长期施用有机肥和化肥对黑土N₂O排放的影响

来源：环境科学杂志2025年第1期北京时间：

作者：王昊,胡荣桂,林杉,高洪军,徐明岗,张文菊,邬磊

单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室, 北京 100081,华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430072,华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430072,华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430072,吉林省农业科学院农业资源与环境研究所, 长春 130119,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室, 北京 100081,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室, 北京 100081,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室, 北京 100081

摘要：东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地,近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施,但不合理的肥料施用会促使养分损失和N₂O等温室气体排放,导致土壤退化和环境污染.为探明黑土N₂O排放对长期施用有机肥和化肥的响应及关键控制因素,采集吉林公主岭黑土长期定位试验（32 a）的施用有机肥主处理（M₀,不施有机肥；M₁,低量有机肥；M₂,高量有机肥）和施用化肥副处理（CK,不施肥；N,化学氮肥；NPK,化学氮磷钾肥）共计9个处理（即每个施用有机肥水平下包含3个化肥施用水平）的表层土壤样品（0~20 cm）,进行室内恒温恒湿培养（65%田间持水量25℃下培养21 d）,并测定N₂O排放通量和土壤物理化学生物学性质.研究结果表明,长期施用有机肥和化肥显著增加了黑土N₂O排放.与M₀CK处理[（0.25±0.01） mg·kg-1,以N计,下同]相比,单施有机肥处理N₂O累计排放量显著提高了361%~456%[M₁CK和M₂CK处理分别为（1.17±0.02）mg·kg-1和（1.41±0.02）mg·kg-1],且N₂O排放随着有机肥施用量增加显著增强.与M₀CK处理相比,单施化肥处理N₂O累计排放量显著提高了96%~236%[M₀N和M₀NPK处理分别为（0.49±0.01）mg·kg-1和（0.84±0.03）mg·kg-1],且平衡施用化肥处理N₂O排放提升幅度明显高于单施氮肥处理.在M₁和M₂条件下,化肥施用对N₂O排放的影响程度减弱,说明有机肥施用缓解了化肥对N₂O排放的影响.单施有机肥显著提高了土壤及团聚体有机碳（SOC）和总氮（TN）、土壤微生物量碳氮含量,有机肥配施进一步提高土壤及团聚体SOC和TN含量.Pearson相关及路径分析结果表明,N₂O排放与土壤碳氮组分及微生物量碳氮含量显著正相关,长期施用有机肥和化肥主要通过影响土壤碳氮组分,改变微生物量和底物有效性调控N₂O排放.综上所述,施用有机肥通过增加土壤可利用碳氮库以及微生物生物量碳氮显著促进了N₂O排放.有机肥施用缓解了化肥对N₂O排放的促进作用,在施用化肥时应适量配施有机肥,以平衡肥力提升与氮素损失及温室气体排放的综合效应.

关键词：长期施肥,碳氮组分,N2O,土壤团聚体,偏最小二乘法路径分析模型（PLS-PM）,