不同温度条件下生物质炭陈化对华南集约化菜地土壤反硝化过程的影响

[目的]比较不同温度下新鲜生物质炭与陈化生物质炭对华南集约化菜地土壤N2O排放的影响,以深化对生物质炭减排机理的认识.[方法]本研究采用乙炔抑制法进行室内培养试验,共设置3个温度梯度(10℃、20℃和30℃)和3个生物质炭处理:无生物质炭(CK)、新鲜生物质炭(FB)以及田间陈化生物质炭(FAB),共9个处理.同时,各处理分别设置不加乙炔和添加10％体积含量乙炔的平行处理,以测定N2O排放量并作差计算N2排放量.对不含乙炔处理则测定土壤pH、电导率(EC)、可溶性有机碳(DOC)、NO-3、NH+4、NO-2含量,以及土壤中反硝化功能基因nirS、nirK、nosZ和nosZII的丰度.[结果]温度升高显著增加了菜地土壤N2O和N2的排放量,显著提高了土壤pH和土壤NH+4含量,并明显降低了DOC和NO-3含量(P<0.01),但是并未明显影响反硝化过程的功能基因nirK、nirS、nosZ和nosZII的丰度.FB、FAB在30℃时分别显著降低了菜地土壤N2O排放量的18.8％、22.3％,并且显著降低了反硝化总脱氮量(N2O+N2)?(P<0.001).FAB处理在30℃下能显著增加土壤中nirK和nosZII基因丰度(P<0.05).冗余分析显示,土壤pH、NO-2、DOC是影响反硝化功能基因的主要因素,以pH贡献率最高.逐步回归分析表明,N2O排放量在CK处理中主要受土壤DOC含量影响,在FB处理中主要受土壤NO-3含量影响,在FAB处理中则受到土壤NO-3和NO-2含量影响.[结论]升温对菜地土壤N2O排放的影响呈非线性增长,以10℃增至20℃时增幅最大.在反硝化过程中,新鲜生物质炭通过持留NO-3以减少其参与反硝化过程,进而减少N2O排放量.陈化生物质炭则通过影响反硝化过程的底物NO-3、NO-2含量及反硝化功能基因nirK和nosZII的丰度,从而导致土壤氮以NO或N2形式损失,减少N2O的排放量.低温抑制微生物的活性,因此,在30℃时生物质炭对N2O减排效果更好,且陈化生物质炭的减排效果优于新鲜生物质炭.