2021, Vol. 42
, JI Heng-kuan , HE Qiu-xiang , TANG Shui-rong , WANG Hong-hao , WU Yan-zheng
, MENG Lei
海南冬季丰富的热量资源使其成为鲜食玉米的重要生产基地[1]. 2016年海南省鲜食玉米种植面积已达263.06 km2(约39.44万亩)[2].鲜食玉米种植成为助推当地农业产业结构调整, 促进农民增收的重要产业[1].施氮是玉米生产管理的重要环节.传统的玉米除基施氮肥外, 还分别在拔节期、大喇叭口期或抽雄期等进行追施氮[3, 4].改革开放后大量的农村青壮年劳动力进城务工造成农村劳动力的短缺.为节省劳动力的开支, 降低施肥成本, 玉米施氮次数减少到只基施氮肥和拔节期追施氮肥[5].缓、控释肥等新型肥料的出现, 又使玉米一次性施氮成为现实[5, 6].
施氮次数影响玉米产量.张鑫[7]的研究显示, 与普通尿素分两次施用相比, 树脂包膜尿素一次性基施显著提高玉米产量.唐拴虎等[8]的研究也发现, 一次性施用控释肥比普通肥料四次分施增产了10.1%.但也有研究发现, 等施氮量下, 一次性施用稳定性肥料与两次施肥(基肥+追肥)的玉米产量没有明显差异[5, 6].施氮次数还影响氮利用率.安景文等[9]的研究显示, 一次性施用包膜尿素相较于二次分施氮肥(基肥+拔节期追肥), 玉米氮利用率提高了33.08%.唐拴虎等[10]的研究也显示, 一次性施用控释肥比四次分施普通肥料的氮利用率高出了13.5%, 可能源于一次性施用控释肥料较四次分施而言, 更能显著增强玉米对氮的吸收转化能力.刘兆辉等[11]对全国玉米施氮次数与产量及利用率的关系进行了综述, 结果显示, 一次性基施缓控释肥相较于氮肥分施分别使玉米产量及氮利用率提高了8.3%和37.5%.
玉米施氮次数影响了肥料利用率, 由此相应影响N2O排放.作为重要温室气体的N2O既加剧全球变暖趋势, 又破坏臭氧层[12].胡小康等[13]的研究显示, 相较于尿素分次施用, 一次性基施控释肥显著降低夏玉米土壤N2O排放.张婧等[14]的研究也获得类似的结果.而范会等[15]的研究又发现, 一次性施用新型肥料对N2O减排效果与常规分次施肥的差异不显著.
农业生产施肥的目的不仅追求高产, 还要考虑其对环境的负载.找到一个既能降低施肥成本, 又能保证作物产量, 同时还能减少相关的氮损失以降低环境污染的施肥方式尤为重要.目前针对玉米施肥次数的效应研究从区域上多侧重于温带地区的饲料玉米, 研究内容偏重于比较普通肥料与缓控释肥料的肥效差异, 施肥处理上没完全包括玉米的各种施肥次数.因此, 不能准确评价氮肥施用次数对鲜食玉米产量、氮利用率及N2O排放的影响.海南地处热带, 形成的土壤在组成及性质上有别于北方的土壤.大面积玉米种植是近年出现的, 尤其是鲜食玉米, 施肥经验少, 技术不成熟.有关氮肥施用次数对鲜食玉米产量、养分利用率及土壤N2O排放的影响还是未知的.此外, 添加硝化抑制剂或脲酶抑制剂的稳定性肥料的抑制效果受制于土壤性质及气候等因素[16].本文采用盆栽方法研究等氮量下, 结合硝化抑制剂施用形成的不同氮肥施用次数对玉米产量、氮利用率及N2O排放的影响, 同时结合氮转化功能微生物的分析, 明确其对N2O排放的作用, 以期为热区鲜食玉米氮肥合理配施及N2O减排提供理论依据.
1 材料与方法 1.1 试验地区盆栽试验于2019年10月27日于海南大学实验基地进行.该地属热带海洋气候, 年均温23.8℃, 年均降水量1 664 mm.供试土壤基本理化性质为：pH 6.4、有机质14.75 g·kg-1、全氮0.49 g·kg-1、有效磷125.87 mg·kg-1、速效钾313.05 mg·kg-1和碱解氮65.33 mg·kg-1.
1.2 试验设计 1.2.1 培养装置培养用盆钵主体为高35 cm, 内径20 cm的圆桶.圆桶内部的上端用两片PVC板将一长5 cm直径5 cm的PVC管对称焊接固定于圆桶中心, PVC管有3 cm高出圆桶, 2 cm伸入桶内.圆桶上部穿过一底部封闭中央开孔的长×宽×高为25 cm×25 cm×5 cm箱体, 箱体顶部与圆桶顶部平齐.
1.2.2 试验设计试验处理有：①空白(CK, 不添加氮肥, 只施磷钾肥); ②一次施入[S1, 播种前将尿素与尿素用量3.5%的双氰胺(DCD)混匀一次性深施]; ③二次施入(S2, 40%的尿素作底肥, 60%的尿素用于大喇叭口期追施); ④三次施入(S3, 20%尿素作底肥, 40%尿素于小喇叭口期追施, 40%尿素于抽雄期追施).基肥在播种前与20 cm深度土壤混匀施入, 追肥则在玉米生长过程中溶于水里施入, 每个处理重复3次, 随机排列.
1.2.3 种植管理将1.5 kg洗净的石英砂粒摊平在桶底, 然后在沙上覆上尼龙纱网, 继续装填过2 mm筛的风干土10 kg.此时, 土面与桶顶端距离2 cm.玉米种子播于桶中PVC管内3 cm深土壤中.玉米于2019年10月27日播种, 每钵播种2粒玉米种子, 出苗后根据长势, 去掉异常株, 每钵保留1株.于2020年01月21日结束试验, 玉米整个生育期为87 d.供试玉米品种为万鲜甜159甜玉米(万农高科集团有限公司).氮磷钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾.施肥量为每kg风干土用N 0.5 g、P2O5 0.30 g和K2O 0.40 g(分别约为380、230和300 kg·hm-2), 尿素按处理要求施入, 所有处理的磷钾均一次性施入.
1.3 气样采集与测定采气时将箱盖上具有硅橡胶密封塞的采样孔且箱体中间留有圆孔的集气箱放置于培养桶上部, 培养桶中间的PVC管刚好穿过采气箱中央的圆孔.集气箱长×宽×高为25 cm×25 cm×25 cm.用702硅胶将PVC管与采气箱交接处密封, 再往上部箱体内倒水, 使水没过采气箱底部1 cm, 形成密闭空间.用带有三通阀的10 mL注射器在密封后的0、15和30 min通过采气箱上部的硅橡胶塞采集气体, 来回抽取数次以混匀内部气体, 然后抽取5 mL气体, 关闭三通阀, 将气体储存于注射器中, 带回实验室, 立即进行分析.分析仪器为岛津气相色谱仪(岛津GC-2014), 检测器为电子捕获检测器(μ-ECD), 检测器温度为300℃, 柱温50℃, 检测所用标准气体由中国计量科学研究院提供.采样结束后立即将采气箱升起, 便于桶内土壤进行正常的气体交换.气体样品采集频率为1周1次, 施肥后加密采气, 一般持续两周时间.采样时间固定于08:00~10:00进行.
土壤N2O排放通量计算公式如下：
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式中, F为N2O排放通量, μg·(m2·h)-1; ρ为标准状态下N2O的密度, kg·m-3; ΔC/Δt为采样过程中箱内N2O排放速率; T为采样时箱内平均温度, ℃; V为采气箱内有效的空间体积, m3; A是采气箱及培养箱体形成的密封空间, m2.
土壤N2O累积排放量计算公式如下：
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式中, M为N2O累积排放量, μg·m-2; F为土壤N2O排放通量, μg·(m2·h)-1; t为采样时间, d; i为采样次数; n为总测定次数; ti-ti-1为两次采样的间隔天数.
1.4 土壤及植物样品采集与测定培养结束后, 采集土壤分别用靛酚蓝比色法(625 nm)和紫外双波长(220 nm和275 nm)分光光度法进行NH4+-N和NO3--N含量测定.其他指标测定待土壤自然风干后进行, 其中pH采用电位法(水土比2.5∶1)测定, 有机碳采用重铬酸钾-硫酸消化法测定, 土壤总氮采用半微量凯氏定氮法测定, 速效磷采用钼蓝比色法测定, 速效钾采用1 mol·L-1 NH4OAc溶液(pH=7)浸提火焰光度计测定.
收获时, 将玉米分成果实和植株两部分带回实验室, 测定果实产量和植株生物量.植物样品经杀青烘干, 粉碎后测定果实和植株体氮含量.植株氮含量用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法测定.
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新鲜土壤样品DNA的提取采用MOBIL公司的土壤快速提取试剂盒(PowerSoilTM DNA Isolation Kit, Mo Bio Laboratories Inc., CA), 提取步骤参考试剂盒说明书, 同时用超微量紫外分光光度计(Nano Drop 2000)测定DNA浓度和质量.采用1%的琼脂糖凝胶电泳检测提取出的DNA片段大小, DNA样品存放于-20℃保存待用.
1.6 荧光定量qPCR本试验采用土壤氨氧化细菌amoA基因、亚硝酸还原酶nirK、nirS基因和一氧化氮还原酶nosZ基因的拷贝数分别表示氨氧化细菌(AOB)、nirK、nirS和nosZ基因型反硝化菌.所用引物分别为AOB-1F/AOB-2R、nirK-1F/nirK-5R、nirS-cd3aF/nirS-R3cd、nosZ-F/nosZ-1662R[17].定量分析采用SYBR GREEN法, 反应体系为20 μL, 其中包括10 μL 2×T5 Fast qPCR Mix(SYBR Green I), 10 μmol·L-1正反向引物各1 μL, 1 μL DNA模板, 7.4 μL无菌水.并以10-1~10-8浓度梯度的标准质粒作为模板进行荧光定量PCR扩增, 最后根据扩增曲线计算基因丰度.
1.7 数据分析利用Excel 2010进行基础数据处理, 方差分析利用SPSS 21.0软件完成, 处理间差异采用Duncan多重比较法, 差异性水平为0.05.
2 结果与分析 2.1 不同施肥次数对土壤理化性质的影响施氮显著降低土壤pH, 分施次数越多, 土壤pH越低.与S3处理相比, 减少施肥次数提高了土壤pH, S1和S2处理间差异不显著, 但都显著高于S3处理(P＜0.05, 表 1).各施氮处理的速效钾含量之间没有差异, 但显著低于CK.氮肥分施次数的差异没有造成土壤全氮、有机质和速效磷含量的差异.
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表 1 不同处理下土壤的理化性质1) Table 1 Physicochemical properties of soil under different treatments |
2.2 不同施肥次数对玉米生物量的影响
施氮显著增加了玉米果穗产量及茎秆生物量.S1和S2处理的果穗产量无显著差异, 但均显著高于S3施肥处理, 相较于S3, S1和S2的果穗产量分别增加了40.21%和42.55%.施肥处理的玉米茎秆生物量存在显著差异, S1最高, 其次为S2, S3最低, 但都显著高于CK [图 1(a)和1(b)].
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图 1 不同处理对玉米果穗产量及茎秆总生物量的影响 Fig. 1 Effects of different treatments on maize yield and total plant biomass |
施氮显著提高了作物对氮的吸收, 改变了氮的分配.尽管施氮处理之间的累积吸氮量没有差异, 但S1有助于氮分配到果穗上, 其果穗吸氮量显著高于S2和S3.不同施肥次数处理之间在茎秆吸氮量、累积吸氮量及氮利用效率间没有显著差异(表 2).
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表 2 不同处理吸氮量差异及氮素利用效率1) Table 2 Differences in nitrogen uptake and nitrogen utilization efficiency under different treatments |
2.4 N2O排放通量和累积排放量
CK土壤N2O排放维持在较低水平.施氮处理均出现明显的N2O排放峰, 不同施肥处理的N2O出现的排放峰次数不同[图 2(a)].各施氮处理的第一次N2O排放均在施肥后的第7 d开始起峰, 各处理从起峰到结束大概持续了21 d, 第一次峰值的高低为：S2＞S3＞S1＞CK; S2和S3处理第二次峰值分别为814.04 μg·(m2·h)-1和633.71 μg·(m2·h)-1, 均在施肥后的第4 d开始起峰, 起峰到结束分别持续了12 d和17 d. S3处理第三次施肥后的第2 d就开始起峰, 起峰到结束持续了9 d, 峰值达到724.12 μg·(m2·h)-1 [图 2(a)].
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(a)不同处理土壤N2O排放通量动态变化, 箭头表示施肥, 下同; (b)不同处理土壤N2O累积排放量 图 2 不同处理土壤N2O排放通量和N2O累积排放量 Fig. 2 Soil N2O emission fluxes and cumulative emission of N2O in different treatments |
施肥显著增加土壤N2O累积排放量, 不同施肥次数的土壤N2O累积排放量存在明显差异(P＜0.05).各处理N2O累积排放量的高低为：S3＞S2＞S1＞CK.相较于S3, S1和S2的N2O累积排放量分别降低了79.4%和20.9%[图 2(b)].
2.5 不同处理矿质氮动态变化CK土壤NH4+-N含量一直处于平缓的低水平, 其它处理在施氮后土壤NH4+-N含量均有明显升高, 随着培养时间延长又逐渐降低并趋于平缓[图 3(a)].基肥施入后的第7 d, S1、S2和S3处理NH4+-N含量与CK相比, 分别增加了100.40、52.27和22.29 mg·kg-1.S2处理土壤NH4+-N的第二次峰值出现在施肥后第8 d (42.47 mg·kg-1), S3处理第二和第三次NH4+-N峰值均出现在施肥后1周左右, 含量分别为176.45 mg·kg-1和41.30 mg·kg-1.
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图 3 不同处理土壤铵态氮含量和硝态氮含量动态变化 Fig. 3 Dynamic changes in soil NH4+-N content and NO3--N content under different treatments |
CK处理土壤NO3--N含量与NH4+-N含量变化相似, 也维持在较低水平.其他处理的NO3--N含量变化类似于相应的NH4+-N含量变化, 但其起峰时间略有滞后[图 3(b)].施基肥后第7 d, S1、S2和S3处理NO3--N含量开始起峰, 达到峰值时较CK分别增加了24.32、30.53和25.52 mg·kg-1.S2处理土壤NO3--N的第二次峰值出现在追肥后的第14 d (32.80 mg·kg-1), S3处理两次NO3--N峰值分别出现在施肥后2周左右, 含量分别为147.26 mg·kg-1和32.30 mg·kg-1.
2.6 施肥对AOB、nirK、nirS和nosZ基因拷贝数的影响第40 d和第51 d(分别为S2和S3处理第二次施肥后的N2O排放峰值时期)时各处理AOB基因丰度均表现出显著差异(P＜0.05, 下同).第40 d时, 各处理土壤AOB丰度的大小顺序为：S3＞S2＞S1＞CK; 第51 d时各处理土壤AOB丰度的大小顺序则为：S2＞S3＞S1＞CK [图 4(a)].
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图 4 不同处理下硝化和反硝化细菌基因丰度的变化 Fig. 4 Changes in gene abundance of nitrifying and denitrifying bacteria under different treatments |
施氮提高土壤nirK基因丰度.培养：第40 d和第51 d时, S1、S2和S3处理土壤nirK拷贝数分别较CK高出了96.48%、81.51%、190.45%和97.83%、695.49%、463.17%. S3处理土壤nirK拷贝数在培养第40 d时显著高于其他处理; 培养第51 d时各施氮处理间土壤nirK拷贝数差异显著, S2处理最高, S3处理次之, S1处理最低.
施氮土壤的nirS基因拷贝数均显著高于CK处理.培养第40 d和第51 d时, S1、S2和S3处理土壤nirS拷贝数分别较CK增加了286.42%、379.11%和182.14%以及173.98%、162.17%和259.71%.培养第40 d时, 施氮处理间的nirS拷贝数差异显著, 各处理高低顺序为: S2＞S1＞S3＞CK.培养第51 d时, S3处理显著高于S1和S2处理, 而S1和S2之间差异不显著[图 4(c)].
施氮处理的土壤nosZ基因拷贝数均达到显著水平.培养第40 d时, S3处理的nosZ基因拷贝数显著低于S1和S2处理; 培养第51 d时, S2处理的nosZ基因拷贝数最低, 可见施肥显著降低了土壤nosZ基因拷贝数[图 4(d)].
与CK相比, 施氮显著提高土壤(nirK+nirS)/nosZ的比值(P＜0.05, 图 5).培养第41 d时, S3处理的(nirK+nirS)/nosZ比值显著高于S2处理, 各处理高低顺序为: S3＞S1＞S2＞CK; 培养第51 d时, S2处理的土壤(nirK+nirS)/nosZ值显著高于S1和S3处理.
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图 5 不同处理(nirK+nirS)/nosZ比值 Fig. 5 Ratio in (nirK+nirS)/nosZ under different treatments |
N2O排放通量与AOB、nirK、NO3--N和NH4+-N呈极显著正相关, 与pH呈显著负相关. N2O排放通量与nirS和nosZ拷贝数之间相关性不显著.AOB与土壤NO3--N呈显著正相关, 与pH呈极显著负相关.nirK基因拷贝数与土壤pH呈极显著负相关, nosZ基因与土壤NH4+-N和NO3--N呈极显著负相关, pH与土壤NH4+-N和NO3-N呈显著负相关(表 3).
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表 3 N2O排放与功能基因(AOB、nirK、nirS和nosZ)及土壤理化性质的相关性1) Table 3 Pairwise correlations between N2O emission and functional genes (AOB, nirK, nirS, and nosZ) and soil physicochemical properties |
3 讨论 3.1 氮分施次数对土壤性质的影响
尿素施入土壤后, 在脲酶催化下水解成NH4+-N, 其又是硝化作用的反应底物, 硝化微生物将NH4+-N转化为NO3--N[18], 施肥后尿素水解速度快于硝化速度, 这是施尿素后土壤铵含量峰值出现的原因.硝化的产物NO3--N如果没有发生强还原及淋失, 且作物吸收量低于硝化作用的供应量, 也会在土壤中出现峰值.由于铵态氮和硝态氮的形成有先后顺序, NO3--N含量起峰时间滞后于NH4+-N含量的起峰时间.NH4+-N和NO3--N峰值的高低与施肥量有关, 施肥量越多, 峰值越高[19].施入基肥时, S1的施肥量最高, 其次是S2(占氮总量的40%), S3的最低(占氮总量的20%), 并且S1处理添加了DCD, 抑制NH4+-N向NO3--N的转化, 所以第一次NH4+-N峰值的高低顺序为：S1＞S2＞S3＞CK.S3处理第二次施肥量占氮总量的40%, 第二次峰值高于第一次.到培养后期, 玉米生长需要大量的氮, 土壤中的有效氮被植物吸收利用, S2和S3最后一次的NH4+-N和NO3--N峰值较低, 并且随培养的进行逐渐降低并趋于平稳状态.
与CK相比, 各施氮处理的土壤均出现酸化现象.减少施肥次数减缓土壤酸化程度, S1和S2处理的土壤pH差异不显著, 但显著高于S3处理(P＜0.05, 表 1).土壤pH变化与尿素水解、硝化及植物对铵态氮和硝态氮的吸收利用等有关[20~23].尿素施入土壤水解成NH3, NH3质子化过程释放OH-, 提高土壤pH[19, 24], 尿素投入越多, 水解后的NH3质子化过程释放OH-也越多. NH4+-N作为硝化底物, 其浓度增加刺激了硝化进程, 硝化细菌将NH4+氧化成NO3-的同时释放H+, 降低了土壤pH[23, 25].硝化作用每氧化1 mol NH4+为NO3-, 向环境释放2 mol H+[26], 所以本试验中铵态氮硝化反应产生的H+抵消了NH3质子化过程释放的OH-后还有剩余, 这就导致施氮处理土壤pH下降.S1的土壤pH高, 是由于硝化抑制剂DCD延缓铵态氮的硝化过程, 从而提高土壤pH[20]. Poss等[27]的研究表明, NO3-被作物根系吸收是质子消耗过程, 释放出OH-.Weligama等[28]的研究指出, 利用喜硝植物吸收硝态氮过程中释放的OH-能够中和土壤酸度.而S1处理肥效释放缓慢, 与S2处理的氮利用率均高于S3处理, 土壤中大量的硝态氮被植物吸收利用, 释放的OH-与硝化作用释放的H+达到平衡状态, 所以S1和S2的pH要显著高于S3处理, 这就是氮分施次数造成土壤pH差异的原因(表 1).
3.2 氮肥分施次数对作物产量及氮素吸收的影响氮素利用效率是衡量土壤-植物系统氮素损失指标[29].Liu等[30]的研究发现, DCD能提高小麦-玉米轮作田产量、植株氮素吸收和肥料氮利用效率.同时Afreh等[31]的研究表明, 地上生物量越高氮素吸收越高.氮肥分施次数影响土壤pH, 从而影响植物对氮素的吸收利用.Abbasi等[32]的研究指出, 土壤pH对氮的吸收起着至关重要的作用, 随着pH提高, 氮素吸收增加.Wang等[33]的研究指出, pH值较低会对植物氮素吸收以及能为作物提供氮素的过程(矿化和硝化)产生负面影响, 由于单施氮肥显著降低土壤pH值, 其氮素吸收也最低[34].本试验中S1和S2处理的pH值显著高于S3处理, 因此其对应的植物氮吸收累积量和氮素利用效率较高.这可能也是S1和S2处理的作物产量和植株总生物量高于S3的原因.一般而言, 玉米为喜硝作物, 偏好吸收硝态氮[35], 由于S3处理显著降低了土壤pH值, 并且施肥次数越多气态氮损失越多, 植物可利用氮减少, 氮素吸收量也降低, 降低了生物量及产量.
3.3 不同分施处理对N2O排放的影响施肥后土壤N2O排放出现峰值[图 2(a)], 主要是由于尿素施入显著提高土壤中NH4+-N和NO3--N含量, 为土壤硝化和反硝化过程提供底物, 硝化和反硝化作用相互促进, 增加N2O排放[36, 37].相关性分析结果显示, 土壤N2O排放与NH4+-N和NO3--N含量呈极显著正相关, 施尿素量越多, 铵硝含量越高, 土壤N2O峰值亦越高[38, 39].方雅各等[19]的研究表明, 未添加硝化抑制剂条件下, N2O排放总量为：一次性施肥>二次施肥>三次施肥.但本研究的各处理N2O累积排放量高低顺序与其相反, 即S3＞S2＞S1＞CK, 也就是施肥次数越多, N2O出现峰值次数越多, 累积排放量越高.造成这一差异的原因: 一方面是本研究中有玉米对氮的吸收, 植物生长显著降低了参与N2O生成的土壤氮量.土壤氮被植物利用后, 使参加硝化或反硝化作用的氮量减少, 从而减少N2O产生[40]. S1和S2的植株氮利用率高于S3, 其参与N2O生成的氮量相应少于S3; 另一方面, S1添加了硝化抑制剂DCD, 通过抑制尿素水解和铵态氮硝化作用, 相应降低硝化及反硝化过程中N2O产生[41, 42].此外, 土壤pH经常被认为是影响土壤N2O产生途径的关键因素[43].相关性分析显示, pH与N2O呈负相关关系, 而与NH4+-N和NO3-N含量分别呈极显著负相关和显著负相关关系.倪康等[44]和田玉华等[45]研究表明, pH值升高可以显著提高氨挥发速率.由于S3处理较低的pH会抑制氨挥发过程, 有利于更多的NH4+-N参与硝化和反硝化过程, 从而导致较高的N2O累积排放量.微生物对所在环境的pH也具有高度的敏感性[43].有研究表明N2O排放随pH降低而增加, 主要源于低pH下的微生物活性受抑而无法进一步将N2O还原成N2, 导致N2O排放增多[46, 47].
贺纪正等[48]的研究表明, AOB多在中碱性土壤中起主导作用.杨柳青[49]的研究发现, 施肥后AOB拷贝数增加的同时出现了较强的N2O排放峰.Shi等[50]的研究显示, 在AOB作用下, 有利于硝态氮的产生, 从而促进N2O的排放.本研究选取S2和S3第二次施肥后气体峰值时的微生物数据来分析施肥对氮转化相关功能基因的影响.本研究土壤pH近中性, AOB拷贝数又与pH呈极显著负相关, 与NO3--N含量呈显著正相关, 并且N2O通量与AOB拷贝数呈极显著正相关(表 3), 因此AOB可能是N2O排放的主要贡献者. Liu等[51]的研究结果表明, DCD的施用不仅显著抑制了硝化作用, 而且降低了AOB的丰度, 所以S1处理排放较低.本研究N2O通量与nirK拷贝数之间存在极显著正相关, 施肥增加了nirK拷贝数, 同时N2O出现峰值, 这表明nirK基因也对N2O通量有贡献.而N2O通量与nirS和nosZ基因拷贝数均呈负相关关系.本试验中S2和S3处理施肥后N2O通量显著增加, 一方面可能是由于nirK基因丰度的增加, 促进NO2-还原为NO, 间接刺激反硝化作用中N2O产生[36], 另一方面可能是因为nosZ基因丰度的减少抑制了反硝化过程中N2O还原为N2, 直接增加了土壤N2O排放.
4 结论(1) 氮分施次数造成土壤酸化程度的显著差异, 分施次数越多, 土壤酸化程度越强.施氮显著提高鲜食玉米的果穗产量及茎秆生物量, 氮肥分施次数的差异造成玉米氮吸收利用的差异.氮分施3次的处理土壤pH降幅最大, 植物氮吸收累积量最少, 氮素利用效率最低, N2O累积排放量最多.尿素氮配合DCD一次性施入不仅保证玉米产量, 提高氮素利用效率, 还减缓N2O排放, 可以作为海南热区鲜食玉米推荐的施肥模式.
(2) 施肥通过影响氮转化过程的功能基因, 从而影响N2O排放.N2O排放与AOB和nirK基因丰度呈显著正相关关系, AOB和nirK是N2O排放的主要贡献者.尿素氮配施DCD的一次性施肥显著降低了AOB和nirK基因丰度, 而尿素氮分二和三次施肥显著增加nirK和nirS基因丰度, 降低nosZ的基因丰度, 促进了N2O排放.
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