何雪霞,胡笑濤,王文娥,冉 輝,王雪夢(mèng),余昭君
(西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)
一氧化二氮(N2O)是大氣中主要的溫室氣體之一,其在100年尺度上的全球增溫潛勢(shì)是CO2的263倍[1],同時(shí)也被證明是消耗臭氧的主要物質(zhì)[2],對(duì)全球氣候變化起到重要作用。自工業(yè)革命以來,大氣中N2O增加了20%[3],到2017年,青海瓦里關(guān)全球大氣本底站監(jiān)測(cè)的N2O平均濃度已經(jīng)上升至過去80 萬a來的最高水平。農(nóng)田土壤是N2O的主要排放源[4,5],施肥作為影響農(nóng)田可持續(xù)利用的深刻措施,是影響N2O排放的主要因素,其中氮肥的使用為N2O的排放貢獻(xiàn)了60%[6]。研究表明,當(dāng)?shù)适┯昧砍^作物的需求時(shí),N2O排放量會(huì)隨N余量的增加呈指數(shù)形式急劇增加[7-10]。葡萄是我國(guó)陜西關(guān)中半濕潤(rùn)區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物,當(dāng)前種植面積在全國(guó)葡萄種植面積中躍居第三,在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中具有重要地位。條溝施肥是該地區(qū)普遍應(yīng)用的施肥方式,超過70%的農(nóng)戶施用氮肥量大于350 kg/hm2[11],嚴(yán)重高于葡萄實(shí)際需氮量,這不僅降低氮肥利用率,同時(shí)也增加N2O等溫室氣體的排放,造成一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)降低氮肥施用量對(duì)葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)影響并不顯著,因此,在保證葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的同時(shí),研究葡萄園土壤N2O排放規(guī)律對(duì)減緩全球氣候變暖,推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
滴灌水肥一體化技術(shù)能將水肥均勻、適量、精確地輸送到作物根部土壤,保證養(yǎng)分被根系快速吸收,有效提高氮肥利用率,且能通過改變土壤通氣性、水分運(yùn)移及有效氮分布情況影響土壤硝化和反硝化過程[12-14],從而影響N2O的排放。目前,關(guān)于滴灌水肥一體化對(duì)關(guān)中半濕潤(rùn)區(qū)農(nóng)田N2O的影響研究主要針對(duì)玉米、小麥等一年生作物,對(duì)于葡萄這一多年生作物農(nóng)田土壤N2O周年排放特征的研究鮮有報(bào)道,并且對(duì)滴灌水肥一體化模式下不同施氮量農(nóng)田土壤N2O排放規(guī)律和特征的研究較少。因此,本研究以關(guān)中半濕潤(rùn)區(qū)葡萄園為研究對(duì)象,設(shè)置了滴灌水肥一體化模式下不同施氮量處理,以滴灌+不施氮肥作為對(duì)照,研究氮肥用量對(duì)關(guān)中半濕潤(rùn)區(qū)葡萄園土壤N2O排放特征的影響及該模式下N2O排放與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系,以期為指導(dǎo)關(guān)中半濕潤(rùn)區(qū)葡萄園合理施氮及制定溫室氣體的減排措施提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)于2018-2019年在陜西省楊陵示范區(qū)唯爾葡萄莊園進(jìn)行。試驗(yàn)地位于陜西關(guān)中平原中部(北緯38°18′,東經(jīng)108°40′),海拔521 m。多年平均降雨量635.1 mm,年蒸發(fā)量900~1 100 mm。多年平均氣溫12.9 ℃,年累積日照時(shí)數(shù)1 900 h,全年>10 ℃有效積溫3 800 ℃,屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)氣候。土壤類型為黏性黃土,表層(0~20 mm)土壤有機(jī)質(zhì)13.49 g/kg,速效氮34.71 mg/kg,pH為7.34。田間持水量為0.30 cm3/cm3,土壤容重1.43 g/cm3。
供試葡萄品種為“戶太8號(hào)”。試驗(yàn)設(shè)置滴灌水肥一體化技術(shù)模式下不施氮(N0)、傳統(tǒng)施氮量的2/3(155 kg/hm2,N155)和傳統(tǒng)施氮量(232 kg/hm2,N232)3個(gè)施氮處理,每個(gè)處理3次重復(fù),共9個(gè)小區(qū),隨機(jī)區(qū)組排列,試驗(yàn)小區(qū)總面積為360 m2(見表1)。試驗(yàn)于2018年11月施用牛糞作為基肥,追肥分別在葡萄新梢生長(zhǎng)期、果實(shí)膨大期及著色成熟期進(jìn)行,氮肥種類為尿素(N 46%),施氮方式為隨滴灌施入,滴灌采用一管一行的布置方式,灌水定額根據(jù)土壤含水量上下限控制,上限為田間持水量,下限為70%田間持水量,計(jì)劃濕潤(rùn)層深度50 cm,滴灌濕潤(rùn)比為30%。各處理磷肥、鉀肥施用量保持一致,其中磷肥為磷酸二銨(N 21%、P2O553%),鉀肥為硫酸鉀(K2O 51%)。具體施肥時(shí)間和施肥量見表1,其余田間管理措施按葡萄園常規(guī)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。
表1 葡萄園施肥時(shí)期和施肥量 kg/hm2
采用靜態(tài)密閉箱-氣相色譜儀法對(duì)N2O氣體進(jìn)行采集與分析。采樣箱由底座和箱體組成,在試驗(yàn)小區(qū)中部埋入不銹鋼底座,底座上部鉚接凹槽,整個(gè)生長(zhǎng)季不再移動(dòng);采樣箱箱體尺寸為50 cm×50 cm×50 cm,由不銹鋼材料制成,外覆隔熱材料(泡沫聚苯乙烯),左側(cè)裝有1個(gè)用于充分混合箱內(nèi)氣體的小風(fēng)扇[15]。采集氣體時(shí)向底座水槽內(nèi)注滿水以保證良好的密封性,連接風(fēng)扇電源,密封后立即用50 mL注射器從氣體采集接口抽取氣體,氣體樣品直接密封于注射器中,每隔10 min取樣一次,共取樣4次,并同步記錄采樣時(shí)間和箱內(nèi)溫度。作物生育期每隔15 d采樣一次,滴灌施肥后第1、3、5、7 d采樣;每次20 mm以上日降雨后逐日采樣3天;非生育期30 d采樣一次。為了便于比較和消除日變化導(dǎo)致的通量差異,采樣時(shí)間集中在9∶00-11∶00,每次采集氣體的同時(shí)同步記錄氣溫、5和10 cm深度處地溫及0~20 cm深度土壤含水率,每?jī)纱螝怏w取樣,取一次0~20 cm土壤樣品測(cè)定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量,取樣時(shí)在底座附近用土鉆取三點(diǎn)混合,硝態(tài)氮與銨態(tài)氮均采用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀 (德國(guó)Bran+Luebbe公司)測(cè)量。采集后的氣體在24 h內(nèi)采用氣相色譜儀(島津 GC2010-plus)進(jìn)行測(cè)定分析。
土壤N2O排放通量計(jì)算公式為[16]:
(1)
式中:F為N2O的排放通量,μg/(m2·h);ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2O氣體的濃度,1.96 g/L;V為采樣箱箱體體積,m3;A為箱體覆蓋面積,m2;273為絕對(duì)零度的攝氏溫度,℃;T為采樣箱內(nèi)溫度,℃;dc/dt為采樣箱內(nèi)N2O氣體濃度變化速率,μL/(L·min)。
矯正系數(shù)指日平均排放通量與某一時(shí)刻排放通量的比值[17],一天中各時(shí)刻N(yùn)2O排放通量的矯正系數(shù)計(jì)算公式為:
(2)
式中:C為矯正系數(shù);i=1,2,…,6,為一天中進(jìn)行觀測(cè)的次數(shù),8∶00為第一次觀測(cè),每次觀測(cè)相隔時(shí)間為2 h,依次類推;Fa為N2O連續(xù)測(cè)量結(jié)果的日平均排放通量;Fi為第i次觀測(cè)的N2O排放通量實(shí)測(cè)值。
采用線性內(nèi)插法計(jì)算N2O累積排放通量,計(jì)算公式為:
(3)
式中:M為N2O累積排放量,kg/hm2;F為N2O排放通量,μg/(m2·h);i為采樣次數(shù);t為采樣時(shí)間,d。
N2O排放系數(shù)(因子)是指肥料中的氮素以N2O氣體形式損失的氮的百分比(%),即《IPCC 2006國(guó)家溫室氣體清單指南》中的“emission factor”,其計(jì)算方法為:
(4)
式中:E為施肥處理生育期N2O累積排放量;E0為不施肥處理生育期N2O背景累積排放量;N為施入的氮肥總量。
為了與國(guó)際保持一致,將土壤體積含水率轉(zhuǎn)化為土壤孔隙含水率(Water-filled Pore Spaces,WFPS),計(jì)算方法[18]為:
(5)
式中:θv為土壤體積含水率,%;BD為土壤容重,g/cm3;2.65為土壤密度,g/cm3。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理后,采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析,采用LSD方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較,采用Origin2018作圖。
2.1.1 N2O排放通量日變化規(guī)律
不同生育期各施氮處理下葡萄園土壤N2O排放通量的日變化特征如圖1所示,不同施氮處理下葡萄園土壤N2O排放通量變化趨勢(shì)基本一致,均呈現(xiàn)多峰的日變化特征。不同生育時(shí)期N2O排放日變化存在較大差異,新梢生長(zhǎng)期時(shí),8∶00-12∶00,隨著土壤溫度的上升,各處理N2O排放通量逐漸上升,N155和N232處理在10∶00達(dá)到第一個(gè)排放峰,N0處理N2O排放通量上升速度較緩,在12∶00達(dá)到一天中第一個(gè)排放峰。隨后均隨著地溫的升高而逐漸下降。地溫在14∶00達(dá)到最高,此時(shí)N2O排放出現(xiàn)低谷,可能是由于溫度過高抑制了土壤微生物的活動(dòng),從而降低了N2O的排放通量。隨著土壤溫度的降低,N232處理N2O排放通量迅速上升,在16∶00達(dá)到一天中的最高排放峰109.21 μg/(m2·h),N155和N0處理則在18∶00達(dá)到一天中的最高排放峰,分別為111.34,32.35 μg/(m2·h),當(dāng)溫度下降到與早晨8:00相近時(shí),各處理N2O排放通量也隨之降低至相近水平。果實(shí)膨大期各處理N2O第一次排放峰出現(xiàn)在12∶00,16:00時(shí)地溫達(dá)到最高溫度31.25 ℃,N232處理N2O排放通量迅速升高,N0處理與N155處理N2O排放通量變化幅度則較小,可能是由于N232處理的底物濃度大,微生物活動(dòng)更為劇烈。N2O的產(chǎn)生與排放受到諸多環(huán)境因素的綜合影響,由于6月21日降雨造成了葡萄園土壤水分的變化,土壤溫度不再是影響N2O排放的主要因素,但因缺乏土壤水分相關(guān)數(shù)據(jù),其具體影響機(jī)制后續(xù)還有待深入研究。著色成熟期N2O通量日變化主要受溫度影響,但隨土壤溫度變化幅度較為平緩。
圖1 不同施氮處理N2O排放通量與5 cm地溫日變化Fig.1 Diurnal variation of N2O emission flux and ground temperature at 5cm under different nitrogen application treatments
由上述分析可知,不同生育期葡萄園土壤N2O排放通量具有較大的差異性,為了提高觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度,應(yīng)在該生育期內(nèi)選擇一天中最具代表性的時(shí)刻進(jìn)行觀測(cè)。葡萄不同生育期N2O排放通量矯正系數(shù)在一天的分布情況如圖2所示,新梢生長(zhǎng)期時(shí)N2O排放通量的矯正系數(shù)在9∶00-11∶00時(shí)接近于1,說明在該時(shí)段內(nèi)的N2O排放通量最能代表一天的N2O平均排放通量,即9∶00-11∶00為該地區(qū)葡萄新梢生長(zhǎng)期溫室氣體研究中采集N2O氣體的最佳時(shí)間,同理可得11∶00-13∶00為葡萄果實(shí)膨大期和著色成熟期采集N2O氣體的最佳時(shí)間。
圖2 不同生育期N2O排放通量矯正系數(shù)日變化Fig.2 Diurnal variation of correction coefficients of N2O emission flux in different growth periods
2.1.2 不同施氮處理下葡萄園N2O季節(jié)排放規(guī)律
由圖3可以看出,不同施氮處理下葡萄園土壤N2O排放通量存在明顯的季節(jié)變化特征。葡萄萌芽期前各施氮處理下N2O通量呈現(xiàn)平穩(wěn)排放的趨勢(shì),各處理間排放通量無顯著差異,均低于25 μg/(m2·h)。201 9年4月中旬后各處理N2O排放通量隨著溫度的回升逐漸上升。整個(gè)生育期內(nèi)處理間N2O排放通量呈現(xiàn)顯著的差異,2019年9月生育期結(jié)束后,各處理N2O排放通量逐漸減小至相似水平。
圖3 不同施氮處理N2O平均排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic change of N2O average emission flux under different nitrogen application treatments
葡萄生育期內(nèi)不同施氮處理下N2O排放通量存在顯著差異。整體上,不施氮處理(N0)N2O排放通量變化較為平緩,施氮處理(N155、N232)N2O排放通量變化趨勢(shì)一致,在整個(gè)生育期內(nèi)出現(xiàn)一次小的排放峰和兩次排放高峰。5月1日對(duì)葡萄園進(jìn)行第一次追肥后,N155和N232處理N2O通量出現(xiàn)了第一次短暫的排放峰,最高值分別達(dá)到77.13和127.63 μg/(m2·h),N155處理N2O排放量接近不施肥處理(N0),這可能和5月4日-5月6日的較大降雨(>20 mm)有關(guān),剛施入土壤中的大量氮素隨著水分的滲漏被帶走,土壤中供微生物作用產(chǎn)生N2O的底物濃度減少,導(dǎo)致施肥后N2O排放量增長(zhǎng)不明顯。第二次排放峰出現(xiàn)在果實(shí)膨大期追肥后的第3 d(6月8日),3個(gè)處理N2O排放通量分別為438、193、74 μg/(m2·h),排放峰持續(xù)5 d左右,開始逐漸下降,在12 d左右后各施肥處理N2O排放通量開始與不施肥處理相接近。第三次排放高峰出現(xiàn)在著色成熟期施肥后第3 d(7月13日),N232處理下N2O排放峰值高達(dá)669.78 μg/(m2·h),分別為N155處理和N0處理N2O排放峰值的2.81倍和8.01倍,第9 d后各施氮處理N2O排放量降低至與施肥前水平一致。N0處理下N2O排放通量與施氮處理變化規(guī)律相似,可能是由于N0處理同樣進(jìn)行了滴灌灌水,適宜的水分促進(jìn)了土壤微生物的活性,但由于底物濃度不足,僅出現(xiàn)了3次較小的排放峰。7月29日的大雨過后,土壤水分迅速增加,土壤中殘留部分氮素,反硝化反應(yīng)增強(qiáng),導(dǎo)致N155處理與N232處理的N2O排放通量在7月30日時(shí)出現(xiàn)了小幅度的增加,隨后隨著生育期的結(jié)束N2O排放通量逐漸降低并接近不施氮處理。
表2為2018年9月至2019年10月葡萄園土壤N2O累積排放量,非生育期內(nèi)N0、N155和N232處理N2O累積排放量?jī)H占全年排放量的38.09%、45.87%和31.82%,說明葡萄生育期為N2O排放的主要時(shí)期。不施氮處理下果實(shí)膨大期N2O累積排放量最高,占葡萄全生育期N2O累積排放量的34.98%,其次為新梢生長(zhǎng)期和著色成熟期,各生育時(shí)期N2O累積排放量差異不顯著。N155處理和N232處理下3個(gè)生育時(shí)期N2O累積排放量存在顯著性差異,著色成熟期N2O累積排放量占葡萄全生育期N2O累積排放量的比例分別為40.48%和45.75%,說明施氮條件下葡萄著色成熟期為N2O排放的關(guān)鍵時(shí)期。
進(jìn)一步分析表2可得,N2O累積排放量隨著施氮量的增加而增加,不同施氮處理之間N2O累積排放量存在顯著差異。方差分析結(jié)果表明,對(duì)于葡萄生長(zhǎng)季,除新梢生長(zhǎng)期外,N155和N232處理的N2O累積排放量顯著高于N0處理,尤其是N232處理,3個(gè)生育時(shí)期N2O累積排放量分別為不施氮處理的1.34、2.57、3.56倍。葡萄非生育期施氮處理間N2O累積排放量無顯著性差異,但仍比N0處理高出1.07~1.12 kg/hm2,可能是由于土壤中還殘留部分氮素,繼續(xù)為土壤微生物的硝化作用與反硝化作用提供反應(yīng)底物,導(dǎo)致葡萄非生長(zhǎng)季N2O的持續(xù)排放。生育期與非生育期N2O累積排放量的總和為葡萄園全年N2O累積排放量,不同施氮處理間葡萄園土壤N2O年累積排放量仍具有顯著差異,N155與N232處理N2O年累積排放量分別為N0處理的1.7倍、2.3倍,表明氮肥用量的增加促進(jìn)了葡萄園土壤N2O的排放。N155和N232處理N2O排放系數(shù)分別為0.51%、0.79%,說明當(dāng)提高氮肥用量時(shí),所施入的氮素以N2O形式損失的比例也隨之增加。
表2 不同氮肥處理下葡萄園N2O累積排放量Tab.2 Cumulative N2O emissions from vineyards under different nitrogen application treatments
表3 N2O排放通量與土壤環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficient between N2O emission flux and soil environmental factors
(1)葡萄園N2O日變化規(guī)律及最佳觀測(cè)時(shí)間。本研究表明,不同施氮處理下葡萄3個(gè)重要生育期N2O排放通量均呈現(xiàn)多峰的變化特征,并隨著5 cm地溫升到最高時(shí)出現(xiàn)排放低谷,這與王樂等[19,20]的研究結(jié)果相同。而徐鈺等[21]觀測(cè)設(shè)施菜地不同季節(jié)N2O排放日變化的結(jié)果表明,N2O排放通量呈明顯的單峰型日變化規(guī)律,且排放峰值一般比氣溫峰值滯后2 h,邱煒紅[22]對(duì)菜地土壤溫室氣體N2O排放特征的研究也發(fā)現(xiàn)N2O排放通量在溫度最高時(shí)達(dá)到排放峰。這可能是由于該研究階段土壤溫度達(dá)到最高時(shí)仍低于30 ℃,當(dāng)土壤水分變化較小時(shí),N2O排放主要受溫度的影響,而這一溫度并未對(duì)硝化過程產(chǎn)生抑制作用,導(dǎo)致葡萄園土壤N2O排放通量日變化與前人研究結(jié)果存在差異。此外,N2O排放通量日變化規(guī)律還受到作物種類、天氣條件等的綜合影響,為確保準(zhǔn)確估算葡萄園年度N2O累積排放量,選擇具有代表性的觀測(cè)時(shí)間段尤為重要。當(dāng)前大部分對(duì)N2O排放通量的研究中采樣時(shí)間均固定在9∶00-11∶00[16,23,24],而N2O排放通量的最適宜的采樣時(shí)間往往隨著作物生育時(shí)期的變化而變化,肖萬里等[25]研究表明設(shè)施菜田土壤N2O排放通量的最佳觀測(cè)時(shí)間在追肥前應(yīng)保持在8∶00-10∶00,追肥后則保持在9∶00-11∶00;徐鈺等[21]研究設(shè)施菜地土壤N2O排放規(guī)律發(fā)現(xiàn),春季和秋季最佳觀測(cè)時(shí)間分別在21∶00和18∶00-21∶00,夏季和冬季則為16∶00-18∶00和10∶00-次日6∶00。本研究分別選擇3個(gè)重要生育期典型晴天對(duì)N2O通量日變化的觀測(cè)結(jié)果顯示,新梢生長(zhǎng)期時(shí)9∶00-11∶00為最佳觀測(cè)時(shí)間,果實(shí)膨大期與著色成熟期11∶00-13∶00為最佳觀測(cè)時(shí)間。N2O季度排放規(guī)律表明,將葡萄生育期內(nèi)對(duì)N2O排放貢獻(xiàn)最大的時(shí)期確定為最佳觀測(cè)時(shí)期,對(duì)于估算年度N2O排放具有重要意義。但本研究由于僅選擇了典型晴天作為代表,并不能代表雨天和陰天的觀測(cè)結(jié)果,需進(jìn)一步分析陰天和雨天的N2O排放日變化規(guī)律,以提高N2O累積排放通量估算的準(zhǔn)確度。
(2)滴灌水肥一體化施氮量對(duì)N2O排放的影響。李昊儒等[26]對(duì)不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麥農(nóng)田溫室氣體排放的研究表明,滴灌水肥一體化模式與傳統(tǒng)灌溉施肥模式下N2O排放量分別為1.2、1.26 kg/hm2,劉巧等[27]人也發(fā)現(xiàn),滴灌水肥一體化條件下葡萄園土壤N2O累積排放量較傳統(tǒng)施氮方式相比降低41.3%。在同等施氮水平下,本研究N2O累積排放量與劉巧等人的研究結(jié)果一致,這可能是由于滴灌水肥一體化方式改變了水肥在土壤中的分布狀況,實(shí)現(xiàn)水肥精準(zhǔn)輸送,促進(jìn)作物根系對(duì)水肥的吸收,從而有效降低土壤N2O排放。
氮肥能增加耕地土壤中的N2O排放,因?yàn)樗鼮橥寥乐形⑸锘顒?dòng)產(chǎn)生N2O的過程提供了反應(yīng)基質(zhì)[28]。一般認(rèn)為,N2O排放量隨著施氮量的增加而顯著增加,Guzman-Bustamante 等[29]研究氮肥用量對(duì)冬小麥土壤N2O排放的影響,發(fā)現(xiàn)0、120、180、240 kg/hm2施氮量下的N2O排放量分別為12.5、18.2、24.1、29.2 kg/hm2,本研究觀測(cè)結(jié)果證明了這一點(diǎn)(圖1),隨著施氮量的增加,生育期排放峰出現(xiàn)顯著差異。而王旭燕等[30]發(fā)現(xiàn)不施氮處理和低施氮處理之間這種上升趨勢(shì)并不明顯,只有當(dāng)?shù)剡_(dá)到最大值210 kg/hm2時(shí)N2O排放通量才會(huì)顯著高于低施氮水平。這與我們新梢生長(zhǎng)期時(shí)研究結(jié)果一致,葡萄在新梢期時(shí)N0處理與N155處理下N2O排放量并無顯著差異(表2),N232和其余兩個(gè)氮肥處理均存在顯著性差異,這可能是與氮肥施用量水平范圍有關(guān),當(dāng)?shù)适┯昧克捷^低時(shí),氮肥用量對(duì)N2O的排放量影響并不顯著。Shcherbak等[31]利用Hoden模型模擬多年生草地氮肥施用量對(duì)N2O的影響,結(jié)果表明將氮肥施用量從50 kg/hm2降低到不施肥,每公頃的N2O排放量?jī)H降低0.28 kg,但一旦超過一定的范圍,排放量就會(huì)迅速增加[30,31],可能是該施氮量下大部分養(yǎng)分被植物有效地吸收利用,僅留下較少的肥料供微生物利用轉(zhuǎn)化為N2O。Mesfin[33]在蘋果園的兩年試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。
(3)土壤環(huán)境因子對(duì)N2O排放的影響。土壤N2O的排放受到土壤環(huán)境因素的綜合影響。土壤溫度被認(rèn)為是影響土壤N2O排放的關(guān)鍵性因素,大量研究表明,農(nóng)田土壤N2O的排放通量隨著土壤溫度的變化具有明顯的季節(jié)變化和晝夜變化特征[35,36],N2O年排放通量與土壤溫度呈現(xiàn)顯著相關(guān)性[37],本研究中周年內(nèi)不同施氮處理N2O排放通量與5 cm地溫及10 cm地溫均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性(p<0.01),這與前人的研究結(jié)果一致。也有研究表明,土壤微生物活動(dòng)存在適宜的溫度范圍,當(dāng)土壤溫度超過該閾值后,硝化及反硝化過程受到限制,隨著溫度的升高N2O排放量反而下降[38]。朱兆良等[39]研究發(fā)現(xiàn)15~35 ℃是硝化作用微生物活動(dòng)的適宜溫度范圍,其中最佳范圍為25~35 ℃,當(dāng)溫度低于5 ℃或高于40 ℃時(shí)都會(huì)抑制硝化作用過程;反硝化微生物所要求的適宜的活動(dòng)溫度為5~75 ℃,最適溫度范圍為30~67 ℃。本文中不同生育時(shí)期晴天時(shí)N2O排放日變化結(jié)果表明(圖1),當(dāng)土壤溫度在30~35 ℃時(shí),N2O排放量達(dá)到一天當(dāng)中的峰值,超過40 ℃后,N2O排放量呈下降趨勢(shì),這與前人的研究結(jié)果一致。
土壤含水率對(duì)N2O的產(chǎn)生與擴(kuò)散也有重要的影響,降雨和灌溉事件所引起的土壤水分增加能促進(jìn)N2O的產(chǎn)生與排放。Granli and Bockman[40]研究認(rèn)為,盡管土壤中硝化過程與反硝化過程同時(shí)發(fā)生,當(dāng)充水孔隙空間(WFPS)在30%~70%之間時(shí),硝化作用可能是N2O排放的主要來源,WFPS在70%~90%,N2O則主要由反硝化作用產(chǎn)生。Wagner-Riddle等[41]研究發(fā)現(xiàn),小麥地N2O排放通量在春季雪融化后達(dá)到峰值,這歸因于融雪后土壤含水率增加,反硝化作用增強(qiáng),激發(fā)了N2O的產(chǎn)生與排放。本研究結(jié)果顯示,葡萄生育期不施氮處理N2O排放高峰均出現(xiàn)在滴灌及降雨(>20 mm)后(圖3),各處理N2O排放通量與0~20 cm土壤孔隙含水率呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),說明灌溉和降雨后土壤含水率的變化是影響葡萄園土壤N2O的產(chǎn)生與排放的重要因素之一。