不同灌溉施肥措施對夏玉米-冬小麥農田N2O排放和產量的影響

李昊儒，郝衛平，梅旭榮，郭 瑞

（中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，農業農村部旱作節水農業重點實驗室，北京 100081）

0 引 言

氧化亞氮（N2O）是大氣中主要的溫室氣體之一，對全球氣候變化起到重要作用，也是導致臭氧層破壞的光化學反應主要參與者[1]，其體積分數已由 1750年的270×10–9上升到 2005 年的 319×10–9，相比工業化前提高了18%[2]。農業活動是N2O濃度增加的主要原因之一，2005年中國農業活動導致的N2O排放占N2O總排放量的73.79%[3]。華北平原是中國重要的糧食生產基地，該地區耕地面積占全國的 27%，小麥和玉米產量分別占全國的50%和 35%[4]。夏玉米-冬小麥一年兩熟是華北平原主要的種植制度，大水漫灌和撒施氮肥是該地區普遍應用的灌溉施肥方式，常規的周年施氮量約為550～600 kg/hm2[5]，嚴重高于作物需求氮量[6]。這種“大水高肥”的粗放型管理措施不僅導致水肥利用效率低，而且還會增加N2O等溫室氣體排放，引起一系列環境問題。李虎等[7]利用DNDC（DeNitrification-DeComposition）模型模擬在傳統農業管理措施下，該區域麥–玉輪作農田每年氮素通過N2O排放損失的量達到17.71 kg/hm2。因此，在保證糧食產量的同時，減少氮肥用量、降低N2O排放成為華北平原農業科學研究的重點內容之一。

不同的灌溉施肥方式能改變土壤結構和理化性質，造成土壤通氣性、有效氮分布和微生物有效性發生改變，從而對土壤硝化、反硝化以及 N2O排放產生影響[8]。與傳統的管理方式相比，滴灌水肥一體化技術可以根據作物需求通過微噴灌系統將水肥施入作物根區，使水分和養分在土壤中均勻分布，達到農田局部集中施肥和灌水的效果，以保證養分被根系快速吸收，大幅度地提高了肥料的利用率，降低了因過量施肥而造成的環境污染問題[9]。2012年，東北三省區實施“節水增糧”行動，投資380億元推廣噴滴灌施肥技術（253萬hm2）。2014年，啟動華北地下水超采區綜合治理試點，將滴灌施肥列為關鍵技術，大力推廣小麥和玉米滴灌技術應用面積，在河北省進行大面積推廣。農業部也視滴灌施肥為現代農業“一號技術”，2016年4月，農業部辦公廳印發《推進水肥一體化實施方案（2016-2020年）》，進一步明確了新形勢下推進滴灌施肥技術發展的總體思路和目標任務。目前，關于滴灌和滴灌水肥一體化對華北平原農田 N2O排放的影響研究[10-11]主要分別針對玉米田和麥田，對玉米-小麥輪作農田土壤N2O周年排放特征的研究少有報道，并且對滴灌水肥一體化下不同施氮量農田土壤N2O排放規律和特征的研究較少。針對中國目前的資源環境現狀，在國家各項政策的扶持推動下，滴灌水肥一體化技術在大田作物生產的應用日趨廣泛，本文研究對等氮量下不同灌溉施肥技術以及在滴灌水肥一體化下減氮的產量效果和環境效應進行了比較，具有一定的生產指導意義。本研究以華北平原夏玉米-冬小麥輪作系統為研究對象，設置了常規施氮量下傳統灌溉施肥、滴灌+傳統施肥、滴灌水肥一體化以及滴灌水肥一體化下不同施氮量處理，以滴灌+不施氮肥為對照，研究了不同施灌溉施肥模式對土壤N2O排放特征及作物產量的影響；明確了既保證糧食產量又減少土壤N2O排放的合理氮用量及灌溉施肥模式，為滴灌水肥一體化技術的應用提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年6月至2016年6月在中國農業科學院河北廊坊試驗基地進行。該試驗站位于廊坊市萬莊鎮，屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，冷熱干濕差異明顯。廊坊市年平均氣溫（1971-2004年）為11.9 ℃，年平均降水量（1971-2004年）為554.9 mm，降水季節分布不均，多集中在 6-8月份。該地區土壤類型為砂壤質潮土，基本性質見表1。距試驗田塊30 m處安裝有自動氣象站，可以連續觀測氣溫、風速、風向、輻射、降雨等氣象數據，觀測期內降雨量和氣溫見圖1。

表1 廊坊試驗基地土壤理化性質Table 1 Soil physicochemical properties of in Langfang experimental station

圖1 觀測期降雨量和氣溫的變化Fig.1 Precipitation and air temperature during whole observed period

1.2 試驗設計

供試夏玉米品種為廊坊地區主栽品種鄭單958，播種日期為2015年6月15日，收獲日期為2015年9月30日。供試冬小麥品種為廊坊地區主栽品種廊研 43，播種日期為2015年10月3日，收獲日期為2016年6月12日。試驗設置了常規施氮量（夏玉米：205.5 kg/hm2；冬小麥：250 kg/hm2）下傳統灌溉施肥（FP100%）、滴灌+傳統施肥（DN100%）、滴灌水肥一體化（FN100%）以及滴灌水肥一體化下不同施氮量（減氮60%（FN40%）、減氮 30%（FN70%）、常規氮量（FN100%）和增氮 30%（FN130%））和滴灌+不施氮肥（CK）共 7個處理。每個處理3次重復，試驗小區面積為42 m2（6 m′7 m），每個小區之間設2m寬的隔離帶，冬小麥平均行距為30 cm，平均播種密度為4.2′106株/hm2，夏玉米平均行距為60 cm，株距為30 cm，播種密度為5.6′104株/hm2。

FP100%處理播種前施用復合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）作為基肥，拔節期施用尿素追肥，施氮肥方式為撒施，灌水方式為溝灌；DN100%處理施氮肥種類為尿素，分別在播種前施基肥，拔節期追肥，施氮肥方式為撒施；滴灌水肥一體化處理施氮肥種類均為尿素，施氮肥方式為隨灌水施入氮肥；各處理均施用相同的磷、鉀肥做底肥，夏玉米季用量為67.5 kg/hm2；冬小麥季用量為165 kg/hm2。滴灌和滴灌水肥一體化處理在作物關鍵需水需肥期，根據測定的土壤實際含水量設置灌溉量，夏玉米整個生育期共進行 4次灌水，冬小麥季整個生育期共進行6次灌水，具體施肥灌溉時間和量詳見表2。

試驗采用以色列Netafim公司同一型號的滴灌帶，灌水過程中的滴頭工作壓力為 15～20 kPa，滴頭流量為0.6～0.65 L/h，額定流量為1.9 L/h。為了解試驗田塊灌水的均勻性，在灌水季節內，對滴頭流量在試驗田塊內的變化進行了多次測試，結果表明，滴頭流量均勻系數在95%以上。滴頭間距為30 cm，夏玉米滴灌帶布置間距為60 cm（每行玉米布設一條毛管），冬小麥滴灌帶布置間距為30 cm（每兩行小麥布設1條毛管）。試驗水源采用地下井水，經滴灌首部過濾后進入比例式施肥泵（Mis Rite Model 2504，Tefen，以色列）進水管道，每個小區各接一個獨立的施肥泵，并聯接一個儲液罐，施肥開始前按各小區所需氮肥分別加入儲液罐，將儲液罐充滿水，充分攪拌，使其完全溶解。

1.3 N2O的采集和分析方法

采用密閉式靜態箱法[12]測定N2O，采集N2O的裝置為下端開口上部密封，直徑25 cm×高25 cm的柱形圓筒，由PVC材料制成，圓柱體頂部安裝有一個帶有螺旋開關的氣密性氣體抽氣閥門，在試驗小區中部，以滴灌帶為直徑，滴頭為圓心，安裝一個插入土壤 5 cm深的 PVC塑料圓形底座，底座內徑為21.5 cm，底座外徑為31.5 cm。采樣時，將箱體置于底座上，向底座中倒入少量水，進行水封確保密封性良好。密封后立即用100 mL注射器抽取氣體并注入帶有聚乙烯涂層的鋁箔真空氣袋內（大連普萊特公司）內，每隔10 min取樣1次，共取樣5次，并準確記錄采樣時間和箱內氣溫。取樣結束后，立即將采樣箱從底座移開。每次滴灌施肥后逐日采樣7 d；每次10 mm以上日降雨后，逐日采樣3 d；每次播種后連續取樣3 d；其他情況下，3-11月每周采樣1次，12月、1月和2月份每2周采樣一次。為了便于比較和消除日變化所導致的通量差異，取樣監測時間維持在當地時間的9:00-11:00之間進行。每次取氣樣的同時，測定氣溫、土壤5 cm深度溫度及15 cm深度土壤含水量。N2O氣體樣品在中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所采用改進的氣相色譜儀（Agilent 7890A）分析測定。

表2 不同灌溉施肥處理下夏玉米-冬小麥施氮時期和施氮量、灌溉時期和灌溉量Table 2 Nitrogen (N) application date, rates and irrigation date, amounts under different treatments during summer maize- winter wheat growing stage

1.4 計算公式及數據分析

土壤N2O排放通量計算公式為[13]

式中F為N2O的排放通量，mg/m2·h，正值為排放，負值為吸收；r為標準大氣壓下N2O的密度，g/L；H為采樣箱氣室高度，cm；T為采樣箱內氣溫，℃；P為采樣時氣壓，kPa；P0為標準大氣壓，kPa，P/P0≈1；/ctDD為采樣箱內 N2O 濃度的變化速率，uL/L·min。用內插法計算相鄰兩次監測之間未觀測日期的排放通量，然后將觀測值和未觀測日計算值逐日累加得到N2O 排放總量。

土壤孔隙含水率（water-filled pore spaces, WFPS）計算公式為[14]

式中vq為土壤體積含水量，%；BD為土壤容重，g/cm3；2.65為土壤密度，g/cm3。

采用SAS9.2統計分析軟件處理試驗數據進行統計分析和差異顯著性檢驗，采用LSD方法對試驗數據進行方差分析和顯著性測驗。作圖采用Origin 8.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 夏玉米季農田土壤N2O排放日通量的變化特征

由圖2可以看出，在夏玉米整個觀測期內，N2O排放通量的增加多發生在降水或灌溉施肥后的1～4 d，4 d后N2O排放通量逐漸減弱，最后直至消失，這說明玉米季土壤硝化、反硝化作用基本在降水或灌溉施肥后4 d內完成。CK處理除了7月16日-18日集中降雨后，N2O排放出現明顯的排放峰外，其余時間N2O排放波動較小，排放通量最高值發生在7月19日，達到0.17 mg/m2·h。滴灌水肥一體化不同施氮量處理N2O排放動態變化趨勢基本一致，且施氮量越低，N2O排放通量越小，FN40%處理N2O排放通量最高值僅為0.10 mg/m2·h，這說明N2O排放通量與施氮量密切相關。DN100%處理的 N2O排放通量具有較大的波動，變化范圍在0.00～1.64 mg/m2·h之間，最大排放峰出現在7月18日降雨后，持續5 d左右，峰值出現在7月19日。FP100%處理的第一次排放峰出現在基肥+第一次灌溉后，持續5 d左右，峰值出現在6月 20日，達到 0.27 mg/m2·h；與 DN100%處理一致，FP100%處理的最大排放峰出現在7月18日降雨后，峰值出現在7月19日，達到0.34 mg/m2·h，這說明在傳統撒施氮肥下，降雨對玉米田N2O排放影響較大。FN100%處理的N2O排放通量最高值（0.27 mg/m2·h）出現在抽雄期滴灌施肥后。夏玉米季 FN40%處理（DN100%除外）的 N2O平均排放通量較 FP100%處理顯著降低 70.8%（P<0.05）（圖 2）。

圖2 不同灌溉施肥方式下2015年夏玉米季土壤N2O排放通量Fig.2 N2O emission flux under different management in summer maize fields during 2015 growing season

2.2 冬小麥季農田土壤N2O排放日通量的變化特征

由圖 3可以看出，在冬小麥整個觀測期內，CK和FP100%處理的N2O最大排放通量出現在撒施基肥后，分別達到0.31和0.21 mg/m2·h，其余時間波動較小，這說明傳統灌溉施肥下，施肥對麥田 N2O影響較大。DN100%和FN100%處理排放規律基本一致，第一個排放峰出現在第一次灌溉后，持續6 d左右，峰值出現在10月10日，分別達0.20和0.10 mg/m2·h；第二個排放峰出現在返青期灌水后，峰值出現在灌溉后第三天（3月10日），分別達到0.88和0.56 mg/m2·h。與玉米季相同，滴灌水肥一體化不同施氮量處理N2O排放動態變化趨勢基本一致，且施氮量越低，N2O排放通量越小，FN40%處理的最大排放通量發生在第一次滴灌施肥以及4月2日降雨后的第二天，均為0.05 mg/m2·h。與FP100%處理相比，FN40%處理在冬小麥季的 N2O平均排放通量顯著降低 66.7%（P<0.05）（圖 3）。

圖3 不同灌溉施肥方式下2015-2016年冬小麥季土壤N2O排放通量Fig.3 N2O emission flux under different management in winter wheat fields during 2015-2016 growing season

2.3 農田N2O排放的影響因素

土壤溫濕度影響微生物活性，進而影響土壤硝化反硝化作用，最終影響農田土壤N2O的產生和向大氣中的擴散，為明確不同灌溉施肥方式下農田N2O排放的影響因素，需對各處理土壤溫濕度變化進行進一步分析。研究結果顯示，在滴灌水肥一體化處理中，減氮60%的N2O排放通量最小，顯著改善環境效應，因此，在農田土壤N2O排放的影響因素和作物產量構成分析中只采用FN40%處理試驗結果與其他處理進行分析比較。

2.3.1 土壤溫度

各處理0～5 cm土層平均溫度均表現出相似的變化趨勢，夏玉米季先上升后下降，冬小麥季先下降后上升，7月10日土壤溫度達到最高值（28.4～30.9 ℃），冬小麥越冬期至返青期，土壤溫度低于0 ℃，1月16日土壤溫度達到最低值（–10.0 ℃）（圖4）。通過剔除灌溉施肥引起的N2O排放峰值，對不同灌溉施肥措施N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度的相關分析表明，整個輪作周期內CK和FN40%處理5 cm深度土壤溫度與N2O排放通量呈現極顯著的正相關關系（P<0.01），其他處理5 cm深度土壤溫度與N2O排放通量之間無顯著相關性（表3），這說明對整個輪作周期而言，低施氮量處理土壤溫度升高可顯著促進農田 N2O排放。而對玉米和小麥生長季分別進行分析發現，在夏玉米季，DN100%和FN100%處理N2O排放通量與5 cm土壤溫度呈現顯著正相關關系，FN40%處理呈顯著負相關關系（P<0.05），CK和FP100%處理N2O排放通量與5 cm深度土壤溫度的關系均無統計顯著性。在冬小麥季，DN100%和FP100%處理N2O排放通量與5 cm土壤溫度呈現顯著負相關關系，FN40%呈顯著正相關關系（P<0.05），CK和FN100%處理無顯著相關性。

表3 不同灌溉施肥措施下夏玉米和冬小麥農田N2O排放通量與0～5 cm土層地溫相關性分析Table 3 Correlation analysis between N2O emission fluxes and soil temperature in 0-5 cm soil depth under different management of summer maize and winter wheat fields

圖4 不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麥田（0～5 cm）土壤平均溫度變化特征Fig.4 Dynamics of average soil temperature with different irrigation and fertilization methods in layer (0–5 cm) of summer maize-winter wheat field

2.3.2 土壤濕度

夏玉米季整個觀測期土壤孔隙含水率在 19.4%～42.2%范圍內變化，冬小麥返青期后土壤孔隙含水率在3.7%～58.1%范圍內變化，每次灌溉降雨后土壤水分含量略有上升（圖5）。通過對各處理N2O排放通量與土壤孔隙含水率進行相關分析發現，周年內兩者之間存在顯著的正相關關系（P<0.05），其中，FN100%和FP100%達極顯著水平（P<0.01）（表4），這說明對整個輪作周期而言，增加土壤濕度可顯著提高農田 N2O排放。就 FP100%處理而言，高于整個觀測期平均值（0.05 mg/m2·h）的N2O排放通量中有57.1%出現在WFPS在29%～35.5%的條件下，其余42.9%出現在WFPS<29%和WFPS>23.5%的水分條件下，從該結果可以看出，29%～35.5%的濕度條件有利于N2O的產生和排放。對各處理玉米季和小麥季分別進行分析發現，夏玉米季，CK、FP100%和 FN40%處理N2O排放通量與WFPS呈現極顯著正相關關系（P<0.01）；冬小麥季，DN100%、FN100%和FP100%處理N2O排放通量與WFPS呈現極顯著正相關關系（P<0.01）（表4）。

圖5 不同耕作措施下夏玉米和冬小麥田（0～20 cm）土壤充水孔隙度變化特征Fig.5 Dynamics of water filled porosity space under irrigation and fertilization managements in layer (0–20 cm) of summer maize and winter wheat field

表4 不同灌溉施肥措施下夏玉米和冬小麥農田N2O排放通量與土壤孔隙含水率相關性分析Table 4 Correlation analysis between N2O emission fluxes and WFPS under different management of summer maize and winter wheat fields

2.4 不同灌溉施肥方式下夏玉米-冬小麥產量與排放系數

與CK處理相比，夏玉米季各施肥處理產量顯著增加了21.8%～31.4%；冬小麥季產量增加了42.3%～123.3%；周年產量顯著增加了 28.8%～53.4%。與 FP100%處理相比，FN40%處理夏玉米季產量顯著降低了7.4%，冬小麥產量和周年產量并沒有顯著性差異（P<0.05）。從產量構成要素來看，夏玉米FN40%的穗粒數和有效穗數沒有顯著減少，千粒重顯著低于其他灌溉施肥處理（DN100%除外），與CK相比，FN40%的有效穗數和千粒質量均顯著增加（表5）；冬小麥FN40%的每穗粒數、有效穗數和千粒質量均沒有顯著低于其他灌溉施肥處理，且千粒質量顯著高于DN100%，與CK相比，FN40%的有效穗數顯著增加（表 5）。綜上所述，與其他灌溉施肥處理相比，夏玉米FN40%處理產量的減少主要是千粒質量降低的結果，而冬小麥FN40%處理產量沒有顯著性降低是由于每穗粒數、有效穗數和千粒質量均沒有顯著性減少。

表5 不同灌溉施肥處理夏玉米和冬小麥產量及其構成要素Table 5 Maize and wheat grain yield and yield components under different irrigation and fertilization management

從夏玉米-冬小麥周年輪作來看，不同處理夏玉米-冬小麥輪作農田土壤N2O排放總量為0.98～8.84 kg/hm2，排放次序為：DN100%>FN100%>FP100%>FN40%>CK，CK處理N2O年排放總量最低，為（0.98±0.28）kg/hm2；與FP100%相比，FN40%處理N2O年排放總量顯著減少了1.80 kg/hm2，降幅為62.9%；DN100%處理N2O年排放總量顯著高于其他處理。對各處理玉米和小麥生長季的N2O排放總量分別進行分析發現，玉米季N2O排放總量占全年 N2O排放總量的 25.8%～49.2%，小麥季占50.8%～74.2%。在夏玉米季，與 FP100%相比，CK和FN40%處理分別減少62.3%和58.4%（P<0.05），CK處理排放N2O最少，FN40%次之；而DN100%處理N2O排放總量增加208.0%，這與N2O排放通量規律一致。在冬小麥季，與FP100%相比，CK和FN40%處理的N2O排放總量分別降低68.4%和66.4%，CK處理排放N2O最少，FN40%排放N2O次之，但二者差異不顯著（表6）。

夏玉米-冬小麥輪作農田土壤 N2O的排放系數介于0.04%～1.72%之間，其次序是：DN100%>FN100%>FP100%>FN40%，其中，FN100%、FP100%和FN40%處理排放系數均低于Bouwman[15]提供的糧田土壤N2O排放系數1.25%。不同灌溉施肥方式下冬小麥生長季N2O排放系數為0.01%～1.79%，其中，FP100%和FN40%處理低于IPCC建議氮素肥料N2O-N排放系數的1%，夏玉米生長季N2O排放系數在0.06%～1.65%之間。綜合考慮各處理N2O的排放量、玉米-小麥產量和施肥量等因素，本研究認為，FN40%玉米-小麥輪作周期內農田土壤N2O排放總量為1.06 kg/hm2，排放系數為0.04%，顯著低于其他處理，周年產量為11 493.65 kg/hm2，與FP100%處理相比沒有顯著差異（表6）。

表6 不同灌溉施肥方式下夏玉米-冬小麥輪作產量、農田N2O排放總量、平均排放通量和排放系數Table 6 Grain yields, cumulative emissions, average N2O emission flux and emission factors coefficient during winter wheat-summer maize growing season

3 討論

3.1 管理措施對農田N2O排放的影響

N2O是硝化反應的重要副產物和反硝化反應的中間產物，不同的灌溉方式能改變土壤結構和理化性質，造成土壤通氣性等發生改變，從而對土壤硝化、反硝化以及 N2O排放產生影響[9]。已有研究顯示，漫灌條件下農田土壤N2O排放主要來自于有氧條件下的硝化反應[16]，而溝灌條件下農田土壤N2O排放主要來自于厭氧條件下的反硝化作用。也有研究認為漫灌條件下N2O主要來源于反硝化反應，硝化反應是滴灌條件下 N2O的主要來源[17]。本試驗結果顯示，與FP100%相比，DN100%處理玉米田和小麥田平均排放通量分別增加了 237.5%和116.7%，這與郭樹芳等[18]的研究結果規律一致，這可能是因為滴灌方式下土壤水分含量高于漫灌，促進了土壤微生物作用下的硝化和反硝化反應，從而增加了土壤N2O排放量；也可能由于撒施氮肥后進行漫灌造成施入的氮肥淋入土壤深層，減少土壤表層多余氮素殘留，從而減少FP100%處理農田土壤N2O排放。而Wu等[19]和Wang等[10]分別對新疆棉田和華北麥田的研究認為，與漫灌相比，滴灌減少了28.8%和14.6%的農田N2O排放量，并認為滴灌方式下土壤含水量相對低，且土壤局部濕潤，改善了土壤通氣性，提高了O2含量，促進硝化作用，在一定范圍內抑制了反硝化反應。

另一方面，氮肥施用方式也影響農田土壤N2O排放。與DN100%相比，FN100%處理的玉米田和小麥田N2O排放總量分別減少69.0%和30.8%，這說明在滴灌條件下，根據作物的生長發育需求隨水施肥比傳統的撒施氮肥有明顯的N2O減排效果，這可能是因為分批、分期施肥與單次施肥相比，可以保證施肥時間與養分需求的時間同步，提高作物對氮肥的吸收利用效率，減少了土壤氮殘留，降低了土壤硝化和反硝化作用需要的氮源，從而降低土壤 N2O排放量[20-21]。同時，本試驗結果顯示，與FP100%相比，FN100%處理玉米田和輪作農田N2O排放總量沒有顯著性差異，麥田土壤N2O顯著增加了114.2%，而Tian等[11]對華北平原玉米田的研究證明，與漫灌撒施氮肥相比，滴灌施肥減少了7.7%的農田土壤N2O排放量。這可能是由于本研究中翻耕及秸稈還田帶來土壤底物的差異，從而增加了灌溉施肥方式間土壤溫室氣體排放的差異。另外，氮肥施用量也顯著影響農田土壤N2O排放，過量施氮會造成N2O排放量增加。本試驗結果顯示，與FN100%相比，FN40%處理的玉米田和小麥田 N2O排放總量分別減少了56.7%和84.3%，周年排放總量顯著減少了 77.1%（P<0.05），而周年產量并沒有顯著降低，并且在滴灌水肥一體化下，增加施氮量會促進農田N2O排放。

以上分析可以看出，不同灌溉施肥方式土壤含水量存在差異，并且通過影響土壤水分分布狀況影響無機氮空間運移，影響作物吸收效率，造成對農田土壤N2O的排放產生區別。綜上所述，在該地區夏玉米-冬小麥輪作制度下，若采用滴灌方式進行灌溉，則根據作物需肥規律同時采用水肥一體化方式進行施肥才有增產，減少農田N2O排放的效果，并且在該技術下，減少60%施氮量在不減產的同時，有顯著的N2O減排效果。

3.2 環境因子對農田N2O排放的影響

降水所引起的土壤快速再濕潤能激發N2O形成與排放。本試驗結果顯示，夏玉米季常規施肥各處理均在 7月19日觀測到排放峰，這是由于7月16日-18日出現連續降水（26.4、28.3和81 mm），土壤含水量顯著增加，WFPS達到35.8%～42.2%，而此時的土壤溫度（25.6 ℃～27.3 ℃）相對較高，微生物活性較強，土壤硝化與反硝化的共同作用促使土壤N2O的大量產生和排放。

土壤溫度影響微生物的代謝活動，并通過影響其硝化和反硝化反應速率來影響N2O的排放[22]。本試驗得出，不同灌溉施肥處理土壤溫度與N2O 排放通量的相關性并不相同，玉米季DN100%處理土壤溫度與N2O排放通量相關性最好，呈極顯著正相關（P<0.01），小麥季FP100%處理相關性最好，呈極顯著負相關（P<0.01）。這可能由于不同灌溉方式下土壤含水率不同，影響了硝化和反硝化反應的發生，從而影響N2O形成和排放。謝軍飛等[23]研究認為，麥田N2O排放通量隨著土壤溫度的升高在不同程度上有一定的增加，這與本研究 CK、FN100%和FN40%處理的結果相符。

土壤孔隙含水率對N2O的產生和擴散也有很重要的影響。Granli等研究認為，WFPS在70%～90%，N2O排放主要是由反硝化過程產生的，WFPS在30%～70%，則主要由硝化過程產生，最適宜N2O排放的土壤孔隙含水量范圍為60%～80%WFPS。當土壤含水量低于飽和含水量時，硝化作用產生的N2O占總產生量的61%～98%，N2O的排放量隨土壤水分的增加而增加，硝化作用是最基本來源[25]。本試驗結果顯示，玉米田和小麥田N2O排放最高時期，各處理 WFPS分別為 32.2%～41.7%和31.8%～58.1%；在傳統灌溉施肥措施下，高于整個觀測期平均值（0.05 mg/m2·h）的N2O排放通量中有57.1%出現在WFPS在29%～35.5%的條件下，其余42.9%出現在WFPS＜29%和WFPS＞23.5%的水分條件下，這說明該地區29%～35.5%的濕度條件有利于N2O的產生和排放，而滴灌處理土壤孔隙含水率顯著高于常規灌溉，更有利于保持土壤水分。

4 結 論

1）整個觀測期內農田N2O排放峰出現在施肥、灌溉以及集中降雨后，一般持續5 d左右。夏玉米季，滴灌+傳統施肥和傳統灌溉施肥農田N2O排放通量變化規律基本一致；冬小麥季，滴灌+傳統施肥、等氮量滴灌水肥一體化和減氮60%滴灌水肥一體化農田N2O排放通量變化規律基本一致。小麥季農田土壤N2O排放通量高于玉米季，夏玉米季土壤N2O階段排放峰值出現在拔節期和抽雄期；而冬小麥季土壤N2O階段排放峰值出現在冬前苗期和拔節期。

2）土壤溫度和土壤濕度均影響N2O排放，但不同處理在夏玉米和冬小麥生長季與土壤溫度和土壤濕度的相關性并不相同。滴灌+不施氮肥和減氮60%滴灌水肥一體化處理輪作農田N2O排放與土壤溫度表現出極顯著的正相關關系（P<0.01）；傳統灌溉施肥處理玉米田、小麥田和輪作農田N2O排放與土壤孔隙含水率（WFPS）均表現出極顯著的正相關關系（P<0.01）。

3）從排放總量來看，不同處理夏玉米-冬小麥輪作農田土壤N2O排放總量為0.98～8.84 kg/hm2，排放次序為：DN100%>FN100%>FP100%>FN40%>CK，排放系數為0.04%～1.72%。在該地區夏玉米-冬小麥輪作制度下，若采用滴灌方式進行灌溉，則根據作物需肥規律同時采用水肥一體化方式進行施肥才有增產，減少農田N2O排放的效果，并且在滴灌水肥一體化技術下，減少 60%施氮量在不減少周年產量的同時，顯著降低農田N2O排放。

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