随着集约化、规模化畜禽养殖业的迅速发展, 大量的养殖废水得不到及时处理, 会对周边环境造成严重的污染。研究表明, 养殖废水中含有大量的有机态氮、磷, 经过固液分离、厌氧消化和灭菌处理变为沼液后, 化学需氧量 (COD) 去除率可达85%~90%, 有机态的N、P转化为易被植物吸收利用的形态^[1]。沼液既能作为水源, 又能充当肥源, 利用其灌溉可提高土壤肥力和生产力水平^[2]。另外, 沼液灌溉农田, 还解决了养殖废水的消纳难题, 有效地实现了废弃物的资源化利用^[3]。

目前, 国内外已经展开了大量关于沼液灌溉农田的研究, 但大多集中在对土壤、地下水、作物的影响研究^[4-8], 对沼液灌溉后农田温室气体排放的研究还较少, 缺乏沼液量化灌溉对农田温室气体排放规律的影响。国内外针对固体有机肥对土壤CO₂和N₂O排放的研究已有很多, 沼液作为一种液态有机肥, 其成分与固体有机肥有很多相同和相似之处, 但其养分形态及含量与固体有机肥又有所差异。因此, 开展沼液灌溉对温室气体排放影响的研究具有一定的必要性与现实意义。本研究通过监测沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO₂和N₂O排放水平与土壤理化因子, 分析了沼液量化灌溉对温室气体排放及土壤环境的影响, 不但有助于解决养殖废水的有效消纳问题, 而且在种养结合的新模式下, 可为确定合理的沼液灌溉模式, 减少沼液灌溉对温室气体排放与土壤环境的不良影响提供实践指导与理论依据。

试验地点为河北省徐水县梁家营村 (38°09'~39°09'N, 115°19'~115°46'E), 位于河北省中部、太行山东麓, 属东部季风暖温带半干旱气候区, 大陆季风性气候特点显著, 四季分明, 光照充足, 年平均气温11.9℃, 年无霜期平均184 d, 年均降水量546.9 mm, 年平均日照时数2 744.9 h。试验地降水季节分配不均, 夏季降水占全年降水量的74.7%, 年平均相对湿度65%, 年平均风速2.2 m·s^-1, 年平均蒸发量1 623.8 mm, 属于华北平原典型的农业种植区^[9]。试验地0~20 cm层土壤容重1.51 g·m^-3, 总氮 (TN)1.44 g·kg^-1, 硝态氮 (NO₃^--N)16.45 mg·kg^-1, 铵态氮 (NH₄⁺-N)19.94 mg·kg^-1, 总磷 (TP) 0.80 g·kg^-1, 有效磷 (AP)22.53 mg·kg^-1, 可溶性有机碳 (DOC)27.22 mg·kg^-1。

徐水县种植制度以冬小麦-夏玉米轮作为主, 小麦季降雨量偏低, 土壤水分不能满足作物生长的需求, 需要灌水补给, 整个小麦季灌水3~4次; 玉米季降雨量充足, 除播种后灌溉出苗水外, 一般无需再进行灌溉。当地奶牛养殖业发达, 养殖规模较大, 是典型的奶牛养殖区, 目前有大小牛场41座, 牛存栏数达到2.5万头, 每年产生沼液约50万t^[9]。该地区的种植制度与养殖特点为本试验的开展奠定了良好的基础。

供试沼液来自秸秆和奶牛场粪污厌氧发酵, 牛场采用干清粪清便工艺, 挤奶厅的污水及奶牛粪便进入厌氧发酵罐经过厌氧发酵后排放到沼液池中贮存, 然后经过不同比例稀释后通过PVC管道输送到农田用于灌溉。供试沼液水质特征如表 1所示。

表 1 供试沼液水质基本特征 Table 1 The basic water quality characteristics of biogas slurry

表选项

本试验供试小麦品种为济麦22, 玉米品种为郑丹958。小麦播种时间为2014年10月7日, 耕作时间为10月6日, 收获时间为2015年6月15日; 小麦收获后种植玉米, 播种方式均为条播, 玉米播种时间为2015年6月18日, 收获时间为2015年9月30日。本试验灌溉时间分别为2014年12月5日 (越冬期)、2015年4月4日 (拔节期)、2015年5月5日 (抽穗期)、2015年5月26日 (灌浆期)、2015年6月15日 (玉米播种后)。本试验设置不施肥+清水灌溉 (CK)、常规施肥+清水灌溉 (CF)、不施肥+小麦季灌溉2:1(清水:沼液) 沼液一次及清水三次+玉米种植后灌溉2:1沼液一次 (T1)、不施肥+小麦季灌溉2:1沼液二次及清水二次+玉米种植后灌溉2:1沼液一次 (T2)、不施肥+小麦季灌溉1:1沼液二次及清水二次+玉米种植后灌溉1:1沼液一次 (T3) 共五个处理 (表 2), 每次灌溉所用沼液均在专门的混凝土池里, 用清水与沼液按体积比例配比, 沼液配比好之后用水泵通过PVC地下管道施入农田。常规施氮肥为尿素, 磷肥为过磷酸钙, 沼液来自试验田附近牛场沼液储存池。灌水时间为小麦季越冬期、拔节期、抽穗期、灌浆期、玉米播种后, 所有处理灌水量及灌水次数一致, 每次灌水定额为830 m³·hm^-2, 利用超声波管式流量计计量灌水量, 灌溉误差在1%以内。每个小区面积为51 m²(长8.5 m×宽6 m), 四周1 m土体内用防水塑料布隔开, 小区之间设置1 m保护行, 3次重复, 小区随机分布。试验设计如表 2所示。

表 2 冬小麦-夏玉米轮作试验设计 Table 2 Winter wheat-summer maize rotation experiment design

表选项

气体采集时间分布在整个小麦-玉米轮作期, 小麦季采样频率为每两周一次。由于小麦越冬期至返青期这段时间田间气温较低, 作物、微生物的活性相对较低, CO₂、N₂O排放量较低^[10-11], 在这段时间CO₂、N₂O排放量变化不明显, 可减少采样次数, 每个月采样一次, 采样时间主要选择在灌溉前后一周之内, 玉米季采样则选择在每次降雨之后。本试验没有考虑CH₄的排放, 原因在于受试沼液为经厌氧发酵生产沼气之后的沼液, 监测结果表明, 沼液灌溉后农田CH₄的排放会短暂地变为正值, 但大部分时间处于负排放水平, 且排放通量较低。本试验采样时间集中在灌水后一周, 玉米季降雨量充沛, 选择在雨后进行采样。每天的采样时间为上午8:00-11:00, 严格记录采样时间、箱内温度、0 cm地温、5 cm地温。气体观测采用静态箱-气相色谱法, 静态箱由PVC制成, 小麦季由于行距较小, 静态箱规格为长20 cm×宽10 cm×高10 cm, 底座规格为长20 cm×宽10 cm×高10 cm; 玉米季行间距较大, 静态箱规格为长30 cm×宽20 cm×高20 cm, 底座规格为长30 cm×宽20 cm×高10 cm。箱体顶部设有采样口和温度计, 底座安放于行间, 底座内无作物, 插入地下5 cm, 底座上设置水槽, 用于采集气体时加水密封。每天的采样时间为上午8:00-11:00, 严格记录采样时间, 采样前将底座水槽中加水密封, 取样时将箱体罩在事先安好的基座上, 用20 mL一次性注射器插入箱体的采样口, 于0、10、20、30 min采集气体4次, 贮存于20 mL的真空集气瓶中, 同时记录箱内温度、0 cm地温度、5 cm地温。

气体样品带回实验室用Thermo Trace 1300型气相色谱仪测定, CO₂检测器为热导检测器 (TCD), 载气为高纯氢气。N₂O检测器为63Ni电子捕获检测器 (ECD), 色谱柱为80/100目Porapak Q填充柱, 进样器、检测器以及填充柱的温度分别为100、300、65℃, 载气为95%氩气+5%甲烷混合气, 流速为40 mL·min^-1。高纯氮气作为反吹气。通过标准气体和待测气体的峰面积来计算待测气体的浓度。通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放通量。计算公式^[10]为:

式中:F为排放通量, CO₂排放通量单位为kg·hm^-2·d^-1, N₂O排放通量单位为g·hm^-2·d^-1; ρ为标准状态下气体密度, kg·m^-3; V是采集箱内有效空间体积, m³; A为采集箱覆盖的土壤面积, m²; Δc为气体浓度差; Δt为时间间隔, h; Δc/Δt为4次采样样品浓度数据斜率; T为采样时箱内温度, ℃; k为mg CO₂/N₂O·m^-2·h^-1与kg C·hm^-2·d^-1和g N·hm^-2·d^-1之间的单位换算常数。

每次采集气体的同时, 在基座附近随机选取3个点, 采集土样制成混合样, 带回实验室尽快测定, 来不及测定的置于4℃冰柜中保存备用。含水量测定采用传统烘干法, 即准确称取土样20.0 g于105℃烘干的铝盒中, 105℃烘干12 h后, 取出, 在干燥器中冷却至室温, 立即称重。土壤中NH₄⁺-N、NO₃^--N的测定采用吉天流动注射分析仪 (中国, FIA-6000+), 即称取新鲜土样10.0 g, 于250 mL振荡瓶中, 加入50 mL 2 mol· L^-1的氯化钾溶液, 220 r·min^-1振荡1 h后马上过滤, 滤液上流动注射分析仪进行测定。土壤DOC含量采用Elementar TOC仪 (德国, Vario) 测定, 即准确称取10.0 g新鲜土壤样品于100 mL离心管中, 加入50 mL超纯水, 250 r·min^-1振荡1 h, 在离心机上以10 000 r·min^-1离心15 min, 取上清液过0.45 μm滤膜, 滤液直接上TOC仪进行测定。

数据用Excel 2007计算并作图, ANOVA采用SPSS软件, 应用Duncan方法分析各处理间平均数在P=0.05和P=0.01水平的差异显著性。

整个轮作期内气温变化幅度较大, 范围为3.0~44.0℃, 平均为23.36℃(图 1)。灌水、降雨及温度变化引起了土壤WFPS较大幅度的变化, 范围为12.57%~83.00%, 小麦越冬期温度较低, 作物生长缓慢, 水分蒸发与作物耗水量较少, 土壤WFPS维持在较高水平且下降缓慢, 自小麦返青期之后, 随着气温的回升, 作物生长速度加快, 耗水量及蒸发量较大, 土壤WFPS下降较快。数据分析结果表明, 大气温度与土壤WFPS有着极显著的相关性 (P < 0.01)。由图 1还可以看出, 降水集中在4、5、7、8、9月, 这个时间段也是试验田气温高、蒸发量大、作物需水量高的时期, 所以土壤WFPS变化较大。

图 1 试验田土壤WFPS、大气温度、降水量及0 cm、5 cm地温动态变化 Figure 1 Dynamic changes of soil WFPS, air temperature, soil temperature at 0 cm and 5 cm and amount of precipitation in experimental plot

图选项

沼液灌溉没有改变整个轮作期内CO₂的排放规律, CO₂排放通量均为正值, 土壤是CO₂的排放源 (图 2)。在灌溉前后一周的时间尺度上, CO₂排放通量出现了峰值, 该峰值一般出现在灌后1 d。从整个轮作期来看, 灌溉与施肥对土壤CO₂排放通量没有显著影响, 但各个处理出现了季节性排放规律。从小麦返青期开始, CO₂排放通量逐渐增加, 到玉米季出现了整个轮作期的排放峰值, CK、CF、T1、T2、T3处理的CO₂排放通量分别为18.65、21.54、18.59、18.42、24.46 kg CO₂-C·hm^-2·d^-1, 各处理间差异极显著 (P < 0.01)。

图 2 轮作周期内N2O、CO2排放通量的动态变化 Figure 2 Dynamic changes of N2O and CO2 emission flux during the rotation period

图选项

沼液灌溉处理土壤N₂O的排放规律与CK和CF基本一致 (图 2), 在整个轮作期内各处理 (CK、CF、T1、T2、T3) N₂O的排放通量变化范围分别为-0.17~4.92、0.48~6.61、0.59~5.25、0.49~5.45、0.57~6.34 g N₂O-N·hm^-2·d^-1, 各个处理的峰值主要出现在小麦季越冬期、拔节期、灌浆期和玉米播种后、玉米季雨后这五个时期, 主要是由氮肥投入、灌水和降雨造成的, 说明氮素与水分的输入导致了土壤N₂O排放的增加。在越冬期气温较低, 土壤温度也较低 (出现冻土现象), 土壤微生物活性大为减弱, 从而导致在灌溉后土壤不能及时排放N₂O, 随着冻土的融化, N₂O渐渐释放。另外, 在玉米播种后, 除CK外, 各个处理N₂O的排放出现了明显高于其他时期的峰值, CF、T1、T2、T3处理的峰值分别为6.61、5.25、5.45、6.34 g N₂O-N·hm^-2·d^-1。在整个轮作期内CK处理N₂O排放通量普遍低于其他处理, 甚至在越冬期出现了负排放的现象。这是由于CK处理没有氮肥的输入, 导致在整个轮作期都处于一个较低的N₂O排放水平。T2、T3处理的N₂O排放通量明显高于T1处理, 即灌溉两次沼液后N₂O的排放通量高于灌溉一次。

在整个轮作期内, 各处理间的CO₂累积排放量表现为T3 > T1 > T2 > CF > CK (图 3), 其中T3处理CO₂累积排放量最高, 与其他处理达到了显著性差异。这可能是由于T3处理比T1、T2处理多施了一次沼液, T1、T2处理CO₂累积排放量高于CF, 但差异不显著, 说明沼液灌溉在一定程度上会引起CO₂累积排放量的提高。T1、T2、T3、CF处理CO₂累积排放量高于CK处理, 且均达到显著水平, 说明沼液与化肥均明显增加了农田CO₂累积排放量。轮作周期内, T1、T2、T3处理的N₂O累积排放量高于CF处理, 但均未达到显著水平, 说明与常规施肥相比, 沼液灌溉并没有明显提高农田N₂O排放水平; T1、T2、T3处理之间差异性不显著, 表明不同的灌溉次数与沼液浓度没有明显增加轮作农田土壤的N₂O累积排放量; T1、T2、T3、CF处理与CK处理相比, N₂O累积排放量差异达到显著性差异, 说明沼液与化肥显著提高了农田N₂O的排放水平。

图 3 不同处理CO2、N2O累积排放量与籽粒产量之间的比较 Figure 3 Comparisons of CO2 and N2O cumulative emissions and seed yield from different treatments

图选项

从图 3可以看出, 各个处理的小麦及玉米产量存在差异, 且达到极显著水平 (P < 0.01), 小麦季产量高低表现为T3 > CF > T2 > T1 > CK, 玉米季表现为T3 > T2 > CF > T1 > CK, 但T2、T3、CF处理的小麦及玉米产量差异未达到显著性水平, 即灌溉三次 (小麦季两次+玉米季一次)2:1沼液的处理 (T2) 与灌溉三次 (小麦季两次+玉米季一次)1:1沼液的处理 (T3) 之间产量无显著差异。这说明T2、T3处理均不会造成作物减产, 但T2、T3、CF与T1处理的小麦及玉米产量差异显著 (P < 0.01), T1处理会造成作物严重减产。由此表明本试验条件下, 灌溉次数的不同显著影响了作物的产量, 且灌溉次数的增加提高了作物产量。单位作物籽粒产量所产生的N₂O累积量能够权衡作物产量与N₂O排放代价, N₂O累积量与作物籽粒产量的比值可称为N₂O产量标尺。由图 3可以看出, 各处理产量标尺大小依次为CK > T1 > T2 > T3 > CF, 其中T2、T3、CF处理明显低于CK、T1处理, 差异性显著 (P < 0.05);T2、T3、CF处理产量标尺分别为54.53、50.48、48.65 g N₂O-N·t^-1, 三者差异不显著。由于T2与T3处理在作物产量、N₂O累积排放量上差异不显著, 均优于T1处理, 考虑到T2处理CO₂累积排放量显著低于T3处理, 且沼液浓度低, 输入养分较低, 可选择灌溉三次 (小麦季两次+玉米季一次)2:1沼液的处理 (T2) 作为本试验条件下最合理的灌溉模式。

不同的灌溉模式下, NH₄⁺-N、NO₃^--N、DOC含量的变化也存在差异 (图 4)。土壤在小麦越冬期, T1、T2、T3处理在灌溉沼液后, 土壤NH₄⁺-N出现了峰值, 分别为20.47、28.22、39.27 mg·kg^-1, 且明显高于CK、CF处理, 然后在一周后逐渐下降。这是由于沼液中含有大量NH₄⁺-N, 低温环境不易使NH₄⁺-N转化为其他形式的N。而CF处理施入的尿素在低温环境中不能转化成NH₄⁺-N, 经相关性分析, 土壤NH₄⁺-N与温度极显著相关 (P < 0.01), 这可能是该时期施肥处理的土壤NH₄⁺-N并不高的关键原因。在小麦的拔节期灌水前后各处理NH₄⁺-N出现了一定的波动, 是由于气温回升促进了作物的吸收利用与土壤中微生物活动, 各个生化反应恢复正常。玉米播种后的一次灌水使CF、T1、T2、T3处理的土壤NH₄⁺-N出现峰值, 与小麦越冬期不同的是, CF处理也出现了NH₄⁺-N明显增加的现象, 并且出现了峰值 (25.10 mg·kg^-1)。造成这种现象的原因是由于小麦收获后, 试验田地表没有作物覆盖, 高温环境中施入的尿素不能被作物吸收利用, 在微生物作用下转化成NH₄⁺-N。由图 4还可以看出, 土壤NO₃^--N的变化受N素输入的影响较大, 每次输入N素后都会导致土壤NO₃^--N的增加, 但施肥与灌溉沼液没有改变土壤NO₃^--N的变化规律。T1、T2、T3与CF处理的土壤NO₃^--N含量无明显差异, 即灌溉沼液与施化肥处理对土壤NO₃^--N含量没有造成明显影响。在整个轮作期内, 土壤NH₄⁺-N与NO₃^--N的变化规律正好相反, 两者基本上是此消彼长的趋势。

图 4 轮作周期内土壤NH4+-N、NO3--N、DOC的动态变化 Figure 4 Dynamic changes of soil NH4+-N and NO3--N and DOC in the rotation period

图选项

在灌溉沼液后, 土壤DOC含量迅速增加, 可能与沼液中含有大量的有机物有关, 1 d之后DOC又逐渐降低 (图 4)。整个轮作期内, 各个处理土壤DOC含量具有明显的差异, T3 > T2 > T1 > CK > CF, 表明灌溉沼液提高了土壤DOC含量, 且随着灌溉次数与浓度的增加, 土壤DOC含量也增加, 施化肥处理 (CF) 反而降低了土壤DOC含量。

本试验轮作期内CO₂排放通量范围0.59~24.46 kg CO₂-C·hm^-2·d^-1, 低于潘莹等^[12]研究中得出的1.31~63.31 kg CO₂-C·hm^-2·d^-1的排放水平。叶丹丹等^[13]在华北典型农田N₂O与CO₂排放通量的研究中发现, CO₂排放通量范围为2.38~13.84 kg CO₂-C·hm^-2·d^-1, 张甲珅等^[14]、秦越等^[15]在其研究中也得出了相同的结果。郭树芳等^[16]在研究不同灌溉方式对华北平原冬小麦N₂O、CO₂排放通量的影响试验中得出, 在漫灌方式下小麦季CO₂排放通量范围为6.43~37.92 kg CO₂-C·hm^-2·d^-1, 高于本试验的CO₂排放通量。这是由于本试验土壤DOC范围为9.10~134.65 mg·kg^-1, 低于我国东部土壤的DOC平均值159 mg·kg^-1[14], 在表 3中也可以看出CO₂排放通量与土壤DOC显著正相关 (P < 0.05)。本试验结果显示, 各处理的CO₂排放水平大小顺序为T3 > T1 > T2 > CF > CK (图 3), 表明与常规施肥处理相比, 沼液灌溉会增加CO₂的排放水平, 但差异性除T3处理达到显著外, T1、T2处理均未达到显著水平。这是由于沼液中含有大量的有机物, 进入农田后使土壤DOC含量升高, 而CO₂排放通量与土壤DOC显著正相关 (表 3), T3处理沼液浓度较高, 是所有处理中输入养分最多的, 可能正因为如此, T3处理的CO₂排放水平才会明显高于其他处理。

表 3 各因子之间的相关性 Table 3 Correlations between the various factors

表选项

本试验条件下, N₂O排放通量范围为-0.17~6.61 g N₂O-N·hm^-2·d^-1, 基本处于我国旱地N₂O排放通量范围0.48~14.4 g N₂O-N·hm^-2·d^-1之间^[17], 但略小于黄淮海地区小麦/玉米轮作农田 (N₂O排放通量范围为9.96~16.37 g N₂O-N·hm^-2·d^-1)。整个轮作期内, 在各个生育期灌溉后分别出现了N₂O排放峰值, 说明氮素与水分的输入导致了土壤N₂O排放的增加, 与前人的研究^[18-20]结果是一致的。在小麦季越冬期灌水1 d后各处理N₂O排放通量没有明显升高, 而是在灌后第7 d达到了峰值, 与各个时期的规律不一致。这是由于温度同时限制了N₂O的排放, 温度是影响N₂O排放季节性变化的关键因子^[18]。本研究结果表明, 施沼液可增加土壤N₂O的排放水平, 与其他研究^[21-24]的结果一致, 沼液中不但含有大量的N素, 同时造成土壤厌氧状态使反硝化作用底物充足, 促进反硝化作用, 使得N₂O排放水平提高。孙国峰等^[25]在其研究中得出沼液完全替代化肥处理的N₂O排放通量范围为-2.96~19.09 g N₂O-N·hm^-2·d^-1, 高于本试验的N₂O排放水平。本试验条件下, 各处理的N₂O排放水平大小顺序为T2 > T1 > T3 > CF > CK (图 3), 但T1、T2、T3、CF处理间差异均未达到显著水平, 表明与常规施肥处理 (CF) 相比, 沼液没有显著增加农田N₂O的排放水平, N₂O的产生过程包括硝化过程与反硝化过程, NH₄⁺-N与NO₃^--N均可作为氮源参与反应, 而T1、T2、T3与CF处理的土壤NH₄⁺-N与NO₃^--N没有显著性差异, 可能是灌溉沼液与施肥处理的N₂O排放水平无显著性差异的原因所在。这主要是因为含有大量N素的沼液灌溉使土壤处于短暂的厌氧状态, 加剧了反硝化过程, 所以本试验中灌溉沼液处理N₂O排放偏高, 当然影响土壤N₂O排放水平的因素还应考虑土壤pH、生物因素、土壤水分等。

本研究主要考察沼液灌溉对CO₂与N₂O排放的影响, 由于CO₂与N₂O的排放是土壤微生物、土壤养分、酶活性等众多因素共同影响的结果, 今后还需监测土壤中微生物活动、土壤酶活性等多因素对两者排放的影响及相关性。另外, 本试验的采样频率并未覆盖整个轮作期, 而是在主要生育期采样, 这势必会造成监测结果的误差, 今后研究应增加采样频率; 本试验静态箱体积偏小, 也会对试验结果造成影响, 今后研究应增加静态箱体积。

在本试验条件下, 土壤CO₂、N₂O排放通量与土壤理化因子之间存在着一定的相关性 (表 3)。

土壤CO₂排放通量与土壤DOC显著正相关 (P < 0.05), 表明土壤DOC与土壤CO₂排放通量有着密切联系, 是由于土壤有机碳决定着土壤碳库的大小, 从而影响CO₂的排放。土壤CO₂排放通量与大气温度极显著正相关 (P < 0.01), 说明大气温度对土壤CO₂排放影响极大, 是由于温度影响着土壤微生物活动与土壤酶的活性。研究表明, 在一定范围内, 土壤温度升高可加速土壤中有机质的分解和微生物活性, 从而增加土壤中CO₂浓度^[25]。土壤N₂O排放通量与土壤DOC显著正相关 (P < 0.05), 说明土壤DOC与土壤N₂O排放通量也存在着密切关系。土壤N₂O排放通量与土壤NO₃^--N含量极显著正相关性 (P < 0.01), 整个轮作期内, N₂O排放通量与土壤NO₃^--N含量表现出高度的一致性。可见, 土壤DOC与土壤NO₃^--N同时影响着N₂O的排放。这可能是由于土壤有机碳激活了土壤微生物的呼吸作用, 加快了土壤中氧的消耗, 从而加速了土壤厌氧环境的形成, 间接增强了土壤反硝化作用。另外, 有机碳矿化率直接影响着土壤反硝化作用强度; 土壤NO₃^--N作为反硝化细菌进行反硝化作用的底物, 直接影响着土壤反硝化强度; 土壤DOC与土壤NO₃^--N也影响着土壤的C/N值, 土壤的C/N比可以直接影响土壤微生物的活性, 从而影响到土壤的硝化与反硝化过程, 最后影响土壤N₂O排放^[26-27]。本研究还发现, 施化肥处理 (CF) 会降低土壤DOC的含量, 其他研究^[28-29]也得到了相同的结论。这可能是由于化肥能降低木质素酶活性^[30], 抑制土壤有机碳的矿化, 从而使土壤中DOC含量降低。

(1) 沼液灌溉没有使轮作周期内土壤CO₂和N₂O排放通量的季节性变化规律发生改变, 但会造成灌溉后短期内排放通量的增加。

(2) 沼液灌溉处理在一定程度上提高了CO₂的排放水平, 但除T3处理外, 差异性均未达到显著水平; 沼液灌溉处理没有明显提高N₂O排放水平。

(3) 灌溉沼液提高了土壤DOC含量, 且随着灌溉次数与浓度的增加, 土壤DOC含量也增加, 施化肥反而会降低土壤DOC含量。

(4) 本试验条件下, 土壤CO₂排放通量与土壤DOC含量和大气温度显著正相关; 土壤N₂O排放通量与土壤DOC和NO₃^--N含量显著正相关。

(5) 综合考虑轮作季作物产量和CO₂、N₂O累积排放量及土壤理化因子, 灌溉三次 (小麦季灌溉两次+玉米季灌溉一次)2:1沼液的处理 (T2) 为本试验条件下的最合理灌溉模式。