耕作方式與氮肥減施對黃褐土麥田土壤酶活性及溫室氣體排放的影響

張志勇，于旭昊，熊淑萍，馬新明*，王小純，劉 洋，閆廣軒，李永革

CO2、CH4和N2O是3種主要的溫室氣體（Greenhouse gas，GHG），大氣中這3種氣體濃度的日益增加是全球氣候變暖的重要原因之一[1]。農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放量占全球人為活動產(chǎn)生溫室氣體排放總量的10%～12%[2]，而我國的農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放量更是超過了全國溫室氣體排放總量的15%[3]。農(nóng)田土壤作為農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放的主要來源，對全球溫室效應(yīng)的影響不容忽視[4]。自2010年，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）提出氣候智慧型農(nóng)業(yè)（Climate-smart agriculture，CSA）的概念以來，以可持續(xù)地增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和收入、適應(yīng)氣候變化和盡可能減少或消除GHG排放為3個(gè)主要目標(biāo)的氣候智慧型農(nóng)業(yè)正成為全球應(yīng)對氣候變化的農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式[5]。因此，減少農(nóng)田土壤CO2、CH4和N2O的排放對減少農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放、緩解溫室效應(yīng)及發(fā)展氣候智慧型農(nóng)業(yè)有著重要意義。

研究表明，秸稈還田、施肥、耕作等農(nóng)業(yè)管理措施均影響農(nóng)田溫室氣體排放，并通過改變土壤溫濕度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)、土壤酶活性等理化性質(zhì)來改變農(nóng)田土壤溫室氣體的排放[6-7]。秸稈還田和免耕等保護(hù)性耕作措施，減少了對土壤的擾動，增加了土壤表面覆蓋，提高了土壤有機(jī)質(zhì)和碳含量，從而影響溫室氣體的排放[8]。一般認(rèn)為，秸稈還田可提高土壤CO2排放速率，增加CO2排放量[9-10]，但也有研究顯示秸稈還田能夠減少CO2排放[11]。多數(shù)研究表明，秸稈還田可明顯降低N2O排放，但也有部分研究得出了相反的結(jié)論[12-14]。此外，通過耕作方式改變土壤結(jié)構(gòu)、團(tuán)粒大小和通氣狀況等對農(nóng)田溫室氣體排放也有重要影響，一般認(rèn)為免耕減少CO2和N2O排放，但Badagliacca等[15]認(rèn)為免耕相比于翻耕能促進(jìn)N2O排放。農(nóng)田土壤溫室氣體的一個(gè)重要來源是化肥的施用，大量研究表明溫室氣體（特別是N2O）的排放隨著施肥量的增加而增加，且土壤酶系統(tǒng)的生物化學(xué)過程（如植物殘?bào)w的降解、土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化、土壤N的氧化還原反應(yīng)等）均與溫室氣體的產(chǎn)生過程密切相關(guān)，氮肥減施能夠有效降低溫室氣體排放[16-19]，因此實(shí)現(xiàn)農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展和固碳減排，需綜合考慮農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝[20]。

綜上所述，前人研究多集中于秸稈還田、免耕、施肥等單因素的影響，但是目前在貢獻(xiàn)了全國糧食總產(chǎn)量三分之一的黃淮海小麥玉米輪作區(qū)[21]，秸稈粉碎還田技術(shù)普遍應(yīng)用和氮肥減量施用的背景下，研究不同耕作方式及氮肥減施對土壤酶活性及溫室氣體排放的影響鮮有報(bào)道。因此，本文通過分析兩年不同處理下土壤脲酶、蔗糖酶的活性，溫室氣體排放通量及其與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系，以期發(fā)現(xiàn)適合固碳減排的合理耕作方式與氮肥減施措施，為黃淮海地區(qū)氣候智慧型農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年至2017年在河南葉縣龍泉鄉(xiāng)牛杜莊村（33°31'N，113°22'E）進(jìn)行。該地位于河南省西南部，溫帶大陸季風(fēng)氣候。土壤為黃褐土，土質(zhì)為壤質(zhì)黏土，0～10、10～20 cm和20～40 cm土層容重分別為 1.08、1.22 g·cm-3和 1.32 g·cm-3，0～20 cm 和 20～40 cm耕層土壤中有機(jī)質(zhì)含量分別為8.34 g·kg-1和5.88 g·kg-1，全氮含量分別為0.96 g·kg-1和0.73 g·kg-1，0～20 cm土層中速效磷和速效鉀含量分別為26.45 mg·kg-1和168.03 mg·kg-1。試驗(yàn)用地為農(nóng)戶連續(xù)10年的冬小麥-夏玉米輪作種植體系，其間秸稈全量粉碎還田。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為耕作方式和施氮量雙因素裂區(qū)試驗(yàn)，設(shè)耕作方式為主區(qū)：包括翻耕（PT），深度25 cm；旋耕（RT），深度15 cm；免耕（NT），僅免耕播種機(jī)播種時(shí)耬腿處土壤有少量擾動，深度5 cm。副區(qū)設(shè)減氮（LN，120 kg N·hm-2）、常規(guī)施氮（CN，225 kg N·hm-2）兩個(gè)施氮水平。小區(qū)面積15 m×50 m，設(shè)置3次重復(fù)。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量均為150 kg·hm-2，作為基肥在耕作前一次性施入，拔節(jié)期追施尿素并灌水，氮肥的基追肥比為5∶5。供試小麥品種為周麥27，兩年播期均為10月 13日，播量皆為180 kg·hm-2，25 cm/10 cm寬窄行播種。其他管理措施同高產(chǎn)田。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤酶活性

分別于2016年和2017年小麥生長季的返青期（Re）、拔節(jié)期（Jo）、開花期（Fl）、灌漿期（Fi）、成熟期（Ma），采用三點(diǎn)取樣法用土鉆取0～20 cm和20～40 cm土層土樣，風(fēng)干后過100目篩備用。土壤脲酶用改良靛酚藍(lán)比色法[22]測定，活性用mg NH3-N·g-1·d-1表示；土壤蔗糖酶用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，活性用mg glucose·g-1·d-1表示。

1.3.2 溫室氣體排放通量的測定

溫室氣體的采集與測定采用靜態(tài)箱-氣相色譜法[23]。采樣箱為暗箱，由箱體和底座兩部分組成，箱體規(guī)格為50 cm×50 cm×100 cm，底座為50 cm×50 cm×20 cm。每個(gè)小區(qū)固定3個(gè)底座，每個(gè)底座內(nèi)均包含窄行兩邊兩行小麥，底座上端有寬2 cm、深2 cm的水封槽，采樣時(shí)槽中注水防止箱體和底座的接觸處漏氣。箱體框架為不銹鋼角鐵，四周和頂部材料由外及內(nèi)分別為鋁塑板、白色泡沫和錫箔。采樣箱內(nèi)有小風(fēng)扇和溫度傳感器，同步測量采樣時(shí)的箱內(nèi)溫度和地下5 cm土壤溫度，箱子頂部安裝有自動記錄溫度和采氣的自動模塊。采樣時(shí)間均在上午8：00—11：00之間，每次罩箱時(shí)間為24 min。從采樣箱密封放置到底座上，開始采集第一個(gè)氣體樣品，之后每6 min采樣一次，共采集5個(gè)氣體樣品。采集的氣體樣品置于0.5 L的鋁塑復(fù)合氣袋中。采樣頻率為每10 d采樣1次；小麥?zhǔn)┗屎?，加?qiáng)監(jiān)測頻率，連續(xù)監(jiān)測7 d；小麥追肥后，加強(qiáng)觀測頻率，連續(xù)監(jiān)測7 d；氣體樣品均在采樣結(jié)束3 d內(nèi)測定完畢。利用氣相色譜儀（Agilent 6820、Agilent 6890，Agilent，USA）對 CO2、CH4、N2O 含量進(jìn)行檢測：氫火焰離子化檢測器（FID）測定CO2、CH4含量，CH4直接通過FID檢測，CO2先通過鎳觸媒還原成CH4后再通過FID檢測；電子捕獲檢測器（ECD）測定N2O含量。

農(nóng)田中3種主要溫室氣體（CO2、CH4、N2O）排放通量計(jì)算公式如下[24]：

式中：F為溫室氣體（CO2、CH4、N2O）排放通量，mg·m-2·h-1；t為氣樣采集過程中的平均溫度體濃度隨時(shí)間的初始變化率，mL·m-2·h-1；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，101.3 kPa；P為箱內(nèi)氣壓，該試驗(yàn)地海拔低，氣壓影響可以忽略不計(jì)；ρ為溫室氣體在標(biāo)況下的密度，CO2為 1.964 kg·m-3、CH4為 0.714 kg·m-3、N2O 為1.964 kg·m-3；H為采集箱高度，m。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)過Excel 2013整理后，用SPSS 24.0軟件One-way ANOVA進(jìn)行方差分析，Pearson相關(guān)性分析，數(shù)據(jù)圖表的繪制用Office 2013和GraphPad Prism 6.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式和減氮處理對土壤酶活性的影響

2.1.1 對土壤脲酶活性的影響

冬小麥返青期至成熟期間，脲酶活性呈現(xiàn)出先升高再降低，再升高再降低的趨勢（圖1）。脲酶活性隨季節(jié)而變化，在拔節(jié)期和灌漿期出現(xiàn)峰值。其中，拔節(jié)期土壤脲酶活性最高，開花期最低。2015—2016季，0～20 cm和20～40 cm土層脲酶活性最大值均出現(xiàn)在拔節(jié)期的RT+CN處理，分別為1.774 mg NH3-N·g-1·d-1和1.046 mg NH3-N·g-1·d-1。2016—2017季，0～20 cm和20～40 cm土層脲酶活性最大值分別出現(xiàn)在拔節(jié)期的RT+CN處理和灌漿期的PT+CN處理，分別為1.645 mg NH3-N·g-1·d-1和0.883 mg NH3-N·g-1·d-1。在拔節(jié)期及之前，3種耕作方式兩兩之間的脲酶活性存在極顯著差異，拔節(jié)期之后差異顯著降低。在小麥成熟期，LN與CN處理的脲酶活性達(dá)顯著差異。綜合連續(xù)兩年數(shù)據(jù)，與PT+CN相比，NT+LN、RT+LN、PT+LN、NT+CN的脲酶活性分別平均降低了27.38%、8.12%、14.73%、13.41%，RT+CN平均增加了7.96%。

圖1 小麥季各生育期不同土層不同處理的土壤脲酶活性Figure 1 Soil urease activity in different soil layers at different growth stages

2.1.2 對土壤蔗糖酶活性的影響

冬小麥返青期至成熟期間，蔗糖酶活性總體呈現(xiàn)出先升高再降低，之后緩慢升高的趨勢（圖2），在小麥拔節(jié)期最高，開花期最低。在不同土層中，CN和LN處理間，蔗糖酶活性普遍達(dá)到差異顯著水平或極顯著水平，且0～20 cm土層大于20～40 cm。2015—2016季和2016—2017季，0～20 cm土層中3種耕作方式的蔗糖酶活性各時(shí)期均表現(xiàn)為NT＞RT＞PT，而在20～40 cm土層中，不同耕作方式間的蔗糖酶活性呈現(xiàn)出NT＜RT＜PT。綜合兩年數(shù)據(jù)，與PT+CN相比，NT+LN、RT+LN、PT+LN的整體蔗糖酶活性分別平均降低了10.96%、9.9%、10.01%，NT+CN、RT+CN蔗糖酶活性分別增加2.04%、1.65%。

2.2 耕作方式和減氮處理對溫室氣體排放通量的影響

2.2.1 對CH4氣體排放通量的影響

由圖3可知，不同處理下，小麥田CH4排放通量均為負(fù)值，表明麥田對CH4氣體主要為吸收。小麥返青期到成熟期，CH4氣體的排放通量隨小麥生育期的進(jìn)行，呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的趨勢。在拔節(jié)期，CH4排放通量有最小值，且CN和LN處理間差異均達(dá)到顯著水平。不同耕作方式之間的排放通量呈現(xiàn)出NT＞RT＞PT。兩個(gè)氮肥用量之間表現(xiàn)為LN＞CN，在拔節(jié)期差異最為顯著。

2.2.2 對CO2氣體排放通量的影響

由圖4可知，麥田對CO2氣體主要表現(xiàn)為排放，排放通量趨勢為先升高，后降低。在小麥返青期至成熟期間，CO2排放通量在拔節(jié)期出現(xiàn)排放高峰，且不同氮處理間差異均達(dá)到顯著或極顯著水平。耕作方式之間呈現(xiàn)出NT＜RT＜PT。LN與CN處理下的CO2排放通量，整體呈現(xiàn)出LN＜CN。在拔節(jié)期，NT、RT和PT下的LN與CN處理CO2排放通量差異顯著，第一年分別降低5.87%、8.82%和15.70%，第二年分別降低4.14%、5.97%和10.15%。

圖2 小麥季各生育期不同土層不同處理的土壤蔗糖酶活性Figure 2 Soil sucrase activity in different soil layers at different growth stages

圖3 氮肥減施和耕作方式對CH4排放通量的影響Figure 3 Effect of nitrogen fertilizer reduction and tillage methods on CH 4 emission flux

2.2.3 對N2O氣體排放通量的影響

由圖5可以看出，N2O排放通量趨勢也表現(xiàn)為先升高后下降，最后趨于平穩(wěn)的趨勢，且在拔節(jié)期時(shí)排放速率最快。與傳統(tǒng)的PT處理相比，第一年NT和RT能明顯降低麥田N2O排放通量13.53%和1.60%，第二年分別降低15.69%和4.82%。LN與CN處理在拔節(jié)期差異最顯著，第一年，NT、RT、PT 3種耕作方式下，LN處理下N2O排放速率依次降低27.83%、22.25%、16.70%，第二年分別降低了13.25%、26.73%和18.79%。

圖5 氮肥減施和耕作方式對N2O排放通量的影響Figure 5 Effect of nitrogen fertilizer reduction and tillage methods on N2Oemission flux

2.3 土壤酶活性與氣體排放通量的相關(guān)性分析

兩年小麥季內(nèi)土壤脲酶活性和蔗糖酶活性與氣體排放通量間的相關(guān)關(guān)系如圖6和圖7所示。其中，0～20 cm土層脲酶活性變化范圍為0.33～1.77 mg NH3-N·g-1·d-1，蔗糖酶活性變化范圍為39.00～111.21 mg glucose·g-1·d-1。土壤脲酶活性與 RT+LN 和RT+CN處理中，CH4排放通量之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他處理的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平；雖然土壤-作物系統(tǒng)CO2排放通量隨脲酶活性增加表現(xiàn)出上升趨勢，但均未達(dá)到顯著水平；LN條件下，NT和RT處理中脲酶活性與N2O排放通量存在顯著相關(guān)關(guān)系，RT+CN處理下脲酶活性與N2O排放通量呈極顯著正相關(guān)，其他處理相關(guān)關(guān)系不顯著。各處理間土壤蔗糖酶活性與CH4排放通量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.694～-0.841；蔗糖酶活性與N2O排放通量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.671～0.818；雖然CO2排放通量隨蔗糖酶活性增加整體呈上升趨勢，但兩者之間相關(guān)性不顯著。

20～40 cm土層脲酶活性變化范圍為0.23～1.05 mg NH3-N·g-1·d-1，蔗糖酶活性變化范圍為 21.60～73.05 mg glucose·g-1·d-1。其中，除PT+CN處理土層脲酶活性與N2O排放通量之間相關(guān)系數(shù)為0.583，未達(dá)到顯著水平外，其他處理兩者之間的相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著水平；雖然整體上CH4排放通量隨脲酶活性降低而減小，CO2排放通量隨脲酶活性增強(qiáng)而變大，但均未達(dá)到顯著水平。土層蔗糖酶活性與CH4、CO2及N2O排放通量之間相關(guān)關(guān)系均不顯著。

3 討論

圖6 土壤脲酶與溫室氣體排放的關(guān)系Figure 6 Relationship between soil urease and greenhouse gas emissions

土壤酶主要來源于土壤微生物和植物根系的分泌物及動植物殘?bào)w分解釋放的酶。土壤脲酶可催化尿素水解生成氨和二氧化碳，而氨先通過亞硝化細(xì)菌的亞硝化作用生成NO-2，進(jìn)而NO2-被硝化細(xì)菌經(jīng)硝化作用生成NO-3供作物吸收利用，其活性在一定程度上反映了土壤的供氮能力，與土壤氮素循環(huán)息息相關(guān)[25]。土壤蔗糖酶催化土壤中蔗糖水解成的葡萄糖和果糖，是土壤微生物和植物根系發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)，蔗糖酶活性在一定程度上反映了土壤的營養(yǎng)狀況[25]。本研究中，脲酶和蔗糖酶活性隨小麥生育期推進(jìn)而變化，均在小麥拔節(jié)期活性最高，這種現(xiàn)象應(yīng)該與小麥拔節(jié)期前追施尿素有關(guān)。由于脲酶作用下的底物和產(chǎn)物均增多，一方面使得NO-3參與下的根系形態(tài)建成加快，另一方面根系分泌物增多，根際微生物活動旺盛，促進(jìn)了對相關(guān)土壤酶的分泌釋放，根系和微生物的連鎖效應(yīng)協(xié)同促進(jìn)了脲酶和蔗糖酶酶促反應(yīng)能力的提升，這與甄麗莎等[26]的研究結(jié)果一致。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)脲酶和蔗糖酶對土層的反應(yīng)敏感程度不同，0～20 cm土層脲酶活性變化在不同時(shí)期間差異較大，20～40 cm土層活性變化差異較小，而蔗糖酶在兩個(gè)土層的變化幅度均較小。這一方面可能是由尿素表施引起的0～20 cm土層中尿素含量變動導(dǎo)致，而蔗糖酶的酶促底物含量相對穩(wěn)定，另一方面由于上下耕層根系生物量和形態(tài)的差異，根際微生物群落的差異和活動對酶活性也有一定影響。此外，相關(guān)研究也證明了脲酶、蔗糖酶的活性隨土層加深而降低[27]，隨施氮量的增加而增強(qiáng)[28]，減少施氮量顯著降低脲酶活性[29]。拔節(jié)期前，3種耕作方式之間NT脲酶活性最小，PT脲酶活性最大，且存在極顯著差異，這是由于脲酶的酶促反應(yīng)為需氧反應(yīng)，翻耕的土壤孔隙度較大，通透性好導(dǎo)致土壤氧含量較高，而免耕的土壤反之，故翻耕土壤為脲酶提供了更好的酶促動力學(xué)條件，增強(qiáng)了土壤脲酶的活性。

圖7 土壤蔗糖酶活性與溫室氣體排放的關(guān)系Figure 7 Relationship between soil Sucrase and greenhouse gasemissions

土壤通氣狀況是CH4發(fā)揮源/匯作用的主要原因[19]。本研究中，不同處理間由于耕作方式的不同，形成了不同的土壤通透性，對CH4的排放通量呈現(xiàn)出NT＞RT＞PT，麥田土壤對CH4氣體表現(xiàn)為吸收，與田慎重等[30]的研究結(jié)果一致。因?yàn)樵诤档赝寥乐休^多的CH4氧化菌消耗和吸收了地表大氣中的CH4，使旱地土壤成為一個(gè)弱的CH4匯[31]。另外，本研究發(fā)現(xiàn)減少施氮量能夠顯著增加土壤對CH4吸收的主要原因可能是NH+4-N抑制了CH4氧化菌的活性，從而抑制了CH4的氧化[32]。拔節(jié)期追施尿素增加了土壤中NH+4-N的含量，灌水降低了土壤通透性，降低了土壤對CH4的吸收。開花期之后隨著小麥生長對土壤中NH+4-N的吸收和氣溫的升高，CH4的排放通量逐漸增大。

土壤CO2排放主要是由微生物活動和根系呼吸作用產(chǎn)生，受土壤養(yǎng)分狀況、環(huán)境溫度、農(nóng)田管理措施等多方面因素的影響[19]。耕作措施通過改變土壤團(tuán)粒大小、濕度、緊實(shí)度、通透性及養(yǎng)分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化等方式調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)的分解環(huán)境[33]，進(jìn)而影響溫室氣體的吸收和排放[34-35]。本研究中，不同耕作方式間的土壤CO2排放順序?yàn)镻T＞RT＞NT。一方面，相較于不同程度增加土壤通透性的RT和PT，NT減少土壤干擾的同時(shí)，增加了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，有利于難分解碳的形成，從而減少土壤CO2的排放；另一方面，NT處理的秸稈覆蓋在表層維持土壤溫度和濕度的穩(wěn)定，也減少了CO2排放[35-36]。LN與CN處理下的CO2排放通量整體呈現(xiàn)出CN＞LN，與李新華等[37]的研究結(jié)果一致，即減少施氮量能有效減少CO2的排放。

施肥、耕作及氣候等因素直接影響著土壤的硝化與反硝化過程[38]，而農(nóng)田N2O的排放主要來自土壤的反硝化過程，該過程主要受外源C、N供應(yīng)水平的制約[39]。本研究中，N2O的排放在拔節(jié)期追肥后出現(xiàn)峰值（圖5），這可能是因?yàn)樽贩蕿镹2O的釋放提供了足夠的氮素[40]。NT、RT、PT 3種耕作模式下LN與CN處理相比，N2O排放通量顯著降低，主要原因是氮肥的減施減少了反硝化作用的底物供應(yīng)，使反硝化過程中反硝化細(xì)菌所需的有效氮源不足，從而減少了N2O的排放[41]。PT和RT不同程度地改善了土壤通透性，加速了土壤中N2O的排放，NT對土壤擾動小被認(rèn)為是減少N2O排放的有效措施，但也有研究認(rèn)為免耕降低了土壤中氧氣的濃度，可能會增加反硝化引起的N2O的排放[42]。另外，與傳統(tǒng)的PT相比，第一年NT和RT能明顯降低13.53%和1.60%麥田N2O排放通量，第二年分別降低15.69%和4.82%，說明整體排放第二年較第一年降低更多，表明連續(xù)保護(hù)性耕作和秸稈還田對于NO2排放的降低具有較大潛力，這可能是由于秸稈的分解促進(jìn)了反硝化過程，從而減少N2O的排放[43]，但是需要多年的試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

溫室氣體的排放與土壤生態(tài)系統(tǒng)，特別是土壤酶系統(tǒng)的生物化學(xué)過程中的C/N物質(zhì)和能量循環(huán)關(guān)系密切。已有研究表明，添加脲酶抑制劑能有效減少溫室氣體的排放，脲酶活性與溫室氣體的排放密切相關(guān)[44]。本研究中，脲酶活性與N2O排放通量之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，不同土層和耕作措施的相關(guān)性均在0.6以上，表明脲酶作為作用于線型酰胺C—N鍵（非肽）的水解酶，通過酶促反應(yīng)將尿素水解成氨，增加了N2O的反應(yīng)底物；脲酶與CH4排放通量也為正相關(guān)，但是相關(guān)性不顯著。蔗糖酶在0～20 cm和20～40 cm的土層中與CO2和N2O的相關(guān)性不同，在0～20 cm土層環(huán)境中，蔗糖酶活性與CO2和N2O的排放通量為正相關(guān)，但是在20～40 cm土層中，相關(guān)性呈現(xiàn)先升高，后下降的趨勢，即溫室氣體排放通量活性隨酶活性的升高而下降。土壤蔗糖酶主要作用于呋喃果糖甘末端殘基的水解，是受土壤空氣影響的諸多酶的一種，與土壤的呼吸強(qiáng)度有關(guān)。故當(dāng)20～40 cm土層氧氣的消耗達(dá)到蔗糖酶的臨界閾值時(shí)，酶活性受到抑制，這可能是導(dǎo)致溫室氣體排放通量下降的原因。這與張俊麗等[45]的研究結(jié)果不盡一致，可能與不同土壤質(zhì)地、作物品種以及試驗(yàn)季節(jié)氣候等有關(guān)，有待進(jìn)一步論證。也需要進(jìn)一步從植物殘茬的腐爛降解、土壤微生物、土壤酶系統(tǒng)和大氣環(huán)境中C、N等元素循環(huán)及其互動機(jī)理出發(fā)，整合土壤微生物學(xué)、分子生物學(xué)和土壤學(xué)等多學(xué)科交叉進(jìn)行深入探討。

4 結(jié)論

（1）本研究中不同處理下，小麥田表現(xiàn)為CH4的匯和CO2與N2O的源。

（2）減少施氮量顯著降低了土壤脲酶和蔗糖酶的活性；旋耕與翻耕相比，淺層土壤的蔗糖酶和脲酶活性提升顯著。土壤酶活性隨著耕作方式對耕層微環(huán)境的改變影響溫室氣體排放通量。

（3）脲酶與CH4排放通量呈負(fù)相關(guān)，與CO2、N2O排放通量呈正相關(guān)；蔗糖酶與CH4排放呈負(fù)相關(guān)，與N2O排放呈正相關(guān)，但20～40 cm耕層相關(guān)性不顯著。

（4）在麥玉輪作秸稈還田、化肥減控的耕作措施下，旋耕加氮肥減施是保障小麥穩(wěn)產(chǎn)、維持土壤酶活性和降低農(nóng)田溫室氣體排放的有效措施。