duncan’s法，P>0.05); 2)N2O累積排放量為施肥后增加的累積排放量，即扣除無肥對(duì)照的累積排放量。

3 討論與結(jié)論

3.1 控釋肥與土壤N2O排放

控釋肥通過在水溶性肥料表面包覆一層樹脂，從而達(dá)到有效防止肥料迅速溶解和盡量減少銨態(tài)氮硝化、硝態(tài)氮反硝化的目的，肥料包膜后的養(yǎng)分釋放時(shí)間明顯延長?？蒯尫实牡蒯尫潘俾孰S著肥效期延長而減緩，且釋放特性亦不同，因此施入土壤后，土壤有效氮的含量明顯小于其核心復(fù)合肥，肥效期長的控釋肥的土壤有效氮含量小于肥效期短的控釋肥。同種種植模式和施肥條件下，土壤有效氮的含量制約著N2O的排放，因而控釋肥可以有效地降低土壤N2O的排放。本研究結(jié)果表明，3 個(gè)控釋肥處理CRF 1Mon、CRF 3Mon和CRF 5Mon的土壤N2O排放量顯著降低，累積排放量較復(fù)合肥分別降低了24.06%、48.83%和52.81%，其N2O累積排放量大小順序?yàn)镃RF 1Mon > CRF 3Mon ≥ CRF 5Mon，隨著控釋肥肥效期的延長，土壤N2O的累積排放量降幅逐漸增大，減排效果越顯著。李方敏等[16]、張怡等[18]在水稻上的研究結(jié)果表明，施用控釋肥可降低土壤N2O的排放，谷佳林等[12]在高羊茅草坪上的控釋肥試驗(yàn)也得到相同的結(jié)果，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，肥效期為60 d的包膜尿素的N2O排放量(6.92 kg·hm-2)顯著低于30 d的包膜尿素的排放量(8.14 kg·hm-2)[12]，與本研究結(jié)果一致，即隨著施用的控釋肥肥效期的延長，N2O的減排效果越明顯。

3.2 裸地和栽培作物土壤與N2O排放

植物生長影響著土壤N2O的排放過程及排放量。相同施肥條件下，種植香蕉的土壤N2O日排放通量、累積排放量與裸地有較大差異。土壤中存在多余的有效氮是土壤N2O產(chǎn)生的前提條件之一[19]。種植香蕉的土壤，香蕉生長吸收了大量的有效氮，因而減少了土壤中的有效氮含量，從而降低了可能進(jìn)行硝化、反硝化作用的有效氮源，因此減少了N2O的排放。香蕉根系分泌物和殘留物的降解，提高了土壤的碳氮比，引起了微生物對(duì)氮源的爭奪利用，氮素利用充分，從而減少了硝化、反硝化過程的中間產(chǎn)物N2O的排放[20]。同時(shí)，香蕉的蒸騰作用可降低土壤含水量，進(jìn)而抑制硝化和反硝化作用，減少N2O的排放[21]。與裸地相比，栽培香蕉土壤的N2O累積排放量顯著降低，僅為裸地累積排放量的46.28%，而且生長香蕉土壤的控釋肥處理對(duì)N2O的減排效果優(yōu)于復(fù)合肥，栽培香蕉的控釋肥處理較裸地的相應(yīng)處理降幅為59.88 %～71.61 %，而復(fù)合肥降幅僅為26.64%。楊蘭芳等[6]的研究結(jié)果也表明，同一土壤施氮水平下，裸地的N2O排放量顯著高于種植玉米土壤的N2O排放量。高氮處理時(shí)，裸地的N2O排放總量是種植玉米土壤的12倍(P<0.01)，低氮處理時(shí)，是種植玉米土壤的6.5倍(P<0.01)。在盆栽無淋失的條件下，控釋肥料的氮素隨時(shí)間緩慢釋放，肥效期越長，釋放率越小，釋放的氮素越接近香蕉的吸收量，故土壤中多余的有效氮少，N2O排放量低；復(fù)合肥為水溶性肥料，施入土壤后即轉(zhuǎn)化為有效氮，其數(shù)量顯著大于香蕉的吸收量，特別是在試驗(yàn)前期香蕉苗較小時(shí)，土壤中有多余的有效氮，故N2O排放量高于控釋肥。

在一定施氮量下，裸地的N2O排放速率主要受溫度的控制[6]。本研究中，裸地的控釋肥處理在施肥后第44 天出現(xiàn)的N2O排放峰，可能與第32 天起的持續(xù)高溫有關(guān)。一方面，溫度升高，控釋肥的養(yǎng)分釋放加快[22-23]，土壤中有效氮增加，為硝化、反硝化作用產(chǎn)生N2O提供了有效氮源；另一方面，土壤微生物的活性、反硝化及硝化的N2O排放速率一般都隨土壤溫度升高而增加。而復(fù)合肥處理由于其養(yǎng)分為速效態(tài)氮，土壤中殘留較高濃度的有效氮，造成試驗(yàn)前期有持續(xù)較高的N2O排放，即使土壤溫度持續(xù)偏高，但因土壤的有效氮數(shù)量較前期減少，故在第44 天未出現(xiàn)明顯的排放峰。在種植香蕉時(shí)，由于香蕉的吸收、微生物參與競(jìng)爭土壤有效氮，致使土壤有效氮的含量減少，所以在同期也未出現(xiàn)明顯的N2O排放峰。

[1] DENMAN K L, FAHEY D W, FORSTER P, et al. Contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change [C]//SOLOMON S, QIN D, MANNING M, et al. Climate change 2007: The physical science basis. Cambridge: Cambridge University Press, 2007: 499-587.

[2] 張強(qiáng), 巨曉棠, 張福鎖. 應(yīng)用修正的IPCC2006方法對(duì)中國農(nóng)田N2O排放量重新估算[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010，18(1):7-13.

[3] 陳冠雄, 商曙輝, 于克偉, 等. 植物釋放氧化亞氮的研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1990, 1(1):94-96.

[4] 李楠, 陳冠雄. 植物釋放N2O速率及施肥的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1993, 4(3):295-298.

[5] REGINA K, SYVA SALO E, HANNUKKALA A, et al. Fluxes of N2O from farmed peat soils in Finland[J]. Eur J Soil Sci, 2004: 55(3)：591-599.

[6] 楊蘭芳, 蔡祖聰. 施氮和玉米生長對(duì)土壤氧化亞氮排放的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(1):100-104.

[7] 韓艷玉. 不同種類包膜肥料氮素溶出特性及對(duì)環(huán)境影響效應(yīng)的研究[D]. 沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011.

[8] AKIYAMA H, YAN X, YAGI K. Evaluation of effectiveness of enhanced-efficiency fertilizers as mitigation options for N2O and NO emissions from agricultural soils: Meta-analysis[J]. Global Change Biol, 2010,16(6): 1837-1846.

[9] SHOJI S, DELGADO J, MOSIER A, et al. Use of controlled release fertilizers and nitrification inhibitors to increase nitrogen use efficiency and to conserve air and water quality[J]. Commun Soil Sci Plant Anal, 2001, 32(7/8):1051-1070.

[10]董紅敏, 李玉娥, 陶秀萍, 等. 中國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放與減排技術(shù)對(duì)策[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(10): 269-273.

[11]丁洪, 王躍思, 秦勝金, 等. 控釋肥對(duì)土壤氮素反硝化損失和N2O排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 29(5):1015-1019.

[12]谷佳林, 邊秀舉, 徐凱, 等. 不同緩控釋氮肥對(duì)高羊茅草坪生長及氮素?fù)]發(fā)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2013,22(2):235-242.

[13]JUMADI O, HALA Y, MUIS A, et al. Influences of chemical fertilizers and a nitrification inhibitor on greenhouse gas fluxes in a corn (ZeamaysL.) field in Indonesia[J].Microb Environ, 2008, 23(1):29-34.

[14]MALJANEN M, LIIKANEN A, SILVOLA J, et al. Nitrous oxide emissions from boreal organic soil under different land-use[J]. Soil Biol Biochem, 2003, 35(5): 689-700.

[15]劉芳, 李天安, 樊小林. 華南地區(qū)覆膜旱種稻田甲烷排放及其與土壤水分和溫度的關(guān)系[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(2):110-116.

[16]李方敏, 樊小林, 劉芳, 等. 控釋肥料對(duì)稻田氧化亞氮排放的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15(11): 2170-2174.

[17]張蛟蛟, 李永夫, 姜培坤, 等. 施肥對(duì)板栗林地土壤N2O通量動(dòng)態(tài)變化的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(16):4939-4948.

[18]張怡, 呂世華, 馬靜, 等. 控釋肥料對(duì)覆膜栽培稻田N2O排放的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25(3):769-775.

[19]MAAG M, VINTHER F P. Effect of temperature and water on gaseous emissions from soils treated with animal slurry[J].Soil Sci Soc Am J, 1999, 63(4): 858-865.

[20]蔣靜艷, 黃耀, 宗良綱. 水分管理與秸稈施用對(duì)稻田CH4和N2O排放的影響[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2003, 23(5):552-556.

[21]于萍萍, 張進(jìn)忠, 林存剛. 農(nóng)田土壤N2O排放過程影響因素研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 2006(5):20-22.

[22]趙秀芬, 房增國, 李俊良. 幾種有機(jī)高聚物包膜肥料養(yǎng)分釋放速率研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2009, 25(19): 139-141.

[23]杜建軍, 王新愛, 廖宗文, 等. 不同浸提條件對(duì)包膜控/緩釋肥水中溶出率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2005, 11(1):71-78.

【責(zé)任編輯 李曉卉】

Effects of longevity of controlled-release fertilizer on N2O emission reduction in bare soil and banana-planted soil

LIU Fang, DU Yaqin, ZHANG Lidan, FAN Xiaolin

(College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

【Objective】 To study effects of longevity of controlled-release fertilizer (CRF) on mitigation of N2O emission from bare soil and banana-planted soil, and to provide references for further research on mitigation of N2O emission from the field.【Method】Using static chamber-GC technique, pot experiment was conducted to study N2O fluxes and cumulative emission from bare soil and banana-planted soil fertilized with CRF of 1, 3 and 5 months longevity (marked as CRF 1Mon, CRF 3Mon and CRF 5Mon respectively). 【Result】CRF longevity significantly affected the number of emission peaks, maximum emission peak flux, cumulative emissions and global warming potential of N2O from bare soil and banana-planted soil. There were 5, 3 and 3 N2O emission peaks of CRF 1Mon, CRF 3Mon and CRF 5Mon from bare soil in the middle and later stages. Maximum emission peak flux decreased in order of CRF 1Mon > CRF 3Mon > CRF 5Mon. The cumulative emissions of CRF 3Mon and CRF 5Mon were significantly lower than that of CRF 1Mon. There were 1 and 3 N2O emission peaks of CRF 1Mon and CRF 3Mon from banana-planted soil only in the early stage. N2O cumulative emissions decreased in order of CRF 1Mon>CRF 3Mon > CRF 5Mon. Prolonged CRF application was more effective on reducing N2O emission from banana-planted soil than that from bare soil. The cumulative emission decreased by 24.06% to 52.81% in bare soil, and decreased by 54.22% to 75.34% in banana-planted soil. 【Conclusion】Prolonged CRF application and crop planting can help effectively reduce soil N2O emission and the greenhouse effect.

controlled-release fertilizer； longevity； banana cultivation； N2O emission

2016- 04- 14優(yōu)先出版時(shí)間：2017-01-10

劉 芳(1978—)，女，助理研究員，碩士，Email: liufang-7578@scau.edu.cn; 通信作者：樊小林(1958—)，男，教授，博士，E-mail: xlfan@scau.edu.cn

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2011BAD11B04)；國家自然科學(xué)基金(30871594，31071857)；廣東高校工程技術(shù)研究中心建設(shè)項(xiàng)目(GCZX-A1006)

S145.6; S181

A

1001- 411X(2017)02- 0048- 07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20170110.1424.040.html

劉 芳， 杜亞琴， 張立丹， 等.控釋肥肥效期對(duì)裸地和栽培香蕉土壤N2O減排效果的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(2):48- 54.