張　婧，夏光利，李　虎，朱國(guó)梁，牟小翎，王立剛*，黃誠(chéng)誠(chéng)，江雨倩

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院-美國(guó)新罕布什爾大學(xué)可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100081；2.泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安271000）

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一次性施肥技術(shù)對(duì)冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放的影響

張婧1，夏光利2，李虎1，朱國(guó)梁2，牟小翎2，王立剛1*，黃誠(chéng)誠(chéng)1，江雨倩1

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院-美國(guó)新罕布什爾大學(xué)可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100081；2.泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安271000）

摘要：利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法對(duì)華北平原冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)施氮件土壤N2O排放特征進(jìn)行周年觀測(cè)，以探討不同處理[對(duì)照（CK）、優(yōu)化施氮（OPT）、優(yōu)化氮肥一次性施用（OPT1）和控釋肥（CRF）]土壤N2O排放特征及土壤溫度、濕度對(duì)土壤N2O排放的影響。結(jié)果表明：冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)中土壤N2O排放峰值主要出現(xiàn)在施肥+降雨或灌溉事件后，不同處理N2O排放通量變化范圍在-0.24～2.78 mg N2O.m-2.h-1，平均排放通量23.88～65.46 μg N2O.m-2.h-1，OPT1和CRF兩個(gè)一次性施肥處理可以降低小麥和玉米基肥施用后土壤N2O排放峰值，但未?變輪作周期土壤N2O排放季節(jié)變化規(guī)律；土壤含水量對(duì)土壤N2O排放有顯著影響，且對(duì)夏玉米季土壤N2O排放影響大于冬小麥季；各處理土壤N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度之間均無相關(guān)性；不同處理N2O年度排放總量差異顯著，與OPT處理相比，OPT1處理和CRF處理N2O年排放總量分別減少27.47％和22.80％。各處理N2O排放系數(shù)介于0.28％～0.50％，均低于IPCC 1.0％的推薦值，且各處理產(chǎn)量之間沒有顯著性差異，因此一次性施肥技術(shù)能夠在保證產(chǎn)量的前提下，有效減少冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放。

關(guān)鍵詞：一次性施肥；冬小麥/夏玉米輪作；N2O排放

張婧，夏光利，李虎，等.一次性施肥技術(shù)對(duì)冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：195-204.

ZHANG Jjng，XIA Guang-1j，LI hu，et a1. Effect of sjng1e basa1 fertj1jzatjon on N2O emjssjons jn wheat and majze rotatjon system[J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：195-204.

因溫室氣體濃度升高而引起的全球變暖和臭氧層破壞是當(dāng)今最大的全球環(huán)境問題，N2O作為最重要的溫室氣體之一，在100年尺度上其增溫潛勢(shì)是CO2的298倍[1]，2010年大氣N2O濃度達(dá)到323×10-9，大約比工業(yè)化前高了20％[2]，并且每年以0.2％～0.3％的速率遞增，是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中增長(zhǎng)最快的排放源。農(nóng)業(yè)活動(dòng)作為已知溫室氣體排放源中最重要的人為排放源，在N2O源匯收支平衡中起主導(dǎo)作用[3]，N2O主要來自于土壤微生物硝化過程和反硝化過程[4-5]，土壤排放的N2O占全球N2O總排放量的10％～27％[1]。

小麥和玉米是我國(guó)主要的糧食作物[6]，當(dāng)前由于勞動(dòng)力成本的提高，簡(jiǎn)化糧食作物施肥程?和提高肥料利用率的一次性施肥技術(shù)已?成為農(nóng)民廣泛?用的管理措施[7-9]。一次性施肥技術(shù)是指在作物生長(zhǎng)期內(nèi)只進(jìn)行一次施肥的技術(shù)，多以控釋肥施用為主?？蒯尫史市陂L(zhǎng)，肥料養(yǎng)分的供應(yīng)與植物需求基本一致，既可以防?土壤中有效氮過量又能滿足植物在整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分的需求，因此近年來針對(duì)控釋肥的研究成為肥料研究的熱點(diǎn)[10]?？蒯尫室?在小麥、玉米、水稻和番茄中得到了廣泛應(yīng)用[7，11-13]。

目前針對(duì)華北平原冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放的研究主要集中在有機(jī)肥無機(jī)肥配施和不同施氮水平方面[14-15]，而對(duì)于一次性施肥技術(shù)下冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放特征的研究較少，缺少一次性施肥件下土壤N2O排放的定量評(píng)價(jià)。因此，本研究通過田間原位觀測(cè)，探討一次性施肥件下冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放規(guī)律，明確一次性施肥對(duì)土壤N2O的減排效果，為冬小麥/夏玉米輪作體系下保產(chǎn)減排措施的提出提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)安排在山東泰安現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研基地——肥城市良種試驗(yàn)場(chǎng)（東?117°08'，北緯36°11'），屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.6℃，平均年降水量903.2 mm，種植模式為小麥-玉米輪作。供試土壤為砂漿黑土，土壤質(zhì)地為粘壤土。試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)性狀見表1，觀測(cè)期內(nèi)降雨量和日均溫見圖1。

表1　試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)性狀Tab1e 1 Basjc propertjes jn tested soj1

1.2田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

觀測(cè)時(shí)間為2013年10月20日至2014年10月27日。試驗(yàn)?用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理，分別為：對(duì)照（CK）、優(yōu)化施氮（OPT）、優(yōu)化氮肥一次性施用（OPT1）、控釋肥施用（CRF）。優(yōu)化施肥處理是根據(jù)當(dāng)?shù)販y(cè)土配方施肥結(jié)果確定的施氮量，控釋氮肥CRF由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，具體肥料包膜材料為熱固水性樹脂，肥料釋放曲線見圖2，其他施肥處理氮素來源均為尿素。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)面積8.5 m×4.4 m=37.4 m2，重復(fù)間留1 m隔離區(qū)。各處理施肥方式和施肥量如表2所示。磷肥（重過磷酸鈣P2O544％）和鉀肥（氯化鉀K2O 60％）摻混后一次性作為基肥撒施。OPT和CRF處理均開溝10 cm氮肥均勻施入覆土，OPT1處理為開溝25 cm和10 cm氮肥均勻施入覆土，耙平后機(jī)械播種。OPT處理小麥追肥時(shí)期為返青-拔節(jié)期，玉米施肥時(shí)期為大喇叭口期前，均為行間溝施氮肥覆土，深度5～10 cm。其他管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培措施一致。

控釋肥CRF在25℃水中以及田間氮素溶出特征試驗(yàn)方法：稱取本試驗(yàn)中施用的小麥（玉米）專用控釋肥5 g，縫合在直徑1 mm的塑料網(wǎng)袋內(nèi)，小麥生長(zhǎng)季共33袋，玉米生長(zhǎng)季共21袋，播種當(dāng)天埋植于保護(hù)行中，深度為10～20 cm，插牌標(biāo)示。在小麥（玉米）每個(gè)主要生育時(shí)期取3袋，用自來水將泥土沖洗干凈，自然晾干，測(cè)定膜內(nèi)全氮含量。

圖1　觀測(cè)期降雨量與氣溫Fjgure 1 Precjpjtatjon and ajr temperature durjng experjmenta1 perjod

圖2　控釋肥CRF在25℃水中?及田間氮素溶出特征Fjgure 2 Characterjstjcs of nutrjent re1eases from contro11ed re1ease fertj1jzers jn water and fje1d

1.3取樣和測(cè)定方法

土壤N2O排放通量的測(cè)定?用靜態(tài)箱-氣相色譜法。?樣箱體由不銹鋼材料制成，外覆絕熱材料，箱體為50 cm×50 cm×50 cm的正方體，以最大限度地保證氣體取樣的代表性。箱體底部邊緣粘有密封膠，以確保箱體和底座之間密封良好。底座（50 cm×50 cm×20 cm）由不銹鋼制成，觀測(cè)期底座一直埋在田間固定位置。?樣時(shí)，將?樣箱置于底座上，用夾子將箱體和底座夾在一起，確保密封良好。密封后立即用注射器抽取氣體，每隔6 mjn取樣一次，連續(xù)取樣5次，并準(zhǔn)確記錄?樣時(shí)間和箱內(nèi)氣溫（JM624）。觀測(cè)頻率為每周一次，施肥和灌溉后逐日觀測(cè)一周，降雨后連續(xù)觀測(cè)3 d，施基肥時(shí)延長(zhǎng)取樣時(shí)間，直至施氮處理與不施氮處理的N2O排放通量無差異為?。每次觀測(cè)均在上午8：00—10：00之間進(jìn)行，每次取氣樣的同時(shí)，測(cè)定土壤5 cm深度溫度（JM624）及16 cm深度土壤體積含水量（TRIME-PICO 64）。所測(cè)得的土壤體積含水量據(jù)下式轉(zhuǎn)化為土壤孔隙含水率（WFPS）：

表2　冬小麥/夏玉米輪作施肥種類和施肥量Tab1e 2 Types and 1eve1s of fertj1jzers app1jed to wheat-majze rotatjon system

式中：θv為土壤體積含水量，cm3.cm-3；ρv為土壤體積質(zhì)量，g.cm-3；ρs為土壤比重。

將氣體樣品存放于一定體積的氣袋中，用?進(jìn)的氣相色譜儀（Agj1ent 7890A）分析N2O濃度。氣體通量計(jì)算公式為：

式中：F為N2O的排放通量，mg N2O.m-2.h-1，正值為排放，負(fù)值為吸收；ρ為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下N2O的密度，g.L-1；H為?樣箱氣室高度，cm；T為?樣箱內(nèi)氣溫，℃；P為?樣時(shí)氣壓，mmHg；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，mmHg（P/P0≈1）；dc/ dt為?樣箱內(nèi)N2O濃度的變化速率，μL.L-1.mjn-1。

N2O排放強(qiáng)度（kg N.t-1）是指形成單位?濟(jì)產(chǎn)量前提下N2O的排放總量。

土壤樣品的?集與測(cè)定：試驗(yàn)開始前和作物收獲后取0～90 cm土樣（每30 cm為一個(gè)層次）測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)，包括：硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、全氮、速效鉀、有效磷、pH和有機(jī)質(zhì)。

1.4數(shù)據(jù)分析

用Exce1 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，用SPSS19.0進(jìn)行不同處理間的差異顯著性檢驗(yàn)及N2O排放通量和各影響因素間的偏相關(guān)關(guān)系分析，不同處理間?用LSD多重比較方法。

2　結(jié)果與分析

2.1冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)N2O排放特征

圖3　不同施肥?理冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放通量Fjgure 3 Seasona1 varjatjons of N2O emjssjons jn wheat and majze rotatjon system under djfferent treatments

在冬小麥/夏玉米輪作周期中，各個(gè)處理土壤N2O排放峰值均發(fā)生在施肥+灌溉或降雨事件后，一般持續(xù)時(shí)間為7～10 d（圖3）。2013年10月19日施肥播種，2014年4月25日返青拔節(jié)施肥灌溉，2014年6月25日施肥，與劉冬雪[15]的施肥灌溉后土壤N2O排放持續(xù)8～14 d的研究結(jié)果有所不同。輪作周期內(nèi)各施肥處理最強(qiáng)的N2O排放峰值出現(xiàn)在冬小麥播種后施基肥后的第1 d，以O(shè)PT1處理排放通量最高，達(dá)到2.78 mg N2O.m-2.h-1，隨著入冬后環(huán)境溫度的下降，排放通量逐漸降低，之后處于較低水平；第二次排放峰值出現(xiàn)在次年小麥返青后，以O(shè)PT處理最高，為1.36 mg N2O.m-2.h-1，拔節(jié)期以后土壤N2O排放通量隨溫度的上升而升高；第三次排放峰值在玉米施基肥以后，以O(shè)PT1處理最高，為1.66 mg N2O.m-2.h-1。CK處理土壤N2O排放通量在整個(gè)觀測(cè)期沒有明顯波動(dòng)。

從圖3可以看出，施氮肥明顯促進(jìn)了土壤N2O排放。與OPT處理相比，在相同施氮量和施肥種類下OPT1處理在小麥種植初期和玉米種植初期N2O排放通量較高；在相同施氮量下，CRF處理在施肥前期N2O排放通量低于OPT1處理，而在作物生長(zhǎng)后期則相反。

結(jié)合圖1可知，2014年9月19日前后降雨量較大，但是觀測(cè)結(jié)果中土壤N2O排放通量峰值遠(yuǎn)小于前幾次峰值，可能是由于玉米生長(zhǎng)后期土壤中氮素被作物吸收利用，土壤中用于硝化作用的底物濃度較低所致。另一方面，由于降雨造成土壤含水量的增加，土壤逐漸從好氧件轉(zhuǎn)變成厭氧件，反硝化反應(yīng)增強(qiáng)，過高的土壤含水量阻?了土壤N2O向大氣中的擴(kuò)散而進(jìn)一步還原為N2[16]。

2.2冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)土壤N2O排放的影響因素

圖4顯示，整個(gè)觀測(cè)期間5 cm深度土壤溫度處于-1.23～29.17℃，小麥生長(zhǎng)季5 cm深度土壤溫度在-1.23～25℃，玉米生長(zhǎng)季5 cm深度土壤溫度在16.72～29.17℃。表3為各處理不同作物生長(zhǎng)季和整個(gè)輪作系統(tǒng)的N2O排放通量與5 cm土層溫度的偏相關(guān)分析結(jié)果。CK處理土壤溫度和N2O排放通量呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系（P<0.05）。其他施肥處理和各個(gè)生長(zhǎng)季N2O排放通量與土壤溫度均無相關(guān)關(guān)系。

圖4　觀測(cè)期土壤溫度濕度的變化Fjgure 4 Varjatjons of soj1 temperature and WFPS durjng experjmenta1 perjod

表3　土壤溫度、含水量與冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)內(nèi)土壤N2O排放通量的相關(guān)分析Tab1e 3 Corre1atjon coeffjcjents between N2O f1ux and soj1 temperature and mojsture jn wheat and majze rotatjon system under djfferent treatments

整個(gè)觀測(cè)期間5 cm深度土壤孔隙含水率為23.69％～70.07％，小麥生長(zhǎng)季為23.69％～70.07％，玉米生長(zhǎng)季為43.02％～65.93％。對(duì)各處理不同作物生長(zhǎng)季和整個(gè)輪作系統(tǒng)的N2O排放通量與土壤孔隙含水率（WFPS）的偏相關(guān)分析表明，OPT在整個(gè)輪作系統(tǒng)N2O排放通量與WFPS呈顯著的相關(guān)關(guān)系（P<0.05），OPT1和CRF呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。CK處理各個(gè)生長(zhǎng)季N2O排放通量與WFPS均無相關(guān)關(guān)系。

2.3冬小麥/夏玉米收獲前不同層次土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量

對(duì)于0～90 cm土層而言，除了CRF在夏玉米收獲前土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為60～90 cm>30～60 cm>0～30 cm以外，其他土壤硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為0～30 cm> 30～60 cm>60～90 cm。從表4可以看出，除CK處理外，冬小麥?zhǔn)斋@前各施肥處理0～30 cm土層硝態(tài)氮含量變化不大，說明一次性施肥方式能夠?yàn)槎←溕L(zhǎng)提供足夠的氮素需要，銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為OPT1>OPT> CRF。相同施氮量件下，OPT1處理在30～60 cm和60～90 cm土層硝態(tài)氮含量均低于其他施肥處理，說明一次性分層施尿素方式能夠提高氮素利用率，減少氮素的淋溶損失。對(duì)于玉米生長(zhǎng)季而言，除CK處理外，各施肥處理0～90 cm土層硝態(tài)氮含量均為OPT> OPT1>CRF，顯現(xiàn)CRF處理土壤中硝態(tài)氮偏低的現(xiàn)象，而銨態(tài)氮含量差異不大。

表4　冬小麥/夏玉米收獲前不同層次土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量Tab1e 4 Changes of NO-3-N and NH+4-N jn 0～90 cm soj1 1ayer jn djfferent treatments

2.4冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)N2O排放總量與排放系數(shù)

肥料種類和肥料用量是影響N2O排放的重要因素。施用氮肥能顯著提高N2O的排放（表5），CK處理N2O年排放總量最低，為（1.33±0.17）kg N.hm-2；相同施肥量和施肥種類件下，OPT處理年排放總量為（3.64±0.40）kg N.hm-2，OPT1處理年排放總量與OPT處理相比減少了27.47％，并達(dá)到顯著水平（P<0.05）；相同施氮量件下，CRF處理比OPT處理排放總量減少了22.80％，并達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

圖5　不同施肥方式下冬小麥/夏玉米N2O季節(jié)排放總量Fjgure 5 Seasona1 cumu1atjve N2O emjssjons jn each treatment

表5　不同?理N2O平均排放通量?及周年排放總量Tab1e 5 Average emjssjon f1uxes and annua1 cumu1atjve N2O emjssjon jn djfferent treatments

對(duì)于OPT處理而言，輪作田中冬小麥生長(zhǎng)季土壤N2O排放總量為1.86 kg N.hm-2，占整個(gè)輪作田排放量的51.10％；玉米生長(zhǎng)季土壤N2O排放總量為1.78 kg N.hm-2，占輪作田排放總量的48.9％。總體上各處理表現(xiàn)為小麥季N2O季節(jié)排放總量略高于玉米季（圖5）。

不同施肥方式和肥料種類對(duì)不同作物生長(zhǎng)期土壤N2O排放總量的影響也不同（圖5）。對(duì)于冬小麥生長(zhǎng)季CRF處理土壤N2O排放總量與OPT之間差異顯著（P<0.05），而在夏玉米生長(zhǎng)季3個(gè)施氮處理之間土壤N2O排放總量之間沒有顯著差異。

IPCC（Intergovernmenta1 Pane1 on C1jmate Change，2006）將同期內(nèi)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(shù)，并建議化肥氮的N2O-N排放系數(shù)為1％。本研究不同處理之間排放系數(shù)介于0.28％～0.50％之間，均低于IPCC默認(rèn)的1％，因此利用IPCC的系數(shù)可能會(huì)高估冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)N2O排放量。

2.5冬小麥/夏玉米產(chǎn)量與N2O排放強(qiáng)度

相對(duì)于OPT處理而言，相同施氮量情況下，OPT1處理和CRF處理對(duì)作物產(chǎn)量（冬小麥、夏玉米）的影響不顯著（P<0.05），都保持在8.31 t和9.36 t以上（圖6）；冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)季土壤N2O排放強(qiáng)度均以O(shè)PT處理最高，分別為（2.23±0.02）kg N.t-1和（0.18± 0.03）kg N.t-1。與OPT處理對(duì)比，一次性施肥減少了單位產(chǎn)量土壤N2O排放總量，其中一次性施入尿素即OPT1處理在冬小麥和夏玉米季分別減少14.00％和 38.38％，CRF處理較OPT處理分別減少22.29％和28.00％（圖7）。由此可見，一次性施肥可以有效減少冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)季單位產(chǎn)量N2O排放。

圖6　不同施肥方式下冬小麥/夏玉米產(chǎn)量Fjgure 6 Yje1ds of wheat and majze jn djfferent treatments

圖7　不同施肥方式下冬小麥/夏玉米N2O排放強(qiáng)度Fjgure 7 Intensjty of N2O emjssjons durjng wheat and majze growth perjods

3　討論

3.1施肥方式對(duì)土壤N2O排放的影響

本研究結(jié)果表明，冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)中土壤N2O排放峰值主要集中在施肥+灌溉（降雨）事件后；控釋肥料可以減少小麥玉米基肥后土壤N2O排放，但是未?變輪作周期的季節(jié)變化規(guī)律；在基肥施用下，OPT1處理引起的N2O排放峰值高于肥料分次施用處理；而控釋肥可以降低初期土壤中NO-3-N濃度，進(jìn)而可以有效減少土壤N2O的排放[17]。

本觀測(cè)中CK處理即N2O年排放總量為（1.33± 0.17）kg N.hm-2，略高于一般農(nóng)田觀測(cè)到的N2O背景排放量0.58～1.13 kg N.hm-2[15，18-19]。本研究中各施肥處理年排放總量在2.64～3.64 kg N.hm-2之間，可能與本試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)肥力高有關(guān)。OPT1和CRF處理比OPT處理在冬小麥/夏玉米輪作周期N2O排放總量減少22.80％～27.74％，其中冬小麥生長(zhǎng)季減少9.68％～18.28％，夏玉米生長(zhǎng)季減少28.00％～41.02％，表現(xiàn)為一次性施肥能夠降低土壤N2O排放，與他人的研究結(jié)果相類似。紀(jì)洋等[20]對(duì)江蘇句容冬小麥田施氮量為100、200、270 kg.hm-2的尿素和緩控釋肥處理下土壤N2O排放觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，控釋肥能夠減少冬小麥生長(zhǎng)季N2O排放總量的50％～56％，并且在同等施氮量件下，控釋肥對(duì)土壤N2O的減排量隨著施氮量的增加而增加。張?jiān)婪嫉萚21]在對(duì)蘇州小麥季控釋肥的研究表明控釋肥料的施用通過大幅度減少小麥播種至越冬始期的N2O累積排放量來減少N2O的排放總量。而Chu[22]研究表明由于深施處土壤水分大于表層，利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致尿素深施處理N2O排放總量是淺施尿素的5～8倍，與本研究結(jié)果存在一定的差異。

目前，中國(guó)旱地農(nóng)田N2O排放系數(shù)為0.22％～1.53％[23]，本研究排放系數(shù)介于0.28％～0.50％之間。裴淑瑋等[24]在河北省望都縣冬小麥/夏玉米輪作模式施氮量為540 kg N.hm-2.a-1下排放系數(shù)為1.03％；王艷群等[19]在河北保定市冬小麥/夏玉米輪作模式不同施氮水平（600、550、300 kg N.hm-2.a-1）下排放系數(shù)為0.66％、0.72％和0.89％。這種差異可能與施肥量以及土壤理化性質(zhì)和環(huán)境件有關(guān)。

3.2環(huán)境因素?及肥料種類對(duì)N2O排放的影響

在土壤通氣良好的情況下，硝化作用是產(chǎn)生N2O的主要來源，因此影響硝化作用的因素如溫度、濕度、微生物種類和數(shù)量以及耕作措施都會(huì)影響N2O排放。結(jié)合圖3、圖4和表3可以看出，CK處理N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度和土壤含水量之間均無相關(guān)性，說明氮素是土壤N2O排放的首要限制因素。各施肥處理除OPT以外，小麥季、玉米季和整個(gè)輪作周期土壤N2O排放通量與土壤含水量均存在相關(guān)關(guān)系，冬小麥季相關(guān)系數(shù)為0.39，夏玉米季相關(guān)系數(shù)為0.52～0.60，輪作系統(tǒng)相關(guān)系數(shù)為0.34～0.50，表明土壤含水量對(duì)N2O排放有顯著影響。這與王艷群等[19]研究的結(jié)果相同，并且土壤濕度在夏玉米季對(duì)土壤N2O排放的影響大于冬小麥季。

各處理土壤N2O排放通量與5cm土層溫度之間均無相關(guān)性。本研究中冬小麥季平均溫度低于硝化作用適宜溫度下限（土壤硝化作用微生物活動(dòng)適宜溫度為15～35℃）[25]，而夏玉米季該土層平均溫度則在硝化作用最適范圍內(nèi)，溫度對(duì)玉米季N2O排放的影響小于小麥季。

另一方面，土壤溫度和水分通過影響緩控釋肥養(yǎng)分釋放速率?變土壤速效氮含量，間接影響土壤N2O排放。Fujjsawa等[26]研究指出溫度和水分對(duì)包膜控釋尿素氮素養(yǎng)分溶出的影響分別占83％和11％，當(dāng)土壤含水量高于田間持水量40％時(shí)，養(yǎng)分釋放僅受溫度的影響。衣文平等[13，27]在泰安冬小麥的包膜控釋尿素與普通尿素對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響對(duì)比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥氮素溶出速率與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。

3.3不同施肥方式對(duì)土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量?及N2O排放強(qiáng)度的影響

本研究在冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)季均發(fā)現(xiàn)，分次施肥方式（即OPT處理）較控釋肥（即CRF處理）和普通尿素一次性施肥方式（即OPT1處理）在兩季作物收獲后30～60 cm和60～90 cm土層中NO-3-N含量較高的現(xiàn)象（表4），說明該施肥方式肥料向下淋洗風(fēng)險(xiǎn)較大，造成氮素利用率降低。而盧艷麗等[8]在廊坊冬小麥/夏玉米輪作地的觀測(cè)結(jié)果則表明，普通尿素一次性施肥方式因肥料施用過于集中而表現(xiàn)為淋洗較多。一般認(rèn)為分次施肥可以更好地滿足作物不同階段需肥要求，提高肥料利用率[28]，但由于多次施肥費(fèi)工費(fèi)力，使減少勞動(dòng)力成本的輕簡(jiǎn)化技術(shù)逐漸成為目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的主流。從圖2 CRF田間氮素溶出特征試驗(yàn)結(jié)果可看出，小麥專用緩控肥在28、140 d和196 d氮素累積溶出率分別是57.2％、76.2％和95.6％，冬小麥吸氮高峰期在拔節(jié)期到孕穗期（180～210 d）[29]；玉米專用控釋肥在14、56 d和84 d氮素累積溶出率分別是49.2％、91.7％和95.4％，夏玉米吸氮高峰期在大喇叭口期到灌漿期（40～60 d）。與OPT相比，CRF處理并沒有顯著造成冬小麥和夏玉米吸氮量的不同，對(duì)其產(chǎn)量及生物學(xué)性狀的影響也無顯著差異。這說明緩控釋肥持續(xù)釋放的特性使得肥料利用率提高，被作物及時(shí)充分吸收進(jìn)而減少了氮素在其他途徑的損失。在本研究中一次性施肥技術(shù)與優(yōu)化施肥處理相比，冬小麥/夏玉米并沒有表現(xiàn)出顯著的產(chǎn)量差異，鑒于試驗(yàn)僅進(jìn)行一年，一次性施肥措施的持續(xù)保產(chǎn)效果如何還需要多年試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)于不同生長(zhǎng)季而言，N2O排放強(qiáng)度表現(xiàn)為各個(gè)處理冬小麥生長(zhǎng)季大于夏玉米生長(zhǎng)季，說明生產(chǎn)單位產(chǎn)量小麥生長(zhǎng)季比玉米生長(zhǎng)季土壤排放更多的N2O，減排的重點(diǎn)在生育期較長(zhǎng)的冬小麥生長(zhǎng)季。

4　結(jié)論

（1）冬小麥/夏玉米輪作系統(tǒng)中土壤N2O排放主要集中在施肥+灌溉（或降雨）事件后；除追肥以外，旱作件下一次性施用控釋肥引起的N2O排放峰值高于尿素的分次施用處理，但是未?變輪作周期土壤N2O排放的季節(jié)變化規(guī)律。

（3）土壤含水量對(duì)N2O排放有顯著影響，且對(duì)夏玉米季N2O排放的影響大于冬小麥季。同時(shí)各處理土壤N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度之間均無相關(guān)性。

（4）相對(duì)于優(yōu)化施氮處理而言，相同施氮肥量情況下，優(yōu)化氮肥一次性施用處理和控釋肥處理對(duì)作物產(chǎn)量（冬小麥、夏玉米）的影響不顯著。與優(yōu)化施氮處理相比，一次性施肥可以有效降低N2O排放強(qiáng)度。

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Effect of single basal fertilization on N2O emissions in wheat and maize rotation system

ZHANG Jjng1，XIA Guang-1j2，LI hu1，ZHU Guo-1jang2，MOU Xjao-1jng2，WANG Lj-gang1*，HUANG Cheng-cheng1，JIANG Yu-qjan1
（1.Instjtute of Agrjcu1tura1 Resources and Regjona1 P1annjng，Chjnese Academy of Agrjcu1tura1 Scjences/ Key Laboratory of Non-pojnt Source Po11utjon Contro1，Mjnjstry of Agrjcu1ture/ CAAS-UNH Jojnt Laboratory for Sustajnab1e Agro-ecosystem Research，Bejjjng 100081，Chjna；2.Tajan Academy of Agrjcu1tura1 Scjences，Tajan 271000，Chjna）

Abstract：Njtrous oxjde（N2O），as one of the most jmportant greenhouse gases，p1ays a crucja1 ro1e jn the g1oba1 warmjng. Njtrogen（N）fertj1-jzer js the prjmary source of N2O emjssjons from agrjcu1tura1 soj1s. A fje1d experjment was conducted to study the effect of sjng1e basa1 fertj1-jzatjon on N2O emjssjons jn wheat and majze rotatjon system. N2O f1uxes a1ong wjth majn envjronmenta1 drjvers（j.e.，soj1 temperature，soj1 mojsture，and soj1 NO-3-N）were observed jn 4 treatments，jnc1udjng contro1 treatment（CK），optjmjzed fertj1jzatjon treatment（OPT），sjng1e basa1 fertj1jzatjon treatment（OPT1）and contro11ed re1ease fertj1jzatjon treatment（CRF），durjng the perjod of October 2013 to October 2014. Resu1ts showed that the peaks of N2O emjssjons were usua11y observed at the event of fertj1jzatjon accompanjed wjth jrrjgatjon or precjpjtatjon. The N2O emjssjon rates ranged from -0.24～2.78 mg N2O.m-2.h-1，wjth daj1y means rangjng from 23.88～65.46 μg N2O.m-2.h-1. The OPT1 and CRF treatments both decreased the N2O peak va1ues，but djd not change the seasona1 varjatjon patterns. The N2O f1uxes were pos-book=227,ebook=201jtjve1y corre1ated wjth soj1 water fj11ed pore space（WFPS），but not wjth soj1 temperature at 5 cm depth. Compared wjth the OPT treatment，the OPT1 and CRF treatments both sjgnjfjcant1y reduced annua1 N2O emjssjons by 27.47％ and 22.80％，respectjve1y. Annua1 emjssjon factor（EF）of N2O emjssjons was ca1cu1ated to be 0.28％～0.77％ of the fertj1jzer N. It js conc1uded that sjng1e basa1 fertj1jzatjon management cou1d effectjve1y reduce N2O emjssjons from wheat and majze rotatjon system.

Keywords：sjng1e fertj1jzatjon；wheat and majze rotatjon system；N2O emjssjon

*通信作者：王立剛E-maj1：wang1jgang@caas.cn

作者簡(jiǎn)介：張婧（1988—），女，山西大同人，博士研究生，從事農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放研究。E-maj1：zhangjjng201306@sjna.com

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)“主要糧食作物一次性施肥技術(shù)研究與示范”（201303103）；農(nóng)業(yè)源溫室氣體監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)研究（201103039）

收稿日期：2015-07-21

中圖分類號(hào)：X511

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）01-0195-10doj：10.11654/jaes.2016.01.026