肖霜霜，葉瑩瑩，陳武榮，肖丹，毛兵，張偉*，王克林

（1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.南寧師范大學(xué)廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530000；3. 南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530000；4. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

氧化亞氮（N2O）是一種主要的溫室氣體，全球每年向大氣排放約16至20 Tg/a，其中，農(nóng)業(yè)占人為N2O排放量的67%~80%[1]，大約50%的人為N2O排放源于耕地[2]。然而，以往研究表明翻耕擾動(dòng)對(duì)土壤N2O排放的影響存在爭(zhēng)議。有人認(rèn)為傳統(tǒng)翻耕措施減少了N2O排放[3-4]，也有研究表明翻耕顯著增加N2O排放量[5-6]或無顯著影響[7]。造成這些研究結(jié)果不一致的原因主要是翻耕擾動(dòng)引起土壤性質(zhì)發(fā)生變化，如土壤水分溫度[8-9]、物理結(jié)構(gòu)[10-11]、基質(zhì)[12-13]及微生物等[14-15]，最終導(dǎo)致土壤N2O排放規(guī)律不同。因此，翻耕措施對(duì)土壤N2O排放的影響可能會(huì)由于翻耕強(qiáng)度、土壤性質(zhì)或當(dāng)?shù)貧夂驐l件等影響而變化各異，各地區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的N2O排放規(guī)律及主要影響因子具有較大不確定性，因此仍需進(jìn)一步研究。

我國是世界上喀斯特面積最大、分布最廣的國家，主要集中在西南區(qū)域，具有土壤淺薄、土被不連續(xù)、土壤pH值高和生態(tài)系統(tǒng)脆弱等特征[16]。以往研究表明喀斯特地區(qū)土壤總氮高于同緯度非喀斯特地區(qū)[17]，但在人為干擾下氮素迅速丟失，尤其是開墾兩年后，喀斯特土壤速效氮損失率高達(dá)38%[18]。在前期研究中，我們發(fā)現(xiàn)該地區(qū)開墾初期由翻耕擾動(dòng)觸發(fā)的全氮損失主要由5~8 mm大團(tuán)聚體破碎造成[19]。土壤N2O排放是土壤氮素?fù)p失的重要途徑之一?？λ固氐貐^(qū)耕作擾動(dòng)導(dǎo)致總氮迅速損失的背景下，土壤N2O排放規(guī)律如何仍不清晰。因此，揭示翻耕擾動(dòng)下喀斯特土壤N2O排放規(guī)律及其影響因子，是全面了解土壤氮素快速損失機(jī)理的重要部分。針對(duì)以上問題，我們基于中科院環(huán)江喀斯特野外試驗(yàn)站原位翻耕模擬小區(qū)，研究不同翻耕頻率下土壤N2O的排放規(guī)律，并解析土壤團(tuán)聚體、基質(zhì)、溫度及水分等土壤性質(zhì)對(duì)N2O排放的影響，以期為喀斯特地區(qū)減少N2O排放，選擇合理田間管理方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究試驗(yàn)區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)環(huán)江毛南族自治縣中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研 究 站（24°43′58.9″~24°44′48.8″N，108°18′56.9″~108°19′58.4″E）。研究區(qū)位于典型喀斯特峰叢洼地地貌區(qū)，是云貴高原向廣西丘陵過渡的九萬大山坡麓地帶，具有峰叢洼地地貌的特有特征。土壤為石灰土，具有高黏土和高鈣特征，土壤質(zhì)地為粘壤土，屬于典型亞熱帶季風(fēng)氣候，日照數(shù)較長(zhǎng)，平均約為1 451 h，年平均氣溫約為18.5 ℃，年平均降雨量約為1 380 mm，雨季主要發(fā)生在4月至9月，10月至次年3月氣候相對(duì)干燥。1985年之后，由于研究區(qū)居民全部外遷，耕地全部撂荒，進(jìn)入自然恢復(fù)狀態(tài)[19]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合前期調(diào)查，2013年底在中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站選取典型坡腳部位建立樣地。試驗(yàn)區(qū)建設(shè)之前覆蓋植被為灌木林，主要優(yōu)勢(shì)種為三對(duì)節(jié)（Clerodendrum serratum）、八角楓（Alangium chinense(Lour.)Harms）、千里光（Senecio scandens Buch.-Ham. ex D. Don.）等。喀斯特地區(qū)種植玉米主要為2季，保護(hù)性耕種時(shí)為免耕，傳統(tǒng)種植時(shí)在播種前進(jìn)行翻耕，中耕除草作為傳統(tǒng)除草措施仍存在于當(dāng)?shù)靥镩g管理。為了研究作為物理擾動(dòng)的翻耕如何引起土壤理化性質(zhì)變化進(jìn)而影響N2O排放，我們?cè)诘厣现脖槐灰瞥螅捎猛耆S機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5種翻耕頻率：1）T0為對(duì)照不翻耕處理；2）T1為每六個(gè)月翻耕一次；3）T2為每四個(gè)月翻耕一次；4）T3為每?jī)蓚€(gè)月翻耕一次；5）T4為每個(gè)月翻耕一次。每個(gè)處理為2 m ×2 m小區(qū)，均為4個(gè)重復(fù)。各微區(qū)四周由PVC板隔斷，PVC板地下埋深為30 cm，以阻礙相鄰小區(qū)土壤側(cè)向的養(yǎng)分流動(dòng)；地上出露20 cm，以阻斷周圍地表徑流的流入。微區(qū)內(nèi)安插模擬仿真植物代替農(nóng)作物（玉米），簡(jiǎn)化試驗(yàn)影響因素，消除試驗(yàn)過程中作物根際分泌對(duì)土壤N2O排放的影響，從而更明確地研究翻耕措施對(duì)N2O排放的影響規(guī)律和機(jī)制（圖1）。翻耕方式采用該地區(qū)普遍的手動(dòng)翻耕，翻耕深度為0~15 cm。小區(qū)建立后經(jīng)過6個(gè)月的穩(wěn)定期，2014年7月開始施加處理，于每月第1天進(jìn)行翻耕。

1.3 樣品采集和處理

從2014年7月至2015年6月采集N2O氣體樣品。由于參考相關(guān)文獻(xiàn)[20]及預(yù)實(shí)驗(yàn)，土壤N2O排放變化主要發(fā)生在施加翻耕處理后一周內(nèi)，之后趨于穩(wěn)定；且本翻耕模擬實(shí)驗(yàn)無施肥、灌溉及作物生長(zhǎng)等因素影響。因此本研究在翻耕第一周每隔兩天采集一次，翻耕當(dāng)月月末采集一次，即第1、3、5、7和30 d。采樣時(shí)間為上午9:00~10:00，該時(shí)間段內(nèi)測(cè)定的土壤氣體排放速率可代表日均排放速率[21]。采用靜態(tài)箱氣體收集裝置采集，采樣箱由箱蓋和底座組成，箱蓋是由PVC材料做成的圓柱體，尺寸為直徑25 cm，高度為35 cm。在每個(gè)小區(qū)中間放置一個(gè)采氣箱。箱上安裝有橡膠塞，用注射器抽取氣體。在氣體采集時(shí)，高35 cm的靜態(tài)箱嵌入圓環(huán)底座的凹槽中，凹槽倒入適量水作空氣密封，扣箱后用60 mL塑料注射器于0、15、30、45、60 min抽取箱內(nèi)氣體。用12 mL的真空瓶收集氣體，N2O利用氣相色譜分析。

為研究土壤理化性質(zhì)對(duì)N2O年累積排放的影響，在翻耕處理實(shí)施一年后（2015年7月）采集表層0~10 cm混合土壤樣品和原狀土壤樣品。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)采集5個(gè)樣點(diǎn)的土樣并混合均勻，即為混合土壤樣品?；旌贤翗訋Щ貙?shí)驗(yàn)室保存在4 ℃的冰箱以備后續(xù)測(cè)定?；旌贤翗訙y(cè)定分成兩部分，一部分鮮樣過10 mm篩，用于測(cè)定土壤微生物生物量碳（MBC）、銨態(tài)氮（NH4

+）和硝態(tài)氮（NO3ˉ）。另一部分風(fēng)干后過0.15 mm篩，用于測(cè)定土壤總氮（TN）、pH、交換性鈣離子（Ca2+）及砂粒含量。原狀土采集和處理方法為：用刀移除土壤表層雜物，在每個(gè)小區(qū)左下角取高、長(zhǎng)、寬為10 cm×15 cm×12 cm的整個(gè)土塊，盡量不使土體結(jié)構(gòu)被破壞，放置在硬質(zhì)保鮮盒帶回實(shí)驗(yàn)室。采回的原狀土在室內(nèi)沿自然裂隙小心掰成直徑約8 mm的小土塊，除去植物殘?bào)w，小石塊以及蚯蚓等，為后續(xù)的團(tuán)聚體分級(jí)做準(zhǔn)備。

1.4 樣品測(cè)定與計(jì)算

氣體樣品分析：采用氣相色譜儀分析N2O的濃度；N2O檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器（ECD），載氣為N2，流量為30 mL/min，檢測(cè)器溫度為300 ℃，分離柱溫度為55 ℃；通過測(cè)定5個(gè)氣樣濃度進(jìn)行線性回歸，得出氣體排放速率，進(jìn)而求出氣體的排放通量[22]；當(dāng)N2O測(cè)定分析出現(xiàn)負(fù)通量時(shí)，進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，具體參考鄭循華和王睿[23]文獻(xiàn)。

N2O的排放通量計(jì)算公式為：

式中：F為N2O排放通量（以N計(jì)）（mg/(m2·h)）；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度（1.98 kg/m3）；V為密閉箱內(nèi)有效的空間體積（m3）；A為密閉箱覆蓋的水面面積（m2）；Δc為N2O氣體濃度差（表示為占空氣的體積分?jǐn)?shù)）；Δt為采樣的時(shí)間間隔（h）；T為采樣時(shí)密閉箱的溫度（℃）。

N2O累積排放量計(jì)算：

式中：Ec為N2O累積排放量（mg/m2）；F為N2O排放通量（mg/(m2·h)）；ti+1-ti為第i和i+1次采樣的時(shí)間間隔（d）；n為觀測(cè)期間總測(cè)定次數(shù)。

土壤樣品分析：團(tuán)聚體分離參考干篩過程[24]：將土樣放置在一套網(wǎng)篩上（2 mm和0.25 mm），用干篩儀器進(jìn)行分離，振幅1.5 mm，振動(dòng)2 min。對(duì)各層篩子上土樣進(jìn)行收集，土壤團(tuán)聚體被分成>2 mm、0.25~2 mm和<0.25 mm 3個(gè)粒級(jí)。TN含量采用碳氮元素儀（Vario MAX CN，Elementar, Germany）測(cè)定。NH4+和NO3ˉ用2 mol/L KCl浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3, SEAL, Germany）進(jìn)行測(cè)定。土壤MBC測(cè)定采用熏蒸浸提法[25]，用0.5 mol/L K2SO4浸提，浸提液里總有機(jī)碳用TOC分析儀（Model TOC-VCPH,Shimadzu, Tokyo, Japan）測(cè)定，具體計(jì)算公式為：MBC=EC/kEC，式中EC為熏蒸土壤提取的有機(jī)碳減去不熏蒸土壤提取的有機(jī)碳，kEC為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取值0.45[26]。土壤pH采用pH計(jì)測(cè)定。Ca2+含量采用原子吸收光譜儀（Avanta M，GBC，澳大利亞）測(cè)定。

1.5 土壤溫度和含水量監(jiān)測(cè)

土壤溫度動(dòng)態(tài)利用紐扣式溫度記錄儀（iButton，DS1990A-F5 ；Maxim Integrated，美國）監(jiān)測(cè)，埋設(shè)深度為地表以下5 cm。土壤濕度的測(cè)定采用鮮土烘干法，每隔一個(gè)月，用鋁盒采集0~10 cm深度處的土壤樣品，稱取鮮土重后于105 ℃烘干至恒重，再稱取烘干土的重量，計(jì)算可得土壤重量含水量。

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在分析前進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊次性檢驗(yàn)。利用單因素方差分析（ANOVA）比較不同翻耕頻率下N2O月排放量、季節(jié)排放量及土壤性質(zhì)的差異，利用雙因素方差分析（Two-way ANOVA）比較翻耕處理和采樣月份對(duì)N2O累積排放量、土壤月溫度及含水量的影響，采用Duncan方法檢驗(yàn)顯著性水平，在5%顯著性水平下確定顯著性。利用Pearson相關(guān)分析評(píng)價(jià)土壤性質(zhì)與N2O累積排放量的關(guān)系。采用多元線性逐步回歸方法分析土壤性質(zhì)對(duì)N2O累積排放量解釋變量的貢獻(xiàn)。采用結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）探討翻耕擾動(dòng)下土壤性質(zhì)對(duì)N2O排放的影響路徑。SEM只包括與N2O累積排放量顯著相關(guān)的土壤性質(zhì)，為避免模型信息冗余，以相關(guān)性更好的NO3ˉ代表底物；采用團(tuán)聚體>2 mm和0.25~2 mm主成分降維，用第一軸的結(jié)果代表團(tuán)聚體。采用P值、χ2、擬合優(yōu)度指數(shù)（GFI）和均方根近似誤差（RMSEA）評(píng)估結(jié)構(gòu)方程模型擬合[27]。為了確保數(shù)據(jù)符合SEM中的正態(tài)性假設(shè)，所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化。SEM分析采用Amos 21.0，其他統(tǒng)計(jì)均在SPSS 16中實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 翻耕擾動(dòng)下N2O排放量的變化規(guī)律

由圖2可知，中高頻翻耕處理（T2、T3和T4）的N2O月排放量整體低于免耕處理（T0）。土壤N2O月排放量在10月到次年3月較低，為1.97~ 8.84 mg/m2；在4月到9月較高，為3.13~ 25.52 mg/m2。雙因素方差結(jié)果表明翻耕處理顯著影響N2O月排放量，且由于采樣月份不同，N2O月排放量有顯著差異（P<0.001）。

N2O年累積排放量表現(xiàn)為：T2、T3和T4顯著低于T0（P<0.05），分別降低29.37%，37.30%和29.55%；T1和T0無顯著差異（圖3）。這表明相比免耕，中高頻翻耕顯著減少土壤N2O年累積排放量。各處理累積排放的季節(jié)變化規(guī)律一致，均為夏季>春季>秋季>冬季。夏季的N2O累積排放量在T1處理呈現(xiàn)最高值，其他處理均無顯著差異；春季和秋季的N2O累積排放量為T2、T3和T4顯著低于免耕；冬季的N2O累積排放量在所有處理中無顯著差異。

2.2 翻耕擾動(dòng)對(duì)土壤性質(zhì)的影響

翻耕擾動(dòng)對(duì)土壤溫度及含水量的影響（圖4）：雙因素方差結(jié)果顯示土壤溫度和含水量因采樣月份不同而差異顯著（P<0.001）；翻耕處理顯著影響土壤溫度，而對(duì)土壤含水量無顯著影響。單因素方差分析表明在2014年7月、8月、9月、11月及2015年1月不同翻耕處理之間土壤溫度差異顯著。

經(jīng)過一年翻耕擾動(dòng)后土壤理化性質(zhì)特征為：隨翻耕頻率增加，土壤團(tuán)聚體>2 mm呈降低趨勢(shì)，0.25~2 mm呈增加趨勢(shì)。土壤總氮、硝態(tài)氮及可溶性有機(jī)氮均在T0處理下為最高值，T1、T2和T3次之，T4為最低，這表明翻耕擾動(dòng)減少了土壤氮素。MBC和砂粒含量隨翻耕頻率增加而依次降低（表1）。

表 1 一年翻耕實(shí)驗(yàn)后土壤性質(zhì)特征Table 1 Soil properties after one-year ploughing experiment

2.3 土壤溫度和水分對(duì)N2O月排放量的影響

土壤溫度、水分與N2O每月累積排放量之間的關(guān)系如圖5所示：各翻耕處理下N2O累積排放量隨土壤溫度升高而呈指數(shù)增長(zhǎng)，且與溫度達(dá)到極顯著相關(guān)水平（P<0.001）；各翻耕處理下N2O累積排放量隨土壤含水量升高而呈二次方程關(guān)系變化，各處理均達(dá)到極顯著相關(guān)水平。

2.4 土壤性質(zhì)對(duì)N2O累積排放量的影響

N2O累積年排放量與土壤TN、NO3ˉ、MBC呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與團(tuán)聚體粒級(jí)>2 mm呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與0.25~2 mm呈顯著負(fù)相關(guān)（表2）。這表明翻耕擾動(dòng)下土壤TN、NO3ˉ、MBC和團(tuán)聚體（>2 mm和0.25~2 mm）是影響N2O年累積排放量的因素。土壤多元逐步回歸分析剔除對(duì)N2O年累積排放影響不顯著及共線性因子，得出回歸方程N(yùn)2O=0.662MBC，R2=0.407，F(xiàn)=14.05，P=0.001。這表明MBC對(duì)N2O排放有較大的解釋度，能單獨(dú)解釋N2O排放量變異的40.7%，是影響土壤N2O排放的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)構(gòu)方程模型合理地?cái)M合了我們的假設(shè)（χ2= 0.308，DF= 1，P= 0.579，GFI= 0.994，RMSEA<0.001），并解釋了N2O年累積排放量總方差的48%（圖6）。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果表明，翻耕擾動(dòng)主要通過調(diào)控土壤MBC，進(jìn)而影響N2O年累積排放量；NO3ˉ對(duì)N2O年累積排放量有直接作用，也可通過MBC間接影響N2O排放。因果模型直接和間接影響的詳細(xì)信息見圖7。

表2 土壤性質(zhì)與N2O年排放量的相關(guān)性Table 2 Relationships between soil properties and annual N2O emission

3 討論

3.1 翻耕擾動(dòng)對(duì)土壤N2O排放的影響

我們研究表明，中高頻翻耕顯著減少土壤N2O年排放總量（圖3）。一般而言，翻耕措施會(huì)增加土壤的通氣性，過多曝氣條件不利于反硝化作用，從而導(dǎo)致土壤N2O排放量降低[3]；另一方面，高強(qiáng)度翻耕加劇土壤氮素?fù)p失，造成反硝化作用的底物減少，進(jìn)而限制土壤N2O排放[4]。然而，很多研究者持相反觀點(diǎn)，認(rèn)為由耕作引起的適當(dāng)土壤擾動(dòng)能提供適宜的曝氣條件，給N2O變成N2前提供更好的擴(kuò)散逃逸機(jī)會(huì)，從而增加N2O排放[5]。適當(dāng)土壤擾動(dòng)也能一定程度破壞大孔隙和大團(tuán)聚體，降低孔隙度并形成缺氧環(huán)境，同時(shí)暴露更多土壤有機(jī)物，為反硝化提供能量和底物供應(yīng)，造成較高的反硝化速率，促進(jìn)N2O產(chǎn)生和排放[6]。此外，孫鈺翔等[7]通過盆栽實(shí)驗(yàn)表明攪動(dòng)處理的紅壤水稻土N2O總排放量顯著高于不攪動(dòng)處理，而攪動(dòng)對(duì)湖白土的N2O排放無顯著影響。以上均說明翻耕措施對(duì)土壤N2O排放的影響規(guī)律不僅與翻耕強(qiáng)度有關(guān)，還與土壤性質(zhì)密切相關(guān)。我們?cè)囼?yàn)中模擬翻耕使用的梨耕是喀斯特當(dāng)?shù)亓?xí)慣耕作方式。相對(duì)于鑿耕等保護(hù)性耕作，梨耕為傳統(tǒng)翻耕，對(duì)土壤擾動(dòng)程度較大；并且研究區(qū)土壤屬于壤土，本身通氣條件較好，翻耕措施容易使土壤過度曝氣，降低N2O排放。

3.2 土壤溫度和含水量對(duì)N2O排放變化的影響

隨土壤溫度增加，各翻耕擾動(dòng)下N2O累積排放量均呈指數(shù)增長(zhǎng)（圖5）。以往研究表明，一定溫度范圍內(nèi)土壤N2O排放速率隨著土壤溫度增加而升高[8]，這主要是由于較高溫度能增強(qiáng)微生物活性，特別是硝化和反硝化菌，進(jìn)而促進(jìn)N2O排放。但也有研究表明，在低溫環(huán)境下土壤溫度和N2O排放量關(guān)系并不明確，伍延正等[21]對(duì)不同土地利用方式下冬季土壤N2O排放研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度>5 ℃時(shí)，N2O排放量與土壤溫度呈顯著正相關(guān)，但溫度<5 ℃時(shí)二者無顯著關(guān)系。這可能是由于低溫范圍內(nèi)，土壤溫度變化對(duì)微生物活性（如反硝化細(xì)菌）影響較小[9]。由于我們研究區(qū)全年氣溫在較高范圍內(nèi)，因此N2O排放量隨土壤溫度增加而呈現(xiàn)上升規(guī)律。此外，本研究中土壤含水量與N2O累積排放量為二次方程關(guān)系，呈先增加后降低趨勢(shì)。土壤含水量的提高通常能引起土壤N2O大量排放[28]。因?yàn)橥寥浪譅顩r決定了大氣和土壤之間的O2交換和可用性，從而控制反硝化過程和N2O排放[29]。但當(dāng)土壤含水量達(dá)到高水平時(shí)，雖然反硝化作用加強(qiáng)，但土壤通氣性變差，同時(shí)也限制了O2的可用性，導(dǎo)致N2O向大氣擴(kuò)散受阻，進(jìn)一步被完全還原成N2，反而削弱了N2O的排放[30]。

3.3 土壤生物地球化學(xué)性質(zhì)對(duì)N2O排放的影響

以往研究表明，擁有較多大團(tuán)聚體的土壤往往比擁有較多微團(tuán)聚體的土壤排放更多N2O[10]。因?yàn)榇髨F(tuán)聚體能保持較高水分含量，降低O2通透性，形成厭氧內(nèi)核促進(jìn)N2O產(chǎn)生[31]。這與我們的研究結(jié)果一致，N2O年累積排放量與>2 mm大團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)，與0.25~2 mm小團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)。但有研究者持相反觀點(diǎn)，耕地中分離的小團(tuán)聚體能夠釋放更高的N2O，主要是由于土壤小團(tuán)聚體具有較高的表面體積比，其有效碳氮基質(zhì)暴露在微生物的比例較高，是硝化菌和反硝化菌生長(zhǎng)偏好的微環(huán)境[11]。其他也有研究表明，土壤N2O排放量和團(tuán)聚體粒級(jí)大小沒有密切關(guān)系[32]，因?yàn)樵趯?shí)際耕作環(huán)境中，土壤壓實(shí)作用比團(tuán)聚體更能影響土壤通氣性，進(jìn)而決定N2O排放[33]。我們翻耕模擬試驗(yàn)中，由于壓實(shí)活動(dòng)較少，土壤N2O排放主要受團(tuán)聚體粒級(jí)影響。

土壤NO3ˉ和NH4+作為基質(zhì)，是N2O排放的主要來源[12]。我們的研究結(jié)果顯示，N2O累積排放量與土壤NO3ˉ呈極顯著正相關(guān)。亞熱帶茶園N2O排放規(guī)律研究中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，土壤NO3ˉ與N2O排放呈顯著正相關(guān)，土壤NO3ˉ對(duì)N2O排放變化有較大的解釋率[8]。Qiu等[13]也指出，土壤N2O排放與礦質(zhì)氮線性相關(guān)，表明礦質(zhì)氮為反硝化提供了更多基質(zhì)，對(duì)土壤N2O排放產(chǎn)生了積極影響。本研究中與土壤N2O排放密切相關(guān)的礦質(zhì)氮是NO3ˉ，但與NH4

+無顯著相關(guān)性。這主要是由于喀斯特地區(qū)石灰土高pH，促進(jìn)土壤NH4+硝化產(chǎn)生NO3ˉ，從而抑制NH4+在土層中積累[34]。其他研究也顯示土壤環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，N2O排放的變化很大程度上取決于土壤NO3

ˉ含量[35]。SEM模型表明，NO3ˉ除了作為基質(zhì)的直接作用外，還可以通過改變土壤微生物間接影響N2O排放（圖6），這與Li等[36]研究結(jié)果一致。土壤氮基質(zhì)的增加會(huì)改變土壤微生物生物量，進(jìn)而影響反硝化速率[37]。

土壤MBC是土壤微生物生物量的表征之一，對(duì)許多微生物驅(qū)動(dòng)的過程有顯著影響[38]，對(duì)土壤N2O排放具有積極作用[14]。我們研究表明，翻耕擾動(dòng)下MBC是影響土壤N2O排放的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，能作為N2O排放的有力預(yù)測(cè)因子。這與諸多報(bào)道一致[14-15]，隨著土壤微生物生物量的增加，生物活性可能刺激生物化學(xué)過程，如反硝化作用，進(jìn)而增加N2O的產(chǎn)生[15]。然而Lin等[39]指出，水稻田、林地和丘陵山地的土壤MBC與N2O排放均具有顯著正相關(guān)，而在果園中二者無顯著相關(guān)性。學(xué)者們指出雖然大范圍生態(tài)系統(tǒng)中氮轉(zhuǎn)化與微生物生物量呈正相關(guān)[40]，但實(shí)際上土壤N2O排放主要由特定的硝化微生物和反硝化微生物來決定[41]。當(dāng)土壤采用特殊管理措施（例如覆蓋作物或施用肥料）時(shí)，會(huì)對(duì)特定功能性微生物種群產(chǎn)生重大影響[42]，從而破壞微生物生物量與氮轉(zhuǎn)化的密切關(guān)系。

4 結(jié)論

1）雙因素方差結(jié)果顯示，N2O月排放量受翻耕影響，并且因采樣月份不同而差異顯著。各處理的土壤N2O累積排放量在夏季最高，其次是春秋季，冬季最低。N2O年累積排放量表現(xiàn)為中高頻翻耕（T2、T3和T4）顯著低于免耕，低頻翻耕（T1）略高于免耕，但無顯著性。各處理N2O累積排放量與土壤溫度呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，與土壤含水量呈二次方程關(guān)系，且各處理均達(dá)到極顯著相關(guān)水平。

2）Pearson相關(guān)性分析表明，團(tuán)聚體(>2 mm和0.25~2 mm)、總氮、NO3ˉ及MBC均 與N2O年累積排放量有顯著相關(guān)性，是影響土壤N2O排放的因素。多元逐步回歸顯示，MBC能單獨(dú)解釋土壤N2O排放變異的40.7%。SEM模型顯示，翻耕擾動(dòng)主要通過調(diào)控土壤MBC進(jìn)而影響N2O年累積排放量；NO3

ˉ對(duì)N2O年累積排放量有直接作用，也可通過MBC間接影響N2O排放。以上表明土壤MBC是翻耕作用下影響N2O排放的主導(dǎo)因素。