黑土是我国旱地有机碳含量最高的土壤类型，但目前正不断衰减。有机肥施用是实现农田土壤固碳培肥和维持生产力的重要手段，却诱发温室气体N2O大量排放，从而抵消其固碳缓解气候变化的效应。与我国其他粮食主产区不同，黑土N2O排放量仍在增加，这一趋势可能随有机培肥措施的实行进一步加剧。阐明有机肥对黑土N2O排放的影响对于实现土壤培肥和应对气候变化具有指导意义。
施用有机肥显著改变土壤有效碳氮含量，进而直接影响土壤N2O的产生过程，并通过影响土壤通气性，特别是改变有机物分解微域的氧气有效性间接调控N2O产生。然而现有研究结果表明，相比化肥促进N2O排放，施用有机肥对N2O排放的影响尚不明确，可能促进、抑制或是没有显著影响。造成上述矛盾结果的重要原因是不同种类有机肥的性质存在较大差异，而碳组分特征和内在物质构成是决定土壤N2O排放对不同有机物响应的根本因素。
本研究利用典型黑土区耕层土壤样品建立室内培养试验，设置在两个氮水平下（N0和N100），不加有机肥（CK）和6个添加不同原料制成的有机肥（猪粪PGM、鸡粪CKM、牛粪与稻壳CMH、芦蒿秸秆与中药渣HRS、菇渣SMC、糠醛渣及米渣CFR），共14个处理。分析有机肥性质及结构特征，动态测定周年尺度N2O排放通量，计算N2O排放通量对有机肥添加的响应比值。
结果表明，施用有机肥总体上促进黑土N2O排放，特别是在加氮情况下（图1、图2、图3）。然而，施用不同种类有机肥土壤N2O排放对氮添加的响应不同，这主要是由于有机肥碳氮化学计量比尤其是活性碳含量的差异（图4）。在碳供应充足的土壤中，氮素添加缓解了异养微生物同化作用和硝化作用对氮的竞争，因此促进N2O排放。在不同培养时期，不同种类有机肥对N2O排放的影响存在显著差异，起主导作用的有机组分存在明显分异（图5、图6）。培养前期有机肥对N2O排放的快速刺激作用主要与其带入的无机氮含量正相关，但是活性有机碳与木质素酚“共代谢”分解可能通过促进微生物对氮素的同化作用进而削减有机肥对N2O排放的促进作用。在中后期，纤维素和半纤维素成为有机肥调控N2O排放的关键组分。氮添加有利于后期惰性木质素单体分解，促进含氮有机组分矿化，进而增强N2O排放对有机肥的正响应。
综上，有机肥中有机碳的组分特征是驱动N2O排放响应的重要因素。施用低氮、高木质素酚的有机肥能够在一定程度上缓解N2O排放带来的气候负效应，更好实现黑土地固碳减排的目标。
图1 不加氮和加氮处理下添加不同有机肥土壤N2O排放通量的动态变化
图2 不加氮和加氮处理下添加不同有机肥土壤N2O累积排放量
图3 不同培养阶段不加氮和加氮处理下土壤N2O累积排放对有机肥添加的响应比值
图4 不同有机肥处理下土壤N2O排放对氮添加响应与有机肥C/N(A)（HRS处理不计入计算）、TC(B)、LOC(C)的关系
图5 影响全培养期间N2O累积排放量对有机肥添加响应的重要因素（黑色表示该因子作用显著）
