1材料与方法


试验于2016年10—11月在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所环境稳定同位素实验室进行。


1.1试验材料


供试土壤来自中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京顺义试验基地，为连续10年以上小麦与玉米一年两熟种植制度的潮褐土，其玉米和小麦的产量分别约为8 250和6 000 kg·hm-2。玉米收获后的0—20 cm表层土壤的主要理化性质为：容重1.48 g·cm-3、pH 7.87、有机质15.40 g·kg-1、NH+4-N 2.33 mg·kg-1、NO-3-N 6.33 mg·kg-1。采用蛇形五点法收集土样，土壤取回后，过4 mm筛，稍微风干后，混匀，便开始进行培养。C2H2购自北京氦普北分气体工业有限公司（纯度≥99.6%）。


1.2试验方法


试验设置3个含水量梯度，分别为67%、80%和95%WFPS（土壤体积含水量与总孔隙度的百分比或实际重量含水量与饱和含水量的百分比，简称WFPS），每个含水量梯度设置不加C2H2（CK）、加0.1%（V/V）C2H2和加10%（V/V）C2H2，共9个处理，每个处理均设有3次重复。


向土壤中添加肥料用量为100 mgN·kg-1烘干土的(NH4)2SO4，拌匀。土壤初始含水量为67%WFPS，根据重量法通过加蒸馏水调成80%和95%WFPS，得到3个含水量梯度，将土样装于无盖的塑料盒子里，表面覆膜，并扎若干个6 mm的小孔，以减缓水分蒸发，培养过程中根据重量法每3天补加一次蒸馏水，使土壤含水量与培养初期保持一致，于25℃培养箱进行黑暗培养。在培养第1、2、3、4、5、7、10、14和18天进行气体和土壤样品收集。具体采样过程为：称取高（95%WFPS）、中（80%WFPS）和低（67%WFPS）含水量的土壤样品分别为51.6、49.6和48.0 g（均相当于40 g烘干土）于280 mL培养瓶中，培养瓶盖上胶塞，并用铝盖压紧密封。0.1%（V/V）C2H2处理用注射器注入0.3 mL C2H2，并混匀；10%（V/V）C2H2处理用注射器从培养瓶中抽出30 mL空气，再注入30 mL C2H2，并混匀。将处理好的培养瓶于25℃培养箱中黑暗培养2 h，从培养瓶中用注射器抽取20 mL气体（加C2H2的处理采气前要将培养瓶中的气体混匀），注入20 mL提前抽成真空状态的顶空瓶中用于测定N2O浓度及同位素值（δ15Nbulk和δ15Nα），同时收集培养瓶中的土样，于-20℃冷冻，用于测定土壤氮素含量。


无C2H2处理的土壤N2O由硝化和反硝化作用共同产生；0.1%（V/V）C2H2处理的土壤N2O均由反硝化作用产生；10%（V/V）C2H2处理的土壤N2O是反硝化作用产生的N2O与N2之和。


1.3测定方法


使用具有保护阴极的Clark型O2微传感器和一种对O2不敏感的Clark型N2O微传感器，在注肥后的3–7、23–27、46–51和67–74小时记录了O2和N2O的垂直剖面。为了避免在引入土壤矩阵深处时传感器尖端断裂，传感器尖端的玻璃壁非常厚，使外部尖端直径较大，为90–120微米。传感器的下部延伸到10–15厘米，外径约为2–3毫米（用于O2）和4–5毫米（用于N2O）。所有传感器的搅拌灵敏度均小于2％。使用SensorTrace Pro软件（Unisense A/S，Aarhus，丹麦）通过计算机控制的微操纵器将传感器引入土壤，并存储数字化的传感器信号。两个O2或两个N2O微传感器在电机双持架微操纵器（Unisense A/S）中的深度对齐，其尖端之间的水平距离为3厘米。通过将传感器移动到刚好位于土壤表面之上，并以0.2到10毫米的步长在土壤中制作剖面，使传感器上移动到下一个测量深度之前，将程序设置为等待10或30秒O2或N2O。