二、材料和方法

坦普爾頓粉砂壤土 (Udic Ustochrept) 是從具有多年生牧場(chǎng)管理歷史的田地中收集的，在牧場(chǎng)改造的耕作過(guò)程中從頂層（0e10 厘米深）開(kāi)始，坎特伯雷林肯市 (43?38.720S;172?26.753) E 緯度/經(jīng)度）。 坎特伯雷地區(qū)屬溫帶地區(qū)，年平均降水量為 600 到 700 毫米，日平均氣溫范圍為 1 到 10 ? C 在最冷的月份和 12e22 ? C 最溫暖（Cappelen 和 Jensen，2001 年）。 Templeton 土壤和類似的 inceptisol 代表 app。 坎特伯雷平原的 25% (Molloy, 1988)。 溫帶地區(qū)的 Inceptisol 是氮肥投入高的土壤（Potter 等，2010），作物類型通常由大麥和小麥等谷物組成（Leff 等，2004）。

將取樣的土壤風(fēng)干、過(guò)篩（<2 毫米）并保持干燥和低溫（4 攝氏度）。 測(cè)定土壤 pH 值（10 克風(fēng)干土壤：25 毫升水）。 一半的土壤用 2.08 g Ca(OH)2 kg 1 干土壤（生石灰）以粉末形式處理，以將 pH 值提高一個(gè)單位。 石灰處理和由此產(chǎn)生的 pH 值增加與之前的實(shí)驗(yàn)一致（Clough 等，2003）。 測(cè)定未處理和石灰土壤的無(wú)機(jī)氮和溶解有機(jī)碳 (DOC)。 無(wú)機(jī) N 在 2 M KCl 萃取中測(cè)定（4 g 土壤：70 mL KCl，在倒置式振蕩器上搖動(dòng) 60 分鐘并通過(guò) Whatman 42 濾紙過(guò)濾。使用 Alpkem FS3000 雙通道流動(dòng)注射分析過(guò)濾的樣品分析器 (FIA) 和 Alpkem Winflow 4.03 軟件）。 通過(guò)去離子水萃?。?:10 土壤:水比）分析 DOC，在顛倒的振動(dòng)器上搖動(dòng) 30 分鐘，然后以 3500 轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心 20 分鐘，并通過(guò) Whatman 42 濾紙過(guò)濾裝入 30 mL 樣品瓶中（Ghani 等人，2003 年）。 DOC 是基于總有機(jī)碳 (TOC) 和無(wú)機(jī)碳 (IC) 之間的差異確定的，該分析使用配備島津 ASI-5000A 自動(dòng)進(jìn)樣器的島津總有機(jī)碳分析儀 (TOC-5000A)。

2.1. 核心準(zhǔn)備

土壤被裝入不銹鋼金屬芯 (D ? 7.4 cm) 用于微傳感器測(cè)量或 PVC 塑料芯 (D ? 7.5 cm) 用于 KCl 提?。ㄒ?jiàn)下文）。 土壤核心基部用 1 毫米尼龍網(wǎng)覆蓋并填充至 3.5 厘米深度。 土壤被分層填充以確保整個(gè)剖面的體積密度均勻，為 1 g cm 3。 進(jìn)行了四種處理：對(duì)照（未添加土壤，TC），石灰土（土壤加石灰，TL），加氮土壤（土壤加硝酸鹽-15N，TN）和加氮和石灰土壤（土壤加硝酸鹽） -15N 和石灰，TLN）。 對(duì)于處理 TN 和 TLN，在填充土壤核心之前，將已知體積的富含 15N（50 原子%）的 KNO3 溶液（0.0154 M）噴灑到指定質(zhì)量的干燥土壤上，提供 100 mg NO3eN g 1 土壤。 由于 NO3 均勻分布在耕作土壤的表面，因此 15NeNO3 被施用于填充土壤核心的整個(gè)土壤深度。 在淹水前立即用 KNO3 填充和調(diào)整土壤核心。 然后在開(kāi)始微傳感器測(cè)量之前立即從下方淹沒(méi)土壤核心，通過(guò)將它們放置在充滿水的盒子中來(lái)模擬高地下水位的上升。 這種土壤淹水方法也最大限度地減少了潤(rùn)濕過(guò)程中的土壤排水。 總共制作了 108 個(gè)核心，其中 12 個(gè)用于微傳感器測(cè)量，96 個(gè)用于 KCl 提取。 對(duì)于每個(gè)處理，在 8 個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上重復(fù)進(jìn)行三次 KCl 提取。 KCl 提取的時(shí)間分布在整個(gè) N2O 生產(chǎn)脈沖中（參見(jiàn)支持信息 (SI)（圖 S1））。 由于微傳感器的測(cè)量限制，通過(guò)在任何給定時(shí)間連續(xù)測(cè)量一種處理的一個(gè)土壤核心來(lái)及時(shí)進(jìn)行復(fù)制。 對(duì)于每個(gè)處理，在 t1、t2 和 t3 測(cè)量總共 3 個(gè)重復(fù)。 在實(shí)踐中，每個(gè)處理（在 t1 和 t2）的兩個(gè)重復(fù)被測(cè)量。 所有四種處理的所有 t1 和 t2 測(cè)量均在 50 天內(nèi)完成。 隨后在此時(shí)間段之后測(cè)量所有 t3 測(cè)量值（有關(guān)所有處理的 t1、t2 和 t3 時(shí)間的確切規(guī)格，請(qǐng)參見(jiàn) SI 圖 S2）。 在測(cè)量下一個(gè)土壤核心之前，跟蹤每個(gè)土壤核心直到不再釋放出 N2O（直到 7 天），因此一次只有一個(gè)用于微傳感器測(cè)量的土壤核心被淹沒(méi)。 土壤保持篩分，但在 4 ? C 且未經(jīng) 15N 修正，在微傳感器測(cè)量開(kāi)始之前執(zhí)行這些程序。

2.2. 微傳感器

使用標(biāo)準(zhǔn) N2O 微傳感器（N2O-100，Unisense，Science Park，DK-8000 Aarhus，Denmark）、氧化還原微傳感器（RD-100，Unisense）和氧化還原參比電極（REF-RM，Unisense）測(cè)量 N2O 濃度以及來(lái)自土壤：水界面的氧化還原電位，以 500 mm 的步長(zhǎng)向下穿過(guò)土壤剖面（每個(gè)剖面 71 個(gè)點(diǎn)），運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)顯微操縱器控制。 為確保土壤上方的水相完全混合，在水面上產(chǎn)生環(huán)境空氣流，以避免 N2O 在覆蓋土壤核心的水中積累。 為確保土壤水分始終保持在恒定水平，每天加水?dāng)?shù)次以抵消任何蒸發(fā)，保持土壤表面上方 1 厘米的水深。 N2O 微傳感器的輸出電流使用微傳感器萬(wàn)用表測(cè)量，而氧化還原信號(hào)使用 pH/mV-METER 測(cè)量。 N2O 微傳感器使用飽和 N2O 溶液進(jìn)行五點(diǎn)校準(zhǔn)，使標(biāo)準(zhǔn)溶液每步增加 100 mM。 分析后的重復(fù)校準(zhǔn)顯示儀器漂移微不足道。 每個(gè)土壤核心剖面每?jī)尚r(shí)測(cè)量一次，持續(xù) 7 天，或者直到所有深度的 N2O 濃度低于檢測(cè)極限 (<0.1 mM)。 微傳感器測(cè)量期間的室溫在 21e23 ? C. 基于微傳感器測(cè)量，使用克里金插值法（Surfer 版本 9.785，Golden Software Inc.，Colorado，USA）構(gòu)建地下 N2O 濃度和氧化還原電位的等高線圖。

2.2.1. 通量測(cè)定

根據(jù) Elberling 和 Damgaard（2001 年）的說(shuō)法，觀測(cè)到的來(lái)自淹沒(méi)土壤核心的 N2O 通量被確定為穿過(guò)擴(kuò)散邊界層 (DBL) 的擴(kuò)散氣體交換。 DBL 是土壤：水界面（通常 < 2 mm）上的一層水薄膜，其中唯一的傳輸形式是分子擴(kuò)散（Gundersen 和 J?rgensen，1990）。 DBL 上的線性濃度梯度用于使用 Fick 定律（Clough 等人，2005 年）確定穿過(guò) DBL 的 N2O 通量。 N2O 在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 20 ? C 被認(rèn)為是 2.2295 ? 10 5 cm2 s 1 (Ramsing and Gundersen, 2009)。 通量的驗(yàn)證基于黑暗的封閉室（INNOVA 1313，LumaSense，Inc.，Ballerup，Denmark），其中觀察到的通量與微傳感器測(cè)量后立即進(jìn)行的室測(cè)量進(jìn)行比較（參見(jiàn) SI 圖 S3）。

2.2.2. N2O 生產(chǎn)和消費(fèi)建模

假設(shè) N2O 濃度分布代表偽穩(wěn)態(tài)，則使用 SensorTrace PRO 3.0 程序（Unisense A/S，Science Park，DK-8000 Aarhus，Denmark）對(duì)特定深度的 N2O 生產(chǎn)和消耗區(qū)進(jìn)行建模。 該程序基于 Berg 等人的模型 PROFIL。 (1998)。 這里通過(guò)土壤的有效氣體擴(kuò)散系數(shù)被描述為充滿水的孔隙空間、土壤孔隙度和相關(guān)的氣體通過(guò)空氣擴(kuò)散系數(shù)的函數(shù)（Berg 等，1998）。

2.3. 氯化鉀萃取

根據(jù)使用微傳感器測(cè)量的土壤核心中最大 N2O 濃度的初步結(jié)果，為隨時(shí)間分布的每個(gè)處理選擇了 8 個(gè) KCl 提取時(shí)間步長(zhǎng)：在零時(shí)間進(jìn)行一次提取（隨后用作參考對(duì)于初始條件），在時(shí)間零和最大 N2O 濃度之間進(jìn)行了三個(gè)進(jìn)一步提取，然后在最大 N2O 濃度之后進(jìn)行了兩次進(jìn)一步提取，并在 N2O 不再可測(cè)量時(shí)進(jìn)行了最終提?。ㄓ嘘P(guān)詳細(xì)信息，參見(jiàn) SI 圖 S1)。

在 KCl 提取之前，將被淹沒(méi)的巖心移除以排出應(yīng)用程序。 10 分鐘。 取自巖心頂部 (0e 1.2 cm) 的 10 g 土壤子樣品在 107 mL 玻璃瓶中與 60 mL 2 M KCl 混合，該玻璃瓶蓋有內(nèi)襯橡膠隔膜的鋁制螺旋蓋，頂部空間為43 mL 并劇烈搖晃（30 秒）。 然后使用裝有旋塞的氣密注射器從頂部空間收集氣體樣品 (8 mL)，以防止樣品壓力不足，并儲(chǔ)存在預(yù)先抽真空的 6 mL Exetainer? . 對(duì)于所有 15NeNO3 處理過(guò)的樣品，以類似的方式額外收集 16 mL 氣體樣品，并將其置于預(yù)先抽真空的 12 mL Exetainer? . 然后將土壤/KCl 溶液在顛倒的振蕩器上振蕩 1 小時(shí)，靜置 5 分鐘，然后通過(guò) Whatman 42 濾紙過(guò)濾到 30 毫升的樣品瓶中并冷凍（20 攝氏度）直至分析。 對(duì)來(lái)自土壤核心中部 (1.2e 2.3 cm) 和底部 (2.3e3.5 cm) 的土壤樣品重復(fù) KCl 提取。 將每個(gè)深度的剩余土壤稱重并干燥以確定重量含水量。

使用與 Gilson 222XL 自動(dòng)進(jìn)樣器相連的 SRI 8610C 氣相色譜儀（SRI，美國(guó)加利福尼亞州）分析 6 mL Exetainer 中的氣體樣品中的甲烷 (CH4) 和 N2O。 CH4 使用火焰離子化檢測(cè)器 (FID) 測(cè)定，而 N2O 使用電子捕獲檢測(cè)器 (ECD) 測(cè)定，該檢測(cè)器使用涵蓋樣品濃度范圍的認(rèn)證氣體標(biāo)準(zhǔn)（BOC 氣體）校準(zhǔn)（Mosier 和 Mack，1980 年）。 使用連續(xù)流同位素比質(zhì)譜儀 (IRMS) 在 Sercon 20-20 IRMS 上分析 12 mL Exetainer 中的氣體樣品中的 15NeN2O 和 15NeN2，并根據(jù) Mulvaney 和 Boast (1986) 和 Stevens 等人的方程進(jìn)行 15N 計(jì)算阿爾。 (1993)。 在計(jì)算土壤中夾帶的 15N 標(biāo)記氣體的釋放量時(shí)，使用適當(dāng)?shù)谋旧禂?shù)（Moraghan 和 Buresh，1977 年）進(jìn)行修正以允許頂部空間氣體溶解在 KCl 溶液中。 派生的 15N 數(shù)據(jù)允許在進(jìn)行 KCl 萃取時(shí)觀察到原始 15NO3 在無(wú)機(jī) N 和氣態(tài) N 物質(zhì)中的轉(zhuǎn)化和重新分布。

土壤 KCl 提取物在室溫下解凍，并使用 Alpkem FS3000 雙通道流動(dòng)注射分析儀 (FIA) 和 Alpkem Winflow 4.03 軟件分析 NH4-N 和 NO3eN 濃度。 遵循布魯克斯等人的方法。 (1989) KCl 提取物的子樣品被擴(kuò)散和分析，以確定它們的 NH4te15N 和 NO3e15N 富集。

2.4. 統(tǒng)計(jì)分析

使用 SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件包 (v. 19.0) 對(duì) Pearson 積/矩相關(guān)性、Ftest 和單因素方差分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性水平至少為 95% (*P < 0.05)。 對(duì)于 KCl 提取，分析了三個(gè)重復(fù) (n = 3)，而對(duì)于微傳感器 N2O 測(cè)定，分析了兩個(gè)重復(fù) (n = 2)，t1 和 t2。

淹沒(méi)所導(dǎo)致的一氧化二氮排放的爆發(fā)是受農(nóng)業(yè)土壤的pH和硝酸鹽的控制——摘要、簡(jiǎn)介

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