（环境工程专业论文）太湖地区冬小麦田与蔬菜地的n2o和no排放.pdf

西南农业大学硕士学位论文摘要 摘要 实验设置在华东太湖地区典型水稻土上的稻麦轮作农田和连续种植了2 0 多年蔬菜的菜园 地进行。土壤均为黄泥土，旱地氧化亚氮气体( n 2 0 ) 和一氧化氮气体( n o ) 排放通量的研 究对整个陆地生态系统的氨循环研究提供理论依据，并且对全球氮循环研究有重要意义 利用静态暗箱法气相色谱法和静态暗箱气袋采样法- n o 和n 0 2 化学发光分析法对当季不 施肥情况下的蔬菜地和稻麦轮作生态系统冬小麦田生长季n o 和n 2 0 的捧放进田间观测研究， 探讨相同气象和土壤条件下耕作处理不同( 麦田免耕和耕翻) 和种植系统差异( 长期实行稻 麦轮作的麦田和2 0 年来长期种植蔬菜的旱地) 对n o 和n 2 0 排放的影响，为准确估计我国农 田生态系统n o 和n 2 0 排放强度提供依据，从而为农业和环境的可持续发展提供科学依据。 通过野外观测与采样分析，明确华东太湖地区蔬菜地和稻麦轮作生态系统冬小麦田n o 和 n 2 0 气体排放的季节变化规律，揭示土壤湿度，土壤温度和土壤速效氮含量对n o 和n 2 0 排 放的影响及其作用机理。同时还比较分析了由于农业管理措施的不同而对n o 和n 2 0 排放的 影响。试验分为三个处理：小麦田耕翻( 表层大约7 c m 土壤旋耕) 处理：小麦田免耕处理； 蔬菜地处理。所有处理在观测期内均未施肥。每个处理均设三个空问重复。结果表明，蔬菜 地和华东稻麦轮作生态系统冬小麦田的n o 和n 2 0 排放具有不同的季节变化规律。无论在蔬 菜地还是冬小麦田处理条件下，作物生长季及其后的裸地休闲阶段的n o 和n 2 0 地气交换主 要表现为净排放，但在某1 d 或段时间内观测到n 2 0 的吸收现象；土壤温度和土壤湿度是影 响n o 和n 2 0 排放的重要环境因素；耕翻对农田n 2 0 排放的影响大致可以分为三个过程：小 麦生长季初期减弱土壤植物体系n 2 0 的排放，然后对土壤植物体系n ：o 排放的影响不明显， 小麦生长季后期又促进土壤植物体系的n 2 0 排放；蔬菜地是个较大的农业n 2 0 排放源，在 整个冬小麦生育期，蔬菜地n 2 0 排放总量比免耕处理小麦田高8 5 ，比耕翻处理小麦田高9 9 。 蔬菜地n 2 0 排放偏高的原因是土壤速效氮，特别是铵态氮含量明显偏高。 在冬小麦整个生长季中，免耕处理的小麦生长期n 2 0 平均排放通量为2 1 4 1 p g n 2 0 - n m - 2h 1 ，季节总排放量为1 1 o 2 1 k g n 2 0 - n ，h m 2 。耕翻处理的小麦生长期n 2 0 平 均排放通量为1 9 - 4 - 1 1 r t g n 2 0 - n m - 2 h - 1 ，季节总排放量为1 0 + 0 0 6 k g n 2 0 - n h m 。无论是n 2 0 平均排放通量还是季节排放总量，免耕处理小麦田都略高于耕翻处理小麦田，二者之间差异 不显著。但从长时间尺度来看，耕翻将增加农田n 2 0 排放。对于整个观测期内，蔬菜地的n 2 0 平均排放通量为4 0 _ + 5 0 i g n 2 0 - n m - 2 h ，排放总量为2 14 - o 2 5 k g n 2 0 - n h m 。蔬菜地排放n z o 的通量明显高于同期测定的免耕处理和耕翻处理小麦田n 2 0 排放通量。在整个观测期内免耕 处理小麦田的n o 平均排放通量为6 3 o 2 7 x g n m - 2 h ，季节总排放量为o 3 l o o 】3 k g n h m 。 耕翻处理小麦田的n o 平均排放通量为5 8 0 4 8 1 a g n m - 2 h 一，季节总排放量为o 2 8 0 0 2 3 k g n h m 2 。免耕处理的小麦田n o 平均排放通量和季节排放总量都略高于耕翻处理的小 西南农业人学硕士学位论文摘要 麦田。蔬菜地的有效观测阶段内n o 平均排放通量为7 6 + 0 9 1 p g n m - 2 h ，排放总量为0 2 6 o 0 3 2 k g n 1 m 。 在整个冬小麦生育期，土壤湿度是影响n o 和n 2 0 排放的重要因素之一。在一定的湿度 范围内，n 2 0 排放与土壤湿度的变化趋势一致，土壤湿度增加，n 2 0 排放加大；但当土壤湿 度较高时，n 2 0 捧放与土壤湿度呈负相关。此外在蔬菜地的莴苣种植阶段，n 2 0 排放与土壤 湿度的依赖关系可以用指数函数f = a 一”来描述。对于整个观测期间n o 排放与土壤湿度的关 系，分析结果表明，免耕处理小麦田，耕翻处理小麦田和蔬菜地的n o 排放均与其土壤湿度呈 显著负相关。 在整个观测期内，n o 和n 2 0 排放与土壤温度的季节性渐变关系不明显。但在某一阶段 n o 和n 2 0 排放却在一定程度上依赖于表层土壤温度，研究结果表明，免耕处理小麦田，耕翻 处理小麦田和蔬菜地的n 2 0 排放与十壤温度的依赖关系可用指数函数f = a e “来描述。对于n o 排放与土壤温度的关系，免耕处理小麦田的n o 排放与土壤温度呈显著正相关，而耕翻处理小 麦田和蔬菜地的n o 排放与土壤温度之间存在指数函数f = a 一的关系。 土壤排放的n o 和n 2 0 究竟由硝化作用还是反硝化作用产生，或是由两个过程共同产生， 取决于土壤中速效氮含量以及土壤湿度。在整个观测期内，蔬菜地n ：o 排放通量随其n 0 3 - n 含量增加而增大的趋势一致，理论上可推测在观测期间蔬菜地排放的n 2 0 主要来自反硝化作 用过程。本实验中未发现蔬菜地n o 和n 2 0 排放与其n h 4 * - n 含量咀及小麦田n o 和n 2 0 排 放与田间n h 4 + - n ，n 0 3 - n 含量之间有任何直接的关系。在冬小麦整个生育期内，每周或每两 周测定一次的土壤n h 4 + - n ，n 0 3 讣j 含量对n 2 0 和n o 排放预测性很差。 关键词：n 2 0 排放；n o 排放；控制因子；季节变化；麦田；蔬菜地 儿 西南农业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h ef i e l de x p e d m e m sw e r ec a r r i e do u ti nat y p i c a lp a d d ys o i lo ft h ev e g e t a b l ef i e l dw h e r e v e g e t a b l eh a db e e np l a n t e df o rm o r et h a n2 0y e a r sa n dw i n t e rw h e a t f i e l do fr i c e - w h e a tr o t a t i o n s y s t e m s ，w h i c hi sl o c a t e da tt h ec e n t e ro ft a i h ur e g i o nt h a tb e l o n g st ot h ed e l t ao fy a n g t z er i v e r t h es o i li sc l a s s i f i e da sa n t h r o p o g e n i c - a l l u v i a ls o i lw h i c hi st h em a i ns o i lt y p eo ft h a tr e g i o n r e s e a r c ho nn i t r o u so x i d e ( n 2 0 ) a n dn i t r i co x i d e ( n o ) e m i s s i o nf r o md r yl a n di st op r o v i d ea t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rn i t r o g e nc y c l eo ft h ew h o l el a n de c o s y s t e m ，b e s i d e si th a ss i g n i f i c a n t m e a n i n gt ot h es t u d yo f g l o b a ln i t r o g e nc y c l e u s i n gs t a t i cc h a m b e r - g a sc h r o m a t o g r a p h i ct e c h n i q u e sa n dac h e m i l u m i n e s c e n c en o xa n a l y z e r m a n u f a c t u r e db yt h e r m oe n v i r o n m e n t a li n s t r u m e n t sl n c u s a ( m o d e l4 2 c ) ，n 2 0a n dn oe m i s s i o n s f r o mt h eu n f e r t i l i z e dv e g e t a b l ef i e l da n dw i n t e rw h e a tf i e l do fr i c e w h e a tr o t a t i o ns y s t e m sw e r e c a r e f u l l ym o n i t o r e dd u r i n gt h ew h o l ep e r i o do fw i n t e rw h e a tg r o w t h t h eo r d e ra n dm e c h a n i s mo f t h en 2 0a n dn oe m i s s i o n su n d e rt h ed i f f e r e n ta g r i c u l t u r em a n a g e m e n tp r a c t i c e sa n dt h es a m e c l i m a t ea n ds o i lc o n d i t i o nw e r ea n a l y z e d ，w h i c hi st op r o v i d ef o u n d a t i o nf o ra p r e c i s ea s s e s s m e n to f n 2 0a n dn oe m i s s i o n si n t e n s i t yo fc h i n e s ea g o - e c o s y s t e ma n dt op r o v i d es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o r a g r i c u l t u r a la n de n v i r o n m e n t a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t b ym e a l l so ff i e l di n v e s t i g a t i o na n ds a m p l ea n a l y s i s ，t h eo r d e ro fs e a s o n a lv a r i a t i o no fn 2 0a n d n oe m i s s i o n sf r o mv e g e t a b l ef i e l da n dw i n t e rw h e a tf i e l do fd e e - w h e a tr o t a t i o ns y s t e m si nt a i h u r e g i o nw a sc l a r i f i e d ，a n dt h ee f f e c t sa n dm e c h a n i s m so f s o i lm o i s t u r e ，s o i lt e m p e r a t u r e ，a n da v a i l a b l e nc o n t e n t so ni ta r ed i s c u s s e d m e a n w h i l e ，e f f e c t so f t h ed i f f e r e n ta g r i c u l t u r em a n a g e m e n tp r a c t i c e s o nn 2 0a n dn oe m i s s i o n sw e r ea n a l y z e d ，t h e r ew e r et h r e ef i e l dt r e a t m e n ts c h e m e si n v o l v e di nt h i s e x p e r i m e n t ：t h en o n - t i l l a g eo fw i n t e rw h e a tf i e l d ，t h et i l l a g eo fw i n t e rw h e a tf i e l da n dv e g e t a b l ef i e l d f e r t i l i z e rw a sn o ta p p l i e di na l lf i e l dt r e a t m e n t sd u r i n gt h em e a s u r e m e n tp e r i o d ，a n de a c ht r e a t m e n t h a dt h r e es p a t i a lr e p l i c a t i o n s t h er e s u l ts h o w e dt h a tn 2 0a n dn oe m i s s i o n sf r o mv e g e t a b l ef i e l d a n dw i n t e rw h e a tf i e l do fr i c e w h e a tr o t a t i o ns y s t e m si ns o u t h e a s tc h i n ah a dd i f f e r e n ts e a s o n a l v a r i a t i o nr u l e s o v e rt h ew h o l ep e r i o do f c r o pg r o w t ha n df o l l o w i n gf a l l o w , n e te m i s s i o no f n 2 0a n d n of r o mv e g e t a b l ef i e l da n dw i n t e rw h e a tf i e l dw a so b s e r v e d ，w h i l en e tu p t a k eo fn 2 0o c c u r r e d w i t h i ns o m eo r ed a yo rac e r t a i np e r i o d ；s o i lm o i s t u r ea n ds o i lt e m p e r a t u r ew e r ei m p o r t a n t e n v i r o n m e n t a lf a c t o rw h i c hi n f l u e n c e dn 2 0a n dn oe m i s s i o n s ；i m p a c to ft h et i l l a g eo nn 2 0 e m i s s i o nc o m p r i s e do ft h r e ep r o c e d u r e ：r e d u c i n g , n o ts i g n i f i c a n te f f e c t , a n ds t i m u l a t i n g ；v e g e t a b l e f i e l di sag r e a ta g r i c u l t u r a ls o u r c ef o rn 2 0e m i s s i o n ，a n dt h et o t a la m o u n to fn 2 0e m i t t e df r o m v e g e t a b l ef i e l di n c r e a s e sb ya b o u t8 5 c o m p a r i n gt on o n t i l l a g et r e a t m e n ta n da b o u t9 9 i l l 西南农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m p a r i n gt ot h et i l l a g et r e a t m e n td u r i n gt h ew h o l ep e r i o do f w i n t e rw h e a tg r o w t h t h i sd i f f e r e n c e i sm o s tl i k e l ya t t r i b u t e dt ot h es i g n i f i c a n t l yh i g h e ra v a i l a b l en i t r o g e ne o n t e n t , e s p e c i a l l yh i g h e r a m m o n i u mc o n t e n ti nt h es o i lo f t h ev e g e t a b l ef i e l d s o v e rt h ew h o l ep e r i o do fw i n t e rw h e a tg r o w t h ，t h ea v e r a g es e a s o n a le m i s s i o nf l u x e so fn 2 0 f r o mn o n - t i l l a g et r e a t m e n tw a s 2 1 4 1 瑚封2 0 - n m - 2 h ，t h et o t a la m o u n to fs e a s o n a le m i s s i o nw a s 1 】4 - 0 2 1 k g n 2 0 - n h m “，a n dt h ea v e r a g es e a s o n a le m i s s i o nf l u x e so f n 2 0f r o mt i l l a g et r e a t m e n t w a s1 9 4 - 1 1 l a g n 2 0 - n m - 2 h ，t h et o t a la m o u n to fs e a s o n a le m i s s i o nw a q1 0 4 - 0 0 6 k g n 2 0 - n h m 。 w h e t h e ra v e r a g ee m i s s i o nf l u x e so fn 2 0o rt h et o t a la m o u n to fs e a s o n a le m i s s i o n ，n 2 0e m i s s i o n f r o mn o n - t i l l a g et r e a t m e n tw 鹤g r e a t e rt h a nt h a to ft h et i l l a g et r e a t m e n tb u ti tw a sn o ts i g n i f i c a n t b e t w e e nt h et w of i e l dt r e a t m e n t s f o rl o n gt i m es c a l e s ，i ti n c r e a s e sn 2 0e m i s s i o n o v e rt h ew h o l e p e r i o do f m e a s u r e m e n t , t h ea v e r a g es e a s o n a le m i s s i o nf l u x e so f n 2 0f r o mv e g e t a b l ef i e l dw a s4 0 + 5 0 p g n 2 0 - n m - 2 h ，t h et o t a la m o u n to f n 2 0e m i s s i o nw a s 2 14 - 0 2 5 k g n 2 0 - n h m 2 1 tw a sc l e a rt h a t s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo fn 2 0e m i s s i o nb e t w e e nv e g e t a b l ef i e l da n dw h e a tf i e l d o v e rt h ew h o l e p e r i o do fm e a s u r e m e n t , t h ea v e r a g es e a s o n a le m i s s i o nf l u x e so f n of r o mn o n - t i l l a g et r e a t m e n tw a s 6 3 4 - 0 2 7 p g n m - 2 h 一，t h et o t a la m o u n to fs e a s o n a le m i s s i o nw a s0 3 14 - _ 0 0 1 3 k g n h m ，a n dt h e a v e r a g es e a s o n a le m i s s i o nf l u x e so f n of r o mt i l l a g et r e a t m e n tw a s5 8 4 - 0 4 8 p g n m - 2 h t h et o t a l a m o u n to fs e a s o n a le m i s s i o nw a s0 2 84 - 0 0 2 3 k g n h m t h ea v e r a g ee m i s s i o nf l u x e so fn oo rt h e t o t a la m o u n to f s e a s o n a le m i s s i o nf r o mn o n - t i l l a g et r e a t m e n tw a ss l i g h t l yg r e a t e rt h a nt h a to f t i l l a g e t r e a t m e n t o v e rt h ep e r i o do fe f f e c t i v eo b s e r v a t i o nm e a s u r e m e n ta tv e g e t a b l ef i e l d ，t h ea v e r a g e e m i s s i o nf l u x e so fn ow a s7 6 4 - 0 9 1 p g n m - 2 h ，a n dt h et o t a la m o u n to fe m i s s i o nw a s0 2 6 4 - 0 0 3 2 k g n ，h m 。 d u r i n gt h ew h o l ep e r i o do f w i n t e rw h e a tg r o w t h ，s o i lm o i s t u r ew a so n eo f t h ei m p o r t a n tf a c t o r st o r e g u l m en 2 0a n dn oe m i s s i o n s s o i lm o i s t u r eh a dt h es a m ev a r i a t i o nt r e n da sn 2 0e m i s s i o ni na d e f i n i t er a n g e , 4 2 0e m i s s i o nw a so b s e r v e dt oi n c r e a s ev s s o i lm o i s t u r e , b u tw h e nt h es o i lm o i s t u r e w a sh i g h e rt h a nt h i sr a n g e ，t h e r ew a sa n e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nn 2 0e m i s s i o nf l u xa n ds o i l m o i s t u r e i na d d i t i o n ，t h ed e p e n d e n c eo fn 2 0o ns o i lm o i s t u r em a yb ed e s c r i b e dw i t he x p o n e n t i a l f u n c t i o nf = a e ”d u r i n gt h ep e r i o do fl e t t u c eg r o w t ha tv e g e t a b l ef i e l d o v e rt h ew h o l ep e r i o do f m e a s u r e m e n t , t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nn oe m i s s i o na n ds o i lm o i s t u r ew a sa n a l y z e d ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h e r ew a sa l le v i d e n t l yn e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nn oe m i s s i o nf l u xa n ds o i lm o i s t u r e a tt h r e ef i e l dt r e a t m e n t s o v e rt h ew h o l ep e r i o do fm e a s u r e m e n t ，t h er e l a t i o n s h i po fs e a s o n a lv a r i a t i o nb e t w e e nn 2 0 ，n o e m i s s i o na n ds o i lt e m p e r a t u r ew a sn o te v i d e n t b u tn 2 0a n dn oe m i s s i o n sw o u l dd e p e n do ns o i l t e m p e r a t u r et ot h ee x t e n ti na c e r t a i np e r i o do f c r o pg r o w t h ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ed e p e n d e n c eo f n 2 0e m i s s i o no ns o i lt e m p e r a t u r em a yb ed e s c r i b e dw i t he x p o n e n t i a lf u n c t i o nf = a e “a tn o n t i l l a g e ， v 西南农业大学硕士学位论文a b s t r a c t t i l l a g ea n dv e g e t a b l ef i e l dt r e a t m e n t s w i t hr e g a r dt ot h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nn oe m i s s i o na n ds o i l t e m p e r a t u r e , t h e r ew a sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nn oe m i s s i o nf l u xa n ds o i lt e m p e r a t u r ea t n o n - t i l l a g et r e a t m e n t ，a n dt h ed e p e n d e n c eo fn oe m i s s i o no ns o i lt e m p e r a t u r em a yb ed e s c r i b e d w i t h “p 0 n t i a lf u n c t i o nf = a e a ta tt i l l a g ea n dv e g e t a b l ef i e l dt r e a t m e n t s i ns o i l s ，t h a tt h en oa n dn 2 0a l ep r o d u c e db yn i t r i f i c a t i o n ，d e n i t r i f i e a t i o no rt h ea b o v et w o m i c r o b i a lp r o c e s s e si sr e g u l a t e db ys o i la v a i l a b l enc o n t e n t sa n ds o i lm o i s t u r e o v e rt h ew h o l e p e r i o do fm e a s u r e m e n t , n 2 0e m i s s i o nf r o mv e g e t a b l ef i e l dh a dt h es a m ev a r i a t i o nt r e n d n 0 3 - n c o n c e n t r a t i o n , n 2 0e m i s s i o nw a so b s e r v e dt oi n c r e a s ev s n 0 3 一- nc o n c e n t r a t i o n ，s on 2 0e m i s s i o n f r o mv e g e t a b l ef i e l dw e r ec a u s e dp r i n c i p a l l yb ym i c r o b i a ld e n i t r i f i c a t i o ni nt h e o r y t h e r ew a sn o ta n e v i d e n tc o r r e l a t i o nb e t w e e nn 2 0 ，n oe m i s s i o n sf r o mv e g e t a b l ef i e l da n dn h 4 十nc o n c e n t r a t i o n ，a n d t h e r ew a sn o ta ne v i d e n tc o r r e l a t i o nb e t w e e nn 2 0 ，n oe m i s s i o n sf r o mw i n t e rw h e a tf i e l da n d n 0 3 二n ，n h 4 + 一nc o n c e n t r a t i o nd u h n gt h ew h o l ep e r i o do fo u rm e a s u r e m e n t s o i ln 0 3 - na n d n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o n sw e r em e a s u r e do n c eaw e e ko ro n c et w ow e e k sd u r i n gt h eg r o w i n gs e a s o n ， w h i c hw a sd i m c u l tt od o p eo u tt h ev a r i a t i o no f n 2 0a n dn oe m i s s i o n s k e yw o r d s ：n z oe m i s s i o n ；n oe m i s s i o n ；s e a s o n a lv a r i a t i o n ；r e g u l a t i n gf a c t o r ；w h e a tf i e l d v e g e t a b l ef i e l d v 第1 章文献综述 陆地生态系统中土壤一植被系统是全球氮循环中的重要环节。在全球尺度上，每年有9 5 的氮流动是发生在土壤里和土壤一植被系统之中( r o s s w a l ，1 9 7 6 ) 。人们之所以关注氮循环， 一方面是因为氮循环是地球生命系统持续与发展的重要驱动力之一，另一方面，氮循环过程 与全球环境密切相关，它强烈地影响着人类赖以生存的陆地和水生生态系统。 氮循环的主体氮是生命的重要营养元素，也是陆地生态系统的重要污染物。尽管n 2 在大气中的混合比高达7 8 ，但这些氨分子并不能被生物直接利用。必须经过氮的固定过程， 即指将惰性转化为可被生物所利用的活性氮【n o y ( 所有活性氧化态氮) ，n h x ( 所有活性 还原态氮1 和有机n 1 ( d e ne i z e ne t a l ，1 9 9 7 1 。自然的氪素固定过程包括生物固氮和闪电，年 固定速率为9 0 1 3 0 t g n a 大致当等于自然反硝化作用向大气释放的n 2 ( d e n e l z e ne t a l ， 1 9 9 7 ) 。人类对生态系统氮循环的影响主要起始于对氮素固定过程的加速，人类主要从下面三 个方面影响大气氮素的固定过程( g a l l o w a ye ta l ，1 9 9 5 ) ：( 1 ) ) 生产肥料，将惰性n 2 直接合 成n h 3 ，生产氮肥。( 2 ) 生产能源( 工业生产和化石燃料燃烧) ，将惰性n 2 和化石燃料中的有 机氮( 一个长期的氮库) 转化为n o x 和n 2 0 。( 3 ) 耕种豆科植物和其他作物，直接促进生物 圃氮，并作为养分直接输入到土壤植物系统p “。 据v i t o u s e ke t a l ( 1 9 9 7 1 估计，每年由人类活动固定的n 约有1 4 0 t g a ，其中氮肥生产 8 0 t g a ，化石燃料燃烧 2 0 t g a ，农作物同定的n 约4 0 t g a 。1f ”。这意味者人类活动已 经加倍了( 或更多的) 氮素从大气惰性n 向陆地生物可利用n 的转移。从而大大增加了生物 源n 微量气体( n ，o 和n o ) 的排放。v i t o u s e ke ta 1 ( 1 9 9 7 ) 估计全球8 0 以上的n o 和4 0 以上的n 2 0 排放是人为括动造成的i l ”】。 大气痕量气体氧化亚氮( n 2 0 1 被联合国气候变化框架公约的京都议定书列为仅 次予c 0 2 和c h 4 的重要温室气体。i p c c ( 2 0 0 11 给出不同时间尺度下l 摩尔n 2 0 的全球综合 增温潜势( g w p g l o b a lw a n n i n gp o t e n t i a l ) 为c t h 的1 5 6 2 9 6 倍m j 。此外n 2 0 在大气中的滞 留时问达1 2 0 a 之久，并参与大气中许多光化学反应，能间接破坏平流层中臭氧层( d e l g a d o 和m o s i e r ，1 9 9 6 ) 。 气态氮氧化物( n o x = n o + n 0 2 ) 是大气中的痕量组分，在大气中具有很强的化学活性， 它们不直接影响地球的辐射平衡，但能在大气中发生一系列的化学催化反应，特别是在对流 层0 3 和o h 自由基的光化学反应过程中起着决定性的作用( c r u t z e n ，1 9 8 3 ；e h h a l t 等，2 0 0 1 ) 。 n o x 是臭氧、其它光化学二次污染物( p a n 、二次气溶胶等) 和形成氢氧自由基的前体反应 物。n o x 是对流层光化学过程产生0 3 污染的关键化台物，其对c o 、c h t 和非甲烷碳氢化台 物的催化氧化是造成污染大气中高浓度0 3 的主要原因，同时也是形成光化学烟雾的源。被氧 化的c l - l , 和c o 是大气中重要的痕量温室气体。n o x 的氧化产物之一硝酸还是形成酸雨的重 西南农业大学硕士学位论文文献综述 要成分之一( i p c c ，2 0 0 1 ) 。 1 1 农田生态系统n 2 0 排放研究现状 1 1 1 农田土壤n 2 0 排放研究概况 在人为活动介入之前自然过程释放的n 2 0 主要来自于生物固定的大气中的氮。随着人 类活动的介入，特别是农田氮肥施用量的逐年增加，使得大气中n z o 的浓度快速升高，加剧 了温室效应和对臭氧层的破坏。联合国气候变化框架公约将n 2 0 列为仅次于c 0 2 和c h 4 的重要温室气体。根据该公约的规定，为履行缔约国的义务，各国都必须定期向联合国提交 国家温室气体排放清单。作为国家温室气体排放清单的最基础工作，世界各国的科学家相继 对农业系统n 2 0 排放进行了大量的田间观测和机理性研究。这些研究包括化肥和有机肥施用 对n 2 0 排放的影响( m o s i e r ，1 9 9 4 ；f l e s s a 和b e e s e ，1 9 9 5 ：b o u w m a n ，1 9 9 6 ；m o g g e 等，1 9 9 9 ； s h e l p 等，2 0 0 0 ) 、种植制度或耕作方式对n 2 0 排放的影响( b e n c k i s e r 等，1 9 9 6 ：c o r r i e 等， 1 9 9 6 ；c o e h r a n 等，1 9 9 7 ：d o b b i e 等，1 9 9 9 ：t e e p e 等，2 0 0 0 ) 、土壤特性对n 2 0 排放的影响 ( d a n m 和s e h e n k ，1 9 9 8 ；k a i s e r 和r u s e r ，2 0 0 0 ；h u a n g 等，2 0 0 2 ) 、气候条件对n 2 0 排放 的影响( v a nb o e h o v e 等，1 9 9 6 ；z h e n g 等，2 0 0 0 ) 。田间观测表明n 2 0 排放具有很大的时空 变异性( a m b u s 和c h r i s t e n s e n ，1 9 9 5 ；f l e s s a 等，1 9 9 5 ；k a i s e r 等，】9 9 8 ) 。时问变异性表现 在n 2 0 的日变化、季节变化和年际变化，主要由于气候因素和植物生长所控制。空间变异性 表现在两个方面：同一试验样地不同观测点上n 2 0 排放的差异；不同地区n 2 0 排放的差异。 前者主要与厌氧微环境和微生物活性热岛等土壤异质性的微域变异性有关，后者与土壤类型、 生物气候条件、土地利用方式和耕作管理等宏观空间变化有关。 我国学者自上世纪9 0 年代起先后对农田、草地和森林生态系统的n 2 0 排放进行了观测和 机理研究。这些研究包括化肥和有机肥施用对n 2 0 排放的影响( 陈冠雄等，1 9 9 5 ；黄国宏等， 1 9 9 5 ；杨军等，1 9 9 6 ：郑循华等，1 9 9 7 a 、b ：侯爱新等，1 9 9 8 ：徐华等，1 9 9 9 b ：粱东丽等 2 0 0 2 a ) 、种植制度或耕作方式对n 2 0 排放的影响( 曾江海等，1 9 9 5 ；宋文质等，1 9 9 6 ：1 9 9 7 ； 王智平，1 9 9 7 ：丁洪等，2 0 0 1 a ；x i n g ，1 9 9 8 ) 、灌溉和土壤水分对n 2 0 排放的影响( 郧循华 等1 9 9 6 ：蔡祖聪和m o i s e r ，1 9 9 9 ；黄国宏等，1 9 9 9 ；颜晓元等，2 0 0 0 ：徐文彬等，2 0 0 2 ) 、 植物类型对n 2 0 排放的影响( 李楠和陈冠雄，1 9 9 3 ；杨思河等，1 9 9 5 ；于克伟等，1 9 9 5 ；熊 正琴等，2 0 0 2 ) 、化学抑制剂对n 2 0 排放的影响( 陈利军等，1 9 9 5 ；周礼恺等，1 9 9 9 ：封克等， 1 9 9 9 ) 以及草地( 王庚辰等，1 9 9 8 ；杜睿等2 0 0 1 a 、b ：耿远波等，2 0 0 1 ；王跃思等2 0 0 2 ) 、 沼泽湿地( 刘景双等，2 0 0 3 ) 和森林土壤( 徐慧等，1 9 9 5 ；董云社等，1 9 9 6 ；张秀君等，2 0 0 2 ) 的n 2 0 捧放等。 i p c c ( 2 0 0 0 ) 明确规定各国有义务编制国家尺度或地区尺度的农业系统n 2 0 排放清单。 准确估计农业土壤n 2 0 排放量，客观评价环境、生物和农业管理等对n 2 0 排放的影响是制订 n 2 0 减排政策和发展n 2 0 减排技术的基础。目前。大多数国家都是通过田间观测资料来估计 2 西南农业大学硕士学位论文文献综述 农业土壤n 2 0 排放总量，但由于n 2 0 排放的巨大时空变异性，农业土壤n 2 0 排放的估计仍具 有很大的不确定性。 1 1 2 农田土壤中n 2 0 的产生机理 土壤中生物与非生物过程均可产生n 2 0 ，生物过程包括硝化和反硝化作用以及n 0 3 被异 化还