黃容，高明，黎嘉成，徐國(guó)鑫，王富華，李嬌，陳仕奇

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有機(jī)物料等氮量施用對(duì)紫色土氮形態(tài)及溫室氣體排放的影響

黃容，高明，黎嘉成，徐國(guó)鑫，王富華，李嬌，陳仕奇

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

【目的】在等氮施用的條件下，研究幾種農(nóng)業(yè)有機(jī)物料與化肥配合施用對(duì)蔬菜連作種植模式的菜地土壤氮形態(tài)及溫室氣體的動(dòng)態(tài)變化的影響，為菜地化肥減量施用及綠色環(huán)保提供科學(xué)依據(jù)。并從溫室氣體減排角度，為旱地土壤的培肥提供理論參考。【方法】通過(guò)田間原位試驗(yàn)，設(shè)置了對(duì)照即不添加化肥和物料（CK）、常規(guī)化肥（F）、秸稈+化肥（SF）、菌渣+化肥（MF）、生物質(zhì)炭+化肥（BF）、牛糞+化肥（CF）等處理，分析土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮和全氮分布特征。同時(shí)采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，對(duì)比分析在化肥減量的基礎(chǔ)上，添加物料處理的紫色土（萵筍-卷心菜-辣椒輪作）CO2、CH4、N2O動(dòng)態(tài)變化和溫室效應(yīng)?！窘Y(jié)果】等養(yǎng)分投入的條件下，有機(jī)物料的添加改變土壤氮形態(tài)分布，SF和MF處理主要在料還田前期能增加土壤銨態(tài)氮含量，CF處理能提高萵筍和卷心菜季的土壤銨態(tài)氮含量，BF處理則提高了辣椒季硝態(tài)氮和堿解氮含量。在整個(gè)試驗(yàn)觀測(cè)期內(nèi)，N2O、CO2、CH43種氣體的排放具有一定的季節(jié)變化規(guī)律，各氣體均在夏季出現(xiàn)了排放高峰，且在施肥灌水后也會(huì)出現(xiàn)氣體的排放峰。與F處理相比，試驗(yàn)期內(nèi)BF處理的N2O平均排放量降低了7.5%，而CF處理則顯著增加了233.5%。有機(jī)物料與化肥配施較CK和F處理增加了CO2排放，其中MF和CF處理最為明顯，平均排放通量較F處理分別提高了35.6%和31.3%，BF處理則推遲CO2排放峰，且在高溫多雨的夏季增加CO2排放量。各處理的CH4排放多為負(fù)值，表現(xiàn)為大氣中CH4匯，且在辣椒季波動(dòng)較為明顯，其中BF處理在高溫多水的短期內(nèi)可達(dá)到CH4排放峰值（668.7 μg·m-2·h-1）；SF、MF和BF較F處理的CH4平均排放通量分別顯著下降了104.85%、175.2%和77.5%，其中SF和MF處理分別為-0.1和-1.3 kg·hm-2，較其他處理能促進(jìn)CH4吸收，減少CH4產(chǎn)生和排放。但有機(jī)物料與化肥配施處理的溫室氣體的增溫潛勢(shì)較CK和F處理分別增加了26.7%—52.4%和18.1%—42.0%，其中SF處理的增溫潛勢(shì)最低，其次為BF處理?！窘Y(jié)論】不同的有機(jī)物料對(duì)土壤氮形態(tài)分布及N2O、CO2、CH4排放的影響各不相同。幾種有機(jī)物料中，生物質(zhì)炭、秸稈與化肥配施還田相較于其他處理能增加有效氮含量，減少溫室氣體的排放，而牛糞與化肥配施則會(huì)增加溫室氣體排放。

紫色土；有機(jī)物料；氮形態(tài)；溫室氣體；增溫潛勢(shì)

0 引言

【研究意義】全球氣候變暖是當(dāng)今世界面臨的重要挑戰(zhàn)，CO2、CH4和N2O等溫室氣體（GHG）濃度的變化是影響氣候變暖的重要驅(qū)動(dòng)因子[1]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是溫室氣體重要的排放源。我國(guó)土壤施肥（尤其是氮肥）量大，菜地土壤的氮肥施用量是其他農(nóng)作物土壤的4倍多[2]，但氮肥利用率約30%，剩余的氮肥或轉(zhuǎn)為溫室氣體，或轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮等進(jìn)入水體成為污染源[3]；同時(shí)過(guò)多的氮投入會(huì)限制未來(lái)農(nóng)田的碳封存[4]。據(jù)估算，菜地土壤因施肥產(chǎn)生的N2O直接排放量高達(dá)6.7萬(wàn)噸[5]。作物可以擇優(yōu)吸收土壤中不同的氮組分，其中礦質(zhì)氮是作物吸收的最主要氮源，可以被作物直接吸收利用[6]。我國(guó)每年的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量大且品種多，包括秸稈、菇渣、牛糞等；但大部分以焚燒、直接丟棄或流入水體的形式流失，不僅污染環(huán)境而且也造成GHG排放[7]。農(nóng)業(yè)廢棄物富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[8]，將其歸還到田間，不僅可以替代部分化肥，減少化肥的施用，提高氮素利用率，而且對(duì)改善因施用化肥（尤其是氮肥）和農(nóng)業(yè)廢棄物處理所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，控制化肥投入以緩解農(nóng)田土壤溫室氣體排放具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈、菌渣、生物質(zhì)炭、畜禽糞便是重要的農(nóng)業(yè)資源，其還田雖能增加農(nóng)田固碳，提高土壤質(zhì)量，但有機(jī)物料成分不同會(huì)影響其施用到農(nóng)田后的溫室氣體排放[9]。有研究表明，秸稈與化肥減量30%配施處理能降低土壤CO2和CH4排放，緩解溫室氣體的增溫潛勢(shì)，但對(duì)土壤N2O減排效果不顯著[10]；秸稈配施70%—80%的化肥，可以有效提高土壤堿解氮含量[11]。段鵬鵬等[12]研究表明，氮肥與有機(jī)肥配合施用能顯著提高礦質(zhì)氮的含量。菌渣作為農(nóng)業(yè)加工系統(tǒng)的產(chǎn)物，其富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，石生偉等[13]研究表明，腐熟的菌渣配施化肥后，不僅可以大幅度降低稻田的整體溫室效應(yīng)，而且能夠替代部分化肥，保持高產(chǎn)。而李柘錦等[7]對(duì)比幾種有機(jī)物料還田發(fā)現(xiàn)，菌渣+無(wú)機(jī)肥處理較無(wú)機(jī)肥處理增加了土壤溫室氣體排放，且全球增溫潛勢(shì)高于秸稈處理。張斌等[14]連續(xù)兩年觀測(cè)了生物質(zhì)炭配施氮肥的管理對(duì)溫室氣體排放影響發(fā)現(xiàn)，高量施用生物質(zhì)炭可以增加土壤氮素，顯著降低稻田CH4和N2O痕量溫室氣體排放的綜合溫室效應(yīng)；同時(shí)范靖尉等[15]研究表明在集約化農(nóng)田減氮20%，不僅對(duì)作物的產(chǎn)量無(wú)顯著影響，而且能降低農(nóng)田土壤溫室氣體排放，但生物質(zhì)炭對(duì)溫室氣體的排放與氣候條件、土壤類型、生物質(zhì)炭種類及其施用年限等因素密切相關(guān)[15-17]。張旭博等[18]研究表明，秸稈的可溶性碳含量高，能較快被微生物利用，增強(qiáng)土壤呼吸，因此動(dòng)物類有機(jī)肥（豬糞、牛糞等）較秸稈類有機(jī)物料能較快提高土壤碳、氮源的有效性，增強(qiáng)微生物活性，促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和釋放，顯著降低了CO2釋放量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】盡管，有機(jī)物料還田可以替代部分化肥，減少化肥的施用量，但是有機(jī)物料還田對(duì)農(nóng)田土壤溫室氣體排放的研究結(jié)果存在不完全一致性[19-22]，且研究對(duì)象主要集中在水田，對(duì)旱地土壤尤其是菜地土壤的研究較少。不同有機(jī)物料（如秸稈、動(dòng)物有機(jī)肥等）還田后，對(duì)土壤氮形態(tài)的影響也不同；且施入不同有機(jī)物料后的溫室氣體排放量尚不明確[18]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文擬通過(guò)田間試驗(yàn)，對(duì)蔬菜連作種植模式的菜地進(jìn)行了不同有機(jī)物料等氮量施用處理下的土壤氮形態(tài)分布及土壤溫室氣體排放觀測(cè)研究，以期為合理利用農(nóng)業(yè)資源，且通過(guò)控制化肥投入以減少旱地農(nóng)田溫室氣體排放提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于重慶市北碚區(qū)“國(guó)家紫色土土壤肥力與肥料效益長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)基地”，海拔266.3 m，年平均氣溫18.3℃。最高和最低氣溫平均為28.7℃和7.7℃，≥10℃的積溫6 006℃，年降雨量1 086.6 mm，年日照時(shí)數(shù)1 276.7 h，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗(yàn)土壤為侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色泥頁(yè)巖發(fā)育形成的紫色土，中性紫色土亞類，灰棕紫泥土屬，是重慶四川紫色土區(qū)分布最廣的一種土壤。其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳含量11.12 g·kg-1，堿解氮83.02 mg·kg-1，速效磷44.10 mg·kg-1，速效鉀208.75 mg·kg-1，pH 為5.8。試驗(yàn)用秸稈為玉米秸稈，取自試驗(yàn)基地農(nóng)田，其有機(jī)碳含量338.8 g·kg-1，氮含量10.1 g·kg-1，C/N=33.9，磷含量2.2 g·kg-1，鉀含量1.3 g·kg-1，經(jīng)曬干后粉碎機(jī)粉碎成5—10 cm顆粒，備用。試驗(yàn)用菌渣取自重慶梨木食用菌專業(yè)合作社，為收獲金針菇后的廢棄菌棒，經(jīng)曬干粉碎后還田，其有機(jī)碳含量391.2 g·kg-1，氮含量11.2 g·kg-1，C/N=34.9，磷含量1.9 g·kg-1，鉀含量0.5 g·kg-1。試驗(yàn)用生物質(zhì)炭以油菜秸稈為原料，500℃高溫厭氧條件下熱解2 h燒制，由四川省久晟農(nóng)業(yè)有限農(nóng)業(yè)公司提供，其有機(jī)碳含量625.8 g·kg-1，氮含量4.4 g·kg-1，C/N=142.2，磷含量1.0 g·kg-1，鉀含量10.4 g·kg-1。試驗(yàn)用牛糞采自重慶北碚澄江上馬臺(tái)村天友乳業(yè)，經(jīng)曬干粉碎后還田，其有機(jī)碳含量428.8 g·kg-1，氮含量為21.2 g·kg-1，C/N=20.2，磷含量5.9 g·kg-1，鉀含量1.2 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：對(duì)照即不添加化肥和物料（CK）、常規(guī)化肥（F）、12 000 kg·hm-2秸稈配施化肥（SF）、9 000 kg·hm-2菌渣配施化肥（MF）、10 000 kg·hm-2生物質(zhì)炭配施化肥（BF）、20 000 kg·hm-2牛糞配施化肥（CF）。每個(gè)處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列在18個(gè)2 m×1 m能獨(dú)立排灌的微區(qū)內(nèi)，各個(gè)微區(qū)的水肥管理均相同。

試驗(yàn)于2016年10月開始，共種植3季蔬菜（萵筍、卷心菜、辣椒），施用兩次有機(jī)物料，分別在種植萵筍和辣椒前將秸稈、菌渣、生物質(zhì)炭、牛糞均勻撒覆在土壤表面并進(jìn)行翻耕，深度為30—40 cm，同時(shí)對(duì)照CK和常規(guī)處理F也進(jìn)行同樣的翻耕。各作物（萵筍、卷心菜、辣椒）的氮、磷、鉀肥的常規(guī)施用量按《中國(guó)主要作物施肥指南》[23]化肥施用量，有機(jī)物料與化肥配施處理按照《中國(guó)主要作物施肥指南》的常規(guī)使用量的基礎(chǔ)上減去有機(jī)物料中的含氮、磷，鉀量，再補(bǔ)施一定量的化肥，各季作物栽培方式和灌溉、除草等田間管理按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行，灌溉時(shí)間通常在施肥和追肥后，以及土壤含水量較低的時(shí)候，每個(gè)處理均進(jìn)行灌溉。氮、磷、鉀化肥品種分別為尿素（N46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）。具體種植及施肥方式見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)方法

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法測(cè)定菜地土壤溫室氣體排放通量[24]。采樣箱材質(zhì)為不銹鋼材料，由底座和頂箱兩部分組成，底座（橫截面為50 cm×50 cm）長(zhǎng)期固定于田間，翻耕時(shí)將底座取出，翻耕結(jié)束后重新將底座安置回原處，底壁插入土中約10 cm，底座內(nèi)種植作物。底座頂端有深、寬均為3 cm的密封水槽，采樣前往槽內(nèi)注水以防底座和頂箱結(jié)合處漏氣。頂箱（50 cm×50 cm×50 cm）外覆絕熱材料以減少采樣箱內(nèi)溫度隨外界氣溫升高對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，同時(shí)，頂箱內(nèi)部安裝2個(gè)小風(fēng)扇，用于混合箱內(nèi)氣體。頂箱側(cè)面安裝電源插頭、溫度探頭（JM624型便攜式測(cè)溫計(jì)）和采樣管。試驗(yàn)期間，采樣頻率為每周1次，每次控制在當(dāng)天9：00—11：00間進(jìn)行，采樣時(shí)用60 mL注射器采集第1次樣品，之后每間隔10 min 采樣1 次，罩箱時(shí)間為30 min，共采集4 個(gè)氣體樣品。在氣體樣品采集的同時(shí)，記下開始和結(jié)束時(shí)的氣溫和5 cm深土壤溫度，并采集表層土樣測(cè)定土壤含水量、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量，于每個(gè)月采集土樣測(cè)定土壤堿解氮含量，待作物收獲后采集表層土壤測(cè)定土壤總氮含量。遇到下雨及施肥情況，采樣頻率增加，為每2 d一次，持續(xù)一周。

表1 種植及施肥情況

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用氣相色譜（Agilent 7890A氣相色譜儀）測(cè)定溫室氣體CH4、CO2、N2O濃度。高純氮?dú)猓∟2）與氬甲烷（ArCH4）分別作為CH4和N2O的載氣。N2O檢測(cè)器為ECD（電子俘獲檢測(cè)器），檢測(cè)溫度300℃；CO2和CH4檢測(cè)器為FID（火焰離子化檢測(cè)器），檢測(cè)溫度為300℃，柱溫50℃，氣體排放速率由4個(gè)氣樣濃度值經(jīng)線性回歸分析得出具體工作條件詳見(jiàn)文獻(xiàn)[16]。

溫室氣體排放量（）的計(jì)算公式[10]為：

=×()×(Δ/Δ)×[273/(273+)] （1）

式中，表示CO2排放量（mg·m-2·h-1）、N2O和CH4排放量（μg·m-2·h-1）；表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CO2-C、CH4-C和N2O-N的密度；為采樣箱體積（m3）；為采樣底座內(nèi)土壤表面積（m2）；Δ/Δ表示氣體的排放速率，即通過(guò)每個(gè)小區(qū)每次采集的4個(gè)樣品的氣體濃度與時(shí)間進(jìn)行一次線性回歸，回歸方程的系數(shù)就是Δ/Δ；為采樣箱內(nèi)溫度（℃）。

各處理每次排放量用各重復(fù)平均值表示；作物季節(jié)平均排放通量則以每次采樣時(shí)間間隔為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均求得；生長(zhǎng)季累積排放量以每次排放量的加權(quán)和表示。

全球增溫潛勢(shì)（Global Warming Potential，GWP）：表示不同溫室氣體排放的綜合指標(biāo)，一般以CO2為標(biāo)準(zhǔn)，用CO2當(dāng)量表示。計(jì)算公式為[25]：

GWP= CO2+ 28×R(CH4)+265×R(N2O) （2）

式中，GWP為作物生長(zhǎng)季溫室氣體排放的綜合溫室效應(yīng)（kg CO2-e·hm-2），R(CH4)和R(N2O)分別為作物生長(zhǎng)季CH4和N2O的排放總量（kg·hm-2）。

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定：土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效鉀采用pH 7，1 mol·L-1醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法；土壤速效磷采用pH 8.5，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤總氮采用H2SO4-H2O2消煮，蒸餾滴定測(cè)定；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用2 mol·L-1KCl提取，取濾液分別用靛酚藍(lán)比色法和紫外分光光度計(jì)法測(cè)定；土樣具體測(cè)定詳細(xì)步驟參見(jiàn)文獻(xiàn)[26]。

采用SPSS20.0、Origin 8.5和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖制表。所有的結(jié)果均用3 次測(cè)定結(jié)果的平均值表示。不同處理之間的多重比較采用LSD 最小顯著差數(shù)法（＜0.05），采用重復(fù)測(cè)定方差分析方法比較不同蔬菜季、試驗(yàn)處理及其交互作用對(duì)溫室氣體累積排放量的影響（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 有機(jī)物料等氮量施用對(duì)土壤氮形態(tài)的影響

2.1.1 銨態(tài)氮 如圖1-A所示，在每次施肥和追肥一周內(nèi)，各處理（除CK外）的土壤銨態(tài)氮含量均出現(xiàn)峰值，隨后呈下降趨勢(shì)，可見(jiàn)施肥在短期內(nèi)可以有效提高土壤銨態(tài)氮含量。萵筍季，施基肥一周內(nèi)（2016年10月30），MF處理的銨態(tài)氮含量出現(xiàn)了最高值（96.20 mg·kg-1），相較于F處理的最高值增加了34.4%；在追肥后（2016年12月9日），BF處理的銨態(tài)氮含量達(dá)到最高值，為160.74 mg·kg-1。卷心菜季，第一追肥后（2017年2月21日），MF、BF和CF處理的銨態(tài)氮含量在一周內(nèi)出現(xiàn)峰值后呈下降趨勢(shì)，而F和SF處理的銨態(tài)氮含量均超過(guò)了95 mg·kg-1；在第二次追肥后（3月27日），F(xiàn)處理的銨態(tài)氮含量達(dá)到最高值（114.44 mg·kg-1），而各有機(jī)物料處理的銨態(tài)氮含量均低于78 mg·kg-1。辣椒季，CF處理的銨態(tài)氮含量低于其他處理（除CK外），而F處理的土壤銨態(tài)氮含量普遍較高（72.35—161.39 mg·kg-1）。

2.1.2 硝態(tài)氮 試驗(yàn)期內(nèi)，土壤硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化類似于銨態(tài)氮，主要表現(xiàn)為在施肥和追肥后，各處理（除CK外）的硝態(tài)氮含量出現(xiàn)了峰值。如圖1-B所示，萵筍季，基肥施用后，各試驗(yàn)處理的硝態(tài)氮含量相比銨態(tài)氮而言峰值推遲，CF處理的硝態(tài)氮在基肥施用一周內(nèi)的含量變化（8.91—28.85 mg·kg-1）高于其他處理。卷心菜季，各試驗(yàn)處理的硝態(tài)氮含量的峰值仍約處在基肥施用一個(gè)月后（2017年2月15日），其中CF處理土壤硝態(tài)氮含量最高，較F處理提高了41.9%。辣椒季，各試驗(yàn)處理的硝態(tài)氮含量出現(xiàn)了兩次明顯的峰值，第一次峰值為基肥施用一周后，其中BF處理在出現(xiàn)了辣椒生育期的硝態(tài)氮含量的最高值（147.92 mg·kg-1），比同期的F處理增加了30.0%；第二次峰值為追肥一個(gè)月后（2017年7月26日），其中MF處理的硝態(tài)氮含量最高（148.82 mg·kg-1），而CF處理最低（78.66 mg·kg-1）。

2.1.3 堿解氮 如圖1-C所示，與CK相比，各試驗(yàn)處理的土壤堿解氮含量均增高，可見(jiàn)施肥可以增加土壤堿解氮的含量。萵筍季和辣椒季，F(xiàn)處理的土壤堿解氮含量普遍高于有機(jī)物料還田處理，最高可達(dá)152.31 mg·kg-1。卷心菜季，CF處理的堿解氮含量的最高值，較同期F處理增加了91.6%，其次為MF處理（增加56.5%）?？傮w上，試驗(yàn)期內(nèi)，F(xiàn)處理的堿解氮含量的平均值最高（115.98 mg·kg-1），其次為CF處理，而BF處理的堿解氮含量的平均值較低（99.28 mg·kg-1）。

2.1.4 總氮 從圖1-D可以看出，同一處理下，不同作物生育期內(nèi)土壤總氮含量存在差異，其中對(duì)照CK、CF處理的三季作物間的土壤總氮含量差異不顯著（＞0.05），而SF和MF處理的總氮含量隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)，且辣椒季的土壤總氮明顯低于前兩季作物。在同一作物生物期內(nèi)，除辣椒季的SF處理外，各有機(jī)物料處理的土壤總氮含量均高于對(duì)照CK和F處理；其中萵筍季的MF處理較F處理明顯提高了14.0%，卷心菜季的有機(jī)物料處理的土壤總氮含量比F處理顯著增加了0.15—0.40 g·kg-1，隨著種植時(shí)間的增加，辣椒季，僅BF處理較F處理顯著增加了0.17 g·kg-1（＜0.05）。

2.2 有機(jī)物料等氮量施用對(duì)N2O，CO2及CH4排放量的影響

2.2.1 N2O 排放量 如圖2-A所示，各處理的N2O 排放高峰主要集中在4—7月，且每次化肥施用后均會(huì)提高N2O排放量。與對(duì)照CK相比，常規(guī)化肥施用和有機(jī)物配施化肥處理均提高了N2O排放量，其中CF處理的N2O排放量明顯高于其他處理，其次為MF和SF處理，尤其是在牛糞剛施入的一周內(nèi)（2016年11月3日和2017年5月15日）出現(xiàn)排放高峰，分別為1 239.8和3 933.6 μg·m-2·h-1。與F處理相比，SF、MF和CF均提高了N2O排放量，而BF處理能降低N2O排放量，試驗(yàn)期內(nèi)平均降低了7.5%。

圖中不同的小寫字母表示處理間達(dá)到顯著差異（P＜0.05），不同大寫字母表示季節(jié)間達(dá)到顯著差異（P＜0.01）

2.2.2 CO2排放量 如圖2-B所示，卷心菜季（2017年1—5月）和辣椒季（2017年5—9月）的CO2排放量高于萵筍季（2016年10月—2017年1月），試驗(yàn)期內(nèi)，CO2排放出現(xiàn)了兩次峰值，分別出現(xiàn)在2017年3—4月和8月。萵筍季前期即第一次有機(jī)物料施用后，MF處理的CO2排放量明顯高于其他處理，最高可達(dá)1 219.5 mg·m-2·h-1，其次為CF處理。F、SF、MF和CF處理在2017年3月28日前后出現(xiàn)了CO2第一次排放峰值，BF處理則推遲了CO2第一次排放峰值（2017年4月13日）。試驗(yàn)期內(nèi)，MF處理的CO2平均排放量最大（962.9 mg·m-2·h-1），其次為CF，BF和SF，分別較F處理提高了39.3%、28.9%、25.3%和16.5%。

2.2.3 CH4排放量 與N2O和CO2排放量相比，各處理的CH4排放量波動(dòng)并不明顯。如圖2-C所示，在有機(jī)物料第一還田后（2016年10月），CH4排放量呈增加趨勢(shì)，其中BF和CF處理的CH4排放量較高。在第二次有機(jī)物料還田后（2017年5月），僅CF處理出現(xiàn)了CH4排放峰（146.7—186.7 μg·m-2·h-1），而BF則出現(xiàn)了CH4排放負(fù)值（-109.8—-19.4 μg·m-2·h-1）。隨著種植時(shí)間的增加，辣椒季后期各處理的CH4排放量波動(dòng)較大，其中BF處理于2017年8月30日均達(dá)到排放峰值（668.7 μg·m-2·h-1），而其他有機(jī)物料處理均為排放負(fù)值；SF和MF處理于同月9日出現(xiàn)CH4排放最低值，分別為-312.4和-455.5 μg·m-2·h-1。

圖2 不同處理下的N2O，CO2及CH4排放量變化

Fig. 2 Emission fluxes of N2O, CO2and CH4under different treatments

2.3 有機(jī)物料等氮量施用對(duì)N2O，CO2，CH4累積排放量及增溫潛勢(shì)的影響

2.3.1 累積排放量 通過(guò)計(jì)算3種溫室氣體的累積排放量發(fā)現(xiàn)（圖3），辣椒季溫室氣體累積排放量明顯高于卷心菜和萵筍季（＜0.01）。試驗(yàn)期內(nèi)（圖3-A），各試驗(yàn)處理較對(duì)照CK均提高了N2O累積排放量，與F處理相比，CF、MF和SF處理的N2O累積排放量均顯著提高了92.7%—202.8%，而BF明顯降低了萵筍季的N2O累積排放量（＜0.05）。對(duì)CO2累積排放量而言（圖3-B），有機(jī)物料的添加增加了其排放量，尤其是辣椒季的CO2累積排放量明顯高于F處理；而SF和MF處理較F處理明顯降低了卷心菜季的CO2累積排放量；除BF處理較F處理降低667.4 kg·hm-2外，其他3種有機(jī)物料處理均顯著提高了萵筍季的CO2累積排放量（＜0.05）。如圖3-C所示，CF處理的萵筍季和卷心菜季的CH4累積排放量最高，分別為0.2和0.9 kg·hm-2；各有機(jī)物料處理均降低了辣椒季CH4累積排放量，除SF和MF處理的CH4累積排放量為負(fù)值外，BF和CF處理較F處理顯著降低了72.1%和44.9%（＜0.05）。通過(guò)重復(fù)測(cè)定方差分析發(fā)現(xiàn)，不同蔬菜季、試驗(yàn)處理對(duì)N2O（=152.088，=0.000＜0.05），CO2（=64.648，=0.000＜0.05），CH4（=151.072，=0.000＜0.05）累積排放量存在顯著的交互效應(yīng)。2.3.2 增溫潛勢(shì) 從表2可以看出，試驗(yàn)期內(nèi)，各處理較CK均提高了N2O和CO2平均排放通量。CF處理較F處理顯著增加了N2O平均排放通量，增量可達(dá)31.5 kg·hm-2，其次為MF和SF處理（＜0.05），而BF處理對(duì)N2O平均排放通量的影響相對(duì)于F處理而言并不顯著。有機(jī)物料處理的CO2平均排放通量，表現(xiàn)為MF≈BF≈CF>SF，較F處理顯著增加了12.8%—35.6%（＜0.05）。對(duì)CH4平均排放通量而言，除CF外，其他有機(jī)物料處理均顯著降低了CH4平均排放通量，其中MF和SF處理均表現(xiàn)為負(fù)值。進(jìn)一步計(jì)算增溫潛勢(shì)發(fā)現(xiàn)，各有機(jī)物料均提高了增溫潛勢(shì)，其中CF較F處理顯著提高了42.0%，其次為MF處理。

圖中不同的小寫字母表示處理間達(dá)到顯著差異（P＜0.05），不同大寫字母表示季節(jié)間達(dá)到顯著差異（P＜0.01）

表2 不同處理下的溫室氣體平均排放通量和增溫潛勢(shì)變化

同一列的數(shù)值后不同的小寫字母表示處理間差異顯著（＜0.05）

The values followed by different small letters in the same column indicate significant differences between treatments at＜0.05

2.4 環(huán)境因子與溫室氣體排放相關(guān)性分析

圖4是試驗(yàn)期內(nèi)，各處理的土溫、氣溫以及土壤含水量變化。各處理的辣椒季溫度（包括5 cm土溫和氣溫）明顯高于萵筍季和卷心菜季，且辣椒季的土壤含水量波動(dòng)較大。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表3）：N2O排放量與溫度（包括5 cm土溫和氣溫）存在顯著的相關(guān)關(guān)系（＜0.05）；CO2排放量與與溫度（包括5 cm土溫和氣溫）存在極顯著的正相關(guān)，而與土壤含水量呈極顯著的負(fù)相關(guān)（＜0.01）；CH4排放量與土壤含水量呈顯著正相關(guān)（＜0.05），而與溫度的相關(guān)性不大。

圖4 各處理5 cm土層溫度、氣溫及含水量變化

表3 溫室氣體排放與溫度、含水量相關(guān)分析

*表示在＜0.05 水平上顯著相關(guān); **表示在＜0.01 水平上顯著相關(guān)

*showed significant relation at＜0.05; ** showed significant relation at＜0.01

3 討論

3.1 施肥與土壤氮形態(tài)

本研究表明，施肥灌水后，各處理土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均出現(xiàn)峰值，隨后呈下降趨勢(shì)，這是由于氮肥的施用促進(jìn)了作物通過(guò)根系歸還土壤有機(jī)物數(shù)量，從而增加了微生物活性和根系分泌，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的礦化，增加土壤礦質(zhì)氮的含量[27]，因此施肥在短期內(nèi)可以有效提高土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，為硝化和反硝化作用提供了底物，促進(jìn)N2O排放（圖2-A）。同時(shí)土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮存在“此消彼長(zhǎng)”關(guān)系，一般溫度較高，含水量較少的條件下，硝化作用比較強(qiáng)烈，銨態(tài)氮含量比較少，以硝態(tài)氮為主[28]，這與段鵬鵬等[12]研究結(jié)果一致。但是不同種植季度、不同處理對(duì)土壤氮形態(tài)含量的影響存在差異。這主要是因?yàn)椴煌N植季度的溫度、水分含量存在差異，同時(shí)不同作物的生育期不同，最終導(dǎo)致土壤氮形態(tài)分布存在差異。Hopkins和Shiel[29]研究表明單施化肥對(duì)微生物有直接的毒害作用，從而減少了對(duì)土壤可溶性氮的吸收，因此本研究中F處理的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及堿解氮含量并不低于甚至高于其他物料處理。相對(duì)于秸稈類有機(jī)物料，牛糞等有機(jī)肥還田后能較快地提高土壤微生物量和碳、氮的有效性，增強(qiáng)微生物活性，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和釋放[11]，故在溫度低，含水量變化不大的萵筍季和卷心菜季下，因硝化和反硝化作用的強(qiáng)度不大，故因二者作用消耗的氮底物也較少，從而導(dǎo)致CF處理的硝態(tài)氮和堿解氮含量均都高于其他物料處理。辣椒季，于6月19日追肥后，常規(guī)施肥處理較有機(jī)物料處理的微生物活性低，故造成堿解氮盈余，同時(shí)高溫多雨的環(huán)境，頻繁的干濕交替使得土壤厭氧和氧化環(huán)境也頻繁交替，但由于生物質(zhì)炭能改善土壤的通氣狀況，增加陽(yáng)離子交換量，同時(shí)較高C/N比促使土壤中氮的固定，減少氮素流失，提高氮素的供應(yīng)能力[11,30]，因此BF處理的辣椒季的堿解氮含量高于其他物料處理。

3.2 施肥與N2O，CO2及CH4排放

農(nóng)業(yè)對(duì)溫室氣體（N2O、CO2、CH4）的排放具有重要的作用，其中旱地農(nóng)田是N2O和CO2的重要排放源[31]。施肥是影響N2O排放的主要因素，肥料的類型對(duì)農(nóng)田N2O排放的影響仍存在爭(zhēng)議[32-33]。本研究中，牛糞、菌渣、秸稈有機(jī)物料與化肥配施處理的農(nóng)田N2O平均排放量為362.8—630.1 μg·m-2·h-1，超過(guò)對(duì)照CK（44.0 μg·m-2·h-1）和常規(guī)化肥施用處理（F，189.0 μg·m-2·h-1），尤其牛糞與化肥配施（CF，630.1 μg·m-2·h-1）處理，而生物質(zhì)炭配施化肥（BF，174.8 μg·m-2·h-1）處理降低了N2O排放量。這是因?yàn)橛袡C(jī)物料的施用提高了土壤碳素含量，為微生物參與下的N2O排放的硝化和反硝化過(guò)程提供充足的營(yíng)養(yǎng)元素[21,34-35]，因此相較于對(duì)照CK和常規(guī)施肥處理而言，有機(jī)物料與化肥配施處理提高了N2O排放；與秸稈、菌渣有機(jī)物料相比，牛糞的C/N較低（C/N=20.2），還田后會(huì)刺激土壤中氮分解，增加N2O排放，因此牛糞與化肥配施處理的N2O排放量最大。但是由于生物質(zhì)炭一方面具有吸附性，在土壤中添加生物質(zhì)炭可以提高陽(yáng)離子交換量，增加了土壤對(duì)NH4+的吸附，減少了參與硝化過(guò)程的NH4+濃度，從而減少了N2O的排放[30]；另一方面生物質(zhì)炭C/N較高，加之生物質(zhì)炭能改善土壤的通氣性，進(jìn)而限制硝化作用及不利于在厭氧條件下氮素微生物的反硝化作用，加速氮素固定，從而減少N2O排放[36]。此外本試驗(yàn)中生物質(zhì)炭增加了土壤硝態(tài)氮含量而減少了N2O排放量，可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭的類型、施用量、土壤均會(huì)影響生物質(zhì)炭的效果，因此生物質(zhì)炭還田后會(huì)改變土壤性質(zhì)以及硝化微生物活性，有利于形成硝化作用的最終產(chǎn)物（硝態(tài)氮），不利于形成中間產(chǎn)物（N2O），從而降低了土壤硝化作用中N2O產(chǎn)生比例[16]。

在萵筍和卷心菜種植季，無(wú)論是常規(guī)化肥還是有機(jī)物料與化肥配施處理較對(duì)照CK均提高了CO2的排放；但是隨著種植時(shí)間的進(jìn)行，部分施用化肥處理的CO2排放量低于CK，早期研究認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間施用化肥（尤其氮肥）可以減弱土壤呼吸，從而促進(jìn)了土壤中碳的貯存[37-38]，但目前具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。試驗(yàn)期內(nèi)，MF處理的CO2平均排放量最大（962.9 mg·m-2·h- 1），尤其是菌渣還田后的前期，與栗方亮等[39]研究結(jié)果類似。這是因?yàn)榉纸馇捌诰锌扇苄杂袡C(jī)物較多，同時(shí)菌渣中富含蛋白質(zhì)，中微量元素以及灰分、粗脂肪、粗纖維等，其還田后為微生物提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能源物質(zhì)，從而促進(jìn)了土壤呼吸[39]，增加了CO2排放。因此本試驗(yàn)中，菌渣還田的前期CO2排放量較大。但隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)，易分解組分被微生物分解利用殆盡，開始轉(zhuǎn)向利用較難分解組分，有機(jī)碳分解量下降，從而導(dǎo)致CO2排放量減少[38]。夏季（7—9月）高溫多雨使得土壤環(huán)境變化頻繁，而生物質(zhì)炭由于自身疏松多孔特點(diǎn)和吸附性能，能改善土壤的通氣性、提高土壤的保水性和保持土壤養(yǎng)分，因此在變化頻繁的土壤環(huán)境下，生物質(zhì)炭與化肥配施處理較其他處理為微生物提供了較好的土壤環(huán)境，提高了土壤微生物量和酶活性[40-41]，同時(shí)生物質(zhì)炭的“正激發(fā)效應(yīng)”即生物質(zhì)炭中不穩(wěn)定性碳組分的微生物的降解作用會(huì)促進(jìn)土壤表觀呼吸速率[42-43]，因此在整個(gè)試驗(yàn)的夏季（7—9月），BF處理的CO2排放量高于其他處理。此外，施肥灌水亦能增加各試驗(yàn)處理的CO2排放量，均出現(xiàn)了的CO2排放峰，這是因?yàn)槭┓使嗨环矫鏋橥寥牢⑸锾峁I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加速土壤微生物呼吸釋放CO2；另一方面追施氮肥（尿素），通過(guò)改變C/N，加速土壤有機(jī)物礦化，從而增加CO2排放[39]。

旱地土壤通透性較好，不易產(chǎn)生厭氧環(huán)境，在旱地土壤中CH4排放量較低，因此認(rèn)為旱地是大氣中CH4重要的吸收匯[44]。本研究中，在等養(yǎng)分量條件下，各處理的CH4排放的特點(diǎn)多表現(xiàn)為大氣中CH4匯，這與韓園園等[45]研究結(jié)果類似。其中在第一次物料還田后，外源有機(jī)物料的增加，較對(duì)照CK和F處理為微生物提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能源物質(zhì)，因此各有機(jī)物料添加前期的CH4排放量均呈增加趨勢(shì)。牛糞的C/N比較低，還田后可以促進(jìn)氮素的礦化生成銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，但是由于銨態(tài)氮的分子結(jié)構(gòu)類似于甲烷，同樣會(huì)被甲烷單氧化酶氧化，從而銨態(tài)氮的存在會(huì)抑制土壤對(duì)CH4的吸收[46-47]，因此試驗(yàn)期內(nèi)，牛糞與化肥處理CH4平均排放量最大（39.1 μg·m-2·h-1）。張凱莉等[44]研究表明溫度過(guò)低時(shí)，會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌的活動(dòng)，因此本研究萵筍季和卷心菜季的溫度較低，與CH4有關(guān)的微生物活性不高，使得該種植時(shí)期的土壤CH4排放量波動(dòng)不明顯；而辣椒季土壤CH4排放量波動(dòng)大，并出現(xiàn)了排放峰值，且各處理的CH4排放量差別較大，尤其是8月BF處理達(dá)到排放峰，而其他有機(jī)物料處理多為排放負(fù)值，其中秸稈、菌渣與化肥配施處理的CH4排放量最低。這是因?yàn)?月高溫多雨使得土壤干濕交替頻繁，土壤的厭氧和氧化環(huán)境也交替頻繁，從而導(dǎo)致甲烷氧化菌和產(chǎn)甲烷菌活性變化，最終使得辣椒季的土壤CH4排放量波動(dòng)大。但是由于生物質(zhì)炭的吸水性強(qiáng)，短期內(nèi)較其他處理更能涵養(yǎng)水分，為產(chǎn)甲烷菌提供厭氧環(huán)境，促進(jìn)了CH4排放，而且通過(guò)相關(guān)性分析（表3）：CH4排放量與土壤的含水量呈顯著的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)辣椒季的溫度多為30℃以上，為產(chǎn)甲烷菌的適合溫度（30—40℃）[44]，因此在高溫多水的短期內(nèi)，生物質(zhì)炭與化肥配施會(huì)促進(jìn)CH4排放。

3.3 施肥與N2O，CO2及CH4累積排放量和增溫潛勢(shì)

水熱條件是影響溫室氣體排放重要環(huán)境因子，有研究表明硝化作用的最適土壤溫度為15—35℃，反硝化作用的最適土壤溫度為5—75℃，土壤表層溫度與土壤N2O排放速率存在顯著的相關(guān)關(guān)系[48-49]。在本研究中，辣椒季的N2O累積排放量明顯高于萵筍季和卷心菜季，通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表3）：N2O排放量與溫度（包括5 cm土溫和氣溫）存在顯著的相關(guān)關(guān)系；這可能是由于辣椒生育期集中在夏季，高溫多雨的環(huán)境，土壤中含水量較高，土壤通氣性變差，有利于反硝化過(guò)程的發(fā)生，最終促進(jìn)了N2O排放[17]。肥料（尤其氮肥）的施用會(huì)增加硝化和反硝化作用的底物，提高N2O的產(chǎn)生和排放，故各試驗(yàn)處理的N2O平均排放通量均顯著高于對(duì)照CK；此外有機(jī)物料的添加能提高土壤的碳素含量，為微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高了微生物活性[21,34]，因此與F處理相比，其他物料處理的N2O平均排放通量均提高。而BF處理的N2O平均排放通量的增加量較少，這是由于生物質(zhì)炭的自身特點(diǎn)會(huì)吸附NH4+，同時(shí)改善土壤的通氣狀況，最終減少了N2O的產(chǎn)生和排放。較低C/N的牛糞還田后，會(huì)刺激土壤中氮分解，增加N2O排放，因此CF處理的N2O平均排放通量最大。溫度和土壤水分共同決定了土壤CO2排放的季節(jié)特征，尤其是5 cm土層溫度能夠解釋土壤呼吸變化的82%—94%，但水分對(duì)土壤CO2排放的影響具有復(fù)雜性與不確定性[50-52]。通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，本試驗(yàn)中的CO2排放量與溫度存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與土壤含水量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。由于辣椒季生育期的表層土溫較高，且生育期長(zhǎng)于萵筍季和卷心菜季，從而導(dǎo)致辣椒季的CO2累積排放量明顯高于其他兩季作物。物料的添加，為土壤帶入碳源，故有機(jī)物料的添加均顯著增加了試驗(yàn)期內(nèi)CO2平均排放通量；與其他物料相比，秸稈有機(jī)碳含量較低，還田后可供微生物利用的碳源較少，因此SF處理的CO2平均排放通量低于其他物料處理。旱地的含水量相較于水田少，在整個(gè)試驗(yàn)觀測(cè)期內(nèi)，CH4排放與土壤含水量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（表3），因此含水量成為CH4排放的重要決定因素。辣椒季高溫多雨導(dǎo)致了該種植季的土壤環(huán)境變化頻繁，故辣椒季，各處理的CH4“源”或“匯”特征較含水量變化不大的萵筍和卷心菜季的明顯。與對(duì)照CK和常規(guī)施肥處理相比，CF處理增加了CH4平均排放通量，而其他物料與化肥配施均顯著降低CH4平均排放通量，促進(jìn)了CH4累積吸收量。這可能是牛糞的C/N比較低，還田后可以促進(jìn)有機(jī)氮礦化生成銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，但是銨態(tài)氮的存在會(huì)抑制土壤對(duì)CH4的吸收[46-47]，因此牛糞與化肥處理增加了CH4平均排放通量。

由于N2O，CO2，CH4的增溫潛勢(shì)不同，為定量分析不同溫室氣體對(duì)全球變暖的相對(duì)影響，本研究采用IPCC確定的因素來(lái)評(píng)價(jià)100年尺度上不同處理的溫室氣體的綜合增溫效應(yīng)（GWP）[53]。本研究中，物料處理的GWP均顯著高于對(duì)照CK和常規(guī)化肥處理，這與李露等[54]研究結(jié)果類似，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)條件下，N2O對(duì)GWP的貢獻(xiàn)率高于CH4，同時(shí)物料處理的CO2平均排放通量高于CK和F處理，所以各物料處理均提高了綜合增溫效益。但是4種物料相比，SF和BF處理的GWP相對(duì)較低，這是因?yàn)殡m然BF處理增加了CO2平均排放通量，但是明顯降低了N2O和CH4平均排放通量，而SF處理主要表現(xiàn)在降低CO2和CH4平均排放通量，可見(jiàn)不同物料處理對(duì)3種溫室氣體的減排效果存在差異。

4 結(jié)論

牛糞配施化肥提高了萵筍和卷心菜季的銨態(tài)氮含量，生物質(zhì)炭配施化肥則提高了辣椒季硝態(tài)氮和堿解氮含量。N2O、CO2、CH4排放高峰主要集中在夏季，且施肥灌水后會(huì)出現(xiàn)排放峰。與常規(guī)施肥相比，生物質(zhì)炭配施化肥降低了N2O排放，牛糞配施化肥顯著增加了N2O排放，但各處理均促進(jìn)了CO2排放，生物質(zhì)炭則推遲了CO2排放峰。秸稈、菌渣配施化肥減少了CH4排放，牛糞則顯著增加了CH4平均排放通量。有機(jī)物料配施化肥提高了溫室氣體的綜合增溫效應(yīng)，秸稈、生物質(zhì)炭處理的增溫潛勢(shì)低于菌渣、牛糞處理。

總體上，等養(yǎng)分投入下，有機(jī)物料配施化肥對(duì)蔬菜連作模式下的紫色土氮形態(tài)分布和溫室氣體的影響各異，與水熱條件密切相關(guān)；生物質(zhì)炭、秸稈與化肥配施處理能增加有效氮含量，減少溫室氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)；而牛糞與化肥配施會(huì)增加溫室氣體排放。

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Effects of Combined Application of Various Organic Materials and Chemical Fertilizer on Soil Nitrogen Formation and Greenhouse Gas Emission Under Equal Nitrogen Rates from Purple Soil

HUANG Rong, GAO Ming, LI JiaCheng, XU GuoXin, WANG FuHua, LI Jiao, CHEN ShiQi

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715)

【Objective】In this study, the effects of agricultural organic materials combined with chemical fertilizer on soil nitrogen species (ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, available nitrogen and total nitrogen) and greenhouse gases (carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O)) emission were investigated to provide knowledge for chemical fertilizer reduction and friendly environment according to the same nitrogen rate addition. From the aspect of greenhouse gases mitigation, theoretical suggestions were also provided for dry land fertilization strategy. 【Method】A vegetable rotation cropping experiment (lettuce-cabbage-chili rotation) with six treatments was carried out on purple soil in the field, and the treatments were control without any chemical fertilizer and organic material (CK), conventional fertilizing (F), straw returning with chemical fertilizing (SF), mushroom dregs returning with chemical fertilizing (MF), biochar returning with chemical fertilizing (BF), and cow dung returning with chemical fertilizing (CF). The variations of mineral nitrogen, available nitrogen and total nitrogen contents and the emissions of CO2, CH4and N2O from soil were monitored from November 2016 to September 2017.【Result】In the condition of equal nitrogen rates, organic materials could change the formation of soil nitrogen. The contents of ammonium nitrogen increased after organic materials application in SF and MF treatments. CF treatment could increase the content of ammonium nitrogen during lettuce and cabbage growth seasons, and BF treatment increased the content of nitrate nitrogen and available nitrogen during chili growth season. Seasonal dependent CO2, CH4and N2O emission was found and high emission mainly occurred during summer. Fertilization and irrigation events also increased CO2, CH4and N2O emission. Compared with F treatment, N2O emission reduced by 7.5% under BF treatment, but significantly increased by 233.5% under CF treatment. Combined application of organic materials and chemical fertilizer could increase the CO2emission. Significant increases of CO2emission were found under MF and CF treatments, which increased the mean CO2emission flux of 35.6% and 31.3% compared with F treatment, respectively. However, biochar returning delayed the emission peak of CO2and increased the CO2emission during summer. Negative CH4emission was found in most treatments, indicating a CH4adsorption by soil itself. Moreover, the emission of CH4fluctuated during the chili growth season and the highest CH4emission (668.7 μg·m-2·h-1) appeared under BF treatment with the condition of high temperature and intensive precipitation. However, the mean CH4emission flux under SF, MF and BF increased significantly by 104.85%, 175.2% and 77.5%, respectively. Moreover, SF and MF treatment could promote CH4consumption and reduce mean CH4emission flux of -0.1 and -1.3 kg·hm-2, respectively. Compared with CK and F treatment, organic materials combined with chemical fertilizer application could increase the global warming potential (GWP) by 26.7%-52.4% and18.1%-42.0% respectively. The lowest GWP was found under SF treatment.【Conclusion】Combined application of organic materials and chemical fertilizer had different greenhouse gases emission characters and soil nitrogen speciation. Biochar and straw returning combined with chemical fertilizer could reduce the greenhouse gases emission and increase available nitrogen content. However, cow dung returning with chemical fertilizing increased greenhouse gases emission.

purple soil; organic materials; nitrogen speciation; greenhouse gases; global warming potential

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.008

2018-04-02；

2018-08-10

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0800101）

黃容，E-mail：277840241@qq.com。通信作者高明，E-mail：gaoming@swu.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）