滴灌施肥對設施菜地N2O排放的影響及減排貢獻

江雨倩，李　虎，王艷麗，張　婧，孫　媛，王立剛，黃誠誠，張建峰（中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業部面源污染控制重點實驗室/中國農業科學院-美國新罕布什爾大學可持續農業生態系統研究聯合實驗室，北京 100081）

滴灌施肥對設施菜地N2O排放的影響及減排貢獻

江雨倩，李虎*，王艷麗，張婧，孫媛，王立剛，黃誠誠，張建峰
（中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業部面源污染控制重點實驗室/中國農業科學院-美國新罕布什爾大學可持續農業生態系統研究聯合實驗室，北京 100081）

以京郊典型設施菜地為研究對象，設置了農民習慣（FP）、水肥一體化（FPD）、優化水肥一體化（OPTD）和對照（CK）4個處理，采用靜態箱-氣相色譜法，分析了設施菜地N2O排放特征及其影響因素，評估了滴灌施肥對水氮利用效率的影響和N2O排放量的減排貢獻。結果表明：N2O排放在施肥和灌溉事件后呈現出一段短而急促的排放峰，基肥期排放峰持續10 d左右，追肥持續時間為3～5 d，水肥一體化技術能降低N2O排放峰值和持續時間，N2O排放通量變化范圍為-2.67～22.56 mg N·m-2·h-1；在保持作物產量的條件下，FPD、OPTD處理分別比FP處理減少N2O排放29.41%、32.63%，FPD處理的氮肥偏生產力和灌溉水利用效率比漫灌FP處理分別增加14.62%和43.54%。可見，在相同施氮量的條件下，改常規漫灌方式為滴灌，能降低設施菜地N2O排放29.4%，同時氮肥和灌溉水利用效率分別提高14.62%和43.54%，是未來設施菜地值得推薦的一種生產技術。

滴灌施肥；設施菜地；N2O排放；減排貢獻；水肥利用效率

江雨倩，李虎，王艷麗，等.滴灌施肥對設施菜地N2O排放的影響及減排貢獻［J］.農業環境科學學報，2016，35（8）：1616-1624.

JIANG Yu-qian，LI Hu，WANG Yan-li，et al.Effects of fertigation on N2O emissions and their mitigation in greenhouse vegetable fields［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1616-1624.

我國是蔬菜生產和消費大國，目前蔬菜種植面積占農作物總播種面積的25.56%［1］，其中設施菜地占蔬菜種植面積的18%［2］。與種植糧食作物的農田相比，設施菜地具有施肥量大、灌溉頻繁、復種指數高等特點，其平均每公頃施氮量甚至高達1500 kg，是大田作物的4～6倍，而氮肥當季利用效率甚至不到10%［3］。過量肥料投入所導致的環境污染、土壤質量退化等一系列后果也越來越嚴重，而且導致N2O大量排放［4］。有研究表明，我國農田N2O排放約20%來源于蔬菜種植［5］，總體上呈現出高能耗、高排放和高污染等特征。以北京市為例，目前設施菜地面積約為4萬hm2，平均施氮量為1732 kg·hm-2，為一般蔬菜氮素吸收量的4.5倍，相當于大田的3.8倍［6-7］。隨著人口的增長和人民生活水平的提高，未來十年我國蔬菜需求量也將呈現剛性增長趨勢，由蔬菜種植引起的溫室氣體排放等環境問題也將會越來越突出。同時，由于水資源供需矛盾突出，未來可能難以用高耗水的傳統種植模式（大水漫灌）來達到需求的蔬菜產量。因此，在保障農產品的有效供給下，解決日益突出的用水矛盾同時減少農業溫室氣體排放，是我國農業可持續發展的現實要求。

滴灌施肥是利用管道灌溉系統，能同時將水、肥溶液輸送到作物根部以供其直接吸收利用，適時、適量地滿足農作物對水分和養分的需求，實現水肥同步管理和高效利用的農業節水節肥技術，目前已成為我國干旱缺水地區最有效的一種節水灌溉方式。研究表明，相比傳統大水漫灌方式，滴灌施肥技術不僅能提高水肥利用效率分別達到110%和80%［8-9］，而且在相同施氮量情況下，比常規漫灌施氮能減少30%～40% 的N2O累積排放量［10］。目前我國滴灌施肥技術不僅在干旱、半干旱地區使用，而且已經成為非干旱區大田作物、設施蔬菜、果樹等常用的一種節水、節肥措施。然而，滴灌施肥由于灌溉時間長、頻率高、水肥交互作用較強，會顯著影響到土壤水分狀況及O2供應，勢必會對土壤有機質的礦化分解、氮素的遷移轉化產生重要的影響，從而影響N2O產生和排放過程。然而，目前的研究都集中在滴灌施肥對設施菜地的水氮利用率的影響上，對N2O等溫室氣體排放的影響及減排的貢獻研究仍不足。因此，本研究擬同時探討設施菜地滴灌施肥對水氮利用率和N2O排放的影響，明確其減排貢獻，以期為設施蔬菜水肥優化管理提供技術儲備，并為農業應對氣候變化提供基礎數據。這不僅是當前科學領域的前沿研究內容，也是滴灌節水技術廣泛推廣應用的依據。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗地點位于北京市房山區竇店鎮蘆村蘆西園，地處東經116°01′、北緯39°38′，四季分明，年平均氣溫11.9℃，年平均降水量583 mm，年相對濕度為61%，全年平均日照時數2554 h。供試大棚長155 m、寬6 m，為普通的半拱圓形塑料大棚。大棚塑料膜無色透明，在頂部和底部分別設有通風口。溫室塑料膜上覆蓋棉被，以保持夜間溫室溫度，雨雪天氣時封閉通風口防止雨水進入。黃瓜定植后覆蓋黑色地膜以保持水分、提高地溫、防止雜草。由于試驗設置于蔬菜大棚內，其氣溫高、濕度大的特點顯著有別于大田環境，年均溫21.22℃，最高溫可達60.1℃，年平均相對濕度為72.1%。試驗開始之前該日光溫室連續5年種植蔬菜。每年種植兩茬蔬菜，黃瓜和芹菜輪作：2月初至6月底種植黃瓜，7月至8月休閑悶棚，9月至12月初種植芹菜。供試土壤為褐土，質地為粉質壤土，土壤容重為1.21 g·cm-3，0～20 cm土層全氮0.32 g·kg-1、全磷0.16 g·kg-1、全鉀2.69 g·kg-1、堿解氮145.56 mg·kg-1、速效鉀782.84 mg·kg-1、有效磷105.04 mg·kg-1、有機質含量5.5%。黃瓜品種為金胚98。

1.2試驗設計

試驗設計了4個處理，分別為：對照處理（CK），農民習慣處理（FP），滴灌施肥處理（FPD），優化滴灌施肥處理（OPTD）。每個處理設置3次重復，共12個試驗小區，每個小區間由隔離帶隔開，小區面積為6 m×8 m=48 m2。各處理肥料施用量和水肥管理措施如表1、表2所示。有機肥和磷肥均做底肥于定植前一次性施入，鉀肥和氮肥分基肥和追肥施用于各處理。有機肥為牛糞（含水量41.59%，含氮量1.33%），氮肥為尿素（含氮量46.4%），磷肥為過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 33%）。基肥撒施后翻耕入土中，作物定植后漫灌。追肥時CK處理和FP處理用漫灌，肥料溶于灌溉水后隨水施入；而FPD處理和OPTD處理采用滴灌，肥料隨水滴入作物根部附近土壤。黃瓜生長季滴灌水量是漫灌的25%（基肥時統一為漫灌灌溉，灌溉量無差異），化肥氮和鉀肥基追比例3∶7。黃瓜于2015年2月6日定植，6月26日拉秧。

1.3氣體采集與測定

采用自動靜態箱-氣相色譜法進行N2O氣體的采集。箱體由不銹鋼材料（厚度2 mm）制成，箱體外均用30 mm厚的塑料泡沫板包裹保溫，當植株生長超過60 cm時，增加中段箱。根據設施黃瓜的行株距，頂箱和中段箱箱體大小設計為長80 cm、寬70 cm、高60 cm，以便覆蓋一部分植株一部分裸露的土壤，從而最大限度的保障原位監測氣體取樣的代表性。箱體上部裝有自動取氣系統，能根據需要每隔一定時間將箱內氣體抽取到氣袋中（圖1），采集氣體的氣管頂部處于箱體中部，箱體內部裝有攪拌空氣的小風扇，保證箱體內氣體均勻性，并配有溫濕度傳感器，箱體和底座之間用水密封，底座長70 cm、寬80 cm、高25 cm，同樣由不銹鋼制成，于定植前埋入地下。采樣時，將箱體置于底座上，打開電源開關，自動抽取箱內氣體于氣袋中，每隔6 min抽取一次，共取樣5次。通過箱體上的顯示屏同時讀取箱體內溫度以及5 cm土壤溫度。每次取樣時間一般為早上8：00—10：00［11-13］，施肥和灌水后逐日觀測一周，基肥延長觀測時間，直至各處理與不施氮處理的N2O排放通量無差異時為止，其余時間每周采樣1～2次。氣袋中的樣品用改進的Agilent 7890A氣相色譜儀分析N2O濃度。各處理15 cm土壤體積含水量用TRIME-PICO 64測定。

表1　黃瓜季詳細水肥管理表Table 1 Water and fertilizer management practices during cucumber season

表2　各處理施肥量和灌溉量Table 2 Total fertilizer and irrigation rates in different treatments

1.4數據計算與分析

（1）N2O排放通量：根據氣體濃度隨時間的變化速率計算氣體排放通量，公式［14］為：

圖1　自動靜態采樣箱示意圖Figure 1 Diagram of automatic sampling static chamber and base

式中：F為N2O的排放通量，g N2O-N·m-2·h-1，負值表示土壤從大氣中吸收氣體，正值表示土壤向大氣排放氣體；ρ為標準大氣壓下N2O的密度，g·L-1；H為采樣箱氣室高度，m；T為采樣箱內氣溫，℃；dc/dt為采樣箱內N2O-N濃度的變化速率，μL·L-1·h-1；t為扣箱后時間，h；P為采樣時氣壓，mmHg；P0為標準大氣壓，mmHg；P/P0≈1。

（2）N2O排放總量：利用內插法計算相鄰兩次監測之間未監測日期的排放總量，然后將每天的交換通量累加即可得到年度氣體排放總量。

（3）N2O排放強度：指形成單位經濟產量N2O排放量，即N2O排放總量與相應處理作物產量的比值。計算公式為：

I=F/Y

式中：I為排放強度，kg N·t-1；F為供試土壤N2O排放通量，kg N·hm-2；Y為作物產量，t·hm-2。

（4）作物產量：

Y=W/S

（5）N2O排放系數：IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）將同期內由化肥氮施用引起的N2O-N排放量占總施氮量的百分比定義為N2O排放系數，并建議化肥氮的N2O-N排放系數為1%。計算公式為：

EFd=100（EF-EC）/N

式中：EF和EC分別為施氮肥和對照處理下作物生長季N2O排放總量，kg N·hm-2；N為當季施氮肥量，kg N·hm-2。

（6）土壤孔隙含水量（WFPS）：為TRIME-PICO64所測體積含水率轉化而來。計算公式為：

式中：θv是土壤體積含水量，cm3·cm-3；ρb是土壤容重，g·cm-3；ρs為土壤比重。

（7）氮肥利用率，用氮肥偏生產力（PFP，kg·kg-1）表示：

PFP=Y/F

式中：Y為作物處理產量，kg·hm-2；F為施氮量，kg· hm-2。

第(4)問的第①小題,考查“證據推理”的嚴密性,電解時陽極附近溶液檢測不出Cl2,也可能是生成的Cl2全部跟Fe2+發生反應,還需要進一步驗證。第②小題,考查控制變量、設計對比實驗的能力。實驗Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ是對比實驗,所以其中c(Cl-)濃度必須相等。第④小題是考查分析實驗現象得出結論的能力。對比實驗Ⅱ、Ⅴ所獲得的現象,可得出Fe2+先于Cl-放電;對比實驗Ⅱ、Ⅳ所獲得的現象,將電壓控制在一定范圍內,Fe2+、Cl-可能同時放電,也可能是Cl-放電生成Cl2,Cl2再將Fe2+氧化。

（8）灌溉水利用效率（Irrigation water utilization efficiency，iWUE）：

iWUE=Y/W

式中：Y為作物產量，kg·hm-2；W為灌溉水量，m3·hm-2。

采用Excel 2007和SAS9.2統計軟件對實驗數據進行計算、制圖和統計分析，處理間各指標數值的雙方面分類的方差分析采用Duncan法。

2　結果與分析

2.1滴灌條件下N2O排放特征及影響因素

圖2　不同處理N2O排放通量動態變化（箭頭代表施肥日期）Figure 2 Seasonal dynamics of N2O emission fluxes in four different management treatments（Arrows represent fertilization dates）

實驗中各處理土壤N2O排放峰值均發生在施肥和灌溉后，一共出現7次N2O排放高峰，由于外源氮施入土壤促進了土壤硝化反硝化過程的進行，從而促進了N2O的排放。其中2015年2月6日施基肥定植后，N2O排放峰持續了7～10 d（圖2），而追肥灌溉排放后峰值持續時間為3～5 d。持續時間的差異是由于氮肥施入量不同以及反應底物不同所致，基肥施入了折純量為500 kg N·hm-2的有機肥以及30%的化肥氮，而追肥分別施入10%化肥氮，可見施用氮肥能顯著提高N2O的排放。整個黃瓜生長季N2O排放最高出現在黃瓜定植后施基肥后的第1 d，以FP處理排放通量最高，達到16.09 mg N·m-2·h-1，而在相同施肥量的條件下，FPD處理相比FP處理降低了N2O排放峰（13.57 mg N·m-2·h-1）及其持續的時間（圖2）。整個黃瓜季CK、FP、FPD和OPTD處理排放通量變化范圍分別為：0.04～4.40、0.10～16.09、-0.22～13.57、0.00～6.81 mg N·m-2·h-1。N2O平均排放通量從大到小排列為FP＞FPD＞OPTD＞CK，分別為：（0.67±0.21）、（1.75± 0.44）、（1.29±0.64）、（1.03±0.33）mg N·m-2·h-1。

水熱條件是影響N2O排放的主要環境因子。觀測期間各處理土壤水分變化動態基本一致，處理間平均WFPS也沒有明顯差異（圖3），漫灌處理土壤表層WFPS為56.00～80.69%，滴灌處理為50.27%～78.57%。各處理土壤表層溫度（5 cm深度）處于8.64～27.07℃，溫度隨季節變化明顯。對各處理的N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度的偏相關分析表明，CK、FP和OPTD處理土壤5 cm溫度和N2O排放通量呈現顯著的負相關關系（P＜0.05），而FPD與土壤溫度無顯著相關關系（表3）。對各處理的N2O排放通量與WFPS的偏相關分析表明，只有OPTD處理土壤含水量與N2O排放通量呈顯著相關性（P＜0.05），其余各處理WFPS與N2O排放通量無相關性（表3）。

2.2滴灌條件下N2O排放總量、排放強度和排放系數

表3　土壤N2O排放通量與5 cm土溫和WFPS的相關分析Table 3 Pearson′s correlation coefficients of N2O fluxes with soil temperature and soil moisture in different management treatments

圖3　各處理5 cm深度土壤溫度、WFPS變化Figure 3 Dynamic changes of 5 cm soil temperature and water-filled pore space for each treatment

不同施肥量與灌溉量對于作物生長期農田N2O排放總量影響不同。黃瓜季實驗中各處理的排放總量從大到小排序為FP＞FPD＞OPTD＞CK，常規施氮肥的處理N2O年排放總量最高，各處理分別為（11.36± 1.77）、（29.77±1.89）、（21.01±2.61）、（20.06±1.04）kg· N·hm-2（圖4）。不同處理間排放系數介于0.72%～1.53%間，排放系數從大到小排序為FP＞FPD＞OPTD。其中FP處理排放系數為1.53%，超出IPCC的默認值（1%）；FPD處理與 OPTD處理排放系數分別為0.80%、0.72%，低于默認值。FPD比FP處理減少N2O排放總量29.41%（P＜0.05），OPTD比FP處理N2O排放總量減少32.63%（P＜0.05），且均達到了顯著水平，說明在相同施肥量下改變施肥方式可顯著減少N2O排放。而FPD與OPTD處理間排放總量差異不顯著，即在相同滴灌條件下降低氮肥施用量沒有顯著降低N2O排放。對于各處理N2O排放強度，與FP處理（0.29 kg N·t-1）相比，FPD處理（0.19 kg N·t-1）減少了36.77%的N2O排放強度，而OPTD減少了33.65%（圖4）。可見滴灌施肥措施在保持作物產量的條件下能有效減少N2O排放，值得推薦。

2.3滴灌條件下水氮利用效率及其與N2O排放的關系

由表4可以看出，與FP處理相比，FPD處理提高了設施黃瓜的產量。這是由于滴灌施肥可以精確而直接地將水分和養分輸送到作物主要根系分布區，使灌溉水和氮肥利用效率分別提高了 45.54%和14.62%，從而增加了產量。值得一提的是，OPTD處理相比FP處理雖然降低了40%的氮肥和25%的水分投入，但設施黃瓜的產量并沒有降低，灌溉水和氮肥利用效率也分別提高了27.59%和32.90%。此外，結合2013—2014年的觀測數據［22］與本研究的數據，發現水肥利用效率與N2O排放強度具有顯著的相關關系，R2分別為0.836和0.791（圖5），灌溉水利用效率和氮肥施用效率的提高均顯著減少了N2O的排放強度。可見，適宜的滴灌水肥管理方式在提高水肥利用效率的條件下，不僅能促進植株的營養和生殖生長、提高產量，而且對于減少N2O排放強度有著非常重要的作用。

圖4　不同處理N2O排放總量和排放強度Figure 4 Estimated cumulative N2O emissions and N2O emission intensities of four different management treatments

3　討論

3.1滴灌施肥條件下N2O排放特征及影響因素

表4　不同處理水肥利用效率Table 4 Water and fertilizer use efficiencies for each treatment

圖5　N2O排放強度與水肥利用效率的關系Figure 5 Relationship between N2O emission intensity and water and fertilizer use efficiencies

滴灌施肥是影響N2O排放的主要因素，本研究中每次施肥灌溉后各處理都會出現N2O的排放峰，施入基肥后N2O排放持續10d左右，追肥一般持續3～5d，主要是由于本實驗中基肥施入了大量的有機肥（牛糞）和化肥氮，并且遠超出每次追肥的量。張婧等［14］、王艷麗等［10］對京郊設施菜地的監測結果也表明，N2O排放峰在基肥后持續10～15 d，追肥后持續3～4 d。張仲新等［15］對設施菜地的研究也發現N2O排放出現在施肥后0～3 d內，但持續時間不長。而對于各處理之間，漫灌處理N2O每次排放峰值明顯高于滴灌處理，可能由于滴灌處理濕潤區是一個逐步擴大的過程，土壤水分條件不能迅速滿足硝化或反硝化條件，影響了硝化和反硝化速率，因而滴灌施肥一般會產生穩定且少量的N2O排放，相關研究也得到類似的結果［11-13］，但王維漢等、于亞軍等［16-17］研究表明滴灌形成了明顯的干濕交替過程，因而促進了N2O排放。可見，滴灌施肥在不同的環境條件中對N2O排放的影響不同。

土壤溫度是影響N2O排放的重要因子。本研究中滴灌與漫灌處理間溫度差異不明顯，灌溉水量的不同并沒有造成兩處理間的溫度不同［18］。N2O排放與CK、FP和OPTD處理土溫均呈顯著負相關，其主要由于在基肥期間N2O平均排放通量大，隨后是一個緩慢下降的過程，而土壤溫度恰好是隨著季節變化從春季到夏季而出現緩慢上升的過程，因而N2O排放并沒有表現出明顯的季節動態變化規律。王艷麗等［10，22］對京郊設施黃瓜季的觀測也得到了類似的結果。而于亞軍等［17］研究表明，土壤溫度與春季蔬菜生長期N2O排放通量呈顯著正相關，可能由于施氮量的不同造成了硝化或反硝化的反應底物濃度不同，從而溫度對N2O排放的影響也不同。土壤濕度是影響N2O排放的又一重要因子，在同一實驗基地2013—2014年的研究中［10，22］土壤中WFPS為N2O排放主要影響因子。在本季試驗中，WFPS只對于OPTD處理影響顯著，而對其他兩個處理的影響不顯著，可能由于灌水間隔時間較前兩年長，土壤濕度和溫度的年際差異變化造成的影響不同，而且溫度和水分的交互作用可能掩蓋了單一的水分對N2O排放的影響。

綜上可見，由于滴灌施肥可引起土壤中一系列的物理、化學及生物學屬性的變化（如通氣性、酸堿度、微生物群落大小與活性等），進而影響N2O產生和排放的過程，這種影響會由于土壤條件、氣候條件、反應底物濃度等的不同而不同。因此，未來在灌溉方式變化的條件下，應加強水、肥、溫濕度等以及它們之間的交互作用對土壤N2O排放的影響機理研究。

3.2滴灌施肥條件下N2O排放總量及減排貢獻

本研究中，設施黃瓜季在不改變施肥量的條件下，從漫灌方式改為滴灌方式，N2O排放量從（29.77± 1.89）kg N·hm-2減少到（21.01±2.61）kg N·hm-2，滴灌N2O排放總量比漫灌減少了29.41%，而在減氮40%的條件下，N2O排放總量滴灌比漫灌減少了32.63%。本研究是在王艷麗等［10，22］的基礎上進行的第三年實驗，結合前兩年的研究也表明N2O排放總量年際差異不大，黃瓜季N2O排放量滴灌比漫灌分別減少7.79%以及36.35%，多年的綜合結果表明滴灌技術沒有顯著降低作物的產量，但顯著減少了N2O排放量。黃麗華等［23］對上海設施蔬菜地N2O排放的研究表明，2006年和2007年滴灌施肥區的單位作物產量N2O排放量比常規區分別減少1.50、1.56 g N·kg-1，削減率分別達到53.2%和58.9%。分析其原因，滴灌條件下較低的土壤孔隙含水量使得土壤中硝化作用高于反硝化作用，同時其NH+4-N和NO-3-N比漫灌更高，更能抑制反硝化作用［19-21］，從而減少了N2O排放。也有研究表明［32］，滴灌滴頭附近濕潤的區域為N2O排放源的可能性比較大，但滴頭處的土壤WFPS通常會大于80%，使得這部分土壤出現較強的反硝化作用，使N2O進一步還原為N2，從而降低了N2O的排放量。而另外一些研究者認為滴灌施肥減少N2O排放的原因主要是：滴灌施肥條件下肥料直接施到作物根區，提高了作物肥料利用效率；滴灌施肥土壤含水量較低，反硝化產生的N2O受到抑制［20，24-25］。Kennedy等［26］研究也表明滴灌施肥增加了番茄產量，促進了番茄對水肥的吸收利用，減少了土壤中殘留的氮素含量，因而減少了N2O的排放。由于本文僅結合黃瓜季進行了綜合研究，滴灌技術的減排機理仍需要進一步長期的觀測研究。

3.3滴灌施肥條件下作物產量、水肥利用效率與N2O排放的關系

由于滴灌適時適量地提供了設施黃瓜需要的水肥條件，促進了根系活力和對養分的吸收，有利于設施黃瓜的增產、豐產。本實驗中相同施肥量下FPD處理產量（114.89 t·hm-2）高于FP處理（100.24 t·hm-2），結合2013和2014年兩年的觀測數據［10，22］表明，滴灌施肥條件下黃瓜產量雖然存在年際間的變化，但均比農民習慣增加了作物產量。聶斌等［27］對山東壽光的設施菜地研究結果也表明滴灌處理的產量顯著高于農民習慣處理的產量。滴灌施肥降低養分及水分流失從而提高了水肥利用效率。本研究結合前兩年的監測，從2013—2015年FPD處理的氮肥偏生產力分別為72.07、90.30、95.74 kg·kg-1，與樊兆博等［28］在山東壽光的研究結果相近（85.64 kg·kg-1）。Zotarelli等［29］研究也表明，滴灌較常規漫灌氮肥利用效率提高37%～68%。周博等［30］對番茄的研究表明在相同施肥量的情況下，節水灌溉措施的水分利用效率顯著高于常規灌溉。韋彥等［31］對溫室黃瓜的研究結果表明，滴灌處理較漫灌水分利用效率可提高49.90%。本研究表明滴灌能有效地提高氮肥利用效率14.62%～32.90%，灌溉水利用效率27.58%～43.54%。作物水肥利用率的提高，對于減少N2O排放強度具有重要的作用。Van Groenigen等［33］的研究表明提高水肥利用率與減少農業源N2O排放有著最直接的關系，王艷麗等［10］的研究也表明，滴灌施肥促進了作物的氮素吸收利用，相比漫灌處理其硝化和反硝化作用反應底物濃度降低，因而使得滴灌條件下N2O排放量更少。本研究中設施菜地土壤含水量一直保持在較高的水平，雖然形成了有利于硝化和反硝化反應的有利條件，但滴灌施肥提高了水肥利用效率，故具有顯著的N2O減排效果。可見，滴灌施肥在保持或增加產量的前提下，既節水節肥又減排，不失為設施菜地值得推薦的一種技術。

4　結論

（1）設施黃瓜生長季N2O排放峰值主要集中于灌水施肥事件后，基肥持續10 d左右，追肥持續3～5 d，滴灌施肥能降低N2O排放峰值和其持續時間。

（2）相同氮肥施用量的條件下，只改變灌溉方式，滴灌相比常規漫灌能減少N2O排放總量29.41%，而在減少40%氮肥量下，在保持作物產量的條件下，滴灌施肥能顯著減少N2O排放總量32.63%。

（3）相同氮肥施用量的條件下，滴灌施肥比常規漫灌施肥產量能提高14.61%，并且氮肥偏生產力和灌溉水利用效率能分別增加14.62%和43.54%。同時水肥利用效率與N2O排放強度呈顯著負相關，水肥利用率的提高對減少N2O排放具有重要作用。

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Effects of fertigation on N2O emissions and their mitigation in greenhouse vegetable fields

JIANG Yu-qian，LI Hu*，WANG Yan-li，ZHANG Jing，SUN Yuan，WANG Li-gang，HUANG Cheng-cheng，ZHANG Jian-feng
（Key Laboratory of Non-point Source Pollution Control，Ministry of Agriculture；CAAS-UNH Joint Laboratory for Sustainable Agro-ecosystem Research；Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

In this paper，four treatments，i.e.control（CK），farmers′practice（FP），farmers′practice with drip irrigation（FPD），and optimal fertilization with drip irrigation（OPTD），were conducted in the suburbs of Beijing.FPD consisted of drip irrigation with fertilizers dissolved in the irrigation water.OPTD had the same fertigation but N fertilizer was reduced by 40%.Soil N2O fluxes were measured year round by static chambers.Soil temperature，moisture，and nitrate levels were monitored in parallel with N2O measurements for all plots.Finally，the effects of fertigation on water and fertilizer use efficiency and soil N2O emissions in this system were analyzed.Results indicated that the N2O emission fluxes in the treatments ranged from-2.67 mg N·m-2·h-1to 22.56 mg N·m-2·h-1.Fertilization and irrigation were the major factors inducing N2O emission peaks for a certain time.The N2O emission peaks lasted for 10 days after basic fertilization，and for 3 to 5 days after additional fertilization.The fertigation management reduced N2O emission peaks and lasting time.Soil temperature was a significant factor affecting the N2O emissions in cucumber season.Compared with the FP treatment，FPD and OPTD reduced the annual N2O emissions by 29.41%and 32.63%，whereas FPD treatment increased the nitrogen partial productivity and irrigation water use efficiency by 14.62%and 43.54%，respectively.It is concluded that the fertigation management practice could not only increase water and fertilizer use efficiency，but also reduce N2O emissions while maintaining or increasing crop yields from the greenhouse vegetable system.

fertigation；greenhouse vegetable；N2O emission；mitigation contribution；water and fertilizer utilization

X511

A

1672-2043（2016）08-1616-09

10.11654/jaes.2016-0109

2016-01-22

農業部“948”項目（2015-Z14）；國家自然科學青年基金項目（41201287）

江雨倩（1991—），女，碩士，主要從事農田溫室氣體研究。E-mail：jiangyuqian1991@163.com

李虎E-mail：lihu0728@sina.com