中国的设施蔬菜生产（GVP）系统正在迅速发展，其面积已超过4百万公顷，占全球的80%以上。山东省是中国蔬菜主产区，其中寿光地区被誉为“中国设施蔬菜之乡”， GVP面积超过当地土地面积的四分之一（图1b）。为了实现产量及利润的最大化， GVP系统通常过量灌水和施肥，年灌水量约2000mm，年氮肥施用量通常在2000 kg N ha^-1以上，是露天菜地的2～5倍，谷类作物的4～5倍。大量的灌水和施肥能够促进硝化和反硝化作用的发生，有利于土壤氧化亚氮（N₂O）的释放。已有一些研究关注到GVP系统中N₂O的排放，发现常规施肥条件下N₂O的年排放量在3.9～63 kg N ha^-1 yr^-1之间。这种差异一方面反映了GVP系统中N₂O排放的空间异质性，另一方面也反映了对于频繁灌溉的GVP系统，低频率采样可能带来的不确定性。此外，先前多数研究只关注了作物的生长季，缺少对闷棚时期N₂O排放的监测，导致N₂O排放量的低估。
基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队依托该所位于山东寿光的设施农业中心建立了高频连续自动采样和测定系统（图1c, d），对该典型GVP地区土壤N₂O的排放通量进行了为期一年的监测，包括非生长季闷棚时期，以更加准确全面地量化N₂O的排放。该系统包含16个自动采样的呼吸室，充分考虑了GVP系统的空间异质性。研究结果显示，GVP系统土壤N₂O年排放量高达102 kg N ha^-1，占氮肥施用量（1338 kg N ha^-1）的7.6%，远高于以往的报道。此外，灌水可使N₂O排放速率出现短暂的峰值，增加12～396%（图2c）。低频率采样可能无法捕捉到这些峰值，导致N₂O排放被低估8～17%。该研究强调了GVP系统是N₂O排放的热点。随着GVP的迅速发展，N₂O排放量也将进一步增加，迫切需要引起重视并制定相应的减排措施。
该研究成果以“High soil nitrous oxide emissions from a greenhouse vegetable production system in Shouguang, Northern China”为题于2023年12月3日发表于Atmospheric Environment。沈阳应用生态研究所博士生李雪和副研究员全智为共同第一作者，方运霆研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院黑土地保护与利用科技创新工程专项（XDA28020302)和国家自然科学基金（42177214, 41701309）等项目资助。
　　论文链接：https://authors.elsevier.com/c/1iEYX4pTZHnzIy



图1 供试大棚与土壤N₂O排放速率自动采样和监测系统


图2 研究期间土壤温湿度、无机氮含量和N₂O日排放速率的季节变化动态（ASD表示闷棚时期，黑色向下箭头表示施肥日期）