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管理歷史的田地中收集的，在牧場改造的耕作過程中從頂層（0e10 厘米深）開始，坎特伯雷林肯市 (43?38.720S;172?26.753) E 緯度/經度）。 坎特伯雷地區屬溫帶地區，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）。

將取樣的土壤風干、過篩（<2 毫米）并保持干燥和低溫（4 攝氏度）。 測定土壤 pH 值（10 克風干土壤：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 值提高一個單位。 石灰處理和由此產生的 pH 值增加與之前的實驗一致（Clough 等，2003）。 測定未處理和石灰土壤的無機氮和溶解有機碳 (DOC)。 無機 N 在 2 M KCl 萃取中測定（4 g 土壤：70 mL KCl，在倒置式振蕩器上搖動 60 分鐘并通過 Whatman 42 濾紙過濾。使用 Alpkem FS3000 雙通道流動注射分析過濾的樣品分析器 (FIA) 和 Alpkem Winflow 4.03 軟件）。 通過去離子水萃取（1:10 土壤:水比）分析 DOC，在顛倒的振動器上搖動 30 分鐘，然后以 3500 轉/分鐘的速度離心 20 分鐘，并通過 Whatman 42 濾紙過濾裝入 30 mL 樣品瓶中（Ghani 等人，2003 年）。 DOC 是基于總有機碳 (TOC) 和無機碳 (IC) 之間的差異確定的，該分析使用配備島津 ASI-5000A 自動進樣器的島津總有機碳分析儀 (TOC-5000A)。

2.1. 核心準備

土壤被裝入不銹鋼金屬芯 (D ? 7.4 cm) 用于微傳感器測量或 PVC 塑料芯 (D ? 7.5 cm) 用于 KCl 提取（見下文）。 土壤核心基部用 1 毫米尼龍網覆蓋并填充至 3.5 厘米深度。 土壤被分層填充以確保整個剖面的體積密度均勻，為 1 g cm 3。 進行了四種處理：對照（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土壤深度。 在淹水前立即用 KNO3 填充和調整土壤核心。 然后在開始微傳感器測量之前立即從下方淹沒土壤核心，通過將它們放置在充滿水的盒子中來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濕過程中的土壤排水。 總共制作了 108 個核心，其中 12 個用于微傳感器測量，96 個用于 KCl 提取。 對于每個處理，在 8 個時間步長上重復進行三次 KCl 提取。 KCl 提取的時間分布在整個 N2O 生產脈沖中（參見支持信息 (SI)（圖 S1））。 由于微傳感器的測量限制，通過在任何給定時間連續測量一種處理的一個土壤核心來及時進行復制。 對于每個處理，在 t1、t2 和 t3 測量總共 3 個重復。 在實踐中，每個處理（在 t1 和 t2）的兩個重復被測量。 所有四種處理的所有 t1 和 t2 測量均在 50 天內完成。 隨后在此時間段之后測量所有 t3 測量值（有關所有處理的 t1、t2 和 t3 時間的確切規格，請參見 SI 圖 S2）。 在測量下一個土壤核心之前，跟蹤每個土壤核心直到不再釋放出 N2O（直到 7 天），因此一次只有一個用于微傳感器測量的土壤核心被淹沒。 土壤保持篩分，但在 4 ? C 且未經 15N 修正，在微傳感器測量開始之前執行這些程序。

2.2. 微傳感器

使用標準 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）測量 N2O 濃度以及來自土壤：水界面的氧化還原電位，以 500 mm 的步長向下穿過土壤剖面（每個剖面 71 個點），運動由電動顯微操縱器控制。 為確保土壤上方的水相完全混合，在水面上產生環境空氣流，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，每天加水數次以抵消任何蒸發，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用表測量，而氧化還原信號使用 pH/mV-METER 測量。 N2O 微傳感器使用飽和 N2O 溶液進行五點校準，使標準溶液每步增加 100 mM。 分析后的重復校準顯示儀器漂移微不足道。 每個土壤核心剖面每兩小時測量一次，持續 7 天，或者直到所有深度的 N2O 濃度低于檢測極限 (<0.1 mM)。 微傳感器測量期間的室溫在 21e23 ? C. 基于微傳感器測量，使用克里金插值法（Surfer 版本 9.785，Golden Software Inc.，Colorado，USA）構建地下 N2O 濃度和氧化還原電位的等高線圖。

2.2.1. 通量測定

根據 Elberling 和 Damgaard（2001 年）的說法，觀測到的來自淹沒土壤核心的 N2O 通量被確定為穿過擴散邊界層 (DBL) 的擴散氣體交換。 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 DBL 的 N2O 通量。 N2O 在水中的擴散系數為 20 ? C 被認為是 2.2295 ? 10 5 cm2 s 1 (Ramsing and Gundersen, 2009)。 通量的驗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量后立即進行的室測量進行比較（參見 SI 圖 S3）。

2.2.2. N2O 生產和消費建模

假設 N2O 濃度分布代表偽穩態，則使用 SensorTrace PRO 3.0 程序（Unisense A/S，Science Park，DK-8000 Aarhus，Denmark）對特定深度的 N2O 生產和消耗區進行建模。 該程序基于 Berg 等人的模型 PROFIL。 (1998)。 這里通過土壤的有效氣體擴散系數被描述為充滿水的孔隙空間、土壤孔隙度和相關的氣體通過空氣擴散系數的函數（Berg 等，1998）。

2.3. 氯化鉀萃取

根據使用微傳感器測量的土壤核心中最大 N2O 濃度的初步結果，為隨時間分布的每個處理選擇了 8 個 KCl 提取時間步長：在零時間進行一次提取（隨后用作參考對于初始條件），在時間零和最大 N2O 濃度之間進行了三個進一步提取，然后在最大 N2O 濃度之后進行了兩次進一步提取，并在 N2O 不再可測量時進行了最終提取（有關詳細信息，參見 SI 圖 S1)。

在 KCl 提取之前，將被淹沒的巖心移除以排出應用程序。 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，并儲存在預先抽真空的 6 mL Exetainer? . 對于所有 15NeNO3 處理過的樣品，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，靜置 5 分鐘，然后通過 Whatman 42 濾紙過濾到 30 毫升的樣品瓶中并冷凍（20 攝氏度）直至分析。 對來自土壤核心中部 (1.2e 2.3 cm) 和底部 (2.3e3.5 cm) 的土壤樣品重復 KCl 提取。 將每個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 自動進樣器相連的 SRI 8610C 氣相色譜儀（SRI，美國加利福尼亞州）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器 (FID) 測定，而 N2O 使用電子捕獲檢測器 (ECD) 測定，該檢測器使用涵蓋樣品濃度范圍的認證氣體標準（BOC 氣體）校準（Mosier 和 Mack，1980 年）。 使用連續流同位素比質譜儀 (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 Mulvaney 和 Boast (1986) 和 Stevens 等人的方程進行 15N 計算阿爾。 (1993)。 在計算土壤中夾帶的 15N 標記氣體的釋放量時，使用適當的本生系數（Moraghan 和 Buresh，1977 年）進行修正以允許頂部空間氣體溶解在 KCl 溶液中。 派生的 15N 數據允許在進行 KCl 萃取時觀察到原始 15NO3 在無機 N 和氣態 N 物質中的轉化和重新分布。

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散和分析，以確定它們的 NH4te15N 和 NO3e15N 富集。

2.4. 統計分析

使用 SPSS 統計軟件包 (v. 19.0) 對 Pearson 積/矩相關性、Ftest 和單因素方差分析進行統計分析，顯著性水平至少為 95% (*P < 0.05)。 對于 KCl 提取，分析了三個重復 (n = 3)，而對于微傳感器 N2O 測定，分析了兩個重復 (n = 2)，t1 和 t2。

淹沒所導致的一氧化二氮排放的爆發是受農業土壤的pH和硝酸鹽的控制——摘要、簡介

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