綠肥不同還田方式對(duì)土壤溫室氣體排放的影響

　　摘要：為探究不同綠肥在翻壓和覆蓋兩種還田方式下引起的溫室氣體排放及對(duì)土壤微生物量碳氮的影響。采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，設(shè)置光葉苕子翻壓(VB)、光葉苕子覆蓋(VS)、黑麥草翻壓(RB)、黑麥草覆蓋(RS)和無綠肥(CK)5 個(gè)處理，測定土壤 CO2、N2O、CH4濃度和微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)含量，分析了土壤溫室氣體的排放速率、累積排放量以及綜合增溫潛勢。結(jié)果表明，綠肥還田顯著提高了土壤 CO2、N2O 的排放，不同還田方式(翻壓與覆蓋還田)及不同綠肥品種對(duì) CO2、N2O 排放的影響存在顯著差異。覆蓋還田較翻壓還田顯著降低了 CO2、N2O 排放。培養(yǎng)期內(nèi)綠肥覆蓋處理 CO2的排放速率和累積排放量比翻壓處理降低 17. 07%~18. 55% 和 8. 15%~9. 79%; N2O 的排放速率和累積排放量降低 22. 91%~38. 35% 和 17. 97%~34. 39%。在相同還田方式下，不同綠肥品種顯著 影 響 了 CO2、N2O 排 放 ，豆 科 綠 肥 還 田 引 起 的 CO2、N2O 累 積 排 放 量 比 禾 本 科 綠 肥 高 8. 87%~10. 85% 和 21. 90%~52. 42%。各處理土壤溫室氣體的排放與土壤微生物量碳、微生物量氮(MBC、MBN)含量呈顯著正相關(guān)，綠肥翻壓還田顯著提升了 MBC、MBN 含量，比覆蓋還田高 21. 42%~40. 52% 和 28. 22%~34. 23%。綜上，綠肥覆蓋還田比翻壓還田更能有效減少土壤溫室氣體的排放，且有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和節(jié)約人工成本，但是對(duì)作物生長及產(chǎn)量的影響有待田間試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　本文源自張學(xué)良; 張宇亭; 劉瑞; 謝軍; 張建偉; 徐文靜; 石孝均， 草業(yè)學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-05-20 《草業(yè)學(xué)報(bào)》雜志，于1990年經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:62-1105/S，本刊在國內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中主要欄目有：綜合評(píng)述、研究簡報(bào)、相關(guān)信息等。

　　關(guān)鍵詞：綠肥;還田方式;溫室氣體

　　大氣中溫室氣體濃度的增加是導(dǎo)致全球變暖的主要原因之一[1]，大氣中 CO2、N2O 和 CH4對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率分別為 76. 7%、7. 9% 和 14. 3%[2]。農(nóng)田土壤是溫室氣體的重要排放源，約占人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室氣體排放的 14%[3]。有機(jī)物料的投入、施肥及灌溉等農(nóng)業(yè)管理措施會(huì)影響農(nóng)田土壤溫室氣體的排放，有機(jī)物料通過改變農(nóng)田土壤微生物量以及土壤物理、化學(xué)特性而影響溫室氣體的排放已有較多報(bào)道[4-5]，但是不同碳氮比有機(jī)物料在不同還田方式下對(duì)溫室氣體的排放影響研究較少。

　　綠肥是我國重要的植物源有機(jī)肥，在改良土壤、提供清潔有機(jī)肥源、提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等方面的作用已得到廣泛認(rèn)可[6]。綠肥與秸稈等其他有機(jī)物料相比具有碳氮比低、微生物分解快的特點(diǎn)。綠肥還田主要采用翻壓還田與覆蓋還田，我國長期以來主要采用翻壓還田為作物提供養(yǎng)分和改良土壤;國外主要采用覆蓋還田保持水土、改善土壤環(huán)境條件。這兩種還田方式由于其對(duì)土壤環(huán)境的影響不同，必然影響微生物對(duì)綠肥的腐解及溫室氣體的排放。關(guān)于綠肥翻壓還田對(duì) CO2、N2O 和 CH4排放的研究較多。Sanz 等[5]研究表明，翻壓綠肥后能夠提高微生物活性，顯著刺激土壤呼吸，增加土壤 CO2和 N2O 的排放。常單娜等[7]研究發(fā)現(xiàn)翻壓紫云英(Astraga? lus sinicus)促進(jìn)了 CO2和 CH4排放，抑制了 N2O 排放。Mancinelli 等[8]研究發(fā)現(xiàn)非豆科綠肥或非豆科綠肥與豆科混合翻壓對(duì)土壤 N2O 排放無顯著影響，但能顯著提高土壤 CH4的排放通量。目前關(guān)于綠肥覆蓋還田對(duì)溫室氣體排放的研究較少，尤其是不同綠肥在兩種還田方式之間對(duì)土壤溫室氣體排放的影響程度還尚不明確。因此，本研究以光葉苕子(Vicia villosa)、多年生黑麥草(Lolium perennel)兩種不同碳氮比綠肥品種為試驗(yàn)材料，設(shè)置翻壓和覆蓋兩種綠肥還田方式，采用室內(nèi)培養(yǎng)研究綠肥不同還田方式下土壤溫室氣體排放以及土壤微生物量碳氮的變化，明確翻壓和覆蓋綠肥對(duì)土壤溫室氣體排放及土壤微生物量變化的影響，旨在為綠肥不同還田方式所引起的環(huán)境效應(yīng)提供理論依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1. 1 供試材料

　　供試土壤為侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色泥巖發(fā)育而成的紫色土，土壤基本理化性質(zhì)為：pH 值 7. 09，有機(jī)質(zhì) 7. 07 g· kg-1 ，全氮 0. 50 g·kg-1 ，全磷 0. 88 g·kg-1 ，全鉀 25. 78 g·kg-1 ，堿解氮 52. 39 mg·kg-1 ，速效磷 74. 53 mg·kg-1 ，速效鉀 95. 33 mg·kg-1 。供試土壤取自重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(30°26′N，106°26′E)，海拔 266. 3 m，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均降水 1115. 3 mm，年平均氣溫為 18. 3 ℃，土壤取回后置于室內(nèi)風(fēng)干磨細(xì)過 2 mm 篩后供培養(yǎng)試驗(yàn)用。供試綠肥為光葉苕子和多年生黑麥草，于 2019 年 5 月 9 日采集綠肥地上部鮮樣為供試樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室立即開展試驗(yàn)，供試樣品水分含量分別為 87. 52% 和 86. 84%，綠肥干樣養(yǎng)分含量見表 1。

　　1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　利用 2 種不同碳氮比的豆科和禾本科綠肥，設(shè)置翻壓、覆蓋 2 種還田利用方式，分別為光葉苕子翻壓(vetch bury，VB)、光葉苕子覆蓋(vetch surface，VS)、黑麥草翻壓(ryegrass bury，RB)、黑麥草覆蓋(ryegrass surface， RS)，同時(shí)設(shè)置一個(gè)無綠肥對(duì)照(CK)，共計(jì) 5 個(gè)處理。每個(gè)處理 24 次重復(fù)(滿足 6 次破壞性取樣的需要)。通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究不同綠肥種類及還田方式對(duì)溫室氣體排放及微生物量的影響。翻壓處理中將 7. 5 g 綠肥鮮樣與 150 g 風(fēng)干土壤混合均勻(按照大田綠肥 30000 kg·hm-2 翻壓/覆蓋量計(jì)算)，裝入 500 mL 培養(yǎng)瓶中;覆蓋處理則先將 150 g 風(fēng)干土壤裝入培養(yǎng)瓶中，再將 7. 5 g 綠肥鮮樣平鋪于土壤上。加入純水，調(diào)節(jié)土壤含水量在田間持水量的 65%，在 25 ℃恒溫避光密閉培養(yǎng) 91 d，在培養(yǎng)期間每隔 3 d 采用稱重法補(bǔ)充損失的水分，使土壤水分保持恒定狀態(tài)。分別在培養(yǎng)的第 1、3、5、7、14、21、35、49、70、91 天進(jìn)行氣體采集，每個(gè)處理任選 4 瓶抽取氣體用于分析 CO2、 N2O 和 CH4濃度，取氣前輕搖讓氣體混勻，取完后將所有培養(yǎng)瓶敞口通氣 1 h，以滿足土壤好氧微生物的呼吸需要，之后密封繼續(xù)培養(yǎng)，下次同樣方法收集氣體。在第 3、7、14、35、49、91 天破壞性取土壤樣品，每個(gè)處理取樣 4 瓶 ，用 于 測 定 土 壤 的 微 生 物 量 碳(microbial biomass carbon，MBC)和 微 生 物 量 氮(microbial biomass nitrogen， MBN)含量。

　　1. 3 測定方法

　　氣體采集后 24 h 內(nèi)采用氣相色譜儀(Agilent 7890A，美國)測定 CO2、N2O 和 CH4的濃度。CO2、CH4濃度采用火焰離子化檢測器(flame ionization detector，F(xiàn)ID)測定，N2O 濃度采用電子捕獲檢測器(electron capture detec? tor，ECD)測定。氣相色譜儀在每次測試時(shí)使用國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心的氣體進(jìn)行標(biāo)定。CO2、N2O、CH4的排放速率公式為[7]： F = P × V × M × 273× 1000 22.4 × m × t ×( 273+ T ) 式中：F 為 CO2產(chǎn)生速率(mg·kg-1 ·d-1 )或 N2O 或 CH4產(chǎn)生速率(μg·kg-1 ·d-1 );P 代表室溫下氣相色譜法檢測的樣品氣體濃度(×10-6 mol·mol-1 )，V 為培養(yǎng)瓶內(nèi)氣體所占的體積(L)，M 為 CO2摩爾質(zhì)量(g·mol-1 )，t 為培養(yǎng)時(shí)間(d);m 為土壤樣品干重(g)，T 為培養(yǎng)溫度(℃)。

　　CO2、N2O、CH4累計(jì)排放量計(jì)算公式為： Ct'= Ct + Ft + Ft' 2 × (t'- t) 式中：Ct'和 Ct分別為 t'和 t時(shí)氣體累積排放量[CO(2 mg·kg-1 )，N2O(μg·kg-1 )和 CH(4 μg·kg-1 )]，F(xiàn)t'和 Ft分別為 t'和 t 時(shí)氣體產(chǎn)生速率[CO(2 mg·kg-1 ·d-1 )，N2O(μg·kg-1 ·d-1 )和 CH(4 μg·kg-1 ·d-1 )]，t 和 t' 分別為取樣時(shí)間(d)和 t 之后一次取樣時(shí)間(d)。

　　根據(jù)最新 IPCC[9]研究成果，在 100 年時(shí)間尺度下，CH4和 N2O 的增溫潛勢分別是 CO2的 28 和 265 倍。由此，全球增溫潛勢計(jì)算公式如下： GWP = WCO2 + 28WCH4 + 265WN2O 式中：GWP(global warming potential)為增溫潛勢，表示培養(yǎng)期內(nèi) CO2、CH4和 N2O 排放的綜合溫室效應(yīng)(g CO2 · kg-1 )，WCO2 、WCH4 和WN2O 分別為培養(yǎng)期內(nèi) CO2、CH4和 N2O 的排放總量。

　　采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法[10]測定土壤微生物生物量碳(MBC)、生物量氮(MBN)含量，轉(zhuǎn)換系數(shù) KEC為 0. 38，KEN為 0. 45。

　　1. 4 數(shù)據(jù)處理

　　采用 Excel 2016 和 SPSS 20. 0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用 Origin 9. 5 作圖。

　　2 結(jié)果與分析

　　2. 1 綠肥不同還田方式對(duì)土壤溫室氣體排放速率的影響

　　在不同還田方式(翻壓、覆蓋)下，光葉苕子處理的 CO2排放速率隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律基本相似(圖 1a)，培養(yǎng)期間大致呈現(xiàn)出快速下降、緩慢下降和相對(duì)穩(wěn)定的變化。但是黑麥草處理在培養(yǎng)開始階段還有一個(gè)急劇上升的過程，黑麥草翻壓(RB)和覆蓋(RS)在培養(yǎng)的前 3 d 內(nèi) CO2 排放速率快速上升，在第 3 天達(dá)到峰值，分別為 297. 69、223. 26 mg·kg-1 ·d-1 。3 d 之后各處理的 CO2排放速率急劇下降，在培養(yǎng)第 14 天時(shí) CO2排放速率下降至開始時(shí)的 12. 63%~37. 38%，在 14~70 d 的培養(yǎng)期中，CO2排放速率緩慢下降且顯著低于前一階段，培養(yǎng) 35 d 之后各綠肥處理土壤 CO2排放速率基本接近;在 70 d 后 CO2排放速率進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，與對(duì)照處理接近。與 CK 相比，在 91 d 培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，VB、VS、RB、RS 的平均 CO2排放速率顯著增加(P<0. 05)，各處理平均 CO2排放速率從小到大的順序?yàn)?CK

　　相比 CK 處理，各綠肥處理的 N2O 排放速率均顯著提高(P<0. 05)。各處理的 N2O 排放速率在第 7 天達(dá)到最大值(圖 1b)，為 111. 79~238. 32 μg·kg-1 ·d-1 ;不同綠肥還田處理表現(xiàn)為 VB>RB>VS>RS，其中豆科綠肥光葉苕子翻壓處理(VB)的 N2O 排放速率顯著高于其他處理。在 7~21 d 的培養(yǎng)期中，N2O 排放速率隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長迅速下降，在培養(yǎng)第 21 天時(shí)，N2O 排放速率下降至第 7 天的 29. 65%~40. 76%，在 21~91 d 的培養(yǎng)期中，N2O 排放速率呈階梯式下降。在整個(gè)培養(yǎng)期中，相比 VS、RS 和 RB 處理，VB 顯著提高了 N2O 排放速率(P<0. 05)。翻壓綠肥處理的平均 N2O 排放速率顯著高于覆蓋綠肥處理，增幅在 22. 91%~38. 35%;光葉苕子處理的平均 N2O 排放速率顯著高于黑麥草處理，增幅在 21. 90%~52. 42%。

　　在培養(yǎng)期間(圖 1c)，各處理的 CH4排放速率多為負(fù)值，對(duì) CH4有微弱的吸收，表現(xiàn)為 CH4匯。在整個(gè)培養(yǎng)期中，各處理平均 CH4吸收速率從小到大的順序?yàn)?CK

　　2. 2 綠肥不同還田方式對(duì)土壤溫室氣體累計(jì)排放量的影響

　　各處理 CO2累積排放量隨培養(yǎng)時(shí)間不斷增加，培養(yǎng)前 7 d 迅速增加，之后隨培養(yǎng)時(shí)間延長增幅減慢漸趨平緩(圖 2a)。第 1 周的 CO2累積排放量顯著高于其余 12 周(P<0. 05)，各處理第 1 周的累積排放量占整個(gè)培養(yǎng)期(共計(jì) 13 周)的 32. 18%~39. 86%。 培 養(yǎng) 結(jié) 束 時(shí) 不 同 處 理 CO2 累 積 排 放 量 存 在 顯 著 差 異 ，4 個(gè) 綠 肥 還 田 處 理(4631. 56~6190. 98 mg·kg-1 )顯著高于 CK(1342. 57 mg·kg-1 )，分別是 CK 的 4. 61、3. 76、4. 16 和 3. 44 倍。從綠肥利用方式看，翻壓還田(VB 和 RB)處理的 CO2累積排放量顯著高于覆蓋還田(VS 和 RS)處理，翻壓比覆蓋處理高 20. 58%~22. 78%。在同種還田方式下，不同綠肥品種之間 CO2累積排放量也存在顯著差異，光葉苕子處理 CO2累積排放量顯著高于黑麥草處理，增幅為 8. 87%~10. 85%。

　　各處理 N2O 累積排放量隨培養(yǎng)時(shí)間延長不斷增加，培養(yǎng)前 14 d 各處理的 N2O 累計(jì)排放量占整個(gè)培養(yǎng)期間的 34. 57%~45. 69%。整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，各綠肥處理的 N2O 累積排放量顯著高于 CK，不同綠肥處理的 N2O 累積排放量的高低順序依次為：VB>RB>VS>RS。同種還田方式下，光葉苕子處理的 N2O 累積排放量顯著高于黑麥草處理，增幅為 21. 90%~51. 42%。同一綠肥品種下，翻壓處理的 N2O 累積排放量顯著高于覆蓋處理，增幅為 29. 72%~62. 21%。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，VB、VS、RB、RS 的 N2O 累積排放量分別是 CK 的 4. 36、2. 69、2. 86 和 2. 21 倍(圖 2b)。

　　各處理 CH4的累計(jì)吸收量隨培養(yǎng)時(shí)間延長不斷增加(圖 2c)。在培養(yǎng)至 91 d 時(shí)，各處理的 CH4累積吸收量均顯著高于 CK，從大到小的順序依次為 VB>VS>RB>RS，分別為 319. 23、216. 32、138. 10 和 36. 45 μg·kg-1 。翻壓綠肥處理的 CH4累積吸收量顯著高于覆蓋處理，VB 比 VS 增加了 102. 91 μg·kg-1 ，RB 比 RS 增加了 101. 65 μg· kg-1 。同種還田方式下，VB 比 RB、VS 比 RS 的 CH4累積吸收量分別增加 181. 14、179. 87 mg·kg-1 。

　　2. 3 綠肥不同還田方式下的增溫潛勢(GWP)

　　本試驗(yàn)條件下，GWP 中 CO2的貢獻(xiàn)率最高，其次是 N2O，CH4對(duì) GWP 的影響為負(fù)效應(yīng)(表 2)。與對(duì)照相比，各綠肥處理均顯著提高了土壤的 GWP，VB、VS、RB 和 RS 處理分別是 CK 的 4. 99、3. 86、4. 26 和 3. 50 倍。同種還田方式下，光葉苕子處理的 GWP 顯著高于黑麥草，增幅為 10. 52%~17. 12%。同一綠肥品種下，翻壓處理的 GWP 顯著高于覆蓋處理，增幅為 21. 77%~29. 05%。

　　2. 4 綠肥不同還田方式對(duì)土壤微生物量碳、氮的影響

　　各處理微生物量碳(MBC)含量變化趨勢大致相同。前期持續(xù)上升，培養(yǎng)至第 35 天時(shí)達(dá)到最大值，VB、VS、 RB 和 RS 的值分別為 222. 57、222. 95、213. 28 和 207. 43 mg·kg-1 ，但第 14 天的微生物量碳與第 35 天沒有顯著差異，在 35 d 后土壤微生物量碳含量持續(xù)下降，但仍顯著高于對(duì)照(圖 3a)。在整個(gè)培養(yǎng)期中，施加綠肥的各處理微生物量碳含量始終顯著高于對(duì)照(P<0. 05)。在培養(yǎng)的前期和后期，翻壓處理的微生物量碳含量顯著高于覆蓋處理，第 91 天時(shí) VB 比 VS 增加了 24. 99 mg·kg-1 ，RB 比 RS 增加了 29. 48 mg·kg-1 。

　　在培養(yǎng)期間，各處理微生物量氮(MBN)含量的變化趨勢與 MBC 含量基本一致(圖 3b)，都是隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，MBN 含量先上升然后下降，各處理對(duì) MBN 含量有顯著影響。在第 14 天時(shí) MBN 含量達(dá)到最大值，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)各處理 MBN 含量分別是 CK 的 1. 73~3. 14 倍。翻壓處理的 MBN 含量顯著高于覆蓋處理，VB 比 VS 增加了 3. 42 mg·kg-1 ，RB 比 RS 增加了 2. 92 mg·kg-1 。

　　2. 5 土壤溫室氣體累計(jì)排放量及 GWP 與土壤微生物量碳氮相關(guān)性分析

　　通過對(duì)溫室氣體與微生物生物量碳氮的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，溫室氣體與微生物生物量碳氮顯著相關(guān)。土壤 CO2、N2O 累計(jì)排放量及 GWP 與微生物量碳、氮之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0. 01)，CH4與微生物量碳氮之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0. 01)(表 3)。

　　3 討論

　　3. 1 綠肥還田方式對(duì)土壤溫室氣體排放的影響

　　綠肥作為一種清潔的有機(jī)肥源，具有改良土壤、提高作物產(chǎn)量等作用，已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用;但是綠肥還田會(huì)提高土壤 CO2和 N2O 的排放也得到了普遍證實(shí)[11-13]。如何降低綠肥利用過程中溫室氣體的排放是實(shí)現(xiàn)綠肥可持續(xù)利用的前提。本研究發(fā)現(xiàn)綠肥還田利用方式對(duì)土壤 CO2和 N2O 溫室氣體的排放有顯著影響，覆蓋還田較翻壓還田能顯著降低溫室氣體的排放，其原因可能在于一方面覆蓋還田與土壤接觸面小而導(dǎo)致分解速率低，同時(shí)地表覆蓋綠肥、秸稈等有機(jī)物料阻礙了土壤向大氣排放 CO2 [14-15];另一方面翻壓還田對(duì)土壤進(jìn)行了較大強(qiáng)度的擾動(dòng)，改善了土壤通氣性，新鮮有機(jī)物質(zhì)翻壓進(jìn)入土壤中，讓綠肥能更好的與土壤混合接觸導(dǎo)致分解速率更快，微生物呼吸速率加強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)排放的 CO2、N2O 更多。黃濤等[16]通過監(jiān)測秸稈翻壓和秸稈覆蓋后在不同測定時(shí)期的 CO2排放速率，發(fā)現(xiàn)秸稈翻壓較秸稈覆蓋高出 16. 49 %~85. 96 %，本研究結(jié)果與其相似。成臣等[17]研究發(fā)現(xiàn)在土壤含水量適中、通氣狀況良好的環(huán)境下，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的活性得到提高，此時(shí)土壤硝化作用及反硝化作用都能以較高速率進(jìn)行且以 N2O 為主要產(chǎn)物。目前關(guān)于翻壓、覆蓋有機(jī)物料對(duì)土壤 CH4排放的影響結(jié)果存在不一致觀點(diǎn)。Bender 等[18]研究認(rèn)為，當(dāng)土壤理化性質(zhì)、利用方式等發(fā)生改變，會(huì)影響 CH4氧化的基本條件，從而直接或間接的影響 CH4氧化。有研究認(rèn)為，翻壓秸稈等有機(jī)物料的 CH4排放量比覆蓋處理的更多[19-20]。他們認(rèn)為有機(jī)物料覆蓋在農(nóng)田表面，有機(jī)物料在土壤表層進(jìn)行有氧降解，其降解產(chǎn)物在土壤氧化層中還原產(chǎn)生 CH4的可能性較小。還有研究認(rèn)為，有機(jī)物料翻壓對(duì)土壤吸收 CH4的影響大于地表覆蓋，這主要是由于改善了土壤通氣狀況，更有利于 CH4的氧化和對(duì)空氣中 CH4的吸收[21]。在本研究中，翻壓處理的土壤 CH4累積吸收量顯著高于覆蓋處理，這可能是由于覆蓋處理減小表層土壤水分蒸發(fā)，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤充水空隙，對(duì) CH4的吸收能力減弱[17]。另外，翻壓處理改善了土壤通氣狀況，在通氣良好、溫濕環(huán)境適宜的條件下時(shí)，甲烷氧化菌對(duì)于大氣中 CH(4 吸收)氧化能力加強(qiáng)[22]。綠肥不僅具有傳統(tǒng)意義上的

　　綠肥不僅具有傳統(tǒng)意義上的增加作物產(chǎn)量、培肥地力的作用和效果，同時(shí)對(duì)提升土壤微生物活性，增加土壤有機(jī)碳含量，控制雜草生長和病蟲害發(fā)生、改善土壤生態(tài)系統(tǒng)及節(jié)能減排等方面也發(fā)揮了很重要的作用[1]。翻壓還田后雖然可以為土壤提供大量的碳源和養(yǎng)分，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和土壤養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化[5]，但不能有效的減少水土流失，特別是在坡耕地上，翻壓綠肥還田后使得土壤表層沒有受到保護(hù)，當(dāng)降水較大時(shí)也會(huì)發(fā)生土壤流失的現(xiàn)象。覆蓋還田與翻壓還田相比不僅體現(xiàn)出降低成本和能耗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還體現(xiàn)出減少水土流失、改善土壤環(huán)境條件的生態(tài)價(jià)值。在本研究中，覆蓋還田的溫室氣體排放比翻壓還田更低，對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響更小。因此覆蓋還田這一利用方式更加有利于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。

　　3. 2 不同綠肥種類對(duì)土壤溫室氣體排放的影響

　　本研究中綠肥還田對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響主要是增加了 N2O 的排放量，但綠肥還田不僅能夠增加作物產(chǎn)量，還能替代化學(xué)肥料，減小環(huán)境代價(jià)。Sant 等[23]研究認(rèn)為雖然綠肥增加了氮投入量以及 N2O 的排放量，但 N2O 的排放系數(shù)較低，且顯著提高了后季經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量，最終單位產(chǎn)量的 N2O 的排放量更低。Fungo 等[24]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)以腫柄菊(Tithonia diversifolia)作為綠肥向土壤投入 150 kg·hm-2 的氮時(shí)，N2O 的排放量低于施用 120 kg·hm-2 的氮肥(尿素)。這表明相比于化學(xué)肥料，來自綠肥的氮素比來自化肥的氮素更不容易損失，綠肥還田對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響更小。豆科綠肥還田雖然增加了增溫效應(yīng)，但由于其獨(dú)有的生物固氮功能，在還田后可以提升土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量外還能為后季作物提供可觀的氮素[25]。

　　大量研究表明，有機(jī)物料的 C/N 會(huì)影響溫室氣體的排放，豆科作物碳氮比較禾本科作物低，在還田后對(duì)提高土壤溫室氣體排放較禾本科作物更為有效[26-27]。本研究中，不同綠肥種類對(duì)土壤溫室氣體排放也存在著較大差異，添加豆科綠肥(光葉苕子)土壤 CO2、N2O 累計(jì)排放量顯著高于禾本科黑麥草，這主要是因?yàn)椋环矫娑箍凭G肥 C/N 禾本科低，更容易被微生物分解利用，刺激土壤呼吸。另一方面豆科綠肥腐解后更多氮素被排放出來，供微生物利用的氮源相對(duì)豐富且對(duì)氮的限制度較小，從而增加了 CO2、N2O 的排放[28]。在本研究中，豆科綠肥的 CH4 累積吸收量顯著高于禾本科綠肥，這可能是因?yàn)楫?dāng)土壤中 N2O 達(dá)到一定的濃度時(shí)，對(duì)產(chǎn)甲烷菌會(huì)具有一定的毒害作用，從而抑制了甲烷的產(chǎn)生[29]。土壤溫室氣體主要產(chǎn)生自微生物參與的復(fù)雜生物化學(xué)過程，因此與土壤微生物之間有著緊密的聯(lián)系[30-31]。在本研究中，豆科綠肥還田下的微生物碳氮在培養(yǎng)前期顯著高于禾本科處理，這為豆科綠肥的溫室氣體累計(jì)排放量高于禾本科綠肥提供了合理的解釋。

　　4 結(jié)論

　　綠肥還田顯著提高了土壤 CO2、N2O 溫室氣體的排放，增加了 GWP，提高了土壤微生物碳氮的含量。不同還田方式對(duì)溫室氣體排放存在顯著差異，覆蓋還田比翻壓還田顯著降低了溫室氣體的排放，豆科綠肥還田后溫室氣體的排放高于禾本科，因此，在不影響下一茬作物生產(chǎn)的前提下，采用綠肥自然枯萎覆蓋還田能減少溫室氣體排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約人工成本，但是是否能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的雙贏有待進(jìn)一步的田間試驗(yàn)驗(yàn)證。