農田N2O排放時空格局的形成機理和全球評估

周 豐，崔曉慶，尚子吟，王琪慧

（1.北京大學城市與環境學院，北京100871；2.北京大學地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京100871；3.Institute of Biological and Environmental Sciences,University of Aberdeen,Aberdeen AB24 3UU,UK）

氧化亞氮（N2O）是《京都議定書》規定的長生命周期溫室氣體之一。在100 年時間范圍內，N2O 的全球變暖潛勢（GWP）是CO2的近300 倍，占全球輻射強迫的約7%[1]。此外，N2O 可輸送到平流層，被認為是消耗臭氧最具破壞力的化學物質[2]。目前，全球大氣中N2O平均濃度已經從工業化前時代的約270 μg·L-1持續增至2018 年的331 μg·L-1[3]，而農業排放的持續增加（尤其是農田土壤和畜禽糞便管理）是最重要的驅動[4]，占到全球N2O 人為排放的60%以上[5]。準確理解農田N2O 排放時空格局及其形成機理是區域環境污染過程及效應的重要研究內容，也是制定區域或全球N2O減排戰略的科學基礎。

農田N2O 排放過程十分復雜，產生于硝化、反硝化以及氨氧化等過程[6]。這些過程由自養型或異養型微生物所驅動，因此，農田N2O 排放與土壤物理化學特征、氣候條件、底物濃度和農藝管理措施密切相關。自1970 年以來，國內外開展了大量室內培養、原位觀測和控制試驗，逐步了解了農田N2O 產生和擴散過程的驅動因素，建立了硝化、反硝化以及氨氧化過程對土壤團聚體大小、溫度、水分、O2、pH、底物濃度的響應關系[7]，并應用到陸面過程模型[8]。最近10年，研究者開始關注硝化反硝化微生物群落動態的量化工作，并初步建立了微生物動力學-土壤物理化學特征-硝化反硝化的響應關系[9]，并從原來微生物-植物對氮的“順序競爭”理論拓展到“平衡競爭”理論[10-11]，逐步深化了農田N2O 排放過程的科學認知。……