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氧化亚氮(N20)和氮氧化物(NOx,包括NO和NO2)在全球氮素循环过程中起着十分重要的作用,由其所带来的区域性和全球性环境问题受到了人们的极大关注。农业生态系统被认为是N20和NOx排放的主要人为排放源,虽然目前关于对大宗粮食作物(如水稻、小麦、玉米)农田系统N2O和NO排放观测进行了大量研究,但是对大棚菜地系统N20和NOx排放的同步观测研究还鲜有报道。同时,近年来生物质炭的田间施用作为农田生态系统一种有效的N20和NO减排措施受到了越来越多人的关注。但是,生物质炭对N20和NO的减排效果还与生物质炭施用量、土壤类型及制备原料密切相关。本文主要通过室内培养实验和田间原位观测试验,探讨生物质炭施用对我国不同pH农田土壤N2O的减排效应以及对大棚菜地系统N20和NOx排放的影响效应。室内培养实验通过采集我国四种不同pH农田土壤,进行氮肥与生物质炭添加与不添加的试验处理,探讨生物质炭对不同pH 土壤N20的减排效应,进一步分析了不同利用方式下土壤pH与N2O排放之间的关系。大棚菜地田间试验以我国南京郊区典型大棚菜地为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱/NOx分析法田间原位同步观测N2O、NO和N02的排放通量,探讨氮肥及生物质炭施用对大棚菜地系统N2O、NO和N02排放的影响,进一步揭示大棚菜地系统N20和NOx排放规律及其与土壤因素之间的关系。主要研究结果如下:1)培养实验研究结果表明,不添加外源氮肥情况下,N2O排放与不同利用方式下土壤pH呈负相关关系;添加外源氮肥情况下,N20排放与不同利用方式下土壤pH呈显著正相关关系。同时,氮肥、生物质炭及不同利用方式土壤均能显著影响土壤N20的排放。生物质炭施用能够显著降低供试土壤N20排放量,特别是在偏酸性土壤中对N2O排放的抑制效果更为显著。2)N2O、NO和N02排放均受蔬菜品种和轮作模式的显著影响,表现为明显的季节和年际变化特征。2012.8-2013.8的青椒-西红柿-小青菜轮作系统中,青椒季和西红柿季N20排放量占年排放总量80%以上;氮肥施用条件下N2O排放量为13.25-17.14kg N20-N ha-1,N20 背景排放量为 4.48 kg N2O-N ha-1。2013.8-2014.8 的西红柿-小青菜-毛豆轮作系统中,N20排放量季节变化表现为毛豆季>西红柿季>小青菜季,NO排放量季节变化表现为西红柿季>毛豆季>小青菜季;氮肥施用条件下N20和NO排放量分别为 10.13-16.47 kg N20-N ha-1 和 5.79-10.81 kg NO-N ha-1 N20 和 NO 背景排放量分别为4.41 kg N20-N ha-1和1.26 kg NO-N ha-1。同时,本研究中菜地土壤表现为N02排放的一个汇。3 ) N2O和NO排放系数受蔬菜品种和轮作模式的显著影响,表现为明显的季节和年际变化特征。2012.8-2013.8的青椒-西红柿-小青菜轮作系统中,N20季节排放系数变化范围为0.76-2.98%,不同蔬菜品种排放系数变化大小顺序为西红柿季>青椒季>小青菜季,N20年排放系数为1.33-1.92%。2013.8-2014.8的西红柿-小青菜-毛豆轮作系统中,N20季节排放系数变化范围为0.64-5.00%,不同蔬菜品种N20排放系数变化大小顺序为毛豆季>西红柿季>小青菜季;而NO季节排放系数变化范围为0.62-2.64%,不同蔬菜品种NO排放系数变化大小顺序为毛豆季>西红柿季>小青菜季。N20和NO年排放系数分别为1.07-1.91%和0.96-1.35%。4 ) 土壤湿度和土壤矿质氮含量是大棚菜地N2O和NO排放的两个主要影响因素。N2O排放与土壤湿度呈显著指数相关关系,NO-N/(N2O+NO ) -N和NO-N/N2O-N与土壤湿度呈显著线性相关关系。且当土壤水分低于61%WFPS时,本研究中NO排放超过N20排放,进一步印证了 NO/N20或NO-N/ (N20+NO) -N可以作为大棚菜地土壤硝化作用和反硝化作用过程产生N20和NO强弱的指标。同时,N20和NO排放与土壤矿质氮含量呈显著线性相关关系。5 )生物质炭施用显著降低大棚菜地系统N20和NO排放量和排放系数,而对NO2排放影响不明显。2012.8-2013.8的青椒-西红柿-小青菜轮作系统中,40tha-1生物质炭施用量显著降低了 N2O年排放量22.69%,其中对小青菜季N20排放量减排达31.27%,同时显著降低了 N20年排放系数31%。2013.8-2014.8的西红柿-小青菜-毛豆轮作系统中,氮肥不同施用量下40 t ha-1生物质炭施用分别显著降低了 N20和NO年排放量10-19%和13-19%,其中对西红柿季N20和NO减排效果最为显著,小青菜季次之。与此同时,在当地常规氮肥施用量下,生物质炭不同施用量对N2O减排效果依次为F+B2 (20 t ha-1) >F+B3 (40 t ha-1) >F+B1 (10 t ha-1),对 NO 减排效果依次为 F+B1(10 t ha-1) >F+B2 (20t ha-1) >F+B3 (40t ha-1)。综合而言,20t ha-1 生物质炭施用量对大棚菜地N20和NO综合减排效果最为显著,且对蔬菜增产效果最为明显。6 ) N20和NO排放与氮肥施用量呈显著正线性相关关系,而N02排放与氮肥施用量呈显著负线性相关关系。在本研究中2013.8-2014.8的西红柿-小青菜-毛豆轮作系统三个氮肥施用量处理中,氮肥施用量减少1/3处理(F-L)的施肥量最低,却表现为蔬菜产量最高以及最少的N2O和NO排放量,说明对当地农户常规施肥量减少1/3可以作为我国大棚菜地增产减排的一项有效措施。全文结论:1.不添加外源氮肥情况下,N20排放与不同利用方式下土壤pH呈负相关关系;添加外源氮肥情况下,N20排放与不同利用方式下土壤pH呈显著正相关关系。生物质炭施用能够显著降低不同pH农田土壤N20排放量,特别是在偏酸性土壤中对N20排放的抑制效果更为显著。2. N2O、NO和N02排放均受蔬菜品种和轮作模式的显著影响,表现为明显的季节和年际变化特征,氮肥施用和灌溉是大棚菜地N20和NO排放的两个重要影响因素。3. N20和NO排放与氮肥施用量呈显著正线性相关关系,而N02排放与氮肥施用量呈显著负线性相关关系。同时,常规氮肥施用量减少1/3处理(F-L/F-L+B)表现为蔬菜产量最高以及最少的N20和NO排放量。4.生物质炭施用显著降低大棚菜地N2O和NO排放量和排放系数,而对N02排放基本没有影响。同时,在当地常规氮肥施用量下,20 tha-1生物质炭施用量对大棚菜地N20和NO综合减排效果最为显著,且对蔬菜增产效果最为明显。