摘要：為了揭示設(shè)施菜地N2O排放的變化規(guī)律，了解水肥氣耦合對(duì)設(shè)施菜地土壤N20的影響，對(duì)不同水肥氣處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出合理的減排措施。試驗(yàn)以番茄為供試作物，設(shè)置了灌水水平（I）、施肥水平（F）和加氣水平（A）3個(gè)因素，以不加氣（CK）充分灌溉條件下2個(gè)施肥水平為對(duì)照，設(shè)置Il和I2（分別為虧缺灌溉和充分灌溉，對(duì)應(yīng)作物一皿系數(shù)（Kp）分別為0.8和1.0）2個(gè)灌水水平，F(xiàn)1和F2（分別為低肥和高肥，對(duì)應(yīng)施氮量為180 kg·hm-2和240 kg·hm-2）2個(gè)施肥水平，A1和A2（分別為1倍氣和2倍氣）2個(gè)加氣水平，共10個(gè)處理。采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法對(duì)番茄全生育期N2O排放進(jìn)行監(jiān)測分析，系統(tǒng)研究水肥氣耦合對(duì)溫室番茄土壤N2O排放的影響及其影響因素。結(jié)果表明：灌水量和施肥量的增加均會(huì)增加土壤N2O排放通量，I2處理的N2O排放通量比I1處理平均增加14.79％（Pgt;0.05），F(xiàn)2處理比F1處理平均增加34.90％（Plt;0.05）。加氣灌溉對(duì)土壤N2O排放通量有顯著影響，與CK處理相比，A1和A2處理分別增加10.02％（Pgt;0.05）和62.92％（Plt;0.05）。土壤N2O排放通量與土壤充水孔隙度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，與NO-3-N含量呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)土壤溫度小于等于26℃時(shí)，N2O排放通量與土壤濕度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，土壤溫度大于26℃時(shí)，呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜合考慮番茄產(chǎn)量、N2O累積排放量、灌溉水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和單產(chǎn)N2O累積排放量，推薦施肥量為180 kg·hm-2的1倍氣充分灌溉（K=1.0）為溫室番茄增產(chǎn)、節(jié)水、減排的較佳灌溉模式。

關(guān)鍵詞：N2O排放；水肥氣耦合；溫室番茄；土壤；灌水量；施肥量

中圖分類號(hào)：S641.2；S626 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）01-0202-12 doi：10.11654/jaes.2023-0194

溫室氣體排放增加導(dǎo)致輻射強(qiáng)迫增強(qiáng)和全球變暖，影響極端天氣事件，如極端溫度、強(qiáng)降水和干旱變化等，對(duì)人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生巨大威脅。氧化亞氮（N2O）是大氣中重要的溫室氣體，IPCC第六次評(píng)估報(bào)告指出，N2O在100年尺度上的全球增溫潛勢（Global Warming Potential，GWP）是CO2的273倍，因其增溫效應(yīng)大而受到廣泛關(guān)注。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是N2O排放的主要來源，對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生重大影響，農(nóng)業(yè)N2O排放量占全球人為活動(dòng)產(chǎn)生的78％。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們需求的提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，但是設(shè)施菜地施肥量高且灌水頻繁，N2O大量排放加劇了溫室效應(yīng)，因此，研究設(shè)施菜地N2O的排放規(guī)律和影響因素，提出增產(chǎn)減排措施，對(duì)緩解全球變暖具有重要意義。

水肥氣對(duì)土壤N2O排放具有重要影響，其主要是通過影響土壤環(huán)境因子，如土壤濕度、土壤溫度、土壤礦物質(zhì)氮濃度、土壤微生物群落多樣性等，進(jìn)而對(duì)土壤N2O排放產(chǎn)生影響。已有研究表明，土壤充水孔隙度（WFPS）、土壤溫度、NO-3-N含量是影響土壤N2O排放的重要因素，灌水量的變化，會(huì)改變土壤通氣性，從而影響硝化和反硝化反應(yīng)，改變N2O排放。蘇星源等研究發(fā)現(xiàn)，灌水量增加會(huì)通過增加nir基因豐度來促進(jìn)土壤反硝化進(jìn)程，進(jìn)而促進(jìn)N2O排放。劉麗君等和李銀坤等研究發(fā)現(xiàn)，施氮量增加會(huì)增加NH+4-N和NO-3-N含量，顯著增加N2O排放，減少施肥是降低土壤N2O排放最直接有效的措施。加氣灌溉可以緩解作物根區(qū)缺氧狀況，促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量。Chen等和雷宏軍等研究發(fā)現(xiàn)，加氣灌溉會(huì)改善土壤通氣狀況，促進(jìn)N2O排放。目前研究大多集中于水、肥、氣等單因子對(duì)土壤N2O排放的影響，而對(duì)于水肥氣三者交互作用對(duì)土壤N2O排放特征缺乏系統(tǒng)研究，土壤環(huán)境因子對(duì)N2O排放的影響缺乏系統(tǒng)分析。

番茄具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，其種植面積逐年增加，截至2020年，我國種植面積超過110萬hm2。本試驗(yàn)以設(shè)施番茄為對(duì)象，設(shè)置灌水水平、施肥水平和加氣水平3個(gè)因素，研究水肥氣耦合對(duì)番茄產(chǎn)量、N2O排放和土壤環(huán)境因子的影響，分析土壤環(huán)境因子與土壤N2O排放通量的關(guān)系，確定影響N2O排放的主要因子及其作用機(jī)制，綜合考慮N2O累積排放量、灌溉水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和番茄產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出優(yōu)產(chǎn)、節(jié)水、減排的較佳灌溉模式，為設(shè)施菜地土壤N2O減排提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)日光溫室進(jìn)行（34°20′N，108°04′E）。土壤類型為填土，屬于棕壤土，1m土層內(nèi)平均土壤干容重為1.35 g·cm-3，土壤密度為2.65g·cm-3，土壤孔隙度為49.06％，田間持水量為23.8％（質(zhì)量含水率）。番茄移植前測得0-20 cm深度層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9.51、1.86、1.40 g·kg-1和20.22 g·kg-1，pH為7.65。土壤砂粒（gt;0.05-1.00 mm）、粉砂顆粒（gt;0.005-0.05 mm）和黏粒（≤0.005 mm）分別占26.0％、33.0％和41.0％。

番茄全生育期氣象數(shù)據(jù)如圖1所示。溫室內(nèi)氣溫與相對(duì)濕度基本呈相反趨勢，氣溫和相對(duì)濕度分別在14.26-32.27℃和37.76％-94.27％內(nèi)波動(dòng)；太陽輻射和光合有效輻射變化趨勢大致相同，分別在5.62-147.21 W·m-2和9.05-242.97 umol·m-2·s-1內(nèi)波動(dòng)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以溫室番茄為供試作物（品種為“金鵬八號(hào)”），為2021年春夏茬，番茄于3月26日移植（三葉一心至四葉一心），7月9日收獲，全生育期共105 d，生育期劃分為苗期（0-30 d）、開花坐果期（31-51 d）、果實(shí)膨大期（52-77 d）、成熟期（78-105 d）。

灌水方式為地下滴灌，滴頭埋深15 cm，滴頭間距35 cm。每小區(qū)種植11株，番茄在滴頭正上方進(jìn)行移苗，移苗當(dāng)天進(jìn)行漫灌，保證幼苗存活，之后進(jìn)行覆膜，小區(qū)之間壟寬40 cm，壟間設(shè)置深80 cm的塑料薄膜，防止水分橫向運(yùn)移。

試驗(yàn)設(shè)置灌水水平（I）、施肥水平（F）和加氣水平（A）3個(gè)因素，以不加氣（CK）充分灌溉條件下2個(gè)施肥水平為對(duì)照，設(shè)置I1和I2[分別為虧缺灌溉和充分灌溉，對(duì)應(yīng)作物-皿系數(shù)（K）分別為0.8和1.012個(gè)灌水水平，F(xiàn)1和F2（分別為低肥和高肥，對(duì)應(yīng)施氮量為180 kg·hm-2和240 kg·hm-2）2個(gè)施肥水平，A1和A2（分別為1倍氣和2倍氣）2個(gè)加氣水平，共10個(gè)處理，具體見表1。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，各小區(qū)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)布設(shè)。

灌水定額由安置在溫室內(nèi)的E601型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量確定，按兩次灌水間隔內(nèi)蒸發(fā)量值進(jìn)行灌水，每次灌水在當(dāng)天早上8：00進(jìn)行。小區(qū)灌水定額如式（1）：

利用Mazzei 287型文丘里計(jì)（Mazzei InjectorCompany，LLC，美國）作為加氣設(shè)備進(jìn)行加氣，加入的氣體為空氣。灌水時(shí)通過水泵形成加壓灌溉水，同時(shí)調(diào)節(jié)灌水總管道末端調(diào)節(jié)閥，保證進(jìn)口壓力為0.1MPa，出口壓力為0.02 MPa，由排氣法得到進(jìn)氣量約占灌溉水量的17％。

供試氮肥為尿素（含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥46％），鉀肥為硫酸鉀（含K質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥52％，240 kg·hm-2），磷肥為過磷酸鈣（含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥16％，150 kg·hm-2），菌肥為羊板球（5 312.5 kg·hm-2），其中磷、鉀肥和菌肥全部基施，氮肥的30％作為基肥，剩余氮肥通過施肥泵將水溶肥通過滴灌管輸送到植株根部，追肥時(shí)間分別在移植后第27、54、68、95天，施肥比例為1：2：2：2。

灌溉用水由與水泵相連的桶提供，灌溉間隔為3-6 d，本試驗(yàn)全生育期總蒸發(fā)量為213.10 mm，I1和12處理的單個(gè)小區(qū)灌溉定額分別為262.66 L和328.10 L（表2）。

1.3測量指標(biāo)

1.3.1 WFPS與土壤溫度

土壤含水率：每次取氣同時(shí)用土鉆在小區(qū)的首、中、尾端兩棵植株間3點(diǎn)取土，深度為0-20 cm，使其充分混合作為該小區(qū)的土樣，土壤含水率采用烘干法（105℃，12 h）測量；

WFPS的計(jì)算公式如下：

土壤溫度：用曲管式地溫計(jì)（河北省武強(qiáng)紅星儀表廠）測定土壤10 cm處溫度。

1.3.2土壤N2O排放量測定

本試驗(yàn)采用“靜態(tài)暗箱-氣相色譜法”測定番茄全生育期土壤N2O排放通量，箱體用2 mm鋼板材料制成，長、寬、高分別為25、25 cm和40 cm。箱體外表面用海綿與錫箔紙包裹。番茄移植當(dāng)天在小區(qū)中央兩棵幼苗之間預(yù)埋方形底座，底座嵌入土壤5 cm深，底座上端有大約3 cm深的凹槽，用以放置靜態(tài)箱箱體，取樣時(shí)注水密封。生育期采樣間隔3-6 d，追肥后進(jìn)行加測。氣體取樣時(shí)間分別為10：00、10：10、10：20和10：30，利用帶有三通閥的50 mL注射器進(jìn)行4次氣體采集，每次取氣30 mL，并在當(dāng)天進(jìn)行濃度分析。氣體采樣的同時(shí)用安插在箱體頂部的電子溫度計(jì)（TA288）測量箱內(nèi)溫度，用以計(jì)算氣體排放通量。去除奇異點(diǎn)，保證4個(gè)樣品濃度測量值與時(shí)間的線性回歸決定系數(shù)（R2）≥0.90。

N2O濃度采用安捷倫氣相色譜儀測定（Agilent Technologies 7890A GC System，美國），氣體排放通量采用式（3）計(jì)算：

番茄全生育期內(nèi)土壤N20累積排放量通過式（4）計(jì)算：

1.3.3土壤NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)

土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)：取氣的同時(shí)用土鉆取小區(qū)0-20 cm深土樣，土樣研磨后過2 mm篩，稱取5.00 g土樣，用50 mL 2 mol·L-1 KC1溶液浸提，振蕩30 min過濾，用連續(xù)流動(dòng)分析儀（Auto Analyzer 3AA3，德國，0.001AUFS）測定土壤NO-3-N含量。土壤NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算公式如下：

1.3.4番茄產(chǎn)量和灌溉水分利用效率

番茄成熟后，每小區(qū)選取長勢均勻的5株進(jìn)行測產(chǎn)，取均值作為該小區(qū)的單株產(chǎn)量，并換算為總產(chǎn)量（t·hm-2）。灌溉水分利用效率（Imgation water use efficiency，IWUE）為蕃茄產(chǎn)量與全生育期單個(gè)小區(qū)總灌水量的比值。

1.3.5氮肥偏生產(chǎn)力

氮肥偏生產(chǎn)力（Nitrogen partial factor productivity，NPFP）為作物產(chǎn)量與施氮量的比值。

1.3.6單產(chǎn)N2O累積排放量

單產(chǎn)N2O累積排放量為生產(chǎn)單位番茄所釋放的N2O，表示為土壤N2O累積排放量與作物產(chǎn)量的比值。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步分析，采用SPSS 26.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析和方差分析，不同處理間采用最小顯著性差異法（Leastsignificant difference，LSD）進(jìn)行檢驗(yàn)；對(duì)土壤N2O排放通量和土壤環(huán)境因子進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析和回歸分析；采用SPSS Pro軟件運(yùn)用Topsis熵權(quán)法，綜合番茄產(chǎn)量、IWUE、土壤N20累積排放量、NPFP和單產(chǎn)N2O累積排放量，對(duì)溫室番茄進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。用Origin Pro 2021繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1土壤N2O排放動(dòng)態(tài)變化特征

如圖2所示，不同處理溫室番茄土壤N2O排放通量變化趨勢一致，均隨移植后天數(shù)增加呈波動(dòng)性變化，總體表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢。番茄全生育期內(nèi)，N2O排放通量在14.94-279.59 ug·m-2·h-1內(nèi)變化，施肥引起N2O排放峰值的出現(xiàn)，分別表現(xiàn)在移植后第28、55、69、96天，其中主峰值在果實(shí)膨大期，為移植后第69天，最大值出現(xiàn)在A2F212處理，為279.60 ug·m-2·h-1，比A2F211、A2F112、AIF212和CKF212分別高4.12％、49.87％、29.99％和36.29％，施肥和加氣對(duì)峰值影響顯著（Plt;0.05），灌水對(duì)其影響不顯著（Pgt;0.05）。相同施肥和加氣水平下，隨灌水量增加，N2O排放通量增加，但差異不顯著（Pgt;0.05），I2處理的N2O排放通量比I1處理平均增加14.79％；在灌水和加氣水平一致的條件下，隨施肥量增加，N2O排放通量顯著增加（Plt;0.05），F(xiàn)2處理較F1處理平均增加34.90％；在相同灌水和施肥水平下，加氣灌溉會(huì)增加N2O排放通量，與CK處理相比，A1處理平均增加10.02％（Pgt;0.05），A2處理平均顯著增加了62.92％（Plt;0.05）。

番茄土壤N2O排放通量在不同生育期表現(xiàn)出明顯的差異，苗期的N2O排放通量值較低，這可能是此時(shí)土壤溫度較低造成的，隨移植后天數(shù)的增加，番茄植株逐漸生長壯大，N2O排放通量呈現(xiàn)出增長的趨勢，在果實(shí)膨大期達(dá)到頂峰，成熟期又降到較低水平。

2.2土壤環(huán)境因子變化趨勢

番茄生育期內(nèi)，各處理土WFPS、溫度和NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動(dòng)態(tài)變化如圖3所示。WFPS會(huì)影響N2O的排放，如圖3a和圖3b所示，番茄全生育期內(nèi)，WFPS在39.18％-55.78％范圍內(nèi)變化。由于地膜覆蓋的保墑作用，以及生育前期溫度較低，在移植后70 d之前，WFPS維持在較高水平。在果實(shí)膨大期后期（70-78d）WFPS急劇下降，主要是由于此階段的作物耗水量較大，且此時(shí)的溫度較高，蒸發(fā)量較大。不同處理的WFPS變化趨勢基本一致，I2處理較I1處理高1.66％（Pgt;0.05），施肥量的不同沒有引起WFPS的顯著變化，加氣灌溉會(huì)降低WFPS，與CK處理相比，A1處理降低1.72％（Pgt;0.05），A2處理降低3.33％（Pgt;0.05）。不同處理間土壤溫度變化趨勢一致，不同的水肥氣處理并沒有引起土壤溫度的顯著變化（Pgt;0.05），土壤溫度與大氣溫度變化一致，在16.6-31.9℃范圍內(nèi)變化。

番茄全生育期不同處理的NO-3-N變化趨勢一致，由圖3e和圖3f可知，追肥后NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯上升，施氮量增加顯著增加NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Plt;0.05），F(xiàn)2處理較F1處理增加30.88％（Plt;0.05）；灌水量和加氣的變化沒有引起NO-3-N含量的顯著變化（Pgt;0.05）。

2.3土壤N2O排放影響因子分析

有諸多研究證實(shí)，土壤濕度與土壤溫度是影響土壤N2O排放的主要因素，但是不同番茄品種、不同的田間管理措施、作物生長過程中的氣溫等諸多因素均會(huì)影響土壤溫室氣體的排放，導(dǎo)致主要影響因子的改變，因此本研究通過皮爾遜線性相關(guān)分析和回歸分析，對(duì)土壤N2O排放通量與土壤環(huán)境因子進(jìn)行分析，確定影響溫室氣體排放的主要因子，解釋溫室番茄土壤N2O排放的原因。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，土壤N2O排放通量與WFPS、土壤溫度和NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有極顯著線性正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.305、0.196和0.552。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步挖掘，發(fā)現(xiàn)5月2日（移植37 d后）之前的N2O排放通量和土壤溫度都很低，可能是土壤溫度很低影響了土壤微生物的活性，進(jìn)而影響了N2O排放，因此剔除這一部分?jǐn)?shù)據(jù)，再次擬合分析，結(jié)果顯示土壤N2O排放通量與WFPS呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系（圖4a），決定系數(shù)為0.601，解釋了N2O排放的60.1％。同樣剔除掉5月2日之前土壤溫度為主要影響因素的部分，線性回歸方程顯示（圖4b），土壤N2O排放通量與NO-3-N呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)為0.663，解釋了N2O排放的66.3％。生育期內(nèi)總數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，N2O排放通量與土壤溫度呈極顯著線性正相關(guān)關(guān)系，但是相關(guān)系數(shù)較小，土壤N2O排放通量隨土壤溫度的升高，出現(xiàn)明顯的先增加后減小的趨勢。進(jìn)一步以土壤溫度26.0℃為界分段進(jìn)行擬合，如圖4c和圖4d所示。當(dāng)土壤溫度小于等于26.0℃時(shí)，土壤N2O排放與土壤溫度呈現(xiàn)指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到顯著水平，決定系數(shù)為0.408，解釋了N2O排放的40.8％；當(dāng)土壤溫度大于26.0℃時(shí)，土壤N2O排放通量與土壤溫度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)為0.174，解釋了N2O排放的17.4％。

2.4水肥氣耦合對(duì)番茄產(chǎn)量、單產(chǎn)N2O累積排放量的影響及綜合分析

由表3所示，灌水、施肥和加氣單因子均對(duì)番茄產(chǎn)量具有極顯著影響（Plt;0.01），在相同施肥和加氣條件下，I2處理番茄產(chǎn)量比I1處理平均增加18.50％；相同灌水和加氣水平條件下，F(xiàn)2處理比F1處理的番茄產(chǎn)量平均增加11.95％；相同灌水和施肥水平條件下，A1和A2處理分別比CK處理的番茄產(chǎn)量平均增加16.99％和23.70％，A2處理比A1處理番茄產(chǎn)量平均增加4.49％（Pgt;0.05）。

灌水、施肥和加氣單因子均對(duì)IWUE和NPFP有極顯著影響（Plt;0.01），但是各交互作用對(duì)其無顯著影響。灌水量增加，IWUE減小，NPFP增加，相同施肥和加氣水平下，I2處理的IWUE較I1處理平均降低5.15％（Plt;0.05），NPFP平均增加18.50％（Plt;0.05）；施肥量增加會(huì)增加IWUE，降低NPFP，相同灌水和加氣水平下，F(xiàn)2處理的IWUE較F1處理平均增加11.95％（Plt;0.05），NPFP平均降低16.04％（Plt;0.05）；加氣處理會(huì)提高IWUE和NPFP，相同灌水和施肥水平下，與CK處理相比，A1處理的IWUE和NPFP分別平均提高16.99％和16.99％（Plt;0.05），A2處理平均提高23.71％和23.72％（Plt;0.05）。

灌水、加氣和施肥水平的差異變化均會(huì)顯著影響N2O累積排放量（Plt;0.05），三者的增加均增加N2O累積排放量。但是只有A2F112與A2F111處理表現(xiàn)出灌水量的增加使單產(chǎn)N2O累積排放量增加，其余I2處理的單產(chǎn)N2O累積排放量均小于I1處理，說明生產(chǎn)單位產(chǎn)量番茄所排放的N2O減少，I2水分處理更加符合減排理念。

綜上可知，番茄產(chǎn)量和N2O排放受到眾多指標(biāo)影響，各指標(biāo)的最佳處理并不統(tǒng)一，因此綜合番茄產(chǎn)量和N2O排放的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。Topsis熵權(quán)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明（表3），排序第1的是AIF112處理，因此，綜合番茄產(chǎn)量、N2O累積排放量、IWUE、NPFP和單產(chǎn)N2O累積排放量指標(biāo)，推薦施氮量為180 kg·hm-2的1倍氣充分灌溉（Koo=1.0）為溫室番茄增產(chǎn)、節(jié)水、減排較佳的灌溉模式。

3討論

3.1水肥氣耦合對(duì)土壤N2O排放的影響

番茄全生育期N2O排放通量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，呈現(xiàn)出倒“V”形。番茄苗期N2O排放量較低，但有研究得出不同結(jié)果，在番茄種植初期土壤N2O排放通量較高，因?yàn)榛┓柿枯^大，灌水后N2O大量排放，但是定植后是漫灌，使得土壤表面較濕，不具備氣體采集條件，導(dǎo)致大量N2O已經(jīng)逸出，因此測得番茄苗期的N2O排放量較低，加之苗期的土壤溫度較低，抑制了土壤微生物的活性，降低了N2O排放。追肥為土壤提供了充足氮源，為硝化和反硝化細(xì)菌提供了充足的反應(yīng)底物，促進(jìn)了N2O的排放，如圖2所示，追肥后會(huì)顯著增加N2O的排放，出現(xiàn)明顯峰值；而在番茄開花坐果期，出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長的N2O高排放，這是因?yàn)槊缙贜2O排放量低，大量的NO-3-N還在土壤中（圖3），隨著土壤溫度的升高，NO3-N逐漸在微生物作用下轉(zhuǎn)化為N2O，N2O排放出現(xiàn)峰值。

土壤N2O排放主要是由好氧條件下的硝化過程和厭氧條件下的反硝化過程產(chǎn)生的。灌溉是影響N2O排放的重要因素，頻繁灌溉為硝化和反硝化作用創(chuàng)造了有利條件，導(dǎo)致硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)交替進(jìn)行，從而促進(jìn)了N2O的排放。本試驗(yàn)是在春夏茬，蒸發(fā)大，灌水頻繁，土壤干濕交替，促進(jìn)了土壤N2O排放。灌水會(huì)顯著影響N2O排放，過度虧缺灌溉和過度充分灌溉均不利于土壤微生物的繁衍，從而會(huì)降低N2O排放。在本試驗(yàn)中，灌水量的增加會(huì)提高N2O的排放，這與杜世宇等的研究結(jié)果一致。首先，充分灌溉處理會(huì)增加土壤微生物活性，促進(jìn)N2O排放；其次，灌水量的增加會(huì)增強(qiáng)土壤呼吸，加速土壤中氧氣的消耗，促進(jìn)厭氧環(huán)境的形成，厭氧程度直接影響反硝化酶的合成和反硝化作用，進(jìn)而增加N2O排放，有關(guān)研究表明，雖然土壤硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，但反硝化過程更有利于產(chǎn)生N2O。

施肥是影響N2O排放的決定性因素之一，施肥直接為硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)提供反應(yīng)底物，促進(jìn)N2O排放，同時(shí)，當(dāng)施氮量超過作物所需時(shí)，剩余的氮源會(huì)被土壤微生物利用，加劇N2O的排放。本試驗(yàn)中，高肥處理的N2O排放量更高的結(jié)果與以往研究結(jié)果一致，但是在相同施肥量和加氣量下，灌水量增加，N2O排放通量變化不顯著，可能是因?yàn)槭┓屎图託獯龠M(jìn)N2O排放比較顯著，使灌水對(duì)其的影響被掩蓋。

在本試驗(yàn)中，與不加氣灌溉相比，加氣灌溉會(huì)顯著增加N2O排放，改善土壤通氣性，緩解地下滴灌造成的缺氧狀況，提高土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量，促進(jìn)硝化反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)土壤呼吸，消耗氧氣，促進(jìn)反硝化反應(yīng)，因此，加氣灌溉會(huì)同時(shí)促進(jìn)硝化和反硝化反應(yīng)，促進(jìn)N2O的排放。

3.2土壤環(huán)境因子對(duì)土壤N2O排放的影響分析

土壤濕度、土壤溫度和NO-3-N是影響土壤N2O排放的重要因素，其通過影響硝化和反硝化過程來影響N2O排放。目前，土壤N2O與WFPS的關(guān)系研究結(jié)論不盡相同。在奚雅靜等的研究中，溫室番茄土壤N2O與WFPS呈極顯著的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，且峰值出現(xiàn)在WFPS為60％-80％內(nèi)；前人研究發(fā)現(xiàn)N2O排放與WFPS呈指數(shù)正相關(guān)；本試驗(yàn)中，N2O排放與WFPS呈指數(shù)正相關(guān)，但是剔除了移植后37 d之前的數(shù)據(jù)，因?yàn)?7 d之前，土壤溫度低，最高溫度是21.3℃（圖4），低溫導(dǎo)致土壤微生物活性低，最終導(dǎo)致N2O排放量低，在此階段，土壤溫度是影響N2O的主要因子，WFPS和NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)N2O排放的影響被土壤溫度的影響效果所掩蓋。

追肥會(huì)增加土壤中NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)，促進(jìn)反硝化過程，提高N2O排放，剔除掉因?yàn)橥寥罍囟容^低的數(shù)據(jù)（37 d之前），NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)與N2O排放呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，這與杜婭丹等的研究結(jié)果一致，說明過量的氮源會(huì)以N2O的形式損失，因此可以通過控制施氮量來降低N2O排放。此外，在奚雅靜等的研究中，相同施氮量下，有機(jī)肥部分代替氮肥會(huì)有效降低N2O排放，同時(shí)還會(huì)提高番茄產(chǎn)量，因此，實(shí)際生產(chǎn)中，還可以通過有機(jī)肥部分代替氮肥來降低N2O排放，實(shí)現(xiàn)番茄的增產(chǎn)減排。

土壤溫度是影響土壤N2O排放的重要因素，一方面土壤溫度通過影響土壤酶活性和土壤微生物活性而影響硝化和反硝化速率，進(jìn)而影響N2O排放；另一方面，土壤溫度通過影響微生物活動(dòng)改變土壤氧氣和有效性碳的含量，進(jìn)而影響N2O排放，并且土壤溫度還影響土壤溶液中氧氣的吸收與釋放。有研究指出當(dāng)土壤溫度在10-35℃時(shí)，土壤反硝化生物活性可提高1.5-3.0倍，這解釋了本試驗(yàn)中番茄苗期N2O排放量低的現(xiàn)象。土壤溫度與土壤N2O排放的關(guān)系，前人研究結(jié)果并不一致。在鄭循華等的研究中，N2O排放通量隨土壤溫度的變化呈正態(tài)分布，大量研究表明，溫度升高會(huì)促進(jìn)N2O的排放；但是也有研究表明，土壤N2O排放與土壤溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)榇合募驹囼?yàn)溫度不斷升高，且只施基肥，因此N2O在整個(gè)生育期中呈不斷下降趨勢。在某些特定土壤環(huán)境中，土壤溫度對(duì)N2I排放的影響作用亦可被其他環(huán)境因子所掩蓋。Han等研究了不同灌水量對(duì)土壤N2O排放的影響，結(jié)果表明土壤溫度并非影響N2O排放的主要影響因子，其作用被水分的影響效果所掩蓋。在本試驗(yàn)中，土壤溫度在小于26.0℃時(shí)，N2O排放通量與土壤溫度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，主要是受到NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，由圖4可知，生育前期NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，N2O排放通量隨著溫度升高逐漸變大，兩者呈正相關(guān)關(guān)系；土壤溫度大于26℃時(shí)，N2O排放通量與土壤溫度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，此階段大部分?jǐn)?shù)據(jù)處于生育后期，生育后期NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少，且此時(shí)的WFPS已經(jīng)降低到較低水平，土壤微生物活性降低，從而導(dǎo)致N2O排放通量降低，土壤溫度持續(xù)上升，因此呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系?？梢?，土壤溫度、土壤濕度和NO-3-N是影響土壤N2O排放的主要因素，而且水肥氣交互作用對(duì)土壤N2O排放影響效果明顯，在某些情況下，土壤溫度（濕度）對(duì)N2O排放的影響作用會(huì)被其他環(huán)境因子的影響效果所掩蓋。

3.3水肥氣耦合對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

水肥氣均會(huì)影響到番茄產(chǎn)量，其主要通過影響土壤微生物活性、多樣性和作物根系來影響作物產(chǎn)量，不同水肥氣處理使土壤環(huán)境因子狀態(tài)發(fā)生改變，比如土壤濕度、土壤溫度、氧氣含量和NO-3-N含量等，這些環(huán)境因子通過對(duì)土壤微生物和作物根系產(chǎn)生影響，進(jìn)而共同影響作物產(chǎn)量。灌水和施肥量的增加會(huì)增加作物產(chǎn)量的結(jié)論已經(jīng)被許多研究證實(shí)，本試驗(yàn)也得到相同結(jié)果，但是過量的灌水和施肥會(huì)對(duì)作物根系和土壤微生物活性造成危害，降低作物產(chǎn)量，因此，選擇合適的灌水和施肥水平至關(guān)重要。本試驗(yàn)中，加氣灌溉會(huì)提高番茄產(chǎn)量，因?yàn)榈叵碌喂鄷?huì)在滴頭附近形成濕潤鋒，土壤會(huì)長期處在水分飽和狀態(tài)，但是地下滴灌作物根系通常會(huì)生長在滴頭附近，因此作物根系會(huì)處于缺氧脅迫狀態(tài)，根系缺氧代謝會(huì)形成有毒物質(zhì)，抑制根系功能和植物生長，降低作物產(chǎn)量，加氣灌溉將水氣混合物輸送到作物根部，可以有效緩解地下滴灌造成的缺氧脅迫，有利于作物生長，提高作物產(chǎn)量。

4結(jié)論

（1）土壤N2O排放通量在全生育期內(nèi)呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，灌水量、施肥量和加氣量的增加均會(huì)增加土壤N2O排放通量。I2處理的N2O排放通量比I1處理平均增加14.8％（Pgt;0.05），F(xiàn)2處理比F1處理平均增加34.9％（Plt;0.05）。與CK處理相比，A1處理和A2處理的N2O排放通量分別增加10.0％（Pgt;0.05）和62.9％（Plt;0.05）。

（2）土壤N2O排放通量與土壤充水孔隙度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)土壤溫度小于26℃時(shí)，與土壤溫度呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)土壤溫度大于26℃時(shí)，與土壤溫度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，與NO-3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系，多種因素共同影響N2O排放。

（3）綜合考慮番茄產(chǎn)量、N2O累積排放量、灌溉水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和單產(chǎn)N2O累積排放量，本試驗(yàn)推薦施氮量為180 kg·hm-2的1倍氣充分灌溉（K=1.0）為溫室番茄增產(chǎn)、節(jié)水、減排較佳的灌溉模式。