摘要：針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)源氨排放過(guò)高的問(wèn)題，本研究通過(guò)探究有機(jī)肥減量配施外源碳基肥（生物炭及腐植酸）對(duì)設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)及黃瓜產(chǎn)量的影響，并結(jié)合高通量qPCR基因芯片技術(shù)，研究影響氨揮發(fā)的微生物學(xué)機(jī)制，明晰設(shè)施菜地有效的氨減排措施。以天津市武清區(qū)設(shè)施菜地為研究對(duì)象，本研究共設(shè)置5個(gè)處理：不施氮CK、推薦施肥量N1（37 500 kg·hm-2有機(jī)肥）、推薦施肥量配施腐植酸NIF（37 500 kg·hm-2有機(jī)肥+2 250 kg·hm-2腐植酸）、推薦施肥量配施生物炭NIB（37 500 kg·hm-2有機(jī)肥+40 t·hm-2生物炭）、農(nóng)民常規(guī)用量N2（60 000 kg·hm-2有機(jī)肥）。結(jié)果表明：不同處理氨揮發(fā)動(dòng)態(tài)基本一致，N2處理氨揮發(fā)速率處于較高水平。隨著施肥量的增加，土壤氨揮發(fā)累積量逐漸增加，氨揮發(fā)累積量從高到低依次為N2、N1、N1B、N1F、CK，NIF處理和NIB處理較N2處理顯著降低了24.5%和21.0%的氨揮發(fā)累積量（P＜0．05）。N2處理土壤在末果期銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理；N1、N1F、N1B處理在盛果期和末果期土壤硝態(tài)氮含量顯著高于N2處理。施肥以及配施生物炭和腐植酸均能顯著增加AOA -amoA基因豐度，與CK相比，N1、N2的AOA-amoA基因豐度顯著提高（P＜O．05）；與N2、N1相比，NIF和NIB處理AOA-amoA基因豐度顯著提高（P＜0．05）。推薦施肥量增加了土壤AOB-amoA的基因豐度，配施腐植酸和生物炭無(wú)顯著影響。Mantel test結(jié)果表明，NH+4-N含量、AOA -amoA、AOB-amoA能夠顯著影響設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)。減量施肥配施生物炭和腐植酸能夠在一定程度上降低設(shè)施菜地土壤的氨揮發(fā)量，且腐植酸配施效果更好，并能夠有效固持土壤的無(wú)機(jī)氮。N1、N1F、N1B各處理保證了作物產(chǎn)量并較N2處理顯著提高了氮素利用率。綜合考慮農(nóng)學(xué)和環(huán)境效益，有機(jī)肥減量配施腐植酸N1F為適宜的施肥方式。

關(guān)鍵詞：設(shè)施菜地；有機(jī)肥減量配施；氨揮發(fā)；土壤無(wú)機(jī)氮；生物炭；腐植酸；黃瓜

中圖分類(lèi)號(hào)：S626；S642.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）07-1677-10 doi：10.11654/jaes.2023-1109

氨（NH3）是大氣中主要的堿性氣體，在全球氮循環(huán)中起重要作用，其中農(nóng)業(yè)來(lái)源占其全球總排放量的81%以上。目前，中國(guó)、印度和美國(guó)的氨排放量占全球的47%，且氮肥用量過(guò)度的情況嚴(yán)重，我國(guó)的氨排放主要來(lái)自于農(nóng)田。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)是一種集約化的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)過(guò)程中需要大量的氮肥投入，使氮素的投入量遠(yuǎn)高于作物需氮量及推薦施肥量，導(dǎo)致土壤中的氮素累積，降低設(shè)施菜地氮素利用率，造成氨揮發(fā)及多種環(huán)境問(wèn)題。研究表明，我國(guó)設(shè)施菜地每季蔬菜氮素總投入量約為863 kg·hm-2（以N計(jì)，下同），輸出量為539 kg·hm-2，每一生長(zhǎng)季仍有13.1%的氮素通過(guò)氨揮發(fā)的方式輸出。氨排放會(huì)產(chǎn)生多種大氣環(huán)境問(wèn)題，在霧霾污染嚴(yán)重的北方地區(qū)，氨是形成PM2.5的重要前體物質(zhì)，對(duì)人體健康和空氣能見(jiàn)度都會(huì)造成不利影響。同時(shí)，氨可以通過(guò)酸沉降導(dǎo)致土壤酸化和水體富營(yíng)養(yǎng)化，降低生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，通過(guò)調(diào)控氮素投入來(lái)控制設(shè)施菜地氨揮發(fā)對(duì)于降低我國(guó)農(nóng)業(yè)源氨排放、提升環(huán)境質(zhì)量、減少大氣環(huán)境污染十分重要。

在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，施用有機(jī)肥替代化肥是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要管理措施。畜禽糞肥碳氮比較低，在土壤中易礦化分解釋放無(wú)機(jī)氮，生成氨揮發(fā)過(guò)程及氨氧化過(guò)程的底物，氨氧化是硝化過(guò)程的第一步和限速步驟，由氨氧化古菌和細(xì)菌產(chǎn)生的氨單加氧酶（AOA-amoA和AOB-amoA基因）催化使肥料氮素進(jìn)入農(nóng)田氮循環(huán)過(guò)程當(dāng)中。

生物炭和腐植酸是富碳的固體材料，具有高孔隙度、大比表面積等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)土壤中的礦質(zhì)氮有較強(qiáng)的吸附作用，通過(guò)與化肥配施或者單施，發(fā)揮治理環(huán)境污染、土壤改良和調(diào)節(jié)農(nóng)田氮循環(huán)等作用。近年來(lái)，施肥配施富碳外源物質(zhì)減排增效的研究成果較多。Pang等對(duì)灰化土的研究表明，配施褐煤腐植酸降低了土壤的pH，但增加了土壤的氨揮發(fā)量；Zhang等通過(guò)施用腐植酸尿素發(fā)現(xiàn)，腐植酸能夠固持土壤中的無(wú)機(jī)氮，同時(shí)降低了氮素流失；Amin等的研究發(fā)現(xiàn)，不同種類(lèi)的生物炭施用能夠吸附土壤中無(wú)機(jī)氮，但對(duì)于氨揮發(fā)的影響不一。目前多數(shù)研究者聚焦于配施方式對(duì)露天菜地、農(nóng)田氮素表觀損失的影響，對(duì)于配施腐植酸、生物炭對(duì)設(shè)施菜地氨揮發(fā)和氨氧化過(guò)程影響的研究無(wú)明確定論，對(duì)有機(jī)肥施用下氨氧化微生物變化研究相對(duì)較少。

本研究以天津市武清區(qū)設(shè)施蔬菜核心產(chǎn)區(qū)為研究對(duì)象，以夏秋季設(shè)施菜地主要作物黃瓜為研究材料，通過(guò)大田試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)施肥梯度，在推薦施肥量下配施生物炭和腐植酸，共5個(gè)不同施肥處理，分析有機(jī)肥減量配施方式下設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)特征，結(jié)合高通量qPCR基因芯片技術(shù)，探明有機(jī)肥減量配施外源碳基肥（生物炭和腐植酸）對(duì)設(shè)施菜地氨氧化微生物的影響機(jī)制，明確設(shè)施菜地種植模式下有效的氨減排措施，旨在為設(shè)施菜地綠色生產(chǎn)、減排增效的施肥措施的確定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)在天津市武清區(qū)大良鎮(zhèn)設(shè)施蔬菜核心產(chǎn)區(qū)（39°32＇05＂N、117°02＇46＂E）中進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為532 mm，年平均氣溫為13.5℃，年光照時(shí)間為2 392 h。供試大棚為典型的日光溫室大棚，棚頂部用聚乙烯薄膜覆蓋，且不具備額外的加熱系統(tǒng)。土壤質(zhì)地為壤質(zhì)潮土，試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，具有良好的排灌條件，監(jiān)測(cè)周期內(nèi)棚內(nèi)溫度及濕度見(jiàn)圖1。0-20 cm供試土壤采樣時(shí)間為2021年11月22日，基本理化性質(zhì)：硝態(tài)氮150.4 mg·kg-1，銨態(tài)氮29mg·kg-1，土壤有機(jī)碳9.6 g·kg-1，全氮1.1 g·kg-1，全磷0.9 g·kg-1，電導(dǎo)率0.2μS·cm-1，陽(yáng)離子交換量17.1cmol·kg-1，pH為8.09。所用礦源硝基腐植酸由河南修邦生態(tài)科技有限公司提供，pH 4.7，總氮5.41 g·kg-1，總碳375.77 g·kg-1，陽(yáng)離子交換量57.4 cmol·kg-1，腐植酸含量57.4 mg·kg-1。供試稻殼生物炭由河南三利新能源公司提供，為500℃厭氧熱解制備，pH 8.9，總氮5.96 g·kg-1，總碳445.01 g·kg-1，陽(yáng)離子交換量4.5cmol·kg-1，比表面積7.25 m2·g-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)黃瓜供試品種為津美9號(hào)，共設(shè)5個(gè)處理：不施氮（CK）；推薦施肥量（N1）；推薦施肥量配施腐植酸（N1F）；推薦施肥量配施生物炭（N1B）；農(nóng)民常規(guī)用量（N2）。肥料施用方案見(jiàn)表1。N1為常規(guī)施肥量減施＞35%，推薦施肥量確定方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[23]，N2由對(duì)武清區(qū)大良鎮(zhèn)農(nóng)戶調(diào)研所得。腐植酸施用量為2 250 kg·hm-2，生物炭施用量為40 t·hm-2。基肥為牛糞有機(jī)肥，追肥為水溶肥，采用水肥一體化灌溉，水溶肥中N -P2O5-K2O的比例為15 -15 -10，氮素形態(tài)為硝態(tài)氮、酰胺態(tài)氮，比例為4：6，總氮素含量150 g·L-1。黃瓜全生育期內(nèi)總計(jì)追肥20次（生長(zhǎng)期4次；坐果期5次；盛果期7次；末果期4次），追肥時(shí)間間隔為3-5d。各處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，各小區(qū)長(zhǎng)9m，寬5m（3條種植溝，6行作物），小區(qū)間隔1.0 m。田間管理按照常規(guī)管理進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 氨揮發(fā)測(cè)定與計(jì)算

本試驗(yàn)采用被動(dòng)吸附法監(jiān)測(cè)土壤氨揮發(fā)。捕獲裝置由PVC管和兩片浸過(guò)磷酸甘油溶液的海綿構(gòu)成，塑料管內(nèi)徑為16 cm，高10 cm；海綿直徑為16cm，厚度為2cm，海綿浸以15 mL的磷酸甘油溶液（50 mL磷酸、40 mL丙三醇，定容到1 000 mL）后，置于PVC管中，下層的海綿距土壤4cm，用于吸收土壤中揮發(fā)的氨，上層的海綿與管頂部相平，用于吸收外界氣體防止污染。裝置放置于兩行作物中間的表層土壤并固定，施肥后固定時(shí)間更換，每Sd內(nèi)更換一次，更換頻率視海綿濕潤(rùn)程度而定。下層海綿置于300 mL（1 mol·L-1） KCl溶液中浸提1h，浸提液通過(guò)流動(dòng)注射分析儀AA3（SEAL Analytical，德國(guó)）測(cè)定氨濃度。氨揮發(fā)通量（kg·hm-2·d-1）計(jì)算方法為：

NH3-N=[M/（A×D）]/100

式中：M為單個(gè)裝置每次測(cè)得的氨量，mg;A為收集裝置的截面積，m2；D為每次連續(xù)收集的時(shí)間，d。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

在黃瓜生育期內(nèi)，用直徑5 cm的土鉆在每小區(qū)內(nèi)選取5個(gè)遠(yuǎn)離采樣設(shè)備的樣點(diǎn)采集表層土（0-20cm），充分混勻后分成兩份進(jìn)行干燥和冷凍，用于測(cè)定土壤相關(guān)理化指標(biāo)。土壤NH+4-N和NO-3-N用0.01mol·L-1 CaCl2溶液浸提，25℃恒溫振蕩后過(guò)濾，采用流動(dòng)注射分析儀AA3測(cè)定土壤中NH+4-N和NO-3-N含量；土壤pH采用電位法（水土比2.5：1）測(cè)定。

1.3.3 微生物樣品采集與測(cè)定

各小區(qū)采集0-20 cm土層土壤，過(guò)篩混勻后存至-80℃冰箱。AOA-amoA、AOB-amoA基因采用基因芯片技術(shù)測(cè)定，按照DNA試劑盒說(shuō)明進(jìn)行培養(yǎng)后土壤樣本提取，并用Qubit 4．0（Thermo Fisher Scientific，Waltham，美國(guó)）儀器對(duì)樣本中DNA的總量和純度進(jìn)行檢測(cè)，合格好后將DNA添加到384孔板作為樣本板，并將引物和其他qPCR所用試劑添加到另一384孔板作為引物板，通過(guò)自動(dòng)設(shè)備將樣品和引物中試劑添加到高通量qPCR芯片微孔中，并在實(shí)時(shí)定量PCR系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)和熒光信號(hào)檢測(cè)以及擴(kuò)增曲線和溶解曲線生成。根據(jù)實(shí)時(shí)定量PCR系統(tǒng)中的Ct值進(jìn)行質(zhì)量控制和基因檢測(cè)統(tǒng)計(jì)。功能基因的qPCR引物見(jiàn)表2。

1.3.4 植物樣品收集與測(cè)定

黃瓜產(chǎn)量于連續(xù)采收后在結(jié)束期合并計(jì)產(chǎn)，在每個(gè)小區(qū)取2株植株地上部及地下部，地上部在105℃殺青后，70℃烘至質(zhì)量恒定，根系用蒸餾水洗凈后烘干，稱(chēng)量計(jì)算生物量和根冠比。

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)產(chǎn)量）／施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮區(qū)產(chǎn)量／施氮量

1.4 數(shù)據(jù)處理與繪圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2019進(jìn)行整理，Origin 2021繪圖，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析及顯著性檢驗(yàn)（P＜0．05），利用Duncan法進(jìn)行均值比較，使用R Studio（R4.2．0）進(jìn)行Mantel test及Pear-son相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥減量配施下設(shè)施菜地土壤無(wú)機(jī)氮含量的變化

如圖2所示，黃瓜的整個(gè)生育期內(nèi)，CK、N1、N2處理土壤NH+4-N含量均呈上升趨勢(shì)，N1F和N1B處理均呈先上升后下降趨勢(shì)。在黃瓜生長(zhǎng)期內(nèi)，各處理土壤NH+4-N含量變化范圍為2.13-3.38 mg·kg-1。N1、N1F、NIB下各處理NH+4-N含量低于N2處理，N1、N1F和N1B處理分別較N2處理NH+4-N含量分別降低了18.9%、18.7%和37.0%（P＜0.05）。在坐果期內(nèi)，N1B處理土壤NH+4-N含量顯著高于N2處理，在盛果期則無(wú)顯著差異。在坐果期和盛果期，N2處理土壤NH+4-N含量顯著低于N1和N1F處理（P＜0．05）。在末果期，不同施肥量處理土壤NH+4-N含量均顯著高于其他處理，N1F、N1B處理土壤NH+4-N含量處于較低水平。

如圖3所示，在生長(zhǎng)期內(nèi)，N2處理土壤NO-3-N含量在生長(zhǎng)期顯著高于其他處理（P＜0.05），在后續(xù)黃瓜關(guān)鍵生育期內(nèi)均顯著低于N1F和N1B處理。N1處理在生長(zhǎng)期和坐果期NO-3-N含量顯著低于N2處理，在盛果期和末果期較N2處理土壤N03-N含量分別提升了18.64、17.66 mg·kg-1。在盛果期，N1F和N1B處理均達(dá)到土壤NO-3-N含量峰值，分別為64.06、56.30mg·kg-1。在推薦施肥量下，坐果期NIF和NIB處理土壤NO-3-N含量顯著高于N1處理；在末果期，N培處理顯著高于N1和N1F處理，N1和N1F處理無(wú)顯著差異。

2.2 有機(jī)肥減量配施下設(shè)施菜地氨揮發(fā)速率動(dòng)態(tài)變化

由圖4可知，不同施肥處理下，設(shè)施菜地氨揮發(fā)變化趨勢(shì)基本一致，排放峰均出現(xiàn)在追肥后。隨著追肥次數(shù)的增加，氨揮發(fā)速率呈脈沖式變化。除N1F處理外，各處理在第3天均達(dá)到氨排放峰值，峰值范圍為0.15-0.23 kg·hm-2·d-1，N1、N2峰值均高于其他處理。在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，各處理氨揮發(fā)平均速率從大到?。╧g·hm-2·d-1）分別為：N2 （0.127＞N1 （0.122＞N1B（0.103）＞N1F（0.096）＞CK（0.095）。

2.3 有機(jī)肥減量配施下設(shè)施菜地的氨揮發(fā)累積量

圖5顯示，各處理累積氨揮發(fā)量范圍為4.68-6.53 kg·hm-2，各處理（除NIF）氨揮發(fā)累積量（kg·hm-2）均與CK處理有顯著差異（P＜0．05），具體表現(xiàn)為N2 （6.53）＞N1 （6.30）＞N1B （5.16）＞N1F （4.92）＞CK（4.68）。在不同施肥量處理（CK、N1、N2）下，隨著施肥量的增加，氨揮發(fā)累積量隨之增加，N2和N1處理氨揮發(fā)累積排放量與CK處理相比分別提高了39.3%和34.4%。相較于N2處理，推薦施肥量N1處理氨揮發(fā)累積量降低了3.5%，N1F和N1B處理氨揮發(fā)累積量分別降低了24.5%和21.0%。在推薦施肥量下，與N1處理相比，N1F和N1B處理降幅分別為21.8%和18.1%。減量施肥、配施生物炭和腐植酸，均能夠在一定程度上降低設(shè)施菜地土壤的氨揮發(fā)累積量，且推薦施肥量下添加腐植酸的效果更好。

2.4 有機(jī)肥減量配施下氨揮發(fā)過(guò)程相關(guān)氮功能基因變化及其對(duì)氨揮發(fā)的影響

如圖6所示，設(shè)施菜地土壤中，不同的施肥處理對(duì)于氮功能基因AOA-amoA和AOB-amoA影響不同。與CK相比，N1和N2處理的AOA-amoA的基因拷貝數(shù)分別增加了8.3%和11.4%。配施生物炭和腐植酸均能顯著增加AOA-amoA基因豐度，與N2相比，N1F和N1B的AOA - amoA基因豐度分別增加了1.9%和3.0%；與N1相比，N1F和N1B的AOA -amoA基因豐度分別增加了6.2%和5.2%。對(duì)于AOB-amoA基因，有機(jī)肥的施用量不同會(huì)導(dǎo)致AOB-amoA不同的響應(yīng)，與CK相比，N1處理的AOB-amoA基因豐度顯著增加（P＜0.05），N2處理則無(wú)顯著差異（P＞0.05）。NIF處理和N1B處理與N1處理相比無(wú)顯著差異（P＞0.05），與N2處理相比顯著增加了16.1%和16.3%。

圖7顯示，Mantel test相關(guān)性分析表明，氨揮發(fā)累積排放量與土壤銨態(tài)氮含量、AOA -amoA和AOB-amoA基因豐度呈顯著相關(guān)（P＜0.05）。植株根冠比與NH4-N含量、pH呈顯著相關(guān)（P＜0．05）。AOA-amoA和AOB-amoA基因豐度與土壤N03-N含量呈正相關(guān)（P＜0.05），與pH呈負(fù)相關(guān)。

2.5 有機(jī)肥減量配施對(duì)設(shè)施黃瓜產(chǎn)量及氮素利用率的影響

表3中列出了設(shè)施菜地黃瓜的產(chǎn)量、生物量及氮肥利用效率對(duì)于有機(jī)肥減量施肥配施處理的響應(yīng)。N1F和N1B均對(duì)植株生長(zhǎng)有著明顯的促進(jìn)作用。與N2相比，N1植株生物量和根冠比無(wú)顯著差異，NIF處理的植株生物量和根冠比分別提高了26.0%和53.6%；NIB處理植株生物量和根冠比分別提高了56.3%和35.4%。N1B和N1F處理較N1處理植株生物量和根冠比也有顯著提升。N1、N2均能有效提高黃瓜產(chǎn)量，產(chǎn)量大小依次為N1＞N2＞CK。減少的施肥量在合理范圍內(nèi)時(shí)，氮素農(nóng)學(xué)效率及氮素偏生產(chǎn)力相較于常規(guī)施肥量均顯著提高。對(duì)于氮素偏生產(chǎn)力，N1、N1F、N1B處理較N2處理分別提高了52.5%、49.6%、16.5%。對(duì)于氮素農(nóng)學(xué)效率，N1、NIF、NIB處理較N2處理分別提高了60.2%、56.6%、25.4%。

3 討論

3.1 有機(jī)肥減量配施對(duì)設(shè)施菜地土壤無(wú)機(jī)氮及氨揮發(fā)的影響

設(shè)施菜地生產(chǎn)過(guò)程中氮素的過(guò)量投入是造成氨揮發(fā)的主要原因。黃瓜不同生育期土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量可以間接反映植株對(duì)養(yǎng)分的利用狀況以及設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果表明，通過(guò)減量施肥并配施富碳外源物質(zhì)的方式能夠有效降低氨揮發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)及設(shè)施菜地土壤的表觀氨揮發(fā)損失。這與有些研究者的研究結(jié)果相一致。毛兵等研究發(fā)現(xiàn)隨著施肥量的增高，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量逐漸升高，在本試驗(yàn)中常規(guī)施肥量處理NH+4-N含量呈上升趨勢(shì)，且在末果期顯著高于推薦施肥量各處理；在盛果期和末果期，推薦施肥量下各處理土壤NO-3-N含量顯著高于常規(guī)施肥處理且氨揮發(fā)累積量顯著降低。在黃瓜生育期內(nèi)，有機(jī)肥中的氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化有明顯的滯后效應(yīng)，常規(guī)施肥量下有機(jī)肥過(guò)量施用會(huì)增加土壤中的有機(jī)氮含量，經(jīng)過(guò)礦化后導(dǎo)致NH+4-N的含量增加，過(guò)多的NH+4-N會(huì)抑制植株對(duì)N的吸收，使其殘存在土壤中。推薦施肥量N1處理土壤銨態(tài)氮含量較低，硝態(tài)氮含量隨生長(zhǎng)期推進(jìn)維持較高水平，土壤中氨氧化功能基因豐度較高，提高了土壤中氨化強(qiáng)度，間接促進(jìn)了NH+4-N向NO-3-N的轉(zhuǎn)化，有利于黃瓜的生長(zhǎng)和對(duì)N的吸收，在黃瓜生長(zhǎng)期內(nèi)能夠不斷礦化消耗并滿足植物的生長(zhǎng)需求，同時(shí)減少土壤中NH+4-N的含量，降低土壤的氨揮發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

配施腐植酸和生物炭對(duì)設(shè)施菜地土壤的氨揮發(fā)有抑制效果。在本試驗(yàn)中，減量施肥配施腐植酸和生物炭顯著降低了土壤的氨揮發(fā)累積量，同時(shí)對(duì)土壤中無(wú)機(jī)氮組分有不同的影響。其中，配施生物炭N1B處理較常規(guī)施肥處理降低土壤氨揮發(fā)累積量21.0%，在盛果期和末果期硝態(tài)氮含量分別提高111.9%和168.0%，在末果期土壤銨態(tài)氮含量降低58.4%。Sha等研究發(fā)現(xiàn)，施用木質(zhì)生物炭可顯著降低氨揮發(fā)，其主要原因?yàn)樯锾磕軌蛭絅H+4-N，降低了NH+4-N向NH3轉(zhuǎn)化的速率，供植物生長(zhǎng)和氨氧化過(guò)程所利用，從而減少土壤中NH+4-N的累積和氨揮發(fā)損失。配施生物炭能夠提高土壤中硝態(tài)氮的含量，其原因可能是有機(jī)肥在配施生物炭后比表面積大，會(huì)增強(qiáng)對(duì)土壤中NO-3-N的吸附能力，提高保肥效果。

配施腐植酸較常規(guī)施肥氨揮發(fā)累積量降低了24.5%，在盛果期和末果期土壤硝態(tài)氮含量分別提高141.1%和83.4%，在末果期銨態(tài)氮含量降低61.0%。配施腐植酸土壤銨態(tài)氮含量在黃瓜生育期內(nèi)呈先上升后下降趨勢(shì)，且盛果期和末果期銨態(tài)氮含量較高，說(shuō)明腐植酸添加后對(duì)有機(jī)肥的肥效有緩釋作用，從而提高了土壤的供氮水平。景建元等發(fā)現(xiàn)在不同施肥土壤上，尿素配施其用量0．5%的腐植酸，可顯著降低土壤氨揮發(fā)量（P＜0．05）。在本試驗(yàn)中，配施腐植酸顯著降低了土壤的氨揮發(fā)，腐植酸中的某些特定官能團(tuán)能夠與NH+4發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，調(diào)控土壤銨態(tài)氮的變化并減少氨揮發(fā)。配施腐植酸在黃瓜盛果期和末果期提高了土壤的硝態(tài)氮含量，說(shuō)明腐植酸施用對(duì)有機(jī)肥的轉(zhuǎn)化有緩釋效果，在黃瓜生育后期仍可維持較高的土壤供氮能力，有利于植株和根系對(duì)養(yǎng)分的吸收。生物炭和腐植酸中的氮含量有效性低，其種類(lèi)、施用量和土壤性質(zhì)均有可能對(duì)其施用效果產(chǎn)生影響。有研究者發(fā)現(xiàn)，無(wú)論試驗(yàn)條件如何，95%的生物炭改良劑在一年內(nèi)均能夠減少土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，也有人發(fā)現(xiàn)生物炭和腐植酸添加增加了土壤的氨揮發(fā)，土壤NH+4-N和NO-3-N對(duì)外源物質(zhì)添加有著不同的響應(yīng)。本試驗(yàn)結(jié)果基于短期監(jiān)測(cè)，所以對(duì)有機(jī)肥減量配施生物炭和腐植酸的設(shè)施菜地土壤無(wú)機(jī)氮和氨揮發(fā)仍需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)。

有機(jī)肥中的氨是氨揮發(fā)過(guò)程及氨氧化過(guò)程的底物，本研究顯示，與推薦施肥和常規(guī)施肥處理相比，推薦施肥配施生物炭和腐植酸均增加了AOA-amoA的基因豐度。腐植酸的表面具有多種官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的絡(luò)合和吸附能力，能夠吸附NH+4和NO-3，將銨態(tài)氮和硝態(tài)氮固持在土壤中，從而為AOA群落的生長(zhǎng)提供物質(zhì)來(lái)源。生物炭是一種惰性碳材料，其中含有部分易分解有機(jī)物也可為微生物活動(dòng)提供碳源和氮源，促進(jìn)微生物種群的生長(zhǎng)，提高了AOA - amoA的豐度。常規(guī)施肥處理的AOA-amoA基因豐度略高于推薦施肥處理；顯著高于不施肥處理，AOB-amoA基因豐度則較低。不同有機(jī)肥施用量使AOA-amoA和AOB-amoA基因豐度發(fā)生不同變化，其原因主要在于有機(jī)肥中含有大量的有機(jī)氮和有機(jī)質(zhì)組分，有機(jī)氮在礦化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，從而使土壤的酸堿度降低，低于AOB種群最適生長(zhǎng)pH。在本研究中，隨著施肥量的增加，土壤pH降低，使AOA種群在氨氧化過(guò)程中占主導(dǎo)地位，有機(jī)肥過(guò)量施用降低了土壤pH，從而使AOB-amoA豐度降低，AOA-amoA豐度增加。

3.2 有機(jī)肥減量配施對(duì)設(shè)施黃瓜生長(zhǎng)及氮素利用的影響

施肥是影響作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的重要影響因素，在本試驗(yàn)中，隨著施肥量的增加，氮素偏生產(chǎn)力逐漸降低，而過(guò)量施肥是我國(guó)肥料利用率低的主要原因。在本試驗(yàn)中，推薦施肥量各處理和常規(guī)施肥量處理相比，黃瓜產(chǎn)量沒(méi)有明顯差異，說(shuō)明在一定程度的減肥措施下，不會(huì)降低設(shè)施黃瓜的產(chǎn)量，并能夠顯著提高氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。降低施氮量是提高肥料利用效率的最佳途徑，當(dāng)土壤氮素含量較高時(shí)，施肥對(duì)于作物生長(zhǎng)的影響會(huì)降低，較高的施肥量最終會(huì)降低作物的產(chǎn)量。腐植酸和生物炭添加對(duì)設(shè)施黃瓜氮素利用效率均有提升，其中腐植酸添加效果優(yōu)于生物炭。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，使用腐植酸尿素保持了土壤中較高的潛在礦化氮量，并改變了氮循環(huán)及作物對(duì)氮的可利用性。袁勝男研究發(fā)現(xiàn)，生物炭中的氮經(jīng)過(guò)微生物作用分解為高分子氮，通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化分解為無(wú)機(jī)氮遷移至作物根系表面被吸收利用。在本試驗(yàn)中，生物炭施用量為40 t·hm-2，其氮含量遠(yuǎn)高于腐植酸，但兩種碳基肥均可以在保證環(huán)境效益的前提下提高土壤中的氮素利用效率。配施腐植酸和生物炭顯著改善了黃瓜植株的生物量以及根冠比，與推薦施肥和常規(guī)施肥處理相比，推薦施肥配施腐植酸處理根冠比顯著提升；推薦施肥配施生物炭處理植株生物量顯著提升（P＜0.05）。目前，多數(shù)研究者現(xiàn)發(fā)腐植酸和生物炭一次性基施，或與氮肥和有機(jī)肥混合施用都對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了積極的影響。其中，生物炭、腐植酸添加到土壤中后，通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)、改變土壤pH、刺激土壤微生物種群從而促進(jìn)植株的發(fā)育并提升作物的產(chǎn)量。但單季結(jié)果表明配施腐植酸和生物炭?jī)H對(duì)植株生長(zhǎng)有顯著的影響，對(duì)黃瓜產(chǎn)量無(wú)顯著的提升效果。

4 結(jié)論

（1）氨揮發(fā)累積排放量隨著施肥量的增加而增大，推薦施肥（37 500 kg·hm-2）并配施腐植酸（2 250kg·hm-2）和生物炭（40 t·hm-2）能夠減少設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)。

（2）推薦施肥處理、推薦施肥配施腐植酸處理和推薦施肥配施生物炭處理能夠在黃瓜生育期內(nèi)保持較高的硝態(tài)氮供應(yīng)水平，并提高氨氧化功能基因AOA -amoA和AOB-amoA豐度。通過(guò)Mantel-test可知，土壤NH+4-N含量，AOA-amoA、AOB-amoA豐度能夠顯著影響設(shè)施菜地土壤氨揮發(fā)。

（3）推薦施肥并配施腐植酸保證了黃瓜產(chǎn)量，較常規(guī)施肥處理顯著提高氮素農(nóng)學(xué)效率及氮素偏生產(chǎn)力。綜合來(lái)看，推薦施肥配施腐植酸處理（37 500 kg·hm-2有機(jī)肥+2 250 kg·hm-2腐植酸）能夠在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上有效降低設(shè)施黃瓜生產(chǎn)過(guò)程中的氨揮發(fā)。

（責(zé)任編輯：葉飛）

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（202IYFD1700900）