刘 怡
（哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨 150025）
联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告指出，2011 年以来，大气中温室气体的含量持续增加，2011—2020 年，全球平均温度较1850—1900 年的平均值高1.09 ℃，全球气候变暖成为人类社会所面临的重大挑战[1]。甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体，二者在100年时间尺度上的全球增温潜势（Global Warming Potential，GWP）分别是二氧化碳（CO2）的25倍和298倍。
土壤是N2O 的重要排放源，减少土壤温室气体排放对加快实现“碳中和”进程具有重要意义。增加外源有机物质输入可有效增加土壤碳汇，提升土壤肥力。秸秆易获取，直接还田成为广泛推广的管理措施。但有学者指出，秸秆还田可能导致土壤温室气体排放增加[2]；
优化秸秆利用方式将加快有机物腐解速度，同时影响土壤温室气体排放[3-4]。秸秆掺入腐熟剂还田引起CH4气体大量排放，氨化秸秆被应用于直接还田以提升土壤碳氮含量，生物炭以其特有的吸附性降低农业生态系统N2O 排放。盐碱土是全球重要的后备耕地资源，我国松嫩平原西部广泛分布着苏打盐碱土。改善盐碱土性状对增加土地资源具有重要意义，但目前大部分研究只关注了土壤碳氮累积而忽略了改良过程中的温室气体排放，本研究将腐熟秸秆、氨化秸秆和秸秆生物炭作为改良剂，配施等氮量氮肥，关注退化盐碱土质量提升过程中的温室气体排放特征。
1.1 研究区概况
研究区位于黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县一心乡前进村（124°29"44″E，46°48"56″N），地处黑龙江省松嫩平原西部。该区域受温带大陆性气候影响，年平均气温3.6～4.4 ℃，年降水量的80%集中在7—9 月。供试土壤为典型的苏打盐碱土，质地为砂质壤土。秸秆施入时，耕层土壤（0～20 cm）的pH 值为9.4，容重为1.28 g·cm-3，总碳含量为8.56 g·kg-1，铵态氮、硝态氮、总氮含量分别为0.64、18.32、261.17 mg·kg-1。
1.2 试验设计
根据野外样地选取原则全面踏查后选取试验地，秸秆与氮肥于2019 年10 月26 日同时翻入耕层土壤，试验观测期为2021 年5 月11 日—9 月28 日（141 d）。每组设置3个重复，每个样方长、宽均为2 m。相邻样方间设3 m 保护行，样方四周铺设塑料隔水膜防止样方间的物质交换。水稻收获后留茬20 cm 左右，粉碎至3～5 cm 待用，秸秆干质量为9 587 kg·hm-2。共设置4 组处理，分别为对照组（CK）、粉碎水稻秸秆+腐熟剂+氮肥（MSN）、氨化粉碎水稻秸秆+氮肥（ASN）、水稻秸秆生物炭+氮肥（SBN）。其中，秸秆还田量为9.59 t·hm-2，腐熟剂使用量为30 kg·hm-2，氮肥使用量为480 kg·hm-2。
1.3 样品采集与测定
气体样品每7～10 d 采集1 次。CH4和N2O 通量使用静态暗箱-气相色谱法测定。在每个样方中心位置固定不锈钢底座，底座插入土壤后保持固定，静态箱扣入后将底座顶部凹槽加水密封。静态箱的尺寸为40 cm×40 cm×40 cm，带有凹槽的不锈钢底座规格为40 cm×40 cm×8 cm，箱体四周均覆有隔热遮光材料。采样箱上部3 个孔分别用于接通箱内搅气小风扇、温度计探头和采气三通阀，3 个孔均用橡胶塞密封。采集时间通常选在天气晴朗的8:00—11:00。
1.4 气体通量、累积排放量的计算
温室气体通量计算公式为
式中：F为所测温室气体通量，μg·m-2·h-1；
为箱内气体浓度随时间变化的曲线斜率；
M为所测气体摩尔质量，g·mol-1；
v0为标准状态下所测气体摩尔体积，mL·mol-1；
P为采样时静态箱内气压，Pa；
P0为气体标准状态下的空气绝对气压，Pa；
t0为气体标准状态下的温度，℃；
t为采样时静态箱内的气温，℃；
h为静态箱内气室高度，cm。
温室气体累积排放量计算公式为
式中：f为所测温室气体累积排放量，kg·hm-2；
n为排放通量观测次数；
Fi+1与Fi分别为第i+1 次和第i次采气时的平均气体排放通量，μg·m-2·h-1；
ti+1与ti分别为第i+1次和第i次试验的时间，d[5]。
1.5 数据处理
采用Microsoft Excel 2019 进行数据处理；
采用SPSS 25.0 统计软件结合Duncan 法进行多重比较；
采用Origin 2019作图。
2.1 CH4和N2O通量动态变化
由图1 可知，整个研究期内不同有机物料添加下的CH4通量变化趋势基本一致。观测初期（14 d）出现排放峰值；
观测中后期降水增多，CH4排放量在0值上下波动；
观测末期（113 d 后）CH4排放量趋于平稳。CK、MSN、ASN和SBN的CH4平均排放通量分别为19.76、-11.91、-10.16 μg·m-2·h-1和-13.31 μg·m-2·h-1。由图2 可知，不同处理组的N2O 排放通量显示出类似的趋势，但幅度不同。在观测初期（14 d），除CK 组外均观测到明显的排放峰值；
第50 d 至观测结束，各组保持较稳定状态。CK、MSN、ASN 和SBN 的N2O 平均排放通量分别 为-5.17、2.71、2.59 μg·m-2·h-1和1.54 μg·m-2·h-1。
图1 秸秆不同处理下CH4通量动态
图2 秸秆不同处理下N2O通量动态
2.2 CH4和N2O累积排放量
如表1 所示，试验期间，CH4累积排放量顺序为CK＞ASN＞MSN＞SBN。与CK 相比，ASN、MSN 和SBN 的CH4累积排放量分别减少137.80%、141.46%和148.78%。N2O的累积排放量顺序为MSN＞ASN＞SBN＞CK，与CK 相比，MSN、ASN 和SBN 的N2O 累积排放量分别增加147.06%、129.41%和123.53%。可见，有机物料添加显著减少了CH4排放量而显著增加了N2O排放量。
表1 秸秆不同处理下CH4和N2O累积排放量 单位：kg·hm-2
本研究在野外原位观测了松嫩平原西部盐碱地CH4和N2O 通量，其表现出明显的季节变化特征。有机物料与氮肥同时施入土壤，CH4和N2O 排放通量在生长季表现出先升高、后降低的特征。MSN 与ASN 可加速秸秆腐解，提供充足的碳和氮，但盐碱土的固碳和固氮能力差，因此增加了气体排放。而SBN 不仅增加土壤对碳和氮的固定，还对碳和氮有一定的吸附能力，因此减少了气体排放。
无机碳可在好氧条件下生成CO2，在厌氧条件下生成CH4[6]。夏季气温升高，土壤水分易蒸发，土壤含水量减少改善了土壤通气性，形成吸收“汇”。降水增多使土壤水分增加，为产甲烷菌提供了适合的环境条件，促进CH4排放。土壤N2O 的产生主要来自硝化和反硝化过程，矿质氮含量控制N2O 排放[7]。总的来看，生物炭（SBN）具较强的吸附能力能减少土壤中的氮素含量，对CH4的吸收作用较好，也可减少N2O排放[8]。
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