1材料與方法

試驗(yàn)于2016年10—11月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所環(huán)境穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.1試驗(yàn)材料

供試土壤來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所北京順義試驗(yàn)基地，為連續(xù)10年以上小麥與玉米一年兩熟種植制度的潮褐土，其玉米和小麥的產(chǎn)量分別約為8 250和6 000 kg·hm-2。玉米收獲后的0—20 cm表層土壤的主要理化性質(zhì)為：容重1.48 g·cm-3、pH 7.87、有機(jī)質(zhì)15.40 g·kg-1、NH+4-N 2.33 mg·kg-1、NO-3-N 6.33 mg·kg-1。采用蛇形五點(diǎn)法收集土樣，土壤取回后，過4 mm篩，稍微風(fēng)干后，混勻，便開始進(jìn)行培養(yǎng)。C2H2購自北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司（純度≥99.6%）。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置3個含水量梯度，分別為67%、80%和95%WFPS（土壤體積含水量與總孔隙度的百分比或?qū)嶋H重量含水量與飽和含水量的百分比，簡稱WFPS），每個含水量梯度設(shè)置不加C2H2（CK）、加0.1%（V/V）C2H2和加10%（V/V）C2H2，共9個處理，每個處理均設(shè)有3次重復(fù)。

向土壤中添加肥料用量為100 mgN·kg-1烘干土的(NH4)2SO4，拌勻。土壤初始含水量為67%WFPS，根據(jù)重量法通過加蒸餾水調(diào)成80%和95%WFPS，得到3個含水量梯度，將土樣裝于無蓋的塑料盒子里，表面覆膜，并扎若干個6 mm的小孔，以減緩水分蒸發(fā)，培養(yǎng)過程中根據(jù)重量法每3天補(bǔ)加一次蒸餾水，使土壤含水量與培養(yǎng)初期保持一致，于25℃培養(yǎng)箱進(jìn)行黑暗培養(yǎng)。在培養(yǎng)第1、2、3、4、5、7、10、14和18天進(jìn)行氣體和土壤樣品收集。具體采樣過程為：稱取高（95%WFPS）、中（80%WFPS）和低（67%WFPS）含水量的土壤樣品分別為51.6、49.6和48.0 g（均相當(dāng)于40 g烘干土）于280 mL培養(yǎng)瓶中，培養(yǎng)瓶蓋上膠塞，并用鋁蓋壓緊密封。0.1%（V/V）C2H2處理用注射器注入0.3 mL C2H2，并混勻；10%（V/V）C2H2處理用注射器從培養(yǎng)瓶中抽出30 mL空氣，再注入30 mL C2H2，并混勻。將處理好的培養(yǎng)瓶于25℃培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)2 h，從培養(yǎng)瓶中用注射器抽取20 mL氣體（加C2H2的處理采氣前要將培養(yǎng)瓶中的氣體混勻），注入20 mL提前抽成真空狀態(tài)的頂空瓶中用于測定N2O濃度及同位素值（δ15Nbulk和δ15Nα），同時收集培養(yǎng)瓶中的土樣，于-20℃冷凍，用于測定土壤氮素含量。

無C2H2處理的土壤N2O由硝化和反硝化作用共同產(chǎn)生；0.1%（V/V）C2H2處理的土壤N2O均由反硝化作用產(chǎn)生；10%（V/V）C2H2處理的土壤N2O是反硝化作用產(chǎn)生的N2O與N2之和。

1.3測定方法

使用具有保護(hù)陰極的Clark型O2微傳感器和一種對O2不敏感的Clark型N2O微傳感器，在注肥后的3–7、23–27、46–51和67–74小時記錄了O2和N2O的垂直剖面。為了避免在引入土壤矩陣深處時傳感器尖端斷裂，傳感器尖端的玻璃壁非常厚，使外部尖端直徑較大，為90–120微米。傳感器的下部延伸到10–15厘米，外徑約為2–3毫米（用于O2）和4–5毫米（用于N2O）。所有傳感器的攪拌靈敏度均小于2％。使用SensorTrace Pro軟件（Unisense A/S，Aarhus，丹麥）通過計(jì)算機(jī)控制的微操縱器將傳感器引入土壤，并存儲數(shù)字化的傳感器信號。兩個O2或兩個N2O微傳感器在電機(jī)雙持架微操縱器（Unisense A/S）中的深度對齊，其尖端之間的水平距離為3厘米。通過將傳感器移動到剛好位于土壤表面之上，并以0.2到10毫米的步長在土壤中制作剖面，使傳感器上移動到下一個測量深度之前，將程序設(shè)置為等待10或30秒O2或N2O。