张元璐，王立刚，张凤华，李虎，张婧，王艳丽（.石河子大学农学院资源与环境科学系，新疆石河子83000；.中国农业科学院农业资源与农业区划研究）

不同减氮措施对设施番茄氧化亚氮排放的影响⋆

张元璐1，王立刚2*，张凤华1，李虎2，张婧2，王艳丽2
（1.石河子大学农学院资源与环境科学系，新疆石河子832000；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究）

以北京郊区设施番茄地种植模式为例，通过田间试验，研究了不同的减氮施肥处理（不施氮肥CK、农民常规施肥FP、减量施氮OPT、减量施氮+硝化抑制剂OPTD）对N2O排放的影响。结果表明，每次施肥和灌溉后，设施番茄地会出现短而强的N2O排放峰，持续时间通常为3～6d，不同处理的N2O排放总量表现为FP＞OPT＞OPTD＞CK。施肥造成的土壤N2O排放系数为0.29%～0.74%，均低于IPCC默认值1%。在保证产量的前提下，减氮措施能够有效的减少N2O的排放。

番茄；氧化亚氮；排放

近年来，随着人民需求的增加和农业产业结构的调整，大中城市郊区的粮田逐渐转换为设施蔬菜地[1]。由于设施蔬菜地属于高投入获得高产出的生产体系，相对于其它营养元素，氮素具有更加突出的增产作用[2]。因此，长期以来设施蔬菜的生产方式一直是以施用大量氮肥来维持高产。大棚的塑料薄膜覆盖阻断了雨水对土壤的淋洗，具有高温高湿的内部环境，大量施用化肥，以及有机肥料投入量少，再加上多茬连作，很难引进大型机械耕翻等原因，很容易造成N2O排放量增加等问题。而温室气体氧化亚氮（N2O）被认为是21世纪破坏臭氧层的最大影响因子，其增温潜势是CO2的296倍，并且还具有滞留时间长的特点[3]。有研究表明，设施栽培土壤N2O排放通量明显高于露地栽培土壤，高达1.39倍[4]。因此，明确设施蔬菜地氧化亚氮排放特征，提出合理的减排措施，对大气污染、提高氮肥利用率等具有重要的意义。已有研究表明，施用硝化抑制剂双氰胺（DCD）可以显著的降低温室黄瓜N2O气体的排放[5]，较长时间内使土壤铵态氮含量保持相对较高水平，并且减少硝态氮的淋失量，但目前有关硝化抑制剂（DCD）的研究在设施蔬菜田中较少。因此，本研究以京郊典型设施蔬菜地番茄种植模式为例，探讨持续减氮，添加硝化抑制剂措施对N2O排放的影响，为设施蔬菜地的温室气体减排技术的提出提供科学依据，并对深入研究设施蔬菜地提高氮肥利用率，应对全球变化和保护环境具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试供材料

试验于2014年2～7月在北京市的房山区窦店镇的塑料试验大棚进行。供试大棚长为150m，宽为7m。土壤质地为粉质壤土，肥力水平为中等，土壤容重为1.21g/cm3，表层土壤的有机质的含量为3.63%，全氮、全钾及全磷的含量分别为0.21%、0.12%和1.65%，碱解氮、速效钾及有效磷的含量分别为283.67mg/kg、371.83mg/kg和183.36mg/kg，pH值为7.74。

1.2 试验设计

表1 各处理施氮量kg/hm2

本研究观测时间为2014年2月28日至2014 年7月10日，种植作物为番茄。试验采用随机区组设计，共设4个不同的减氮处理，分别是不施氮肥处理（CK）、农民常规施肥处理（FP）、减量施氮处理（OPT）、减量施氮+硝化抑制剂处理（OPTD）。每个处理设置3个重复，共计12个试验小区，每个小区面积为60m2。各处理氮肥用量如表1所示，化学氮肥品种为含氮量为46.4%的尿素，钾肥为硫酸钾，K2O含量为51%，磷肥为过磷酸钙，P2O5含量为12%。试验开始前测定有机肥（牛粪）中的含水量及含氮量，分别为41.59%、1.33%。

表2 不同减氮措施下N2O的平均排放通量、排放总量、排放系数及产量

化学氮肥和钾肥分5次施用，于2月26日将20%作为基肥施入，其余部分在4月21日、5月11日、5月23日、6月11日分别按20%的比例追施；有机肥和磷肥作为基肥在番茄种植前一次性施入。

OPTD处理的双氰胺（DCD）施用总量为化学氮肥的5%，分2次施用，基肥50%，第1次追肥50%。施肥灌溉方式同农民常规施肥方式，基肥为撒施后旋耕入土，追肥为先将肥料溶于水，后随水冲施。

1.3 测定项目与方法

根据气体浓度随时间的变化速率计算N2O气体排放通量。气体通量（F）计算公式为：

（1）式中，F为N2O的排放通量（mg/m2·h），F为负值表示土壤从大气中吸收该气体，为正值表示土壤向大气排放该气体；ρ为标准大气压下N2O气体的密度（g/L）；H为采样箱内气室高度（cm）；T为采样箱内气温（℃）；P为采样时气压（mmHg）；P0为标准大气压（mmHg）；P/P0≈1；dc/dt为采样箱内N2O -N浓度的变化速率（μl/L/h）。

未观测日期的排放通量用相邻2次观测值的平均值来计算（内插法），将观测值和未观测日计算值逐日累加得到N2O排放总量。

2 结果与分析

2.1 不同减氮措施N2O排放规律

在番茄生长期间，除不施氮肥处理外，不同施肥处理N2O排放规律基本一致，均呈“脉冲式”排放（图1），且N2O排放峰值均发生在施肥+灌溉事件后，但单独灌溉并没有引起明显的N2O排放峰值，其余时间N2O排放通量波动较小。在番茄定植初期，N2O排放时间较长，一般持续时间为7～11d，且最高值达到了5.31m/（m2·h）,这是由于在番茄定植期间，人为的对土壤进行翻耕，影响了土壤通气状况和微生物活性，并且此时土壤具有微生物活动的最适温度范围（16.6～21.6℃）和湿度范围（WFPS：58.8%～66.6%），而作为底肥施入大量有机肥和化肥，使土壤中的有机质和氮素含量迅速提高，为N2O排放提供了充足的底物，由于番茄处在幼苗期，其根系和植株都尚未发育完全，对土壤中的氮素吸收利用效率较低，致使定植期土壤N2O排放峰值持续时间较长。在番茄追肥+灌溉后，N2O排放时间较短促，一般持续3～6d，但是单独灌溉（3月10日）并没有引起明显的N2O排放，可能是因为灌溉时底物浓度较低，影响了N2O的产生与排放。

本试验中，各处理的N2O平均排放通量介于0.02～0.31mg/（m2·h）之间，其平均排放通量大小为FP＞OPT＞OPTD＞CK。FP处理的平均排放通量明显高于其他处理，分别高出OPT处理2.21倍，OPTD处理3.1倍，CK处理15.5倍。与其他处理相比，CK处理的N2O平均排放通量最低，为0.02mg/（m2·h），原因是土壤中未投入氮素使其浓度较低所致。在整个生长季中，FP、OPT、OPTD和CK处理的N2O排放通量范围分别为-0.001～10.798mg/（m2·h）、-0.202 ～5.095mg/（m2·h）、0.020～2.328mg/（m2·h）、-0.091 ～0.505mg/（m2·h）。

图1 不同减氮措施下设施蔬菜地N2O排放通量的变化规律（箭头表示施肥）

2.2 设施番茄N2O排放总量及排放系数

在设施蔬菜地，施氮提高了土壤的N2O排放总量，番茄生长季中土壤N2O排放总量均随着施氮水平的提高而增加，且在不同减氮处理之间，土壤N2O排放总量差异达显著性水平（表2）。CK、FP、OPT、OPTD各处理的N2O排放总量分别为0.86±0.14kg N/hm2、12.32±1.28kgN/hm2、5.45±0.62kgN/hm2、4.01±0.15kgN/hm2。相对于FP处理、OPT、OPTD处理在减少60%化肥氮的情况下，氧化亚氮排放总量分别减少了55.73%和67.44%。各处理排放系数介于0.29%～0.74%之间。本试验各处理的排放系数均低于IPCC默认的1%，农民常规处理为0.74%，最接近IPCC默认值，其余减氮施肥处理均显著低于默认值。

2.3 不同减氮措施对番茄产量的影响

由表2可以看出，不同减氮措施设施蔬菜地番茄产量之间均无显著性差异，这表明在现行农民常规施肥处理下，设施番茄地具有一定的减氮潜力。

3 小结

（1）施肥量决定了氧化亚氮峰值大小，施肥量越高，氧化亚氮排放峰值越高；（2）减量施氮处理与减量施氮+硝化抑制剂施肥处理均能有效的减少氧化亚氮的排放，其中添加硝化抑制剂处理减少幅度最大，为67.44%；（3）不同的减氮措施均能够在保证产量的前提下有效减少氧化亚氮排放，因此，减氮对提高设施蔬菜地氮肥利用率，保护环境都有重要的意义。

[1]王朝辉，宗志强，李生秀，等.蔬菜的硝态氮累积及菜地土壤的硝态氮残留[J].环境科学，2002，23（3）：79－83.

[2]Tremblay，ScharofHC，WeierUetal.Nitrogenmanagement infieldvegetableaguidetodifferentfertilization［J/OL］.Chinese weatherreport，2010（5）：56-60.

[3]石龙.WM公报称2012年大气中温室气体浓度再创新高［J/OL］.中国气象报，2012（1）：1.

[4]张光亚，陈美慈，闵航，等.设施栽培土壤氧化亚氮释放及硝化、反硝化细菌数量的研究[J].植物营养与肥料学报，2002，8（2）：239-243.

[5]林杉，冯明磊，阮雷雷，等.三峡库区不同土地利用方式下土壤氧化亚氮排放及其影响因素[J].应用生态学报，2008，19 （6）：1269-1276.

2015—03—23

公益性行业（农业）科研专项，项目编号：201103039。

*通讯作者：王立刚（1974-），男，内蒙古赤峰市人，研究员，研究方向：农业生态系统碳氮循环。主要从事全球变化背景下农业生态系统碳氮循环规律研究。E-mail：wangligang@caas.cn。