摘要：為揭示洱海流域長(zhǎng)期施肥下露地菜田溫室氣體（N2O、CH4、CO2）和土壤氨（NH3）揮發(fā)對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)趨勢(shì)及影響因素，依托始于2007年連續(xù)進(jìn)行15 a的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究5個(gè)施肥處理[不施任何肥料（CK）、有機(jī)肥（OM）、化肥和有機(jī)肥（NPK+OM）、增施氮肥（NPK+OM+N）、增施磷肥（NPK+OM+P）]的溫室氣體及氨揮發(fā)的特征。結(jié)果表明：長(zhǎng)期定位15 a后，OM處理能顯著增加菜田土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷含量。在等氮條件下，與OM處理相比，NPK+OM處理能顯著增加菜田土壤NO-3-N含量；NPK+OM+N處理會(huì)使土壤pH顯著降低，導(dǎo)致土壤酸化。NPK+OM+N處理pH比NPK+OM處理顯著降低9.27％；OM處理會(huì)導(dǎo)致土壤CO2和CH4排放量顯著升高，在整個(gè)萵苣生育期內(nèi)C02和CH4的累積排放量分別為（22 489.29±1 562.91）kg·hm-2和（1.95±1.31）kg·hm-2；增施氮肥會(huì)導(dǎo)致N2O排放量顯著升高，萵苣生育期內(nèi)NPK+OM+N處理N2O累積排放量為（38.33±10.74）kg·hm-2；氨揮發(fā)主要發(fā)生在追肥后，各處理氨揮發(fā)量表現(xiàn)為NPK+OM+Pgt;NPK+OM+Ngt;NPK+OM，且處理間存在顯著差異。相較于NPK+OM處理，NPK+OM+P、NPK+OM+N處理使氨揮發(fā)顯著增加245.7％、124.3％，說(shuō)明增施氮肥和增施磷肥會(huì)顯著增加土壤氨揮發(fā)；OM和NPK+OM+N處理會(huì)顯著增加全球增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度。OM處理產(chǎn)量達(dá)（3 183.81±293.88）kg·hm-2，該處理雖然能顯著增加蔬菜產(chǎn)量，但造成的全球增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度也是最大的。全氮、有機(jī)碳、pH是影響溫室氣體和氨揮發(fā)排放的關(guān)鍵影響因素。有機(jī)肥和化肥配施是本研究推薦的施肥方案，該方案既可以保證經(jīng)濟(jì)效益，還可以兼顧生態(tài)環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期定位菜田；施肥方式；溫室氣體；氨揮發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：S63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）01-0214-12 doi：10.11654/jaes.2023-0264

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的大量溫室氣體（CH4、N2O、CO2）成為全球氣候變暖的重要驅(qū)動(dòng)因素之一。化肥氮是N2O排放的主要來(lái)源，在氮肥種類(lèi)中尿素投入農(nóng)田產(chǎn)生的N2O顯著高于其他氮肥，且N2O的排放量與氮肥的投入量存在顯著正相關(guān)關(guān)系。有研究表明，氮肥深施以及分次施肥能顯著降低N2O排放量。有機(jī)肥為土壤提供有機(jī)質(zhì)底物，會(huì)促進(jìn)N2O排放。一般認(rèn)為，有機(jī)肥會(huì)向農(nóng)田提供CH4前體，從而促進(jìn)CH4排放。新鮮有機(jī)肥會(huì)導(dǎo)致CH4排放率高，施用充分腐熟發(fā)酵的有機(jī)肥能降低CH4排放量。有研究認(rèn)為化肥對(duì)CH4排放的影響主要與土壤C/N有關(guān)。相對(duì)于水田，旱地的CH4排放量較低，因?yàn)楹档赝寥罏楹醚醐h(huán)境，氧化作用較強(qiáng)。土壤CO2是土壤中植物根系、土壤微生物、土壤動(dòng)物等呼吸排放的共同產(chǎn)物。有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤CO2的排放，因?yàn)橥庠从袡C(jī)物質(zhì)的投入能改善土壤理化性質(zhì)，顯著促進(jìn)土壤微生物活性，進(jìn)而促進(jìn)了土壤CO2的排放。尿素和碳銨相較于其他氮肥會(huì)造成更多的氨揮發(fā)。有機(jī)肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)NH3和NH+4的吸附能力較強(qiáng)，能使反應(yīng)底物濃度降低，抑制氨揮發(fā)。也有學(xué)者研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用可為土壤微生物提供充足有效的碳源和氮源，使微生物對(duì)氮素的固定和釋放得到調(diào)控，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收利用，降低氨揮發(fā)損失。有研究表明，氮肥投入量是影響蔬菜產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，在氮肥等氮投入的情況下，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施相較于單施化肥或有機(jī)肥效果更優(yōu)。蔬菜有機(jī)肥養(yǎng)分投入量明顯增加，化肥氮和磷的投入量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)綜合增溫趨勢(shì)能夠綜合且精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的增溫趨勢(shì)。施肥措施對(duì)土壤碳氮循環(huán)有直接影響，是溫室氣體排放的關(guān)鍵影響因素，進(jìn)而影響全球增溫趨勢(shì)。在提高生產(chǎn)力的同時(shí)，要盡可能減少外源投入，降低綜合增溫趨勢(shì)。研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以改善土壤理化性質(zhì)，在一定程度上緩解因長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥引起的土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、作物產(chǎn)量下降等問(wèn)題。

集約化蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中氮肥投入量大導(dǎo)致菜田生態(tài)系統(tǒng)成為溫室氣體和活性氮的重要排放源。洱海流域位于大理州的核心地帶，是大理州蔬菜主要產(chǎn)區(qū)之一。在流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，就污染物而言，蔬菜種植中的總氮污染在種植業(yè)中占比較高。施肥方式是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放和氨揮發(fā)的主要影響因子之一，但目前鮮見(jiàn)長(zhǎng)期定位背景下不同施肥方式對(duì)溫室氣體和氨揮發(fā)的影響研究，因此在保障作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，利用科學(xué)的施肥技術(shù)控制農(nóng)業(yè)面源污染，減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放和氨揮發(fā)，緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)擔(dān)顯得尤為重要?；蕼p量增效后的農(nóng)學(xué)以及生態(tài)效應(yīng)是研究關(guān)鍵。本研究以大理洱海流域始于2007年連續(xù)種植15 a的長(zhǎng)期定位露地菜田為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比研究不同施肥方式對(duì)露地菜田的溫室氣體和氨揮發(fā)的影響，分析不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施下，蔬菜田溫室氣體和氨排放特征，以期為洱海流域露地菜田的施肥模式提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地位于云南省大理白族自治州下關(guān)街道大莊村（25°09′45″N，100°12′14.3″E），試驗(yàn)始于2007年。試驗(yàn)地距離洱海500 m，海拔1980 m，屬北亞熱帶高原季風(fēng)氣候類(lèi)型，溫差小，四季不明顯，地貌類(lèi)型為山地，地形為緩坡（6°），種植方式為大田種植，土壤質(zhì)地為壤土。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積24 m2。0-20 cm供試土壤采樣時(shí)間為2007年8月25日，基本理化性質(zhì)如下：硝態(tài)氮14.30 mg·kg-1，銨態(tài)氮5.14 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)23.30 g·kg-1，全氮1.32 g·kg-1，全磷1.40 g·kg-1，有效磷77.76 mg·kg-1，pH 6.63。蔬菜田一個(gè)輪作周年種植三茬作物，輪作模式為甘藍(lán)-萵苣-萵苣。種植前按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)生產(chǎn)習(xí)慣對(duì)土壤進(jìn)行常規(guī)翻耕。

1.2研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)置

本研究試驗(yàn)采用氣體數(shù)據(jù)為連續(xù)定位試驗(yàn)的第15年萵苣茬數(shù)據(jù)：2022年8月17日-9月28日，土壤數(shù)據(jù)為此茬萵苣收獲后土壤測(cè)得的數(shù)據(jù)。萵苣品種為早青圓葉，前茬作物為甘藍(lán)。設(shè)5個(gè)處理：（1）CK，不施任何肥料，只種植作物，田間管理措施相同。（2）OM，只施有機(jī)肥，有機(jī)肥種類(lèi)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)所用牛糞，以烘干基計(jì)算N投入量，419.79 kg·hm-2。（3） NPK+OM，施化肥和有機(jī)肥，根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓薁顩r、作物產(chǎn)出、土壤養(yǎng)分狀況推薦的作物施肥方案，有機(jī)氮投入89.96 kg·hm-2，無(wú)機(jī)氮投入329.83 kg·hm-2。（4）NPK+OM+N，在NPK+OM處理的基礎(chǔ)上，化肥氮投入量為NPK+OM處理的150％。（5）NPK+OM+P，在NPK+OM處理的基礎(chǔ)上，化肥磷投入量為NPK+OM處理的150％。有機(jī)肥品種為牛糞，所有需要施牛糞的處理牛糞均作為基肥一次施入。施用化肥為尿素（46％N）、普鈣（17％ P2O5）和硫酸鉀（50％ K2O）。NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理：牛糞作為基肥，化肥施用中20％氮肥、全部磷肥、60％鉀肥作為基肥，剩余的80％氮肥與40％鉀肥作為追肥?；试?022年8月15日撒施并進(jìn)行翻耕，在2022年8月17日進(jìn)行菜秧移栽，移栽后第26天（2022年9月12日）追肥，種植方式為小苗移栽。整個(gè)種植過(guò)程采用1次基肥和1次追肥的施肥方式，基肥撒施，追肥穴施。各處理養(yǎng)分投入量詳見(jiàn)表1。

1.2.2土壤溫室氣體取樣與測(cè)定

土壤溫室氣體采用靜態(tài)箱法測(cè)定。采樣頻率：施肥后第1、2、3、5、7、9天及此后每隔7 d一采，直至收獲。氣體采樣裝置分為底座和箱體兩部分。箱體為PVC材質(zhì)，外層刷反光漆，防止采樣時(shí)升溫過(guò)快，側(cè)面預(yù)留小孔用于安裝氣體采樣管路。底座為不銹鋼材質(zhì)（長(zhǎng)×寬×高=50 cmx50 cmx15 cm），配套頂箱（長(zhǎng)×寬×高=50 cmx50 cmx60 cm）。套入一株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，所測(cè)數(shù)據(jù)包括植株和土壤向大氣產(chǎn)生的CO2總排放值。每次采樣時(shí)（9：00-11： 00）將頂箱嵌入底座上部的凹槽中，用水密封，以阻斷箱內(nèi)外空氣交流。記錄采樣前、后靜態(tài)箱旁5 cm土壤溫度（探針式電子溫度計(jì)記錄）、大氣溫度、氣壓（田邊環(huán)境監(jiān)測(cè)氣象站記錄）。每個(gè)靜態(tài)箱扣上箱子后于0、15、30min 3個(gè)時(shí)段各采集氣體1次，每次采樣都記錄箱內(nèi)溫度，用帶三通閥的50 mL醫(yī)用注射器每針取28 mL氣體后，將氣體立即注射到真空氣瓶中。

1.2.3土壤氨揮發(fā)取樣與測(cè)定

土壤氨揮發(fā)采用田間原位-密閉室間歇抽氣法（2％硼酸吸收）測(cè)定。采樣裝置為PVC材料所制，采樣頻率：施肥后第1、2、3、5、7、9天及此后每隔7d-采，樣品當(dāng)天采回滴定，直至監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)與對(duì)照相似為止（根據(jù)測(cè)到的氨揮發(fā)量調(diào)整測(cè)定頻率）。采樣時(shí)間為9：00-11：00。

1.2.4溫室效應(yīng)測(cè)算方法

全球增溫潛勢(shì)（Global warming potential，GWP，kgCO2·hm-2）為溫室氣體排放的綜合指標(biāo)，一般用CO2表示，CH4、N2O用CO2當(dāng)量（CO2e）表示，CH4和N2O在100年尺度上為CO2的28倍和265倍。

GWp=FN20X265+FCH4x28+FCO2

溫室氣體排放強(qiáng)度（Greenhouse gas intensity，GHGI，kg CO2e·kg-1）表示單位產(chǎn)量的全球增溫潛勢(shì)。

1.2.5土壤取樣與測(cè)定

在收獲后，按“S”形選取5點(diǎn)，用內(nèi)徑為5 cm的土鉆采集0～20 cm土層土樣，按照《土壤農(nóng)化分析》中的方法測(cè)定土壤理化指標(biāo)。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和IBM SPSS Statistics 27.0.1軟件進(jìn)行處理分析。采用GraphPad Prism 9.5.0軟件作圖。采用CANOCA5.0進(jìn)行環(huán)境因子與溫室氣體和土壤氨揮發(fā)排放通量之間的冗余分析（Redun-dancy analysis，RDA）。

2結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理對(duì)菜田土壤養(yǎng)分的影響

如表2所示，15 a長(zhǎng)期定位試驗(yàn)后的土壤與基礎(chǔ)土壤相比，CK處理有機(jī)質(zhì)含量降低了58.58％。OM處理土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷含量顯著增高。OM與NPK+OM+N處理相比全氮含量顯著增加35.70％，與NPK+OM+P處理相比有效磷含量顯著增加14.40％。NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理的NO-3-N含量顯著高于OM和CK處理，表明在等氮條件下，與單施有機(jī)肥相比，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能顯著增加菜田土壤N03-N含量。NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理pH顯著低于OM，說(shuō)明單施有機(jī)肥能緩解土壤酸化，其中NPK+OM+N處理pH比NPK+OM顯著降低9.27％，說(shuō)明長(zhǎng)期增施氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤pH顯著降低，導(dǎo)致土壤酸化。

2.2土壤溫室氣體和氨揮發(fā)排放通量動(dòng)態(tài)變化和累積排放量

2.2.1土壤溫室氣體和氨揮發(fā)排放通量動(dòng)態(tài)變化

CO2排放通量動(dòng)態(tài)變化如圖1A所示。萵苣整個(gè)生育期內(nèi)，各處理CO2排放通量具有相似的波動(dòng)規(guī)律，即在施肥后迅速釋放，然后在8月21日（移栽后第4天）回落至較低。OM處理相較其他處理有明顯的變幅，范圍在1134.79-4 393.47 mg·m-2·h-1，在8月18日（移栽后第1天）、19日（移栽后第2天）、24日（移栽后第7天）出現(xiàn)了較大的觀測(cè)值，分別為4 221.57、4 393.47、4 005.00 mg·m-2·h-1。CK、NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理變幅較小，總體范圍在113.19-967.79 mg·m-2·h-1。OM處理CO2排放通量在萵苣生育期內(nèi)始終顯著高于其他處理。

N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化如圖1B所示。除CK外的其他處理均具有相似的波動(dòng)規(guī)律，即排放量在8月21日（移栽后第4天）處于較低水平，8月24日-9月14日呈下降趨勢(shì)。NPK+OM+N處理相較其他處理有明顯的變幅，變幅范圍在0.94-11.23 mg·m-2·h-1，在8月24日出現(xiàn)最大觀測(cè)值11.23 mg·m-2·h-1。NPK+OM+N處理的N2O排放通量從追肥后第2天（9月14日）至收獲（9月28日）呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。NPK+OM+N處理N2O排放通量在萵苣整個(gè)生育期內(nèi)除8月21日（移栽后第4天）和9月21日（追肥后第9天）外都顯著高于其他處理。

CH4排放通量動(dòng)態(tài)變化如圖1C所示。OM處理相較其他處理有明顯的變幅，范圍在-0.02-2.12 mg·m-2·h-1。在8月18日-9月13日期間OM處理的CH4排放通量均高于其他處理，在移栽后的第1天（8月18日）觀測(cè)到最大值為2.12 mg·m-2·h-1，之后逐漸降低趨于平緩。CK、NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理的CH4排放通量和變幅較小，且無(wú)明顯趨勢(shì)，總體范圍在-0.23-0.36 mg·m-2·h-1。

NH3排放通量動(dòng)態(tài)變化如圖1D所示。CK、OM處理在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)未出現(xiàn)較為明顯的排放趨勢(shì)，比較平緩。NPK+OM+P、NPK+OM+N、NPK+OM處理NH3排放通量具有相似的波動(dòng)規(guī)律，在移栽后第1天有明顯排放量，隨后降低趨近于零，在追肥后第3天（9月15日）出現(xiàn)排放峰值，分別為22.81、17.30、4.79 mg·m-2·h-1，隨后降低并在9月21日趨近于零。

2.2.2土壤溫室氣體和氨揮發(fā)累積排放量

CO2累積排放量見(jiàn)圖2A。OM處理排放量顯著高于其他處理，達(dá)（22 489.29±1 562.91）kg·hm-2。相較于NPK+OM處理，OM處理顯著增加375.9％。CK、NPK+OM、NPK+OM+N、NPK+OM+P處理間無(wú)顯著差異。因此，單施有機(jī)肥會(huì)導(dǎo)致CO2累積排放量顯著升高。

N2O累積排放量見(jiàn)圖2B。NPK+OM+N處理的排放量顯著高于其他處理，累積排放值為（38.33+10.74）kg·hm-2。與NPK+OM處理相比，NPK+OM+N處理的排放量顯著升高257.6％。OM處理與NPK+OM、NPK+OM+P處理間無(wú)顯著差異。以上說(shuō)明過(guò)量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致N2O排放量顯著升高。

CH4累積排放量見(jiàn)圖2C。OM處理的排放量顯著高于其他處理，累積排放值為（1.95+1.31）kg·hm-2。NPK+OM處理在萵苣生育期內(nèi)CH4累積排放量均為負(fù)值，基肥期累積排放（-0.20±0.39）kg·hm-2，追肥期累積排放（-0.16±0.28）kg·hm-2，即NPK+OM處理表現(xiàn)為CH4庫(kù)效應(yīng)。與NPK+OM處理相比，OM處理的排放量顯著增加118.6％，說(shuō)明單施有機(jī)肥可顯著提升CH4累積排放量。

NH3累積排放量見(jiàn)圖2D。NPK+OM+P、NPK+OM+N、NPK+OM處理在基肥期NH3累積排放量無(wú)顯著差異，而在追肥期排放量表現(xiàn)為NPK+OM+Pgt;NPK+OM+Ngt;NPK+OM，且處理間存在顯著差異。NPK+OM+P、NPK+OM+N、NPK+OM處理累積排放量分別為（13.24±3.83）、（8.59±0.88）、（3.83±0.79）kg·hm-2。CK與OM處理在整個(gè)生育期內(nèi)排放量均無(wú)顯著差異，累積排放量分別為（0.36±0.01）kg·hm-2和（0.19±0.03）kg·hm-2。因此，施化肥處理相較于單施有機(jī)肥會(huì)增加氨揮發(fā)。相較于NPK+OM處理，NPK+OM+P、NPK+OM+N處理分別使NH3排放量顯著增加245.7％、124.3％，說(shuō)明不平衡的施肥處理會(huì)導(dǎo)致氨揮發(fā)排放量增加。

2.3蔬菜產(chǎn)量、GWP和GHGI

如表3所示，OM處理的GWP顯著高于其他處理，NPK+OM+N處理顯著高于NPK+OM、NPK+OM+P、CK處理。NPK+OM與OM處理相比GWP顯著降低67.95％，與NPK+OM+N相比顯著降低48.83％。OM處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，NPK+OM處理產(chǎn)量比CK顯著增加29.81％。OM和NPK+OM+N處理的GHCI顯著高于其他處理，NPK+OM處理相較于OM處理GHCI顯著降低56.00％。這表明單施有機(jī)肥和增施氮肥會(huì)顯著增加GWP和GHCI，單施有機(jī)肥雖然能顯著增加蔬菜產(chǎn)量，但造成的GWP和GHGI也是最大的。因此，綜合產(chǎn)量和溫室效應(yīng)來(lái)看，NPK+OM可在保持產(chǎn)量的前提下有效降低GWP和GHGI。

2.4溫室氣體排放和氨揮發(fā)與環(huán)境因素關(guān)系

土壤理化性質(zhì)與溫室氣體、氨揮發(fā)累積排放量的冗余分析（圖3）表明，pH、全氮、有機(jī)碳、全磷、全鉀、容重、速效鉀、有效磷、NH+4-N、N0-3-N、土壤含水率11個(gè)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)對(duì)菜田土壤溫室氣體和氨揮發(fā)排放影響的解釋率可達(dá)到99.94％。土壤CO2排放量與全氮、有機(jī)碳、pH呈顯著正相關(guān)；土壤N2O排放量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)；土壤CH4排放量與全氮呈顯著正相關(guān)，與NH+4-N呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤NH3排放量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，與NH+4-N、NO-3-N、速效鉀呈顯著正相關(guān)。由蒙特卡羅檢驗(yàn)結(jié)果可知，全氮（F=20.6，Plt;0.05）、有機(jī)碳（F=13.4，Plt;0.05）、pH（F=160，Plt;0.05）對(duì)土壤溫室氣體排放和氨揮發(fā)的影響達(dá)到顯著水平。由此可知，全氮、有機(jī)碳、pH是影響溫室氣體和氨揮發(fā)排放的關(guān)鍵因素。

3討論

3.1不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

本研究中NPK+OM+N處理的土壤全氮含量和NPK+OM+P處理的土壤全磷含量并不是最高的（表2），可能的原因是降雨和灌溉過(guò)程產(chǎn)生徑流，使氮磷流失，有研究結(jié)果表明增加氮肥和增加磷肥能夠增加氮磷流失量。增施氮肥會(huì)導(dǎo)致N2O排放量顯著升高（圖2B），氮素以N2O的形式流失。有研究表明過(guò)量施氮可破壞農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)，降低團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，增加N2O的排放量。OM處理土壤全氮、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量顯著增高，說(shuō)明有機(jī)肥能提高土壤肥力。有研究表明100％有機(jī)肥替代化肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量最高。OM與NPK+OM+P處理相比有效磷含量顯著增加14.40％，因?yàn)镺M處理要滿足氮的投入，相應(yīng)就會(huì)投入大量有機(jī)磷，甚至大于NPK+OM+P處理的磷投入量。但為追求產(chǎn)量盲目施用有機(jī)肥會(huì)增加氮磷徑流流失風(fēng)險(xiǎn)，有研究表明單施牛糞和雞糞導(dǎo)致徑流水總磷濃度比常規(guī)施用化肥提高49.1％和12.3％。有機(jī)肥與化肥以1：1配施可有效降低菜田氮磷排放，蔬菜產(chǎn)量和氮肥利用率分別提高25％和23％。在本研究中長(zhǎng)期定位15 a的CK處理的全氮含量高于基礎(chǔ)土壤，追溯種植過(guò)程分析原因可能是每茬蔬菜收獲后土壤中留有根系殘茬。本研究中與單施有機(jī)肥相比，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能顯著增加菜田土壤NO-3-N含量。有研究表明配施有機(jī)肥可以通過(guò)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤表層對(duì)NO-3-N的吸附固持。本研究中NPK+OM+N處理pH顯著低于其他處理，說(shuō)明長(zhǎng)期增施氮肥會(huì)使土壤pH顯著降低，導(dǎo)致土壤酸化，這與毛妍婷等的研究結(jié)果一致。有研究表明，有機(jī)肥與化肥配施可以提高土壤C/N，有效緩解土壤酸化。然而本研究中NPK+OM處理緩解土壤酸化的效果不顯著，這可能與有機(jī)肥投入的比例有關(guān)，本研究中有機(jī)肥氮的含量?jī)H占總氮含量的21.43％。有研究表明維持土壤不酸化的有機(jī)肥替代化肥氮的比例隨施氮量增加而增大。本研究中OM處理pH顯著高于其他施肥處理，是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)中弱酸性官能團(tuán)解離形成中性分子的有機(jī)陰離子質(zhì)子化是施肥誘導(dǎo)土壤pH緩沖能力和土壤抗酸性增強(qiáng)的主要機(jī)制，因此有機(jī)質(zhì)是長(zhǎng)期施肥下延緩?fù)寥浪峄年P(guān)鍵因素。

3.2不同施肥處理對(duì)土壤溫室氣體排放和氨揮發(fā)的影響

施肥可能會(huì)影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，并對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的溫室氣體排放產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本研究中OM處理會(huì)導(dǎo)致CO2和CH4排放量顯著升高，NPK+OM+N處理會(huì)導(dǎo)致N2O排放量顯著升高。因?yàn)橛袡C(jī)肥影響土壤細(xì)菌生物多樣性，是溫室氣體的重要排放源。有機(jī)肥直接影響產(chǎn)甲烷菌群落和硝化細(xì)菌群落，從而加速CH4排放。王曉嬌等采用Meta分析得出，有機(jī)肥施用顯著提高CO2排放量，且有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能減少CO2排放量。施用有機(jī)肥對(duì)N20減排效果不顯著，因?yàn)闉榱藵M足氮素供應(yīng)，過(guò)量投入有機(jī)肥也會(huì)導(dǎo)致N2O排放量高，引起土壤酸化。農(nóng)田是NH3的主要排放源，本研究中增施氮肥和磷肥都會(huì)顯著增加土壤NH3排放。研究表明，花椰菜和大白菜季土壤氨揮發(fā)量隨化學(xué)氮肥用量的增加而增加，合理控制氮肥用量是降低土壤氨揮發(fā)最有效的措施。施磷量相同時(shí)，氨揮發(fā)量隨施氮量增加而增加；施氮量相同時(shí)，高磷和低磷處理氨揮發(fā)量均高于優(yōu)化處理，這與本研究結(jié)論一致，因此合理平衡的施肥方式是減少土壤氨揮發(fā)損失的關(guān)鍵。在本研究中，溫室氣體CO2排放通量OM處理較高，可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期施用有機(jī)肥增加了土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)了酶活性和有機(jī)質(zhì)分解，造成CO2排放通量增加。但也有研究表明有機(jī)肥對(duì)CO2排放通量沒(méi)有太大的影響，原因可能是因?yàn)槭┓侍幚韮H為一季，土壤理化性質(zhì)缺乏穩(wěn)定性，因此在短期施肥處理背景下的CO2排放通量測(cè)算缺乏可靠性。本試驗(yàn)施肥處理長(zhǎng)達(dá)15 a，氣體采集和測(cè)算具有可靠性和參考價(jià)值。N2O排放通量一般隨氮肥用量的增加而增加，因此增氮處理（NPK+OM+N）N2O排放通量較高。試驗(yàn)結(jié)果中8月18日-8月24日的N2O、CO2排放通量產(chǎn)生兩個(gè)高峰期，原因是排放總體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，但8月21日CO2、N2O排放量突然降低，通過(guò)查閱分析天氣情況可知，其可能是因?yàn)樽?月20日起氣溫降低并產(chǎn)生降雨，土壤溫度降低，研究表明CO2、N2O釋放與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。氨揮發(fā)在基肥期低是因?yàn)槭┗屎蠓餐?，并且化肥施?0％氮肥作為基肥。9月中旬追肥后NH3排放通量產(chǎn)生高峰，原因是9月中旬氣溫高，追肥方式為穴施，并且施用80％氮肥作為追肥。施入農(nóng)田的尿素在脲酶的作用下水解為NH+4，高溫和光照促進(jìn)NH+4轉(zhuǎn)化為NH3，當(dāng)NH+4減少到一定水平后氨揮發(fā)就開(kāi)始減少，這就是氨揮發(fā)動(dòng)態(tài)高峰出現(xiàn)在追肥后第3天的原因。氮肥對(duì)CH4的影響表現(xiàn)為NH+4-N或NH+4對(duì)CH4的氧化有抑制作用，從而增加CH4的排放，有機(jī)肥的施用會(huì)向農(nóng)田提供更多的CH4前體，從而增加CH4排放。

3.3溫室氣體排放、氨揮發(fā)、蔬菜產(chǎn)量，GWP與環(huán)境因素關(guān)系

N2O的排放主要集中在施肥后，這與有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮能提供充足底物有關(guān)。有研究表明有機(jī)肥促進(jìn)微生物與無(wú)機(jī)氮產(chǎn)生強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)，從而降低N2O排放。相對(duì)于水田，旱地的CH4排放量較低，本研究中CH4排放通量存在負(fù)值，因?yàn)楹档赝寥罏楹醚醐h(huán)境，氧化作用較強(qiáng)，因此旱地土壤通常被認(rèn)為是CH4的吸收匯。在本研究中，NPK+OM的GWP和產(chǎn)量顯著低于OM，這與前人研究結(jié)果一致，土壤有機(jī)碳的增加能達(dá)到顯著增產(chǎn)效果，但會(huì)導(dǎo)致GWP增加。本研究中，施肥后土壤NH+4-N含量與氨揮發(fā)速率呈正相關(guān)，pH則與氨揮發(fā)呈負(fù)相關(guān)，這與李菊梅等的研究結(jié)論相反，這是因?yàn)楸驹囼?yàn)中NPK+OM+N處理長(zhǎng)期增施氮肥使土壤pH顯著降低，導(dǎo)致了土壤酸化，且NPK+OM+N處理施氮量高，所以盡管pH低但也產(chǎn)生了大量氨揮發(fā)。楊淑莉等也得出過(guò)相似的結(jié)論。另外土壤氨揮發(fā)在旱地和水田中的排放機(jī)制不同，其同時(shí)也受溫度、水分、施肥種類(lèi)和方式、土壤類(lèi)型等眾多影響因素制約，其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。GWP是描述溫室氣體排放的綜合指標(biāo)，GHGI是評(píng)價(jià)環(huán)境效益與作物經(jīng)濟(jì)效益的綜合指標(biāo)。從本研究綜合產(chǎn)量和溫室效應(yīng)來(lái)看，NPK+OM處理能在保持產(chǎn)量的前提下有效降低GWP和GHGI，這與前人的研究結(jié)論一致。

4結(jié)論

（1）長(zhǎng)期施有機(jī)肥能顯著增加菜田土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷含量。在等氮條件下，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能顯著增加菜田土壤NO-3-N含量。長(zhǎng)期增施氮肥會(huì)使土壤pH顯著降低，導(dǎo)致土壤酸化，但施用有機(jī)肥能緩解土壤的酸化。

（2）單施有機(jī)肥會(huì)導(dǎo)致土壤CO2和CH4排放量顯著升高，增施氮肥會(huì)導(dǎo)致N2O排放量顯著升高。氨揮發(fā)主要集中在追肥后，增施氮肥和增施磷肥都會(huì)顯著增加土壤NH3排放，說(shuō)明不平衡的施肥方式會(huì)導(dǎo)致NH3排放量增加。

（3）單施有機(jī)肥雖然能顯著增加蔬菜產(chǎn)量，但會(huì)顯著增加全球增溫潛勢(shì)（GWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）。綜合產(chǎn)量和溫室效應(yīng)來(lái)看，NPK+OM處理能在保持產(chǎn)量的前提下有效降低GWP和GHGI。

（4）通過(guò)土壤理化性質(zhì)與溫室氣體、氨揮發(fā)累積排放量的冗余分析可知全氮、有機(jī)質(zhì)、pH是影響溫室氣體和氨揮發(fā)排放的關(guān)鍵影響因素。