摘要：為探究秸稈和秸稈生物炭連續(xù)添加Sa后對土壤氨（NH3）揮發(fā)和氧化亞氮（N2O）排放的影響，并確定合理的秸稈還田措施，以降低堿性棉田氮損失。本研究基于等碳量輸入，設(shè)置秸稈翻埋、秸稈催腐+覆蓋還田、秸稈生物炭翻埋和不還田對照共4個處理，氮磷鉀肥統(tǒng)一施用。結(jié)果表明：秸稈生物炭翻埋下土壤NH3揮發(fā)和N2O排放分別較不還田對照顯著降低27.3％和56.7％，主要歸因于生物炭顯著抑制土壤羥胺還原酶與硝酸還原酶活性，增加棉花氮吸收量，也與生物炭自身的強吸附能力有關(guān)。而秸稈翻埋、秸稈催腐+覆蓋還田分別較對照增加NH3揮發(fā)37.2％和21.2％，但減少N20排放17.1％和38.3％，這兩種秸稈還田方式均顯著促進土壤有機氮礦化和羥胺還原酶活性，抑制硝酸還原酶活性。冗余分析（RDA）結(jié)果表明羥胺還原酶和棉花氮吸收是土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的主要影響因子，解釋率分別為64.8％和20.1％。研究表明，秸稈生物炭翻埋對NH3和N2O減排的綜合效果優(yōu)于秸稈，是堿性棉田土壤值得推薦的氮減排措施。

關(guān)鍵詞：秸桿；生物炭；NH3；N2O；氮循環(huán)酶；堿性土壤

中圖分類號：S156 文獻標志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）02-0442-10 doi：10.11654/jaes.2023-0206

秸稈還田與生物炭添加作為土壤改良的重要方式，能改善土壤理化性狀，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，增加土壤碳固存。而有機物料的添加能夠通過影響土壤通氣性、pH、活性氮庫等理化性質(zhì)以及微生物豐度與活性，直接或間接地改變土壤氮轉(zhuǎn)化過程，既可能降低活性氮損失，也可能增加氮損失。氨（NH3）揮發(fā)和氧化亞氮（N2O）排放是旱地土壤氣態(tài)氮損失的主要途徑，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等生態(tài)環(huán)境污染問題日益加重。因此，探究秸稈還田與生物炭添加對土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的影響，有利于平衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減輕環(huán)境污染，發(fā)展綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)。

土壤NH3揮發(fā)可由化學(xué)平衡過程（土壤膠體吸附的NH+4轉(zhuǎn)化為土壤溶液中游離態(tài)的NH+4，然后轉(zhuǎn)化為NH3，并經(jīng)土壤表層揮發(fā)到空氣中）和生物過程（硝酸鹽異化還原成銨）產(chǎn)生，物理吸附、氣液平衡及生化過程調(diào)節(jié)等機制可調(diào)控這兩個過程。秸稈還田對土壤NH3揮發(fā)的影響有正效應(yīng)亦有負效應(yīng)。Meta分析表明，秸稈還田顯著抑制旱田NH3揮發(fā)，原因是秸稈較高的C/N增強微生物對土壤氮的固定作用。相反，Xia等認為秸稈還田刺激土壤脲酶活性的提高，進而使旱地NH3排放量增加17.0％。也有研究認為秸稈還田主要通過促進硝化作用抑制NH3揮發(fā)。不同于秸稈，生物炭對NH3揮發(fā)的影響取決于其特有的石灰效應(yīng)和強吸附能力的平衡。土壤pH在NH3揮發(fā)的氣液平衡中起主導(dǎo)作用。生物炭添加在酸性土壤中顯著增加NH3排放，對中性土壤影響很小，而在堿性土壤中則有降低趨勢，這與其對土壤pH的影響有關(guān)。生物炭表面的酸性官能團對土壤NH+4和NH3的吸附作用是其抑制NH3揮發(fā)的一個重要原因。

土壤中N2O主要由硝化和反硝化作用產(chǎn)生，其驅(qū)動因素主要有直接影響底物含量的土壤礦質(zhì)氮、有機碳含量和間接影響底物的土壤pH、容重、相關(guān)微生物活性等。秸稈還田與生物炭添加后上述因素均可發(fā)生改變，二者性質(zhì)不同造成影響結(jié)果存在較大差異。不論秸稈類型、土壤特性、氣候等如何變化，秸稈還田后N2O排放量平均增加29.7％；Xia等分析指出秸稈還田使旱地土壤N2O排放平均增加21.5％。而秸稈轉(zhuǎn)化成生物炭后，在不同土壤條件和管理措施下均能降低土壤N2O的排放，研究表明，生物炭平均降低N2O排放量達到30.9％-54.0％。

同一試驗（特別是大田原位）條件下，秸稈還田與生物炭添加對土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的協(xié)同效應(yīng)存在較大差異，其作用機制尚不完全清楚。因此，本研究擬在等碳量添加下比較秸稈和秸稈生物炭連續(xù)還田Sa后對棉田堿性土壤NH3揮發(fā)與N2O排放的影響，并通過冗余分析闡明二者影響土壤NH3揮發(fā)與N2O排放的作用機制，篩選出推薦措施，從而為減少堿性棉田氣態(tài)氮損失的調(diào)控提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2022年在江蘇省鹽城市大豐區(qū)大豐稻麥原種場（33°12′N，120°28′E）進行。秸稈與生物炭還田定位試驗始于2018年，種植制度為大麥-棉花-年兩熟。土壤類型為砂壤土，其中砂粒含量57.1％，粉粒含量36.4％，黏粒含量6.5％。土壤基本理化性質(zhì)（0-20 cm）：有機質(zhì)16.62 g·kg-1、全氮1.24 g·kg-1、速效氮16.17 mg·kg-1、有效磷17.89 mg·kg-1、速效鉀193.76 mg·kg-1、容重1.45 g·cm-3、總鹽含量1.67 g·kg-1，pH 8.23。

1.2試驗設(shè)計

試驗處理設(shè)在棉花季，包括不還田對照（CK）、大麥秸稈翻埋（S）、大麥秸稈催腐+覆蓋（SD）和秸稈生物炭翻埋（SB），氮磷鉀化肥統(tǒng)一施用。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積80 m2，設(shè)置3個重復(fù)。大麥秸稈還田量根據(jù)當?shù)卮篼溒骄a(chǎn)量水平設(shè)定為5 625 kg·hm-2；按照等碳量的原則，秸稈生物炭施用量為4 160kg·hm-2，各處理碳投入量均為2 250 kg·hm-2。

大麥收獲后將大麥秸稈移出各小區(qū)，并機械粉碎至10 cm左右，然后按照各處理要求采取不同的還田操作。S：大麥秸稈均勻地撒在地表，再使用旋耕機將其翻入0-15 cm土層，而后播種棉花；SD：先進行旋耕播種，待棉花出苗后，將粉碎的大麥秸稈均勻地覆蓋于棉花行間，并噴施微生物腐熟劑；SB：將秸稈生物炭均勻撒在地表，再旋耕翻埋入土0-15 cm左右，而后播種棉花；CK處理只需在大麥秸稈移出小區(qū)后，旋耕再播種棉花；各處理連續(xù)5a操作一致。試驗所用生物炭購買于南京勤豐秸稈科技有限公司，由小麥秸稈在高溫（500℃）下無氧裂解th后產(chǎn)生，生物炭酸性官能團數(shù)量為1.1 mmol·g-1，比表面積為23.2 m2·g-1。微生物腐熟劑（瑞萊特）產(chǎn)于成都合成生物科技有限公司，按照75 g·hm-2的用量，在使用前先將其與清水混合，質(zhì)量比為1：100，然后常溫放置24 h使微生物活化，噴施時再將活化后的菌液用清水稀釋200倍。秸稈與生物炭的性質(zhì)見表1。

棉花供試品種為中棉所425，于2022年5月26日大麥收獲后開溝直播，行距0.80 m，株距0.14 m，種植密度90 000株·hm-2。所有處理均按照常規(guī)生產(chǎn)施肥，其中施氮量（以N計）150 kg·hm-2、施磷量（以P2O5計）75 kg·hm-2、施鉀量（以K2O計）225 kg·hm-2；氮肥按比例40％和60％分苗期與初花期兩次施用，磷肥與鉀肥均在苗期一次性全部施用。試驗所用氮、磷和鉀肥分別為尿素（46％），過磷酸鈣（16％）和硫酸鉀（52％）。其他田間管理措施同當?shù)孛藁ㄔ耘唷?/p>

1.3樣品采集與測定方法

在棉花吐絮期，用取土器依照五點采樣法取0-20 cm土層土壤，樣品去雜后按不同指標要求過篩。樣品一部分存放于4℃冰箱用來測定土壤速效氮和氮轉(zhuǎn)化酶活性，另一部分自然風(fēng)干用來測定土壤有機碳、全氮、pH、有機氮礦化等。在每個小區(qū)隨機取長勢相似的棉花3株，按照根、莖、葉、生殖器官進行分樣，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒質(zhì)量，稱量計算生物量。磨樣過0.25 mm篩后測定棉株氮含量。

1.3.1土壤性質(zhì)

土壤理化性質(zhì)均參照魯如坤的《土壤農(nóng)化分析方法》進行測定。土壤0-20 cm土層容重采用環(huán)刀法測定；土壤含水量采用烘干法測定；土壤pH采用電位法測定；土壤有機碳采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定；土壤全氮及植株氮含量采用凱氏定氮法測定；土壤NH+4-N采用2 mol·L-1 KCl溶液浸提，靛酚藍比色法測定，NO-3-N采用2 mol·L-1 KCl溶液浸提，雙波長法測定，土壤速效氮含量為NH+4-N與NO-3-N之和。土壤脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和羥胺還原酶均參照關(guān)松蔭的《土壤酶及其研究法》進行測定。

1.3.2NH3揮發(fā)

NH3采用通氣法捕獲，靛酚藍比色法測定。取氣裝置為直徑16 cm、高25 cm的PVC圓柱管，每小區(qū)埋一個PVC管于棉花行間，埋深5 cm。將兩層磷酸甘油浸泡過的海綿（直徑16.5 cm、厚2 mm）放于管內(nèi)，下層海綿距地面5 cm，用來吸收土壤揮發(fā)的NH3，上層海綿與管頂部齊平用來隔絕空氣中的NH3。采樣時間為：播種后第44、46、48、51、56、62、65、68、72、77、84、91天（兩次施氮肥時間分別為播種后第44天和第61天，第44天上午取樣，下午第一次施氮肥，因此第44天的氣體數(shù)據(jù)為第一次施肥前的數(shù)據(jù)）。為了減少土壤呼吸日變化對樣品的影響，每次取氣時間定在上午9點到11點之間。取樣時先將下層海綿取出放入自封袋中密封，同時換上新的磷酸甘油浸泡過的海綿（上層海綿根據(jù)干濕情況更換，約每周1次），在放置下層海綿的自封袋中加入250 mL l mol·L-1的KC1溶液使其完全浸沒，靜置30 min后，收集海綿內(nèi)溶液并過濾，采用靛酚藍比色法測定濾液中的NH+4-N含量。

NH3揮發(fā)速率（FNH3，kg·hm-2·d-1）及累積量（ENH3，kg·hm-2）的計算公式如下：

1.3.3N2O排放

N2O采用密閉靜態(tài)箱法捕獲，氣相色譜測定。每小區(qū)放置一采樣裝置于棉花行間，包括集氣箱（直徑16 cm、高25 cm的PVC圓柱管）和底座（內(nèi)徑15cm、外徑17 cm、高5 cm的環(huán)形凹槽）。底座在第一次施肥前埋入并長期固定于田間。每次采樣時將水注入底座凹槽，后放上箱體，避免漏氣。集氣箱內(nèi)放一溫度計用來記錄箱內(nèi)溫度，箱蓋處放置連有三通閥的橡膠管，取氣時先用注射器反復(fù)按壓數(shù)次使箱內(nèi)氣體混勻，后分別在0、10、20、30 min抽取40 mL箱內(nèi)氣體于真空瓶中。N2O采樣時間與NH3 -致，每次收集完氣體后，將采樣箱移走。使用氣相色譜儀（Shimadzu GC-2010 Plus，京都，日本）測定氣體樣品。

1.3.4有機氮礦化

土壤有機氮凈礦化速率采用室內(nèi)培養(yǎng)法測定。稱100 g風(fēng)干土于500 mL塑料瓶中，保持土壤60％的含水率，先黑暗下25℃預(yù)培養(yǎng)7d以激活土壤微生物，后在塑料瓶中放入裝有20 mL 0.2 mol·L-1 NaOH溶液的小燒杯來吸收培養(yǎng)期間產(chǎn)生的CO2，放入小燒杯當天記為第0天，黑暗下25℃連續(xù)培養(yǎng)45 d。培養(yǎng)期間每隔5d進行破壞性取樣（約5g土），同時更換堿液并補充土壤水分至指定含水率。測定土樣NH+4-N和NO-3-N含量來計算凈氮礦化速率及累積量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 22軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素（One-way ANOVA）和Duncan法（a=0.05）進行方差分析和多重比較。采用Canoc0 5.0軟件進行冗余分析（RDA），采用Origin 2023軟件制圖。表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。

2結(jié)果與分析

2.1秸稈與生物炭對土壤NH3揮發(fā)與N2O排放的影響

由圖1a可知，各處理的NH3揮發(fā)速率在施氮后迅速增加，分別于第一次施氮后4d（棉花播種后48 d）和第二次施氮后4d（棉花播種后65 d）達到峰值，后呈下降趨勢，且處理間差異逐漸減小。各處理第一次施氮后NH3揮發(fā)速率峰值高于第二次施氮后的峰值。在各峰值處，S處理的NH3揮發(fā)速率最高，其次為SD處理，二者均顯著高于CK，而SB處理下NH3揮發(fā)速率顯著低于CK。與CK相比，S和SD處理下NH3揮發(fā)累積量分別顯著增加37.2％和21.2％，SB處理NH3揮發(fā)累積量顯著降低27.3％（圖lb），表明兩種秸稈還田方式均加劇NH3揮發(fā)，而生物炭添加明顯抑制NH3揮發(fā)。

隨時間的推進N2O排放通量在各處理下有相似的變化規(guī)律（圖2a），即在兩次施氮后迅速上升，分別于第一次施氮后7d（棉花播種后51d）和第二次施氮后4d（棉花播種后65 d）達到峰值，后呈下降趨勢，且處理間差異逐漸減小。N2O排放通量第一個峰值出現(xiàn)時間比NH3揮發(fā)速率晚3d，且第二個峰值明顯高于第一個。在各峰值點，N2O排放通量由高到低依次為S、SD和SB，且均顯著低于CK。與CK相比，S、SD和SB處理下N2O累積排放量分別顯著降低17.1％、38.3％和56.7％（圖2b），說明秸稈和生物炭添加都對N2O有顯著減排作用，且生物炭減排效果最好。

2.2土壤氮礦化與有機氮組分含量

各處理土壤氮礦化速率在培養(yǎng)前5d均迅速下降，后緩慢下降趨于平緩（圖3a）。培養(yǎng)期間，S和SD處理氮礦化速率均顯著高于CK，而前20 d SB處理的氮礦化速率與CK相比略有降低，25 d與30 d時SB處理的氮礦化速率與CK相比略有增加，但無顯著差異，培養(yǎng)至35 d與40 d時顯著增加氮礦化速率。培養(yǎng)結(jié)束時S、SD和SB處理氮礦化速率與CK相比分別顯著增加19.0％、22.6％和14.0％。CK的累積氮礦化量為34.3 mg·kg-1，S、SD和SB處理的累積氮礦化量分別為CK的1.2、1.2倍和1.1倍，均顯著高于CK（圖3b），說明秸稈和生物炭添加均能顯著促進土壤氮礦化，且秸稈的促進效果更好。

2.3土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性

與CK相比，SD與SB處理均顯著增加土壤脲酶活性，增幅分別為11.9％和17.1％（圖4a）；同時均顯著降低土壤硝酸還原酶活性，降幅分別為18.0％和23.6％（圖4b）；而S處理對這兩個酶活性的影響均未達到顯著水平。S、SD和SB處理均較CK顯著增加土壤亞硝酸還原酶活性，分別為CK處理的1.3、1.5倍和1.3倍（圖4c）。與CK相比，土壤羥胺還原酶活性在兩個秸稈處理下呈增加趨勢，其中S處理增加顯著，增幅達26.5％（圖4d）。

2.4棉花生物量及氮吸收

由圖5可以看出，與CK相比，S、SD和SB處理下棉花生物量分別增加31.4％、45.2％和65.5％，氮吸收量分別增加18.1％、34.3％和70.3％，各處理間的差異均達到顯著水平，說明秸稈和生物炭添加均能顯著促進棉花生長及氮吸收，且生物炭的促進效果更好。

2.5土壤理化性質(zhì)

從表2中可以看出，與CK相比，土壤有機碳含量在SB處理下顯著增加，全氮含量在SD與SB處理下顯著增加，其他處理與CK差異不顯著。土壤NH+4-N與NO-3-N含量在SB處理下最大，其顯著高于CK。S和SD處理NH+4-N與NO-3-N含量與CK差異不顯著。S與SB處理較CK顯著降低土壤容重。各處理的土壤pH較CK無顯著變化。

2.6土壤NH3揮發(fā)和N2O排放的驅(qū)動因子

通過Pearson法對氣態(tài)氮排放量與環(huán)境因子、棉花氮吸收等進行相關(guān)性分析，篩選出與氣態(tài)氮排放量顯著相關(guān)的指標，進一步將顯著相關(guān)指標與氣態(tài)氮排放量進行冗余分析可知，前兩個軸的特征值分別為81.1％和15.9％，共解釋土壤NH3揮發(fā)和N2O排放量的97.0％（圖6）。其中土壤NH3揮發(fā)與土壤pH顯著負相關(guān)。土壤N2O排放與土壤容重顯著正相關(guān)，與土壤有機碳含量、棉花氮吸收顯著負相關(guān)。土壤NH3揮發(fā)和N2O排放均與NO-3-N含量極顯著負相關(guān)。土壤N2O排放與土壤硝酸還原酶活性極顯著正相關(guān)，土壤NH3揮發(fā)與土壤羥胺還原酶活性極顯著正相關(guān)。其中，羥胺還原酶和棉花氮吸收是主要影響因子，對土壤NH3揮發(fā)和N20排放的解釋率分別高達64.8％（F-18.4，P=0.002）和20.1（F=12.0，P=0.002）。

3討論

3.1生物炭添加對土壤NH3揮發(fā)與N2O排放的影響

秸稈生物炭連續(xù)添加后棉田堿性土壤NH3揮發(fā)量顯著降低（圖1），與Mandal等和Sun等的研究結(jié)果相似。生物炭的“石灰效應(yīng)”主要發(fā)生在酸性土壤，是酸性土壤NH3揮發(fā)的主要驅(qū)動因子，在堿性土壤上添加生物炭有降低NH3揮發(fā)的趨勢。本研究土壤為濱海鹽堿土，生物炭添加后土壤pH無顯著變化（表2）。生物炭降低NH3揮發(fā)的一個主要原因是其顯著抑制了土壤羥胺還原酶活性，這從土壤NH3揮發(fā)量與羥胺還原酶活性之間存在極顯著正相關(guān)及羥胺還原酶對NH3揮發(fā)有最大的解釋率可得到驗證（圖6）。羥胺還原酶催化硝化反硝化過程的中間產(chǎn)物NH2OH還原為NH3，因此其活性越高，產(chǎn)生的NH3揮發(fā)量越大。而生物炭對羥胺還原酶的抑制機制暫不清楚，還需要進一步研究。NH3揮發(fā)降低的另一個主要原因可能與生物炭表面的酸性官能團對土壤中NH+4和NH3的強吸附作用有關(guān)。其中，生物炭吸附的NH+4，包括由施入土壤的氮肥水解產(chǎn)生的NH+4和由生物炭激發(fā)的本土有機氮礦化產(chǎn)生的NH+4。

生物炭添加降低NH3揮發(fā)的同時，也顯著降低棉田土壤N2O排放，降幅達56.7％（圖2），與大多數(shù)研究結(jié)果相符。硝化與反硝化過程是農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生的兩種主要途徑，生物炭添加直接或間接地影響上述過程，從而減少土壤N2O排放。我們認為生物炭主要通過影響反硝化作用來抑制N2O排放。一方面，冗余分析顯示，土壤容重與N2O排放量顯著正相關(guān)，棉花氮吸收與N2O排放量顯著負相關(guān)，其中棉花氮吸收對N2O排放的解釋率較大（圖6），表明生物炭通過改善土壤通氣性，提高土壤養(yǎng)分有效性，來促進作物氮吸收的增加（圖5），進而降低N2O排放。另一方面，生物炭主要通過降低硝酸還原酶活性來減少N2O排放，這從土壤硝酸還原酶活性與N2O排放量呈極顯著正相關(guān)可得到支持（圖6）。生物炭吸附土壤中的NH+和NO-3，降低氮效率，繼而使反硝化底物的可用性降低，這可能是其促進N2O減排的另一原因。

大多研究表明土壤NH+4、NO-3含量和脲酶活性與NH3揮發(fā)或N2O排放呈正相關(guān)，而本研究中卻為負相關(guān)，特別是N2O排放量與之顯著負相關(guān)（圖6）。這可能因為生物炭添加抑制土壤硝化作用使NH+4累積；有效抑制NO-3的淋溶流失使NO-3累積；改善土壤微生物生存環(huán)境使脲酶活性提高；同時因其強吸附能力將其固定于土壤中。也可能與特定的土壤環(huán)境有關(guān)，需進一步試驗研究。

3.2秸稈還田對土壤NH3揮發(fā)與N2O排放的影響

秸稈還田后棉田土壤NH3揮發(fā)顯著增加（圖1），這個結(jié)果類似于Xia等和Zhao等的研究結(jié)果。主要原因有兩個：第一，土壤NH+4含量即NH3揮發(fā)底物的增加。秸稈還田后土壤增加的NH+4一方面來自秸稈本身，一方面來自其激發(fā)效應(yīng)即對有機氮礦化分解的促進作用。由于大麥秸稈中的速效氮含量很低，增加的土壤NH+4主要來自于秸稈翻埋與秸稈覆蓋+催腐還田對土壤有機氮礦化的顯著促進作用（圖3）。第二，秸稈還田顯著提高土壤羥胺還原酶活性，進而促進NH3揮發(fā)（圖6）。秸稈還田也可通過刺激硝酸鹽異化還原成NH+4并降低NH+4氧化率，促使NH3揮發(fā)底物大量增加，進而增加NH3揮發(fā)量。本試驗土壤呈堿性，硝酸鹽異化還原成NH+4的過程更容易發(fā)生。至于秸稈催腐+覆蓋處理的NH3揮發(fā)高于秸稈翻埋處理的原因，很可能是秸稈一直覆蓋于棉花行間，使土壤與大氣接觸面積減小，地表風(fēng)速降低，使NH3揮發(fā)有所減少。結(jié)果說明相較秸稈生物炭，秸稈還田有增加NH3揮發(fā)的風(fēng)險，容易造成環(huán)境壓力。

秸稈還田顯著降低棉田土壤N2O排放（圖2），這與一些研究結(jié)果相反。N2O排放的增加可歸因于秸稈還田為土壤微生物提供足夠的基質(zhì)，加速微生物過程，促進硝化反硝化作用。另外，秸稈還田可保持土壤微環(huán)境的溫度和水分，增加土壤厭氧微域，使反硝化作用增強，從而促進N2O排放。而本研究中，與生物炭添加相同，秸稈還田亦主要通過增加棉花氮吸收來抑制反硝化作用，進而減少N2O排放（圖6）。對比秸稈與秸稈生物炭對土壤N2O排放的抑制作用發(fā)現(xiàn)，秸稈翻埋處理的N2O排放量顯著高于其他兩個處理（圖2）。高C/N植物殘體施入土壤后可通過增加氮素固持改變基質(zhì)的反硝化有效性，從而降低N2O排放。雖然本研究施用的秸稈C/N較生物炭大，但生物炭可有效吸附土壤中硝化和反硝化細菌的能源底物，且其多孔的結(jié)構(gòu)對微生物生長和土壤氮素的固定有益。另外，秸稈覆蓋+催腐處理的N2O排放量顯著低于秸稈翻埋處理（圖2），這可能是因為秸稈催腐后增加了相關(guān)微生物活性，促進秸稈更快分解，對土壤有效氮固定化作用更強。以上說明秸稈對堿性棉田土壤N2O的減排效果低于秸稈生物炭，兩種秸稈還田方式中，秸稈翻埋還田減排效果更好。

本研究各處理NH3揮發(fā)量約為N2O排放量的1.6-3.1倍（圖1和圖2），說明NH3揮發(fā)是堿性棉田氣態(tài)氮損失的主要方式。NH3揮發(fā)量與大多研究范圍相似，而N2O排放量與大多研究相比較高，但與Ma等的研究相當，這可能與供試土壤性質(zhì)和氣象條件有關(guān)。N2O排放和土壤黏粒含量顯著負相關(guān)，質(zhì)地黏重的土壤對NO-3有較強的吸附力且透氣性較弱，不利于N2O從土壤逸出。本研究土壤為堿性砂壤土，黏粒含量較低對N2O排放較為有利。且堿性土壤的溫度在10～35℃范圍內(nèi)時，N2O排放量隨溫度的增加而增加，試驗處于高溫時期，N2O排放速率的第二個峰值出現(xiàn)前又發(fā)生降雨，進一步促進了N2O排放。NH3揮發(fā)和N2O排放受到土壤因素、氣象條件、秸稈與生物炭原料及性質(zhì)等多方面因素影響。本研究僅在一個土壤條件下進行，所得結(jié)果還有待于更多土壤條件進行驗證。另外，本試驗在布置采樣點時，沒有考慮到施肥與非施肥區(qū)域面積權(quán)重的問題，造成氣態(tài)氮損失量被高估，在今后的試驗中有待進一步完善。

4結(jié)論

在堿性棉田土壤條件下，秸稈生物炭主要通過降低土壤羥胺還原酶活性與增加棉花氮吸收抑制土壤NH3揮發(fā)和N2O排放，同時降低土壤容重，改善土壤肥力，進而提高棉花生物量，兼顧了棉花生產(chǎn)與土壤氮減排。而秸稈還田雖然可以降低土壤N2O排放量，但增加了NH3揮發(fā)的風(fēng)險，這主要與土壤有機氮礦化的增加和羥胺還原酶活性的提高有關(guān)。秸稈催腐+覆蓋還田在提高棉花生物量和氮吸收、降低氮排放方面均優(yōu)于秸稈翻埋還田?？傮w上，秸稈生物炭更有利于實現(xiàn)NH3和N2O協(xié)同減排，發(fā)展綠色低碳農(nóng)業(yè)。