不同施肥措施對小麥?玉米輪作土壤溫室氣體排放和氮素運移的調控作用

摘要： 【目的】研究不同施肥措施對小麥?玉米輪作體系土壤氮素運移和溫室氣體排放的影響，為降低小麥?玉米輪作體系溫室氣體排放與土壤氮素淋溶風險提供有效方法。【方法】2021—2023 年在河北省辛集市連續開展3 個輪作季的田間試驗，小麥季試驗以100% 配方肥為對照（T），并設施用80% 配方肥量（TM），以及推薦量下80% 化肥養分+20% 生物有機肥替代（TM+1）、TM+1 配合6000 kg/hm2 生物炭（TM+2）、TM+2 配合15 kg/hm2 土壤結構調理劑（TM+3） 4 個處理。玉米季各處理施肥量均相同。分析土壤溫室氣體（N2O、CH4、CO2） 排放特征、增溫潛勢、剖面硝態氮運移與作物產量。【結果】不同施肥處理下耕層土壤溫室氣體排放通量的變化趨勢較為一致。與T 處理相比，TM 處理的N2O 平均排放通量顯著降低了35.31% （Plt;0.05）；TM、TM+1、TM+2 和TM+3 處理之間CO2 平均排放通量無顯著差異；TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理之間CH4 平均排放通量無顯著差異（Pgt;0.05）。與T 處理相比，TM 處理N2O 周年累計排放量顯著降低了37.63% （Plt;0.05），CO2 累積排放量無顯著變化（Pgt;0.05）；T、TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理的CH4 累積排放量均為負值。TM 和TM+1 處理較T 處理的增溫潛勢分別顯著降低了38.15% 和16.25% （Plt;0.05）。TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理土壤硝態氮含量均在80—160 cm 土層出現峰值，TM、TM+1、TM+2 和TM+3 處理0—100 cm 土層土壤硝態氮累積量相比T 處理分別減少38.98%、26.05%、61.26% 和28.13%，TM、TM+2、TM+3 處理100—400 cm 土層土壤硝態氮累積量較T 處理分別減少59.26%、18.03%、16.65%。3 個輪作季中，TM+1 和TM+2 處理產量在第3 季較T 處理分別顯著增加了9.63% 和9.55% （Plt;0.05）。【結論】施用80% 推薦配方肥，或者養分總量不降低條件下，以20% 的生物有機肥替代化肥或20% 的生物有機肥替代化肥添加土壤調理劑均降低了土壤N2O 氣體排放強度和總量，但減排效果以降低養分投入的施用80% 推薦配方肥處理效果最明顯，并降低了土壤硝態氮淋溶損失。以20% 生物有機肥替代化肥對小麥、玉米增產效果顯著，第3 個輪作季中小麥和玉米總產量顯著增加了9.63%（Plt;0.05）；20% 生物有機肥替代與生物炭配施能減少硝態氮向100—400 cm 土層淋溶的風險，并使玉米產量顯著增加了12.15%。

關鍵詞： 小麥?玉米輪作；N2O 排放；CH4 排放；CO2 排放；氮素淋溶

華北平原作為我國糧食主產區，其糧食產量占全國總產量的21.35%[1]。小麥?玉米輪作體系是該區域的主要糧食生產模式[2]。為保障糧食的高產穩產，生產中普遍過度使用化肥，導致大量溫室氣體排放到大氣中[3]，而華北平原玉米生長期正值高溫多雨季節，降水量大且較集中，極易造成氮素淋失[ 4 ? 5 ]，如何協調作物高產與環境保護的關系是華北平原農業發展面臨的一個難點。面對保障糧食高產穩產與環境污染問題嚴峻的雙重挑戰，采取合理的耕層調控措施已成為一種高效且便于操作的重要手段[6]。

有機肥替代化肥是農田化肥使用量零增長和持續提升地力的一種重要耕層調控措施[7]，在此基礎上出現了有機替代與生物炭配施、增施土壤調理劑等多種耕層調控措施相結合的技術。不同耕層調控措施對土壤溫室氣體排放與土壤氮素運移影響不同，有機肥替代化肥能夠提高作物產量和品質[8]，優化土壤團聚體的粒徑分布，改善土壤養分狀況，促進微生物群落的健康發展[9?11]，降低土壤N2O 排放[12]，減少農田硝態氮淋失量[13]。但有機肥替代化肥改變了養分組成，有時甚至提高了硝化與反硝化作用的強度，進而加劇農田土壤溫室氣體的排放[14]。生物炭由于具有巨大的表面積，可降低土壤N2O 排放[15]，提升冬小麥?夏玉米輪作體系作物產量與土壤肥力[16?17]。土壤調理劑是一類用于改善土壤物理和（或） 化學性質，及（或） 其生物活性的物料，通過改善土壤結構、提高水分利用效率等方式來增加作物產量，在溫室氣體減排方面也具有良好表現[18?19]。趙延偉等[20]發現，增施土壤調理劑鋅腐酸可提高冬小麥產量，減少CO2 和N2O 排放。李晨昱等[21]發現，生物炭配施土壤調理劑明礬可降低土壤硝態氮含量與淋洗風險。有機肥、生物炭和土壤調理劑協同降低化肥施用量、改善土壤地力的效果已廣為接受，但相關組合如何影響農田溫室氣體排放、氮素運移以及作物產量的研究尚不充分。在華北地區的小麥?玉米輪作體系中，我們采用田間試驗方法，連續3 年6 季研究了在推薦施肥量的基礎上，以20% 有機肥替代氮肥，并結合使用生物炭與土壤調理劑對土壤氮素運移及溫室氣體排放的影響，以期為華北平原小麥?玉米輪作體系維持高產的同時，降低土壤氮素淋溶風險及溫室氣體減排提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在河北省辛集市馬莊試驗站（37°51′N，115°15′E） 進行，該站位于河北省中東部地區，地處山麓平原和低洼平原過渡帶；屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，四季分明，年平均氣溫為13°C，年平均降水量為490 mm，主要集中在6—8 月份，占全年降水量的2/3，無霜期206 天；第3 個輪作期間降水和月平均氣溫見圖1。種植制度為小麥?玉米輪作。土壤類型為潮土，耕層厚度為20 cm。小麥種植前耕層0—20 cm 土壤pH 8.97、有機質16.98 g/kg、無機氮13.73 mg/kg、有效磷33.50 mg/kg、速效鉀233.86 mg/kg、容重1.33 g/cm3。布置試驗前0—100 cm土層土壤基本理化性狀見表1。

1.2 供試材料

供試小麥品種為‘濟麥22’，玉米品種為‘先玉335’。

供試氮肥為尿素（N 46.40%）；沃利沃復合肥料：總養分≥43.00%，N?P2O5?K2O 為17?20?6 ，由河南農心肥業有限公司提供；生物有機肥：有機質≥40.00%，N?P2O5?K2O 為0.90?2.72?9.77，有效菌種為巨大芽孢桿菌、膠凍樣類芽孢桿菌（BX36），有效活菌數≥0.2 億/g，由河北閏沃生物技術有限公司提供；生物炭：在限氧狀態下，由果木枝條經600℃高溫熱解形成，N?P2O5?K2O 為0.68?0.93?6.30；土壤調理劑：主要成分為月桂醇乙氧基硫酸銨。

1.3 試驗設計

采用隨機區組試驗設計，共設置5 個處理，包括100% 推薦配方肥（T）、施用80% 推薦配方肥量（TM）、80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代（TM+1）、80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代+生物炭（TM+2）、80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代+生物炭+土壤結構調理劑（TM+3），每個處理3 個重復，共計15 個小區，每個小區面積為70.8 m2 （12.0 m×5.9 m）。小麥季：T 處理N、P2O5、K2O 施用量分別為241、120、36 kg/hm2，TM 處理分別為221、96、29 kg/hm2，TM+1、TM+2、TM+3 中生物有機肥投入量為3000 kg/hm2，TM+2、TM+3 處理施用生物炭6000 kg/hm2，TM+3 處理施用土壤調理劑15 kg/hm2。玉米季所有處理一次性底施復合肥，N、P2O5、K2O分別為168、96、96 kg/hm2。田間管理均按照常規進行。

在小麥、玉米第3 個輪作季田間布置靜態箱進行溫室氣體監測，靜態箱箱體采用 PVC 材料制作，高15.0 cm，底座內徑14.0 cm，外徑16.0 cm，箱體頂端安裝氣體采樣裝置和數顯溫度計（?50～110℃），于每次施肥灌水后將靜態箱底座埋至土壤中，取樣時將靜態箱上部放置在底座凹槽內并用水密封。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 作物產量 小麥：每個小區選取3 個1 m2 樣方單獨收割，風干后通過脫粒、稱重計算產量。玉米：收獲時小區選3 個點，每個點采集單行內具有代表性的連續15 個果穗，風干后通過脫粒、稱重計算產量。

1.4.2 土壤 于播種前采集0—100 cm 土體新鮮土樣（間隔20 cm），風干后測定土壤基礎理化性質。第3 個輪作季玉米收獲期，采集0—400 cm 土體新鮮土樣（間隔20 cm），測定土壤NO3?-N 含量、含水率；每次采集氣體樣品時，同步采集0—10 cm 表層鮮土，測定土壤無機氮（NH4+-N 和NO3?-N） 含量。

土壤中無機氮（NH4+ -N 和NO3? -N） 含量采用0.01 mol/L CaCl2 溶液浸提后，紫外分光光度法測定；含水率采用烘干法測定[22]。

1.4.3 N2O、CH4、CO2 氣體監測 每次施肥后第1、2、3、5、7、9、12、15 天采集氣體樣品，灌水或較大降水（≥20 mm） 后連續3 天采集樣品；動態采氣為15 天進行1 次，土壤結冰后為30 天采集1次；采樣時間為每天上午9：00—11：00，每隔15 min采樣1 次，在0、15、30 min 時共采集3 次氣樣，同步測定箱內溫度。收集的氣體注入20 mL 氣樣采樣瓶內儲存，用Agilent-7890A 型氣相色譜儀進行測定。

氣體排放通量計算公式：

通過線性內插法計算未觀測期間氣體的日排放通量，并通過累積測定值和計算值來計算排放累積量。

1.5 數據處理與分析

CH4 和N2O 的綜合增溫潛勢計算公式[23]如下：

土壤硝態氮累積量計算公式如下：

所有數據均為3 次重復的平均值，利用MicrosoftExcel 2016 進行數據整理，用Origin 2021 進行繪圖，使用SPSS 26 統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥措施下農田溫室氣體排放特征

2.1.1 不同施肥措施下N2O 排放特征 從不同耕層調控措施下N2O 排放通量的變化趨勢（圖2） 可以看出，小麥?玉米輪作季出現4 次排放峰值，均在施肥與較大降水之后。此外，N2O 排放通量在降雨后也會有一定程度的增加，出現短暫的排放峰。整個輪作季內T、TM、TM+1、TM+2 與TM+3 處理N2O 平均排放通量分別為81.97、53.03、67.79、78.75 與81.81 μg/（m2·h），其中TM 處理的N2O 平均排放通量較T 處理顯著降低了35.31% （Plt;0.05）。

2.1.2 不同施肥措施下CO2 排放特征 如圖3 所示，各處理CO2 排放通量具有明顯的季節變化規律，均在8 月達最大值。4、5 月份因為頻繁降雨導致小麥季C O 2 排放出現較大波動，降水造成的CO2 排放增加均在2 天后恢復正常。玉米季在施基肥后1 天出現排放峰值，在6、7 月份各處理CO2 排放通量波動維持在50～200 mg/（m2·h） 范圍，在玉米生長后期呈現穩定降低的趨勢，直至收獲。總體而言，T、TM、TM+1、TM+2 和TM+3 的CO2 平均排放通量分別為67.82、67.57、66.77、70.65、73.88mg/（m2·h），不同處理間無顯著差異（Pgt;0.05）。

2.1.3 不同施肥措施下CH4 排放特征 不同處理的CH4 排放通量變化趨勢如圖4 所示，正通量表示土壤向大氣排放CH4，負通量表示土壤從大氣吸收CH4。由此可知，小麥、玉米季的CH4 既有吸收又有排放，CH4 排放通量在?16.44～6.94 μg/（m2·h），各處理均在7 月出現CH4 排放峰，但各處理間CH4 排放通量無顯著差異（Pgt;0.05）。

2.1.4 不同水肥調控下的土壤N2O、CO2 和CH4 累積排放量 土壤溫室氣體（N2O、CO2 和CH4） 累計排放量如圖5 所示，在整個冬小麥?夏玉米輪作周期中，TM 較T 處理N2O 的累積排放量顯著降低了37.63% （Plt;0.05），TM+1、TM+2 和TM+3 較T 處理降低了3.17%～16.59%，但差異不顯著（Pgt;0.05）。CO2 的累積排放量TM 處理較T 處理顯著降低了13.38%；而TM+1、TM+2 和TM+3 處理與T 處理之間差異不顯著（Pgt;0.05）。CH4 累積排放量TM+1 處理較T 處理顯著增加了31.41% （Plt;0.05），TM、TM+2、TM+3 處理與T 處理無顯著差異（Pgt;0.05）。

2.2 不同施肥措施下的綜合增溫潛勢

從圖6 可以看出，小麥?玉米輪作體系的增溫潛勢表現為Tgt;TM+2gt;TM+3gt;TM+1gt;TM。80% 推薦配方肥（TM） 處理和80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代（TM+1） 處理較T 處理的增溫潛勢分別顯著降低了38.15%、16.25%。80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代（TM+1）、80% 推薦配方肥+20% 生物有機肥替代+生物炭+土壤結構調理劑（TM+3） 處理與TM 處理增溫潛勢無顯著差異（Pgt;0.05）。

2.3 不同施肥措施下土壤剖面硝態氮運移與累積特征

2.3.1 不同施肥措施下土壤剖面硝態氮運移特征 從第3 個輪作季結束后土壤剖面硝態氮含量分布（圖7） 看出，在垂直方向上各處理硝態氮含量均呈現先增大后減少的變化趨勢，T 處理的峰值位于90 cm處，TM 處理的峰值位于150 cm 處，TM+1、TM+2、TM+3 處理的峰值均位于130 cm 處。0—100 cm 土層平均硝態氮含量表現為T （39.56 mg/kg）gt;TM+1（29.25 mg/kg）gt;TM+3 （28.43 mg/kg）gt;TM （24.14mg/kg）gt;TM+2 （15.32 mg/kg）。相比T 處理，TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理硝態氮含量分別下降38.98%、26.05%、61.26%、28.13% （Plt;0.05）。100—400 cm 土層，T、TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理平均硝態氮含量分別為41.14、16.76、42.58、33.72、34.29 mg/kg，TM、TM+2、TM+3 處理較T 處理硝態氮含量分別降低了59.26%、18.03%、16.65% （Plt;0.05），說明TM、TM+2、TM+3 處理均顯著降低了硝態氮向土壤深層的運移，且TM+2 處理較TM 處理降低當年硝態氮淋溶的能力更強。

2.3.2 不同施肥措施下土壤剖面硝態氮累積特征 由表2 可知，0—100 cm 土層中土壤硝態氮累積量，TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理均顯著低于T 處理（Plt;0.05），這說明各措施均能促進作物有效利用0—100 cm 土層氮素。在相同氮素施用水平下，TM+2、TM+3 處理0—400 cm 土壤硝態氮累積量顯著低于T 處理（Plt;0.05）；TM 處理較T 處理顯著降低50.86%。100—400 cm 的土層中TM、TM+2、TM+3 較T 處理的硝態氮累積量分別下降了56.13%、11.72%、16.64%，說明優化施肥、有機替代與生物炭配施、土壤調理劑添加均能降低土壤硝態氮的淋溶風險。

總體看來，除了單獨進行有機替代外，各施肥措施均能顯著降低土壤硝態氮累積量以及向土壤深層的淋洗。

2.4 耕層調控對作物產量的影響

如圖8 所示，第1 季小麥產量以TM+3 處理最高，但只與TM 處理差異顯著，第2 季TM+3 處理小麥產量顯著低于T 處理（Plt;0.05），第3 季TM、TM+1、TM+2、TM+3 處理小麥產量與T 處理均無顯著差異。3 季玉米產量均以TM+3 處理最低，且顯著低于TM+1、TM+2 處理（Plt;0.05），第2、3 季TM+3 處理也顯著低于TM 處理（Plt;0.05）。TM+1、TM+2 處理第3 季玉米產量與T 處理相比分別顯著增加了12.14%、12.15% （Plt;0.05）。從周年產量看，TM+3 處理第2 個輪作季均低于T、TM、TM+1、TM+2 處理，TM+1、TM+2 處理在第3 季較T 處理分別顯著增加了9.63%、9.55% （Plt;0.05）。綜上可知，在3 年的試驗中，相較T 處理，TM 處理對小麥、玉米周年產量均無顯著影響，TM+1 處理顯現出一定的增產趨勢。

3 討論

3.1 不同施肥措施對麥玉輪作體系土壤溫室氣體排放的影響

農田土壤N2O 的排放主要受土壤類型、肥料種類、土壤硝化和反硝化過程等影響[24?25]。N2O 排放的高峰出現在施肥后，施加氮肥使底物濃度增加，硝化和反硝化作用增強，從而促進N2O 的排放[26]；夏季高溫多雨，土壤含水量增加，通氣性變差，促進了反硝化作用，進而釋放了更多的N2O[27]。曾科等[28]研究表明，氮肥減施處理下，由于小麥自身生長會降低土壤中的硝化與反硝化作用，使得N2O 排放通量顯著降低。本研究中，優化施肥（TM） 與推薦施肥處理（T） 相比顯著降低了小麥?玉米輪作體系土壤N2O 排放（Plt;0.05），這可能是在減少外源氮素供應的情況下，微生物進行硝化的過程時所需的有效氮源不足，從而降低N2O 的排放[29]。蔣洪麗等[30]研究發現，等氮配施有機肥處理降低了土壤N2O 排放，而Shcherbak 等[31]研究認為，有機肥施用也可能會導致N2O 排放增高，但與傳統施肥相比差異不顯著。而在本試驗中TM+1 處理與T 處理相比出現N2O 排放降低的趨勢，但無顯著差異，這可能是有機物料分解消耗了土壤中的氧氣，從而減少了N2O 的產生，但有機肥的施用提高了微生物活性使得N2O 排放增加，在二者的共同作用下導致差異并不顯著；TM+2處理與T 處理相比N2O 排放無顯著差異，這與胡天怡等[32]發現在稻菜體系中添加生物炭對土壤N2O 的排放無顯著影響的結果相一致，這可能是生物炭與有機肥配施時其本身對于硝化作用的底物吸附效果不明顯導致的。張浩東等[33]研究表明，施用不同土壤調理劑抑制旱地麥田土壤N2O 排放，在本研究中TM+3 與TM+2 相比，N2O 排放量有所降低但差異不顯著，這可能是由于添加土壤結構調理劑影響了土壤理化性質與微生物數量，氧化亞氮還原菌與氨氧化細菌及氨氧化古菌這3 種細菌數量同時增加，此消彼長，導致N2O 排放影響不顯著[34?35]。

土壤排放的CO2 大約10%～15% 源自植物根的呼吸，85%～90% 來源于土壤微生物的生命活動[36?37]。作物生長期土壤CO2 排放通量體現了土壤微生物的活性狀況。土壤水分、溫度對土壤CO2 排放有決定作用[38?39]。殷熙悅等[40]發現，減施氮肥有效降低了冬小麥生長期間CO2 排放。周君璽等[41]研究指出，小麥生長期間CO2 排放總量隨著肥料施入的減少而降低。在本研究中發現，TM 處理較T 處理顯著降低了土壤CO2 排放（Plt;0.05），這可能是由于優化施肥會使植物根域微生物呼吸程度降低從而抑制CO2 排放，使得土壤CO2 排放顯著降低[42]。張賀等[43]研究發現，有機肥配施化肥會增加CO2 排放，但較傳統施肥差異并不顯著（Pgt;0.05）。本研究中，TM+1 有促進土壤CO2 排放的趨勢，這可能是由于有機肥增加土壤碳源且積累土壤有效氮，提高土壤微生物活性而增加CO2 排放[44]。而添加生物炭處理在小麥季及玉米季排放規律不一，這可能是小麥季溫度較低導致微生物活性下降，土壤中有機物被吸附進入生物炭孔隙中儲存起來，不易被微生物分解利用，從而表現出抑制土壤CO2 排放。但在水熱較高的玉米季，生物炭施用改善了土壤理化性質和生物學特征，土壤微生物活性增強，增加了土壤CO2 的排放，玉米季CO2 排放量貢獻率較高，故周年CO2 排放量增加[ 4 5 ? 4 6 ]。整體上，TM+3 處理較TM+2 處理土壤CO2 排放量有所增加，玉米季則有所降低，TM+3 處理較TM+2 處理土壤周年CO2 排放有降低趨勢，但差異不顯著（Pgt;0.05），這可能是由于土壤調理劑的加入抑制了有機碳礦化相關土壤微生物和酶活性，從而抑制CO2 排放，但土壤調理劑增加了土壤含水率，促進了微生物活動，二者共同作用導致CO2 排放差異并不顯著[47?48]。

氮肥對CH4 排放的影響較為復雜，存在不同作用機制，一方面氮肥促進作物生長，為產甲烷菌提供更多碳源，從而促進甲烷排放；另一方面氮肥也會促進甲烷氧化菌的生長和活性，導致甲烷凈排放量減少[49]。于衷浦等[50]發現，減施化肥對土壤CH4 排放影響不顯著，這與本研究中TM 處理對土壤CH4的吸收影響不顯著的結果一致。TM+1 處理與TM 處理相比可知，有機肥替代會降低土壤對CH4 的吸收，這可能是有機肥C/N 較高，有機物不易被分解限制了產甲烷菌所需底物的生成，并且有機碳分解消耗了氧氣，促進了產甲烷菌CH4 的產生，二者共同作用導致有機替代處理較單施化肥處理CH4 排放的差異不顯著[51]。劉志偉等[52]在稻麥輪作系統中應用生物炭后促進了土壤吸收CH4，而本研究也發現添加生物炭促進土壤對CH4 的吸收，這可能是生物炭改善土壤通氣狀況，使土壤中O2 含量增加，使CH4氧化菌得到充足的能源進而增加土壤對CH4 的吸收，而生物炭施用促進了微生物活性，促進了產甲烷菌釋放CH4[53]。Wu 等[54]研究發現土壤調理劑施用有效降低土壤CH4 排放，本研究中土壤調理劑的施用有降低土壤CH4 排放的趨勢，這可能是土壤調理劑施用改善了土壤的厭氧狀態，從而降低土壤產甲烷菌活性，土壤CH4 的排放被抑制。而本研究施用土壤調理劑能為產甲烷菌提供有機底物，從而導致土壤調理劑的添加對甲烷排放并無顯著影響[55]。

3.2 調控措施對不同土層土壤硝態氮分布的影響

土壤硝態氮是作物攝入氮素的主要形態，其在土壤剖面的遷移受施肥與水分管理的影響較大，而長期過量施氮和灌水是造成土壤硝態氮淋溶的重要原因。華北平原夏季雨熱同期，土壤中殘留的硝態氮更容易向深層土體移動，因此深層土壤剖面取樣可以較準確地反映土壤硝態氮的運移與累積特征[56]。邵興芳等[57]研究發現，高量有機肥配施化肥處理中多余的硝態氮不能完全被作物根系吸收，造成土壤剖面NO3?-N 的累積和淋溶，增加淋溶風險。本研究結果顯示，施用有機肥增加深層氮素累積但差異不顯著（Pgt;0.05），累積峰出現在80—140 cm 處。這可能是有機肥的施用，使銨的固定和反硝化作用趨于飽和，無機氮超過了作物需求從而加劇硝態氮淋失[58]。胡錦昇等[59]研究發現，生物炭的施用緩解了土壤硝態氮向下淋溶積累，這與本研究中TM+2 處理100—400 cm 土層中硝態氮含量顯著低于TM+1 的結果一致，這可能是由于生物炭減緩了吸附的硝態氮在土壤中的釋放，說明了生物炭施用對降低麥玉輪作農田的氮素損失具有積極意義。王瑋[60]研究表明，添加土壤調理劑能促進根系對0—60 cm 土層氮素的吸收利用，降低土壤硝態氮殘留量；本研究結果顯示，TM+3 處理與TM+2 處理相比，0—100 cm 土壤硝態氮累積量顯著降低（Plt;0.05），表明土壤調理劑促進根系對0—100 cm 土層氮素的吸收利用，并減少土壤硝態氮向200—400 cm 土層的淋溶。這可能是由于土壤調理劑具有較強的吸附性，減緩了土壤硝態氮的垂直運移。施肥調控對于降低土壤硝態氮淋溶有一定效果，可以在本研究基礎上進行不同成分不同組合下的對比研究，進而優化出適宜華北平原麥玉輪作體系的調控措施，為生產實踐提供借鑒。

3.3 不同施肥措施對產量的影響

適宜的施肥調控技術可有效提高作物產量。李驍等[61]研究發現，玉米減施氮肥的潛力在23.6%；逯克鑫等[62]研究表明，氮肥減施15% 能夠保證玉米產量；在本研究中，TM 處理與T 處理相比，3 年均能做到穩產，說明優化施肥能夠在保證作物產量的前提下減少肥料施用量，從而降低無機氮淋溶風險與溫室氣體排放[63]。本研究中，TM+1 處理小麥產量在第3 個輪作季較T 處理顯著增加，說明有機無機肥配施以及生物炭的應用可以調節土壤氮素的固持與釋放，協調土壤氮素供應[64]，使有機肥和化肥在養分供應上優勢互補，顯著提升土壤肥力、增加作物產量、提升肥料利用率等[65?67]，是實現作物高產高效、促進農業可持續發展的一種有效調控措施。TM+3 處理在第2、3 個輪作季產量上較TM+2 處理顯著下降，這可能是由于土壤調理劑的施用導致土壤中水分增加[68]，使土壤中水分含量超出了小麥、玉米生長需要，從而使土壤缺氧和根部窒息影響到了作物根系生長和養分吸收，最終導致產量下降，這與王斯靜[69]應用土壤改良劑的效果相似。因此，對于土壤調理劑的施用應當考慮土壤類型、作物種類等多種因素。

4 結論

在連續進行3 個小麥?玉米輪作季試驗后，施用80% 推薦配方肥量顯著降低了土壤N2O 排放和增溫潛勢，降低了硝態氮淋溶風險，但出現明顯的產量下降。在養分總量不降低條件下，采用20% 生物有機肥替代化肥并配合生物炭顯著降低了N2O 排放和當年的硝態氮淋溶量，小麥?玉米周年產量顯著高于減肥處理（TM），但增加了增溫趨勢。而土壤調理劑在降低環境風險與增加產量方面的不利影響還需進一步研究。