有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N2O排放的影响

删除或更新信息，请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

本站小编 Free考研考试/2021-12-26

奚雅静¹^,², 刘东阳¹^,², 汪俊玉¹^,², 武雪萍^,², 李晓秀¹, 李银坤^,³, 王碧胜², 张孟妮², 宋霄君², 黄绍文²1 首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048
2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081
3 北京农业智能装备技术研究中心,北京 100097

Effect of Organic Partial Replacement of Inorganic Fertilizers on N₂O Emission in Greenhouse Soil

XI YaJing¹^,², LIU DongYang¹^,², WANG JunYu¹^,², WU XuePing^,², LI XiaoXiu¹, LI YinKun^,³, WANG BiSheng², ZHANG MengNi², SONG XiaoJun², HUANG ShaoWen²1 College of Resource Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100037
2 Institute of Agricultural Resource and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081
3 Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097

通讯作者: 武雪萍,E-mail：wuxueping@caas.cn。李银坤,E-mail：lykun1218@163.com

刘东阳同为第一作者,E-mail：liudongyang61@163.com。
责任编辑: 李云霞
收稿日期:2019-05-15接受日期:2019-09-4网络出版日期:2019-10-16

基金资助:

国家重点研发计划.2016YFD0201001
国家重点研发计划.2018YFD0200408
国家科技支撑计划课题.2015BAD22B03

Received:2019-05-15Accepted:2019-09-4Online:2019-10-16
作者简介 About authors
奚雅静,E-mail：1051794571@qq.com。

摘要
【目的】 在等氮量有机部分替代化肥条件下研究温室番茄土壤N₂O排放特征,探讨影响温室土壤N₂O排放的环境因素,为估算温室菜地系统N₂O的排放清单及其减排潜力提供数据支撑和理论依据。【方法】 以温室秋冬茬番茄为研究对象,设置不施肥（CK）、单施有机肥（MN）、单施化肥（CN）、有机肥部分替代化肥（CMN）4个处理,采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N₂O排放及土壤温度、含水量进行监测。【结果】 在相同施氮量情况下,处理CMN（有机部分替代无机）的N₂O排放总量为4.05 kg·hm ^-2,相比处理CN（单施化肥）和MN（单施有机肥）,土壤N₂O排放总量降低了45.1%和33.2%;土壤N₂O排放系数分别降低了50.0%和37.5%;排放强度降低了50.0%、42.1%。各处理土壤N₂O排放通量峰值均出现在施肥灌水后第1天,排放主要集中在施肥灌溉后5 d内。温室番茄土壤N₂O排放通量与0-5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系;与土壤充水孔隙率（WFPS）呈显著或极显著的对数函数关系,且不同施肥处理下土壤N₂O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内。【结论】 温室番茄土壤N₂O排放的消长关系表现在温湿度变化和氮肥投入类型等方面,合理的减排措施应综合考虑以上因素。有机部分替代化肥施肥模式是提高温室番茄产量,减少N₂O排放排放强度、排放系数和排放总量,提高肥料利用率,实现化肥零增长的重要手段。
关键词： N₂O排放;温室番茄;有机肥;化肥;土壤温度;土壤充水孔隙率（WFPS）

Abstract

【Objective】 Under the condition of replacing the inorganic fertilizer part with the same amount of nitrogen, the purpose of this study was to study the emission characteristics of greenhouse tomato soil N₂O and to explore the environmental factors affecting N₂O emissions, which could provide data support and theoretical basis for the N₂O emission inventory of the greenhouse vegetable system and its emission reduction potential.【Method】 Taking greenhouse autumn-winter tomato as the research object, the static-chamber method was used to monitor the soil N₂O emission, soil temperature and soil water content during the growth period of tomato. The experiment was set 4 treatments, including non-fertilization (CK), single application of organic fertilizer (MN), single application of inorganic fertilizer (CN), and organic partial replacement of inorganic fertilizers (CMN).【Result】 Under the same nitrogen application rate, the total N₂O emission under CMN was 4.05 kg·hm ^-2. Compared with CN and MN, the total N₂O emission under CMN decreased by 45.1% and 33.2% , respectively; the emission factor of soil N₂O was reduced by 50.0% and 37.5%, respectively; the emission intensity was reduced by 50.0% and 42.1%, respectively. The peak soil N₂O of all treated appeared on the first day after fertilization and irrigation, and the discharge was mainly concentrated within 5 days after fertilization and irrigation. The N₂O emission flux in greenhouse tomato soil showed significant or extremely significant correlation with the ground temperature of 0-5 cm soil, and showed a significant or extremely significant logarithm function relationship with soil water-filled porosity (WFPS). The peak of soil N₂O emission under different fertilization treatments appeared in 60%~80% soil-filled porosity.【Conclusion】 The relationship between the growth and decline of N₂O emissions in greenhouse tomato soil was reflected in the changes of temperature and humidity and the type of nitrogen fertilizer input. Reasonable emission reduction measures should be considered based on the above factors. Partial replacement of inorganic fertilizers with organic fertilizers was an important means to increase greenhouse tomato production, to reduce N₂O emissions intensity, factor and total N₂O emissions increase fertilizer utilization, and to achieve zero growth of fertilizers.

Keywords：N₂O emission;greenhouse tomato;organic fertilizer;inorganic fertilizer;soil temperature;soil water-filled porosity

PDF (532KB)元数据多维度评价相关文章导出EndNote|Ris|Bibtex 收藏本文
本文引用格式
奚雅静, 刘东阳, 汪俊玉, 武雪萍, 李晓秀, 李银坤, 王碧胜, 张孟妮, 宋霄君, 黄绍文. 有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N₂O排放的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(20): 3625-3636 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.013
XI YaJing, LIU DongYang, WANG JunYu, WU XuePing, LI XiaoXiu, LI YinKun, WANG BiSheng, ZHANG MengNi, SONG XiaoJun, HUANG ShaoWen. Effect of Organic Partial Replacement of Inorganic Fertilizers on N₂O Emission in Greenhouse Soil[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(20): 3625-3636 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.013

0 引言

【研究意义】氧化亚氮（N₂O）是大气中一种重要的温室气体,其在大气中滞留时间较长,并且参与大气中许多光化学反应,破坏大气臭氧层^[1];同时N₂O百年尺度上单分子的增温潜势（GWP）是CO₂的310倍^[2],对全球气候变化的贡献约占全部温室气体总贡献的5%—6%^[3]。农业土壤是N₂O重要的排放源,占全球N₂O排放总量的25%—39%^[4]。农业生产中氮肥的大量投入是大气中N₂O的浓度增长的重要因素之一^[5]。目前,我国蔬菜种植面积已经占到农作物种植面积的11.8%,并且呈逐年扩大的趋势^[6]。农业部印发的《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》中明确指出,温室蔬菜由于产量高、用肥量大、施肥结构不合理等特点,偏施氮肥现象严重,每年仅氮肥投入量已经超过1 200 kg·hm^{-2 [7]}。由此来看,大量化肥氮的施用为N₂O的产生与排放创造了有利条件。因此,研究有机部分替代化肥的温室番茄土壤N₂O排放特征对于温室菜地合理施肥、减少温室气体排放具有重要意义^[8]。【前人研究进展】硝化和反硝化被认为是农田N₂O排放的两条主要途径。因此,影响硝化与反硝化途径的环境因子（气温、降水）、土壤条件（土壤温湿度等）以及农田管理措施等对N₂O 的排放均有重要影响^[9,10]。土壤含水量较低时,土壤孔隙大,加速了硝化作用产生N₂O,而土壤含水量增加时,土壤含氧量降低促进了反硝化作用过程产生N₂O^[11]。同时也有大量研究得出土壤温度的升高会促进N₂O的排放^[12,13,14]。施肥作为影响农田可持续利用的最深刻的措施,是影响N₂O排放主要因素^[15]。关于肥料类型对土壤N₂O排放的影响存在许多争议,有机氮肥和无机氮肥究竟哪种肥料会排放较多的 N₂O?毕智超等^[16]研究不同比例有机肥施用对香菜、空心菜、菜秧、菠菜等不同菜田N₂O排放的影响,结果表明不同比例有机肥施入4种蔬菜的N₂O排放系数为0.09%—1.92%,施用有机肥比单施化肥可降低土壤N₂O排放最高达64%。而刘丽鹃^[17]则发现,25%化肥+75%猪粪堆肥配合施用对N₂O排放的促进作用高于单施化肥。JIA等^[18]研究得出,有机无机配施与单施化肥处理间对菜地N₂O排放的影响差异不显著。【本研究切入点】施用有机肥和化肥都是农田维持地力提高产量的重要措施,也深刻影响着农田N₂O的排放。有机肥和化肥对N₂O排放影响的研究大多集中在大田粮食作物上,且研究结果并不一致^[19,20],而等氮条件下有机部分替代化肥对温室番茄土壤N₂O排放及影响因素的研究较少。【拟解决的关键问题】本试验以温室番茄为研究对象,在等氮量条件下研究单施化肥、单施有机肥以及有机部分替代化肥对N₂O排放影响,探讨各处理N₂O排放特征的差异及影响因素,为减少温室番茄土壤N₂O排放,建立科学合理的施肥模式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验地点设在河北省辛集市马庄农场（37°78′ N,115°30′ E）,属东部季风区暖温带半湿润大陆性气候。该地区年平均气温为12.5℃,历年平均降雨水量540 mm。供试日光温室带有保温层、砖制墙体,无水泥柱拱形结构,拱形外表面覆盖0.8 mm 聚乙烯棚膜,冬季棚膜上覆盖保温被。温室长为40 m,宽为7.5 m,拱高 2.5 m。土壤类型是石灰性壤质潮土,种植前测定0—20 cm土层全氮含量为1.55 g·kg^-1,有机质 15.4 g·kg^-1,有效磷（P₂O₅）32.4 mg·kg^-1,速效钾（K₂O）165.3 mg·kg^-1,pH为7.6,土壤容重1.35 g·cm^-3,田间持水量23.7%。番茄（Lycopersicon esculentum L.）品种为荷兰瑞克斯旺1404。

1.2 试验设计

本试验设不施氮对照（CK）,单施有机肥（MN）,单施化肥（CN）,有机部分替代化肥（CMN）共4个处理,除CK外,其余3个处理施氮量相同,均为675 kg N·hm^-2,各处理及施肥量见表1。每个处理3次重复,并且随机排布。试验小区面积为10.8 m²（宽1.8 m、长6 m）,株距为0.4 m,宽窄沟相间排布,行距分别为0.45 m和0.30 m。小区与小区之间深埋PVC板,以此防止小区间养分和水分的混合。

Table 1
表1
表1温室番茄试验处理方案
Table 1Greenhouse tomato experiment scheme

处理 Treatment	氮总量 Total amount of nitrogen (kg·hm^-2)	施氮量 Nitrogen application rate
CK	0	不施氮 No nitrogen application
CMN	675	375 kg·hm^-2无机氮+300 kg·hm^-2有机氮 375 kg·hm^-2Inorganic nitrogen+300 kg·hm^-2Organic nitrogen
CN	675	675 kg·hm^-2无机氮 675 kg·hm^-2Inorganic nitrogen
MN	675	675 kg·hm^-2有机氮 675 kg·hm^-2Organic nitrogen

新窗口打开|下载CSV

试验肥料：化肥为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P₂O₅ 12%）和硫酸钾（含K₂O 51%）。有机肥包含两种：商品有机肥和小麦秸秆。商品有机肥中养分含量N、P₂O₅和K₂O分别为1.668%、3.240%,2.294%（干基）;秸秆为辛集麦秸,其中N、P₂O₅和K₂O养分含量为0.939%、0.231%和0.786%（干基）。各处理磷、钾肥用量相同,分别为225、450 kg·hm^-2（除单施有机肥处理钾肥用量为580 kg·hm^-2,略高于其他处理）。小麦秸秆（每1 000 kg小麦秸秆+2 kg 生物菌剂）在2016年8月2日均匀撒入20—25 cm土层后覆土。8月6日施入将有机肥、20%化学氮肥、100%化学磷肥、40% 化学钾肥均匀撒施翻地。其余肥料平均分4次分别在番茄追肥阶段开花期（9月20日）、果实膨大期（10月9日）、采收盛期（11月11日）和采收末期（12月2日）将肥料溶于水然后均匀随种植行撒于小区,随后灌溉。4个处理灌水量相同为240 m³·hm^-2,都为在农民习惯灌溉量360 m³·hm^-2基础上的减量灌溉,灌溉方式为沟灌（灌溉系统由河北方田农业服务有限公司设计）,番茄生育期内共灌水6次。分别为定植期（8月6日）、苗期（8月12日）以及追肥阶段4个生育时期。为保证各处理灌水量的准确,每个小区均安有单独的PVC进水管,并用水表记录灌水量。其他田间管理措施保持一致。

1.3 气体样品采集及测定

N₂O的采集方法为密闭箱-气相色谱法。采样装置组成包含取样箱和底座两部分。长为30 cm,宽为15 cm,高为20 cm,由PVC材料制成。取样时注水密封,防止周围空气与箱体空气交换。具体采样时间为每天上午9：30—10：20。静态箱密闭后,取样箱取样时用带有三通阀的注射器,分别在0、17、34 min抽取经过搅拌的气样35 mL注入到已备好的12 mL真空玻璃瓶中。气体样品采用Agilent 7890A气相色谱仪进行分析,采用电子捕获检测器（ECD）分析N₂O浓度,气相色谱仪在每次测试时使用国家标准计量中心的标准气体进行标定,N₂O测定的相对误差控制在2%以内。

1.4 温度及土壤含水量的测定

每次采集气体同时用 TPM-10 数字温度计测定密闭箱内温度;用 SU-LB 土壤水分速测仪测定5 cm土层的土壤体积含水量,并在每个月始末用烘干法对速测仪测定值进行校正。每个处理分别在小区首、中、末端 3个点进行测量,取其平均值作为每个处理的土壤体积含水量,并转换成土壤充水孔隙率（water-filled pore space,WFPS）^[21];同时用TP101电子数显温度计测定土壤温度。

1.5 数据处理及分析

（1）N₂O排放通量根据下式进行计算：

F =ρ × H × ( Δc /Δt) × 273 /( 273 + T)

式中,F 为 N₂O 排放通量（μg·m^-2·h^-1）;ρ为N₂O标准状态下的密度（1.964 kg·m^-3）;H为取样箱高度（m）;Δc /Δt 为单位时间静态箱内的N₂O气体浓度变化率（mL·m^-3·h^-1）;T为测定时箱体内的平均温度（℃）。

（2）N₂O排放总量计算公式为：

T=∑[(F_i+1+F_i)/2]×(D_i+1-D_i)×24/1000

式中：T为N₂O季节排放总量（mg·m^-2）;F和F_i+1为分别第 i 和 i+1 次采样时N₂O平均排放通量（μg·m^-2·h^-1）;D_i和 D_i+1分别为第i和i+1次采样时间（d）;N₂O排放总量是将3次重复的各次观测值按时间间隔加权平均后再进行平均化处理。采用内插法计算相邻两次监测之间未监测日期的排放总量,然后进行累加即可得到年度气体排放总量。

（3）N₂O排放强度指形成单位经济产量N₂O排放量,公式为：

I=F/Y

式中,I代表排放强度（kg·t^-1）;F 为N₂O排放总量（kg·hm^-2）;Y为作物产量（t·hm^-2）。

（4）N₂O排放系数（Emission factor）

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）将同期内由化肥氮施用引起的N₂O-N排放量占总施氮量的百分比定义为N₂O排放系数,并建议化肥氮的N₂O排放系数为1%。公式为：

EF_d=（E_F–E_C）/N×100

式中,E_F与E_C分别代表施肥与不施肥处理条件下N₂O的排放量（kg·hm^-2）;N表示各处理施氮肥量（kg·hm^-2）。

试验数据采用Excel2010软件处理,Duncan氏新复极差法（SSR）进行多重比较,Pearson相关性采用SPSS22统计软件进行分析。

2 结果

2.1 土壤N₂O排放通量动态变化

基肥阶段各处理间土壤N₂O排放通量的变化趋势基本一致（图1-A）,各处理土壤N₂O排放通量在施用基肥后第1天达到排放峰值,随后逐渐降低。不同处理的N₂O排放峰值差异显著（图1-B）,以MN处理最高,为8.39 mg·m^-2·h^-1,各处理间排放峰值大小顺序依次为：MN>CMN>CN>CK。从图1-A中可以看出,CK的排放通量始终处于较低的水平,各施氮处理N₂O排放通量均比不施氮肥高。不同施氮措施下,由于有机肥全部基施,化肥只施用了20%,在基肥阶段施肥量大小为MN处理>CMN处理>CN处理,土壤N₂O排放通量也呈相同趋势。

图1

新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT
图1不同施氮水平下土壤N₂O排放动态

箭头表示追肥;A、B分别为基肥阶段N₂O排放情况和基肥第1天的排放通量;a、b、c、d分别为番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期追肥后土壤N₂O排放趋势
Fig. 1Dynamic of N₂O emission under different N application rates

The arrow indicates topdressing fertilizer; A and B represent the base fertilizer stage N₂O emission and the emission flux on the 1th day; a, b, c, d indicate changes in N₂O emission flux after topdressing fertilizer in flowering stage, fruit expansion stage, harvest stage and final harvest stage

图1中1-a、1-b、1-c和1-d分别是追肥阶段（番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期）N₂O的排放通量在追肥后9 d内的动态变化,4个生育时期N₂O排放通量变化趋势基本一致。各施肥处理均在追肥后的第1天达到峰值,第5天已经明显降低,到第9天各处理变化趋于稳定。CK的排放量始终处于较低的水平,MN、CN、CMN处理均显著大于CK。在施氮量相同的情况下,不同处理间N₂O的排放通量情况为CN>MN>CMN,相比CN和MN,有机部分替代无机氮的CMN处理显著降低了N₂O的排放。

追肥阶段不同生育时期内相同处理土壤N₂O排放峰值差异较大,各处理均在番茄开花期时最高,采收末期最低。CN、MN和CMN在不同生育期峰值变化范围分别为：0.71—1.77 mg·m^-2·h^-1、0.56—1.39 mg·m^-2·h^-1和0.22—0.67 mg·m^-2·h^-1。

2.2 不同处理番茄产量、N₂O排放量及排放系数

温室番茄总产量为29.03—36.54 t·hm^-2（表 2）。施氮处理的总产量比不施氮处理CK增加了 12.2%—25.8%,而处理CMN与处理CN 、MN 相比,总产量则分别提高了7.5%和12.2%。本试验中,基肥阶段有机肥全部基施,肥料基施量大小为处理MN处理>CMN处理>CN处理,土壤N₂O排放总量呈MN处理>CMN处理>CN处理>CK处理的趋势,处理CMN和处理CN之间差异不显著,而二者均与处理MN达到显著性差异;追肥阶段呈处理CN>MN>CMN>CK的趋势,各处理间差异显著。如表2所示,在施氮量相同条件下,番茄生育期内土壤N₂O排放总量以处理CMN最低,为4.05 kg·hm^-2,与处理CN和处理MN相比,有机部分替代无机氮处理CMN土壤N₂O排放总量降低了45.1%和33.2%。本研究中各施肥处理土壤N₂O排放系数介于0.5%—1.0%,处理CN的排放系数最大为1.0%,与IPCC 1%的推荐值相近。与处理CN和处理MN相比,处理CMN土壤N₂O排放系数分别降低了50.0%和37.5%。各处理土壤N₂O排放强度为0.02—0.22 kg·t^-1,以处理CN最高,有机部分替代无机氮处理比单施化肥、单施有机肥处理降低了50.0%、42.1%。

Table 2
表2
表2不同处理番茄产量及土壤N₂O排放总量、排放系数、排放强度
Table 2Different treatments of tomato yield and soil N₂O emissions, emission factors, emission intensity

处理 Treatment	番茄产量 Tomato yield (t·hm^-2)	基肥阶段排放量 Base fertilizer stage emission (kg·hm^-2)	追肥阶段排放量 Topdressing fertilizer stage emission (kg·hm^-2)	排放总量 Total emission (kg·hm^-2)	排放系数 Emission factor (%)	排放强度 Emission intensity (kg·t^-1)
CK	29.03±1.33c	0.17±0.06c	0.48±0.02d	0.65±0.03d		0.02
CMN	36.54±1.28a	2.14±0.01b	1.91±0.03c	4.05±0.04c	0.5	0.11
CN	34.00±2.28ab	1.94±0.02b	5.43±0.04a	7.37±0.01a	1.0	0.22
MN	32.56±1.64b	3.56±0.02a	2.50±0.02b	6.06±0.01b	0.8	0.19

Values followed by different letters in a column are significant among treatments at 5% level
同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平

新窗口打开|下载CSV

2.3 N₂O排放通量与土壤水分关系

整个番茄季土壤WFPS值介于23.7%—86.9%。相关分析表明,各处理在不同生育时期内0—5 cm土层WFPS与土壤N₂O排放通量之间呈显著或极显著对数函数关系（图2）,且不同处理下土壤N₂O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内（图2）。

图2

新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT
图2N₂O排放通量与土壤含水量的关系

a、b、c、d分别表示番茄追肥阶段的4个时期（番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期）。**表示极显著相关（P<0.01）,*表示显著相关（P<0.05）
Fig. 2The relationship between N₂O emission flux and WFPS

a, b, c, d Indicates the four periods of the tomato topdressing fertilizer stage (flowering stage, fruit expansion stage, harvest stage and final harvest stage ). ** Represented significant correlation at 0.01 level, * Represented significant correlation at 0.05 level

2.4 N₂O排放通量与土壤温度的关系

整个观测期内,各处理土壤表层温度（0—5 cm）介于9.78—32.02 ℃之间,处理间差异不显著,而土壤表层地温随季节变化较大。对不同处理的N₂O排放通量与0—5 cm地温作相关性分析表明,不同处理N₂O排放通量均与0—5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系（n=44）,R²在0.0617—0.1884之间（图3）。

图3

新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT
图3N₂O排放通量与0-5 cm土壤温度的关系

**表示极显著相关（P<0.01）,*表示显著相关（P<0.05）
Fig. 3Relationship between N₂O emission flux and 5 cm soil temperature

** Represented significant correlation at 0.01 level, * Represented significant correlation at 0.05 level

3 讨论

3.1 有机肥部分替代化肥对N₂O排放的影响

本试验条件下,番茄生育期内各处理土壤N₂O排放通量变化基本一致,均在施肥灌水后第1天出现排放峰值,同一处理基肥阶段排放峰值均大于追肥阶段。基肥阶段土壤N₂O排放峰值及排放量以单施有机肥处理最高,而追肥阶段处理MN不追施氮肥,从而使供土壤N₂O排放的底物减少了,故追肥阶段处理MN土壤N₂O排放总量远低于处理CN。全生育期内处理MN土壤N₂O排放总量比处理CMN增加49.6%,说明单施有机肥处理MN供给的氮素超过了需求量,以致多余的氮素会以N₂O等形式损失,使得肥料利用率降低。李燕青等^[15]也指出适量施用有机肥是保证作物产量、实现固碳减排、解决有机肥环境污染问题的重要途径,在实际生产中不提倡单施大量有机肥。追肥阶段4个时期土壤N₂O排放通量均呈CN处理>MN处理>CMN处理>CK处理的趋势。同一处理不同生育时期在追施氮量相同的情况下,该生育时期平均温度高土壤N₂O排放峰值大,反之,土壤N₂O排放峰值小。

土壤的硝化和反硝化过程是N₂O产生和排放的两条主要途径,硝化过程是指微生物在土壤酶的作用下将NH₃氧化成NO₂^-或者NO₃^-的过程,其中间产物会释放出N₂O,反硝化作用是指微生物将NO₃^-或NO₂^-还原成N₂O等气体的过程。化学氮肥的大量施用为硝化作用和反硝化作用提供了充足的底物,目前已有很多研究表明无机氮施用引起大量N₂O排放,施氮量越高,土壤N₂O排放量越大^[22,23,24];而有机肥的施用在向土壤中带入了氮素的同时也改变了土壤中的C/N,影响了土壤微生物活性,改变了土壤中的氮素循环过程^[16],而且能增加土壤肥力,减少氮素损失^[17]。有研究指出,在同等施氮水平下,有机肥提供的有机分子可作为反硝化细菌的基本电子受体,相比化肥更能促进反硝化作用^[25,26,27];但有机肥的施用又会增加土壤中有机质的含量,有机质的大量分解会消耗其中的氧气,进而使土壤中的N₂O气体被作为替代氧气的电子受体还原为N₂,从而抑制了NH₃氧化成NO₂^-、NO₃^-,减少了N₂O的排放^[28,29,30]。番茄生育期内,处理CMN与处理CN、MN相比,土壤N₂O排放总量分别减少了45.1%和33.2%,这与很多研究结果相似。翟振等^[31]研究表明,有机无机肥料配施同单施化肥相比能够减少N₂O的排放,并且能够减少33.5%的温室效应,产生明显的环境效益;郝小雨^[19]、兰翔^[32]等指出,在等氮量情况下,温室菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式较习惯施肥处理降低了85.1%土壤 N₂O 排放;姜姗姗等^[33]研究了减氮及不同肥料配施对稻田N₂O 排放的影响,得出有机无机配施减排效果最好,能够减少38.6%的N₂O的排放。同时本试验还得出有机肥部分替代化肥处理比单施化肥、单施有机肥处理番茄总产量则分别提高了 7.5%和12.2%,土壤N₂O排放强度降低了50.0%、42.1%。可见,有机肥部分替代化肥处理减少了由硝化过程产生的N₂O,是减少N₂O排放,提高日光温室番茄的总产量及肥料利用率,实现化肥零增长的重要手段。

3.2 环境因子对N₂O排放的影响

土壤水分和温度是影响硝化过程和反硝化过程产生N₂O的主要环境因子^[34],设施菜地高温、高湿的特点^[35]为硝化和反硝化作用的进行提供了有利的条件,由此引起N₂O的大量排放^[36]。GRANLI和BOCKMAN^[37]指出,耕作土壤中的N₂O排放在70%—90% WFPS时主要是由反硝化过程产生的,在30%—70%WFPS 时则主要由硝化过程产生。故WFPS既能促进硝化作用又能促进反硝化作用时,会导致最多的N₂O的生成与排放。目前,对于N₂O排放最适宜的WFPS结论不尽相同,张婧等^[38]研究发现番茄地N₂O的排放通量与WFPS之间存在显著的正相关关系,且WFPS在60%—70%条件下有利于N₂O的产生和排放;陈慧等^[39]研究发现番茄地N₂O排放峰值出现在WFPS为46.0%—52.1%之间;郑欠等^[40]研究得出67% WFPS 土壤N₂O排放以硝化作用为主,在一定范围内,含水量升高会使反硝化作用增强。本试验得出,不同施肥处理下土壤N₂O排放峰值均出现在WFPS为60%—80%范围内,且WFPS与N₂O的排放呈显著或极显著对数函数关系。同时有研究指出,土壤干湿交替引起土壤N₂O大量排放,而造成此现象的主要原因是干燥时土壤中有机碳的含量增加,而灌水后土壤湿润度大幅上升导致反硝化作用发生,造成土壤中N₂O的大量排放^[41,42]。本试验追肥阶段追肥与灌水同时进行,温室内温度比较高,每次灌溉后水分蒸发比较快,等下次灌水时土壤已是干燥状态,灌水后土壤WFPS为土壤N₂O大量的释放提供了有利环境条件,而追肥为土壤N₂O排放提供了反应底物,故在追肥灌水后第1天立即出现土壤N₂O排放峰值。陈海燕^[43]、张婧^[38]等在京郊地区采取漫灌和冲灌的灌水方式对番茄地土壤N₂O排放的研究得出,N₂O排放峰出现在施肥后3—4 d,单独灌水后2—3 d。可见,施肥与灌溉同时进行时容易造成土壤N₂O迅速大量排放,这与已有研究结果一致^[44]。

土壤温度对N₂O排放的影响主要通过调节土壤溶液中的生物化学反应和土壤微生物活性从而对N₂O排放产生影响,本质上就是影响土壤的硝化和反硝化作用的条件^[45]。大量研究已经证实,硝化微生物活动的适宜温度范围为15—35℃,其中最适范围是25—35℃。温度稍低或者稍高（<5℃或>40℃）时硝化作用均被抑制^[46]。反硝化微生物活动的适宜范围是5—75℃,其中最适范围是30—67℃^[47,48]。温度降低并不会明显减弱反硝化速率,即使在0—5℃的低温条件下仍能发生反硝化作用。本试验基肥阶段土壤平均温度为28.32℃,追肥阶段番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期分别为21.54、18.8、13.92和11.63℃。可见,基肥阶段及番茄开花期和果实膨大期既有利于硝化作用又有利于反硝化作用,而采收盛期和采收末期硝化作用受到抑制,有利于反硝化作用。本试验中同一处理在追施氮量相同的条件下,番茄开花期和果实膨大期土壤N₂O排放峰值及排放量高于采收盛期和采收末期可能是由温度的变化影响了硝化和反硝化作用引起的。

4 结论

4.1 4个不同施肥处理土壤N₂O排放峰值均出现在施肥后第1天,同一处理以基肥阶段峰值最高。相同施氮量下,有机肥部分替代无机处理与单施化肥和单施有机肥处理相比,番茄总产量则分别提高了7.5%和12.2%,土壤N₂O排放总量降低了45.1%和33.2%;土壤N₂O排放系数分别降低了50.0%和37.5%;排放强度降低了50.0%、42.1%。

4.2 本研究结果得出,土壤充水孔隙率（WFPS）和土壤温度是影响N₂O排放的重要因素,土壤N₂O排放通量与WFPS呈显著或极显著的对数函数关系,土壤充水孔隙率在60%—80%时,易出现土壤N₂O排放峰值。在追施氮量相同情况下,同一处理开花期、果实膨大期土壤N₂O排放峰值和排放量高于其他生育时期。

4.3 有机肥部分替代化肥施肥模式是减少N₂O排放、提高肥料利用率、实现化肥零增长的重要手段。

参考文献原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]

RAVISHANKARA A

, DANIEL J

, PORTMANN R

. Nitrous oxide (N₂O): the dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st century
Science, 2009,326(5949):123.

[本文引用: 1]

[2]

HUTCHINSON G

, MOSIER A

. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes
Soil Science Society of America Journal, 1981,45(2):311.

[本文引用: 1]

Delgado J

, Mosier A

. Mitigation alternatives to decrease nitrous oxides emissions and urea-nitrogen loss and their effect on methane flux
Journal of Environmental Quality, 1996,25(5):1105-1111.

[本文引用: 1]

[4]

DAVIDSON E

, KANTER

. Drawing down N₂O to protect Climate and the Ozone Layer: A UNEP Synthesis Report
United Nations Environment Programme (UNEP), Nairobi, Keny, 2013, [ 2016-6-9].

[本文引用: 1]

[5]

MEIJIDE

, DIEZ J

, SA?NCHEZMARTI?N

, LOPEZ FERNANDEZ

, VALLEJO

. Nitrogen oxide emissions from an irrigated maize crop amended with treated pig slurries and composts in a Mediterranean climate
Agriculture Ecosystems & Environment, 2007,121(4):383-394.

[本文引用: 1]

[6]

中华人民共和国统计局. 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2013.

[本文引用: 1]

National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press, 2013. ( in Chinese)

[本文引用: 1]

[7]

王敬国 . 设施菜田退化土壤修复与资源高效利用. 北京: 中国农业大学出版社, 2011.

[本文引用: 1]

WANG J

. Degraded Soil Restoration and Efficient Use of Resources in Facility Vegetable Fields. Beijing: China Agricultural University Press, 2011. ( in Chinese)

[本文引用: 1]

[8]

VAN GROENIGEN J

, G L

VELTHOF

, O

OENEMA

, VAN GROENIGEN K

, VAN KESSEL

. Towards an agronomic assessment of N₂O emissions: A case study for arable crops
European Journal of Soil Science, 2010,61(6):903-913.

[本文引用: 1]

[9]

DOBBIE

. The effects of temperature, water-filled pore space and land use on N₂O emissions from an imperfectly drained gleysol
European Journal of Soil Science, 2010,52(4):667-673.

[本文引用: 1]

[10]

ZHANG M

, WANG F

, CHEN

, MALEMELA M

, ZHAN H

. Comparison of three tillage systems in the wheat-maize system on carbon sequestration in the North China Plain
Journal of Cleaner Production, 2013,54:101-107.

[本文引用: 1]

[11]

黄树辉, 吕军 . 农田土壤N₂O排放研究进展
土壤通报, 2004,35(4):516-522.

[本文引用: 1]

HUANG S

, Lü

. Advances in Research on N₂O emission from farmland soils
Chinese Journal of Soil Science, 2004,35(4):516-522. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[12]

邱炜红, 刘金山, 胡承孝, 孙学成, 谭启玲 . 菜地系统土壤氧化亚氮排放的日变化
华中农业大学学报, 2011,30(2):210-213.

[本文引用: 1]

QIU W

, LIU J

, HU C

, SUN X

, TAN Q

. Diurnal variation of soil nitrous oxide emissions from vegetable plot system
Journal of Huazhong Agricultural University, 2011,30(2):210-213. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[13]

田慎重, 宁堂原, 迟淑筠, 王瑜, 王丙文, 韩惠芳, 李成庆, 李增嘉 . 不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间
生态学报, 2012,32(3):879-888.

DOI:10.5846/stxb201108021132 Magsci [本文引用: 1]

在连续6 a耕作模式的基础上,利用静态箱-气相色谱法对常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量日变化进行了连续48 h观测,并确定1 d中最佳的观测时间。结果表明,常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量具有显著的日变化特征,常规耕作处理和免耕处理土壤表现为CH4的吸收汇、CO2、N2O的排放源。CH4日均吸收通量:常规耕作无秸秆还田处理(AC)>常规耕作秸秆还田处理(PC)>免耕(PZ);CO2日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ);N2O日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ)。相关性分析表明,常规耕作及免耕条件下CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度和5 cm地温呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的正相关关系,温度是决定温室气体日变化的主要决定因素。通过矫正系数和回归分析表明,在小麦生育后期(4-6月),CO2的最佳观测时间段在8:00-10:00,CH4为8:00-10:00,N2O为8:00-12:00。

TIAN S

, NING T

, CHI S

, WANG

, WANG B

, HAN H

, LI C

, LI Z

. Diurnal variation of greenhouse gas emissions and optimal observation time for different farming practices
Journal of Ecology, 2012,32(3):879-888. (in Chinese)

DOI:10.5846/stxb201108021132 Magsci [本文引用: 1]

徐文彬, 刘维屏, 刘广深 . 温度对旱田土壤N₂O排放的影响研究
土壤学报, 2002,39(1):1-8.

[本文引用: 1]

XU W

, LIU W

, LIU G

. Effects of temperature on N₂O emissions from sub-tropical upland soils
Acta Pedologica Sinica, 2002,39(1):1-8. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[15]

李燕青, 唐继伟, 车升国, 温延臣, 孙文彦, 赵秉强 . 长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N₂O和CO₂排放的影响
中国农业科学, 2015,48(21):4381-4389.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.21.018 Magsci [本文引用: 2]

【目的】等施氮量条件下,比较有机肥与化肥田间施用后农田温室气体（CO2和N2O）的排放量及其增温潜势,正确认识有机肥与化肥在田间温室气体排放过程中的贡献,为制定田间合理的减排措施提供理论依据。【方法】在华北平原冬小麦-夏玉米种植制度下,以8年的长期定位试验为平台,利用静态箱-气相色谱法,于2014年6—10月,持续监测了化肥和有机肥在不同施肥水平下潮土玉米季土壤N2O和CO2的排放特征,并估算玉米季温室气体排放量及其产生的综合温室效应。【结果】有机肥与化肥N2O的排放通量变化基本一致,施肥后出现短暂的排放高峰,之后逐渐趋于平稳；等氮条件下,化肥处理的N2O日排放通量明显高于有机肥处理,峰值过后的稳定期内有机肥处理的N2O排放通量略高于化肥处理。化肥的施用对CO2的排放规律影响不明显,有机肥施用后CO2会出现持续的排放高峰。施用有机肥与化肥均会增加N2O的排放总量,且随施氮增加N2O排放总量显著增加；等氮量条件下,化肥处理的N2O排放总量显著高于有机肥。有机肥处理显著增加了农田土壤CO2的排放量,而化肥对CO2排放总量的影响不明显。施氮量为240 kg·hm-2时,有机肥和化肥处理作物产量均达到较高水平,而温室气体的排放强度（GHGI）最低,分别为0.27、0.63 kg·hm-2,高于此施氮量,有机肥和化肥处理的GHGI均会明显增加。【结论】大量施用有机肥和化肥都会产生过多的温室气体。由于有机肥的固碳效应,化肥处理GHGI高于有机肥处理,适量施用有机肥是实现农田固碳减排的重要途径。

LI Y

, TANG J

, CHE S

, WEN Y

, SUN W

, ZHAO B

. Effects of long-term application of organic manure and fertilizer nitrogen on N₂O and CO₂ emissions from summer maize in North China
Scientia Agricultura Sinica, 2015,48(21):4381-4389. (in Chinese)

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.21.018 Magsci [本文引用: 2]

毕智超, 张浩轩, 房歌, 郭澍, 熊正琴 . 不同配比有机无机肥料对菜地N₂O排放的影响
植物营养与肥料学报, 2017,23(1):154-161.

[本文引用: 2]

BI Z

, ZHANG H

, FANG

, GUO

, XIONG Z

. Effects of combined organicand inorganic fertilizers on N₂O emissions in intensified vegetable field
Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017,23(1):154-161. (in Chinese)

[本文引用: 2]

[17]

刘丽鹃 . 有机无机配施对大棚和露地蔬菜生长及土壤性状和温室气体排放的影响
[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.

[本文引用: 2]

LIU L

. Effect of ratio of organic manure/chemical fertilizer on vegetables' growth, soil properties and greenhouse gas emission under greenhouse and open field conditions
[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2013. ( in Chinese)

[本文引用: 2]

[18]

JIA J

, LI

, CHEN Z

, XIE Z

, XIONG Z

. Effects of biochar application on vegetable production and emissions of N₂O and CH₄
Soil Science and Plant Nutrition, 2012,58(4):503-509.

[本文引用: 1]

[19]

郝小雨, 高伟, 王玉军, 金继运, 黄绍文, 唐继伟, 张志强 . 有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N₂O排放的影响
植物营养与肥料学报, 2012,18(5):1073-1085.

[本文引用: 2]

HAO X

, GAO

, WANG Y

, JIN J

, HUANG S

, TANG J

, ZHANG Z

. Effects of combined application of organic manure and chemical fertilizers on N₂O emission from greenhouse vegetable soil
Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012,18(5):1073-1085. (in Chinese)

[本文引用: 2]

[20]

张仲新, 李玉娥, 华珞, 万运帆, 姜宁宁 . 不同施肥量对设施菜地N₂O排放通量的影响
农业工程学报, 2010,26(5):269-275.

Magsci [本文引用: 1]

为明确北京地区设施菜地的N2O排放特征，寻求既能减少N2O排放又使蔬菜增产或保持原有产量的切实有效措施，该研究采用静态箱/气相色谱法对北京地区设施菜地的黄瓜进行了全生长季N2O排放通量的观测，并分析了不同施肥量对N2O排放量、蔬菜产量和经济效益的影响。结果如下：土壤N2O排放通量的季节变化有明显的时间变异性，试验初期受基肥的影响，N2O排放量较大，随着时间的推移，土壤N2O排放量有所减少并保持稳定；试验后期由于追肥，出现一次排放高峰，且持续时间较长。各处理土壤N2O排放总量的次序是：T4（常规施肥量+鸡粪）＞T3（3/4常规施肥量+鸡粪）＞T1（1/4常规施肥量+鸡粪）＞T2（1/2常规施肥量+鸡粪）＞Tn（鸡粪）＞T0（无肥处理），各处理之间N2O排放量差异达到极显著水平。综合考虑施肥量、N2O排放量和黄瓜产量，研究认为T3（3/4常规施肥量+鸡粪）的施肥量比较合理，可以为合理施肥、降低农民生产成本以及估算中国农田温室气体排放量和编制温室气体排放清单提供依据。

ZHANG Z

, LI Y

, HUA

, WAN Y

, JIANG N

. Effects of different fertilizer levels on N₂O flux from protected vegetable land
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010,26(5):269-275. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

FRANZLUEBBERS A

. Microbial activity in response to water-filled pore space of variably eroded southern Piedmont soils
Applied Soil Ecology, 1999,11(1):91-101.

[本文引用: 1]

[22]

王立刚, 李虎, 邱建军 . 黄淮海平原典型农田土壤N₂O的排放特征
中国农业科学, 2008,41(4):1248-1254.

Magsci [本文引用: 1]

【目的】明确黄淮海平原地区典型作物种植类型下，农田土壤N2O排放特征，并探明不同环境因子对其排放通量的影响。【方法】采用静态箱法测定了黄淮海平原典型农田（冬小麦/夏玉米、棉花、休闲地）土壤N2O的排放通量及其季节变化特征，并分析了土壤温度、土壤水分、不同氮肥量对土壤N2O通量的影响。【结果】3种种植方式N2O排放在秋季均呈现总体下降趋势，至12月中旬左右降到最低，随着春季气温的升高则呈总体上升趋势。冬小麦/夏玉米地土壤N2O排放高峰值为433.5 µg N2O•m-2•h-1，出现在7月下旬；棉花地为146.5 µg N2O•m-2•h-1，出现在6月中旬；休闲地为175.16 µg N2O•m-2•h-1。在棉花地和休闲地，N2O排放通量随地温增加而呈指数增长，而在冬小麦/夏玉米地则没有观测到N2O排放通量与地温之间的相关关系，但与土壤含水量的变化趋势基本一致。施用氮肥对土壤N2O的排放具有明显的促进作用。【结论】N2O排放表现出多峰的日变化特征，呈明显的季节变化；土壤中N2O的产生与释放受多种环境因子的影响，而且不同环境条件不同作物影响因子所起的作用是不一样的。

WANG L

, LI

, QIU J

. Emission characteristics of N₂O from typical farmland soils in the Huang-Huai-Hai Plain
Scientia Agricultura Sinica, 2008,41(4):1248-1254. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

CUI

, YUE

, WANG

, MENG

, WU

. Closing the yield gap could reduce projected greenhouse gas emissions: a case study of maize production in China
Global Change Biology, 2013,19(8):2467-2477.

[本文引用: 1]

[24]

闵继胜, 胡浩 . 中国农业生产温室气体排放量的测算
中国人口·资源与环境, 2012,22(7):21-27.

[本文引用: 1]

MIN J

, HU

. Measurement of greenhouse gas emissions from agricultural production in China
China Population, Resources and Environment, 2012,22(7):21-27. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[25]

, FROLKING

, BUTTERBACHBAHL

. Carbon sequestration in arable soils is likely to increase nitrous oxide emissions, offsetting reductions in climate radiative forcing
Climatic Change, 2005,72(3):321-338.

[本文引用: 1]

[26]

BAGGS E

, STEVENSON

, PIHLATIE

, REGAR

, COOK

, CADISCH. Nitrous oxide emissions following application of residues and fertiliser under zero and conventional tillage
Plant & Soil, 2003,254(2):361-370.

[本文引用: 1]

[27]

TOYODA

, YANO

, NISHIMURA

, HIROKO

. Characterization and production and consumption processes of N₂O emitted from temperate agricultural soils determined via isotopomer ratio analysis
Global Biogeochemical Cycles, 2011,25(2):96-101.

[本文引用: 1]

[28]

HALVORSON A

, DEL GROSSO

S J

, REULE C

. Nitrogen, tillage, and crop rotation effects on nitrous oxide emissions from irrigated cropping systems
Journal of Environment Quality, 2008,37(4):1337.

[本文引用: 1]

[29]

BURNEY J

, DAVIS S

, LOBELL D

. Greenhouse gas mitigation by agricultural intensification
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010,107(26):12052-12057.

[本文引用: 1]

[30]

刘运通, 万运帆, 林而达, 李玉娥, 陈德立, 秦晓波, 高清竹, 金琳, 武艳娟 . 施肥与灌溉对春玉米土壤N₂O排放通量的影响
农业环境科学学报, 2008,27(3):997-1002.

[本文引用: 1]

LIU Y

, WAN Y

, LIN E

, LI Y

, CHEN D

, QIN X

, GAO Q

, JIN

, WU Y

. N₂O flux variations from spring maize soil under fertilization and irrigation
Journal of Agre-Environment Science, 2008,27(3):997-1002. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[31]

翟振, 王立刚, 李虎, 邱建军, 杨军, 董小雨 . 有机无机肥料配施对春玉米农田N₂O排放及净温室效应的影响
农业环境科学学报, 2013,32(12):2502-2510.

[本文引用: 1]

ZHAI

, WANG L

, LI

, QIU J

, YANG

, DONG X

. Nitrous oxide emissions and net greenhouse effect from spring-maize field as influenced by combined application of manure and inorganic fertilizer
Journal of Agricultural Environmental Science, 2013,32(12):2502-2510. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[32]

兰翔 . 有机无机配施及DMPP对土壤N₂O排放和氨氧化微生物的影响
[D]. 武汉: 华中农业大学, 2017.

[本文引用: 1]

LAN

. Effects of organic fertilizer and DMPP on n₂o emission and ammonia-oxidizing microorganisms
[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2017. ( in Chinese)

[本文引用: 1]

[33]

姜珊珊, 庞炳坤, 张敬沙, 蒋静艳 . 减氮及不同肥料配施对稻田CH₄和N₂O排放的影响
中国环境科学, 2017,37(5):1741-1750.

[本文引用: 1]

JIANG S

, PANG B

, ZHANG J

, JIANG Y

. Effects of reduced nitrogen and combined application of different fertilizers on CH₄ and N₂O emissions in paddy fields
China Environmental Science, 2017,37(5):1741-1750. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[34]

邹建文, 黄耀, 宗良纲, 蒋静艳, 郑循华, 王跃思 . 稻田灌溉和秸秆施用对后季麦田N₂O排放的影响
中国农业科学, 2003,36(4):409-414.

Magsci [本文引用: 1]

选用水稻冬小麦轮作试验田 ,采用裂区设计 ,研究水稻生长季灌溉方式 (常规灌溉和持续淹水 )和秸秆施用 (0、2 2 5、4 5 0g·m-2 共 3水平 )对后季冬小麦田N2 O排放的影响。结果表明 ,与常规灌溉 (淹水和烤田相结合 )相比 ,水稻生长季持续淹水处理促进了后季麦田N2 O的排放 ,方差分析达极显著水平 (P =0 .0 0 3)。在水稻生长季不同的灌溉方式下 ,秸秆施用处理对麦田N2 O排放的影响不同。在常规灌溉方式下 ,2 2 5和 4 5 0 g·m-2 施用水平间N2 O季节平均排放通量无明显差异 ,但显著低于无秸秆施用的处理 (P =0 .0 4 5 ) ,秸秆施用可减少后季麦田N2 O的排放 ;而在持续淹水方式下 ,施用秸秆 2 2 5、4 5 0 g·m-2 与无秸秆施用 3处理间N2 O在水稻生长季节平均排放量无显著差异 ,施用秸秆并不减少N2 O排放量 ;不同处理N2 O排放通量 (Y)的季节变化与土壤温度 (T)、湿度 (W )的相互关系 ,皆可用方程 :Y =A0 +A1T +A2 W +A3 W2 (n =2 3,R2 ≥ 0 .4 15 9 )和Y =C0 +C1W +C2 W2 (n =2 3,R2 ≥0 .4 0 74 )分别描述 ,与土壤温度相比 ,土壤湿度对N2 O排放量的影响更为明显。

ZOU J

, HUANG

, ZONG L

, JIANG J

, ZHENG X

, WANG Y

. Effects of paddy field irrigation and straw application on N₂O emission in wheat fields in the late season
Scientia Agricultura Sinica, 2003,36(4):409-414. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

李银坤, 武雪萍, 郭文忠, 薛绪掌 . 不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N₂O排放特征
农业工程学报, 2014,30(23):260-267.

Magsci [本文引用: 1]

为探讨日光温室黄瓜-番茄种植体系内N2O排放动态变化及其对不同氮水平的响应规律，采用密闭静态箱法，研究了常规氮量（黄瓜季1 200 kg/hm2，番茄季900 kg/hm2）、比常规氮量减25%（黄瓜季900 kg/hm2，番茄季675 kg/hm2）、减50%（黄瓜季600 kg/hm2，番茄季450 kg/hm2）以及不施氮对日光温室土壤N2O排放的影响。结果表明，温度是影响日光温室土壤N2O排放强度的重要因素，4－10月（平均气温为27.4℃）的N2O排放通量最高达818.4μg/(m2·h)；而2－3月（平均气温15.1℃）以及11－12月（平均气温14.7℃）期间的N2O排放通量最高仅为464.5 μg/(m2·h)，比4－10月的N2O排放峰值降低了43.2%。N2O排放峰值在氮肥追施后5 d内出现，N2O排放量集中在氮肥施用后7 d内，可占整个监测期（271 d）排放量的64.7%～67.8%。施氮因增加了土壤硝态氮含量而引起N2O排放爆发式增长，0～10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放量呈指数函数关系（P<0.01）。日光温室黄瓜-番茄种植体系内的N2O排放量为0.99～9.92 kg/hm2，其中75.6%～90.0%由施氮造成。与常规氮用量相比，氮减量25%和50%处理的N2O排放量分别降低了40.4%和59.3%，总产量却增加4.9%和7.4%。综上所述，合理减少氮用量不仅可显著降低日光温室土壤N2O排放，而且不会引起产量的降低。该研究为日光温室蔬菜生产构建科学合理的施氮技术及估算中国设施农田温室气体排放量提供参考。

LI Y

, WU X

, GUO W

, XUE X

. Characteristics of N₂O emission from cucumber-tomato in greenhouse cultivation under different nitrogen levels
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014,30(23):260-267. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

DIAO

, XIE

, GUO

, YAN H

. Measurements of N₂O emissions from different vegetable fields on the North China Plain
Atmospheric Environment, 2013,72(2):70-76.

[本文引用: 1]

[37]

GRANLI

, B?CKMAN O

. Nitrous oxide (N₂O) emissions from soils in warm climates//Nitrogen Economy in Tropical Soils
Springer Netherlands, 1995.

[本文引用: 1]

[38]

张婧, 李虎, 王立刚, 邱建军 . 京郊典型设施蔬菜地土壤N₂O排放特征
生态学报, 2014,34(14):4088-4098.

DOI:10.5846/stxb201306091534 Magsci [本文引用: 2]

利用静态暗箱-气相色谱法对北京郊区设施蔬菜地典型种植模式（番茄-白菜-生菜）下土壤N2O排放特征进行了周年（2012年2月22日-2013年2月23日）观测，探讨了不同处理下（即不施氮肥处理（CK）、农民习惯施肥处理（FP）、减氮优化施肥处理（OPT）和减氮优化施肥+硝化抑制剂处理（OPT+DCD））N2O排放特征及土壤温度、土壤湿度、土壤无机氮含量对土壤N2O排放的影响。结果表明：每次施肥+灌溉之后设施蔬菜地会出现明显的N2O排放高峰，持续时间一般为3-5 d。不同处理N2O排放通量变化范围在-0.21-14.26 mg N2O m-2 h-1，平均排放通量0.03-0.36 mg N2O m-2 h-1。整个蔬菜生长季各处理N2O排放与土壤孔隙含水率（WFPS）均表现出极显著的正相关关系（P< 0.01）；不施氮处理5 cm深度土壤温度与N2O排放通量呈现显著的正相关关系（P< 0.05）；各处理N2O排放与土壤表层硝态氮含量具有较一致变化趋势。不同处理下N2O年度排放总量差异显著，依次顺序为FP（（20.66±0.91）kg N/hm2） > OPT（（12.79±1.33）kg N/hm2） > OPT+DCD（（8.03±0.37）kg N/hm2）。与FP处理相比，OPT处理和OPT+DCD处理N2O年排放总量分别减少了38.09%和61.13%。各处理N2O排放系数介于0.36%-0.77%，低于IPCC 1.0%的推荐值。在目前的管理措施下，合理减少施氮量和添加硝化抑制剂是减少设施蔬菜地N2O排放量的有效途径。

ZHANG

, LI

, WANG L

, QIU J

. Characteristics of nitrous oxide emissions from typical greenhouse vegetable fields in Beijing suburbs
Acta Ecologica Sinica, 2014,34(14):4088-4098. (in Chinese)

DOI:10.5846/stxb201306091534 Magsci [本文引用: 2]

陈慧, 侯会静, 蔡焕杰, 朱艳 . 加气灌溉温室番茄地土壤N₂O排放特征
农业工程学报, 2016,32(3):111-117.

Magsci [本文引用: 1]

加气灌溉引起的土壤中氧气含量改变势必会影响N2O的产生和排放。为了揭示加气灌溉对秋冬茬温室番茄地土壤N2O排放的影响，2014年采用静态箱-气相色谱法对加气灌溉土壤N2O排放进行原位观测，研究秋冬茬温室番茄地土壤N2O排放对加气灌溉的动态响应。试验采用灌水量（充分灌溉、亏缺灌溉）和加气（加气、不加气）的双因素设计，设置4个处理，分别为加气亏缺灌溉（A1）、不加气亏缺灌溉（CK1）、加气充分灌溉（A2）和不加气充分灌溉（CK2）。结果表明：不同加气灌溉模式下土壤N2O排放均主要集中在番茄果实膨大期，其他时期排放水平较低。加气和充分供水处理均增加了番茄整个生育期的土壤N2O排放量，以A2处理最大（120.34 mg/m2），分别是A1和CK1处理的1.89和4.21倍（P＜0.01），而与CK2处理差异性不显著（P=0.078）。此外，不同灌水水平不加气处理，除N2O 排放主峰值点外，N2O排放通量与土壤充水孔隙率（water-filled pore space，WFPS）存在指数正相关关系（P＜0.05），WFPS在46.0%～52.1%时观测到N2O剧烈释放。可见，加气灌溉增加了温室番茄地土壤N2O排放，且在亏缺灌溉条件下，加气灌溉对温室番茄地土壤N2O排放的影响显著。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应及设施菜地温室气体减排提供参考。

CHEN

, HOU H

, CAI H

, ZHU

. Soil N₂O emission characteristics of greenhouse tomato fields under aerated irrigation
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016,32(3):111-117. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

郑欠, 丁军军, 李玉中, 林伟, 徐春英, 李巧珍, 毛丽丽 . 土壤含水量对硝化和反硝化过程N₂O排放及同位素特征值的影响
中国农业科学, 2017,50(24):4747-4758.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.008 Magsci [本文引用: 1]

【目的】通过室内培养试验,研究不同含水量对北京顺义潮褐土N2O排放及同位素特征值（δ15Nbulk,δ18O和nitrogen isotopomer site preference of N2O,简称SP）的影响,以期获得不同水分条件下土壤N2O产生途径及变化规律,为农田土壤N2O减排提供理论依据。【方法】结合稳定同位素技术与乙炔抑制法,以北京顺义潮褐土为试材,设置3个含水量梯度：67%、80%和95% WFPS（土壤体积含水量与总孔隙度的百分比或实际重量含水量与饱和含水量的百分比,简称WFPS）,在此基础上设置无C2H2,0.1%（V/V）C2H2和10%（V/V）C2H2处理。将土壤装入培养瓶中培养2 h,之后收集培养瓶中的气体测定N2O浓度及同位素特征值,并采集土样测定其NH+ 4-N和NO- 3-N的含量。利用同位素二源混合模型计算硝化和反硝化作用对土壤N2O排放的贡献率,对N2O产生途径进行量化分析。【结果】根据室内土壤培养测定结果,高（95% WFPS）、中（80% WFPS）和低（67% WFPS）含水量土壤N2O加权平均排放通量分别为1.17、0.27和0.08 mgN·kg-1·d-1,高含水量土壤N2O排放量均显著高于中、低含水量处理,中含水量处理显著高于低含水量；整个培养周期,高、中和低含水量土壤N2O+N2累积排放量分别为培养初期总的无机氮含量的18.05%、5.27%和1.24%（N2O+N2累积排放量分别为19.61、5.72和1.35 mgN·kg-1；各处理NH+ 4-N+NO- 3-N初始含量均为108.62 mgN·kg-1）；与低含水量处理相比,高、中含水量土壤的N2O+N2累积排放量分别增加了13.53倍和3.24倍,高含水量土壤N2O+N2累积排放量比中含水量高2.43倍,表现为随着含水量的增加,土壤无机氮（NH+ 4-N+NO- 3-N）以气态氮（N2O+N2）形式的损失量逐渐增加。3个含水量处理N2O的δ15Nbulk加权平均值变化范围为-42.93&permil;—-4.07&permil;,且较高含水量处理显著低于较低含水量处理；10%（V/V）C2H2抑制土壤中N2O还原成N2的过程,各含水量土壤中,10%（V/V）C2H2处理组其N2O的δ18O值显著低于0.1%（V/V）C2H2处理组,且N2O/（N2O+N2）比率随土壤含水量增加而降低；各处理土壤中同时存在多个N2O产生过程,对于培养第一周,土壤产生的N2O的SP值于培养前4 d呈逐渐增加的趋势,之后又逐渐降低,低含水量土壤在第1—2 天产生的N2O的SP值为6.74&permil;—12.04&permil;,反硝化作用对土壤N2O排放的贡献率为56.36%—66.15%,此培养阶段表现为土壤主要通过反硝化作用产生N2O,之后,硝化作用贡献率（55.78%—100%）增强；中含水量土壤N2O的SP加权平均值为10.26&permil;,该土壤中反硝化作用（40.90%—74.04%）占据主导地位；加10%（V/V）C2H2的高含水量处理,在整个培养第一周均具有较高的SP值,变化范围为7.61&permil;—21.11&permil;；与0.1% （V/V）C2H2处理组相比,10%（V/V）C2H2处理的高、中和低含水量土壤排放N2O的SP加权平均值分别降低了0.10倍、0.33倍和0.06倍。【结论】土壤含水量增加促进N2O排放,高含水量处理中N2O排放量最高。67%WFPS处理中,N2O排放前期以反硝化作用为主,后期以硝化作用为主；80%WFPS处理中,N2O主要由反硝化过程产生；95% WFPS处理中,N2O排放以硝化作用为主。

ZHENG

, DING J

, LI Y

, LIN

, XU C

, LI Q

, MAO L

. Effects of soil water content on N₂O emission and isotope characteristics of nitrification and denitrification processes
Scientia Agricultura Sinica, 2017,50(24):4747-4758. (in Chinese)

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.008 Magsci [本文引用: 1]

HOBEN J

, GEHL R

, MILLAR

, PETER

. Nonlinear nitrous oxide (N₂O) response to nitrogen fertilizer in on-farm corn crops of the US Midwest
Global Change Biology, 2011,17(2):1140-1152.

[本文引用: 1]

[42]

李燕青 . 不同类型有机肥与化肥配施的农学和环境效应研究
[D]. 北京: 中国农业科学院, 2016.

[本文引用: 1]

LI Y

. Study on agronomic and environmental effects of combined application of different organic manures with chemical fertilizer
[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2016. ( in Chinese)

[本文引用: 1]

[43]

陈海燕, 李虎, 王立刚, 邱建军 . 京郊典型设施蔬菜地N₂O排放规律及影响因素研究
中国土壤与肥料, 2012(5):5-10.

[本文引用: 1]

CHEN H

, LI

, WANG L

, QIU J

. Study on N₂O emissions and influencing factors of typical vegetable areas in Beijing suburbs
Soil and Fertilizer Sciences in China, 2012(5):5-10. (in Chinese)

[本文引用: 1]

[44]

DAMBREVILLE

, MORVAN

, GERMON

. N₂O emission in maize-crops fertilized with pig slurry, matured pig manure or ammonium nitrate in Brittany. Agriculture,
Ecosystems & Environment, 2008,123(1/3):201-210.

[本文引用: 1]

[45]

杨苞梅, 李国良, 姚丽贤, 周昌敏, 何兆桓 . 有机肥施用模式对蔬菜产量、土壤化学性质及微生物的影响
中国生态农业学报, 2010,18(4):716-723.

Magsci [本文引用: 1]

在广州市蔬菜集约化种植区连续进行了6茬菜心试验, 探讨有机肥施用模式[施无机肥(CK)、无机肥配施国产生物有机肥(BM)、无机肥配施腐殖酸(HA)、无机肥配合淋施复合芽孢杆菌剂(BSP)、无机肥配施腐殖酸并淋施复合芽孢杆菌剂(HA+BSP)、无机肥配施水沤腐熟鸡粪并淋施复合芽孢杆菌剂(CM+BSP)、无机肥配施复合芽孢杆菌剂堆沤腐熟鸡粪(BSPCM)]对蔬菜产量、土壤化学性质及微生物的影响。结果表明, 不同茬别菜心产量差别较大。连续6茬试验中, CM+BSP处理菜心产量均为最高且显著高于CK处理, BSPCM处理菜心产量仅次于CM+BSP处理。BM、CM+BSP、BSPCM处理能提高土壤pH, 降低连作土壤的酸化风险。随着种植茬数的增加, CM+BSP处理土壤细菌、真菌和微生物总数持续增加, 显著高于原始土壤和其他施肥处理, BSPCM处理次之。CK处理土壤中细菌、真菌及微生物总量均比原始土壤下降。在连作菜地蔬菜生产中, 在施用无机肥基础上配施适量水沤腐熟鸡粪, 并在蔬菜生长过程中淋施复合芽孢杆菌剂, 不但可提高蔬菜产量, 而且具有培肥、活化和改良土壤生物质量的作用, 有利于减轻蔬菜连作障碍, 实现集约化蔬菜种植的可持续发展。

YANG B

, LI G

, YAO L

, ZHOU C

, HE Z

. Effect of organic fertilizer application pattern on vegetable yield, soil chemical property and micro-organism.
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010,18(4):716-723. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

郑循华, 王明星, 王跃思, 沈壬兴, 龚晏邦, 张文, 骆冬梅, 金继生, 李老土 . 华东稻麦轮作生态系统的N₂O排放研究
应用生态学报, 1997,8(5):495-499.

Magsci [本文引用: 1]

根据对华东稻麦轮作周期的N2O排放及其影响因子的连续观测结果,分析了N2O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2O排放的影响,同时还比较分析了稻田N2O和CH4排放.研究结果表明,稻麦轮作周期内,水稻生长季的N2O排放量仅占30%,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH4排放量26%,减少N2O排放量11～26%.

ZHENG X

, WANG M

, WANG Y

, SHEN R

, GONG Y

, ZHANG

, LUO D

, JIN J

, LI L

. N₂O emission from the rice-wheat rotation ecosystem in East China
Journal of Applied Ecology, 1997,8(5):495-499. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

张树兰, 杨学云, 吕殿青, 同延安 . 温度、水分及不同氮源对土壤硝化作用的影响
生态学报, 2002,22(12):2147-2153.

Magsci [本文引用: 1]

选用陕西省 3个自然生态区 3种主要耕作土壤土样 ,在实验室培养条件下 ,研究温度、水分及不同氮肥品种对其硝化作用的影响 ,并用 d N/ dt=b N(B-N) / B方程描述硝化作用过程中硝态氮含量随时间的累积变化 ,获得定量描述硝化作用强弱的两个指标 (Kmax和 td)。结果表明 :不同土壤水分含量对硝化作用的影响在不同土壤间差异明显 ;但不同土壤在田间持水量 (F H C)的 60时 ,硝化作用的最大速率 (Kmax)及硝化率最高。土壤温度不仅显著影响硝化作用的最大速率 (Kmax)和硝化率 ,而且迟缓期 (td)也有明显变化。不同氮肥品种对硝化作用的影响主要表现在硝化率不同 ,3种土壤硝化率均为硫酸铵 >尿素和碳铵 >氯化铵 ,显示硫酸根离子的促进作用和氯离子的强烈抑制作用。但氮肥品种对硝化作用的最大速率 (Kmax)和迟缓期 (td)的影响不规律。

ZHANG S

, YANG X

, Lü D

, TONG Y

. Effects of temperature, moisture and different nitrogen sources on soil nitrification
Acta Ecologica Sinica, 2002,22(12):2147-2153. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

王浩成 . 缓释氮肥对滨海盐碱地CH₄和N₂O排放的研究
[D]. 南京: 南京农业大学, 2012.

[本文引用: 1]

WANG H

. Study on CH₄ and N₂O emissions from coastal saline-alkali land by slow-release nitrogen fertilizer
[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2012. ( in Chinese)

[本文引用: 1]