廖霞，劉德燕，陳增明，何鐵虎，牛玉慧，丁維新*

（1.土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

氨（NH3）揮發(fā)是農(nóng)田氮肥損失的重要途徑之一，全球氮肥誘導(dǎo)的NH3揮發(fā)量（以N計(jì)）已經(jīng)從1961年的1.9 Tg·a-1增加到2010年的16.7 Tg·a-1[1]，其中，中國(guó)肥料來源的NH3排放量為10.7 Tg·a-1[2]。以冬小麥-夏玉米一年兩熟為主的華北平原，小麥季和玉米季平均氮肥投入量分別為325 kg·hm-2和263 kg·hm-2，然而，高氮肥投入沒有獲得產(chǎn)量的持續(xù)增加，反而造成氮肥利用率降低，大量氮肥以NH3揮發(fā)、淋溶等方式損失[3]。由于華北平原地區(qū)土壤呈堿性，極易引起氮肥的NH3揮發(fā)損失，Ju等[3]初步估算該地區(qū)小麥季和玉米季肥料氮的NH3揮發(fā)損失率分別為19.4%和24.7%。NH3是大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）的重要組成成分[4]，對(duì)霧霾的形成起著關(guān)鍵作用，如何科學(xué)合理地控制農(nóng)田NH3揮發(fā)，提高氮肥利用率和作物產(chǎn)量，削減其對(duì)環(huán)境的污染已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。

生物質(zhì)炭因具有多孔性、大比表面積等特點(diǎn)而能有效提高土壤肥力，增加水分和養(yǎng)分固持，提高氮肥利用率[5-7]，因此被用于降低農(nóng)田NH3揮發(fā)、提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率[8-10]。研究表明，木質(zhì)生物質(zhì)炭能促進(jìn)NH3的吸收和固定，降低NH3排放[8-9]。Song等[11]對(duì)濱海鹽堿土的研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭影響NH3的氧化和硝化作用，但是對(duì)NH3揮發(fā)的影響不明顯。Wei等[12]在華北平原的研究表明，生物質(zhì)炭提高了土壤pH，在小麥季和玉米季分別增加NH3揮發(fā)量31%和26%。Pan等[13]認(rèn)為，土壤NH+4有效性和pH是影響土壤NH3揮發(fā)的主要因素，隨著土壤堿度的增加，NH+

4將向NH3平衡移動(dòng)。生物質(zhì)炭因自身的堿性能增加土壤pH，導(dǎo)致NH3揮發(fā)量增加[14]；同時(shí)，生物質(zhì)炭表面的含氧官能團(tuán)能吸附NH+4，降低NH+4有效性，從而也可以減少NH3揮發(fā)[8-9]。所以生物質(zhì)炭對(duì)NH3揮發(fā)的影響效果取決于其對(duì)土壤pH和NH+4的雙重影響。

隨著生物質(zhì)炭與土壤相互作用時(shí)間的增長(zhǎng)，羧基、酚類和羰基等官能團(tuán)逐漸在其表面形成，增加表面電荷密度和陽(yáng)離子交換容量，提高土壤陽(yáng)離子保留和吸附的能力[15-16]，從而影響土壤NH3揮發(fā)。然而，目前生物質(zhì)炭影響NH3揮發(fā)的研究主要集中在施用當(dāng)季，較少關(guān)注生物質(zhì)炭施用多年后的影響效應(yīng)。本研究采用連續(xù)密閉室通氣法，測(cè)定了不同用量生物質(zhì)炭施用3 a后對(duì)小麥-玉米輪作農(nóng)田NH3揮發(fā)的影響，旨在評(píng)估生物質(zhì)炭的后效，為田間生物質(zhì)炭的施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間原位試驗(yàn)位于河南省封丘縣的中國(guó)科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站（35°00′N，114°24′E），該地區(qū)是華北平原的典型區(qū)域，以冬小麥-夏玉米輪作為主要種植制度。該地區(qū)為典型的半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，近30 a平均降雨量為615 mm，集中在6—9月；年平均溫度為13.9℃，每年1—2月溫度最低，7—9月溫度最高。土壤為發(fā)育于黃河沖積物的典型潮土，屬于鈣質(zhì)砂壤土，土壤pH為8.41，容重為1.41 g·cm-3，有機(jī)碳和全氮含量分別為7.41 g·kg-1和0.85 g·kg-1。

田間試驗(yàn)始于2014年6月9日，包括5個(gè)處理：不施肥（Control）；常規(guī)施氮（CN）；常規(guī)施氮+3 t·hm-2生物質(zhì)炭（NB3）；常規(guī)施氮+6 t·hm-2生物質(zhì)炭（NB6）；常規(guī)施氮+12 t·hm-2生物質(zhì)炭（NB12）。小區(qū)面積為3 m×6 m，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。在施氮處理中，尿素分為基肥和追肥兩次施入，用量為每季200 kg·hm-2，小麥季基肥/追肥比為3∶2，玉米季則為2∶3。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，用量為過磷酸鈣120 kg P2O5·hm-2，硫酸鉀120 kg K2O·hm-2。生物質(zhì)炭購(gòu)自河南商丘三利新能源公司，為玉米秸稈在450℃熱裂解炭化，pH為10.02，有機(jī)碳450 g·kg-1，全氮14.8 g·kg-1，灰分38.3%。在播種前，生物質(zhì)炭與基肥一并均勻撒施于土壤表面，立刻翻耕將肥料帶入0～20 cm的耕層土壤，充分混勻。追肥時(shí)，尿素撒施于土壤表面，并立即灌水，將肥料帶入耕層土壤。生物質(zhì)炭只在2014年6月施用一次，生物質(zhì)炭處理中氮、磷、鉀肥施用方法與常規(guī)施肥處理相同，所有小區(qū)田間管理措施保持一致。

小麥季基肥和追肥時(shí)間分別為2016年10月10日和2017年3月13日，玉米季則分別為2017年6月12日和7月28日。小麥品種為矮抗58，于2016年10月10日播種，2017年6月8日收獲，行距為25 cm；玉米品種為鄭單958，于2017年6月12日播種，2017年9月23日收獲，行距和株距分別為70 cm和25 cm。成熟小麥和玉米收獲后，收集每個(gè)小區(qū)的籽粒和秸稈稱質(zhì)量，并采集樣品于60℃烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算作物產(chǎn)量和地上部生物量。

1.2 NH3排放通量測(cè)定

田間NH3揮發(fā)通量采用連續(xù)密閉室通氣法測(cè)定，每日上午8：00—10：00和下午14：00—16：00分別采集兩次。所用密閉室裝置為直徑15 cm、高20 cm，底部開放的PVC材質(zhì)不透明圓柱體，底部插入土壤12 cm，頂部分別留有兩個(gè)通氣孔，直徑25 mm的通氣孔與高2 m的波紋管連通以保證交換空氣NH3濃度一致，另一個(gè)直徑12 mm的通氣孔與裝有硼酸吸收液的洗氣瓶連接，洗氣瓶的另一端與真空抽氣泵相連（圖1）。裝置的各銜接處均進(jìn)行密封處理和檢驗(yàn)。在真空抽氣泵的動(dòng)力下，密閉室土壤揮發(fā)的氣態(tài)NH3隨空氣流動(dòng)，進(jìn)入到末端洗氣瓶中被60 mL含有混合指示劑的2%硼酸溶液充分吸收，換氣頻率為15～20次·min-1，抽氣結(jié)束后的吸收液用0.01 mol·L-1標(biāo)準(zhǔn)H2SO4進(jìn)行滴定。每次抽氣結(jié)束后打開密閉室并移出試驗(yàn)小區(qū)，防止因密閉室內(nèi)外環(huán)境差異影響試驗(yàn)結(jié)果。NH3揮發(fā)測(cè)定從施肥后第1 d開始，每日監(jiān)測(cè)，直至施氮處理NH3揮發(fā)通量與Control處理相同時(shí)停止測(cè)定。每次采集氣體樣品的同時(shí)記錄田間氣溫、土壤溫度和含水量，并采集土壤樣品測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 土壤樣品的采集與分析

NH3揮發(fā)測(cè)定的同時(shí)，用直徑5 cm的土鉆在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn)采集表層（0～20 cm）土壤樣品，充分混勻形成混合樣，用于測(cè)定土壤NH+4-N和NO-3-N含量。稱取10 g（烘干質(zhì)量計(jì)）過4 mm篩的鮮土，用2 mol·L-1KCl提?。ㄍ了葹?∶5），恒溫振蕩1 h（25℃），過濾，用流動(dòng)分析儀（San++System，Skalar Analytical BV，Breda，Netherlands）通過比色法測(cè)定土壤NH+4-N和NO-3-N含量。小麥和玉米收獲后，采集土壤樣品測(cè)定土壤容重（環(huán)刀法）和pH（水土比為2.5∶1），并用凱氏定氮法測(cè)定植物氮含量。籽粒氮吸收量（kg·hm-2）為籽粒干質(zhì)量與氮含量的乘積，地上部氮素吸收量（kg·hm-2）為籽粒和秸稈氮吸收量之和。氣溫和降雨量由試驗(yàn)站內(nèi)氣象站自動(dòng)監(jiān)測(cè)。NH3揮發(fā)測(cè)定的同時(shí)，用水銀地溫計(jì)測(cè)定5、10、15 cm深度土壤溫度；用時(shí)域反射儀（TDR）測(cè)定土壤體積含水量（θv，%），并由公式（1）換算成土壤孔隙含水量（WFPS，%）：

式中：BD為土壤容重，g·cm-3；2.65為土壤顆粒密度，g·cm-3。

1.4 NH3排放通量計(jì)算

NH3排放速率（F，kg·hm-2·d-1，以N計(jì)，下同）用公式（2）計(jì)算：

式中：C為標(biāo)準(zhǔn)硫酸濃度，mol·L-1；V和V0分別為樣品和空白滴定消耗的體積，mL；r是密閉室半徑，m；t為每日測(cè)定NH3揮發(fā)的時(shí)間，h。NH3累積排放量為連續(xù)測(cè)定日NH3排放量的總和。

肥料氮誘導(dǎo)的NH3排放系數(shù)（EF，%）計(jì)算公式為：

式中：Ef和Ec分別為施肥和不施肥處理NH3累積排放量，kg·hm-2；Napplied為施肥處理中氮肥施用量，200 kg·hm-2。單位產(chǎn)量NH3排放量（g·kg-1）為NH3累積排放量與產(chǎn)量的比值。

處理間NH3排放量、NH3排放系數(shù)、單位產(chǎn)量NH3排放量以及土壤無機(jī)氮含量、水分含量差異等用單因素方差分析（One-way ANOVA）和LSD（P＜0.05）進(jìn)行檢驗(yàn)，NH3排放速率與環(huán)境因子的相關(guān)性及顯著水平用Pearson相關(guān)分析判定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS軟件包（Version 19.0，SPSSInc.）進(jìn)行處理分析，用Origin Pro 8.5（OriginLab，USA）軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥和玉米產(chǎn)量及氮吸收量

小麥籽粒產(chǎn)量由CN處理的8 519 kg·hm-2降至NB處理的7 307～7 792 kg·hm-2，NB6和NB12降幅分別為13.2%和14.2%；施肥處理中玉米籽粒產(chǎn)量為10 191～11 896 kg·hm-2，處理間無顯著差異（圖2a）。小麥籽粒氮吸收量由CN處理的220.67 kg·hm-2下降至NB處理的180.19～187.65 kg·hm-2，降幅為15.0%～18.3%，而玉米籽粒氮吸收量則由CN處理的143.68 kg·hm-2增加到NB處理的153.39～163.95 kg·hm-2，NB3和NB6處理分別增加了12.9%和14.1%（圖2b）。同樣，小麥地上部分氮吸收量由CN處理的252.89 kg·hm-2降低到NB處理的208.06～220.93 kg·hm-2，降幅為12.6%～17.7%；施肥處理玉米地上部分氮吸收量為227.43～243.55 kg·hm-2，處理間無顯著差異（圖2c）。

2.2 NH3揮發(fā)量

2.2.1 NH3揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化

小麥和玉米季各處理NH3揮發(fā)速率季節(jié)性變化規(guī)律基本一致，NH3排放峰出現(xiàn)在施肥后，且1～4 d內(nèi)降至背景值（圖3）。小麥季基肥和追肥NH3排放速率變化范圍分別為0.15～6.26 kg·hm-2·d-1和0.23～0.54 kg·hm-2·d-1；在基肥施用后前3 d，NB處理的NH3排放速率顯著低于CN處理，而追肥后NH3揮發(fā)速率很低，且各施肥處理間無顯著差異。玉米季基肥和追肥施用后NH3排放速率分別為0.25～1.72 kg·hm-2·d-1和0.28～22.43 kg·hm-2·d-1；NB處理基肥施用后第1 d的NH3排放速率低于CN處理，而在追肥施用后前2 d，NB處理的NH3排放速率高于CN處理。

2.2.2 NH3累積排放量

小麥季基肥期CN處理的NH3累積排放量為19.39 kg·hm-2，NB處理顯著降低NH3累積排放量17.8%～60.1%；追肥期各處理NH3累積排放量為1.37～1.78 kg·hm-2，處理間無顯著差異（表1）。整個(gè)小麥季，NH3累積排放量由CN處理的21.05 kg·hm-2降至NB處理的9.52～17.36 kg·hm-2，降幅為17.5%～54.8%；相反，玉米季NH3累積排放量由CN處理的24.71 kg·hm-2增至NB處理的26.24～29.75 kg·hm-2，增幅為6.2%～20.4%。玉米季基肥期CN處理NH3累積排放量為3.51 kg·hm-2，NB6和NB12處理分別降低了25.2%和31.1%；追肥期CN處理NH3累積排放量為21.20 kg·hm-2，NB處理則顯著增加NH3累積排放量11.4%～28.9%。Control、CN、NB3、NB6和NB12處理年度NH3累積排放量分別為4.99、45.76、45.76、39.37、39.28 kg·hm-2，NB6和NB12處理較CN處理分別顯著降低14.0%和14.2%。

2.2.3 單位產(chǎn)量NH3排放量

小麥季CN處理單位產(chǎn)量NH3排放量為2.48 g·kg-1，NB6和NB12處理排放量顯著降低了27.5%和47.9%。玉米季CN處理單位產(chǎn)量NH3排放量為2.29 g·kg-1，與其相比，NB3和NB12處理顯著增加了22.4%和19.9%。Control處理年度單位產(chǎn)量NH3排放量為0.55 g·kg-1，施肥處理則為2.10～2.55 g·kg-1，NB6處理較CN處理顯著降低11.3%。

2.2.4 NH3排放系數(shù)

小麥季NH3排放系數(shù)由CN處理的9.5%降至NB處理的3.7%～7.6%，玉米季NH3排放系數(shù)則由CN處理的10.9%增至NB處理的11.7%～13.3%。但是年度NH3排放系數(shù)由CN和NB3處理的10.2%降至NB6和NB12處理的8.6%。

2.3 土壤理化性質(zhì)和氣候因素對(duì)NH3揮發(fā)的影響

2.3.1 土壤溫度和水分含量

NH3揮發(fā)測(cè)定期間，小麥季基肥和追肥期10 cm處土壤平均溫度分別為15.9℃和9.6℃，玉米季土壤溫度顯著高于小麥季，分別達(dá)到32.5℃和28.0℃（圖4a）。小麥季基肥和追肥期累積降雨量分別為32 mm和6 mm，土壤含水量平均值分別為44.1%～44.9%WF-

PS和58.5%～59.9%WFPS，處理間無顯著差異。玉米季基肥和追肥期累積降雨量分別為13 mm和45 mm，土壤含水量平均值分別為48.0%～50.3%WFPS和58.5%～59.9%WFPS，處理間差異不顯著（圖4）。小麥季追肥施用后（2017年3月13日）和玉米季基肥施用后（2017年6月13日）進(jìn)行灌溉，灌水量大約為40 mm；玉米季追肥后第1 d和第3 d降雨量分別為0.6 mm和28.6 mm，不再進(jìn)行灌溉。

2.3.2 土壤NH+4-N和NO-3-N含量小麥季基肥施用后土壤NH+4-N含量變幅為2.09～156.37 mg·kg-1，峰值出現(xiàn)在施肥后第3 d，CN處理顯著高于NB處理；NO-3-N含量變化范圍為8.69～198.20 mg·kg-1，未觀察到明顯的峰（圖5a和圖5b）。受低溫影響，追肥后土壤NH+4-N和NO-3-N含量都很低，分別為1.16～43.57 mg·kg-1和0.68～9.93 mg·kg-1，且施肥后第1 d CN處理土壤NH+4-N含量顯著低于NB處理。玉米季基肥期土壤NH+4-N含量變化范圍為2.18～23.93 mg·kg-1，施肥1 d后土壤NH+4-N含量迅速降至背景值，且NB處理含量顯著低于CN處理；追肥期土壤NH+4-N含量變幅為4.88～53.88 mg·kg-1，施肥后5 d內(nèi)土壤NH+4-N含量緩慢降低至背景值（圖5c）。玉米季基肥和追肥期土壤NO-3-N含量變化范圍分別為4.05～51.28 mg·kg-1和0.48～83.45 mg·kg-1，未觀察到明顯的峰（圖5d）。

在小麥季（表2），CN處理基肥和追肥期土壤NH+4-N平均含量分別為30.96 mg·kg-1和4.62 mg·kg-1，NB處理顯著增加追肥期土壤NH+4-N含量30.0%～59.1%；CN處理基肥和追肥期土壤NO-3-N平均含量分別為111.28 mg·kg-1和3.94 mg·kg-1，NB3和NB12處理分別降低基肥期土壤NO-3-N含量11.5%和10.9%。在玉米季，CN處理基肥和追肥期土壤NH+4-N平均含量分別為6.03 mg·kg-1和13.45 mg·kg-1，NB處理顯著降低了基肥期土壤NH+4-N含量14.8%～24.6%，而NB3和NB6處理則分別增加了追肥期土壤NH+4-N含量18.8%和19.3%；玉米季CN處理基肥和追肥期土壤NO-3-N平均含量分別為24.22 mg·kg-1和32.55 mg·kg-1，NB6處理增加基肥期土壤NO-3-N含量20.7%，相反降低追肥期土壤NO-3-N含量10.3%，而NB12處理只降低基肥期土壤NO-3-N含量7.3%。生物質(zhì)炭對(duì)小麥季和玉米季土壤pH無顯著影響。

表2小麥季和玉米季施肥后土壤NH+4-N及NO-3-N平均含量和土壤pHTable 2 Average concentration of soil NH+4-Nand NO-3-Nduring the wheat and maizeseasons，and soil pH

2.3.3 NH3揮發(fā)速率的影響因子

小麥季施肥處理NH3揮發(fā)速率與10 cm和15 cm處土壤溫度及土壤NH+4-N含量顯著正相關(guān)，與土壤水分含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。玉米季各處理NH3揮發(fā)速率與5、10、15 cm處土壤溫度顯著負(fù)相關(guān)，與土壤NH+

表3 NH3揮發(fā)速率與土壤溫度、孔隙含水量（WFPS）、NH+4-N和NO-3-N含量的相關(guān)性Table 3 Correlations between NH3 flux and soil temperature，WFPS，soil NH+4-Nand NO-3-Nconcentration

4-N含量顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 土壤NH3揮發(fā)的影響因素

環(huán)境因子，如土壤溫度、水分等，是NH3揮發(fā)的重要影響因素。溫度升高既提高了土壤脲酶活性，加速尿素水解成NH+4，也增加了液相中NH3/NH+4的比率和擴(kuò)散速率，促進(jìn)土壤NH3向大氣排放[18]。王玨等[19]研究發(fā)現(xiàn)，小麥季追肥期土壤持續(xù)低溫降低了脲酶活性，抑制了尿素水解，從而減少NH3揮發(fā)，這可能是本研究中小麥季追肥期NH3揮發(fā)速率顯著低于基肥期的原因之一。在本研究中，NH3揮發(fā)速率與土壤溫度呈顯著正相關(guān)，并且追肥后土壤NH+4-N和NO-3-N平均含量顯著低于基肥期，這進(jìn)一步證實(shí)低溫對(duì)脲酶活性的抑制。

Yan等[20]研究表明，NH3揮發(fā)對(duì)土壤水分的敏感性高于溫度，土壤水分對(duì)NH3揮發(fā)的解釋率達(dá)87.2%；在相同溫度下，增加土壤水分含量降低了NH3揮發(fā)。降雨和灌溉將肥料帶至底土層，有利于土壤或作物對(duì)NH+4的吸附/吸收[21]，同時(shí)增加了NH3擴(kuò)散到地表的阻力，這一影響效應(yīng)在保水保肥能力差的砂壤土中尤為明顯[22]。在本研究中，小麥季NH3揮發(fā)速率與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明灌溉也是追肥后NH3揮發(fā)速率低于基肥的重要原因。我們發(fā)現(xiàn)土壤溫度和水分對(duì)NH3揮發(fā)速率的解釋率分別為3.9%和82.4%，表明灌溉或降雨對(duì)NH3揮發(fā)速率的影響更強(qiáng)。

施肥方式通過改變氮素在土壤中的分布影響NH3揮發(fā)。與表施相比，氮肥深施降低NH3排放量61.7%[23]，主要是由于尿素深施有利于其水解產(chǎn)生的NH+4-N被土壤陽(yáng)離子交換復(fù)合體吸附，增加土壤對(duì)NH+4的固定，同時(shí)通過吸附降低了脲酶的活性[24-25]。另外，氮肥撒施后灌水、翻耕或條施覆土均能進(jìn)一步增加土壤對(duì)NH+4的固定，降低NH3揮發(fā)[26]。本研究中，施肥方式為基肥撒施后翻耕和追肥撒施后灌溉，兩種方式均能有效降低氮肥的NH3揮發(fā)損失。然而，玉米季追肥時(shí)預(yù)報(bào)有強(qiáng)降雨，實(shí)際降水量較少且未立即灌水，導(dǎo)致NH3揮發(fā)量顯著高于基肥。氮肥施用量也是NH3揮發(fā)的重要影響因素，當(dāng)華北平原潮土施氮量超過150 kg·hm-2時(shí)，小麥季NH3揮發(fā)量會(huì)顯著增加[27]。在本研究中小麥季常規(guī)施氮肥（以N計(jì)，下同）處理（200 kg·hm-2）NH3揮發(fā)的損失率為9.45%，高于倪康等[17]在同一地點(diǎn)、氮肥用量為150 kg·hm-2時(shí)的測(cè)定值（8.09%）。

Wang等[28]研究發(fā)現(xiàn)土壤pH越高，NH+4與OH-反應(yīng)生成NH3的速率越快，因此堿性土壤較中性和酸性土壤更易誘發(fā)NH3揮發(fā)。也有研究表明，砂質(zhì)土壤中氮肥的NH3排放系數(shù)為19%～36%，而黏性土壤中只有10%[24，29]，黏粒含量較高的土壤對(duì)NH+4的吸附能力較強(qiáng)，可更加有效地降低液相中NH+4的濃度，減少NH3揮發(fā)[30]。本研究土壤的pH為8.4、砂粒含量68%，屬于較易誘發(fā)NH3揮發(fā)的土壤，急需建立有效阻控NH3揮發(fā)損失的技術(shù)和方法。

3.2 田間老化生物質(zhì)炭對(duì)土壤NH3揮發(fā)的影響

生物質(zhì)炭對(duì)旱地土壤NH3揮發(fā)的影響效應(yīng)尚存在爭(zhēng)議。與單施氮肥相比，22.5 t·hm-2新鮮生物質(zhì)炭與82.5 kg·hm-2氮肥配施顯著降低了冬小麥生育前期潮土NH3揮發(fā)14.9%，主要原因?yàn)樯镔|(zhì)炭吸附了土壤中的NH+4和NH3[31]；相反，每季添加新鮮生物質(zhì)炭降低了土壤容重，增加潮土NH3揮發(fā)損失102%[32]。田間老化3 a后，20 t·hm-2生物質(zhì)炭顯著降低了小麥季NH3揮發(fā)36.6%，而40 t·hm-2生物質(zhì)炭則增加NH3揮發(fā)20.3%，可能是因?yàn)楦邉┝可镔|(zhì)炭顯著提高了土壤pH，而低用量生物質(zhì)炭老化過程中逐漸削減了其對(duì)土壤pH的影響效應(yīng)，相反卻逐漸增強(qiáng)其對(duì)NH+4-N的吸附能力[33]。本研究中3～12 t·hm-2生物質(zhì)炭田間老化3 a后分別降低小麥季和玉米季基肥期NH3揮發(fā)損失量17.5%～54.8%和6.0%～31.1%，抑制作用隨其用量增加而增強(qiáng)。同時(shí)，NH3揮發(fā)速率與土壤NH+4-N含量顯著正相關(guān)，峰值期NB處理土壤NH+4-N含量顯著低于CN處理也證實(shí)了生物質(zhì)炭對(duì)NH+4-N的吸附，這種吸附作用隨生物質(zhì)炭用量的增加而增強(qiáng)。生物質(zhì)炭田間老化后，其物理和化學(xué)性質(zhì)均發(fā)生改變，一些含氧官能團(tuán)例如羥基、酚羥基等將在其表面形成，增加表面負(fù)電荷和陽(yáng)離子交換量，促進(jìn)NH+4的吸附[15-16]?；适┯煤蠓麑⒎柿吓c生物質(zhì)炭充分混勻，生物質(zhì)炭能有效吸附尿素水解產(chǎn)生的NH+4，降低土壤NH+4-N含量，減緩NH+4向NH3的轉(zhuǎn)化和NH3揮發(fā)損失。

然而，生物質(zhì)炭對(duì)小麥季和玉米季追肥期NH3揮發(fā)的影響卻不一致。生物質(zhì)炭增加了小麥季追肥期土壤NH+4-N含量，但是不影響NH3揮發(fā)，可能是由于灌溉將撒施于土壤表面的尿素帶入土壤中，有利于生物質(zhì)炭吸附尿素水解產(chǎn)生的NH+4-N。另外，小麥季追肥期土壤溫度較低，減緩了尿素水解成NH+4-N的進(jìn)程，降低土壤NH3揮發(fā)，屏蔽了田間老化生物質(zhì)炭對(duì)NH3揮發(fā)的抑制作用。相反，生物質(zhì)炭顯著增加了玉米季追肥期NH3揮發(fā)損失。Wei等[12]研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭通過提高土壤pH促進(jìn)玉米季NH3揮發(fā)，Mandal等[8]也發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤pH＞8時(shí)，生物質(zhì)炭能進(jìn)一步提高土壤pH，促進(jìn)NH3揮發(fā)。雖然本研究中玉米季土壤pH從CN處理的8.06增至NB處理的8.12～8.15，但是施氮處理間差異不顯著。因此，生物質(zhì)炭導(dǎo)致的土壤pH微小增加可能不是NH3揮發(fā)增加的主要原因，更為可能的是：（1）追肥后尿素撒施在土壤表面，更高的土壤溫度加速尿素水解，導(dǎo)致土壤NH3分壓增加；（2）生物質(zhì)炭在基肥期已經(jīng)吸附了大量的NH+4，使其吸附能力降低[15]；（3）玉米季追肥期NB處理中土壤NH+4-N含量顯著高于CN處理（表2），說明生物質(zhì)炭釋放的NH+4（包括基肥期吸附的NH+4）多于其吸附的量，可能是由于部分基肥期吸附或固定的氮重新釋放到土壤，增加NH4+含量，而追肥期較高的土壤溫度和濕度促進(jìn)了該過程的進(jìn)行[34]。

Sha等[35]通過整合分析發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭5～15 t·hm-2與尿素（＜200 kg·hm-2，以N計(jì)）聯(lián)用能有效降低NH3揮發(fā)量，可能是由于生物質(zhì)炭對(duì)無機(jī)氮的吸附作用[36-37]。本研究中，6 t·hm-2和12 t·hm-2生物質(zhì)炭施用3 a后顯著降低了小麥-玉米輪作系統(tǒng)年度NH3揮發(fā)量，而3 t·hm-2無顯著效果，進(jìn)一步證明了生物質(zhì)炭的吸附作用對(duì)減少土壤NH3揮發(fā)損失的重要性。

4 結(jié)論

（1）施用3 a后，生物質(zhì)炭降低小麥產(chǎn)量和籽粒氮吸收量；生物質(zhì)炭對(duì)玉米產(chǎn)量無影響，但增加了其籽粒氮吸收量。

（2）田間老化3 a后，生物質(zhì)炭降低小麥季和玉米季基肥期肥料氮誘導(dǎo)的NH3揮發(fā)量，對(duì)小麥季追肥期NH3揮發(fā)量無顯著影響，但增加玉米季追肥期NH3揮發(fā)量。

（3）6 t·hm-2和12 t·hm-2生物質(zhì)炭田間老化3 a后降低全年肥料氮誘導(dǎo)的NH3揮發(fā)量和單位產(chǎn)量NH3揮發(fā)量。