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不同轮作制度和硝化抑制剂d c d 对菜地氧化亚氮排放的调控 摘要 温室气体氧化亚氮( n 2 0 ) 被认为是2 l 世纪破坏臭氧层的最大影响因子 ( r a v i s h a n k a r ae ta 1 ，2 0 0 9 ) 而受到国内外众多专家学者的广泛关注。越来越多的研 究表明农业生态系统是n 2 0 的重要排放源，且随着氮肥施用量的增加而越来越明显。 近年来关于农田系统粮食作物生产过程n 2 0 排放的研究很多，但是菜地土壤n 2 0 排 放的研究较少，尤其是在华中地区更为少见。本文主要结合原状土柱试验和大田试 验，以武汉市城郊地区典型的菜地土壤( 黄棕壤) 为研究对象，以茄子、苋菜、芹 菜、辣椒、萝卜、菠菜、空心菜、小白菜、生菜、西葫芦、毛豆等1 1 种常见蔬菜为 供试蔬菜，深入探讨武汉菜地常见的5 种轮作制度下菜地土壤n 2 0 排放规律以及硝 化抑制剂双氰胺( d c d ) 对蔬菜种植过程中菜地土壤n 2 0 排放量的影响。在轮作制 度的优化完善、蔬菜品种的合理选择以及d c d 的经济高效施用上为蔬菜的可持续生 产以及菜地土壤n 2 0 控制与减排提供了科学依据。主要研究结果如下： 1 采用原状土柱试验研究了武汉城郊菜地土壤n 2 0 排放日、季变化。秋季，菜 地n 2 0 日排放速率总体上呈现先增高后降低的趋势，2 4 小时排放总量为1 7 2 3 2 0 l a g m - 2 ，平均排放速率为7 1 8 0p g m - e h - 1 ，最佳采样时段为7 ：0 0 8 ：0 0 之间。夏季， 菜地2 4 小时排放总量为2 2 8 6 7 2 “g m ，平均排放速率为9 5 2 8p g m - 2 h 一，最佳采样 时段为4 ：0 0 5 ：0 0 之间。夏季菜地n 2 0 排放速率整体上高于秋季，温度的剧烈变化 对菜地n 2 0 排放速率的影响较温度本身更为明显：菜地n 2 0 排放速率会因为温度的 骤升或是骤降发生剧烈变化，且这种影响有一定的滞后性。施加d c d 后，菜地n 2 0 排放速率依旧表现为夏季整体高于秋季，最佳采样时间仍为：秋季7 ：0 0 8 ：0 0 ，夏季： 4 ：0 0 - 5 ：0 0 。 2 采用原状土柱试验研究了5 种轮作制度菜地n 2 0 排放。武汉蔬菜种植常见的 5 种轮作制度n 2 0 年排放总量平均为：6 5 8 埏h a 1 y 。相同的施肥情况下，轮作制 度的不同显著影响着n 2 0 年排放总量和排放系数，最优为轮作制度3 ( 空心菜一苋 菜一小白菜一生菜一小白菜) ，再依次是轮作制度5 ( 茄子套中苋菜一萝卜一小白 菜一小白菜) 、轮作制度2 ( 辣椒一萝卜一菠菜) 、轮作制度4 ( 西葫芦一毛豆萝 卜一菠菜) 、轮作制度1 ( 茄子一苋菜一芹菜) 。硝化抑制剂d c d 对不同轮作制度 菜地n 2 0 均有减排作用，且呈现出n 2 0 年排放量越高，施加d c d 后其减排量越大 的趋势。且菜地休耕期n 2 0 排放量也较大，不容忽视。 华中农业大学2 0 1 2 届硕士学位论文 3 研究不同轮作制度中各蔬菜对n 2 0 排放的影响。种植菠菜和芹菜的菜地土壤 虽然日排放量与其它蔬菜之间没有显著差异，但是无论是其n 2 0 排放总量还是其单 位鲜或干物质重n 2 0 排放量都明显高于其它各类蔬菜，并在各自轮作制度总排放量 中占据极高比例。相反，空心菜和生菜其n 2 0 排放总量、日排放量以及其单位鲜或 干物质重n 2 0 排放量都明显较低。且菜地茄子一苋菜的套种中，n 2 0 总排放量、日 排放量以及单位鲜或干物质重n 2 0 排放量都低于这两种蔬菜单独种植时的各项数 值，显著低于它们的数值之和。不同蔬菜品种n 2 0 排放总量大小依次是茄子、萝卜、 毛豆、小白菜、辣椒、西葫芦、苋菜、空心菜、生菜。n 2 0 日排放量大小依次为苋 菜、茄子、菠菜、芹菜、萝卜、小白菜、毛豆、西葫芦、辣椒、生菜、空心菜。 4 采用土柱试验和大田试验相结合的方式研究了硝化抑制剂对菜地n 2 0 排放的 影响。在菜地种植施用氮肥的同时施加硝化抑制剂d c d 会显著减缓尿素转化为 n h 4 + - n 的速度，并同时减缓一部分n h 4 + - n 转化成n 0 3 - n 。对维持土壤中n h 4 + - n 含量并减缓其骤降以及土壤中硝酸盐的淋失和温室气体n 2 0 的排放有显著作用。对 于不同轮作制度中的蔬菜来说，硝化抑制剂d c d 的施加的确能减少大部分蔬菜在种 植过程中菜地温室气体的n 2 0 排放，无论是从其排放总量、日平均量、还是单位鲜 或干物质重n 2 0 排放量来看，减排效果都较明显。并且n 2 0 减排量与蔬菜自身种植 周期内菜地排放的n 2 0 排放总量成一定的正相关。 关键词：氧化亚氮；菜地土壤；轮作制度；蔬菜品种；硝化抑制剂；双氰胺 i i a b s t r a c t d u et oi ti ss i g n i f i c a n tg r e e n h o u s ee f f e c t ，t h eg r e e n h o u s eg a sn i t r o u so x i d e ( n 2 0 ) i s c o n s i d e r e da st h eg r e a t e s ti m p a c tf a c t o r st h a td e s t r o yt h e o z o n el a y e ri nt h e21c e n t u r 、， ( r a v i s h a n k a r a e t a l ，2 0 0 9 ) p r e s e n t l ym a n ye x p e r t sa n ds c h o l a r sb o t hl o c a la n d i n t e r n a t i o n a la r ec o n c e r n e da b o u ti t ag r o w i n gn u m b e ro fs t u d i e si n d i c a t et h a ta g r i c u l t u r a l a c t i v i t i e sa r ea ni m p o r 眦 s o u r c eo fe m i s s i o n so fn 2 0 ，a n di s w o r s e n sb ya ni n c r e a s ea p p l i c a t i o no fn i t r o g e n f e r t i l i z e r s al o to fs t u d yo nn 2 0e m i s s i o n si nt h e p r o c e s so fc r o pp r o d u c t i o ni nt 1 1 e i r e r o l a n ds y s t e mi nr e c e n ty e a r s ，b u tt h e s t u d yo fv e g e t a b l es o i ln 2 0e m i s s i o n s1 e s s e s p e c i a l l yi nt h ec e n t r a lr e g i o na n de v e nm o r er a r e l y ac o m b i n e dw 1 d i s t u r b e ds o i l c o l u m na n df i e l dt r i a l s ，w i t hat y p i c a lv e g e t a b l es o i l ( y e l l o w - b r o w n ) f r o mp e r i u r b a n a r e a so fw n h a n c i t yw e r eu s e di nt h i ss t u d y e l e v e nd i f f e r e n tk i n d so f a nc o m m o n v e g e t a b l e ss t u d i e di nt h i st r i a la r e e g g p l a n t ，a m a r a n t h ，c e l e r y , p e p p e r ，r a d i s h ，s p i n a c h ， m a t e rc o n v o l v u l u s ，c a b b a g e ，l e t t u c e ，p u m p k i na n db e a n d e p t h s t u d yt h ee f f e c t so ft h e p r o c e s so fv e g e t a b l ep l a n t i n gv e g e t a b l es o i ln 2 0e m i s s i o n so ft h ev e g e t a b l es o i ln ，o e m i s s i o n sl a wa n dn i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o r d i c y a n d i a m i d e ( d c d ) u n d e rt h ew i l l l a n v e g e t a b l ep l o t5r o t a t i o ns y s t e m i no r d e rt op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s ef o rt h es u s t a i n a b l e p r o d u c t i o no fv e g e t a b l e sa n dv e g e t a b l es o i ln 2 0c o n t r o la n de m i s s i o nr e d u c t i o nu n d e r o p t i m i z et h es o u n do ft h ec r o pr o t a t i o ns y s t e m ，r e a s o n a b l ec h o i c eo f v e g e t a b l ev a r i e t i e s a n dd c dc o s t - e f f e c t i v ea p p l i c a t i o n t h em a i n f i n d i n g sw e r ea sf o i l o w ： 1 s t u d yt h ed i u r n a l ，s e a s o n a lv a r i a t i o no fw u h a ns u b u r b a nv e g e t a b l es o i l sn 2 0 e m i s s i o n su n d e rt h es o i lc o l u m nt e s t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef i r s ti n c r e a s e d a n dm e n d e c r e a s e do nt h eo v e r a l lo ft h ev e g e t a b l ep l o ti na u t u m nd a ye m i s s i o nr a t eo f n 2 0 t h e a m o u n to fe m i s s i o n sw e r e17 2 3 2 0 l a g m i n2 4h o u r s ，t h ea v e r a g ee m i s s i o nr a t e w e r e 7 1 8 0 g m - 2 h ，t h eb e s ts a m p l i n gt i m ew e r e7 ：0 0 8 ：0 0 t h et o t a la m o u n to fe m i s s i o n s i nv e g e t a b l e sp l o ti ns u m m e rw e r e2 2 8 6 7 2 g m i n2 4 h o u r s ，t h ea v e r a g ee m i s s i o nr a t e w e r e9 5 2 8 t a g m 2 h ，t h eb e s ts a m p l i n gt i m ew e r eb e t w e e n4 ：0 0 5 ：0 0a m o v e r a l lt h e n 2 0e m i s s i o nr a t ew a sh i g hi ns u m m e rt h a ni n a u t u m n ，a n dd r a m a t i cc h a n g e so f t e m p e r a t u r ee f f e c t so nn 2 0e m i s s i o nr a t ew e r em o r eo b v i o u st h a nt h et e m p e r a t u r ei t s e l f i i i t h en 2 0e m i s s i o nr a t eh a sd r a m a t i cc h a n g e dd u et oas u d d e nj u m p o ras u d d e nd r o p ，a n c i t e m p e r a t u r ec h a n g e di nac e r t a i nl a g a f t e ri m p o s e dd c d ，t h en 2 0 e m i s s i o nr a t ea l s o o v e r a l lh j g hi ns u m m e rt h a ni na u t u m n ，a n dt h eb e s ts a m p l i n gt i m ec h a n g e d t o7 ：0 0 - 8 ：0 0 a mi na u t u m na n d4 ：0 0 5 ：0 0a l t li ns u m m e r 2 i th a db e e n 咖d i e dt h a ts o i lc o l u m nt e s to fv e g e t a b l ef i e l dn 2 0 e m i s s i o n si nt h e f i v ek i n g so fc r o pr o t a t i o ns y s t e m t h er e s u l t ss h o w e d t h a t ：t h et o t a la n n u a la v e r a g en 2 0 e m i s s i o n so ft 1 1 ef i v ek i n d so fr o t a t i o ns y s t e mi nw u h a nc o m m o ng r o w nv e g e t a b l e sw e r e 6 5 8k g h a - 1 y 一u n d e rt h es a l y l ef e r t i l i z a t i o nc i r c u m s t a n c e s ，d i f f e r e n tc r o pr o t a t i o ns y s t e m s i g n i f i c a n t i va f f e c t e dn 2 0a n n u a le m i s s i o n sa n de m i s s i o nf a c t o r s t h eo p t i m a lf o rc r o p r o t a t i o ns v s t e m3 ( m a t e rc o n v o l v u l u s a m a r a n t h c a b b a g e - l e t t u c e - c a b b a g e ) ， a n dt h e n f o i l o w i n gw e r ec r o pr o t a t i o ns y s t e m5 ( e g g p l a n t s e ti na m a r a n t h - r a d i s h - c a b b a g e - c a b b a g e ) ， c r o p r o t a t i o n s y s t e m 2 ( p e p p e r - r a d i s h s p i n a c h ) ， c r o p r o t a t i o n s y s t e m 4 ( p u m p k i n b e a n r a d i s h - s p i n a c h ) ，c r o p r o t a t i o n s y s t e ml ( e g g p l a n t - a m a r a n t h - c e l e r y ) a p p l i c a t i o no fn i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o rd c do nt h e r o l eo fe m i s s i o nr e d u c t i o no f g r e e n h o u s eg a sn 2 0u n d e rd i f f e r e n tc r o pr o t a t i o n s y s t e m ss h o w st h a tt h eh i g h e rt h e a i l i l u a le m i s s i o n sn 2 0 ，t h eg r e a t e rt h er e d u c t i o n so fe m i s s i o na f t e ri m p o s e db yd c d t h e s t u d ya l s os h o w e dt h a tn 2 0e m i s s i o n sw e r ea l s oe n o r m o u s i nt h ev e g e t a b l ep l o t sf a l l o w p e r i o d ，i tc o u l d n o tb ei g n o r e d 3 e f f e c t so fv e g e t a b l e sc u l t i v a t i o no nn 2 0e m i s s i o n su n d e rd i f f e r e n tc r o pr o t a t i o n s v s t e m s ，r e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ev e g e t a b l es o i l si nw h i c hs p i n a c ha n dc e l e r yw e r ep l a n t e d h a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ed a i l ye m i s s i o n sa n do t h e rv e g e t a b l e s ，o nt h e o t h e rh 觚dt o t a le m i s s i o n so re m i s s i o n so fn 2 0w i t hf l e s hm a t e r i a lw e i g h tr a t i o ，w h e n c o m p a r e d t ot h ew e i g h to fv e g e t a b l ew e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a no t h e rv e g e t a b l e s ，a n d o c c u p i e dah i g hp r o p o r t i o no f t h et o t a le m i s s i o n so ft h er e s p e c t i v ec r o pr o t a t i o ns y s t e m o nac o n t r a r y t h et o t a le m i s s i o n s ，d a i l ye m i s s i o n so fn 2 0 ，t h er a t i o o ft o t a le m i s s i o n s ， f r e s hm a t e r i a l sw e i g h ta n dd r ym a t t e rw e i g h tr a t i ow e r ea l ls i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h e s p i n a c ha n dl e t t u c e t h ee g g p l a n t - a m a r a n t hi n t e r p o l a t e di nt h ev e g e t a b l ep l o t ，t h er a t i oo f t h et o t a le m i s s i o n s ，d a i l ye m i s s i o n so fn 2 0a n dt h ew e i g h to ff r e s hm a t e r i a l ，a sw e l la st h e r a t i oo fe m i s s i o n sa n dd r yw e i g h tw e r el o w e rt h a nt h ev a l u eo f t h e s et w ov e g e t a b l e st h a t w e r ep l a n t e ds e p a r a t e l y ，a n ds i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h e i rv a l u e t h et o t a le m i s s i o n so f n ，oo fd i f f e r e n tv a r i e t i e so fv e g e t a b l e so r d e rw e r er e c o r d e da n da r ea sf o l l o w ，e g g p l a n t ， i v r a d l s h ，b e a n ，c a b b a g e ，p e p p e r ，p u m p k i n ，a m a r a n t h ，m a t e rc o n v 0 1 l u s ，l e 讹c ew h e r e a s t h e d a i l ye m i s s i o n so fn 2 0o r d e rw e r e a m a r a n t h ，e g g p l a n t ，s p i n a c h ，c e l e 巧，r a d i s h ， c a b b a g e ，b e a n ，p u m p k i n ，p e p p e r ，l e t t u c e ，m a t e rc o n v 0 1 v u l u s 4 i n v e s t i g a t i o no nt h ee f f e c t so ft h en i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o ro ft h en 2 0e m i s s i o n si n v e g e t a b l ef i e l du s i n gc o m b i n a t i o no fs o i lc o l u m nt e s t sa n df i e l d t r i a l s t h er e s u l t s t h e 托f o r es h o w e dt h a t ：a p p l y i n gn i t r o g e nf e r t i l i z e ro nv e g e t a b l e s d u r i n gp l a n t i n gt i m e i m p o s e dt h en i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o rd c dw h i c hs i g n i f i c a n t l ys l o w e dd o w nt h es p e e do f c o n v e r t i o no fu r e at on i1 4 十- n o nt h em a i n t e n a n c eo fs o i ln h 4 + - n c o n t e n ta n ds l o w e d d o w ni ts u d d e nd r o p ，a n dr e d u c e dn i t r a t el e a c h i n gi nt h es o i la n dg r e e n h o u s eg a sn 2 0 e m i s s i o n sh a das i g n i f i c a n tr o l e f o rv e g e t a b l e si nd i f f e r e n tc r o pr o t a t i o n s v s t e m s t h e i m p o s i t i o no ft h en i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o rd c di n d e e dr e d u c e dm o s to ft h ev e g e t a b l e si nt h e p l a n t i n gp r o c e s sv e g e t a b l ef i e l dn 2 0e m i s s i o n so fg r e e n h o u s eg a s e s ，e i t h e rf r o mt h et o t a l e m i s s i o n s ，a v e r a g ed a i l ye m i s s i o n so fn 2 0 ，o rf r o mt h er a t i oo ft h en 2 0e m i s s i o n sa n d f r e s hm a t e r i a l ，n 2 0e m i s s i o n sa n dv e g e t a b l e sd r yw e i g h t ，e m i s s i o n sr e d u c t i o ne f f e c t s w e r em o r ep r o n o u n c e d m o r e o v e r , t h en 2 0e m i s s i o n sa n dt o t a l n 2 0e m i s s i o n so f v e g e t a b l ef i e l de m i s s i o no fv e g e t a b l e st h e i ro w np l a n t i n gc y c l et ob eac e r t a i nd e g r e eo f p o s i t i v ec o r r e l a t i o n k e yw o r d s ：n i t r i co x i d e ；v e g e t a b l es o i l ；c r o pr o t a t i o n s y s t e m ；v e g e t a b l ev a r i e t i e s ； n i t r i f i c a t i o ni n h i b i t o r s ；d i c y a n d i a m i d e v 本研究由农业部“引进国际先进农业科学技术项目 ( 农业部9 4 8 项目) ( 2 0 0 8 z 2 5 ) ；国家“十一五科技 支撑计划“城郊区农产品健康质量控制关键技术研究 ( 2 0 0 8 b a d a 7 8 0 3 ) 资助 兰! 奎些奎堂垫! ! 星堕主堂堡丝苎一_ 一 j 1 4 r n氮 n ，0氧化亚氮 n 0 3 - - n 硝态氮 n t - h + - n铵态氮 d c d双氰胺 i p c c政府间气候变化专门委员会 y r 年 h a公顷 n i t r o g e n n i t r o u so x i d e n i t r a t en i t r o g e n a m m o n i u mn i t r o g e n d i c y a n d i a m i d e i n t e r g o v e m m e n t a lp a n e l o nc l i m a t ec h a n g e y e a r h e c t a r e v i n 一 一 。 一 一 t 一 一 兰塑髓亟 b _ 一 曲二 表 一 一 词 一 一 略 一 一 不同轮作制度和硝化抑制剂d c d 对菜地氧化亚氮排放的调控 二二二_ 二二二= 0 址- k 1 刖置 1 1n 2 0 的危害和来源 1 1 1n 2 0 的主要危害 近些年来，由于温室气体所导致的全球变暖问题已经引起国际社会的广泛关注。 n 2 0 作一种十分重要的温室气体，对全球温室效应的贡献约占6 ( 王明星，1 9 9 9 ) 。 相关研究表明虽然n 2 0 的含量并不高，据统计，2 0 0 0 年大气中n 2 0 的平均浓度仅 为3 1 6n m 0 1 m o l ( i p c ci e a ，1 9 9 6 ) 。但每摩尔n 2 0 的全球增温潜势分别是另外 两种主要温室气体c 0 2 、c h 4 的19 0 2 7 0 倍、4 21 倍( h o u g h t o n ，19 9 6 ；w u e b b l e s ， 2 0 0 9 ) 。而且对n 2 0 的研究发现：其化学性质在对流层中相对稳定，在平流层中却 可以发生光化学反应生成n o 或n 0 2 ，并影响0 3 的光化学平衡，是除氟里昂之外影 响平流层0 3 的另一种重要化学成分( c r u t z e n ，1 9 7 4 ；r o d h e ，1 9 9 0 ；l a s h o f a n da h u j a ， 1 9 9 0 ；s h a r m ae ta 1 ，1 9 9 6 ) 。由此可见n 2 0 除产生温室效应外对臭氧空洞的形成也 有着十分重要的影响，因此研究探索相关排放源下温室气体n 2 0 的排放规律，研究 确实可行的调控减排措施，对缓解温室效应和保护臭氧层都有着重要意义。 1 1 2n 2 0 的主要来源 分析证明大气中某种气体的浓度以及其变化趋势主要取决于该种气体的源汇组 成及其变化趋势。n 2 0 作为重要的温室气体之一，目前已知的大气中n 2 0 的主要源 为土壤中氮的硝化和反硝化过程，化工行业中己二酸和硝酸生产以及化石燃料和生 物质燃烧。主要汇则是平流层光化学氧化海洋吸收和土壤吸收( s h a r m ae ta 1 ，19 9 6 ： 王明星，1 9 9 9 ) 。社会活动区域的性质不同大气中n 2 0 的来源相应也不同。在城市 中，大气中n 2 0 的主要源是各种交通工具以及冬季取暖所使用的化石原料燃烧造成 的n 2 0 排放。而在非城市圈，土壤的硝化、反硝化作用则是氧化亚氮的主要排放源。 农业系统与城市n 2 0 排放不同，由于其种植的规律性而造成一定的季节变化趋势。 然而虽然土壤排放、冬季取暖排放都具有季节变化特征，但由于它们之间的相互叠 加、抵消以致大气n 2 0 浓度变化在总体上没有表现出非常明显的季节变化特征( 刘 强等，2 0 0 5 ) 。并且根据政府间气候变化专业委员会( i p c c ) 估算，结果显示全球大 气n 2 0 浓度的年增长速率约为0 2 5 ( i p c cl e a , 1 9 9 6 ) 。较多国家和地区对该地 区n 2 0 排放量进行了统计和研究( t o h j i m ae ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 华中农业大学2 0 1 2 届硕士学位论文 在不久的将来，随着人口的不断增长，人们生活水平的不断提高，相关的社会 活动、农业活动的频繁加剧( h o u g h t o n ，1 9 9 6 ：g a r ge ta 1 ，2 0 0 1 ) ，农业系统作为 n ，o 的重要排放源，其排放量不断增加( 陈海燕等，2 0 0 9 ) 将会对环境造成更大的 压力( 翟胜等，2 0 0 8 ；张玉树等，2 0 1 0 ) 。尤其是人口数量的不断增加使得农业生 产、氮肥的应用广泛加强( 张颖，2 0 0 6 ) ，如果不对这种发展加以适当的管理，将 会使得硝酸盐的淋失、温室气体n 2 0 的排放等一系列环境问题更加严重( 耿远波等， 2 0 0 1 ：m o i re ta 1 ，2 0 1 2 ) ，农业生产、环境、生态保护等各方面会面临着更加巨大 的挑战，因此研究并提倡开发更加有效合理的生产管理体系，减少农业生态系统中 硝态氮淋失、温室气体的排放等对人类与环境之间的可持续发展具有重要的意义。 1 2 农业系统n 2 0 排放研究 近些年随着对温室气体n 2 0 排放的深入研究，许多国家的研究学者对该地区的 农田、草原、森林等多种生态系统中土壤植被体系与n 2 0 排放之间的关系作了 大量的研究( c i c e r o n ee ta 1 ，1 9 7 8 ；郑循华等，1 9 9 7 ；刘晔和牟玉静，1 9 9 7 ；耿远 波等，2 0 0 1 ；王跃思和纪宝明，2 0 0 2 ；m u l l e r ，2 0 0 3 ；s m i t he ta 1 ，2 0 0 4 ；c a r e ye ta 1 ， 2 0 1 2 ) 。越来越多的结论表明，农业生态系统是温室气体n 2 0 极其重要的排放源( 高 志岭等，2 0 0 4 ；胡博等，2 0 11 ) ，且极其可能是全球n 2 0 的主要排放源，其机理一 般认为，农业生态系统的土壤中硝化和反硝化过程会释放大量的n 2 0 。 土壤中n 2 0 的排放情况受土壤中诸多因素相互作用的影响，且排放量会随着时 间和地点的不同而发生显著变化，因而许多学者想要通过一套固定的评估测定模式 来准确估算全球n 2 0 排放量显得不太容易且相当困难。而另外一些研究( 宋文质等， 1 9 9 7 ) 认为对不同区域和全球不同地区n 2 0 源的估算现在最合理的方法还是依据对 具有不同代表性的区域生态系统n 2 0 排放量的研究结果为基础，再进一步采用简单 区划的方法进行计算，虽然用这种方法来估算n 2 0 排放的适用范围不是很广泛，但 是仍是目前为止一种大家较为认可且可行的n 2 0 排放源估算方法( 郑循华等，1 9 9 8 ； 王效科和李长生，2 0 0 0 ；任万辉，2 0 0 4 ) 。 1 2 1 农业系统n 2 0 排放的时、空变化 有研究表明农田土壤排放温室气体n 2 0 具有明显的时、空变化规律。除一些常 见的农事活动影响n 2 0 排放率之外，农业系统的施肥和浇水同样也会导致n 2 0 排 不同轮作制度和硝化抑制剂d c d 对菜地氧化亚氮排放的调控 放量的增加( 同延安，2 0 0 2 ) ，并且不同季节耕种不同作物其排放n 2 0 也有一定的 区别( 金雪霞等，2 0 0 4 ) 。而且一些学者通过季节之间的比较，得到的全年各季节 排放比例表明n 2 0 在春、夏和秋这三个季节排放总量相近，各占全年温室气体n 2 0 排放总量的3 0 ，而冬季因为温度较低，土壤中微生物活动较为平缓，其n 2 0 排放 量只占全年总排放量的6 8 左右，而且进行试验的三块田的结果都相似( 宋文质 等，1 9 9 7 ) 。而这与b r e m n e r 等人的报道结果稍有不同，在他们的研究中则发现夏 季n 2 0 排放量的比例明显较高，约占n 2 0 全年排放量的一半以上( b r e m n e re ta 1 ， 19 8 0 ) 。 1 2 2 菜地土壤n 2 0 的排放及影响因素 菜地土壤与其它种植作物的土壤一样，土壤中的氮素大部分以有机态存在，无 机态的氮含量一般只占全氮的1 5 ，且其含量和土壤有机质密切相关。因此，影 响土壤有机质含量的水热条件、土壤质地等因素也都会对土壤氮素含量产生显著的 影响( 梁东丽，2 0 0 2 ；金雪霞等，2 0 0 4 ) 。 对于蔬菜系统中作物的研究认为( 袁新民等，2 0 0 0 ) ，与其它农作物相比，大 多数蔬菜都属于高产作物，且有需肥量大的特性，因此蔬菜地土壤的硝态氮累积量 也远远高于一般农田及其它土壤。并且近些年来为了解决蔬菜供求矛盾和农业经济 结构的调整，大片的粮田正逐步改为菜地( 王朝辉等，2 0 0 2 ) 。有研究表明( 金雪 霞等，2 0 0 4 ) ，改制2 0 年后的菜地土壤其全氮、速效磷、缓效钾含量都显著高于相 同类型的未改制的水稻土壤。 关于菜地系统中n 2 0 排放的研究，国外相关工作做的较国内多，主要集中于对 种植马铃薯、甜菜等菜地土壤的研究( k a i s e re ta 1 ，1 9 9 8 ) ，且研究发现，虽然冬 小麦的施肥量比甜菜的高，但是甜菜地n 2 0 排放显著高于冬小麦。其中日本对蔬菜 地n 2 0 排放的研究主要集中在洋葱、萝b 、白菜等( k u s ae ta 1 ，2 0 0 2 ) ，经过持续 6 年对洋葱地n 2 0 排放进行的研究发现由肥料引起的n 2 0 转化系数为1 1 6 4 ，且 7 0 的n 2 0 排放出现在收获期附近，有2 0 左右的n 2 0 排放则出现在施肥后。也有 报道指出大白菜地的n 2 0 排放系数只在o 1 0 0 2 5 ( h o ua n dt s u r u t a ，2 0 0 3 ) 。 相比较国外而言，国内学者对于蔬菜地n 0 3 - 的淋失及蔬菜本身的硝酸盐累积等 方面做出了比较系统的研究( 王朝辉等，2 0 0 2 ；陈健等，2 0 0 6 ；赵长盛，2 0 0 9 ；宋 建国等，2 0 1 0 ) 。但有关蔬菜地气态损失的研究却并不多见( 梁东丽，2 0 0 2 ) 。通 华中农业大学2 0 1 2 届硕士学位论文 过对南京郊区3 对水稻土和菜地土的n 2 0 排放进行的研究，结果表明，在培养0 - 1 d 内，菜地土壤的n 2 0 排放通量均高于相同类型的水稻土( 金雪霞等，2 0 0 4 ) ，且在 一整个培养过程中菜地土壤的n 2 0 排放总量与反硝化损失总量也均显著高于相同类 型的水稻土。 至今为止，对于蔬菜地n 2 0 排放量显著高于其它农业土壤的原因暂时还没有 得到公认的比较全面合理的解释。一些学者认为蔬菜地比较高的n 2 0 排放与其c n 比有关，主要是蔬菜残茬的低碳氮比加速了土壤中c 分解，为土壤中微生物提供了 充足的c 源，进而增加n 2 0 的排放( j a r e c k ia n dl a l ，2 0 0 6 ) 。而另一些研究认为 春季蔬菜种植初期不发达的根系会导致矿物n 的积累( c o n e ne ta 1 ，2 0 0 0 ) ，较高 的n 0 3 - n 含量又会抑制n 2 0 转化n 2 进而导致该时期会产生较多的n 2 0 对前茬分 别种植过大白菜、胡萝b 、洋葱和芸苔的四种土壤进行培养实验发现，土壤湿度会 显著影响这四种土壤n 2 0 的排放，在质地较细的土壤中，水分变化对n 2 0 的排放 影响较大( m c t a g g a r te ta 1 ，2 0 0 2 ) 。还有一些研究认为不同作物的农田管理措施和 氮肥施用对每年的n 2 0 排放有重要影响，这种影响主要是由于种植作物的土壤硝酸 盐含量和水分的差异导致的( r u s e re ta 1 ，2 0 0 1 ) 。 1 2 3 不同作物对土壤n 2 0 排放的影响 大气中每年有8 0 9 0 的n 2 0 来源于土壤( h a n s e na n dl a c i s ，1 9 9 0 ) ，而农 田土壤是温室气体的重要排放源( m e l i l l oe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。最新研究估算：中国农业 系统n 2 0 排放迅速增长，n 2 0 - n 排放量年平均增长7 6 。其中，排放总量主要随 着旱地排放量的快速增长而增加，相比较而言水田排放量对其影响较小( 张强等， 2 0 1 0 ) 。因此影响旱地n 2 0 的排放因素被较多专家学者相继研究( 白小琳等，2 0 1 0 ； 祁金花等，2 0 1l ；张岳芳等，2 0 11 ) ，且越来越多的研究表明，植物很可能是一个 潜在的n 2 0 排放源( 陈冠雄等，2 0 0 3 ) ，这提示我们，在探讨农业生态系统n 2 0 排 放机理模型时不仅仅要考虑土壤过程，同样也需要考虑植物种植带来的的作用。因 此对关注植物种植过程中n 2 0 排放量对整个农业系统n 2 0 排放量的评估意义重大 ( 黄丽华等，2 0 0 9 ；邱炜红等，2 0 1 0 ) 。 种植不同作物采用的作物管理措施和土壤氮动态变化不同，可能导致在作物生 长周期内n 2 0 排放量的差异( r u s e re ta 1 ，2 0 0 1 ) 。不同作物的根系及分泌物会改 变土壤的物理化学性质，影响土