秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响*

氧化亚氮（N2O）和氮气（N2）是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物，可通过土水界面向大气排放，也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质，影响反硝化过程及N2O和N2产排。本研究依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验，通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液，采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2（反硝化产生N2量），观测了2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量（CK：每季0 t·hm-2；1BC：每季2.25 t·hm-2；5BC：每季11.3 t·hm-2；10BC：每季22.5 t·hm-2）下0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化，评估了长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明，两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高，exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度，以10BC处理最为明显。其中，N2O浓度降低以60 cm处较大，exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮（NO3-+NH4+）含量无明显影响，但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳（DOC）和溶解氧（DO）浓度以及氧化还原电位（Eh）。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮（NO3-）及DO有关；秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量（按1 m深度计算）CK处理下为2.3 ~5.5 kg·hm-2，相当于无机氮和有机氮（DON）淋溶量的32%~34%，5BC和10BC处理则降低为1.7 ~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2，上述结果表明，反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视，秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况，增加DO，提高Eh，进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。

Effect of application of straw-derived biochar on concentrations of N2O and N2 in paddy soil profile