尹释玉

(吉林农业大学 资源与环境学院, 吉林 长春 130118)



农田N2O排放研究进展

尹释玉

(吉林农业大学 资源与环境学院, 吉林 长春 130118)

摘要：指出了N2O作为土壤硝化及反硝化作用的中间产物，其排放受到土壤理化性状、气候因素及农田措施等因素的影响，在概述农田土壤N2O排放机制及影响因素的同时，系统总结了国内外其观测所采用的方法，并提出了相应的减排对策，以期为控制农田土壤N2O排放、发展低碳农业提供参考依据。

关键词：温室气体；N2O排放；作用机理；影响因子；减排措施

1引言

农业在为人类提供粮食作物的同时,也产生温室气体导致全球变暖已成为不争的事实[1]。自工业革命以来，大气中的CO2、CH4及N2O浓度均呈现逐年增加的趋势，其产生的潜在温室效应均能跨越百年之久[2]。其中，N2O作为温室气体之一，虽然其含量仅占温室气体总量的7.1 %，但其在全球范围内的增温潜力相对较大。据估算，我国农田N2O排放量在398Gg左右，约占全球N2O排放总量的11.3 %，其中由化学氮肥施用所造成的N2O排放量占70 %。由于农田氮肥的不合理使用所引起的N2O等温室气体的排放，造成的氮肥损失、不可再生资源的浪费及环境的恶化，严重影响人口—资源—环境的可持续发展，为此，减少N2O排放，缓解全球气候变暖得到人们的广泛关注，本文通过对农田N2O排放机理及其影响因素的探讨，并为减少农田N2O排放提供合理化建议。

2农田N2O排放机理

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N2O N2O

上述每一个步骤有任何不利因素均会阻止N2O进一步还原而导致N2O的累积量增加[4]。化学反硝化作用产生N2O途径有以下3种:氮素转化生成的羟胺与亚硝酸盐反应产生N2O，反应如下：NH2OH+HNO2→N2O+2H2O；羟胺自身分解生成N2O，反应如下：NH2OH→N2O+H2O；土壤有机质组分与亚硝酸根反应生成N2O。

3农田N2O排放影响因素

由于土壤硝化和反硝化过程是N2O产生与排放的决定性过程，因此，凡是对土壤硝化和反硝化过程具有影响的因素都将会影响土壤N2O的排放。主要包括土壤理化性状、气候因素及农业技术措施等，多种因素在各种尺度水平上存在交互作用，从而直接或间接的影响土壤N2O的产生、转运和排放[5]。

3.1土壤理化性状

土壤质地、温度、湿度、pH值及有机碳含量等土壤理化性状均对N2O的排放存在强烈的影响。其中，土壤质地作为土壤透气度，土壤水分含量及土壤微生物活性的重要影响因素，对土壤硝化和反硝化作用的相对强弱及N2O在土壤中的扩散速度[6]。土壤水分含量是影响O2及其他有效性、扩散率、微生物活性和氧化还原状况的关键因素，并通过影响土壤中铵态氮和硝态氮含量及分布间接的对土壤硝化及反硝化速率产生影响。土壤温度作为影响N2O排放的重要元素，主要是通过抑制土壤产甲烷菌、硝化细菌和反硝化细菌的活性，从而影响土壤N2O的产生及释放。土壤pH值对土壤硝化作用、反硝化作用及N2O排放的影响十分复杂，土壤pH值通过影响土壤硝化和反硝化细菌的活性剂相关氮素转化过程，并对N2O产生的相关化学反应起着一定程度的促进或抑制作用。有机碳源可作为能源的电子供体与细胞成分合成物质被反硝化微生物利用，因此有机碳对土壤微生物活性及行为过程和强度均有较大影响。

3.2气候因素

气候因素包括太阳辐射、温度、降水等通过改变土壤环境从而对土壤硝化和反硝化作用微生物活性产生影响，最终作用于土壤N2O的产生及排放。例如温度和降水的季节性变化使土壤水热条件发生变化，进而影响硝化和反硝化过程，最终导致N2O排放量的季节性变化[7]。光照强度作为影响农田N2O排放的影响因素之一，究其原因可能是光照强度的变化使得作为体内的代谢过程发生相应改变，影响植物的气孔传导性。研究表明：N2O排放量在较弱光照条件下较高或在黑暗及较强光照条件下，农作物的N2O排放量较低，甚至吸收大气中的N2O。

3.3农田措施

农田N2O产生排放机理十分复杂，水肥管理、耕作措施及作物类型等因素均对N2O的排放产生一定影响。研究表明：土壤N2O排放量随着氮肥施用量的增加而增加，且呈现明显的直线关系。肥料类型对N2O的排放的影响也较大，研究表明：在相同施氮量情况下，施用有机肥处理的N2O排放量大于化学氮肥处理，且有机无机化肥配合施用可促进土壤N2O的产生[8，9]。施肥方式、施肥时间及施肥方法对土壤N2O的产生及排放存在影响。施肥时间与作物对养分需求一致时，可有效提高肥料利用效率，减少土壤N2O排放量，因此分次施肥较一次性施肥方式相比可减少N2O的排放[10，11]。作物和土壤相互作用显著影响土壤-植物系统，因此，作物生长对农田土壤N2O的排放有一定的影响，不同作物系统下土壤N2O排放的规律、数量和强度均存在较大差异。

4农田N2O排放测定方法

农田系统N2O排放是土壤N2O产生、排放及运输共同作用的结果。其过程中受到土壤理化性状、气候因素和农田措施等多种因素的影响，因此所观测的N2O排放通量仅为一个表观结果。就目前而言，农田N2O排放的测定方法主要包括箱法、微气象学法、超大箱长光程红外色谱以及同位素法。箱法由于具有简便灵活、造价低、易操作及交换通量检测限制低等特点，逐渐成为当前最常用的农田N2O排放测定方法。箱法分为动态箱法和静态箱法两种，其中，动态箱法由于需测量进气口和排气口痕量气体的浓度差，因此检测下限较高，给实际应用造成一定困难。与之相比，静态箱法箱内的痕量气体的浓度是不断累积，因此检测下限较低。静态箱法也同样具有相应缺点，但由于静态箱法具有灵敏高；操作简单，容易控制；仪器设备简单，价格低廉等优点，因此成为当前国内外学者测量农田N2O排放量应用最广的一种测定方法。

5农田N2O减排措施

农田土壤N2O排放的主要来源是农业化学肥料的施用，大量研究表明N2O排放随氮肥的施用量的增加而增加，同时农田土壤N2O排放受氮肥施用速率及肥料类型的影响较大[12]。因此，减少农田N2O排放的主要措施包括：加强区域间氮肥施用的均衡发展。提高氮肥利用率。控释肥料及环境友好型肥料的施用。稳定性肥料的施用。

然而当前对有机肥施用及免耕等措施对农田N2O排放的影响研究结果不尽相同。因此，选择通过施肥和耕作措施达到减少农田N2O的排放之前，应充分考虑当地土壤及气候因素，做到因地制宜，优化选择。

6结语

农田N2O的产生与排放是生态系统氮素循环的重要环节，是陆地系统向大气系统输出活性氮的重要方式。N2O所引起的一系列环境问题对整个生态系统产生深远的影响。农田生态系统作为大气N2O的重要排放源，了解其作用机理和影响因素对寻求切实可行的减排措施至关重要。总之，根据当地特定的农业发展历史、土地利用现状及气候环境特点，采用先进的科学方法去深入研究特定区域的具体问题，找到当地合理减排措施，从而保证农业的可持续发展已成为亟待解决的问题。

参考文献：

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[12]王立刚,李虎，邱建军，等.黄淮海平原典型农田土壤N2O的排放特征[J].中国农业科学,2008,41(4):1248～1254.

收稿日期：2016-04-22

作者简介：尹释玉(1989—)，男，吉林农业大学资源与环境学院硕士研究生。

中图分类号：X592

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)12-0152-03

The Progress of Study on N2O Emissions in Cropland

Yin Shiyu

(ResourcesandEnvironmentSchool,JilinAgriculturalUniversity,ChangchunJilin130118,China)

Abstract:Global warming has become an indisputable fact. N2O, an important component of the greenhouse gas, received much attention from experts and scholars at home and abroad. Therefore, soil as a major source of N2O emissions and cause for concernhas gotmuchstressed. N2O as the intermediate product of nitrification and denitrification in soil,its emissions receives soil physics and chemistry character, climatic factor and farmland measure influences. This article provided an overview of agricultural soil N2O emission mechanism and influencing factors. At the same time, it systematically summarized the observation of the methods used by both at home and abroad, and put forward the corresponding countermeasures to reduce emissions, in order to control soil N2O emission andtoprovide some references for the development of low carbon agriculture.

Key words:greenhouse gases; N2O emissions;action mechanism;impact factor;emission reduction measures