生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响①

王 启，兰 婷,2，赖晶晶，高雪松,2*

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响①

王 启1，兰 婷1,2，赖晶晶1，高雪松1,2*

(1 四川农业大学资源学院，成都 611130； 2 四川农业大学资源与地理信息技术研究所，成都 611130)

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N2O排放产生影响。本研究通过室内培养试验，研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%，/)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N2O排放特征的影响。结果表明：①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7% ~ 93.7%和7.5% ~ 40.9%，生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用，在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强，在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比，酸性紫色土N2O累计排放量在1% 生物质炭和2% 生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%，在5%和10% 生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%；石灰性紫色土生物质炭各处理N2O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑，在酸性紫色土中1%、2% 生物质炭施用对硝化作用抑制和N2O减排综合效果最好，但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。

生物质炭；紫色土；净硝化速率；硝化率；N2O排放

我国农田每年氮肥施用量高达3 000万t纯氮，约占全球总用量的1/3，氮肥消费量远超作物需求量，肥料利用效率却不到50%[1]。低水平氮肥利用率不仅经济效益低下，同时导致土壤酸化[2]、水体富营养化[3]、温室气体排放[4]等一系列生态环境问题。土壤硝化作用是土壤氮素转化的重要环节，也是生态系统中氮素损失和影响生态环境的潜在途径[5]。硝化作用过程受土壤pH、水分、温度、有机质等诸多土壤性质的综合影响[6]。N2O被认为是最主要的温室气体之一，其增温潜力是CO2的298倍[7]，主要产生来源是土壤硝化和反硝化作用，农田土壤排放的N2O占全球N2O排放总量的60%[8]，到2030年农业N2O排放预期将增长35% ~ 60%[9]。

生物质炭是生物质缺氧热解炭化成的难溶性芳香族化合物，对全球碳氮生物地球化学循环和调节气候变化具有重要影响[10]。有研究表明生物质炭能通过影响土壤净硝化速率[11]、提高氮的利用效率[12]、减少N2O排放[13-15]等影响土壤氮循环。生物质炭的施用量及类型均会对土壤氮转化过程产生影响，土壤类型和土壤性质不同也是影响生物质炭作用效果的重要因素[16]。季雅岚等[17]发现在对酸性土壤分别施入12种不同生物质炭后均能显著促进土壤硝化作用，相反Yang等[18]发现在酸性土壤中施入生物质炭抑制了硝化作用，也有研究指出外源碳源的施入对土壤硝化活性没有显著影响[19]。Sun等[20]在对碱性土壤施用不同用量麦秆生物质炭的研究中发现，0.5% 和1% 低量生物质炭对土壤保氮能力有提升作用，但高量生物质炭添加下提升能力减弱。有学者综合统计分析近几年相关文献得出，生物质炭施用下对土壤N2O平均减排率为54%[21]。但也有报道认为生物质炭对N2O排放没有明显影响，甚至会促进N2O排放[22-24]，不同施用量的生物质炭在不同土壤中甚至会分别表现出促进和抑制N2O排放效果[25]。由此可见，不同用量生物质炭对于不同性质土壤中氮素转化及N2O排放的影响和机制尚需进一步研究。

四川紫色土耕地占全省耕地面积的36.5%[26]，其发育程度浅、结构疏松、氮素含量低、保氮能力弱，硝酸盐淋溶强烈[27]。随着近年来紫色土垦殖率和复种指数提高，加速了紫色土中氮素的流失，使得氮素成为限制紫色土农业生产的营养元素。虽然已有生物质炭对土壤氮素和N2O排放等方面的相关研究，但针对紫色土的研究鲜有报道，而酸碱度不同的土壤微生物群落结构及活性的差异会影响氮素转化进程，尤其是在不同生物质炭添加量下对氮转化和N2O排放效果可能不尽相同。因此，本试验以西南地区典型的酸性和石灰性紫色土为研究对象，通过短期培养试验研究生物质炭添加量对紫色土氮素净转化速率及N2O排放的影响，以期为理解生物质炭对紫色土氮素转化的影响及制定N2O减排措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为四川盆地内的酸性和石灰性旱地紫色土，酸性紫色土取自乐山市市中区平兴乡(103° 31′56′′ ~ 103°59′25′′E，29°28′00′′ ~ 29°45′45′′ N)，碱性紫色土取自遂宁市安居区玉丰镇(105°4′0′′~ 105° 43′45′′E，30°10′30′′~ 30°34′10′′N)，耕地农作物均为玉米。乐山市市中区属中亚热带湿润季风气候，无霜期长达300 d以上，年平均气温为16.5 ~ 18.0 ℃，气候湿润、雨量充沛，土壤类型为酸性紫色土，母质为白垩纪夹关组。遂宁市安居区属亚热带季风气候，气候温和、四季分明，无霜期长达283 ~ 300 d，年平均气温为16.7 ~ 17.4 ℃，雨量充沛、湿度大，土壤类型为石灰性紫色土，母质为侏罗纪中统遂宁组。分别在两地耕地相邻范围内采集10个表层0 ~ 20 cm土壤，将其混合均匀为一个土样。每个样本新鲜土过2 mm筛，分为两个子样本，一个子样本放入4 ℃冰箱冷藏或立即用于实验室培养；另一个风干后测定理化性质，其基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 供试生物质炭

供试生物质炭由玉米秸秆在450 ℃无氧条件下热解制得，生物质炭过2 mm筛备用，其基本理化性质见表2。

1.3 试验设计

试验在酸性和石灰性紫色土中分别设置5个生物质炭添加水平(0、1%、2%、5%、10%，/)：①酸性土无生物质炭施入(AB0)；②酸性土1% 生物质炭施入处理(AB1)；③酸性土2% 生物质炭施入处理(AB2)；④酸性土5% 生物质炭施入处理(AB5)；⑤酸性土10% 生物质炭施入处理(AB10)；⑥石灰性土无生物炭输入(CB0)；⑦石灰性土1% 生物质炭施入处理(CB1)；⑧石灰性土2% 生物质炭施入处理(CB2)；⑨石灰性土5% 生物炭输入处理(CB5)；⑩石灰性土10% 生物质炭施入处理(CB10)。每个处理设置7个采样时间点，每个时间点3次重复。试验时，称取40 g(风干土重)鲜土样于400 ml塑料瓶中，分别向培养瓶中加入相应磨碎的生物质炭(0.2 mm)。所有样品在25℃恒温培养箱内预培养1 d，然后用移液枪向瓶内土样均匀加入2 ml 含氮(N)50 mg/kg的NH4Cl溶液，使其尽可能均匀分布于土壤；并用去离子水调节所有样品含水量至60% 田间持水量，盖上盖子在25 ℃恒温培养14 d。试验过程中，每天打开盖子通气30 min，保证培养在好气条件下进行，每隔3 d通过称重法补充因蒸发而损失的水分。

表2 供试生物质炭基本理化性质

1.4 样品采集与分析

在培养试验开始后的2 h、1 d、2 d、4 d、7 d、12 d和14 d，随机选取3个重复破坏性采样，加入200 ml 2 mol/L的KCl溶液，在25℃、250 r/min下振荡1 h，过滤后储存于4 ℃冰箱，采用CleverChem 380全自动间断化学分析仪测定土壤浸提液中的NH4+­-N和NO– 3-N浓度。

气体样本采集在培养试验开始后的1、2、4、7、12、14 d进行。在采气前12 h进行换气，盖上连有三通阀的盖子，使其完全密闭。采气时用20 ml注射器接上三通阀，推拉5次使培养瓶内空气充分混合后精确采集20 ml气体，并转移入20 ml用真空泵已抽真空的小玻璃气瓶中保存，N2O气体浓度采用安捷伦7890A气象色谱测定，N2O标准气体由中国国家标准物质中心提供。

土壤基本理化性质测定参照鲁如坤《土壤农业化学分析方法》[28]，其中土壤pH采用METTLER-S220- K pH计测定(2.5∶1水土质量比浸提)，土壤颗粒组成采用比重计法测定，CEC采用乙酸铵-EDTA交换法测定；土壤有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定。

1.5 试验数据处理

1)土壤硝化率计算公式[29]：

硝化率(%)=[NO– 3-N]/([NH4+-N]+[NO– 3-N])×100 (1)

2)氮素净硝化速率计算公式[30]：

式中：N为土壤净硝化速率，单位mg/(kg·d)；为培养天数。

3)N2O排放速率计算公式[30]：

式中：为N2O排放速率，单位mg/(m3·h)(N2O-N)；为标准状态下N2O的密度，单位1.25 kg/m3(N2O- N)；为培养瓶中气体的有效空间，单位m3；为置于培养瓶内的烘干土重，单位kg；Δ为二次采样时间间隔的气体浓度差，单位μg/L；Δ为两次采样的时间间隔，单位h；为培养时的温度，单位℃。N2O排放速率为每次测得的3个重复计算平均值所得。

4)N2O累积排放量计算公式[30]：

N2O的累积排放量是通过相邻两次采样的气体平均排放通量与排放时间的乘积累加计算得出，计算公式如下：

式中：代表土壤N2O的累积排放量，单位为g/m3；代表土壤N2O排放速率，单位mg/(m3·h)(N2O-N)；代表采样次数；为相邻两次采气所间隔的天数。

本文试验数据采用Excel 2010进行数据整理，采用SPSS 19.0进行相关性分析(Pearson)检验不同生物质炭添加量下硝化率和N2O气体排放之间的关系，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)检验各处理间差异的显著性水平，采用最小显著差异法(LSD，<0.05)进行不同处理间均值的显著性差异比较。

2 结果与分析

2.1 添加生物质炭对土壤铵态氮动态变化的影响

在整个培养期内，AB0处理下NH4+­-N含量均始终呈下降趋势，生物质炭处理下土壤中NH4+­-N含量存在明显的阶段性特征(图1)。各生物质炭处理NH4+­-N含量在培养0 ~ 1 d略微上升，此后至12 d各处理NH4+­-N含量降低，12 ~ 14 d含量呈上升趋势。至培养结束时，酸性紫色土添加生物质炭处理NH4+­-N含量为28.17 ~ 38.80 mg/kg，下降了23.8% ~ 48.0%，AB10处理NH4+­-N含量降幅最小(23.8%)，AB0处理NH4+­-N含量仅为6.06 mg/kg，下降了90.2%，与添加生物质炭处理含量差异显著。

同酸性紫色土，在整个培养期内，CB0处理下石灰性紫色土NH4+­-N含量均始终呈下降趋势，生物质炭各处理在0 ~ 2 d时NH4+­-N含量急剧下降，此后变化较小，在12 ~ 14 d时NH4+­-N含量呈上升趋势。培养结束时，石灰性紫色土各处理NH4+­-N含量为2.81 ~ 9.84 mg/kg，CB0处理NH4+­-N含量下降了95.1%，CB2处理下NH4+­-N含量降幅最小(81.2%)。

图1 生物质炭不同添加量对酸性和石灰性紫色土NH4+-N含量的影响

2.2 添加生物质炭对土壤硝态氮动态变化的影响

从图2可知，各处理酸性紫色土NO– 3-N含量总体随时间均呈上升趋势。在整个培养期间，酸性紫色土AB0处理下NO– 3-N含量持续增加。在培养前4 d，酸性紫色土生物质炭处理NO– 3-N含量变化较小，此后NO– 3-N 含量均显著上升，在培养期间NO– 3-N含量均小于AB0处理。培养结束时，低量生物质炭处理AB1、AB2的NO– 3-N含量与AB0处理间差异不显著，高量生物质炭处理AB5、AB10与AB0处理则差异显著，AB10处理NO– 3-N含量最低，相比与AB0处理减少了47.7%。

石灰性紫色土生物质炭各处理在1 ~ 14 d培养期间，NO– 3-N含量均小于CB0处理。在培养前2 d，石灰性紫色土各处理NO– 3-N含量显著增加，此后CB0处理NO– 3-N含量略微上升，其余各处理NO– 3-N含量总体呈下降趋势。至培养结束时，与CB0处理相比，石灰性紫色土添加生物质炭处理NO– 3-N含量下降了6.8% ~ 26.4%，CB10处理下石灰性紫色土NO– 3-N含量降幅最大(26.4%)。

图2 生物质炭不同添加量对酸性和石灰性紫色土NO– 3-N含量的影响

2.3 添加生物质炭对土壤硝化率的影响

培养期间酸性紫色土AB0处理下硝化率始终呈上升趋势，各生物质炭处理土壤硝化率0 ~ 1 d先降低，1 ~ 12 d逐渐升高，12 ~ 14 d再下降(图3)。在培养结束时，酸性紫色土AB0处理硝化率最高(89.1%)，各生物质炭处理硝化率为40.0% ~ 63.1%，且硝化率随生物质炭添加量增多而降低，AB10处理下培养结束时硝化率最低(40.0%)。石灰性紫色土硝化率呈现先增加后稳定再略下降的趋势。在0 ~ 2 d，石灰性紫色土各处理硝化率显著上升，此后变化较小且处于同一显著水平，在12 ~ 14 d时各处理(除AB0)处理外硝化率均有略微下降趋势。在培养结束时，石灰性紫色土CB0处理硝化率为95.9%，生物质炭各处理硝化率为86.2% ~ 95.5%，CB2处理下石灰性紫色土硝化率最低(86.2%)；在2 ~ 12 d期间各处理硝化率无显著差异，各处理硝化率均在93.8% ~ 98.7%，基本完成硝化作用。

生物质炭添加可显著降低酸性紫色土硝化率，且硝化率随生物质炭施入量的增多而降低；生物质炭添加对石灰性紫色土硝化率影响不大，CB2处理下石灰性紫色土硝化率降低相对最多。

图3 酸性和石灰性紫色土不同生物质炭添加量下硝化率变化

2.4 添加生物质炭对紫色土氮素净硝化速率的影响

酸性紫色土氮素平均净硝化速率随生物质炭添加量的增多呈下降趋势(图4)。酸性紫色土AB0处理平均净硝化速率最高(3.05 mg/(kg·d))，酸性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比AB0处理降低了33.7% ~ 93.8%。AB10处理平均净硝化速率最低(0.19 mg/(kg·d))，与AB0处理相比下降了93.8%。石灰性紫色土各处理氮素平均净硝化速率均处于较高水平，且随生物质炭施入的增多而降低(CB2处理除外)。石灰性紫色土CB0处理平均净硝化速率最大(4.90 mg/(kg·d))，添加生物质炭各处理平均净硝化速率为2.89 ~ 4.53 mg/(kg·d)，相比CB0处理降低了7.5% ~ 40.9%。CB10处理平均净硝化速率最低(2.89 mg/(kg·d))，与CB0处理相比下降了40.9%。

因此，添加生物质炭可抑制酸性和石灰性紫色土氮素净硝化速率，且高量(10%)生物质炭添加下紫色土氮素平均净硝化速率最低。总体来看，酸性紫色土平均净硝化速率小于石灰性紫色土。

2.5 土壤N2O排放速率与累积排放量的变化

由图5可知，在酸性紫色土试验中，在试验开始时(1 d)，土壤迅速产生N2O，在培养的1 ~ 4 d排放速率逐渐降低。培养1 d时，相比AB0处理，AB5处理N2O排放速率增加31.1%，AB1和 AB10处理分别降低26.0% 和70.9%。添加生物炭各处理在培养7 d时N2O排放速率均较培养4 d时增加。培养期间，AB1和 AB2处理N2O排放速率除在培养7 d时高于AB0处理，其余均小于AB0处理。培养结束时(14 d)，相比AB0处理，AB1和 AB2处理N2O排放速率分别降低73.5% 和75.1%，AB10处理增加了48.0%。

图中同系列柱图上方不同小写字母表示不同处理间差异达显著水平(P<0.05)。

石灰性紫色土N2O排放速率在试验开始时显著大于酸性紫色土。在培养1 d时，除CB2处理外其余生物质炭处理N2O排放速率均大于CB0处理。添加生物炭各处理在培养2 d和14 d天时的N2O排放速率均增加，且在2 d时增加显著，各处理增幅分别为283.0%、350.4%、130.1% 和266.3%；培养结束时(14 d)，生物质炭各处理较CB0处理N2O排放速率分别增加50.8%、73.7%、45.9% 和143.8%。

图5 酸性和石灰性紫色土不同生物质炭添加量下N2O排放速率变化

由图6可知，在酸性紫色土中与AB0处理相比，AB1和AB2处理N2O累计排放量降幅分别为15.9% 和27.7%；AB5和AB10处理N2O累计排放量分别增加60.1% 和93.2%。相比AB0处理，添加生物质炭在1%和2% 低量时对N2O的排放具有抑制作用，而随着添加量的提高，当添加量为5% 和10% 时，促进了土壤N2O的排放。在酸性紫色土中较低量生物质炭添加能显著降低N2O排放，但高量添加条件下显著促进了N2O排放。

石灰性紫色土生物质炭各处理的N2O累积排放量均显著高于CB0处理，CB1、CB2、CB5和CB10处理N2O累积排放量分别增长了42.3%、34.4%、18.8% 和34.7%。添加生物质炭促进了石灰性紫色土N2O的排放。

2.6 土壤硝化率与N2O排放的相关分析

由表3可知，酸性和石灰性紫色土中，各处理土壤硝化率与N2O累积排放量均有正相关关系。其中在酸性紫色土中，硝化率与N2O累积排放量在各处理中均呈极显著正相关性；在石灰性紫色土中，硝化率与N2O累积排放量在CB0处理中呈极显著正相关性，在CB1、CB5和CB10处理中呈显著正相关性。

(图中不同小写字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05))

表3 土壤硝化率与N2O累积排放量的相关性分析

注：“*”和“**”表示在<0.05和<0.01水平显著相关。

3 讨论

3.1 生物质炭不同添加量对紫色土硝化作用的影响

在不同量生物质碳的施用处理下，至培养结束酸性和石灰性紫色土NH4+-N含量降幅显著低于对照，10%生物质炭处理降幅最低，生物质炭可能提高了土壤对NH4+的固持能力，尤其是酸性紫色土中NH4+-N含量降幅随生物质炭施用量的增加而减小。生物质炭的多孔结构、高比表面积会增加土壤中离子交换位点，使其表面交换活性升高，增加了土壤对NH4+的吸附[31]。针对紫色土的NH4+吸附动力学研究表明，随土壤pH升高，土壤对NH4+吸附量增加[32]。生物质炭施入增加了土壤pH，也促进了土壤对NH4+的吸附能力。酸性紫色土在培养12 ~ 14 d时NH4+-N含量开始上升，李娜[33]在施用生物质炭对黑土作用培养试验中也发现类似现象，并推测，当土壤NH4+-N含量降低到一定水平，生物质炭固定的非交换性氮释放到土壤所导致。石灰性紫色土在培养0 ~ 2 d时土壤NH4+-N含量急剧下降，可能主要由生物质炭施入后土壤pH升高带来的氨挥发造成，同时pH的升高也降低了矿化速率且抑制了土壤氨氧化微生物的活性[34]。生物质炭添加对紫色土NH4+的“吸附-解吸”过程及机制还有待进一步研究。

培养期间，酸性和石灰性紫色土NO– 3-N含量和硝化率随着生物质炭添加量的增加而降幅越大(CB2处理除外)，这与陈玉真等[35]研究结果一致。生物质炭添加量对硝化作用的影响随土壤pH、培养时间不同而有差异。在酸性土壤中，生物质炭添加对硝化作用有明显的抑制作用，且随添加量增多硝化率降低。这些可能是因为：①生物质炭本身的物质组成会抑制土壤硝化作用，存在着一种硝化抑制剂-松萜或酚类物质[22]，会改变土壤氨化或者硝化微生物活性，从而抑制硝化作用。②由于生物质炭一般呈碱性[36](pH范围8.2 ~ 13.0)，施用后能显著提高紫色土pH，研究认为参与硝化作用的氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)在酸性条件下丰度与pH呈负相关关系[37]。且AOA属酸性古菌，在酸性环境中AOA比AOB活性更强，与硝化势能的关联度更高[38]。因此，在酸性紫色土中，AOA对生物质炭施入后提升pH的响应更为显著，将会抑制硝化作用。③生物质炭施入作为较高含量碳源，对土壤的异化还原反应(DNRA)过程有利，从而降低NO– 3含量[39]。④Cheng等[40]研究指出，当外源有机碳含量丰富(大于500 mg/kg)时，土壤微生物主导下的NO– 3固定作用会增强，进而降低NO– 3含量。总体来看，石灰性紫色土硝化率高于酸性紫色土，与高pH土壤硝化作用较强结论一致[41]。由于施入生物质炭对土壤pH的增加作用以酸性土壤较为明显，在石灰性土壤中的增幅较小，可能导致了生物质炭对酸性紫色土硝化率的影响远大于石灰性紫色土。

3.2 生物质炭不同添加量对紫色土N2O排放的影响

本试验结果表明，酸性紫色土在低量生物质炭(1%、2%)添加条件下，抑制了N2O排放速率，2%生物质炭添加量下N2O累积排放量降低了27.7%，与高德才等[42]和何志龙等[43]的研究结论相似。首先可能由于生物质炭对NH4+的吸附减少了硝化底物，从而减少N2O排放。适量的生物质炭添加也增加了土壤通透性，不利于厌氧条件下氮素微生物的反硝化进程[44]，从而减少N2O累积排放量。本研究中土壤N2O排放量与NO– 3-N含量呈正相关关系(表3)，且本研究是进行好氧培养，则推测大部分N2O的产生可能由硝化作用引起，且60% 田间持水量培养条件是N2O产自硝化或反硝化过程的临界值[45]，但有研究表明在60%田间持水量的好氧条件下，反硝化过程对N2O的贡献率仍达到28.0% ~ 46.9%，好气培养条件下反硝化过程仍是土壤N2O排放的一个重要过程[46]。在酸性土壤中适量生物质炭的施入能提高土壤pH，提高N2O功能还原酶(nosZ)活性，促进N2O还原为N2[47]。而在酸性紫色土5% 和10% 生物质炭添加量下促进了N2O排放，推测可能原因为：①较高量生物质炭输入可能会通过显著增加土壤有机碳含量，为反硝化微生物提供充足底物，显著提高土壤型反硝化功能基因丰度促进反硝化进程[48]。Wang等[49]的研究也证明，在好氧条件下，如果可利用的有机碳含量充足，反硝化过程是产生N2O的主要过程。②高量生物质炭的施入也可能促进了硝化细菌反硝化过程(即硝化细菌驱动下的NO– 2还原过程)，在整个过程中只有氨氧化细菌参与，没有NO– 3-N的生成[50]。而无生物质炭添加的对照处理低pH限制了土壤硝化作用的进行，导致生物质炭处理的土壤N2O排放速率在前期1 ~ 2 d高于对照。石灰性紫色土中生物质炭处理N2O累积排放量均高于对照，Prommer等[51]研究指出在石灰性耕作土壤中，生物质炭能提高土壤氨氧化细菌的数量促进反硝化进程，在石灰性土壤上反硝化过程对N2O产生的贡献大于硝化作用[52]。本研究石灰性紫色土N2O排放集中在前4 d，是因为碱性条件适宜硝化与反硝化作用的进行，氨氧化菌丰度较大，施入氮肥后促进其生长繁殖，造成NH4+-N含量迅速下降，同时释放大量N2O[53]。生物质炭不同用量在不同pH紫色土中N2O产生途径和机制还需利用15N同位素示踪技术和微生物学方法进一步验证研究。

4 结论

1)生物质炭施入抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用，对酸性紫色土抑制效果更明显。在酸性紫色土中生物质炭对硝化率和氮素净硝化速率的抑制作用随施用量的增加而增强；在石灰性紫色土中1% 和2%生物质炭处理硝化率低于对照，10% 生物质炭处理氮素净硝化速率最低。

2)在酸性紫色土中低量(1% 和2%)生物质炭处理对N2O的排放具有抑制作用，高量(5% 和10%)生物质炭处理对N2O排放具有促进作用。在石灰性紫色土中，各生物质炭处理均促进了N2O排放。

3)在酸性紫色土中1%、2% 生物质炭施用下对硝化作用抑制和N2O减排综合效果最好，在石灰性紫色土中无明显效果。

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Effects of Biochar Application on Nitrification and N2O Emission in Purple Soils with Different pH

WANG Qi1, LAN Ting1,2, LAI Jingjing1, GAO Xuesong1,2*

(1 College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Institute of Resources and Geography Information Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

Biochar can influence soil nitrogen nitrification and N2O emission. An indoor incubation experiment was conducted to study the net nitrogen nitrification rates and N2O emission in acidic (pH 5.10) and calcareous (pH 8.15) upland purple soils under different application rates of maize straw biochar (0, 1%, 2%, 5%, and 10% dry soil weight) with ammonium nitrogen fertilizer. The results showed that: 1) Biochar addition inhibited net nitrogen nitrification rate in purple soils, compared withthe control treatment (no biochar application), biochar application reduced the average net nitrogen nitrification rate by 33.7%-93.7% in acidic purple soil and 7.5%-40.9% in calcareous purple soil. With the increase of biochar application rate, the inhibition was enhanced in acidic purple soil but irregular in calcareous purple soil. 2) compared with the control treatment, cumulative N2O emission in acidic purple soil decreased by 15.9% and 27.7% with 1% and 2% biochar addition rates, increased by 60.1% and 93.2% with 5% and 10% biochar addition rates, respectively, and cumulative N2O emission of all biochar addition treatments in calcareous purple soil were significantly higher than that of the control treatment. 3) In general, biochar has no positive effect for calcareous purple soil in inhibiting nitrification and mitigate N2O emission,while 1% and 2% biochar addition rates are optimal for in acidic purple soil.

Biochar; Purple soil; Net nitrogen nitrification rate; Nitrification rate; N2O emission

S19

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.011

王启, 兰婷, 赖晶晶, 等. 生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响. 土壤, 2020, 52(6): 1170–1178.

国家自然科学基金项目(41501243)资助。

(gxs80@126.com)

王启(1994—)，男，四川雅安人，硕士研究生，研究方向为紫色土氮素循环和温室气体排放。E-mail：wangqibilly@sohu.com