秸秆及植物残体还田对土壤N2O排放的影响综述

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摘要：摘要：秸秆还田是常见的农业管理措施，有固氮和增加温室气体排放量的作用。N2O是一种重要的温室气体，秸秆的碳氮比与土壤N2O排放量密切相关。秸秆半量还田与秸秆全量还田均可能促进N2O排放，增排效应与施氮水平相关，也与秸秆还田时间密切相关。翻耕还田减少

　　摘要：秸秆还田是常见的农业管理措施，有固氮和增加温室气体排放量的作用。N2O是一种重要的温室气体，秸秆的碳氮比与土壤N2O排放量密切相关。秸秆半量还田与秸秆全量还田均可能促进N2O排放，增排效应与施氮水平相关，也与秸秆还田时间密切相关。翻耕还田减少了N2O的排放量，同时抑制土壤中CH4的排放，有利于农田N2O减排。土壤N2O排放受秸秆残体、土壤理化性质和栽培方式的交互影响。施用秸秆时配施硝化抑制剂，能有效减缓硝化作用，降低N2O释放量。秸秆还田后加入蚯蚓，可促使N2O排放量的增加。秸秆还田对温室气体排放过程影响复杂，不能单用减排概括。

　　关键词：秸秆;植物残体;N2O排放;还田;研究进展

　　《植物生态学报》(月刊)创刊于1955年，是由中国科学院主管、中国科学院植物研究所中国植物学会主办的我国生态学领域创刊最早的专业性学术刊物。

　　气候变化及温室气体排放是全球关注的热点，2017年3种主要温室气体CO2、CH4和N2O在大气中的含量达到80万年来的最高水平。造成全球气候变暖的首要因素是人类生产与活动所导致的温室气体排放[1]。N2O对全球变暖有明显作用，百年尺度全球变暖潜势是CO2的298倍[2]，对大气温室效应的贡献率达到5%，仅次于CO2及CH4。

　　农业生产活动是温室气体的主要排放源，农田生态系统具有数量庞大的碳储库，碳储量达17×1014 kg，占全球陆地碳储量的10%以上[3]，大气中20%的CO2、70%的CH4和90%的N2O来源于农业生产活动及其相关过程[4]。秸秆是一种可再生有机资源，秸秆还田处理能够有效减少焚烧秸秆所造成的温室气体排放及环境污染，此外，还能促进土壤有机质含量及土壤肥力的增加，改善土质，促进作物增产。我国南稻北麦的种植体系使得作物秸秆数量巨大，种类繁多，年秸秆产生量约6×108 t[5]。虽然秸秆还田有重要的生态意义，能够有效遏制焚烧所引起的温室效应，但秸秆还田对N2O排放的影响仍存争议。秸秆还田可能导致土壤N2O排放量的增加[6]或无显著影响[7]，秸秆堆制还田后，甚至可抑制土壤N2O的排放。秸秆的不同施用方法对土壤N2O的排放影响亦有差异，直接覆盖土壤表层对N2O排放有促进作用;而均匀混施有可能减少N2O的排放量[8]。众多研究结果表明，作物茎秆还田对N2O排放的作用过程复杂，不能单用减排概括。因此，本文综述近年来相关科研文献，评价秸秆施用对土壤N2O排放的影响及可能原理，明确秸秆施用在土壤N2O减排中的作用。

　　1 不同碳氮比秸秆及植物残体对N2O排放的影响

　　秸秆、植物残体种类与土壤N2O的排放密切相关。荟萃(Meta)分析表明，茎秆碳氮比(C/N)对N2O排放量的加权平均效应值大于0，即植物体C/N与N2O排放量相关[9]，易被分解的C影响了N2O排放[10]。

　　田间试验发现，在不施化肥情况下，加入秸秆残体处理的N2O排放量显著增加，且添加C/N最小的菜饼处理组N2O排放的增加量最大[11]，伍玉鹏等田间试验结果[12]与此结论基本一致，在C/N最大的甘蔗渣处理中，N2O排放量与对照相比甚至降低了3%，这可能是由于C/N为118.7的甘蔗渣N含量过低，导致N相对不足，加剧了硝化细菌与非自养微生物之间对NH4+的竞争，进而使N2O排放量降低[13]。Shan等[14]与王丽媛等试验结果[11]一致，秸秆C/N与N2O排放的效应值呈负相关关系。

　　稻秆还田适量时，土壤氮素的氨化和氨氧化均能影响N2O排放[15]。土壤微生物对不同C/N秸秆残体的分解速率不一致，碳氮比为(25～30)/1时更适宜微生物分解有机质，而高C/N残体因碳源过高、氮源相对不足而影响植物体分解速率[16]，加强微生物对土壤矿质氮的固定，因而使氮基质减少[17]，并可能减少nosZ型反硝化细菌多样性，降低N2O、N2O+N2 产物比[18]，最终使N2O排放量减少。当施加秸秆的C/N不高于(25～30)/1时，微生物活性较强，加快秸秆腐化过程，且微生物对有效氮固定减弱，使得土壤含有的氮基质增多[19]，进而促进微生物的硝化、反硝化作用[20]，使N2O排放量增加[11]。

　　2 秸秆的不同田间施用量及还田年限对N2O排放的影响

　　秸秆全量还田与半量还田是农田常见管理措施，但是秸秆的不同田间施用量对N2O排放的影响目前仍未达成统一观点。在玉米栽培期间，N2O排放量在不同时期有较大差异，施用基肥后，秸秆全量还田对N2O排放量的促进作用明显低于半量还田，与只施氮肥的对照组相比，秸秆还田增加了土壤N2O排放量，但与对照差异不显著;在玉米田间试验期，N2O排放量表现为半量秸秆还田>对照组>全量秸秆还田，在一定程度上，秸秆全量还田抑制了土壤N2O脉冲排放(短期的瞬间排放)[21]。而利用麦秆还田的试验研究则表明，与对照处理(不加麦秆)相比，麦秆半量还田与全量还田均对农田N2O排放有促进效应，麦秆全量还田对农田N2O排放的增排效应较半量还田高[22]。

　　当施氮量(以N计算)为0～240 kg/hm2时，土壤N2O的排放量随农田施氮量的增加而增加;但随着施氮量的进一步增加，达到241～300 kg/hm2時，农田N2O的排放量可能随施氮量增加而减少[9]。秸秆的田间施加量达到400 kg/hm2 的高施氮水平时，秸秆还田抑制反硝化作用，减少N2O排放量[23]。施氮量达到600 kg/hm2的高施氮水平时，秸秆还田后玉米、小麦整个生长季的N2O排放通量降至最低水平[24]。

　　考虑到还田年限，有研究者认为，土壤氨氧化细菌(amoA)和反硝化细菌(nirS)群落组成与秸秆还田时间存在显著相关性[25]，持续多年的秸秆还田会促进N2O排放[26]。在稻麦轮作体系中，秸秆不同还田年限的影响试验却表明，1年还田秸秆和5年还田秸秆显著抑制了N2O的排放，多年的秸秆持续还田仍能有效减少N2O的排放量，但是长期秸秆还田对降低温室效应的作用可能减弱[27]。

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