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氧化亚氮(N2O)是除二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)外最重要的受人类活动剧烈影响的温室气体,而一氧化氮(NO)是大气中主要的含氮污染物,这两种气体大气浓度的变化对气候和环境变化都有重要影响。农田是N2O和NO排放的重要源。了解相同气候环境条件下,不同农田类型两种气体排放的特征与规律,对于定量估计它们的区域排放量和制定减排对策具有重要意义。本研究采用静态暗箱.气相色谱法/化学发光法对我国重要的粮食产区——华东地区三种类型的农田(稻麦轮作农田、传统蔬菜地和大棚蔬菜地)进行了为期一周年的同步观测(但水稻生长季并未测定NO排放),研究每种类型不同施肥条件下的N20和NO的排放特征、规律及相关环境因子的影响。
对于稻麦轮作农田(2007年5月到2008年6月),施肥明显促进了水稻季和非水稻季(包括小麦季及其前后的裸土休闲期)的N2O和NO排放。常规(当地农民习惯)施肥(UN)处理的N2O和NO排放显著高于低氮(比常规处理的氮肥用量少33~40%)施肥(LN)处理(P<0.05);同时,UN和LN处理的N2O和NO排放均显著高于无氮肥对照(NN)处理(P<0.01)。整个稻麦轮作周期,UN和LN处理N2O的直接排放系数(EFd)分别为1.36%和1.28%;非水稻季两种处理NO的Efd分别为0.41%和0.32%。通过分析发现在整个观测期内,土壤温度和湿度变化仅能解释7~16%的N2O排放通量变化以及15~50%的NO排放通量变化。
传统蔬菜地的周年观测期(2007年6月到2008年5月)包含了三个完整的蔬菜生长季,依次种植苋菜、萝卜和大蒜。不同生长季的气体排放存在着较大差异,其中以萝卜季两种气体的排放量最高,施肥处理的N20和NO分别为10.51±0.34和2.45±0.02kg N ha-1,苋菜季最低,施肥处理的N2O和NO分别为1.74±0.02和0.30±0.01 kg N ha-1。所有蔬菜生长季施肥处理的N2O和NO排放均高于无氮肥对照处理(P<0.01)。不同蔬菜生长季N2O排放的EFd值变化范围为0.66~4.76%,变异系数为111%;NO排放的Efa变化范围为0.10~0.57%。全年N2O和NO的EFd分别为1.49%和0.32%。对于周年观测期内的气体日排放,土壤中温度和湿度变化可共同解释14~19%的N2O排放通量变化和70~76%的NO排放通量变化。
大棚蔬菜地的周年观测期(2007年5月到2008年5月)也包括三个完整的蔬菜生长季,依次种植大豆(只收割毛豆)、辣椒和西兰花。受上季农田残留氮素养分的影响,在大豆季和辣椒季的施肥和不施肥处理下都观测到了的明显的N2O排放峰。在西兰花生长季,施肥促进了N2O和NO的排放(P<0.01)。不同蔬菜生长季的气体排放量差异较大,其中以大豆季施肥处理的N2O排放量最高(7.26±2.25kg N ha-1),而西兰花季的NO排放量最高(1.54±0.14 kg N ha-1)。施肥处理的年N2O和NO排放量分别为12.08±0.03kg N ha-1和0.73±0.01 kg Nha-1对照处理分别为2.89±0.03kg N ha-1和0.73±0.01 kg N ha-1,当年施用氮肥的N2O和NO排放系数分别为0.42%和0.23%。对于周年观测期内的气体日排放,土壤中温度和湿度变化只能共同解释28~36%的N2O通量变化和33~36%的NO通量变化。
以上结果为估计区域农田N2O和NO排放量提供了不同农田类型的排放系数观测值。