灌溉下限對設施土壤N2O和NO排放特征的影響

張麗媛，呂金東，石欣悅，虞娜，鄒洪濤，張玉玲，張玉龍

灌溉下限對設施土壤N2O和NO排放特征的影響

張麗媛，呂金東，石欣悅，虞娜，鄒洪濤，張玉玲，張玉龍

沈陽農業大學土地與環境學院/農業農村部東北耕地保育重點實驗室/土肥資源高效利用國家工程實驗室，沈陽 110866

【】合理灌溉是設施生產控制N2O和NO排放，提高氮肥利用率的有效措施。研究不同灌水下限設施土壤N2O和NO排放動態與土壤水分、無機氮和可溶性有機氮關系，分析N2O和NO排放特征及影響因素，以期為N2O、NO減排和設施土壤灌溉管理提供科學依據?；谶B續7年的設施土壤不同灌溉下限的田間定位試驗，以番茄為供試作物，設4個土壤水吸力處理，分別為25 kPa（W1）、35 kPa（W2）、45 kPa（W3）和55 kPa（W4）。采用密閉靜態箱-氣相色譜和氮氧化物分析儀法，分別對番茄生長季的N2O和NO進行田間原位同步觀測。番茄生長季不同灌水下限處理土壤N2O和NO排放通量分別為 -34.46—1 671.78μg N·m-2·h-1和6.83—269.89μg N·m-2·h-1，二者排放峰值期同步且主要發生在施肥和灌溉后，各處理NO/N2O均小于1。土壤N2O和NO累積排放量分別為W2和W1處理最低（＜0.01），各處理N2O+NO總累積排放量表現為W4處理＞W3處理＞W1處理＞W2處理。W2處理番茄產量較W1、W3和W4處理分別增加84%、32.4%和12%。單位產量N2O+NO排放量表現為W4處理最高（＜0.01），W2處理最低。各處理施肥和收獲后土壤無機氮和可溶性有機氮含量的重復測量方差分析表明，除灌水下限和觀測時間交互對亞硝態氮含量影響不顯著外，灌水下限和觀測時間及二者交互效應對土壤無機氮和可溶性有機氮均有極顯著影響（＜0.01）。冗余分析和相關分析表明，NO2--N、NH4+-N和土壤孔隙含水量（WFPS）可分別解釋設施土壤N2O和NO變異的55%、32.5%和20.7%，均是極顯著影響不同灌溉下限N2O和NO排放的主要影響因素。綜合考慮產量和N2O、NO減排效應，灌水下限35 kPa的W2處理為本試驗最適宜的灌溉管理措施。

灌溉下限；設施土壤；N2O排放；NO排放

0 引言

【研究意義】N2O和NO是土壤氣態氮損失的主要途徑，對全球氣候變暖和臭氧層破壞有著重要影響[1]。N2O是全球第三大溫室氣體，其百年的增溫潛勢（global warming potential）約為CO2的300倍[2]。NO參與復雜的光化學反應，其催化形成對流層的臭氧進而導致間接溫室效應[3]。農田土壤是N2O和NO排放的主要來源[4]，而設施土壤N2O排放占農田排放量的20%[5]。我國設施菜地普遍具有高額灌水施肥的特點，這造成氮素以硝態氮淋溶和N2O、NO、NH3和N2的氣態形式損失。隨著設施生產面積的不斷擴大，N2O和NO排放導致的氮損失越來越引起關注。在土壤氮生物地球化學循環中，N2O和NO是硝化和反硝化過程損失的主要成分，而水分是影響這些氮轉化過程的重要因子，直接制約著N2O和NO的消長。因此，探究不同灌水對設施土壤N2O和NO排放規律的影響，對設施土壤合理灌溉、減少N2O和NO排放具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前關于農田土壤N2O和NO排放同步觀測的研究主要集中在灌水、施肥、添加硝化抑制劑和生物炭改良等方面，有機無機肥配施、添加硝化抑制劑和生物炭肥料可顯著降低N2O和NO排放[6-11]。水分通過影響土壤中O2的擴散而間接地影響土壤中微生物的活性及其主導的硝化和反硝化氮素轉化過程，直接決定著無機氮形態（NO3--N和NH4+-N）[12-14]，進而調控土壤N2O和NO排放。灌溉是設施生產中土壤水分補充的唯一來源，與常規灌溉相比，采用滴灌施肥[15-17]、加氣[18]和減量灌溉[19-20]可在保證作物產量的同時，顯著減少設施土壤N2O 和 NO 排放。溝灌土壤N2O通量顯著高于滴灌和地下灌溉[21]。土壤孔隙含水量（WFPS）是影響N2O和NO排放的重要因子[22]，當WFPS在30%—60%，NO是土壤氣態氮排放主要成分；63%WFPS時，N2O/NO接近于1；WFPS＞65%時，土壤有利于反硝化反應發生，以N2O排放為主[23-24]。灌水下限30 kPa時，設施土壤N2O排放通量最低，分別較灌水下限20 kPa和40 kPa低8%和36%[25]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關于灌水對N2O和NO排放的研究主要集中在灌溉方式或灌溉量方面，不同灌溉下限對設施土壤N2O和NO同步排放的研究鮮有報道，關于其影響因素的研究還需進一步加強?！緮M解決的關鍵問題】本試驗基于連續7年設施番茄田間不同灌溉下限的定位試驗，研究設施土壤N2O、NO同步排放特征及其影響因素，旨在尋求設施土壤適宜的灌水下限，為設施土壤灌溉管理、N2O和NO減排提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗始于2012年，在沈陽農業大學設施生產試驗基地內進行（41°49′N，123°34′E），每年4—8月進行番茄種植，其余時間土地休耕。本研究在2019年進行，供試土壤為棕壤，供試作物為番茄。2012年春季試驗開始前0—20 cm土層基本理化性質如表1所示。

1.2 試驗設計

設施田間試驗設4個不同灌溉下限處理，其對應的土壤水吸力分別為25 kPa（W1）、35 kPa（W2）、45 kPa（W3）和55 kPa（W4），灌溉上限均為土壤田間持水量（6.3 kPa）。試驗小區在始建前，用埋深60 cm的塑料布做防滲透隔離處理，防止小區間水分、養分的運移，小區面積2.5 m2，設4次重復。每個小區種植番茄16株，番茄栽植行距平均50 cm，株距30 cm，保留四穗后打頂。

表1 2012年試驗開始前土壤基本理化性質

各處理肥料種類和用量一致，有機肥（膨化雞糞26.4 t·hm-2）、尿素（300 kg N·hm-2）、過磷酸鈣（220 kg P2O5·hm-2）和硫酸鉀（300 kg K2O·hm-2）。定植前，各小區統一施用有機肥和過磷酸鈣作基肥。氮、鉀肥分3次在定植前、第一和第二穗果膨大期等量施入。番茄從移栽到收獲歷時101 d，兩次追肥時間分別為定植后第48天和第71天。

灌溉采用膜下滴灌方式進行灌溉，在定植后距植株5 cm左右鋪設滴灌帶，然后覆蓋地膜。番茄定植后相繼滴灌定植和緩苗水后，進行水分處理。為確定灌溉時間和灌溉量，各小區埋設張力計和TDR探頭指示土壤水吸力變化。灌水下限土壤含水量由設計土壤吸力值算出，即當清晨8：00—8：30的20 cm土層張力計讀數達到灌溉下限土壤吸力值時，依據實測值，使用水分特征曲線=0.5205[1+(6382.43)11.501]-0.0094（=0.995，＜0.01）計算土壤體積含水量。其中，：土壤水吸力（kPa），θ：土壤體積含水量（cm3·cm-3）。然后以公式（1）進行小區單次灌溉量計算：

=（f-1）×××（1）

式中：是一次灌水水量（m3），Q和Q分別是灌水上限和下限土壤含水量（m3·m-3），是計劃濕潤層厚度（m），取=0.3 m；是土壤濕潤比，取=0.5；是小區面積（m2）。本試驗各處理生育期灌水量見表2。定植時各處理灌溉量相同，定植后第14天開始第一次灌溉，各處理平均灌溉間隔天數為3.5 d（W1）、4.4 d（W2）、5.3 d（W3）、6.3 d（W4）。

1.3 樣品采集與分析

氣體樣品于2019年設施番茄定位試驗定植后第2天開始采集，收獲當天采集最后一次，共采樣18次，采樣間隔為6 d，施肥后增加觀測一次，隨機從各處理的重復中選擇3個固定位點采氣。采用靜態箱法進行氣體采集，箱體由PVC材料制成，定植前將靜態箱底座（40 cm×40 cm×10 cm）埋入作物兩株之間且箱體內無植株，底座埋入土壤深度為5 cm，底座外側帶有水槽。氣體采集時，將40 cm×40 cm×40 cm箱體罩于底座上，水槽灌水密封。靜態箱頂端裝有溫度計測定箱內溫度，氣泵連接氣袋進行采氣。當氣體采集和灌水同一天時，先進行灌水，后進行氣體采集。采樣在上午8：00—11：00完成，分別在密閉后0、10、30 min各采集一次，同時記錄箱內溫度，每次分別抽取40 mL和1 000 mL氣體置兩個氣袋中密閉帶回實驗室分別觀測N2O和NO。采用Agilent 7890B氣相色譜儀及電子捕獲檢測器（ECD）測定N2O含量和42i型NO-NO2-NOx分析儀（Thermo Environmental Instruments Inc., USA）測定NO含量。

表2 不同灌溉下限處理灌水次數、總灌水量和平均單次灌水量

土壤樣品的采樣（除第2次未采樣）與氣體同步采集，采集表層（0—10 cm）土壤。每個靜態箱底座內多點采集土樣混勻裝密封袋，冰柜保存備用。測試前，解凍鮮樣，烘干法測定含水量。土壤無機氮和可溶性有機氮采用0.01 mol·L-1CaCl2浸提，可溶性總氮（STN）采用堿性過硫酸鉀氧化，NO3--N、NH4+-N和NO2--N采用AA3自動分析儀測定（Seal Analytical，USA），濾液中可溶性總氮與礦質氮（NO3--N+NH4+-N+ NO2--N）之差即為土壤可溶性有機氮（SON）。

1.4 數據分析

靜態箱內氣體的排放通量采用公式（2）計算：

式中，是N2O或NO的排放通量（μg N·m-2·h-1），是標準狀態下氣體密度（N2O-N：1.25 kg·m-3；NO-N：0.625 kg·m-3），是密閉箱凈高度（m），d/d是采樣箱內N2O或NO濃度變化率（μL·L-1min-1），是采樣過程中箱內空氣平均溫度（℃），是時間轉換系數（60 min·h-1）。由于箱內氣體壓強幾乎不變，對N2O和NO的影響可忽略，因此計算時不考慮壓強影響。

生長季累積N2O或NO排放量采用公式（3）計算：

式中，是累積N2O或NO排放量（N2O、NO：kg N·hm-2），是第次N2O或NO排放通量（單位同上），24是每小時排放量換算為每天排放量的轉換系數，（i+1-i）是連續兩次測定的間隔天數，是觀測的總次數，是單位換算系數（10-5）。

單位產量N2O+NO累積排放量采用公式（4）計算：

式中，-(N2O+NO)是單位產量N2O+NO累積排放量（Yield-scaled N2O+NO intensity）（g·kg-1），是N2O+NO總累積排放量（kg N·hm-2），是番茄產量（kg·hm-2），1000是單位換算系數。

土壤孔隙含水量（water-filled pore spaces，WFPS）（%），如公式（5）：

式中w是土壤質量含水量（%）；ρ是土壤容重（g·cm-3）；2.65是土壤密度（g·cm-3）。采用DPS 7.05進行單因素完全隨機分析和SPSS 21.0進行重復測量方差分析和Pearson相關分析，利用LSD法進行差異顯著性檢驗，Canoco 5.0進行冗余分析（RDA）。Origin9.3進行制圖，圖表中數據均為平均值±標準誤。

2 結果

2.1 不同灌溉下限設施土壤N2O排放特征

不同灌水下限番茄生長季土壤N2O排放通量和累積量動態變化如圖1所示。由圖1-a可知，整個番茄生長季各處理土壤N2O排放通量變化趨勢基本一致，其變化范圍為-34.46—1 671.78 μg N·m-2·h-1，在第47天出現負值，表現為N2O的吸收。在定植后第2天，各處理N2O排放表現為最大排放峰，W4極顯著高于其余處理，其他灌水下限之間差異不顯著。隨后各處理排放表現為降低的變化，在第一、二次追肥和番茄收獲結束表現出三次排放次高峰。第一、二次追肥后，各處理N2O排放均表現為W3＞W1＞W2＞W4,W3處理極顯著高于其他處理（＜0.01）。第一次追肥后W1極顯著高于W2和W4處理，W2與W4處理間差異不顯著；第二次施肥后W1顯著高于W2與W4處理，后二者間差異不顯著。番茄收獲結束前各處理N2O排放表現為極顯著差異，依次為：W1＞W3＞W2＞W4（＜0.01）。由圖1-b可知，整個生長季不同灌水下限累積N2O排放量總體表現為W4＞W3＞W1＞W2，W4處理在整個生長季均明顯高于其余處理。從定植后1—26 d及26—101 d排放累積量表現出分段的線性變化，為此分前期后期研究分段的線性斜率，其表征了單位時間內累積量的變化即排放速率大小，結果表明前期排放速率為第二階段的3.88—6.95倍。各處理排放速率表現為，前期W4處理速率最大，W3和W1接近，后期W3處理最大，W2處理在整個觀測期均最小的變化特點。

圖1 不同灌溉下限N2O排放通量和累積量動態變化（箭頭表示施肥）

2.2 不同灌溉下限設施土壤NO排放特征

不同灌水下限番茄生長季土壤NO排放通量和累積量動態變化如圖2所示。由圖2-a可知，NO排放通量與N2O表現出類似規律，其通量在6.83—269.89 μg N·m-2·h-1之間變化。番茄定植后20 d內，土壤NO的排放通量呈波動變化，最大峰值（269.89 μg N·m-2·h-1）為定植后13 d W4處理，之后NO的排放通量維持在相對較低且穩定的排放水平。兩次追肥后又出現階段性峰值，分別為33.06和56.14 μg N·m-2·h-1，二者均顯著低于定植初期NO的排放峰值。番茄生長期內，除W3處理NO排放通量的變異為中等變異外，其余處理均為強變異（其變異系數大于1）。由圖2-b可見，整個生長季不同灌水下限累積NO排放量總體表現為W4＞W2≈W3＞W1，W4處理最高，其分段線性斜率最大。生長季前期和后期，均表現為隨著灌水下限降低，其排放速率減小的變化特征，其前期速率為后期的3.61—6.87倍，后期W1、W2和W3之間排放速率接近。

2.3 灌溉下限對番茄產量及NO/N2O排放比的特征

表3為不同灌水下限番茄產量及NO/N2O排放比的特征。不同灌水下限番茄產量整體間差異達極顯著水平，以W2處理產量最高，分別比W1、W3和W4高84.0%、32.4%和12.0%，除W3和W4之間為5%顯著水平外，其余任意兩個處理間均為1%極顯著差異。W4處理N2O+NO總累積排放量最高，與其他處理存在極顯著差異（＜0.01），W4處理分別比W1、W2、W3高64.2%、78.3%、45.8%，W2處理其總累積量最低且僅與W1顯著差異（＜0.05），其余差異為極顯著（＜0.01）。不同灌溉下限單位產量N2O+NO累積排放量的變化表現為W4處理最高，與W1差異不顯著，與其余處理差異極顯著，以W2處理最低。各處理NO/N2O均小于1，且不同灌水下限間存在極顯著差異（＜0.01），表現為W2＞W4＞W3＞W1處理的變化特征。

圖2 不同灌溉下限NO排放通量和累積量動態變化（箭頭表示施肥）

表3 不同灌水下限番茄產量及土壤NO和N2O的排放參數

平均值±標準誤，同一列不同小、大寫字母分別表示處理間差異顯著和極顯著（＜0.05和＜0.01）

Means ± standard error, different lowercase and uppercase letters in the same column show significance at 5% and 1% level, respectively

2.4 不同灌溉下限設施土壤N2O和NO排放的影響因素

2.4.1 土壤孔隙含水量（WFPS）的動態變化 圖3為不同灌水下限WFPS的動態變化，整個番茄生長季在30%—92%范圍變化。定植初始土壤水分統一控制，土壤孔隙含水量接近飽和，各處理WFPS均較高且差異較小。在第14天開始水分處理以后，各處理隨灌溉和水分消耗呈起伏變化，W1和W2處理的WFPS以50%—75%居多，而W3和W4處理的WFPS以30%—50%變化為主。不同灌溉下限平均WFPS表現為隨灌水下限增加而降低，W1處理最高。與W1處理相比，W2、W3和W4處理分別降低10.1%、23.5%和26.8%，且W3和W4差異不顯著。生長季各處理WFPS的變異表現為隨灌水下限增加而增加的特點，均為中等變異（0.1＜C.V.＜1）。

圖3 不同灌水下限土壤孔隙含水量（WFPS）的動態變化

2.4.2 設施土壤無機氮和可溶性有機氮含量變化 不同灌水下限土壤無機氮和可溶性有機氮含量如圖4所示，總體上土壤無機氮和可溶性有機氮含量從高到低依次為硝態氮、可溶性有機氮、銨態氮及亞硝態氮。土壤硝態氮和可溶性有機氮作為土壤可溶性氮的主要成分，在番茄生長季波動較為頻繁。土壤亞硝態氮在定植初期達到峰值（4.3 mg·kg-1），隨后逐漸降低，土壤銨態氮與氣體排放規律相似?？紤]到尿素轉化，對各處理基肥和追肥后10—13 d及收獲結束后4次土壤無機氮和可溶性有機氮進行重復測量方差分析，結果表明除灌水下限和觀測時間交互對亞硝態氮含量差異不顯著外，灌水下限、觀測時間及二者交互作用對土壤無機氮和可溶性有機氮均有極顯著影響（＜0.01）。不同灌水下限亞硝態氮含量表現為隨灌水下限增加而降低，W1極顯著地高于W3和W4，W1和W2差異顯著。灌水下限對銨態氮含量表現為W2＞W1＞W4＞W3，僅W1、W2和W3差異顯著。灌水下限對硝態氮含量表現為W4＞W3＞W2＞W1，各水平之間差異極顯著。灌水下限對可溶性有機氮含量表現為W3＞W4＞W1＞W2處理，除W1和W4差異顯著，其余均為極顯著差異。

圖4 不同灌水下限土壤無機氮和可溶性有機氮含量

2.5 設施土壤N2O、NO排放量與各影響因素間關系

對不同灌溉下限設施土壤N2O、NO排放通量、無機氮、可溶性有機氮及WFPS進行相關分析，如表4所示。結果表明，N2O、NO、銨態氮、亞硝態氮和WFPS各指標間任意二者均呈極顯著正相關（＜0.01）?？扇苄钥偟c硝態氮和可溶性有機氮呈極顯著正相關（＜0.01）。WFPS與STN、SON和硝態氮均為極顯著負相關（＜0.01）。

表4 不同灌溉下限土壤N2O、NO與無機氮、可溶性有機氮及孔隙含水量的相關分析

* 表示顯著相關(＜0.05)；**表示極顯著相關(＜0.01)； ns表示無顯著差異，n=68

Asterisks indicated 0.05 level significances (*＜0.05) and 0.01 level significances (**＜0.01); ns indicated no significant difference; n=68

圖5為土壤無機氮、可溶性有機氮、WFPS與兩種氣體排放量的冗余分析（RDA），用以闡明各因子對N2O和NO排放的影響程度。由圖5可見，土壤無機氮和可溶性有機氮含量及WFPS對土壤N2O和NO排放的變異程度在第一軸（Axis 1）和第二軸（Axis 2）的解釋量分別達到60.83%和3.2%，即前兩軸累計解釋N2O和NO排放量變異的64.03%，且主要以第一軸主導，N2O和NO在第一軸上具有相似的載荷。蒙特卡洛檢驗表明，第一軸（=306.0，=0.002）和所有軸的總和（=58.5，=0.02）差異極顯著。蒙特卡洛檢驗排序后表明，影響氣體排放的影響程度由大到小依次為亞硝態氮、銨態氮和WFPS。亞硝態氮、銨態氮和WFPS均與N2O、NO呈極顯著正相關（＜0.01），對土壤N2O和NO排放差異性大小的解釋率分別為55%、32.5%和20.7%，這與Pearson相關分析結果基本一致。

3 討論

3.1 灌水下限對設施土壤N2O和NO排放的影響

土壤含水量調節著土壤通氣性及含氧量的動態變化，進而調控著土壤微生物的硝化和反硝化過程[26]，當土壤含水量較高時，O2含量快速下降導致反硝化產生的N2O和NO的大量排放[27]。本研究中，N2O和NO峰值出現在基肥施用后1—2 d，這與已有研究結果一致[28-29]。定植后基肥施入大量的氮肥和有機肥，為微生物活動提供了充足的營養條件。同時，充足的緩苗水灌溉使得此時期土壤含水量較高（WFPS接近飽和），從而有利于土壤的硝化-反硝化作用。W4處理累積N2O和NO排放量最高，與其他3個處理存在極顯著差異。這可能是W4處理灌水下限較高，總灌水量較其他處理分別降低7%—29%，灌水時間間隔較大，單次灌水量大，導致W4處理存在明顯的干濕交替過程。與其他常處于濕潤的土壤相比，頻繁地干濕交替促進了土壤中硝化作用和反硝化作用交替循環進行[30]，這與ZHOU等[31]的研究結果一致。W1處理累積NO排放最低，極顯著低于W2和W3處理（＜0.01），這是因為NO主要源于自養和異養硝化細菌參與的硝化過程[32]，而W1處理灌水充足，土壤長期處于濕潤狀態，土壤可能以反硝化作用為主。上述結果與ABALOS等[33]研究結果一致，與低頻灌水相比，高頻灌水可以減少NO的排放。W2處理的單位產量N2O+NO排放量極顯著低于其他處理（＜0.01），在保證產量的同時減少了N2O和NO的排放。整個番茄生長季累積N2O排放量高于NO，各處理NO/N2O均小于1，其表明N2O和NO可能以反硝化排放為主[34-35]。

圖5 土壤N2O和NO與其影響因素的冗余分析

3.2 設施土壤NO、N2O排放與土壤可溶性總氮、WFPS的關系

土壤的氮素形態和WFPS是影響N2O和NO的重要因素[36]。如表4和圖5所示，本研究WFPS與N2O和NO呈極顯著正相關（＜0.01），這與陳慧等研究基本一致[37]。前人研究表明，在土壤由干變濕過程中，WFPS低于一定閾值時，土壤N2O通量隨土壤WFPS的增加呈指數增長，當WFPS大于60%時達到最大，而后隨土壤WFPS的減少而下降[38]。LIU等[39]研究發現土壤WFPS在35%—55%時有利于NO和N2O同時產生。本研究開始水分控制后，W1和W2處理的WFPS多處于50%—75%，W3和W4處理的WFPS多處于30%—50%。W3和W4處理較W1和W2處理土壤具有充足的氧氣，土壤處于有氧條件，微生物活動旺盛，且土壤WFPS＜60%，N2O和NO隨土壤WFPS的增加而升高。銨態氮和硝態氮作為硝化和反硝化作用的底物，直接影響N2O和NO的產生，本研究W4處理表層土壤平均NO3--N含量高于其余3個處理，表現為W3和W4處理的N2O排放量高于W1和W2處理。同時，W1和W2分別是W3和W4兩個處理平均總灌水量的1.35和1.16倍，這可能與灌水量越多引起土壤氮素向下淋溶損失增多[40]，而以氣態形式損失減少有關。此外，W4和W3的高累積排放量還可能和N2O和NO產生的途徑有關。WOLF等[41]研究發現土壤硝化和反硝化作用可以同時發生，這兩個過程的貢獻主要受含水量的影響。顏青等[42]表明N2O的產生途徑除生物學硝化和反硝化過程外，還可能通過高氮還原和羥胺分解的化學反硝化過程產生。相關分析表明，銨態氮、亞硝態氮含量均與N2O和NO排放存在極顯著正相關（＜0.01），而硝態氮與N2O和NO排放無相關性。冗余分析也表明，亞硝態氮和銨態氮是解釋N2O和NO變異的主要因子，這均表明土壤N2O和NO排放以硝化作用為主。土壤亞硝態氮含量較低，這與亞硝態氮作為硝化作用中氨氧化過程的中間產物，在有氧的條件下易轉化為NO3--N[43]，而在厭氧條件下轉化為NO進一步產生N2O有關[44]，因此其不易在土壤中積累[45]。

4 結論

4.1 番茄生長季土壤N2O和NO排放高峰同步，且集中出現在施肥和灌溉后，表現為N2O高于NO排放量，其累積排放量分別為灌水下限35 kPa和25 kPa處理最低，NO+N2O累積排放量以35 kPa處理最低。

4.2 NO2--N、NH4+-N和WFPS對不同灌水下限處理土壤N2O和NO排放差異的影響效應依次遞減，三者均與N2O和NO排放呈極顯著正相關。

4.3 番茄生長季灌水下限35 kPa處理比其他灌水下限處理增產12%—84%，且單位產量N2O+NO排放量最低。綜合考慮N2O、NO減排及番茄增產效果，灌水下限35 kPa為最適宜的水分管理措施。

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Effects of Irrigation Regimes on N2O and NO Emissions from Greenhouse Soil

ZHANG LiYuan, Lü JinDong, SHI XinYue, YU Na, ZOU HongTao, ZHANG YuLing, ZHANG YuLong

College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation (Northeast China), Ministry of Agriculture and Rural Affairs/National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, Shenyang 110866

【】 Reasonable irrigation in greenhouse is an effective measure to control N2O and NO emissions and to improve utilization rate of nitrogen fertilizer. In order to provide a scientific basis for N2O and NO emission reduction and soil irrigation management in greenhouse, the dynamics of soil N2O and NO emissions under different irrigation regimes and its relationship with soil moisture and inorganic nitrogen and soluble organic nitrogen were studied, and the N2O and NO emissions characteristics and its influencing factors were also analyzed.【】A seven-year long term field experiment was conducted in greenhouse, tomatoes were used as the experimental crop, and four irrigation regimes were conducted to control lower irrigation limits of 25 kPa (W1), 35 kPa (W2), 45 kPa (W3) and 55 kPa (W4), respectively. The N2O and NO emission were monitored in-situ simultaneously by using closed static chamber-gas chromatography and NOxanalyzer, respectively. 【】The soil N2O and NO emission fluxes of different irrigation regimes varied between -34.46–1 671.78 μg N·m-2·h-1and 6.83–269.89 μg N·m-2·h-1in tomato growing season, respectively. The peak periods of N2O and NO emissions were synchronous and mainly occurred after fertilization and irrigation, and NO/N2O was less than 1 for each treatment. The cumulative soil N2O and NO emissions were the lowest under W2and W1treatments (＜0.01) respectively, and the total N2O+NO emissions for each treatment were W4＞W3＞W1＞W2. Compared with W1, W3and W4treatments, tomato yields under W2treatment was increased by 84%, 32.4% and 12%, respectively. The yield-scaled N2O+NO emissions was the highest under W4treatment and the lowest under W2treatment (＜0.01). Repeated measurements anova of soil inorganic nitrogen and soluble organic nitrogen after fertilizations and harvest showed that except for the interaction of irrigation regime and measure time had no significant effect on the nitrite content, irrigation regimes, measure time and their interaction had a significant effect on soil inorganic nitrogen and soluble organic nitrogen (＜0.01). Redundancy and correlation analysis indicated that NO2--N, NH4+-N and WFPS could explain 55%, 32.5% and 20.7% variations of N2O and NO for greenhouse soil, which were the main influencing factors that affected N2O and NO emissions very significantly under different irrigation regimes.【】Comprehensive consideration of yield, N2O and NO emission reduction effect, W2treatment with irrigation lower limit of 35 kPa was the most appropriate irrigation management measurement for this experiment condition.

irrigation low limits; greenhouse soil; N2O emission; NO emission

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.011

2020-05-22；

2020-06-28

國家自然科學基金項目（41401322）、國家重點研發計劃項目（2016YFD0300807）

張麗媛，E-mail：zhangliyuan1027@163.com。通信作者虞娜，E-mail：sausoilyn@syau.edu.cn

（責任編輯 李云霞）