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我国东北地区黑土土质肥沃，作物产量高，是重要的商品粮生产基地，但是近20年来对黑土监测表明，黑土有机碳含量呈下降趋势。施肥是作物生产过程中不可或缺的农艺措施，但是可能会影响土壤有机碳的平衡。为此，在2008和2009年，以黑龙江省农业科学院哈尔滨黑土农业生态实验站长期定位试验和新设田间试验为研究基地，采用静态箱法，原位测定了氮肥施用和有机无机肥长期施用对黑土呼吸和N2O排放的影响。氮肥施用试验设4个处理：①不种玉米不施氮肥(U0)、②不种玉米但施氮肥225 kg N hm-2(UN)、③种植玉米不施氮肥(P0)和④种植玉米施氮肥225 kg N hm-2(PN)。黑土长期定位试验地始于1978年，选择其中的6个长期施肥处理，分别是：①不施肥(CK)、②施PK肥(PK)、③施NP肥(NP)、④施NK肥(NK)、⑤施NPK肥(NPK)和⑥施有机肥(OM)，在上述部分小区加设了当季无N微区处理，即NK0、NP0和NPK0，形成共9个处理。
在2008年玉米生长季，U0、UN、P0和PN处理CO2累积排放量分别为1.29，1.04，2.30和2.27 Mg C hm-2，表明在225 kg-1 N hm-2的施氮水平上，氮肥降低了黑土土壤基础呼吸，但是并不影响种植玉米黑土的呼吸，因为氮肥抑制的土壤有机碳分解被增加的根际呼吸所补偿。土壤CO2排放通量与温度显著相关，但与水分含量无关，土壤呼吸的温度效应系数Q10，从不种玉米土壤的2.16-2.47增加到玉米种植土壤的3.16-3.44。氮肥施用降低了土壤有机碳分解的温度效应系数，但增加了玉米种植土壤呼吸的温度效应系数，主要是由于根际呼吸温度效应系数的提高。氮肥施用黑土的有机碳分解量为1.28 Mg Chm-2，可以有效地被根系残留物、分泌物和根茬所补偿。相反，如果不施氮肥，黑土分解的有机碳(1.53 Mg C hm-2)则无法实现平衡，从而导致土壤有机碳含量降低。氮肥抑制土壤有机碳分解可能与其活性有机碳含量较低有关。与海伦、沈阳、封丘的结果相比，土壤呼吸累积量在区域间主要受年均温度控制。
U0、UN、P0和PN处理N2O累积排放量分别为141，570，209和884 gNhm-2，不论种植玉米与否，氮肥施用均显著提高了黑土N2O排放，大约75％的N2O排放来源于氮肥，在裸地和玉米种植土壤中225 kg-1 N hm-2的施氮水平的氮肥诱导的N2O排放系数分别为0.19%和0.30%，低于IPCC的默认值1%。玉米种植显著提高了施氮黑土的N2O排放，但对不施氮土壤无显著影响，施肥和玉米种植之间存在交互作用。N2O排放通量与土壤温度和水分呈指数关系，Q10为1.73-2.24，温度和水分可解释62-76%的N2O排放季节变化，较低的Q10可能是低的土壤水分抑制了N2O排放对温度的响应。东北地区降水量少、土壤水分含量低可能是导致N2O排放低的原因。从全球增温潜势(GWP)来看，尽管氮肥施用提高了土壤N2O排放，但是由于施氮抑制了黑土有机碳分解，因此施氮处理的净GWP反而显著低于未施氮处理。
30多年长期施肥明显改变了土壤性质，长期施用无机氮肥的NK、NPK与NP处理土壤pH显著下降；与CK相比，除NP外其余处理土壤有机碳含量均有所增加，以OM处理为最。CK、NP、NK、PK、NPK和OM处理年土壤基础呼吸量分别为1.54、1.52、1.45、1.40和1.61 Mg C hm-2，当季不施氮的NP0、NK0和NPK0处理为1.93、1.86和1.71 Mg C hm-2。当季氮肥施用也显著降低了长期施肥土壤基础呼吸。与CK相比，在150 kg-1 N hm-2的施氮水平上，长期施用NPK显著降低了土壤基础呼吸，而其它处理差异不明显。除CK和PK处理外，玉米根茬还田输入有机碳量高于土壤基础呼吸消耗的土壤有机碳，因此长期不施氮肥会造成土壤有机碳亏缺。土壤温度是控制土壤呼吸速率的关键因素，可以解释超过80%的季节变异，温度效应系数Q10为1.8-2.8。土壤水分与土壤基础呼吸也存在着极显著的关系，但是只能解释40%左右的变异。
长期施肥提高了土壤N2O背景排放量，这种增加受土壤全氮和碱解氮含量控制而不是土壤有机碳含量，可能与不同土壤活性有机碳所占比例不同有关。不同NPK无机肥配比长期施用30年后，氮肥诱导的N2O排放量在不同处理之间差异不明显。NPKN、NPN和NKN处理氮肥诱导的N2O排放系数分别为0.36%、0.37%和0.41%，表明黑土排放N2O的能力较低。长期施氮的NK、NP和NPK处理(不包括无N微区)温室气体排放产生的GWP分别为5.9，6.2和5.7Mg CO2-eq hm-2，与CK并无显著差异，这主要是因为施氮导致的N2O排放增加与对土壤有机碳分解的抑制作用相抵消。获取单位产量前提下CK，PK，NK，NP和NPK的净GWP分别为0.89，0.76，0.64，0.65和0.57 Mg CO2-eq hm-2 kg-1，表明150 kg-1 N hm-2的施氮水平可以在不增加温室效应的前提下提高作物产量。