氧化亚氮（N₂O）是继CO₂和CH₄之后的第三大温室气体^[1]。中国化学氮肥年消耗量约占全球的25%，农业生产造成N₂O 排放量正随氮肥使用量呈现指数增长趋势。中国是《京都议定书》缔约国，N₂O 减排的研究成为举世瞩目的焦点问题。

国内外大量报道了农田、森林和草地等陆地系统氮添加对土壤N₂O 排放量的影响^{[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]}和自然湿地土壤N₂O 排放的时空异质性^{[16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25]}，鲜见外源氮添加对自然湿地土壤N₂O 排放的影响^[26]。内蒙古高原半干旱区农牧交错带湿地萎缩和次生盐碱化问题严重，而化肥和牲畜粪尿等氮源物质的大量输入可能导致土壤氮素损失或N₂O的排放风险值增加^{[27, 28]}。

本论文通过室内控制温度湿度，研究无机氮和有机氮输入对N₂O排放量的影响，分析不同外源氮素添加量与N₂O 排放量对应的剂量效应关系，搞清湿地土壤驱动N₂O 排放的氮源类型，为减少内蒙古高原区湿地N₂O 的排放提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 研究区概况

内蒙古高原小黑河水系呼和浩特市南湖段，地理坐标是N40°46′47″，E111°39′47″。该区气候干旱（300~400 mm），地下水位较浅（1~3 m），地表积盐现象明显，植被主要为耐盐耐湿的垂柳、旱柳、杞柳、怪柳等。采集的淹水区湿地土壤，质地粘重，土壤pH值8.3，全盐含量9.8 g·kg^-1，有机质3.6 g·kg^-1，碱解氮32.0 mg·kg^-1。 1.2 试验设计

充分混匀湿地土壤后按每瓶25.0 g分装到39 个250 mL 的集气瓶中。选择1 个不加任何氮源的蒸馏水作为空白对照组，3个外加氮源组：（1 ）尿素水溶液；（2）硝酸铵水溶液；（3）尿素与硝酸铵1:1 配比的水溶液，每个氮源组均设置为1.0、2.0、3.0、4.0 g·L^-1，每个剂量均设置3 个重复。光照培养箱内保持湿地土壤22℃恒温恒湿，培养2 周。 1.3 N₂O的测定和计算方法

采集适量的气体用Agilent 7890A 气相色谱仪检测N₂O 的浓度。待测气体浓度：C_s（mg·L^-1）=A_s×C₀/A₀其中A_s为待测样品的峰面积；C₀ 为标气浓度（1.0 mg·L^-1）；A₀为标气的峰面积。N₂O 排放量（mg·m^-3）=（M/22.4）×C_s（mg·L^-1），其中M为N₂O的分子质量。 1.4 数据的统计分析

采用Excel 2007 和SPSS 13.0 软件对不同处理3个重复对应的N₂O 排放量进行数据处理、单因素方差分析和回归分析，并用最小显著差异法（LSD）对不同处理间各指标进行多重比较。用Origin Lab 8.5 对不同外加氮源处理与N₂O 排放量的变化关系进行图形绘制。 2 结果与分析 2.1 尿素添加与湿地土壤N₂O 排放量间的量效关系

由表 1可知，尿素添加组N₂O排放量均高于空白对照组4.4 mg·m^-3，除处理组3 添加2.0 g·L^-1 剂量组差异显著（P<0.05）外，其他剂量组与对照组差异不显著（P>0.05），说明尿素并非湿地土壤利用的主要氮源类型。随着尿素添加量的增加土壤N₂O 的排放量呈现先增后减的单峰变化趋势，当尿素添加量为2.0 g·L^-1时出现了N₂O 排放量的峰值10.6 mg·m^-3。

表 1 不同外加氮源对湿地土壤N₂O 排放量的影响 Table 1 Effect of different exogenous nitrogen on emissions of nitrous oxide in wetland soil

表选项

由表 1 可知，NH₄NO₃ 任一剂量组N₂O 排放量显著高于对照组4.4 mg·m^-3（P<0.01），说明NH₄NO₃ 是湿地土壤利用的主要氮源类型。随着NH₄NO₃添加量的增加N₂O 排放量呈持续上升趋势，呈现线性正相关性关系（R₂=0.94）。 2.3 尿素与硝酸铵按1:1 配比混合添加与湿地土壤N₂O 排放量间的量效关系

由表 1可知，尿素与NH₄NO₃按照1:1配比添加同样剂量的氮素时，N₂O 排放量极显著高于对照组（P<0.01）。随着氮添加量的不断增加土壤N₂O 的排放量亦呈现先增后减的单峰变化趋势，在氮素添加量为3.0 g·L^-1时出现了N₂O排放量的峰值229.0mg·m^-3。 2.4 三组外加氮源与湿地土壤N₂O排放量间量效关系的比较分析

对比3 组氮源类型，湿地土壤中添加尿素与NH₄NO₃复合肥组N₂O 排放量（71.3~229.0 mg·m-3）高于单独NH₄NO₃ 组（32.6~111.0 mg·m^-3），明显高于尿素组（5.9~10.6 mg·m^-3）。说明尿素与NH₄NO₃复合肥组是湿地土壤最易利用的氮源类型，单独NH₄NO₃组是较易利用的氮源类型，而尿素是湿地土壤最不易利用的氮源类型。 3 讨论

土壤产生N₂O除纯化学脱氮^[29]外，主要是微生物驱动的脱氮过程，包括厌氧/好氧反硝化作用、好氧氨氧化和硝化作用等^{[29, 30, 31]}。其中，好氧硝化将（NH₄⁺/NH₃）逐级氧化和厌氧反硝化将（NO₃^-/NO₂^-）逐级还原过程被认为是农田土壤释放N₂O的重要代谢途径^{[29, 30]}。土壤质地、溶解氧含量及底物类型和浓度等是影响这些脱氮过程的主要因素^{[29, 30, 31]}。 3.1 湿地土壤驱动N₂O 排放的氮源类型

本研究湿地土壤中添加尿素与NH₄NO₃复合肥组N₂O 排放量或单独NH₄NO₃ 组均明显高于尿素组。其中湿地土壤添加尿素不能引起N₂O 排放量显著增加的结果和Zaman等^[32]研究湿地的结果一致。原因之一是尿素中CONH₂-N 不能被微生物直接利用产生N₂O，需经脲酶水解变成NH₄⁺/NH₃后才能通过微生物的氨氧化和硝化作用形成N₂O；原因之二是湿地土壤粘重、淹水条件下土壤通气性差，脲酶活性受到抑制不利于尿素中CONH₂-N 向NH₄⁺-N 转化，也不利于微生物的好氧氨氧化产生N₂O，只能通过土壤中自身存在的NO₂^--N 与NH₄⁺-N 结合释放少量的N₂O。湿地土壤添加NH₄NO₃ 比添加尿素更有利于N₂O 的排放，原因可能是NH₄NO₃ 中的NO₃^--N 为湿地土壤微生物反硝化优先利用的底物，逐级被还原产生较多的N₂O，同时NH₄NO₃ 中的NH₄⁺-N 与反硝化过程积累的中间产物NO₂^--N 结合产生更多的N₂O。Thornton 等^[33]发现肥料类型强烈影响黄土土壤N₂O的排放，NH₄⁺-N比尿素-N 更容易产生N₂O，这和本研究NH₄NO₃ 中的NH₄⁺-N 比尿素中CONH₂-N 更容易被利用产生较多N₂O 的结果相一致。Galdos等^[34]研究发现巴西甘蔗林土壤施用NH₄NO₃ 比尿素释放的N₂O 少，与本研究结果恰恰相反。原因可能是本研究湿地土壤N₂O 产生途径以微生物的逐级厌氧反硝化和化学反硝化^[29]为主，而甘蔗林土壤以微生物的好氧氨氧化和硝化途径产生N₂O为主^{[29, 30]}。本研究发现尿素与NH₄NO₃ 复合肥组中的NO₃^--N 和NH₄⁺-N 仍是湿地土壤厌氧微生物反硝化优先利用的底物，且添加尿素形成的NH₄⁺-N 刺激NO₃^--N 通过反硝化作用产生相对较多的N₂O和中间产物NO₂^--N，加速了与NH₄⁺-N 结合产生更多的N₂O。Calvo 等^[35] 发现特定条件下尿素与NH₄NO₃ 复合肥有利于N₂O 的释放，间接验证了本研究湿地土壤尿素与NH₄NO₃ 复合肥组比单一的尿素组或NH₄NO₃ 组更有利于N₂O排放的结果。 3.2 氮素添加量对土壤N₂O排放的影响

本研究发现淹水还原条件下湿地土壤添加尿素虽不容易产生N₂O，但当尿素浓度不断增加，N₂O 的排放量呈现先增后减的变化趋势，说明在环境因素相对稳定的条件下，底物浓度是驱动N₂O 排放的关键要素。Mosier 等^[36]研究了不同剂量NH₄NO₃对N₂O 排放的影响，发现N₂O 的增加量与NH₄NO₃的施用量呈现线性关系。这和本研究湿地N₂O 排放量与NH₄NO₃添加量呈线性正相关性关系的结果相一致，符合Kim等^[37]提出的线性关系。本研究单独添加尿素组或尿素与NH₄NO₃复合肥组均呈现先增后减的变化趋势，符合Kim等^[37]提出的非线性关系。 4 结论

外加氮源组N₂O 排放量（5.9~229.0 mg·m^-3）总高于无氮素添加对照组的N₂O 排放量（4.4 mg·m^-3）。氮素形态及用量是驱动淹水湿地土壤N₂O 排放量的关键因素，推测淹水土壤NH₄NO₃中NO₃^--N是最易转化成N₂O 的氮素类型，NH₄⁺-N 次之；尿素中CONH₂-N不易转化为N₂O，具有滞后效应。尿素添加组及尿素与硝酸铵复合组土壤N₂O 的排放量均随着氮素添加量的增加呈先增后减的单峰变化趋势，硝酸铵添加组N₂O 排放量则随着氮素添加量的增加呈持续上升趋势。淹水湿地土壤尿素配合NH₄NO₃更有利于N₂O 的排放，表现为添加尿素与硝酸铵复合组（71.3~229.0mg·m^-3）>单独硝酸铵组（32.6~111.0 mg·m^-3）>单独尿素组（5.9~10.6 mg·m^-3）。