2. 中国科学院大气物理研究所 大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029;
3. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所, 成都 610041
2. State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
3. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
作为空气污染物的氮氧化物(NOx)，是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的总称，而其中主要成份为NO[1]。NO对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，又是形成光化学烟雾的重要物质[2]。同时，NO也会间接地影响气候，其影响途径如：通过形成二次气溶胶颗粒物而反射太阳光，造成大气降温；通过增加全球对流层臭氧(O3)而增强大气温室效应；通过增加大气氮沉降和O3沉降，影响植物生长以及与之紧密关联的陆地生态系统温室气体源汇过程[3]。因此，人为活动引起的NO排放一直备受关注。土壤，尤其是施肥农田是大气NO的重要排放源。据报道，全球土壤每年排放的NO以N计(本文皆如此)，大约为3.7~21.0 Tg·a-1(1 Tg=1012 g)，其中约40%来源于农田土壤[4-5]。很显然，当前关于全球土壤NO排放总量的估计还存在很大的不确定性，这主要是由于田间观测研究的数量有限以及研究地点的分布不均匀所致。例如，目前关于土壤NO排放的研究主要集中在温带地区，而在热带和亚热带地区的研究相对较少[6]。由此可见，开展各种农田生态系统类型的NO排放通量观测并探索施肥农田NO的有效减排措施，在区域乃至全球环境变化研究中均具有十分重要的意义。
小麦是世界三大主粮(水稻、玉米和小麦)之一。据统计，我国小麦产量约为1.3×107 t，占全国粮食总产量的20.0%；同时，小麦农田面积约为2 451万ha，占全国农作物总播种面积的15%[7]。并且，农民为了追求粮食的高产，往往对小麦田进行大量的施肥[8]。因而，小麦农田NO的排放不容忽视。另外，随着农业生产的发展，农作物秸秆出现严重过剩，农民就地燃烧秸秆现象日益突出。但是，秸秆燃烧不仅会释放大量烟尘颗粒和烟雾，而且还会引起温室效应和环境问题[9]。因此，政府通过政策、法律手段来尽量减少燃烧秸秆所造成的环境污染问题，同时鼓励综合循环利用农田生态系统内作物秸秆资源。例如，联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)、国际肥料工业协会(International Fertilizer Association, IFA)和国际植物营养研究所(International Plant Nutrition Institute, IPNI)相继提出了“土壤养分综合管理”理念，提倡农作物秸秆直接还田措施[10-11]。农作物秸秆中含有大量的营养元素，是农业生产中重要的有机肥源之一；因而，秸秆直接还田可以改善土壤结构，增加土壤肥力，促进作物生长，进而提高作物的产量[12-13]。尽管如此，秸秆直接还田或燃烧后还田通常还会增加土壤中微生物可利用的碳、氮含量，从而改变土壤自身的碳氮生物地球化学循环过程及其产物，如NO的产生和排放[14-17]。在生物质燃烧后还田对NO排放的影响方面，Serca等[18]对非洲热带草原生态系统的研究表明，土壤NO的排放会在生物质燃烧后还田的数小时内显著增加。而在秸秆直接还田对NO排放的影响方面，Liu等[19]对华北平原西部的夏玉米-冬小麦轮作农田的研究表明，小麦秸秆还田会显著增加玉米季NO的排放，而玉米秸秆还田对后续小麦季的NO排放无明显影响。同样，Yao等[20]和Zhou等[21]对长江三角洲的冬小麦田研究也表明，秸秆还田并不会显著影响土壤NO的排放。但是，Yao等[17]对华北平原东部的夏玉米-冬小麦轮作农田及大葱-冬小麦轮作农田的研究指出，秸秆直接还田均显著降低了小麦季土壤NO的排放。总的来说，目前关于秸秆直接还田或燃烧后还田对土壤NO排放的影响研究还相对较少，多数研究主要集中在对土壤氧化亚氮(N2O)排放和土壤理化性质的影响方面[9, 22-23]。并且如上所述，少量的已有研究也主要集中在华北地区和长江三角洲等地，而在西南地区尚处于严重缺乏状态。西南紫色土丘陵区也是我国重要的水稻、小麦和玉米等粮食作物生产基地，因此，开展该地区的农田NO排放特征研究对探索作物可持续生产和环境污染性气体的有效减排具有十分重要的意义。
基于以上论述，本文以紫色土农业生态实验站的长期定位农田作为试验平台，开展冬小麦季秸秆直接还田与燃烧后还田处理下的NO排放特征和作物产量研究，阐明在长期不同秸秆还田方式下的小麦产量和NO排放变化规律及其影响机制，为保障粮食安全和减少环境污染提供有效的农业管理措施。
1 材料与方法 1.1 试验地概况与处理本研究地点位于中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站(31°16′N，105°27′E)，它是长江上游、西南丘陵区唯一的中国生态研究网络(CERN)农业生态观测站。该站属亚热带季风气候，气候温和，四季分明，年平均气温为17.3 ℃，年无霜期平均297 d，平均日照时数为1 400 h，年平均降水量为836 mm，主要集中在夏季(6—8月)。所选试验地土壤类型以石灰性紫色土为主，质地为中壤至重壤。
田间试验地为研究站的秸秆不同还田方式长期试验平台(2005年－)，作物种植系统为西南丘陵区具有代表性的夏玉米(Zea mays)-冬小麦(Triticum aestivum)轮作生态系统。试验共选取4个处理，分别为：不施肥处理(CK)、常规施肥处理(NPK)、常规施肥+秸秆直接还田处理(NPK+SR)和常规施肥+秸秆燃烧后还田处理(NPK+SB)。试验为完全随机区组设计，每个处理设置3个空间重复，共计12个小区，每个小区面积为50 m2。供试肥料：化肥N为碳铵-纯N 17%、磷肥为过磷酸钙-含P2O5 12%、钾肥为氯化钾-含K2O 60%。在冬小麦生长季，除CK外，NPK、NPK+SR和NPK+SB处理的总施氮量为130 kg·ha-1，磷肥和钾肥施用量分别为90和60 kg·ha-1。冬小麦于每年10月下旬播种，在播种前，NPK处理的所有肥料均作为基肥一次性施入土壤。NPK+SR处理的玉米秸秆(以C计约1 100 kg·ha-1，C、N含量比为49)被粉碎后作为基肥与氮、磷、钾肥一起翻耕埋入土壤。而对于NPK+SB处理而言，将与NPK+SR处理同样量的玉米秸秆就地燃烧，然后与氮、磷、钾肥一起翻耕埋入土壤。除秸秆还田处理不同外，4种处理的其他田间管理方式均相同，并按当地农民习惯进行。除自然降水外，试验地无人工灌溉用水。2016年在小麦播种前，对各处理的表层(0~10 cm)土壤进行采样并分析了其基本性质。NPK处理土壤容重为(1.62±0.04)g·cm-3，全氮含量为(0.81±0.04)g·kg-1，有机质为(10.78±0.29)g·kg-1，pH值为8.34；而NPK+SR处理的土壤容重、全氮和有机质含量以及pH值分别为：(1.55±0.07)g·cm-3、(1.00±0.08)g·kg-1、(12.13±0.86)g·kg-1和8.36；NPK+SB处理分别为：(1.55±0.03)g·cm-3、(0.91±0.02)g·kg-1、(12.48±0.56)g·kg-1和8.30。可见，与NPK相比，NPK+SR和NPK+SB有增加土壤有机质和总氮含量的趋势，但是各处理之间统计差异不显著。
1.2 观测方法本试验观测期为一个完整的冬小麦生长季，具体时间为2016年10月至2017年5月，采用静态暗箱-化学发光法测定冬小麦田NO的排放通量。为了不干扰小麦生长，采样箱由底座、中箱和顶箱3部分组成。在每一个试验小区的中心放置一个不锈钢采样箱底座(横截面积为70 cm×90 cm)，底座插入土中约20 cm，并在底座每侧距地表 10 cm以下开15~20个直径为2 cm的圆孔，以确保底座内的水分、养分和生物交换。采样箱顶箱内安有两个风扇，用于混合箱内气体。此外，在采样箱顶端还安装了一个气压平衡管以避免气压差影响观测结果。箱体侧面安装有电源插头和气体采集接口，用于接通电源、维持风扇工作和采集气体。
采集样品时，将采样箱用水密封在底座上，然后立即用真空抽气泵采集第一个气体样品，隔30 min后再采集一次气体样品，每次采气量为2~3 L。采样结束后，立即将采样箱搬开，以减少采样活动对土壤环境和作物生长的影响。样品用铝箔采样袋(大连德霖气体包装有限公司)收集后立即带回实验室，利用NO-NO2-NOx分析仪(Thermo Environmental Instruments Inc.，USA)进行分析。根据2次NO采样时间间隔和浓度差计算NO排放通量。Mei等[24]通过对土壤NO排放通量测定方法的对比研究表明，在采样期间用浓度随时间直线变化假设的简易方法，将低估土壤NO排放通量约6%。在观测期间，NO通量测定时间为每天上午8:00~10:00，采样频率具体为每周2~3次，施肥后的两周内隔天1次。
在观测气体样品的同时，由试验地附近的气象站收集记录当天的气温和降雨数据。土壤5 cm温度由埋设在土壤中的温度自动监测系统进行测定。土壤湿度由MP-406水分测定仪进行测定。此外，每周用土钻对每个小区0~10 cm表层土壤混合样品进行采集，用于各处理土壤铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)以及可溶性有机碳(DOC)的测定。采集的新鲜土样分别用1 mol·L-1 KCl溶液和纯水浸提，并用流动注射分析仪(AA3)测定浸提液的NH4+、NO3-和DOC浓度。
此外，在小麦成熟时，于每个试验小区内随机选取一个1 m2的样方，将小麦籽粒和秸秆分开后在65 ℃条件下烘干至恒重，取出称重并计算产量。
1.3 数据处理与统计分析利用施肥处理(即NPK、NPK+SR和NPK+SB)和对照处理(CK)的NO季节排放量计算直接排放系数(EFd, %)，具体计算公式如下：
| $ {\rm{E}}{{\rm{F}}_{\rm{d}}} = \frac{{{E_{\rm{F}}} - {E_0}}}{N} \times 100\% . $ |
其中：EF和E0分别为施肥和对照处理下的NO季节排放量(单位为kg·ha-1); N为氮肥施用量(单位为kg·ha-1)。
排放强度利用以下公式计算：
| $ {\rm{EI}} = \frac{E}{{{G_{\rm{Y}}}}}. $ |
其中：EI为不同处理下的排放强度(g·t-1)；E为不同处理下的NO季节排放量(kg·ha-1)；GY为籽粒产量(t·ha-1)。
氮肥利用率(%)利用施肥处理和对照处理地上生物量的吸氮量差值与氮肥施用量的比值进行计算获取。
采用Microsoft Excel 2010软件对所有数据进行整理计算，使用SPSS 19.0软件对各处理冬小麦NO季节排放量、排放系数、产量和NO平均排放量的差异显著性进行单因素方差分析，并对NO排放通量动态变化与环境因素之间的关系进行多元线性逐步回归分析，显著水平为P < 0.05。
2 结果与分析 2.1 环境因子与小麦产量在小麦生长季，土壤温度与气温表现出较强的一致性并有明显的季节性变化(图 1a)。气温变化范围为4.0~24.8 ℃，平均值为11.8 ℃。各处理(即CK、NPK、NPK+SR和NPK+SB)的土壤温度总体变化趋势相同，平均值分别为13.5、12.8、12.8和12.7 ℃，处理之间无显著差异。另外，小麦季降水总量为210.7 mm，主要集中在4、5月份，占总降水量的47%。受降雨影响，小麦季4种处理的土壤湿度(用土壤充水孔隙度WFPS表示)变化范围为13.5%~98.0% WPFS，处理之间无显著差异，平均值为48.7% WPFS。
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| 图 1 冬小麦季各处理(a) 降水量和气温(b) 土壤充水孔隙度(WFPS)，(c) 铵态氮(NH4+)，(d) 硝态氮(NO3-)和(e) 可溶性有机碳(DOC)的季节变化动态 |
图 1c—1e为小麦田4种不同处理的土壤NH4+、NO3-和DOC浓度季节动态变化。从图中可以看出，土壤NH4+、NO3-和DOC浓度的变化主要受施肥和秸秆不同还田方式的影响，较高浓度均出现在小麦播种施肥后的1~2周内。在整个小麦生长季，CK、NPK、NPK+SR和NPK+SB 4种处理的土壤NH4+平均浓度分别为1.3、5.3、5.9和6.4 mg·kg-1(以N计)，而土壤NO3-平均浓度分别为3.0、37.0、41.9和43.1 mg·kg-1(以N计)。与CK相比，施肥处理的土壤NH4+和NO3-浓度均显著较高(P < 0.05)；但是，各施肥处理之间无显著差异。此外，小麦季CK、NPK、NPK+SR和NPK+SB 4种处理的土壤DOC浓度变化在11.1~100.3 mg·kg-1(以C计)，其平均值分别为25.3、49.7、66.8和61.3 mg·kg-1(以C计)。统计分析表明，各处理之间存在显著差异(P < 0.05)，其顺序为CK < NPK < NPK+SB < NPK+SR。对于小麦产量而言，各施肥处理(NPK、NPK+SR和NPK+SB)的小麦籽粒产量分别为2.85、3.30和3.39 t·ha-1，是CK的6.5、7.5和7.7倍(表 1)；秸秆产量分别为7.53、8.25和8.50 t·ha-1，显著高于CK。与常规施肥处理(NPK)相比，秸秆直接还田(NPK+SR)与燃烧后还田(NPK+SB)处理的小麦产量均显著增加(P < 0.05)，且氮肥利用率也有所增加，但是二者之间却无明显差异(表 1)。
| 处理 | NO季节排放量 /(kg·ha-1) |
直接排放系数 /% |
籽粒产量 /(t·ha-1) |
秸秆产量 /(t·ha-1) |
氮肥利用率 /% |
排放强度 /(g·t-1) |
| CK | 0.06±0.01c | 0.44±0.04c | 1.20±0.11c | 133±13b | ||
| NPK | 0.49±0.07a | 0.33±0.05a | 2.85±0.06b | 7.53±0.03b | 66.3±6.9a | 173±3a |
| NPK+SR | 0.25±0.07b | 0.15±0.08b | 3.30±0.07a | 8.25±0.05a | 71.5±1.1a | 75.6±2c |
| NPK+SB | 0.47±0.10a | 0.32±0.07a | 3.39±0.07a | 8.50±0.21a | 74.8±6.8a | 139±3b |
| 注：不同字母a、b、c、d表示处理间显著差异(P < 0.05)。 | ||||||
2.2 NO排放通量、直接排放系数与排放强度
如图 2所示，对照处理在整个小麦生长季无明显的NO排放峰出现，其变化范围为0.03~6.74 μg·m-2·h-1，显著低于各施肥处理。3种施肥处理在小麦季具有相同的季节变化动态，即较高NO排放通量均出现在施肥后1~2周内，然后逐渐降低到与CK同一个排放水平。需要说明的是，尽管NPK、NPK+SR和NPK+SB处理具有相同的时间变化动态，但其NO排放通量大小却存在差异。例如，NPK的NO排放最大值为369.4 μg·m-2·h-1，而NPK+SR和NPK+SB处理的最大值分别为163.7和490.0 μg·m-2·h-1。总的来看，整个小麦季CK、NPK、NPK+SR和NPK+SB 4种处理的NO平均排放通量分别为1.17±0.16、13.9±6.6、7.19±3.60和(13.3±7.6)μg·m-2·h-1。土壤NO排放的季节变化动态主要受环境因素的影响，但各处理之间的主控因子又存在差异。通过对各施肥处理NO排放通量与环境因素(土壤温度、WFPS、[NH4+]、[NO3-]和DOC)之间进行多元线性逐步回归分析，结果表明，土壤NH4+浓度是NPK和NPK+SR处理NO排放通量的主要控制因子(即NPK∶FNO=-29.9+13.0[NH4+]，R2=0.87，P < 0.01；(NPK+SR)∶FNO=-0.79+4.58[NH4+]，R2=0.85，P < 0.01)；而土壤DOC浓度是NPK+SB处理NO排放通量变化的关键控制因子(即(NPK+SB)∶FNO=-619.9+11.2DOC，R2=0.58，P < 0.01)。此外，将各施肥处理数据整合进行回归分析，结果同样表明，土壤NH4+、NO3-和DOC浓度与NO排放通量之间呈显著正相关关系(P < 0.01)(图 3)。
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| 图 2 冬小麦季各处理的NO排放通量季节变化动态 |
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| 图 3 冬小麦季施肥处理NO排放通量与(a) 可溶性有机碳(DOC)，(b) 硝态氮(NO3-)和(c) 铵态氮(NH4+)的关系 |
由表 1可知，NPK、NPK+SR和NPK+SB 3种施肥处理的NO季节排放量分别为0.49、0.25和0.47 kg·ha-1，远大于CK(0.06 kg·ha-1)。与NPK处理相比，NPK+SR和NPK+SB使土壤NO排放量分别减少了49.0%和4.1%。统计分析表明，NPK+SR处理与NPK和NPK+SB处理之间存在显著差异(P < 0.01)。对于小麦田NO排放强度而言，各处理的大小顺序为NPK(173 g·t-1)>NPK+SB(139 g·t-1)≈CK(133 g·t-1)>NPK+SR(75.6 g·t-1)。显然，与NPK相比，NPK+SB处理使NO排放强度显著降低了19.7%(P < 0.05)；而与NPK+SB相比，NPK+SR处理又显著降低了NO排放强度的45.6%(P < 0.05)。此外，NPK、NPK+SB和NPK+SR处理的NO季节排放系数分别为0.33%、0.32%和0.15%，后者显著低于前两者(P < 0.05)。
3 讨论 3.1 冬小麦田NO排放特征及其影响因素在小麦生长季，3种施肥处理的NO排放通量均在施肥后1~2周内出现高峰，而在施肥中后期排放通量逐渐降低，并在后续时段一直保持在相对稳定的较低水平(图 2)。而且，3种施肥处理的平均NO排放通量均明显高于CK处理，说明农田氮肥的施用能够显著促进土壤NO排放，这与国内外大多数学者的研究结果相一致[25-29]。主要是因为施用氮肥能够增加土壤有效氮含量，为微生物的硝化和反硝化作用提供反应底物，从而促进农田土壤NO的产生和排放[27, 30]。在小麦越冬期(即12月至次年2月)，较低的土壤温度(通常 < 10℃)是导致土壤NO排放通量较低的主要原因，因为低温会抑制土壤中硝化和反硝化微生物的活性[31-32]。但是，在小麦返青(从2月中下旬开始)后，土壤NO排放并没有随温度回升而增强，这表明土壤NO排放除受温度影响外，还受其他环境因素的限制。从返青开始，小麦进入到旺盛生长期，需要从土壤中吸收大量的养分，形成与土壤中微生物竞争氮素的状态，造成微生物反应底物的缺乏，因而降低了硝化和反硝化过程中NO的产生和排放。
有研究表明，土壤NO排放的季节变化动态主要受土壤温湿度和无机氮含量等因素的影响[27, 33]。在本研究中，通过多元逐步分归分析表明，土壤温湿度不是NO排放通量季节变化动态的主要影响因素，这与胡廷旭等[34]在紫色土小麦季中得出的结果一致。但是，肖乾颖等[35]却在紫色土夏玉米-冬小麦轮作系统的研究中，观测到冬小麦季NO通量变化动态与土壤湿度呈显著正相关关系。这种同一地区不同年份研究结果差异的形成，可能与当季的气候因素(如降雨的强度以及时间分布)和管理措施不同等多种因素有关[36]。通过对单一施肥处理或3种施肥处理的整合分析表明，土壤无机氮(NH4+和NO3-)和DOC含量是影响该小麦田NO排放变化的主要环境因子，与土壤NO排放呈显著线性正相关关系(图 3)。可见，尽管紫色土农田生态系统的NO排放同时受多种环境因素的影响，而土壤DOC和无机氮分别为微生物硝化-反硝化过程提供能量和反应底物，是紫色土含氮气体(即NO和N2O)排放的主控因子[35]。袁梦轩[37]在长期定位施肥试验地的冬小麦季也得出了相似的结论。同时，该观测结果也与其他研究者在别的农田生态系统类型上研究得出的结果相似[27]。Mei等[38]和Zhang等[39]分别对长江三角洲地区的露天和大棚蔬菜地的研究也表明，土壤含氮气体排放与无机氮含量呈线性正相关关系。
3.2 秸秆还田方式对冬小麦田NO排放的影响在整个小麦生长季，3种施肥处理的NO季节排放量为0.25~0.49 kg·ha-1。据报道，华北平原冬小麦田的NO季节排放量为0.15~1.20 kg·ha-1 [17, 40-41]；长江三角洲地区冬小麦田的NO季节排放量为0.11~5.64 kg·ha-1 [20, 28, 42]。可见，本研究得到的NO排放量介于文献所报道的华北平原冬小麦田或长江三角洲冬小麦田NO排放范围内的较低区域。同样，对于NO直接排放系数而言，本研究结果(即0.15%~0.33%)也介于文献所报道的中国农田NO直接排放系数范围内(即0.04%~0.67%)的较低区域[43]。同时，本研究的NO直接排放系数也低于世界施肥农田的NO平均排放系数0.7%。由此说明，紫色土冬小麦田的NO排放总的来说处在一个相对较低的水平，这可能与其本身的土壤性质(土壤质地、有机碳含量以及pH等)有关。例如，紫色土通常为石灰性土壤，具有较高的土壤pH值(本研究中pH=8.3)，而Kesik等[44]研究表明，较高的土壤pH值往往会抑制土壤中硝化微生物的活性，从而降低硝化作用产生的NO。
尽管该紫色土冬小麦田的NO排放相对较低，但与NPK相比，NPK+SR又显著降低了49%的NO季节排放量，而NPK+SB并未显著降低NO的排放。大多数研究表明，土壤尤其是旱地NO的产生和排放主要来源于微生物的自养硝化作用过程[45-46]。因此，如果事实上硝化作用是NO的主要来源的话，本研究中冬小麦田的NO排放也主要是来自于硝化作用。并且，该推断还得到了本研究中观测结果的支持，即多个施肥处理(NPK和NPK+SR)土壤中NH4+与NO排放通量呈显著正相关，而土壤NH4+正是微生物硝化作用的唯一反应底物。还有，在整个小麦季各处理的土壤湿度平均值为44%~51%WFPS；而大量研究表明[26-27]，当土壤含水量小于60%WFPS时，土壤微生物的硝化作用是产生含氮化合物(如NO和N2O)的主要过程。秸秆燃烧后还田之所以没有明显影响土壤NO排放，这可能是由于秸秆燃烧变成灰烬后会使得还田的质量和体积均显著降低，从而未对土壤环境产生显著影响，因而未明显改变土壤中微生物的硝化作用过程及其NO的产生和排放。相反，秸秆直接还田一方面为土壤提供了丰富的碳源，可以增加微生物的活性并消耗土壤中的氧气，进而形成厌氧环境，抑制硝化反应，反而加快反硝化作用，从而降低NO的产生和排放[33]；另一方面，尽管本研究中并未观测到NPK和NPK+SR之间土壤湿度的明显差异，但是秸秆直接还田后会在秸秆周围的微域内吸持水分而增加土壤湿度，进而形成土壤厌氧微域，使得反硝化作用增强而消耗NO并形成N2O产生的“热点”[47]。综合上述两方面的原因，因此，与常规施肥处理相比，秸秆直接还田处理会显著降低土壤NO的产生和排放。
此外，为了较好地呈现作物种植过程中所付出的环境代价，含氮气体的排放强度被推荐为最佳评价指标[48]。在本研究中，各处理的NO排放强度为75.6~173 g·t-1，这些结果基本上与华北平原冬小麦田(91~183 g·t-1)或长江三角洲冬小麦田(58~253 g·t-1)的NO排放强度相当[17, 42]。与NPK处理相比，NPK+SB处理降低了NO排放强度，这主要是由于秸秆燃烧后还田增加了小麦产量。秸秆燃烧后还田之所以能够增加产量，可能是由于秸秆燃烧尽管损失了其中的N素，但却增加了土壤速效养分含量(P、K)和无机盐，且燃烧过程可去除杂草以及使部分病虫害减轻，从而促进作物的生长。而与NPK相比，NPK+SR也增加了小麦产量，这可能是由于秸秆还田会增加土壤有机质含量以及秸秆的矿化分解也会提高土壤无机氮含量，从而增强土壤肥力而促进作物生长[11-12]。因而，与NPK+SB相比，NPK+SR处理又进一步降低了NO排放强度。综上，在考虑作物产量和环境污染性气体NO排放的情况下，秸秆直接还田处理是紫色土冬小麦田的一种较好优化施肥管理方式。但是，在未来的研究中，除了考虑作物产量以及土壤NO排放外，还应同时考虑环境污染性气体氨(NH3)挥发和温室气体N2O排放以及土壤NO3-淋溶等多种氮素损失途径，以便对紫色土小麦生产过程中的土壤氮素生物地球化学循环作出更为全面的环境评价。
4 结论基于对西南地区碱性紫色土一个完整冬小麦生长季的观测研究表明，与农民常规施肥处理相比，秸秆直接还田和燃烧后还田处理均增加了氮肥利用效率，从而显著提高了小麦产量。在整个小麦季，各施肥处理较高的NO排放主要出现在小麦基肥后1~2周内，这与土壤无机氮含量的变化趋势基本一致。因此，冬小麦田NO排放的季节变化动态主要受土壤无机氮含量的影响，尤其土壤中NH4+是最主要的控制因子，二者之间呈显著线性正相关关系。对于整季的NO排放而言，与常规施肥处理相比，秸秆直接还田处理显著降低了NO季节排放量和排放系数，而秸秆燃烧后还田并未明显改变二者的大小。综合考虑小麦产量和土壤NO排放，秸秆燃烧后还田与常规施肥处理相比显著减少了NO排放强度，而秸秆直接还田与燃烧后还田处理相比又进一步降低了NO排放强度。因此，对于紫色土冬小麦田来说，秸秆直接还田处理是一种较好的优化施肥管理方式，可以同时满足保障粮食安全和减少环境污染性气体NO排放。
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