氮肥品種和含水量對水稻土N2O排放速率及排放過程的影響

席瑞澤，付慶靈*，楊永強，尤錦偉，朱 俊，胡紅青，葉 磊

氮肥品種和含水量對水稻土N2O排放速率及排放過程的影響

席瑞澤1，付慶靈1*，楊永強1，尤錦偉1，朱 俊1，胡紅青1，葉 磊2

（1.華中農業大學資源與環境學院，武漢 430070；2.荊門市漳河管理局團林灌溉試驗站，湖北 荊門 448800）

稻田是全球重要的N2O排放源，氮肥有效性和水分狀況是影響稻田N2O排放的關鍵因素。為探明水稻土在施用尿素和硫酸銨時，水分變化對短時間內N2O總排放速率及不同硝化過程（自養硝化、異養硝化、非生物作用）貢獻的影響，通過室內培養實驗，采用乙炔抑制法，測定了不同時間段N2O釋放量，并計算釋放速率。結果表明：施用氮肥可以顯著提高自養硝化、異養硝化及總過程的N2O排放速率，并且施尿素處理N2O排放速率大于施硫酸銨。隨著土壤水分含量由48%增加至160%，總N2O排放速率以及自養硝化、異養硝化N2O排放速率顯著增加。供試水稻土N2O的產生主要是由生物過程主導的，其中硝化作用（包括自養硝化、異養硝化）最高貢獻達51.1%，非生物作用貢獻所占比重很小。這些結果可為科學施肥，降低農田土壤N2O排放提供科學依據。

N2O；水稻土；自養硝化；異養硝化；非生物作用

氧化亞氮（N2O）是除 CO2、CH4之外的第三大溫室氣體，會破壞臭氧層增加紫外線輻射，對全球總輻射的貢獻為6.2%。2014年全球大氣中N2O濃度為327.1 mm3·m－3，是工業革命前的 121%[1]。土壤是 N2O的主要釋放源[2]。N2O在土壤中有多種產生途徑，包括硝化作用、硝化細菌反硝化、硝化耦合反硝化、異養反硝化等生物作用[3]，以及羥胺的分解、鐵的還原等非生物作用[4－5]。已有研究表明在低含水量下N2O的產生途徑主要是硝化作用，而高含水量下產生途徑主要是反硝化作用[6]。Bouwman等[3]指出，土壤微生物主導的硝化－反硝化作用產生的N2O約占全球大氣中N2O總量的90%。傳統認為硝化作用只有自養硝化，然而現在越來越多的證據表明異養硝化在硝化作用中占據重要的地位[7]。雖然土壤中N2O的釋放是由微生物主導的，但Webster等[8]發現，經高溫滅菌的土壤也可以產生少量的N2O。

我國是世界上最大的產稻國，水稻種植面積達2.53×107hm2，占糧食耕地面積的29%[9]。為了提高耕地的利用效率、增加農作物產量，農田土壤投入了大量氮肥，使得農田土壤釋放大量的N2O，然而當氮肥導致土壤氮的有效性發生改變后，加之稻田在耕作過程中強烈的水分變化，對土壤中N2O的產生量和產生途徑會產生什么樣的影響，對自養硝化、異養硝化與非生物作用釋放N2O的影響尚不明確。本文采用10 Pa（0.01%V/V）乙炔區分自養硝化和異養硝化[10]、結合100 kPa氧氣抑制反硝化作用，同時采用高壓蒸汽滅菌土壤測定非生物過程N2O產量。通過室內模擬水稻生產過程中土壤水分以及氮肥施用情況，分析了水分變化及氮肥種類對不同途徑N2O產生速率的影響，為合理施肥，采取適當的管理措施減少稻田N2O排放提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

供試土壤樣品取自湖北省荊門市團林鎮石龍村水稻－油菜輪作田（北緯 30°51′，東經 121°6′，海拔25.4 m）。該地區屬于亞熱帶溫暖季風型氣候，年平均氣溫16.1℃，年均降水量949.4 mm，年日照2000 h左右。稻田土壤類型為第四紀Q3發育而成的黃棕壤。供試土壤 pH 5.5，有機質 51.5 g·kg－1，全氮 2.51 g·kg－1，銨態氮 11.96 mg·kg－1，硝態氮 50.61 mg·kg－1，土壤持水能力[11]（WHC）62.5%，土壤基本性質的測定方法參照土壤農化分析[12]。

1.2 室內培養試驗

取一定質量的土壤樣品于密閉容器中，放入恒溫培養箱預培養，設定溫度25℃、避光，每天定時敞口保證微生物的氧氣需求，培養至第6 d測定土壤含水量，一般為土壤最大持水量的30%～40%，預培養至第7 d結束，取出土樣進行室內培養。

實驗設置兩種施氮處理：尿素、硫酸銨，施肥量相當于當地大田施用量（150 kg N·hm－2），并做不施肥對照（CK）。同時施氮和對照都設置四種抑制劑處理，分別為：處理Ⅰ土壤；處理Ⅱ土壤+100 kPa O2；處理Ⅲ土壤+10 Pa C2H2+100 kPa O2；處理Ⅳ滅菌土壤。各處理設置3次重復。取相當于20 g烘干重的預培養土壤置于300 mL的培養瓶中，稱重法調節土壤含水量分別為30%、50%、60%、70%、80%、100%，對應為土壤WHC的48%、80%、96%、112%、128%、160%，隨后用橡膠塞密封培養瓶，添加抑制劑后放入25℃恒溫培養箱避光培養24 h。分別在培養的第0、12、24 h使用氣密性注射器抽取5 mL氣體，在進行測定的24 h內，培養瓶中N2O并未達到飽和。

1.3 計算方法

采用差減法計算不同過程N2O排放速率。處理Ⅰ不添加抑制氣體，即為總的N2O排放速率。處理Ⅱ加入高濃度氧氣，抑制了硝化反硝化和反硝化的N2O排放速率。處理Ⅲ在處理Ⅱ的基礎上加入了乙炔，抑制了自養硝化、硝化反硝化和反硝化的N2O排放速率。處理Ⅳ經過滅菌作用，即為非生物作用的N2O排放速率。

以上 N2OⅠ、N2OⅡ、N2OⅢ、N2OⅣ分別表示處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的N2O排放速率。

通過測定第 0、12、24 h N2O 的產生量（μL·L－1），應用Slope函數，求得N2O濃度隨時間變化的回歸曲線斜率（dc/dt），然后按下式計算N2O產生率。

式中：P 為 N2O 產生率，μg·kg－1·h－1；dc/dt為培養瓶內N2O 濃度隨時間變化的回歸曲線斜率，μL·L－1·h－1[培養時間段，瓶內 N2O 氣體呈線性增加（R2＞0.9）]；V 為培養瓶內氣體體積，L；W為干土重，g；MW為N2O的質量，g；MV為標準狀態下1 mol氣體的體積，L；T為培養溫度，K。

1.4 數據處理與分析

運用Origin 8.0軟件作圖、SAS v8進行方差分析和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理的N2O排放通量與累積排放量的差異。

2 結果與分析

2.1 氮肥種類和水分對N2O總排放速率的影響

由圖1可見，四種處理下，對照、施尿素、硫酸銨N2O排放速率均隨著土壤含水量的增加而增加。四種處理在同一施肥條件下N2O排放速率趨勢相同，都為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ。處理Ⅳ經過滅菌，非生物作用N2O排放速率最低，處理Ⅲ加入氧氣和乙炔，抑制了硝化反硝化、反硝化和自養硝化的N2O排放，相較于處理Ⅱ只抑制硝化反硝化和反硝化的N2O排放，處理Ⅲ的N2O排放速率要低于處理Ⅱ。

處理Ⅰ即為總的N2O排放速率，CK處理在不同水分之間 N2O 排放速率為 0.67～73.43 ng·kg－1·h－1，施尿素處理在不同水分之間排放速率為1.51～212.55 ng·kg－1·h－1，施硫酸銨則為 0.87～184.99 ng·kg－1·h－1。顯然，同一施氮處理的不同水分間N2O排放速率差異極顯著（P＜0.01）。在低于 96%（WHC）時，施氮處理與空白間N2O總排放速率相差不大，但施氮處理排放量要高于對照。隨著土壤含水量的增加，對照處理N2O總排放速率在96%（WHC）下開始增加，在128%（WHC）下達最高值 73.43 ng·kg－1·h－1，隨后開始下降，其變化趨勢呈拋物線型。施氮處理的土壤N2O總排放速率在112%（WHC）下開始顯著增加，128%（WHC）后依然上升，但增速變緩，在160%（WHC）下N2O總排放速率均達最高峰，分別為尿素處理 212.55 ng·kg－1·h－1，硫酸銨處理 184.99 ng·kg－1·h－1。施氮可顯著提升 N2O 總排放速率，尿素排放速率大于硫酸銨，但兩者無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 土壤銨態氮、硝態氮含量變化

對于銨態氮，在對照組中，處理Ⅳ銨態氮含量遠高于其他三種處理，可能是因為經過滅菌處理，沒有微生物活動，使得銨態氮無法進行硝化作用而保存下來。施用尿素的土壤中銨態氮含量依次是Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ。與處理Ⅲ中乙炔抑制了自養硝化，而處理Ⅱ中氧氣抑制了反硝化作用有關。施用硫酸銨的土壤中銨態氮含量依次是Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅰ、Ⅱ，處理Ⅳ經過滅菌，銨態氮含量最高，處理Ⅲ乙炔抑制了自養硝化，銨態氮消耗減少（圖 2）。

對于硝態氮，施肥的土壤四種處理的硝態氮含量依次是Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅳ。處理Ⅱ中氧氣抑制了反硝化作用，使硝態氮大量積累，處理Ⅲ乙炔抑制自養硝化，使得硝態氮的來源減少，含量少于處理Ⅰ未加抑制劑的土壤，處理Ⅳ土壤中，沒有微生物活動，在所有處理中的硝態氮含量最低（圖3）。

2.3 氮肥種類和水分對自養硝化過程N2O排放速率的影響

圖1 不同水分狀態下施氮的N2O排放速率變化Figure 1 The N2O emission flux changes with the moisture content of different N treatment

圖2 不同施氮處理銨態氮隨水分狀況變化Figure 2 Different fertilization treatments ammonium nitrogen changes with the water moisture

圖3 不同施氮處理土壤硝態氮隨水分狀況變化Figure 3 Different fertilization treatments nitrate nitrogen changes with the water moisture

空白處理N2O排放速率在含水量112%（WHC）時最高，為 20.06 ng·kg－1·h－1。施用尿素在含水量低于96%（WHC）時 N2O 排放速率無顯著變化（P＞0.05），當含水量增加至112%（WHC）時，N2O排放速率顯著增加，在含水量160%（WHC）達到峰值53.29 ng·kg－1·h－1。施用硫酸銨處理與尿素處理相同，低于96%（WHC）時N2O排放速率無顯著變化，但在160%（WHC）時N2O排放速率最高，為71.22 ng·kg－1·h－1（圖4）。通過雙因素方差分析可知，施氮處理的土壤N2O排放速率要顯著高于空白對照（P＜0.01），各施氮不同水分處理下存在極顯著差異（P＜0.01）。

自養硝化在施用氮肥后不僅會增加N2O排放速率，對總N2O排放速率的貢獻也會增加。施用尿素后在112%（WHC）時最高為40%，施用硫酸銨則在160%（WHC）時貢獻達到最高38.5%。除112%（WHC）外，其余水分含量下施用硫酸銨自養硝化貢獻增加量比尿素多，在80%（WHC）時，硫酸銨貢獻是尿素的2.3倍。空白處理對N2O貢獻比例隨水分含量增加而減小，硫酸銨則是先減后增，在96%（WHC）時最低。

2.4 氮肥種類和水分對異養硝化N2O排放速率的影響

對于異養硝化N2O排放速率，空白處理N2O排放速率隨水分增加而增加，160%（WHC）時達到最高5.00 ng·kg－1·h－1，尿素 N2O 排放速率在較低水分含量時無顯著差異，當水分增至112%（WHC）時顯著升高，160%（WHC）達到最高 55.37 ng·kg－1·h－1。硫酸銨N2O排放速率處理則在低于112%（WHC）時無顯著差異，128%（WHC）增至最高32.71 ng·kg－1·h－1（圖5）。施氮同樣可以提高異養硝化N2O排放速率。通過雙因素方差分析，空白處理與不同施氮存在顯著差異（P＜0.05），各施氮不同水分處理下存在極顯著差異（P＜0.01）。

不同氮肥對異養硝化對總N2O排放速率的貢獻的影響不相同，對于CK，隨著水分含量增加，呈現先增后減的趨勢，在80%（WHC）貢獻最高為131%，128%（WHC）貢獻最低為4.9%，施用氮肥后，異養硝化對總N2O排放速率貢獻增加，尿素隨含水量增加貢獻增加，160%（WHC）貢獻最高26.1%。硫酸銨對N2O排放速率貢獻隨水分增加呈現先減少后增加的趨勢，在 128%（WHC）時貢獻最高，為 21%、96%（WHC）時貢獻最低，為7.3%，除160%（WHC）外，其余水分含量硫酸銨對異養硝化貢獻量都比尿素多。

圖4 自養硝化N2O排放速率在不同施肥下隨水分狀況變化Figure 4 Autotrophic nitrification emission fluxes of N2O in different fertilizer with moisture content

圖5 異養硝化N2O排放速率在不同施肥下隨水分狀況變化Figure 5 Heterotrophic nitrification emission fluxes of N2O in different fertilizer with moisture content

2.5 氮肥種類和水分對非生物作用N2O排放速率的影響

在不同含水量下，空白處理釋放量為0.26～0.39 ng·kg－1·h－1，與不同氮肥無顯著差異。非生物作用產生的N2O相比于生物作用很少。三個處理N2O排放速率受水分影響所呈現趨勢不同。CK處理N2O排放速率隨水分增加呈現增加的趨勢，在160%（WHC）最高為 0.39 ng·kg－1·h－1。尿素與硫酸銨隨水分含量增加變化趨勢相同，都是先增后減，均在112%（WHC）時N2O排放速率最高，分別為0.37、0.35 ng·kg－1·h－1（圖6）。不同氮肥的非生物作用N2O排放速率差異不大。

各個處理對N2O的貢獻都隨著水分含量的增加而降低，在48%（WHC）時都為最高，分別是CK 23.6%，尿素20.2%，硫酸銨43.7%。尿素與硫酸銨處理在160%（WHC）貢獻最低，分別為0.16%、0.17%。

3 討論

氮肥處理和水分狀況對土壤N2O釋放的不同過程產生相應的影響，本實驗研究表明施用尿素和硫酸銨可以顯著增加總N2O排放速率，以及自養硝化與異養硝化N2O排放速率和排放貢獻。很多大田實驗也表明，大部分季節性的N2O排放速率在施入氮肥后增加[13－14]。Zhu等[15]研究發現，施用尿素N2O排放通量是硫酸銨的1.2～5.5倍，與本實驗結果趨勢大致相同。研究表明施用氮肥后土壤中硝化微生物的活性增強[16]。這是因為施氮后可以增加土壤氮素有效性含量，為硝化過程提供底物NH+4[17]。Cai等[18]證明施用氮肥后硝化速率加快。隨著水分含量的增加，施用尿素與硫酸銨后N2O排放速率呈一直增加的趨勢，但硫酸銨的增幅大于尿素，可能是因為參與自養硝化微生物對酰胺態氮（尿素）和銨態氮（硫酸銨）的利用情況不同。尿素的酰胺態氮需要經過礦化作用變為銨態氮，才可供微生物利用，而硫酸銨水解直接提供銨態氮。Werner等[19]研究發現，土壤N2O短期排放變化與土壤水分狀況密切相關。土壤水分會通過影響氧氣擴散率來影響N2O排放速率，土壤含水量低時含氧量高，硝化微生物活躍。Avrahami等[20]研究發現在20℃時，土壤硝化細菌（AOB）的豐度隨著水分的增加而增加，并在60%含水量時最高。Bateman等[21]發現在不受氧氣限制的情況下70%含水量時硝化速率最大。氮肥處理在低含水量下的自養硝化過程是N2O產生的主要貢獻者，隨著含水量增加，尿素處理的自養硝化貢獻降低，與Bateman[21]的結果相同。Inubushi等[22]通過對暗色土不同過程N2O定量分析也發現，在小于100%（WHC）水分含量下自養硝化是N2O產生的主要貢獻過程。Zhu等[15]通過對不同氧氣濃度下自養硝化過程N2O釋放得到相同的結論，即施用尿素與硫酸銨可以顯著增加自養硝化N2O釋放貢獻。除112%水分含量外，其余水分含量下施用硫酸銨時N2O釋放貢獻顯著高于尿素，可能是因為銨態氮可以直接被硝化微生物利用，而有機態氮易被其他異養微生物利用。

異養硝化N2O排放速率在不同氮源之間無顯著差異，可能是因為異養硝化微生物對有機態氮和無機態氮均可利用[23]。本實驗土壤有機質含量較高，異養硝化微生物在硝化時可以分解有機物產生能量，無機態氮就變為次要硝化原料，使得無機態氮利用較少，尿素與硫酸銨之間差異較小。隨著含水量增加，異養硝化對N2O釋放的貢獻呈增加的趨勢，可能與此土壤長期施用銨態氮肥導致pH變低，并且土壤本身有機質含量高有關。Zhang等[7]研究發現，在pH＜4.5的森林土壤中，異養硝化N2O釋放的貢獻最高達25.4%。Weber等[24]研究發現，低pH會抑制自養硝化細菌的活性，異養硝化就會成為主要貢獻者。此外異養硝化細菌和真菌對水分的響應也可能導致這種現象的產生，但是國內外對異養硝化菌的生物多樣性了解不足，應加強相關微生物機制的研究。Cai等[25]研究發現，在70%（WHC）和25℃的培養條件下，異養硝化對土壤N2O排放的貢獻為38%，而本實驗異養硝化的貢獻最高為26.1%。

施用氮肥后，非生物作用N2O排放量增加，原因是施用氮肥提供了大量的NH+4。由于本實驗為控制變量，都充入了大量氧氣，土壤中會發生如下反應：

NH3在礦化過程中也會產生亞硝酸根[26]。與此同時在含水量較高時，土壤處于還原狀態，土壤中的Fe2+、MnO2會發生氧化還原反應[27]，將土壤中的亞硝酸根還原為N2O。Flowers等[28]指出，土壤氧化還原電位主要決定于土壤水分條件，淹水時土壤Eh很低，落干時土壤Eh則較高。由此可推斷，土壤含水量越高，更多的區域處于還原狀態，非生物作用產生的N2O就會越多。本研究空白處理隨著水分的增加N2O排放速率增加，即證明了此點。施用氮肥N2O排放速率則隨著水分含量的增加呈現先增加后減少的趨勢，可能是因為高含水量時，土壤處于淹水狀態，氮肥溶解在水中，一部分與土壤不接觸造成的。在低水分含量時，土壤中存在一定的氧氣，當水分增加至96%（WHC）時，滅菌后的土壤條件趨于一致，總的N2O排放速率的增幅遠大于非生物作用的增幅，使得非生物作用N2O的貢獻比例隨著水分含量的增加而減少，至96%水分含量后趨于穩定。Ding W[29]等在25℃、60%WFPS培養，在施用有機肥后非生物貢獻最高為3.4%，而 Kesik 等[30]、N?gele 等[31]研究非生物作用貢獻最高分別為0.8%、6%。本實驗在低含水量下非生物作用貢獻較高，高含水量下則與普遍的研究得出相同結論，非生物作用對N2O釋放的貢獻很少。

4 結論

施氮和水分含量的增加可以顯著提高總N2O排放速率以及自養硝化、異養硝化N2O排放速率，但對非生物過程主導的N2O排放速率無顯著影響。對于總N2O排放速率，施氮處理隨著水分含量的增加呈現相同的趨勢，但尿素的釋放速率要高于硫酸銨，而CK處理則先增加后降低；對于自養硝化N2O排放速率，施氮處理隨著水分含量的增加同樣呈現相同的增加趨勢，尿素在160%（WHC）N2O排放速率低于硫酸銨，其余含水量下N2O排放速率均高于硫酸銨；對于異養硝化隨著水分含量的增加，CK與尿素處理N2O排放速率均呈現一直增加的趨勢，而硫酸銨則先增加后減少；對于非生物作用，施氮處理N2O排放速率隨水分含量增加呈現先增加后減少的趨勢，CK則一直增加。供試水稻土自養硝化對N2O排放速率的貢獻大于異養硝化，非生物作用貢獻只占很小比重。

[1]中國氣象局.中國溫室氣體公報[EB/OL].http：//www.cma.gov.cn/root7/auto13139/201612/t20161228_359554.html

China Meteorological Administration.China greenhouse gas Bulletin[EB/OL].http：//www.cma.gov.cn/root7/auto13139/201612/t20161228_359554.html

[2]廖千家驊,顏曉元.農業土壤氧化亞氮排放模型研究進展[J].農業環境科學學報,2010,29（5）：817－825.

LIAO Qian－Jia－hua,YAN Xiao－yuan.Models of N2O Emission from A－gricultural Fields：A review[J].Journal of Agro-Environment Science,2010,29（5）：817－825.

[3]Bouwman A F.Exchange of greenhouse gases between terrestrial ecosystems and the atmosphere[J].Soils and the Greenhouse Effect,1990：61－127.

[4]Firestone M K,Davidson E A.Microbiological basis of NO and N2O production and consumption in soil[J].Exchange of Trace Gases between Terrestrial Ecosystems and the Atmosphere,1989,47：7－21.

[5]Gaseous loss of nitrogen from plant－soil systems[M].Springer Science&Business Media,2013.

[6]朱永官,王曉輝,楊小茹,等.農田土壤N2O產生的關鍵微生物過程及減排措施[J].環境科學,2014（2）：792－800.

ZHU Yong－guan,WANG Xiao－hui,YANG Xiao－ru,et al.Key microbial processes in nitrous oxide emissions of agricultural soil and mitigation strategies[J].Environmental Science,2014（2）：792－800.

[7]Zhang J,Cai Z,Zhu T.N2O production pathways in the subtropical acid forest soils in China[J].Environmental Research,2011,111（5）：643－649.

[8]Webster F A,Hopkins D W.Contributions from different microbial processes to N2O emission from soil under different moisture regimes[J].Biology and Fertility of Soils,1996,22（4）：331－335.

[9]黃進寶,范曉暉,張紹林.太湖地區鐵滲水耕人為土稻季上氮肥的氨揮發[J].土壤學報,2006（5）：786-792.

HUANG Jin-bao,FAN Xiao-hui,ZHANG Shao-lin.Ammonia volatilization from nitrogen fertilizer in the rice field of Fe-leachi-stagnic anthrosols in the Taihu lake region[J].Acta Pedologica Sinica,2006（5）：786-792.

[10]Berg P,Klemedtsson L,Rosswall T.Inhibitory effect of low partial pressures of acetylene on nitrification[J].Soil Biology and Biochemistry,1982,14（3）：301-303.

[11]蔡祖聰,ArivnR Mosier.土壤水分狀況對CH4氧化,N2O和CO2排放的影響[J].土壤,1999（6）：289-294,298.

CAI Zu-cong,ArivnR Mosier.Effects of soil water condition on CH4oxidation,N2O and CO2emissions[J].Soils,1999（6）：289-294,298.

[12]鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業出版社,2000.

BAO Shi-dan.Analysis of soil agricultural chemistry[M].Beijing：China Agriculture Press,2000.

[13]Senbayram M,Chen R,Mühling K H,et al.Contribution of nitrification and denitrification to nitrous oxide emissions from soils after application of biogas waste and other fertilizers[J].Rapid Communications in Mass Spectrometry,2009,23（16）：2489-2498.

[14]Venterea R T,Burger M,Spokas K A.Nitrogen oxide and methane emissions under varying tillage and fertilizer management[J].Journal of Environmental Quality,2005,34（5）：1467-1477.

[15]Zhu X,Burger M,Doane T A,et al.Ammonia oxidation pathways and nitrifier denitrification are significant sources of N2O and NO under low oxygen availability[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2013,110（16）：6328-6333.

[16]Lu X,Bottomley P J,Myrold D D.Contributions of ammonia-oxidizing archaea and bacteria to nitrification in Oregon forest soils[J].Soil Biology and Biochemistry,2015,85：54-62.

[17]Huang Y,Tang Y.An estimate of greenhouse gas（N2O and CO2）mitigation potential under various scenarios of nitrogen use efficiency in Chinese croplands[J].Global Change Biology,2010,16（11）：2958-2970.

[18]蔡祖聰，趙 維.土地利用方式對濕潤亞熱帶土壤硝化作用的影響[J].土壤學報,2009.46（5）：795-801.

CAI Zu-cong,ZHAO Wei.Effects of land use types on nitrification in humid subtropical soils of China[J].Acta Pedologica Sinica,2009,46（5）：795-801.

[19]Werner C,Zheng X,Tang J,et al.N2O,CH4and CO2emissions from seasonal tropical rainforests and a rubber plantation in Southwest China[J].Plant and Soil,2006,289（1/2）：335-353.

[20]Avrahami S,Bohannan B J M.N2O emission rates in a California meadow soil are influenced by fertilizer level,soil moisture and the community structure of ammonia-oxidizing bacteria[J].Global Change Biology,2009,15（3）：643-655.

[21]Bateman E J,Baggs E M.Contributions of nitrification and denitrification to N2O emissions from soils at different water-filled pore space[J].Biology and Fertility of Soils,2005,41（6）：379-388.

[22]Inubushi K,Naganuma H,Kitahara S.Contribution of denitrification and autotrophic and heterotrophic nitrification to nitrous oxide production in andosols[J].Biology and Fertility of Soils,1996,23（3）：292-298.

[23]Zhang J,Sun W,Zhong W,et al.The substrate is an important factor in controlling the significance of heterotrophic nitrification in acidic forest soils[J].Soil Biology and Biochemistry,2014,76：143-148.

[24]Weber D F,Gainey P L.Relative sensitivity of nitrifying organisms to hydrogen ions in soils and solutions[J].Soil Science,1962,94（3）：138-145.

[25]Cai Y,Ding W,Zhang X,et al.Contribution of heterotrophic nitrification to nitrous oxide production in a long-term N-fertilized arable black soil[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2010,41（19）：2264-2278.

[26]Heil J,Vereecken H,Brüggemann N.A review of chemical reactions of nitrification intermediates and their role in nitrogen cycling and nitrogentracegasformationinsoil[J].EuropeanJournalofSoilScience,2016,67（1）：23-39.

[27]Yang W H,Weber K A,Silver W L.Nitrogen loss from soil through anaerobic ammonium oxidation coupled to iron reduction[J].Nature Geoscience,2012,5（8）：538-541.

[28]Flowers T H,O′Callaghan J R.Nitrification in soils incubated with pig slurry or ammonium sulphate[J].Soil Biology and Biochemistry,1983,15（3）：337-342.

[29]Ding W,Yagi K,Cai Z,et al.Impact of long-term application of fertilizers on N2O and NO production potential in an intensively cultivated sandy loam soil[J].Water,Air,&Soil Pollution,2010,212（1/2/3/4）：141-153.

[30]Kesik M,Blagodatsky S,Papen H,et al.Effect of pH,temperature and substrate on N2O,NO and CO2production by Alcaligenes faecalis p.[J].Journal of Applied Microbiology,2006,101（3）：655-667.

[31]N?gele W,Conrad R.Influence of soil pH on the nitrate-reducing microbial populations and their potential to reduce nitrate to NO and N2O[J].Fems Microbiology Letters,1990,74（1）：49-57.

Effects of nitrogen fertilization and water content on the process and rate of N2O emission in paddy soils

XI Rui-ze1,FU Qing-ling1*,YANG Yong-qiang1,YOU Jin-wei1,ZHU Jun1,HU Hong-qing1,YE Lei2
（1.College of Resource and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China;2.Tuanlin Irrigation Experimental Station，Zhanghe Water Engineering Authority，Jingmen 448800，China）

Paddy soil is an important source of N2O emission,and nitrogen availability and soil moisture are the key factors affecting the emission of N2O.The influence of nitrogen form（urea and ammonium sulfate）and water content on the attribution of autotrophic,heterotrophic,and abiotic nitrification to N2O emission from the paddy soil was investigated under simulated conditions by using the acetylene inhibition method to measure the N2O emission rate at different stages.The results showed that the nitrogen fertilizer significantly increased the rate of N2O emission by autotrophic and heterotrophic nitrification processes and the total process.The N2O emission of the soil treated with urea was higher than that of the soil treated with ammonium sulfate.With the soil moisture content ranging from 48%to 160%,the total N2O emissions and the amount of N2O emitted by autotrophic and heterotrophic nitrification processes increased significantly.The production of N2O is mainly dominated by the biological processes.The highest contribution of the biological nitrification process（including autotrophic and heterotrophic nitrification）reached 51.1%,but the contribution of abiotic nitrification was relatively less.These results provide a scientific base for improving the nitrogen-use efficiency of rice plants and for reducing the agricultural greenhouse-gas emission in paddy soils.

N2O;paddy soils;autotrophic nitrification;heterotrophic nitrification;abiotic nitrification

2017－05－31 錄用稿件：2017-08-09

席瑞澤（1993—），男，山西臨汾人，碩士研究生，主要從事土壤氮素循環與溫室氣體研究。E-mail：m15071259094@163.com

*通信作者：付慶靈 E-mail：fuqingling@mail.hzau.edu.cn

湖北省自然科學基金項目（2015CFB481）

Project supported：Natural Science Foundation of Hubei Province,China（2015CFB481）

X511

A

1672-2043（2017）12-2553-08

10.11654/jaes.2017-0768

席瑞澤，付慶靈，楊永強，等.氮肥品種和含水量對水稻土N2O排放速率及排放過程的影響[J].農業環境科學學報,2017,36（12）：2553-2560.

XI Rui-ze,FU Qing-ling,YANG Yong-qiang,et al.Effects of nitrogen fertilization and water content on the process and rate of N2O emission in paddy soils[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（12）:2553-2560.