何雪霞，胡笑濤，王文娥，冉 輝，王雪夢，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]。葡萄是我國陜西關(guān)中半濕潤區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物，當(dāng)前種植面積在全國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關(guān)中半濕潤區(qū)農(nóng)田N2O的影響研究主要針對玉米、小麥等一年生作物，對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)中半濕潤區(qū)葡萄園為研究對象，設(shè)置了滴灌水肥一體化模式下不同施氮量處理，以滴灌+不施氮肥作為對照，研究氮肥用量對關(guān)中半濕潤區(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)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

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。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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)劃濕潤層深度50 cm，滴灌濕潤比為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

1.3 N2O采集與測定方法

采用靜態(tài)密閉箱-氣相色譜儀法對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，每兩次氣體取樣，取一次0～20 cm土壤樣品測定硝態(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Bran+Luebbe公司)測量。采集后的氣體在24 h內(nèi)采用氣相色譜儀(島津 GC2010-plus)進(jìn)行測定分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

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)行觀測的次數(shù)，8∶00為第一次觀測，每次觀測相隔時(shí)間為2 h，依次類推；Fa為N2O連續(xù)測量結(jié)果的日平均排放通量；Fi為第i次觀測的N2O排放通量實(shí)測值。

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方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，采用Origin2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理下N2O排放規(guī)律

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。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，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。

2.2 N2O累積排放量與排放系數(shù)

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累積排放量僅占全年排放量的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，對于葡萄生長季，除新梢生長期外，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

2.3 土壤環(huán)境因子對N2O排放通量的影響

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

3 討 論

(1)葡萄園N2O日變化規(guī)律及最佳觀測時(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時(shí)間段尤為重要。當(dāng)前大部分對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N2O通量日變化的觀測結(jié)果顯示，新梢生長期時(shí)9∶00-11∶00為最佳觀測時(shí)間，果實(shí)膨大期與著色成熟期11∶00-13∶00為最佳觀測時(shí)間。N2O季度排放規(guī)律表明，將葡萄生育期內(nèi)對N2O排放貢獻(xiàn)最大的時(shí)期確定為最佳觀測時(shí)期，對于估算年度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N2O排放的影響。李昊儒等[26]對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排放量僅降低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，這與前人的研究結(jié)果一致。

土壤含水率對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。

4 結(jié) 論