減量施氮與秸稈添加對設施菜田N2O的減排效應①

趙 營，羅健航，李貴兵，劉曉彤，張學軍*

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減量施氮與秸稈添加對設施菜田N2O的減排效應①

趙 營1，羅健航1，李貴兵2，劉曉彤1，張學軍1*

(1 寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，銀川 750002；2 賀蘭縣農牧局，寧夏賀蘭 750200)

采用靜態箱–氣相色譜法，在寧夏灌區設施菜田研究了不施肥(CK)、單施有機肥(M)、常規施肥(CON)、減量優化化肥(OPT)、優化化肥+調節土壤碳氮比(OPT + C/N)5種施肥方式對春茬黃瓜和夏休閑期土壤N2O排放通量、累積排放量和排放系數的影響。結果表明：各施肥處理土壤N2O排放通量高峰一般出現在黃瓜滴灌施肥或夏休閑期漫灌后第1天或第3天。春茬黃瓜基肥、追肥和夏休閑期，OPT、OPT + C/N處理土壤N2O排放通量較CON處理分別降低了3.6% ~ 47.2%、5.9% ~ 49.9% 和14.7% ~ 46.6%。春茬黃瓜季和夏休閑期各施肥處理的N2O累積排放量分別為2.05 ~ 9.98 kg/hm2和3.55 ~ 7.23 kg/hm2，OPT、OPT + C/N處理較CON處理分別降低了26.2% ~ 34.3% 和29.6% ~ 33.7%。春茬黃瓜當季肥料的N2O排放系數為0.43% ~ 0.71%，而春茬黃瓜–夏休閑期總排放系數為0.54% ~ 1.04%。N2O總排放量與施氮量呈顯著正相關(2= 0.778)；N2O排放通量與5 cm表層地溫呈顯著或極顯著相關(2= 0.47 ~ 0.68)，與0 ~ 20 cm土壤含水量呈極顯著相關(2= 0.63 ~ 0.88)。因此，相對于農民常規施氮方式，減施50% 化肥氮量或減氮配合添加7.5 t/hm2的小麥秸稈來調節土壤碳氮比都能達到設施菜田土壤N2O的減排目標。

寧夏灌區；減量施氮；秸稈添加；設施菜田；春茬黃瓜；裸地夏休閑；N2O排放

氧化亞氮(N2O)作為溫室氣體之一，其排放被認為是臭氧層破壞的最重要因子[1]。農田土壤對溫室氣體起著源和匯的作用[2]，農業源N2O排放的貢獻率占到人類活動產生的N2O總量的2/3以上[3]。張強等[4]研究發現，2007年我國農田化學氮肥投入、有機物質投入和作物秸稈投入對N2O直接排放的貢獻率分別為77.64%、15.57% 和6.46%。集約化菜田具有肥料投入大、復種指數高和農事操作頻繁等特點，其施肥量通常是糧田等農田系統的3倍 ~ 4倍[5]，而我國設施菜地占蔬菜種植面積的18%[6]。設施菜田N2O年排放量可達N 15.9 kg/hm2[7]，是糧田的5倍[8]，設施菜田也是農業生產系統中重要的N2O排放源。研究表明，設施菜田大量的氮肥投入造成土壤C/N比值快速下降[9]，長期添加小麥秸稈并深施有利于降低N2O排放，同時通過秸稈反應堆可以提高設施菜田土壤C/N比[10]。減氮和添加秸稈管理能使設施菜田土壤形成自身的反硝化菌群結構，并降低NO和N2O排放風險[11]。但姜寧寧等[12]在飽和田間持水量75%、溫度25℃的條件下，通過室內培養試驗研究設施菜地土壤在不同氮肥供應和秸稈添加情況下N2O排放特征發現，添加秸稈后各處理N2O排放明顯增加，比未施秸稈處理增加1倍多。秸稈添加對寧夏灌區設施菜田土壤N2O是否具有減排作用還未得到試驗證實。

寧夏灌區(或稱寧夏引黃灌區)的農業生產集約化程度高、化肥等農業要素投入大，設施蔬菜的氮肥年投入量高達N 1 600 kg/hm2以上[13]，加之相對粗放的管理方式，由此帶來的農業面源污染較為嚴重[14]。引黃淤灌是寧夏灌區農田典型的灌溉方式，由此產生了獨特的土壤類型——灌淤土[15]，其占該區域耕地面積的80%。寧夏灌區設施菜田的氮肥投入是糧田的2倍 ~ 3倍，0 ~ 150 cm土壤剖面NO– 3-N累積量為糧田的1.5倍 ~ 3.4倍，且主要累積在0 ~ 5 cm和5 ~ 20 cm土層[16]，增加了土壤氮素氣體損失的風險。寧夏灌區設施菜田在夏休閑期(6月中旬至7月中下旬)，普遍存在引黃河水大水漫灌洗鹽的管理方式，由此造成氮素淋失加劇，通過減量施氮和添加作物秸稈等方式調節土壤C/N比可有效地降低設施菜田土壤氮素淋失[17]。在寧夏灌區特有的土壤條件和水肥管理條件下，減量施氮和秸稈添加對設施菜田N2O排放特征的影響研究還比較缺乏，尤其是夏休閑期引黃漫灌條件下的N2O減排效應如何還不清楚。因此，筆者利用寧夏灌區設施菜田定位施肥試驗基地(始于2007年全國種植業源污染監測寧夏重點監測點)，采用靜態箱-氣相色譜方法，研究了春茬黃瓜和夏休閑期減量施氮與秸稈添加對土壤N2O排放通量、累積排放量和排放率的影響，分析了N2O排放的關鍵影響因子，以為寧夏灌區設施菜田N2O減排措施的制定提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年3—7月在寧夏銀川掌政鎮楊家寨五隊設施菜田地下淋溶監測基地進行。該基地始于2007年12月，為全國種植業源污染物流失系數測算項目寧夏重點監測基地(106°21′27″ E，38°26′51″ N)。該地屬于半干旱平原區，海拔1 069 m，主要氣候特點是干旱少雨，年降雨量200 mm左右，年均蒸發量1 100 ~ 1 600 mm，年均氣溫8 ~ 9℃。試驗地土壤類型為灌淤土，屬于高肥力田塊，0 ~ 20 cm土壤理化性質為：土壤容重1.37 g/cm3，pH 8.27，有機質30.1 g/kg，全氮1.96 g/kg，速效氮(硝態氮 + 銨態氮) 31.5 mg/kg，有效磷151.8 mg/kg，速效鉀260.9 mg/kg。試驗地為日光溫室種植黃瓜。

1.2 試驗設計

試驗設5個施肥處理為：①對照(CK)，不施任何肥料肥；②單施有機肥(M)，不施用化肥，施用有機肥用量為18 t/hm2；③常規施肥(CON)，有機肥用量同M處理，化肥用量根據當地農戶調查平均數據結果，春茬黃瓜氮、磷、鉀化肥總用量分別為N 600 kg/hm2、P2O5300 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2；④優化化肥(OPT)，有機肥用量同M處理，在CON處理基礎上氮、磷、鉀化肥分別減量50%、60% 和20%，總用量分別為N 300 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 360 kg/hm2；⑤優化化肥 + 調節土壤碳氮比(OPT + C/N)，在OPT處理基礎上，通過施用7.5 t/hm2秸稈調節土壤碳氮比。每個處理3次重復，各小區面積為23.4 m2(6 m × 3.9 m)，隨機區組排列。有機肥為風干雞糞(干基：N 18.6 g/kg)，秸稈為小麥稈(有機碳和全氮含量分別為475.6 g/kg和17.6 g/kg，C/N＞27)；氮肥為含N質量分數46%的普通尿素，磷肥為含P2O5質量分數46% 的重過磷酸鈣，鉀肥為含K2O質量分數50% 的硫酸鉀。全部磷肥、有機肥、秸稈用作基肥，氮、鉀肥基追比為3∶7，基肥方式為撒施，追肥采用膜下滴灌。CON和OPT處理基追肥運籌見表1。

表1 常規施肥(CON)和優化化肥(OPT)處理基追肥運籌(kg/hm2)

春茬黃瓜(品種為德爾99)種植前，2016年3月3日整地施肥，采用棚內機械翻耕20 ~ 30 cm。小區耕翻土壤之后起壟(壟寬130 cm，高30 cm，壟間距50 cm)，壟上鋪設滴灌設備(不同施肥處理設置專用滴灌施肥控制閥門)，覆膜后移栽黃瓜。于3月4日移栽定植，定植密度為4.7萬株/hm2，定植完全部滴灌清水一次，滴灌量20 mm。黃瓜生育期間膜下滴灌追肥3次(表1)。6月11日黃瓜地上部全部收獲。春茬黃瓜收獲后，立刻機械翻耕，并平整土地，同時揭開棚膜，進入夏季裸地休閑至7月中旬。6月14日引黃河水進行大水漫灌洗鹽一次，灌水量為132 mm。其他管理按當地習慣進行。

1.3 樣品采集與測定

利用靜態箱-氣相色譜法采集測定不同施肥處理下土壤N2O排放濃度。靜態箱圓筒形尺寸為320 mm × 600 mm(圖1)，靜態密閉箱裝置底座安裝在畦上，嵌入土體5 cm左右。每個小區安裝一個固定底座，不取氣體樣時，底座中間土壤覆上地膜。取樣時，揭開地膜3 ~ 5 min后將箱體置于密封槽中，且槽中加入水密封隔絕。密閉箱頂部裝一小風扇(電壓12 V)，用于攪拌混合均勻箱內氣體。取樣箱頂端有一直徑10 mm小孔，用橡膠塞塞緊，保證密封不漏氣。取樣時用帶有三通閥的針管注射器，將針頭通過橡膠塞插到取樣箱中，來回抽動3次以上，以保證取樣氣體均勻。取50 ml箱內氣體，立刻注入氣袋中，帶回實驗室用氣象色譜法測定N2O濃度，測定方法參考文獻[18]。

在春茬黃瓜生育期內基、追肥后，以及設施菜田夏休閑期間大水漫灌泡田后分別進行原位動態N2O排放監測，氣體采集時間在上午9﹕00—11﹕00。春茬黃瓜生育期間，基追肥后第1、3、5、7、11天各監測1次(基肥后加測到第15 天前后，直至各施肥處理N2O排放通量無差異時為止)；夏休閑期大水漫灌后于第1、3、5、7、11天各采集1次氣體。每次取樣時，用50 ml注射器連續采集不同施肥處理0、10、20、30 min的4個樣品。每次采氣時記錄采樣箱內溫度。每次采集氣體樣品前后，采用AR5氣象要素自動觀測系統(北京雨根科技有限公司)測定表層土壤溫度(5 cm)、濕度和氣溫等，日均氣溫、溫室氣溫和表層土壤溫度變化動態如圖2所示。

圖1 靜態密閉箱裝置示意圖

圖2 2016年春茬黃瓜-夏休閑監測期溫室氣溫、表層地溫和日均氣溫變化動態(6月11日起休閑期揭開棚膜)

1.4 數據處理

N2O排放通量：

=×× (Δ/Δ) × 273 / (273 +)

式中：為N2O排放通量(μg/(m2·h))；為N2O標準狀態下的密度(1.964 kg/m3)；為取樣箱高度(m)；Δ/Δ為單位時間靜態箱內的N2O氣體濃度變化率(ml/(m3·h))；為測定時箱體內的平均溫度(℃)。

排放系數(%) = (施氮處理N2O排放量–不施氮處理N2O排放量) / 施氮量× 100

文中土壤N2O排放量為各監測階段N2O排放量的累加，各監測階段N2O排放量是在該時期測定的N2O排放通量的基礎上，由相鄰兩個測定日期的N2O排放通量平均值與間隔天數的乘積來估算未測定日期的N2O排放量[18]。每個施肥處理的N2O排放通量為3個重復的平均值。

文中所有數據均采用Excel 2007和DPS7.05軟件進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 春茬黃瓜–夏休閑期土壤N2O排放通量動態變化

由圖3可看出，從春茬黃瓜季到夏休閑期，隨著氣溫的不斷升高(圖2)，除CK處理外，不同施肥處理下土壤N2O排放通量呈增加的趨勢，且排放高峰一般在施肥或灌水后第1天或第3天。春茬黃瓜的同一監測時期內，CON處理的土壤N2O排放通量都最高，基肥、追肥后排放通量峰值分別達936.8、1 162.4 ~ 1 763.0 μg/(m2·h)。OPT處理在基肥、追肥后排放通量峰值分別為837.4、866.8 ~ 1 102.0 μg/(m2·h)，OPT + C/N處理峰值分別為765.2、863.1 ~ 986.1 μg/(m2·h)。在夏休閑期大水漫灌和裸地曬田條件下，盡管沒有施入任何氮肥，但休閑期不同施肥處理下土壤N2O排放通量較春茬黃瓜季各時期明顯提高，尤其是CON處理，休閑期土壤N2O排放通量高達857.9 ~ 2 947.5 μg/(m2·h)，大水漫灌后第1 天就達排放峰值；OPT和OPT + C/N處理的排放通量分別為716.3 ~ 1 573.1 μg/(m2·h)和680.2 ~ 1 635.2 μg/(m2·h)；即使夏休閑期CK處理下，土壤N2O排放通量也達到680.7 ~ 1 135.4 μg/(m2·h)。各個時期，M處理下土壤N2O排放通量主要在第一次追肥和夏休閑期，其他時期通量差異不大。春茬黃瓜基肥、追肥和夏休閑期，OPT處理N2O排放通量較CON處理分別降低了3.6% ~ 33.1%、5.9% ~ 45.2% 和14.7% ~ 46.6%；OPT + C/N處理分別降低了11.5% ~ 47.2%、15.1% ~ 49.9%、19.3% ~ 44.5%。由此可見，相對于CON處理，減量施氮和秸稈添加調節土壤碳氮比處理(OPT和OPT + C/N)都能降低不同時期土壤N2O排放通量，在夏休閑期和春茬黃瓜追肥時減排效果更明顯。

2.2 減量施氮和秸稈添加條件下土壤N2O排放量

表2 為春茬黃瓜基追肥后減量施氮和秸稈添加條件下土壤N2O排放量及生育期內排放系數。從表2可以看出，黃瓜基肥后20 d，不同施肥處理下土壤N2O排放量為0.74 ~ 2.24 kg/hm2，占黃瓜季總排放量的22.5% ~ 36.3%。3次追肥后11 d不同施肥處理下N2O排放量分別為0.46 ~ 2.35、0.41 ~ 2.14、0.43 ~ 3.25 kg/hm2，分別占當季總排放量的22.5% ~ 33.4%、16.9% ~ 21.4%、21.1% ~ 32.6%。第二次追肥量是第一、第三次追肥的2倍，但由于黃瓜處于盛果期，對水分養分需求較高，該時期N2O排放量反而不高，而且OPT、OPT+C/N處理相對于CON處理，都能顯著降低N2O的排放量，其他黃瓜生育時期也具有減排作用，但均未達顯著水平。整個春茬黃瓜生育期內，不同施肥處理下土壤N2O排放量累積達2.05 ~ 9.98 kg/hm2，CON處理最高；與CON處理相比，OPT、OPT+C/N處理下N2O排放量分別降低了26.2% 和34.3%，其中OPT+C/N處理降低顯著。施肥處理N2O排放系數為0.43% ~ 0.71%，處理間差異不顯著，但OPT、OPT+C/N處理較CON處理的排放系數可分別降低0.06和0.23個百分點。

(圖中箭頭B、T1、T2、T3、F分別表示3月4日基肥、4月15日追肥、5月11日追肥、5月28日追肥和6月14日夏休閑期大水漫灌)

表2 春茬黃瓜減量施氮和秸稈添加條件下土壤N2O排放量及排放系數

注：表中數據為平均值±標準差；同列數據不同小寫字母表示處理間差異在<0.05水平顯著；下同。

表3 春茬黃瓜-夏休閑期減量施氮和秸稈添加條件下土壤N2O總排放量及排放系數

由表3數據可知，在設施菜田裸地夏休閑期，一次大水漫灌20 d后，不同施肥處理的土壤N2O排放量高達3.55 ~ 7.23 kg/hm2，OPT、OPT + C/N處理較CON處理分別顯著地降低了29.6% 和33.7%。春茬黃瓜和夏休閑期各施肥處理的N2O總排放量為5.61 ~ 17.21 kg/hm2，總排放系數為0.54% ~ 1.04%，均是CON處理最高，單施有機肥M處理的N2O排放也不容忽視；與CON處理相比，OPT、OPT + C/N處理N2O總排放量分別顯著地降低了27.6% 和34.1%，總排放系數減少了0.20和0.43個百分點。因此，減量施氮和秸稈添加調節土壤碳氮比都能達到設施菜田減排N2O的目的，二者的綜合措施效果更佳。

2.3 設施菜田土壤N2O排放的影響因子

2.3.1 施氮量 圖4顯示了春茬黃瓜季施氮量與春茬黃瓜-夏休閑期N2O總排放量的相互關系，可以看出，二者呈顯著線形正相關(2= 0.778)。這表明，隨著設施蔬菜施氮量的增加，土壤N2O排放的風險也顯著提高，合理地減量施氮是實現N2O減排的直接手段，在減施氮肥的基礎上再配合外源碳的添加(如秸稈添加等)，以增加土壤殘留氮素的生物固定，其減排效應更明顯。

2.3.2 土壤水分和溫度 通過分別擬合春茬黃瓜-夏休閑期設施菜田表層地溫(5 cm)、土壤水分(0 ~ 20 cm)與不同施肥處理下土壤N2O排放通量的關系(表4)，發現表層地溫與各施肥處理下N2O排放通量呈顯著或極顯著相關，相關系數2在0.47 ~ 0.68；土壤水分與N2O排放通量均呈極顯著相關，相關系數2在0.63 ~ 0.88。這說明，土壤水分和地溫也是影響土壤N2O排放的關鍵因子，而灌溉和氣溫是影響土壤水分和地溫的直接因素，這也進一步解釋了夏季休閑期一次大水漫灌造成較高N2O排放的原因。因此，合理地控制灌溉量、灌溉頻次和溫室氣溫也能調控土壤N2O的排放。

圖4 施氮量與土壤N2O排放量的相關關系

表4 設施菜田表層地溫(5 cm)、土壤水分(0 ~ 20 cm)與土壤N2O排放通量的相關性

注：*和**分別表示在<0.05和<0.01水平顯著相關。

3 討論

3.1 施氮對N2O排放的影響

氮肥用量、種類、施肥方式及施肥時間都會影響土壤N2O排放[19]，肥料氮轉化為N2O的平均排放系數為0.9%[20]。氮素在集約化菜田上的轉化過程對土壤N2O排放總量的貢獻大小不同，自養硝化作用、異養硝化作用和反硝化作用對N2O排放的貢獻分別為0.3% ~ 31.4%、25.4% ~ 54.4% 和22.5% ~ 57.7%[21]。氮素的施用顯著影響N2O排放通量，土壤N2O排放量一般隨著氮肥用量增加而增大，露地蔬菜施氮量0 ~ 1 640 kg/hm2范圍，土壤N2O排放系數范圍為0.33% ~ 1.13%，且施氮水平與土壤N2O 排放總量呈顯著的指數函數關系[22]。本研究通過減量施氮(OPT)能降低春茬黃瓜季和夏休閑期各個時期的土壤N2O排放通量，與CON處理相比，OPT處理下N2O排放量也分別降低了26.2%和29.6%；與邱煒紅等[22]結果不同的是，本試驗中施氮量與春茬黃瓜-夏休閑期N2O總排放量呈顯著線性正相關(2= 0.778)，而這與山東壽光設施菜田土壤N2O排放與氮肥施用量顯著正相關的研究結果一致[23]。在山東壽光秋冬茬設施番茄上，減少近60% 化肥氮的優化施氮處理相對于農民習慣施肥處理可降低34.1% 的N2O排放總量，同時增產2.2%[24]。在南方設施菜田，相對于當地農民習慣施氮，減施40% 的化肥氮，可降低33% 的N2O累積排放量，而不會影響蔬菜產量[25]。本試驗中OPT處理相對于CON處理減施50% 的化肥氮，N2O排放總量降低了26.2% ~ 29.6%(表2和表3)，設施蔬菜產量可提高1.5% ~ 7.2%[17]。也有研究表明，在京郊設施番茄種植體系，與習慣施肥處理相比，施用控釋肥處理明顯降低N2O的排放，平均減排38.1% ~ 47.0%[26]；在集約化菜地，減氮或常規施氮的基礎上添加硝化抑制劑也能降低菜地N2O排放總量和排放系數[27]。因此，合理減量優化氮肥是降低農田N2O排放的必要措施。

3.2 有機物料添加對N2O排放的影響

有機肥等外源物料和氮肥對土壤N2O 排放影響的差異主要歸因于有機物料添加對土壤反硝化程度影響的不同[19]。設施菜田長期傳統施肥措施改變了土壤反硝化菌的結構和功能，增加土壤自身的NO產生能力并減弱了N2O還原N2的能力，減氮和添加秸稈措施調節了土壤氮素轉化過程，從而降低N2O排放量[11]。在溫室菜田長期添加秸稈處理顯著提高0 ~ 20 cm土層土壤反硝化量，顯著降低追肥灌溉后表層土壤N2O的排放峰值和土壤底層50 cm處N2O 濃度峰值[9]；設施菜田中添加小麥秸稈并深施有利于降低N2O排放。添加外源有機碳的種類也對N2O排放影響不同，以玉米秸稈作為碳源時，水、碳、氮3因子對黃綿土N2O累積排放量的影響大小均表現為有機碳>水分>氮素；以黑炭作為碳源時，水、碳、氮3因子對黃綿土N2O累積排放量的影響為有機碳>氮素>水分[28]。羅天相等[29]通過田間試驗研究了秸稈不同施用方式下接種蚯蚓對水稻旱作土壤N2O排放通量的影響，發現在秸稈表施的情況下，接種蚯蚓處理顯著提高了N2O排放量，在秸稈混施的情況下，接種蚯蚓處理對N2O排放量影響不大，接種蚯蚓對N2O排放的貢獻主要是促進秸稈混入土壤，從而加快了秸稈分解和N2O排放。研究表明[30-31]，菜田種植中有機無機物料配合有利于降低土壤N2O排放和肥料損失，在等氮量投入時，施用秸稈較施用豬糞等有機肥可有效降低土壤N2O排放，且有機無機肥料以 1﹕1 配施是合適的穩產減排措施。在紫色土旱作農田冬小麥-夏玉米輪作系統，施用豬廄肥能顯著增加N2O排放量，而秸稈還田在保證作物產量的同時顯著地降低了N2O排放量(豬廄肥和秸稈占總施氮量的40%)[32]。在本試驗條件下，春茬黃瓜季和夏休閑期，與CON處理相比，OPT + C/N處理N2O排放量分別顯著降低了34.3%、33.7%，這也進一步證實了減量優化施氮基礎上秸稈添加更有利于土壤N2O減排。

3.3 環境因子對N2O排放的影響

除施肥外，土壤水熱狀況、土壤質地、pH等環境因子也強烈地影響著N2O排放[19]。土壤溫度直接影響微生物代謝活動和N2O產生過程。一般認為，土壤反硝化作用的適宜溫度范圍為30 ~ 67℃[33]，也有人認為設施菜地在20 ~ 30℃時最利于氮素氣態損失，溫度繼續增加，N2O排放量有所下降[34]。因此，在一定溫度范圍內，土壤微生物的活性及N2O的排放速率通常隨土壤溫度升高而提高。土壤N2O排放通量的季節變化除受施氮水平影響外，還受土壤溫度的影響，排放高峰多出現在高溫的夏季[22]，這也解釋了本試驗中夏休閑期各施肥處理N2O排放量高達3.55 ~ 7.23 kg/hm2的原因。土壤水分含量高低影響著土壤通氣性、氧化還原電位、土壤有效氮分布及其對微生物的有效性等，從而影響土壤反硝化等微生物過程以及N2O排放。一般來說，灌溉或降水導致土壤水分的增加會造成土壤通氣性變差，促進了土壤的反硝化作用并減弱硝化作用[35]。華北地區的菜地生產中，水分條件顯著影響N2O排放，不同水分處理對土壤硝化、反硝化作用的影響主要體現在蔬菜的施肥前期，后期均以反硝化為主[36]。滴灌施肥等水肥一體化技術能有效地降低設施菜田土壤N2O排放峰值和持續時間[37]，設施蔬菜合理改變施肥體系是減少N2O排放的前提，水肥優化是設施菜地減少N2O排放的重要技術措施。有研究認為[31]，不同配比有機無機肥料處理下菜地 N2O排放通量與10 cm土層土壤溫度呈顯著正相關，而土壤水分含量的變化對N2O排放通量無顯著影響。在河套灌區鹽化潮土玉米地上，土壤溫度和空氣溫度與土壤N2O的排放呈顯著正相關；但玉米生育期土壤含水率在15.1% ~ 20.3%范圍內，與土壤N2O的排放呈正相關[38]。郝小雨等[30]在華北平原設施菜地上的研究認為各有機無機施肥處理土壤N2O排放通量與5 cm土層溫度總體上呈顯著相關(2= 0.40 ~ 0.58)，與土壤含水量呈顯著相關(2= 0.43 ~ 0.72)，這與本研究各施肥處理下N2O排放通量與表層地溫(0 ~ 5 cm)呈顯著或極顯著相關(2= 0.47 ~ 0.68)，與土壤水分(0 ~ 20 cm)呈極顯著相關(2= 0.63 ~ 0.88)的結果十分一致。

4 結論

相對于農民常規施氮處理，減量施氮或減氮基礎上添加秸稈能分別降低春茬黃瓜-夏休閑期設施菜田的N2O排放通量、累積排放量和排放系數，尤其是在夏休閑期大水漫灌時，其N2O減排量都達顯著水平。施氮量、土壤水分和表層地溫是影響土壤N2O排放的重要因子，分別與N2O總排放量、排放通量呈顯著或極限著正相關。因此，在寧夏灌區設施菜田，相對于農民常規施氮，減施50% 化肥氮量或在此基礎上通過添加7.5 t/hm2的小麥秸稈來調節土壤碳氮比都能達到土壤N2O的減排效果，且二者的綜合措施更佳。

致謝：感謝黑龍江省農業科學院土壤肥料與環境資源研究所的郝小雨博士對本文氣體取樣方法和數據處理提供的幫助。

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Reduction of N Fertilizer and Addition of Crop Residues Can Reduce N2O Emission in Greenhouse Field

ZHAO Ying1, LUO Jianhang1, LI Guibing2, LIU Xiaotong1, ZHANG Xuejun1*

(1 Institute of Agricultural Resources and Environment, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China; 2 Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Helan County, Helan, Ningxia 750200, China)

Using the static chamber-gas chromatograph method, a field experiment was conducted to investigate the effects of no any fertilizers (CK), single application of manure (M), conventional fertilization (CON), optimum fertilization by reduction of chemical fertilizers (OPT), and basis of OPT + regulation soil C/N ratio by addition of crop residues (OPT + C/N) on soil N2O emission flux, ratios and amounts of N2O emission during spring cucumber season and summer fallow in the Yellow River irrigation region of Ningxia. The results indicated that peaks of soil N2O emission flux under different fertilization were generally happened in the first or third days after drip fertigation in the cucumber season and flood irrigation in the summer fallow. After base fertilization, topdressing of spring cucumber and during summer fallow, soil N2O emission flux in treatments OPT and OPT + C/N were decreased by 3.6% – 47.2%, 5.9% – 49.9%, and 14.7% – 46.6% compared to treatment CON, respectively. Accumulation amounts of N2O emission under different fertilization in spring cucumber season and summer fallow were ranged from 2.05 ~ 9.98 and 3.55 ~ 7.23 kg/hm2, respectively; compared to treatment CON, those in treatments OPT and OPT + C/N were decreased by 26.2% – 34.3% and 29.6% – 33.7%, respectively. Ratios of N2O emission from application fertilizers in spring cucumber were ranged within 0.43% – 0.71%, and the total ratios of N2O emission were ranged within 0.54% - 1.04% during spring cucumber-summer fallow. Significant linear positive correlation was found between N application rate and total amount of N2O emission (2= 0.778); Soil N2O emission fluxes under different fertilization treatments were significantly or extremely significantly positively correlated with 5 cm of topsoil temperature (2= 0.47 – 0.68), and extremely significantly positively correlated with 0 – 20 cm of soil moisture (2= 0.63 – 0.88). Therefore, compared to the conventional application of N fertilizer by the local farmers, both reducing synthetic N fertilizer by 50% or reducing N fertilizer combined with adding 7.5 t/hm2wheat residues to regulate soil C/N ratio could obtain the goal of reducing N2O emission in the greenhouse field.

Yellow River irrigation region of Ningxia; Reduction of synthetic N; Addition of wheat residues; Greenhouse field; Spring cucumber; Bare land in summer fallow; N2O emission

國家自然科學基金項目(41361062，41401319)資助。

(zhxjun2002@163.com)

趙營(1979—)，男，河南項城人，博士，副研究員，主要從事農田養分循環與環境研究。E-mail: tony029@126.com

10.13758/j.cnki.tr.2019.02.013

S532；S14-31

A