摘要：為量化環(huán)境因子、施肥技術(shù)、糞污理化特性等因素對(duì)液態(tài)糞污還田利用后氨排放系數(shù)的影響，本研究采用Meta分析的方法，通過(guò)對(duì)52篇文獻(xiàn)、總計(jì)454組數(shù)據(jù)的分析，探究了土壤性質(zhì)、液態(tài)糞污性質(zhì)、農(nóng)田管理措施等16個(gè)因素對(duì)土壤氨排放系數(shù)的影響，并利用MatLab機(jī)器學(xué)習(xí)器訓(xùn)練和構(gòu)建氨排放系數(shù)模型，對(duì)農(nóng)田氨排放系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)糞污類型、糞污干物質(zhì)含量、液態(tài)糞污施用方式、土壤pH是影響氨排放系數(shù)最重要的因素。在26個(gè)訓(xùn)練模型中，高斯過(guò)程模型（指數(shù)GPR）的決定系數(shù)（0．64）和均方根誤差（0.067）均在所有模型中最優(yōu)，且氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.91，該模型不僅成功預(yù)測(cè)了糞污施用技術(shù)對(duì)氨排放系數(shù)的影響，同時(shí)還可系統(tǒng)對(duì)比液態(tài)糞污的前期處理方式及其干物質(zhì)含量、pH等理化特性對(duì)還田后氨排放系數(shù)的影響，但對(duì)不同質(zhì)地土壤的氨排放系數(shù)識(shí)別度較低。本研究構(gòu)建的液態(tài)糞污氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型，不僅可較好地反映施肥技術(shù)、環(huán)境因子等因素對(duì)氨排放的影響，同時(shí)系統(tǒng)揭示了養(yǎng)殖場(chǎng)液態(tài)糞污理化特性和管理方式對(duì)還田土壤的氨排放系數(shù)的影響。

關(guān)鍵詞：液態(tài)糞污；農(nóng)田土壤；氨排放系數(shù)；Meta分析；機(jī)器學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：X713;TP181 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）09-2145-10 doi：10.11654/jaes.2023-0895

液態(tài)糞污是規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)最重要的糞污類型之一，同時(shí)也是養(yǎng)殖業(yè)重要的污染物排放源。液態(tài)糞污富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，且容易被作物吸收，從而能夠顯著提高小麥、玉米、水稻等作物產(chǎn)量，且提高程度隨著糞水?dāng)y帶氮量的增加而增加。因此，農(nóng)田利用是液態(tài)糞污最有效的資源化利用方式，其不僅能減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的壓力，緩解水資源緊缺和水體氨污染，又能為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)，大量減少化肥施用量。

然而，在糞污農(nóng)田利用的過(guò)程中通常會(huì)引起氨揮發(fā)．其揮發(fā)量和糞污的理化性質(zhì)、田間管理措施等因素密切相關(guān)。例如，吳華山等采用田間試驗(yàn)方法研究了在春、夏兩季玉米上施用豬糞沼液對(duì)土壤氨揮發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)施用沼液處理的氨揮發(fā)量較單施化肥升高，且氨揮發(fā)損失量隨沼液施用量的增加而增加。此外，沼液、養(yǎng)殖肥水等液態(tài)糞污還田后的氨揮發(fā)不僅與試驗(yàn)地氣溫存在正相關(guān)關(guān)系問(wèn)，而且隨著土壤pH升高、NH+4向NH3的轉(zhuǎn)化加劇還會(huì)導(dǎo)致氨排放速率上升。由此可見(jiàn)，液態(tài)糞污還田是大氣氨的重要來(lái)源之一。

鑒于大氣氨濃度升高不僅會(huì)導(dǎo)致PM2.5的形成、降低空氣質(zhì)量，有可能通過(guò)呼吸道和心血管疾病降低人類的預(yù)期壽命，還會(huì)因?yàn)榘背两翟黾佣鴮?dǎo)致土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化等現(xiàn)象，并引起一氧化氮和氧化亞氮的排放，危及生態(tài)系統(tǒng)功能。因此，探究農(nóng)田土壤氨揮發(fā)減排策略對(duì)提高氮肥利用率、減少環(huán)境污染具有重要意義，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效和生態(tài)綠色可持續(xù)發(fā)展面臨的必然選擇。由于液態(tài)糞污農(nóng)田施用后的氨揮發(fā)受施肥方式、氣候類型、土壤質(zhì)地等諸多因素影響，已有的氨排放研究無(wú)法覆蓋所有氣候條件、土壤類型、作物類型等條件下的氨排放系數(shù)，因此如何利用已有研究結(jié)果構(gòu)建針對(duì)上述條件的氨排放系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)已成為精準(zhǔn)評(píng)估糞污還田氮素?fù)p失及其大氣環(huán)境影響的重大需求。

Meta-analysis（整合分析）是一種對(duì)若干獨(dú)立研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法。該方法主要通過(guò)對(duì)某一研究?jī)?nèi)容的多個(gè)相似研究結(jié)果進(jìn)行合并，從而解決某個(gè)獨(dú)立研究無(wú)法解釋的問(wèn)題，是從定量的角度對(duì)此研究?jī)?nèi)容進(jìn)行再分析。Meta分析在全球的溫室氣體排放特征及其影響因素研究方面應(yīng)用廣泛。機(jī)器學(xué)習(xí)可以處理預(yù)測(cè)因子和目標(biāo)變量之間的復(fù)雜關(guān)系，具有預(yù)測(cè)性能高、異構(gòu)性好、計(jì)算時(shí)間短、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，也常被用于預(yù)測(cè)土壤溫室氣體排放。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，前人多通過(guò)Meta分析綜合分析化肥或堆肥施用對(duì)作物產(chǎn)量及農(nóng)田溫室氣體排放的影響，而較少涉及到液態(tài)糞污施用對(duì)土壤氨揮發(fā)的影響。

因此，本文基于2023年12月前全球農(nóng)田液態(tài)糞污施用的研究數(shù)據(jù)，以施用液態(tài)糞污對(duì)氨揮發(fā)的影響進(jìn)行了綜合Meta分析，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建模型，基于統(tǒng)計(jì)資料和再分析資料，進(jìn)一步揭示了不同自然條件及農(nóng)田管理措施下，施用液態(tài)糞污對(duì)農(nóng)田土壤氨排放系數(shù)的影響，以期為液態(tài)糞污高效還田以及農(nóng)田氨減排措施的篩選、制定和推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

本研究以沼液、液態(tài)糞污、養(yǎng)殖廢水、豬糞、牛糞、氨揮發(fā)等為中文關(guān)鍵詞，以slurry、liquid manure、digestate、biogas fluid、ammonia、NH3、emission等為英文關(guān)鍵詞，在中國(guó)知網(wǎng)、Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索了從1995年至2023年公開發(fā)表的有關(guān)農(nóng)田氨排放的文獻(xiàn)，篩選標(biāo)準(zhǔn)為：①所選文獻(xiàn)必須有明確液態(tài)糞污施用以及氨排放相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)；②本研究中所需相關(guān)數(shù)據(jù)能夠直接從圖、表或文中進(jìn)行提取，或者可以從文獻(xiàn)中計(jì)算獲得；③不包括評(píng)價(jià)類、綜述類、模擬數(shù)據(jù)類文獻(xiàn)；④相同數(shù)據(jù)出現(xiàn)在不同文獻(xiàn)中選擇信息更為全面的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。基于以上篩選標(biāo)準(zhǔn)，獲得52篇有效文獻(xiàn)，采集了454組數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分類

將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分類，按照自然因素以及農(nóng)田管理措施的不同將數(shù)據(jù)分為兩大類。自然因素中，共包含6種氣候類型以及5種土壤質(zhì)地；農(nóng)田管理措施方面，共劃分為4種糞污類型、3種糞污原料以及5種施肥方式。針對(duì)數(shù)據(jù)中的具體數(shù)值，土壤pH值從4.5到9.0呈正態(tài)分布，其中pH值6.0-7.5的樣品占總體的62.5%；糞污pH值同樣呈正態(tài)分布，其中pH值7.5-8.0的樣品占總體的60.7%。糞污干物質(zhì)含量、氨態(tài)氮含量呈核平滑分布（Kernal smooth），其中干物質(zhì)含量集中于4%-6%，氨態(tài)氮含量以0-2 g·kg-1居多。具體各數(shù)據(jù)分布情況及數(shù)據(jù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1和圖1。

1.3 氨排放系數(shù)的主要影響因素檢驗(yàn)

本研究旨在構(gòu)建可反映不同環(huán)境和管理?xiàng)l件下液態(tài)糞污的氨排放系數(shù)模型與方法，首先，通過(guò)公式（1）計(jì)算了不同研究中液態(tài)糞污單獨(dú)施用條件下的氨排放系數(shù)（EF）：

EF=EL-ECK/Ninput（1）

式中：EL表示液態(tài)糞污處理的氨排放量，kg·hm-2（以N計(jì)）；ECK為對(duì)照不施氮處理的氨排放量，kg·hm-2（以N計(jì)）；Ninput為液態(tài)糞污處理施氮量，kg·hm-2（以N計(jì)）。將排放系數(shù)與相應(yīng)的管理方式（施肥方式）、土壤理化特性、液態(tài)糞污理化特性等關(guān)鍵指標(biāo)共同形成數(shù)據(jù)庫(kù)，其中土壤、氣候等環(huán)境變量3個(gè)，液態(tài)糞肥理化特性變量4個(gè)，液態(tài)糞肥施用技術(shù)類變量8個(gè)，氨排放監(jiān)測(cè)方法變量1個(gè)。

其次，分別按照土壤質(zhì)地、施肥方式、液態(tài)糞污來(lái)源與管理等主要指標(biāo)進(jìn)行分類，評(píng)估數(shù)據(jù)集中氨排放系數(shù)分布特征，并對(duì)分類后各組氨排放系數(shù)進(jìn)行Q檢驗(yàn)（P＞0．1）以及組間異質(zhì)性（P）占比的計(jì)算，以確定數(shù)據(jù)合并時(shí)的效應(yīng)模型（公式2和公式3）：

式中：wi為第i組數(shù)據(jù)權(quán)重；n為各組的樣本量；Esi為某組中第i個(gè)研究的氨排放系數(shù)；Es為所有研究的氨排放系數(shù)的均值。

最后，計(jì)算各分類數(shù)據(jù)集的平均值及其置信區(qū)間（95%），利用F方差分析檢驗(yàn)不同分類方式下氨排放系數(shù)的差異顯著性（α=0．05），初步確定液態(tài)糞污農(nóng)田施用后主要的影響因素。

1.4 氨排放系數(shù)回歸模型訓(xùn)練與校驗(yàn)

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)匯總，本研究以環(huán)境變量、液態(tài)糞肥理化特性變量、液態(tài)糞肥施用技術(shù)類變量、氨排放監(jiān)測(cè)方法變量為預(yù)測(cè)變量（x），氨排放系數(shù)為因變量（y），利用MatLab 2023a中的回歸機(jī)器學(xué)習(xí)（RegressionLeamer），訓(xùn)練復(fù)雜條件下液態(tài)糞污施用后的氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型。該軟件有線性回歸、回歸樹、支持向量機(jī)、高斯過(guò)程回歸、集成樹、核逼近回歸、神經(jīng)系統(tǒng)回歸模型等7大類，共可產(chǎn)生26個(gè)亞類的回歸模型。

在模型訓(xùn)練過(guò)程中，本研究首先將16個(gè)因素全部作為預(yù)測(cè)變量，以均方根誤差（RSME）和決定系數(shù)（R2）作為判別指標(biāo)，針對(duì)訓(xùn)練所得的26個(gè)回歸模型進(jìn)行比較，篩選出最優(yōu)的訓(xùn)練模型。在此基礎(chǔ)上，利用該軟件中針對(duì)預(yù)測(cè)變量基于F檢驗(yàn)的重要性指數(shù)作為評(píng)判依據(jù)，逐步剔除對(duì)模型準(zhǔn)確性影響極小的預(yù)測(cè)變量，建立液態(tài)糞污農(nóng)田施用氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)預(yù)測(cè)不同施肥方式、土壤類型、液態(tài)糞污理化特性與管理方式等組合條件下的氨排放系數(shù)，通過(guò)已有研究結(jié)果的交叉印證，核實(shí)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和可信性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本研究采用SPSS 2021軟件分析不同分類條件下氨排放系數(shù)的異質(zhì)性，利用MatLab 2023a中的回歸學(xué)習(xí)器訓(xùn)練液態(tài)糞污施入農(nóng)田后的氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型。數(shù)據(jù)顯著性檢驗(yàn)均為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境條件、糞污特性與施用技術(shù)對(duì)氨排放系數(shù)的影響

本研究將建立的液態(tài)糞污氨排放系數(shù)數(shù)據(jù)集分別按照環(huán)境因子（氣候和土壤）、施肥技術(shù)（施肥方式、有機(jī)無(wú)機(jī)配施比例、用量等）、糞污特性（糞污來(lái)源、干物質(zhì)含量、pH等）等因素進(jìn)行分類，初步明確上述因素對(duì)氨排放系數(shù)的概略影響。

2.1.1 氣候、土壤等環(huán)境條件對(duì)氨排放系數(shù)的影響

由圖2可知，相較而言，施用液態(tài)糞污后黏土的氨排放系數(shù)最低，且顯著低于黏壤土、壤土和砂壤土，其排放系數(shù)約占其他土壤質(zhì)地下的18.0%-26.7%。在砂土、砂壤土、壤土、黏壤土之間，施用液態(tài)糞肥后氨排放系數(shù)無(wú)顯著差異。土壤pH對(duì)氨排放系數(shù)也有一定的影響，其中土壤pH≤8時(shí)，不同pH范圍的氨排放系數(shù)無(wú)顯著差異，但土壤pH＞8時(shí)，其氨排放系數(shù)較pH≤8的土壤低25.5%-45.3%，且差異達(dá)顯著水平。在氣候類型方面，溫帶海洋氣候下的氨排放系數(shù)顯著高于除溫帶季風(fēng)氣候之外的其他氣候類型，而亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸氣候和地中海氣候區(qū)之間無(wú)顯著差異，熱帶氣候明顯低于其他氣候類型下的氨排放系數(shù)。綜上可知，土壤質(zhì)地、pH以及氣候等環(huán)境因子均對(duì)液態(tài)糞肥氨排放系數(shù)具有較大的影響。

2.1.2 施肥技術(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)氨排放系數(shù)的影響

由圖3可知，表施和牽引式軟管施用的氨排放系數(shù)（0.138和0.112）顯著高于混施（0.037）、注射（0.069）、灌溉（0.054）等施肥方式，表明相較于液態(tài)糞肥表施，深施或施肥后灌水可使氨排放系數(shù)降低38.7%-73.2%。盡管土壤氨排放系數(shù)隨施氮量增加呈降低的趨勢(shì)，但不同施用量間差異不顯著。不同肥料類型之間，施用液態(tài)糞污的氨排放系數(shù)（0.098）略高于尿素（0.080）或復(fù)合肥（0.062）等化肥，但顯著低于固體有機(jī)肥（0.201）。相較于有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施，100%有機(jī)肥替代會(huì)在一定程度上增加土壤氨排放系數(shù)，平均漲幅約49.5%。此外，在施用液態(tài)糞污土壤中添加生物炭、脲酶抑制劑和硝化抑制劑對(duì)氨排放系數(shù)無(wú)顯著影響。

本研究還發(fā)現(xiàn)，液態(tài)糞肥施用后氨排放系數(shù)還受氨揮發(fā)測(cè)定方法的影響，例如靜態(tài)室法的排放系數(shù)（0.071）明顯低于微氣象學(xué)法（0.111）和流動(dòng)室法（0.087），盡管3種不同測(cè)定方法的處理間差異不顯著。此外，相對(duì)于作物全生育期的氨揮發(fā)測(cè)定來(lái)說(shuō)，非全生育期或未種植作物下測(cè)定的氨排放系數(shù)顯著高于前者，升高幅度達(dá)75.0%。上述結(jié)果表明，液態(tài)糞肥施肥技術(shù)和氨排放監(jiān)測(cè)技術(shù)均是影響氨排放系數(shù)的重要因素。

2.1.3 液態(tài)糞肥特性對(duì)氨排放系數(shù)的影響

由圖4可知，液態(tài)糞肥前期處理方式對(duì)氨排放系數(shù)影響較大。其中未發(fā)酵糞液的氨排放系數(shù)達(dá)到0.106，顯著高于沼液氨排放系數(shù)（0.076），固液分離的液態(tài)組分及其厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的氨排放系數(shù)分別為0.046和0.024，顯著低于前兩者。養(yǎng)殖糞水經(jīng)固液分離后可使得液態(tài)糞肥或沼液氨排放系數(shù)降低57.0%-68.4%。此外，液態(tài)糞肥氨排放系數(shù)隨干物質(zhì)含量下降而逐漸減低，且干物質(zhì)含量≤4%時(shí)，其氨排放系數(shù)顯著低于＞4%的糞污。本研究發(fā)現(xiàn)，源于豬糞、牛糞的液態(tài)糞污占總數(shù)據(jù)量的87.4%，其余12.6%的糞污主要源于羊糞、雞糞、生活污水等，但豬糞（0.095）、牛糞（0.080）和其他糞污類型（0.102）之間的氨排放系數(shù)無(wú)顯著差異。此外，液態(tài)糞肥氨排放系數(shù)也不同程度受到糞污pH和銨態(tài)氮含量的影響，其中糞污pH＞8（0.073）或6＜pH≤7（0.070）條件下的氨排放系數(shù)相當(dāng)，且均低于7＜pH≤8的氨排放系數(shù)（0．097）；且pH≤6的糞污氨排放系數(shù)顯著低于pH＞6的處理。同時(shí)，土壤氨排放系數(shù)還與液態(tài)糞污中銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，有隨氨氮含量增加而逐漸增加的趨勢(shì)。上述分析表明，液態(tài)糞污處理技術(shù)以及其相應(yīng)的理化特性均為影響其氨排放系數(shù)的重要因素。

2.2 液態(tài)糞污農(nóng)田施用下氨排放系數(shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型特性解析

本研究利用MatLab 2023a軟件中的回歸學(xué)習(xí)器訓(xùn)練氨排放系數(shù)對(duì)不同管理方式和環(huán)境變量的回歸模型。訓(xùn)練的模型包括了該軟件中所有的模型（共26個(gè)模型），經(jīng)過(guò)初步篩選，發(fā)現(xiàn)高斯過(guò)程模型（指數(shù)GPR）的R2和RSME均為所有模型中最優(yōu)（圖5），且氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.91。本研究以該模型為最優(yōu)模型，逐步探討不同管理因子（16個(gè)因素）對(duì)液態(tài)糞污施入土壤后的氨排放系數(shù)敏感性和相對(duì)貢獻(xiàn)（圖6a）。如圖6b所示，基于F檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)變量重要性指數(shù)以及模型預(yù)測(cè)值的R2對(duì)預(yù)測(cè)變量的響應(yīng)均表明，糞污施用方式、糞污干物質(zhì)含量、試驗(yàn)地點(diǎn)所處氣候帶、糞污類型、測(cè)定時(shí)間（是否全生育期）以及土壤pH是影響氨排放系數(shù)最重要的因素。

2.3 液態(tài)糞污農(nóng)田施用下氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型的有效性評(píng)估

為了檢驗(yàn)訓(xùn)練模型針對(duì)液態(tài)糞污類型、糞污理化特性、土壤質(zhì)地以及糞污施用技術(shù)的敏感性，本研究分別在保持其他變量不變的情景下，首先預(yù)測(cè)了不同類型液態(tài)糞肥的氨排放系數(shù)隨其干物質(zhì)含量和pH的響應(yīng)。由圖7可知，未發(fā)酵糞水（圖7a）、液態(tài)分離組分（圖7b）、沼液（圖7c）和分離組分的發(fā)酵產(chǎn)物（圖7d）的氨排放系數(shù)對(duì)其pH和干物質(zhì)含量響應(yīng)的特征基本相同，但未發(fā)酵糞水的氨排放系數(shù)略高于其他3種類型；4種類型液態(tài)糞污的氨排放系數(shù)均隨干物質(zhì)含量的增加而逐漸升高，但當(dāng)干物質(zhì)含量超過(guò)8%之后，增幅快速下降并趨近恒定（符合“直線+平臺(tái)”特征）；此外，4種液態(tài)糞污氨排放系數(shù)均隨其pH增大呈現(xiàn)拋物線分布，且在pH為7.0-7.5時(shí)達(dá)到最大值。結(jié)果表明本研究構(gòu)建的氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)模型能夠?yàn)轲B(yǎng)殖場(chǎng)液態(tài)糞污前期管理方式評(píng)估和農(nóng)田施用后氨排放損失評(píng)估和減排提供技術(shù)指導(dǎo)。

另外，本研究還以未發(fā)酵糞水為例，預(yù)測(cè)了不同施肥方式和不同土壤質(zhì)地條件下的氨排放系數(shù)。由圖8可知，砂壤土和黏壤土的氨排放系數(shù)略高于其他3種類型土壤，且黏土的氨排放系數(shù)最低。不同施肥方式之間，液態(tài)糞肥表施的氨排放系數(shù)最高，可達(dá)到0.169-0.202，其次為軟管拖施技術(shù)，為0.106-0.123，施肥后灌水、混施和注施方法的氨排放系數(shù)基本相同，為0.065-0.086。由此可見(jiàn)，本研究構(gòu)建的模型能夠較好地為液態(tài)糞污農(nóng)田施用技術(shù)選擇及其潛在環(huán)境影響提供幫助。

3 討論

3.1 回歸模型

隨著種養(yǎng)結(jié)合和循環(huán)農(nóng)業(yè)的快速和深入發(fā)展，養(yǎng)殖場(chǎng)液態(tài)糞污的管理及其還田利用技術(shù)日趨規(guī)范。因此，如何量化液態(tài)糞污類型和農(nóng)田施用后氨排放是精準(zhǔn)評(píng)估糞肥施用技術(shù)、貫徹農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要需求。本研究通過(guò)利用MatLab軟件中的回歸學(xué)習(xí)器訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)高斯過(guò)程模型（指數(shù)GPR）的R2和RSME均為所有模型中最優(yōu)，且氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.91。與線性回歸模型等其他模型相比，該模型是一種基于核策略的非參數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，參數(shù)少、易解讀，具有概率意義，但其弱點(diǎn)在于揭示和理解各類管理、環(huán)境因子等因素對(duì)氨排放系數(shù)的貢獻(xiàn)時(shí)相對(duì)比較困難。這主要是由于本研究中涉及的糞肥施用方式、氣候類型、糞污來(lái)源等均屬于分類變量，這也是線性回歸模型無(wú)法提供準(zhǔn)確性高的預(yù)測(cè)模型的根本原因。

3.2 氨排放系數(shù)預(yù)測(cè)值的合理性

在檢驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的合理性時(shí)，本研究采用構(gòu)建的模型預(yù)測(cè)了表施、軟管拖施和地下注射等主流糞肥施用方式對(duì)氨排放系數(shù)的影響，證實(shí)了采用灌溉、注入、混施的方法施肥相對(duì)于表施和牽引式軟管施用可以明顯降低氨排放系數(shù)，這些結(jié)果與前人結(jié)果基本吻合。例如，Sherman等、Webb等均發(fā)現(xiàn)通過(guò)注入方式施肥，或者糞肥施用于土壤后立即對(duì)土壤進(jìn)行耕作，可大幅降低氨揮發(fā)，這是因?yàn)樯钍?huì)使土壤膠體吸附更多的NH+4，從而降低了NH+4濃度和氨揮發(fā)。此外，施肥和灌溉相結(jié)合也可有效降低氨排放系數(shù)，這是由于灌溉水可將肥料帶人土壤深層，不僅增加了NH+4被土壤膠體吸附或作物吸收的機(jī)會(huì)，還增加了NH3到土壤表層的阻力。

在土壤質(zhì)地方面，前人多認(rèn)為質(zhì)地黏重的土壤中氨排放量小于質(zhì)地粗松的土壤，因?yàn)橥寥鲤ち：客ㄟ^(guò)影響土壤的透氣性和對(duì)陽(yáng)離子的吸附性來(lái)影響土壤氨排放，黏土具有較好的吸附性且通氣透水性較弱，導(dǎo)致了其對(duì)NH+4具有較強(qiáng)的吸附作用，可以有效降低土壤液相中的NH+4濃度，同時(shí)不利于生成的NH3由土壤向空氣中擴(kuò)散。但本研究模型預(yù)測(cè)的5種不同質(zhì)地的土壤氨排放系數(shù)比較接近，尚不能準(zhǔn)確揭示該特征，未來(lái)仍需要對(duì)此開展更加深入的研究。

液態(tài)糞污來(lái)源迥異，其干物質(zhì)含量、pH、養(yǎng)分含量等理化特性也存在巨大差異。通過(guò)本研究的模型預(yù)測(cè)，未發(fā)酵糞水的氨揮發(fā)系數(shù)明顯高于液態(tài)分離組分、沼液、糞水發(fā)酵等類型，推測(cè)其原因可能是前者由于有機(jī)顆粒含量較高，使得施入土壤后氨氮在土壤中下滲速率偏低，導(dǎo)致表層土壤NH+4較高、氨排放量大。而經(jīng)過(guò)固液分離、厭氧發(fā)酵后的液態(tài)糞肥有機(jī)顆粒減少，有利于糞肥中氨氮隨水向土壤深層運(yùn)移，增加了氨向土壤表層移動(dòng)的阻力。

3.3 對(duì)液態(tài)糞污管理和農(nóng)田施用的啟示

本研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)糞污氨排放系數(shù)隨pH增大呈現(xiàn)出拋物線分布特征，且在pH為7.0-7.5時(shí)存在最大值。這可能是糞污pH呈酸性時(shí)，氨氮主要以NH+4形式存在，這極大地抑制了糞肥施人土壤后的氨排放；而當(dāng)液態(tài)糞污pH為堿性時(shí)，可能會(huì)因?yàn)榧S污前期存儲(chǔ)過(guò)程中氨揮發(fā)偏高，而使得施入土壤后易揮發(fā)的NH+4濃度較低，最終導(dǎo)致氨排放系數(shù)偏低。上述模擬結(jié)果可充分表明，用硫酸等酸性物質(zhì)降低液態(tài)糞污pH不僅可降低存儲(chǔ)階段氨排放，還可能降低還田后的氨排放。

養(yǎng)殖場(chǎng)液態(tài)糞污的含水量達(dá)90%以上，在施氮量相同的情況下，糞污本身氨氮含量越低，施肥時(shí)土壤獲得的水分越多，氨揮發(fā)量越低。本研究還發(fā)現(xiàn)液態(tài)糞污干物質(zhì)含量也是影響氨排放系數(shù)的重要指標(biāo)，這也為我國(guó)當(dāng)前提倡和鼓勵(lì)針對(duì)未發(fā)酵糞水進(jìn)行固液分離的科學(xué)性提供了佐證，即將其干物質(zhì)含量控制在5%以下，這不僅有利于降低糞水中的化學(xué)需氧量，減輕環(huán)境排放壓力，同時(shí)也為降低糞水還田利用過(guò)程中氨排放及其環(huán)境影響提供了重要的理論依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）本研究通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)糞污類型、液態(tài)糞污施用方式、糞污干物質(zhì)含量及其pH均是影響液態(tài)糞污還田后氨排放系數(shù)的主要因素，其中經(jīng)分離后的液態(tài)糞污（干物質(zhì)含量低于4%）的氨排放系數(shù)顯著低于未分離的糞污，而混施、灌溉、注施等施肥方式的氨排放系數(shù)顯著低于表施和軟管牽引施肥。

（2）利用機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建指數(shù)型高斯過(guò)程模型較好地重現(xiàn)了Meta分析的結(jié)果，計(jì)算得到液態(tài)糞肥表施的氨排放系數(shù)為0.169-0.202，軟管牽引施肥技術(shù)的為0.106-0.123，而施肥后灌水、混施和注施方法的氨排放系數(shù)基本相同，為0.065-0.086。因此，該模型可作為篩選液態(tài)糞污農(nóng)田氨減排技術(shù)的參考工具。

（3）利用訓(xùn)練模型明確了液態(tài)糞污的氨排放系數(shù)與其干物質(zhì)含量呈現(xiàn)“直線+平臺(tái)”的特征（拐點(diǎn)約為8%），而與其pH呈現(xiàn)拋物線分布特征（7.0-7.5時(shí)達(dá)到最大值），表明控制液態(tài)糞污干物質(zhì)含量和pH也是降低氨排放系數(shù)的有效措施。該訓(xùn)練模型對(duì)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)液態(tài)糞污前期處理技術(shù)的選擇具有較好的指導(dǎo)作用。

（責(zé)任編輯：李丹）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42375170）；河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（21327303D）