826 农业环境科学学报第 37 卷第 4 期 temperture, moisture, nd ir temperture signifintly ffeted N 2 Oemission flux, but the dominnt ftors were different in 2015 nd

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1 圆园 18,37(4): 农业环境科学学报允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻 2018 年 4 月谢海宽, 李贵春, 徐驰, 等. 不同灌溉方式对设施菜地 N 2O 排放的影响及其年际差异 [J]. 农业环境科学学报,2018, 37(4): XIE Hi-kun, LI Gui-hun, XU Chi, et l. Effet of irrigtion pttern on soil N 2Oemissions nd internnul vribility in greenhouse vegetble fields[j]. 允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥 - 耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻,2018,37(4): 不同灌溉方式对设施菜地 N 2 O 排放的影响及其年际差异谢海宽 1, 李贵春 2, 徐驰 1, 丁武汉 1, 江雨倩 1, 王立刚 1, 李虎 1* (1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 农业部面源污染控制重点实验室, 中国农业科学院 - 美国新罕布什尔大学可持续农业生态系统研究联合实验室, 北京 ;2. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 ) 摘要 : 通过田间原位试验, 利用自动静态箱 - 气相色谱法对设施黄瓜季土壤 N 2 O 排放进行了连续两年的观测, 探讨了不同灌溉方式 ( 传统漫灌和滴灌 ) 对 N 2 O 排放的影响及其年际差异, 以期为设施菜地 N 2 O 减排提供数据支撑和理论基础试验设置 3 个, 分别为对照 (CK) 漫灌施肥 (FP) 滴灌施肥 (FPD) CK 不施氮肥,FP FPD 氮肥施用量为有机肥 500 kg N hm -2 化肥 700 kg N hm -2, 其中化肥根据作物养分需求多次施入研究结果表明 : 设施菜地 N 2 O 排放峰主要集中于施肥和灌溉后, 基肥持续 7d 左右, 追肥 N 2 O 排放峰持续 3~5 d 土壤温度水分和气温等因子都能显著影响 N 2 O 排放通量的变化, 但不同年际之间对 N 2 O 排放的影响不同,2015 年 N 2 O 排放通量的变化主要受土壤温度和气温影响, 而 2016 年主要受土壤湿度和温度影响 ; 改变灌溉方式, 对土壤温湿度变化没有产生显著的影响 ; 相同氮肥施用量下, 滴灌相比常规漫灌在提高作物产量的同时, 能减少 N 2 O 排放总量 29.4%~35.1%, 并且没有显著年际差异 ; 滴灌相比常规漫灌能减少 N 2 O 排放强度 ( 即单位经济产量 N 2 O 排放量 )34.5%~37.5% 排放系数 47.2%~47.7%, 两年的观测没有显著的年际差异可见, 滴灌相比漫灌在提高蔬菜产量的同时, 能显著减少 N 2 O 排放, 而且年际之间没有显著差异, 是设施菜地值得推荐的一种减排技术, 并可为 N 2 O 长期减排效果的估算提供参考关键词 : 漫灌 ; 滴灌 ; 设施蔬菜 ;N 2 O; 年际变化中图分类号 :X511 文献标志码 :A 文章编号 : (2018) doi: /jes Effetof irrigtionptternonsoil N 2 Oemissionsndinternnul vribility ingreenhousevegetble fields XIE Hi-kun 1,LIGui-hun 2,XU Chi 1,DING Wu-hn 1,JIANG Yu-qin 1,WANG Li-gng 1,LIHu 1* (1.Institute ofagriulturlresouresnd RegionlPlnning, Chinese AdemyofAgriulturlSienes, Ministry ofagriulture Key Lbor 原 tory of Agriulturl Non-point Soure Pollution Control, Chin Joint Reserh Lbortory for Sustinble Agro-eosystem Reserh between ChineseAdemyofAgriulturlSienesndUniversityofNewHmpshire(CAAS-UNH),Beijing100081,Chin;2.InstituteofEnvironment ndsustinbledevelopmentinagriulture,chineseademyofagriulturlsienes,beijing100081,chin) Abstrt:Greenhouse vegetble(gv)fields re one of the most importnt soures of N 2 Oemissions, nd drip irrigtion hs ttrted in 原 resing ttention s n effetive strtegy for reduing suh emissions. In the present study, we performed two-yer experiment in GV field, whih inluded two uumber sesons, nd used the stti opque hmber method to quntify N 2 Oemissions. We lso disussed the influenes of different irrigtion methods(trditionl flood irrigtion nd drip irrigtion)on N 2 Oemissions nd its internnul vrition, in order to provide dt support nd theoretil bsis for mitigting N 2 Oemissions in GV fields. Our study involved three irrigtion tret 原 ments, inluding ontrol(ck), flood irrigtion(fp), nd drip irrigtion(fpd). There ws no Nfertilizer input for the CK tretment, wheres the orgni nd syntheti Ninputs rtes were 500 nd 700 kg N hm -2,respetively, for both the FP nd FPD tretments, nd multiple syn 原 theti Npplitions were pplied ording to the nutrient demnds of the rops. The N 2 Oemission peks of the GV fields were indued by both fertiliztion nd irrigtion, nd they usully lsted for 7dfter bsl fertilizer pplition but only 3~5 dfter topdressing events. Soil 收稿日期 : 圆园 17 原 10 原 09 录用日期 : 圆园 18 原 01 原 18 作者简介 : 谢海宽 (1991 ), 男, 硕士研究生, 主要从事农田生态系统碳氮循环研究 E-mil:xie @163.om * 通信作者 : 李虎 E-mil:lihu0728@sin.om 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 源员远苑员猿园猿 ); 北京市自然科学基金项目 ( 远员远圆园圆源 ); 中央级公益性科研院所基本科研业务费 ( 员远员园员猿圆园员远园源圆 ) Projet supported:the 晕葬贼蚤燥灶葬造晕葬贼怎则葬造杂糟蚤藻灶糟藻云燥怎灶凿葬贼蚤燥灶燥枣悦澡蚤灶葬 ( 源员远苑员猿园猿 );The 晕葬贼怎则葬造杂糟蚤藻灶糟藻云燥怎灶凿葬贼蚤燥灶燥枣月藻蚤躁蚤灶早, 悦澡蚤灶葬 ( 远员远圆园圆源 );The 云怎灶凿葬原皂藻灶贼葬造砸藻泽藻葬则糟澡云怎灶凿泽枣燥则悦藻灶贼则葬造晕燥灶原责则燥枣蚤贼杂糟蚤藻灶贼蚤枣蚤糟陨灶泽贼蚤贼怎贼蚤燥灶 ( 员远员园员猿圆园员远园源圆 )

2 826 农业环境科学学报第 37 卷第 4 期 temperture, moisture, nd ir temperture signifintly ffeted N 2 Oemission flux, but the dominnt ftors were different in 2015 nd 2016; N 2 Oemission flux ws minly ffeted by soil nd ir temperture in 2015 but ws minly ffeted by soil moisture nd temperture in There were no signifint differenes in the soil temperture or moisture of the FP or FPD tretments. Compred to FP, FPD inresed rop yield lso redued the totl N 2 Oemissions by 29.4%~35.1% on n equivlent Npplition rte. Compred with FP, FPD redued N 2 O emission intensity(n 2 Oemission per unit of eonomi yield)by 34.5%~37.5%, nd the emission ftor 47.2%~47.7% in two yers. Com 原 pred to FP, FPD n signifintly redue N 2 Oemissions while lso inresing vegetble yield, nd its mitigtion effiieny ws no signifi 原 ntly internnul vrition between 2015 nd Therefore, FPD ould be n effetive N 2 Omitigtion strtegy in GV fields nd ould provide referene for estimting the effets of N 2 Oemission on long-term sle. Keywords:flood irrigtion;dripirrigtion; greenhousevegetble; N 2 O;internnulvribility 近年来, 我国蔬菜种植面积呈现持续增加的趋势截至 2015 年, 我国蔬菜种植面积占全国农作物总播种面积比例, 已经从 1995 年的 6.35% 增长到了 13.22% [1] 其中设施菜地面积占蔬菜种植面积的 18% [2] 设施蔬菜种植系统不同于大田作物系统, 不仅有独特的土壤环境, 而且具有施肥量大灌溉频繁复种指数高等特点而大量氮肥投入引起的 N 2 O 排放等全球气候变化问题已经引起了广泛关注有研究表明, 农业生产 N 2 O 排放量占全球排放总量的 20%~30% [3], 其中约 [4] 20% 来源于蔬菜种植系统随着社会的发展和人们生活水平的提高, 设施蔬菜种植面积在未来几年中仍 [2] 将呈现增加的趋势因此研究设施菜地 N 2 O 排放对于农业减排有重要意义同时, 由于我国水资源供需矛盾突出, 而传统灌溉模式 ( 大水漫灌 ) 不仅具有耗水 [5] 量大水肥利用效率低作物产量与品质低等缺点, [6] 而且增加了土壤 N 2 O 的排放近年来, 滴灌施肥作为设施菜地一种有效的节水节肥措施受到了广泛的推广和关注滴灌施肥技术是将肥料溶解于灌溉水, 通过管道将肥水溶液输送到作物根部附近土壤, 使作物根系的土壤保持适宜的水肥和营养以供作物吸收 [7] 利用, 具有节水节肥提高产量的特点滴灌施肥技术与常规漫灌技术相比, 不仅可以提高作物产量 10% ~20% 节水 50%~80% 提高水肥利用效率 30% 左 [8-10] 右 ; 而且可以降低 N 2 O 累积排放量 30%~40% [11-12] 虽然近些年来关于滴灌施肥技术对设施菜地 N 2 O 排放特征影响的研究逐渐增多, 然而, 滴灌施肥由于其管理的复杂性, 如灌溉时间长频率高水肥交互作用较强, 对 N 2 O 的减排作用仍存在较大不确定性有研究表明灌溉方式的不同, 会引起土壤湿度间存在差异而在土壤温度适宜的情况下, 土壤湿度会成为影响 N 2 O 排放的主要因素, 从而造成不同灌溉方式下 [13] N 2 O 排放的差异这是由于土壤水分不仅影响微生物活性, 也影响 N 2 O 在土壤中的运输及向大气的扩 [14] 散也有研究表明, 滴灌由于灌溉频率较传统漫灌更高, 通常会形成有利于反硝化作用发生的厌氧环 [15] 境, 反而增加了 N 2 O 排放尤其是在高温高湿受人为干扰强烈的设施菜地系统, 势必会对 O 2 供应及氮素的迁移转化产生重要的影响, 从而影响 N 2 O 的产生和排放过程因此, 探讨设施菜地不同灌溉方式对 N 2 O 排放的影响因素, 尤其是滴灌技术对 N 2 O 排放的影响的长期年际效应, 将会为 N 2 O 排放提供科学的数据支撑, 对于制定合适的农田温室气体减排措施有重要意义本研究拟通过对京郊典型设施蔬菜黄瓜在不同年份间的 N 2 O 排放特征进行分析, 以探讨漫灌和滴灌施肥措施下设施菜地 N 2 O 排放特征及其年际差异, 分析其主要因素, 以明确 N 2 O 排放的长期变化特征 1 材料与方法 1.1 供试材料试验地点位于北京市房山区窦店镇芦村芦西园, 地处东经 116 毅 01 忆北纬 39 毅 38 忆, 属于暖温带半湿润半干旱季风性气候, 四季分明, 年平均气温 11.9 益, 年平均降水量 583 mm, 年相对湿度为 61%, 全年平均日照时数 2554 h 日光温室为普通的半拱圆形塑料大棚, 长 155 m 宽 6m 大棚塑料膜无色透明, 其顶部和底部分别设有通风口温室塑料膜上盖有棉被, 以保持严寒季节夜间的温度, 雨雪天气时封闭通风口防止雨水进入蔬菜定植后覆盖黑色地膜以保持水分提高地温防止杂草供试土壤为褐土, 质地为粉质壤土, 土壤表层 (0~20m) 基本理化性质见表试验设计本试验观测时间为 2015 年 2 6 月 2016 年 3 7 月, 种植作物为黄瓜试验设置 3 个, 分别为 : 对照 (CK), 漫灌施肥 (FP), 滴灌施肥 (FPD) 本研究主要关注在相同施氮量条件下, 漫灌施肥和滴灌施肥 N 2 O 排放的差异, 因此没有设置滴灌不施肥每个设置 3 次重复, 共 9 个试验小

3 第 32 卷第 1 期 2018 年 4 月谢海宽, 等 : 不同灌溉方式对设施菜地 N 2 O 排放的影响及其年际差异 827 表 1 土壤剖面基本理化性质 Tble 1Soilphysilnd hemilpropertiesforsoilprofile 土壤有机质 /% ph 全氮 /% 全磷 /% 全钾 /% 碱解氮 /mg kg -1 速效钾 /mg kg -1 有效磷 /mg kg -1 褐土区, 每个小区由隔离带隔开, 小区面积为 6m 伊 8m=48 m 2 不同年份各施肥量和灌溉水量如表 2 所示有机肥为牛粪 ( 含水量 41.59%), 氮肥为尿素 ( 含氮量 46.4%), 磷肥为过磷酸钙 (P 2 O 5 12%), 钾肥为硫酸钾 (K 2 O33%) 有机肥和过磷酸钙均做底肥于定植前一次性施入, 硫酸钾和尿素分基肥和追肥在不同时期施用于各小区内基肥撒施后翻耕入土, 作物定植后漫灌 ; 追肥时 CK 和 FP 灌溉方式为漫灌, 肥料溶于水后随水施入, 而 FPD 采用滴灌方式进行灌溉, 整个生长季滴灌水量是漫灌水量的 75%( 基肥时统一为漫灌灌溉, 各小区灌溉量相同 ), 化肥氮和钾基肥与追肥比例为 3 颐 7 供试黄瓜品种为金胚 98,2015 年黄瓜季于 2015 年 2 月 6 日定植,6 月 26 日拉秧 ; 2016 年黄瓜季于 2016 年 3 月 9 日定植,7 月 8 日拉秧 2015 年和 2016 年黄瓜整个生长季基肥和追肥详细的施肥灌溉管理措施如表 3 所示 1.3 取样和测定方法采用自动静态箱 - 气相色谱法进行 N 2 O 气体的采集采样箱箱体由不锈钢材料制成, 箱体外用 30 mm 厚的塑料泡沫板包裹保温, 根据设施蔬菜的株行距, 顶箱箱体设计为 70 m 伊 80 m 伊 60 m 的长方体, 从而最大限度保证取样气体的代表性当植株生长超过 60 m 时, 增加中段箱 (70 m 伊 80 m 伊 60 m) 以保证植株的正常生长和取样的顺利进行底座 (70 m 伊 80 m 伊 25 m) 由不锈钢制成, 于定植时埋入地下采种植季 2015 年黄瓜季 2016 年黄瓜季样时, 将箱体置于底座上, 用水密封, 确保密封性良好 ; 打开电源开关, 自动抽取箱内气体于气袋中, 每隔 6min 取样一次, 共取样 5 次通过箱体上的显示屏同时读取箱体内温度以及 5m 土壤温度每次取样时间为早上 8:00 10:00, 施肥和灌水后逐日观测一周, 基肥延长观测时间, 直至各与不施氮的 N 2 O 排放量无差异为止, 其余时间每周采样 1~2 次气袋中的样品用改进的 Agilent 7890A 气相色谱仪分析 N 2 O 浓度各 15 m 土壤体积含水量用 TRIME-PICO 64 测定 1.4 数据分析表 2 各施肥量和灌溉量 Tble 2Totlfertilizernd irrigtion mountin differenttretments 有机肥 / kg N hm -2 根据气体浓度随时间的变化速率计算气体排放通量气体通量 (F) 计算公式为 : F= 籽 H d dt 273+T P P 0 化肥 /kg hm -2 N P 2O 5 K 2O 总灌溉量 / mm CK FP FPD CK FP FPD 表年黄瓜季和 2016 年黄瓜季详细的灌溉施肥管理表 Tble 3Wternd fertilizermngementprtiesduringthe growth periods 种植季基肥灌水量 ( 日期 : 施氮量灌水量 )/ kg N hm -2 mm 灌水方式追肥灌水量 ( 日期 : 施氮量灌水量 )/ kg N hm -2 mm 2015 年黄瓜季 CK 2/6: 漫灌 3/14: ;3/29: ;4/14: ; 5/11: ;5/25: ;6/8: FP 2/6: 漫灌 3/14: ;3/29: ;4/14: ; 5/11: ;5/25: ;6/8: FPD 2/6: 漫灌 3/14: ;3/29: ;4/14: ; 5/11: ;5/25: ;6/8: 年黄瓜季 CK 3/9: 漫灌 4/15: ;4/24: ;5/9: ; 5/20: ;6/2: ;6/8: FP 3/9: 漫灌 4/15: ;4/24: ;5/9: ; 5/20: ;6/2: ;6/8: FPD 3/9: 漫灌 4/15: ;4/24: ;5/9: ; 5/20: ;6/2: ;6/8: 灌水方式漫灌漫灌滴灌漫灌漫灌滴灌

828 式中 :F 为 N 2 O 的排放通量, 正值表示土壤向大气排放, 负值表示吸收,mg N 2 O-N m -2 h -1 ; 籽为标准状态下气体的密度,g L -1 ;H 为采样箱气室高度,m;T 为采样箱内气温, 益 ;d/dt 为采样箱内 N 2 O 气体浓度随时间变化的速率, 滋 L L -1 h -1 ;P 为采样时气压,mmHg;P 0 为标准大气压,mmHg;P/P 0 抑

4 828 式中 :F 为 N 2 O 的排放通量, 正值表示土壤向大气排放, 负值表示吸收,mg N 2 O-N m -2 h -1 ; 籽为标准状态下气体的密度,g L -1 ;H 为采样箱气室高度,m;T 为采样箱内气温, 益 ;d/dt 为采样箱内 N 2 O 气体浓度随时间变化的速率, 滋 L L -1 h -1 ;P 为采样时气压,mmHg;P 0 为标准大气压,mmHg;P/P 0 抑 1 利用内插法计算相邻两次监测之间未监测日期的排放量, 然后将每天的交换通量累加可得到年度气体排放的总量 N 2 O 排放强度指形成单位经济产量 N 2 O 排放量, 即 N 2 O 排放总量与相应作物产量的比值 N 2 O 排放系数指施肥 N 2 O 排放总量与对照 N 2 O 排放总量之差占肥料投入量的比值采用 Exel 2013 和 SAS 9.3 统计软件对实验数据进行计算制图和统计分析 2 结果与分析 2.1 不同灌溉方式对产量和环境条件的影响从不同灌溉方式下作物产量 ( 图 1) 来看,2015 年 FP 产量为 t hm -2,FPD 产量增加了 14.6%, 达到了 t hm 年结果也相似,FP 产量为 t hm -2,FPD 产量增加了 2%, 达到了 121.8t hm -2 从各土壤孔隙含水量(WF 原 PS) 变化特征 ( 图 2) 来看,CK FP FPD 2015 年土壤 WFPS 范围分别为 56.0%~77.5% 56.5%~80.7% 58.0%~78.8% ;2016 年范围分别为 57.1%~81.3% 57.8%~82.4% 56.4%~80.4% 从土壤 5m 温度 ( 图 3) 来看, 各土壤温度均表现为相似的变化特征, CK FP FPD 2015 年土壤 5m 温度范围分别为 9.1~ ~ ~26.3 益 ;2016 年范围分别为 15.4~ ~ ~25.4 益 FP 与 FPD 之 90 农业环境科学学报第 37 卷第 4 期间土壤 WFPS 5m 温度没有显著差异, 说明与漫灌相比, 滴灌并没有显著改变土壤 WFPS 和土壤 5m 温度而土壤 5m 温度在 2015 年和 2016 年间存在极显著的年际差异 (P<0.01), 这主要由棚内气温年际变化造成,2015 年棚内气温变化范围为 14.0~37.8 益,2016 年棚内气温变化范围为 22.5~35.8 益, 比 2015 年明显增加 2.2 不同灌溉方式对 N 2 O 排放通量的影响及影响因素从 N 2 O 排放通量 ( 图 4) 来看,2015 年和 2016 年黄瓜季的整个监测周期内,N 2 O 排放通量表现出相似的变化趋势 : 灌溉灌溉施肥后各都会出现 N 2 O 排放峰, 施入基肥后, 峰值持续 7d 左右, 追肥后峰值一般持续 3~5d, 并且基肥期 N 2 O 排放峰高于追肥期各 N 2 O 排放通量平均值的次序为 FP>FPD>CK, 其中 CK N 2 O 排放通量一直保持着较低水平, 2015 年为 0.04~4.40 mg N m -2 h -1,2016 年为 0.16~ 4.02 mg N m -2 h -1 CK FP FPD 在灌溉灌溉施肥事件后, 均出现明显的 N 2 O 排放峰, 说明施肥和灌年 2016 年 0 不同字母表明在 P<0.05 水平下存在显著差异下同 Different lettersinditesignifint different t 0.05level.Thesme below 图 1 各产量变化 Figure1 Dynmi hngesofyield foreh tretment b b 日期图 2 各土壤孔隙含水量 (WFPS) 变化 Figure2 Dynmi hngesofsoilwter-filled pore spe forehtretment

5 第 32 卷第 1 期 2018 年 4 月溉方式会影响 N 2 O 的排放通量不同灌溉方式下土壤 N 2 O 排放通量差异明显, 与 FP 相比,2015 年 FPD N 2 O 平均排放通量减少 26.3%,2016 年减少 27.5% 从环境因子与 N 2 O 排放通量的关系来看 ( 表 4),2015 年各土壤 WFPS 与 N 2 O 排放通量间均没有显著相关关系 ;2016 年 FP 土壤 WFPS 与 N 2 O 排放通量达到了极显著相关 (P<0.01) 2015 年 FPD 土壤 5m 温度与 N 2 O 排放通量没有显著相关关系, 而其他两年的研究均表明 5m 温度与 N 2 O 排放通量呈极显著负相关关系 2015 年 CK FP 气温与 N 2 O 排放通量达到极显著负相关关系 (P<0.01);2016 年各气温与 N 2 O 排放通量均没有显著相关关系 2.3 不同灌溉方式对 N 2 O 排放总量排放强度排放系数的影响及年际差异谢海宽, 等 : 不同灌溉方式对设施菜地 N 2 O 排放的影响及其年际差异 829 从 N 2 O 排放总量 ( 图 5) 来看,CK FP FPD 3 个处理 2015 年 N 2 O 排放总量分别为 kg N hm -2 ;2016 年分别为 kgN hm -2 分析表明,CK FP N 2 O 排放总量存在显著差异 (P< 0.05), 说明氮肥的施用对 N 2 O 排放总量影响较大而施用氮肥的中,FP 的 N 2 O 排放总量与 FPD 之间也存在显著差异 (P<0.05), 并且表现为 FP 表 4 土壤 N 2 O 排放通量与土壤 WFPS 土温和气温的相关分析 (r) Tble 4Personorreltion oeffiientsofn 2 Ofluxeswithsoil moisture,soiltemperture nd irtempertureindifferent mngementtretments(r) 0~15 m 土壤 WFPS 0~5 m 土壤温度气温 2015 年 2016 年 2015 年 2016 年 2015 年 2016 年 CK * -0.65** -0.51** -0.55** FP ** -0.61** -0.66** -0.46** FPD * ** 注 :* 和 ** 分别表示在 0.05 和 0.01 水平下差异显著 Note:*nd** indite signifint differene t 0.05 nd 0.01 level,re 原 spetively 气温日期图 3 各土壤 5m 温度和气温的变化 Figure3 Dynmi hngesof5m soiltemperturend irtemperture forehtretment 日期箭头代表施肥日期 Arrowsrepresent fertiliztiondtes 图 4 不同 N 2 O 排放通量动态变化 Figure 4YersdynmisofN 2 Oemission fluxesin differentmngementtretments

6 年 2016 年 0 图 5 各在不同年份土壤 N 2 O 排放总量 Figure 5The umultive N 2 Oemission foreh tretmentin 2015nd2016 N 2 O 排放量高于 FPD 比较各 N 2 O 排放总量的年际差异, 方差分析结果显示,CK FP FPD N 2 O 排放总量均没有显著的年际差异比较不同年份间滴灌减少 N 2 O 排放的效果, 与 FP 相比,2015 年 FPD 减少 N 2 O 排放总量 29.4%;2016 年 FPD 减少 N 2 O 排放总量 35.1% 虽然滴灌在减少 N 2 O 排放方面存在一定的波动, 但是这种年际差异并没有达到显著水平从 N 2 O 排放强度 ( 图 6) 来看, CK FP FPD 3 个 2015 年 N 2 O 排放强度分别为 kg N t -1 ;2016 年分别为 kg N t -1 FP 与 FPD 之间 N 2 O 排放强度存在显著差异 (P<0.05) 与 FP 相比,2015 年 FPD 减少 N 2 O 排放强度 34.5%;2016 年 FPD 处理减少 N 2 O 排放强度 37.5% 并且双因素方差分析结果表明,FPD 在 2015 年和 2016 年减少 N 2 O 排放强度方面没有显著差异从 N 2 O 排放系数来看,FP 与 FPD 之间 N 2 O 排放系数存在显著差异 (P<0.05), 相同在不同年份间没有显著差异年 FP N 2 O 排放系数分别为年 2016 年 d d 图 6 各在不同年份土壤 N 2 O 排放强度 Figure 6The N 2 Oemission intensity foreh tretmentin 2015 nd 2016 b b b b 农业环境科学学报第 37 卷第 4 期 1.78, 均高于 IPCC 的默认值 1% 而 FPD 的 N 2 O 排放系数 ( ) 均低于 1% 这个默认值与 FP 相比,FPD 两年间平均降低 N 2 O 排放系数 47%, 并且没有显著的年际差异 3 讨论 3.1 不同灌溉方式下 N 2 O 排放特征及影响因素本研究两年的数据结果均显示, 灌溉灌溉施肥后各都会出现 N 2 O 排放峰, 施入基肥后, 峰值持续 7d 左右, 追肥一般持续 3~5 d, 并且基肥期 N 2 O 排放通量高于追肥期这是由于与追肥期相比, 基肥期有机肥的施用对于反硝化速率的刺激作用高于化学氮肥 [16] 因为一方面有机肥作为碳源, 可直接为反硝化细菌提供能量和电子, 从而促进反硝化作用 ; 另一方面, 有机肥可以激发自养硝化和异养硝化, 为反硝化作用提供底物 [16-17], 从而增加 N 2 O 的产生王艳丽 [11] [18] 等 Vllejo 等的研究中也出现了类似的现象各处理两年的研究均出现 7 次 N 2 O 排放峰, 且都发生在灌溉施肥后这是由于外源氮的投入提高了土壤硝化势, 以及氨氧化细菌和氨氧化古菌的数量, 此外土壤的干湿交替使得土壤中硝化作用和反硝化作用交替循环进行, 从而促进了 N 2 O 的产生 [17,19] 土壤湿度是影响 N 2 O 排放的重要影响因子之一 [20], 并且大多数研究表明土壤湿度与 N 2 O 排放呈显著正相关关系 [6,21] 但本研究中土壤湿度在不同年份间对 N 2 O 排放的影响不同, 如 2015 年土壤 WFPS 与 N 2 O 排放没有显著相关关系, 但 2016 年土壤 WFPS 与土壤 N 2 O 排放呈显著正相关 (P<0.05) 或极显著正相关 (P<0.01) 关系在同一试验基地年的 [11] 研究中土壤 WFPS 与 N 2 O 排放也呈现显著正相关关系 2015 年这种差异可能是由于灌水间隔时间较前两年长, 土壤湿度和温度的年际差异变化造成的 [12] 土壤温度是影响 N 2 O 排放的另一重要因子, 本研究结果表明土壤 5m 温度与 N 2 O 排放呈现出极显著负相关关系 (P<0.01), 这是由于黄瓜主要生长季为春夏季, N 2 O 排放随施肥量增加而增加, 此时,N 2 O 排放主要受施肥的影响这与张婧等 [22] 的研究结果相一致, 当气温较高时, 施氮量是影响 N 2 O 排放的主要因素而 [23] 于亚军等的研究表明, 土壤温度与 N 2 O 排放呈显著正相关关系韩冰等 [6] 在设施菜地研究结果显示土壤温度与 N 2 O 排放并没有显著相关关系这说明土壤 N 2 O 排放是受温度湿度施氮量共同调节的, 这种因子之间的交互作用可能会掩盖单一因子对 N 2 O 排放

7 第 32 卷第 1 期 2018 年 4 月谢海宽, 等 : 不同灌溉方式对设施菜地 N 2 O 排放的影响及其年际差异 831 的影响, 因此今后也应该关注不同灌溉方式下温度湿度及施肥量的交互作用对 N 2 O 排放的影响机理 3.2 不同灌溉方式对 N 2 O 排放总量排放强度的影响及年际差异分析从各 N 2 O 排放总量排放强度排放系数来看,2015 年滴灌施肥方式比漫灌施肥方式低 29.4% 34.5% 47.7%;2016 年滴灌施肥方式比漫灌施肥方式低 35.1% 37.5% 47.2% 结合不同灌溉方式下作物产量可以发现, 与漫灌施肥方式相比, 滴灌施肥在保障作物产量的前提下, 能够减少土壤 N 2 O 排放不同灌溉方式下土壤产生 N 2 O 主要途径存在差异, 漫灌方式表层土壤 (0~30 m) 湿润比滴灌迅速, 当灌溉使土壤迅速充分湿润时, 易形成厌氧环境, 使得土壤反硝化菌活性更高 [6], 从而增加反硝化作用产生的 N 2 O [24] 而与漫灌方式相比, 滴灌不仅可以降低土壤孔隙含水量, 使得反硝化作用产生的 N 2 O 受到抑制 [21,24] ; 而且滴头附近易形成湿度较大区域, 当滴头附近土壤 WFPS 大于 80% 时, 产生的 N 2 O 会进一步还原为 N 2 [25], 进而减少滴灌条件下 N 2 O 的产生此外, 滴灌施肥养分通过管道直接输送到作物根部, 提高了其利用效率, 促进作物对氮素的吸收利用, 进而降低了硝化和反硝化作用反应底物浓度, 从而减少 N 2 O 排放 [11,26] 本研究中滴灌施肥没有显著降低土壤湿度, 说明滴灌减少 N 2 O 排放可能是由于滴头附近湿度过大以及提高了氮肥利用效率引起的然而由于这些数据的不可获取性, 下一步需对其进行观测分析, 从机理上进一步解释从 N 2 O 排放总量的年际差异来看, 各 N 2 O 排放总量年际差异不显著这是由于设施大棚是一个相对稳定的环境, 并且土壤的温度湿度的年际变化较小其中漫灌施肥的年际差异最小为 1.08 kg N hm -2 ; 对照的 N 2 O 排放量年际差异最大为 4.04 kg N hm -2 这是由于对照硝化反硝化作用所需底物得不到有效补充, 其 N 2 O 排放总量的年际差异较大 ; 漫灌施肥硝化反硝化作用底物浓度充足, 因 [27] 此其 N 2 O 排放总量的年际差异较小而 Ci 等在大田实验的研究结果表明 N 2 O 排放总量的年际差异显 [28] 著,Kus 等研究也表明 N 2 O 排放的年际差异显著, 达到了 3.5~15.6 kg N hm -2 可见设施菜地与大田作物的 N 2 O 排放年际差异有很大不同, 然而目前关于设施菜地 N 2 O 排放的年际差异的研究还较少, 今后可以关注设施菜地 N 2 O 排放的年际差异, 以探讨设施菜地 N 2 O 长期排放特征从 N 2 O 排放强度的年际差异来看, 各 N 2 O 排放强度年际差异不显著, 并且波动范围较小 (0.04~0.05 kg N t -1 ) 综合考虑, 在未来的研究中, 如果没有多年的观测数据, 可以用当年的排放强度变化估算长期的减排效果, 以减少田间观测巨大的时间成本和经济成本分析产量与 N 2 O 排放量和排放强度的关系发现, 产量与 N 2 O 排放量排放强度间存在一个此消彼长的趋势, 这是由于当作物吸收更多氮素的时候, 相应损失的氮素就会减少, 从而间接减少 N 2 O 排放量排放强度因此提高作物的氮素吸收率, 也是减少 N 2 O 排放的一个重要途径 4 结论 (1) 设施菜地施肥和灌溉是引起 N 2 O 排放峰的主要因素,N 2 O 排放通量的变化受土壤温度水分和气温等因子的共同影响, 不同年际之间其主要影响因素不同 (2) 氮肥施用量相同条件下, 经过两年的观测, 滴灌相比常规漫灌能减少 N 2 O 排放总量 29.4%~35.1%, 并且没有显著的年际差异, 是设施菜地值得推荐的一种减排技术 (3) 滴灌相比常规漫灌能减少 N 2 O 排放强度 36% 排放系数 47% 左右, 且不存在显著年际差异, 可为长期减排效果的估算提供参考参考文献 : [1] 中华人民共和国统计局. 中国统计年鉴 [M]. 北京 : 中国统计出版社, Ntionl Bureu of Sttistis of the People 忆 srepubli of Chin. Chin sttistil yerbook[m]. Beijing:ChinSttistiPress, [2] 中华人民共和国农业部. 农业部办公厅关于印发全国设施蔬菜重点区域发展规划 ( 年 ) 的通知[J]. 中华人民共和国农业部公报,2015(3): Ministry of Agriulture of the PRC. Notie issued by the Generl Offie of the Ministry of Agriulture on issuing The NtionlKey AreDevel 原 opment PlnforGreenhouse Vegetbles( )[J]. Gzette of the Ministry of Agriulture of the PRC, 2015(3): [3] IPCC. Climte hnge 2013:The physil siene bsis[m]. Cmbridge: CmbridgeUniversityPress,2013. [4] Zheng XH, Hn SH, Hung Y, et l. Re-quntifying the emission f 原 torsbsedonfield mesurementsnd estimting the diret N 2Oemission from Chinese roplnds[j]. Globl Biogeohemil Cyles, 2004, 18 (2).doi: /2003GB [5] ] 邢英英, 张富仓, 张燕, 等. 滴灌施肥水肥耦合对温室番茄产量品质和水氮利用的影响 [J]. 中国农业科学,2015, 48(4): XINGYing-ying, ZHANGFu-ng,ZHANGYn,et l. Effet of irrig 原 tion nd fertilizer oupling on greenhouse tomto yield, qulity, wter nd nitrogen utiliztion under fertigtion[j]. SientiAgriulturSini, 2015,48(4):

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216 年 8 月江雨倩, 等 : 滴灌施肥对设施菜地 N 2 O 排放的影响及减排贡献 161 我国是蔬菜生产和消费大国, 目前蔬菜种植面积占农作物总播种面积的 25.56% [1], 其中设施菜地占蔬菜种植面积的 18% [2] 与种植粮食作物的农田相比, 设施菜地具有施肥量大灌溉频繁复种

216 年 8 月江雨倩, 等 : 滴灌施肥对设施菜地 N 2 O 排放的影响及减排贡献 161 我国是蔬菜生产和消费大国, 目前蔬菜种植面积占农作物总播种面积的 25.56% [1], 其中设施菜地占蔬菜种植面积的 18% [2] 与种植粮食作物的农田相比, 设施菜地具有施肥量大灌溉频繁复种圆园 16,35(8):1616-1624 农业环境科学学报允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻 216 年 8 月江雨倩, 李虎, 王艳丽, 等. 滴灌施肥对设施菜地 N 2O 排放的影响及减排贡献 [J]. 农业环境科学学报,216,35(8):1616-1624. JIANGYu-qian,LIHu,WANGYan-li,etal.Effectsof fertigation