北方設(shè)施菜地土壤N2O排放通量日變化及最佳觀測(cè)時(shí)間確定*

徐 鈺，劉兆輝，石 璟，魏建林，李國(guó)生，王 梅，江麗華

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北方設(shè)施菜地土壤N2O排放通量日變化及最佳觀測(cè)時(shí)間確定*

徐 鈺，劉兆輝，石 璟，魏建林，李國(guó)生，王 梅，江麗華**

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南250100）

選擇不同季節(jié)的4個(gè)N2O高排放通量日（2012年8月28日和12月27日、2013年3月14日和6月14日），利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法對(duì)設(shè)施菜地土壤N2O排放通量進(jìn)行連續(xù)24h原位觀測(cè)，以探討其日變化特征，并確定1d內(nèi)的最佳觀測(cè)時(shí)間。結(jié)果表明，設(shè)施菜地施肥后(2012年12月27日除外)N2O排放通量呈明顯的單峰型日變化規(guī)律，排放峰值一般出現(xiàn)在14：00左右，比氣溫峰值時(shí)間滯后約2h。同茬作物基肥后第13天與追肥后第2天相比，前者N2O日排放通量峰值和日均排放通量分別較后者高3.4～12.9倍和6.8～7.0倍。相關(guān)分析表明，4個(gè)典型日內(nèi)，僅2012年12月27日的N2O排放通量與氣溫、3cm地溫和10cm地溫?zé)o顯著相關(guān)，其它日均呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明觀測(cè)日土壤溫度處于N2O形成適宜范圍內(nèi)，且氣溫日較差較大時(shí)，溫度才是影響N2O排放通量日變化的主要因素。對(duì)24h內(nèi)N2O排放通量的矯正分析結(jié)果表明，2012年8月28日和12月27日、2013年3月14日和6月14日分別在18：00-21：00、10：00-次日6：00、21：00、16：00-18：00的觀測(cè)值，可以代表當(dāng)天的N2O排放通量。若在其它時(shí)段采樣，應(yīng)進(jìn)行有效的矯正處理，否則會(huì)導(dǎo)致對(duì)典型日N2O排放的估計(jì)偏高13.4%～240%或偏低13.1%～64.5%。

設(shè)施菜地；N2O排放；原位觀測(cè)；最佳觀測(cè)時(shí)間；矯正系數(shù)

氧化亞氮（N2O）被認(rèn)為是除二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）外，最重要的溫室氣體之一，因其極強(qiáng)的溫室效應(yīng)和對(duì)平流層O3的消耗作用越來(lái)越受到重視。在已知的N2O全球排放源中，80%～90%的N2O來(lái)源于土壤[1]，其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中釋放的N2O約占50%[2]。設(shè)施菜地復(fù)種指數(shù)高，施肥灌溉量大且頻繁，加之獨(dú)有的“半封閉、高溫高濕”的小氣候特性，使其成為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要的N2O排放源[3-4]。近年來(lái)，中國(guó)設(shè)施蔬菜發(fā)展迅速，截至2010年，設(shè)施蔬菜種植面積達(dá)到467萬(wàn)hm2，占世界設(shè)施園藝面積的80%[5]。因此，設(shè)施菜地N2O排放通量的研究對(duì)準(zhǔn)確合理估算農(nóng)業(yè)溫室氣體排放具有重要意義。

設(shè)施菜地N2O季節(jié)性排放規(guī)律及其影響因素已有大量研究[6-8]，但其日變化研究卻鮮有報(bào)道。受野外條件的限制，中國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中N2O排放通量的觀測(cè)仍以靜態(tài)箱-氣相色譜法為主，為正確估算大時(shí)間尺度下（如季節(jié)、年度）N2O的排放量，進(jìn)行N2O排放通量日變化的研究尤為重要，一方面可以為靜態(tài)箱觀測(cè)法提供較為準(zhǔn)確、合理的能代表觀測(cè)日排放均值的觀測(cè)時(shí)間段；另一方面，對(duì)深入研究N2O排放機(jī)理和長(zhǎng)時(shí)間尺度條件下的排放規(guī)律具有重要作用。目前，有關(guān)N2O日變化規(guī)律及其最佳觀測(cè)時(shí)間的研究大多基于不受降水和施肥等外部因素影響，且溫度、土壤水分和作物生長(zhǎng)等因子變化范圍相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期[9-11]。然而，N2O排放通量受施肥影響并具有明顯的季節(jié)性[12]，施肥后N2O排放日變化規(guī)律與施肥前具有顯著差別，由此確定的N2O最佳觀測(cè)時(shí)間也不相同[13-14]。施肥后會(huì)引起N2O排放高峰并持續(xù)一段時(shí)間[6,15]，Yan等[16]研究表明，施肥引起的排放峰值持續(xù)時(shí)間約占當(dāng)季的22%，排放量卻占總排放量的80%以上?？梢?jiàn)，N2O排放量估算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于N2O排放高峰期內(nèi)觀測(cè)時(shí)間的選取或?qū)Σ贿B續(xù)測(cè)量結(jié)果的有效矯正。

本研究選取北方典型設(shè)施菜地，通過(guò)對(duì)菜地施肥后N2O排放高峰期內(nèi)日排放通量的實(shí)地觀測(cè)，探討N2O的日變化特征，并確定在該時(shí)間段內(nèi)的最佳觀測(cè)時(shí)間及非觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的矯正系數(shù)，以期為全面了解設(shè)施菜地N2O排放規(guī)律提供理論依據(jù)，并為研究該地區(qū)不同季節(jié)土壤N2O排放高峰期內(nèi)樣本最佳采集時(shí)間提供數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在壽光市古城街道常治官村日光溫室內(nèi)進(jìn)行（118?42′04.5"E，36?55′26.4"N），屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明，光照充足。試驗(yàn)點(diǎn)地勢(shì)平坦，土壤為褐土，0-30cm表土有機(jī)質(zhì)為16.6g·kg-1，速效磷17.5mg·kg-1，速效鉀174.0mg·kg-1，硝態(tài)氮44.4mg·kg-1，銨態(tài)氮6.7mg·kg-1，pH值7.7。

供試作物為設(shè)施番茄，品種為毛粉，一年種植兩茬，分別為秋冬茬（8月-翌年2月）和春茬（3-6月）。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生產(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行施肥、灌溉和田間管理，每茬口施有機(jī)肥30t·hm-2，化肥折合純N 720kg·hm-2，P2O5200kg·hm-2，K2O 400kg·hm-2。定植前結(jié)合整地施入基肥，包括全部有機(jī)肥和磷肥，以及40%的氮肥和鉀肥；后期根據(jù)作物長(zhǎng)勢(shì)，將剩余的氮、鉀肥平均分成6份進(jìn)行追施。根據(jù)土壤墑情進(jìn)行灌溉，畦灌，每次灌水量43.1～78.4mm。

1.2 樣品采集與分析

根據(jù)文獻(xiàn)[4,6]和前期研究（未發(fā)表數(shù)據(jù)）結(jié)果，設(shè)施菜地N2O高通量排放期發(fā)生在基肥施用后20d內(nèi)和追肥后3d內(nèi)，因此本試驗(yàn)采樣時(shí)間選取基肥后第13天和追肥后第2天，分別為2012年8月28日（秋冬茬基肥后）、2012年12月27日（秋冬茬追肥后）、2013年3月14日（春茬基肥后）和2013年6月14日（春茬追肥后），采樣當(dāng)日為晴天。取樣從當(dāng)日8：00開(kāi)始，至次日6：00結(jié)束，日間（8：00-18：00）每2h采集1次氣樣，夜間（18：00-6：00）每3h采集1次氣樣。

氣體收集分析采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，靜態(tài)箱體尺寸規(guī)格定為70cm（長(zhǎng)）×70cm（寬）×50cm（高），由不銹鋼材料制成，四面和頂部封閉，外覆絕熱材料（泡沫聚苯乙烯），箱內(nèi)頂部裝有直徑10cm的小風(fēng)扇，以保持箱內(nèi)氣體均勻，箱體采氣管線(xiàn)一端通過(guò)箱體側(cè)面取氣接頭深入箱內(nèi)10cm左右，另一端用三通閥密封。底座（70cm×70cm×25cm）用不銹鋼材料制成，周?chē)兴?，于基肥前插入地?5cm，每個(gè)底座內(nèi)種有4株番茄。采樣時(shí)將采樣箱扣在底座凹槽內(nèi)并加水密封，扣箱后用100mL塑料注射器于0、8、16、24、32min時(shí)抽取箱內(nèi)氣體，并準(zhǔn)確記錄采樣時(shí)間、氣溫、箱內(nèi)溫度、3cm地溫、10cm地溫（JM624）和土壤水分含量（TZS-1）。樣品采集后注入氣體采樣袋中儲(chǔ)存帶回實(shí)驗(yàn)室，用改進(jìn)的Agilent 7890A氣相色譜儀測(cè)定N2O含量。

氣體排放通量采用線(xiàn)性回歸法進(jìn)行計(jì)算[17]，即

F=(M/V0)×H×(dc/dt)×[273/(273+T)]×(P/P0) ×k （1）

式中，F(xiàn)為N2O氣體排放通量，即單位時(shí)間單位面積N2O-N的排放量（μg·m-2·h-1）；M為N2O氣體中氮原子的摩爾質(zhì)量（28g），V0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度273K，氣壓1013hPa）氣體的摩爾體積（22.4L）；H為采樣箱氣室高度（50cm）；dc/dt為采樣箱內(nèi)氣體濃度的變化速率（mg·L-1·min-1）；P為采樣時(shí)箱內(nèi)氣體的實(shí)際壓力（mmHg），P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（mmHg），P/P0≈1；273為絕對(duì)零度的攝氏溫度（℃），T為采樣箱內(nèi)氣溫（℃）；k為量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)（600）。

1.3 矯正系數(shù)

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[18]，計(jì)算方法為

Ri=Fa/Fi（2）

式中，Ri為矯正系數(shù)，i=1，2，3，…，10，為一天中進(jìn)行觀測(cè)的次數(shù)，8：00為第一次，依次類(lèi)推；Fa為溫室氣體連續(xù)測(cè)量結(jié)果的日平均排放通量；Fi為第i次觀測(cè)的溫室氣體排放通量實(shí)測(cè)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用Microsoft excel 2007進(jìn)行處理和作圖，采用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型日設(shè)施菜地土壤N2O排放通量的動(dòng)態(tài)變化

由圖1可見(jiàn)，除2012年12月27日（秋茬，追肥后第2天）外，其它3個(gè)代表日設(shè)施菜地N2O排放通量的日變化均具有明顯的晝高夜低的單峰型特點(diǎn)，其變化趨勢(shì)表現(xiàn)為，8：00-14：00N2O排放通量隨氣溫的升高而迅速升高，在14：00達(dá)到排放高峰，且顯著高于其它時(shí)間段的觀測(cè)值，N2O排放峰值出現(xiàn)時(shí)間比同時(shí)段氣溫最高值約推遲2h，與3cm地溫的最高值出現(xiàn)時(shí)間相吻合。14：00-16：00，隨著氣溫的下降，N2O排放通量迅速回落，然后緩慢下降，6：00-8：00降至一天中的最低值，N2O排放通量最大值與最小值的差值在381.5～2020.6μg·m-2·h-1范圍，差值可達(dá)4.7～6.6倍。2012年12月27日，秋茬追肥后N2O排放通量變化較平穩(wěn)，在10：00以后每次的觀測(cè)值基本保持在159.9～193.5μg·m-2·h-1范圍內(nèi)，未出現(xiàn)明顯的排放峰。

由同茬作物基肥和追肥后觀測(cè)結(jié)果對(duì)比可見(jiàn)，受基肥高施氮量的影響，即使基肥施入后第13天才進(jìn)行觀測(cè)，其N(xiāo)2O排放通量峰值仍遠(yuǎn)高于追肥后第2天所測(cè)峰值，秋茬基肥和追肥后典型日N2O排放通量的最大值分別為2496.4和193.5μg·m-2·h-1，前者是后者的12.9倍；春茬排放通量最大值分別為1516.3和450.1μg·m-2·h-1，前者是后者的3.4倍。

2.2 典型日設(shè)施菜地土壤N2O排放通量與溫度的關(guān)系

溫度和水分是影響N2O通量的主要環(huán)境因素[19]，但日變化觀測(cè)的時(shí)間尺度短，土壤水分的變化較小，因此，溫度就成了影響N2O排放通量的主要因子。本研究中3個(gè)典型日（2012年12月27日除外）土壤溫度介于15.7～31.9℃，在硝化和反硝化形成N2O的適宜溫度范圍之內(nèi)，氣溫、3cm地溫和10cm地溫的溫差較大，分別在10.6～17.9℃，5.2～11.8℃，4.4～6.5℃。而2012年12月27日土壤溫度均低于15℃，且氣溫、3cm地溫和10cm地溫的溫差較小，分別為5.6℃、2.2℃和0.9℃。相關(guān)分析表明（表1），3個(gè)典型日（2012年12月27日除外）N2O排放通量與氣溫、3cm地溫和10cm地溫均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系?？梢?jiàn)，土壤溫度在N2O形成適宜溫度范圍內(nèi)，且溫度日差較大時(shí)，溫度才是影響N2O排放通量日變化規(guī)律的主要因素。

表1 設(shè)施菜地土壤N2O通量與溫度的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關(guān)。

Note：*is P＜0.05,**is P＜0.01.

2.3 典型日設(shè)施菜地土壤N2O排放通量的平均值

由表2可見(jiàn)，設(shè)施菜地4個(gè)典型日的N2O日平均排放通量介于133.3～1199.8μg·m-2·h-1，大小順序依次為2012年8月28日＞2013年3月14日＞2012年12月27日＞2013年6月14日，同時(shí)可見(jiàn)，兩茬作物基肥后的N2O日平均排放通量均大于追肥后，前者是后者的7倍左右；茬口間相比表現(xiàn)為，秋冬茬基肥后和追肥后的N2O日平均排放通量分別高于春茬基肥后和追肥后，前者約為后者的1.3倍，這可能是溫度和作物生長(zhǎng)綜合作用的結(jié)果。將N2O排放通量日變化過(guò)程分為晝、夜2個(gè)時(shí)間尺度分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，4個(gè)典型日中僅2012年12月27日的N2O夜平均排放通量值超過(guò)日平均值和晝平均值，夜間的排放量占整日排放量的64.5%。其它3日均表現(xiàn)為N2O的晝平均值＞日平均值＞夜平均值，三者間差異均達(dá)顯著性水平，晝間排放量占整日排放量的51%以上?？梢?jiàn)，設(shè)施菜地N2O的日排放通量具有明顯的季節(jié)性，冬季具有較高的N2O夜間排放量，隨著氣溫的升高，N2O日間排放比例逐漸增大，夏季最高，達(dá)72.6%。

表2 不同季節(jié)典型日晝、夜N2O排放通量平均值及其排放量所占百分比

注：由于典型日所處季節(jié)不同，每天的晝、夜計(jì)算時(shí)間有差異。s1、s2、s3表示晝計(jì)算時(shí)間分別為5：00-18：00、8：00-16：00、7：00-17：00，其余為夜計(jì)算時(shí)間；小寫(xiě)字母表示同一天N2O排放通量日平均值、晝平均值和夜平均值在0.05水平上的差異顯著性。

Note: Due to the four typical days in different season, their calculation-time of daytime and night is different. s1，s2，s3 mean that the daytime is 5：00-18：00，8：00-16：00，7：00-17：00, respectively, and the rest is the night calculation time. Lowercase indicates the difference significance among daily average, daytime average and night average of N2O flux on the same day at 0.05 level.

2.4 典型日設(shè)施菜地土壤N2O排放的矯正系數(shù)及觀測(cè)時(shí)間

由連續(xù)測(cè)量結(jié)果的日平均值與每個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)值之比分別計(jì)算出4個(gè)典型日的矯正系數(shù)，結(jié)果如表3。由表可見(jiàn)，典型日設(shè)施菜地N2O排放矯正系數(shù)在0.3～2.8，呈晝低夜高的趨勢(shì)，最低值多出現(xiàn)在14：00，最高值出現(xiàn)在8：00，可見(jiàn)，矯正系數(shù)的日變化規(guī)律與N2O排放通量相反。將N2O排放觀測(cè)結(jié)果與日平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如果兩者存在顯著性差異，則需對(duì)該時(shí)段得到的結(jié)果進(jìn)行矯正；反之則可以把該時(shí)段的觀測(cè)結(jié)果作為排放結(jié)果，無(wú)需矯正。冬季氣溫較低，追肥后N2O日排放相對(duì)較少（2012年12月27日），且日較差值低，因此，日變化矯正意義不大。其它3個(gè)典型日，N2O日排放較高，且排放速率差異大，矯正系數(shù)間可相差1.5～6.3倍，如果不連續(xù)測(cè)量的觀測(cè)時(shí)間選擇不當(dāng)，又不對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行矯正，則對(duì)典型日N2O排放的估計(jì)可能會(huì)偏高13.4%～242%或偏低13.1%～64.5%。因此，為得到較準(zhǔn)確的N2O排放，需對(duì)設(shè)施菜地典型日N2O觀測(cè)結(jié)果加以日變化矯正。測(cè)量時(shí)間所對(duì)應(yīng)的矯正系數(shù)越接近1，該時(shí)段測(cè)量結(jié)果就越能直接代表日平均排放情況，可以將其對(duì)應(yīng)的觀測(cè)時(shí)間稱(chēng)為最佳觀測(cè)時(shí)間[9,20]。從表3可以看出，春茬和秋茬基肥后第13天的最佳觀測(cè)時(shí)間分別在21：00和18：00-21：00；6月和12月追肥后第2天的最佳觀測(cè)時(shí)間分別為16：00-18：00和10：00-次日6：00。

表3 典型日不同時(shí)刻N(yùn)2O日排放通量的矯正系數(shù)

注：矯正系數(shù)是指日排放通量平均值與當(dāng)日每個(gè)時(shí)刻觀測(cè)值之比。*表示不需要進(jìn)行系數(shù)矯正。

Note:Correction coefficient is equal to the ratio of the daily average flux to the observing flux at different o’clock.*means the value need not be corrected.

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本研究表明，施肥后（2012年12月27日除外）N2O排放通量日變化呈現(xiàn)單峰形狀，其日變化規(guī)律與氣溫變化趨勢(shì)大體一致，但排放峰值較氣溫峰值滯后約2h，其它研究也有類(lèi)似結(jié)論，如謝軍飛等[21]在大豆田觀測(cè)到2h的滯后時(shí)間，而B(niǎo)lackmer等[22]觀測(cè)的延遲時(shí)間為2~12h。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是大氣溫度向土層下部傳遞需要一定時(shí)間[6]，而B(niǎo)remner等[23]也認(rèn)為由于N2O產(chǎn)生和擴(kuò)散傳輸過(guò)程的綜合作用，其排放速率的變化幾乎與表層土壤溫度同步，本文中3cm土層最高溫度出現(xiàn)時(shí)間也比氣溫峰值推遲2h，因此，土壤N2O排放峰值會(huì)滯后于氣溫峰值。2012年12月27日并沒(méi)有觀測(cè)到N2O明顯的排放峰值，但基本在較高的排放通量（159.9～193.5μg·m-2·h-1）波動(dòng)。一方面觀測(cè)日土壤溫度較低，維持在12.9～15.1℃，平均13.9℃，不在硝化作用（25～35℃）和反硝化作用（30～67℃）的最適溫度范圍，因此未出現(xiàn)N2O排放峰；另一方面由于剛施過(guò)氮肥，提高了土壤中的有效氮含量，故具有較高的N2O排放通量[24]。同茬作物基肥與追肥相比，前者N2O日排放通量峰值和日均排放通量分別較后者高出3.4～12.9倍和6.8～7.0倍。一方面，基肥施入了大量有機(jī)肥及比追肥高6倍的化肥氮，為土壤微生物的生長(zhǎng)提供了大量碳、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；另一方面，基肥前期番茄處于緩苗期，對(duì)氮素的吸收利用率低，土壤中較多氮素被微生物利用，加之基肥前期氣溫較高且已澆多次緩苗水，使大棚內(nèi)保持了良好的土壤溫濕度，極大促進(jìn)了硝化和反硝化的順利進(jìn)行，導(dǎo)致基肥后第13天的N2O排放通量仍高于追肥后第2天的觀測(cè)值。

李晶等[25]研究表明，在較短的時(shí)間尺度內(nèi)，當(dāng)土壤條件、氣候因素和植物體維持相對(duì)穩(wěn)定，且日較差較大時(shí)，土壤中N2O的產(chǎn)生速率在土壤環(huán)境溫度范圍內(nèi)與土壤溫度呈正相關(guān)。本研究的觀測(cè)時(shí)間較短，土壤水分適宜且相對(duì)穩(wěn)定（WFPS介于35%～57.5%，變化范圍僅1%～3%），設(shè)施內(nèi)不受降水等其它外界因素影響，而觀測(cè)日為施肥后，土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化受溫度影響，因此，溫度可能是影響N2O排放通量的決定性因素。統(tǒng)計(jì)分析表明，4個(gè)典型日的N2O日排放通量與氣溫、3cm地溫和10cm地溫呈不同程度的正相關(guān)關(guān)系，僅2012年12月27日未達(dá)顯著水平。造成這一結(jié)果的原因可能是，一方面觀測(cè)當(dāng)日土壤溫度較低，不在硝化和反硝化活動(dòng)適宜范圍內(nèi)，且氣溫日較差小，僅5.6℃，另一方面，此時(shí)番茄正處于結(jié)果中期，植株對(duì)養(yǎng)分吸收較高，其對(duì)N2O排放的作用可能大于溫度的影響。因此，對(duì)于低溫追肥期，由于植株的生長(zhǎng)作用，溫度不是影響其日變化的關(guān)鍵因素。

在N2O排放的手動(dòng)不連續(xù)觀測(cè)中，通常用1次測(cè)量結(jié)果代表一日或幾日的N2O排放狀況，為確保氣體排放量估算的準(zhǔn)確性，選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)時(shí)間段或?qū)Σ贿m當(dāng)觀測(cè)時(shí)間段的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行有效矯正尤為重要。當(dāng)前N2O研究中通常取樣時(shí)間都發(fā)生在 8：00-10：00，本文4個(gè)典型日該期間N2O排放通量均小于平均值，若不進(jìn)行矯正，N2O的排放量將低估13.1%～64.5%。實(shí)際生產(chǎn)中，由于封閉性的小氣候特點(diǎn)，設(shè)施菜地氣溫往往高于外界，尤其是夏季，為便于勞作，多選擇在5：00-8：00進(jìn)棚，若在此時(shí)段采集N2O樣品，尤其是N2O排放高峰期內(nèi)，建議乘以矯正系數(shù)，以便得到更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。此外，應(yīng)盡量避開(kāi)類(lèi)似變化較大的時(shí)段采樣，而選擇矯正系數(shù)接近1.0，變化平穩(wěn)的時(shí)段。在不受降水和施肥等外部因素影響，且溫度、土壤水分和作物生長(zhǎng)等因子變化范圍相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期[9,11]，N2O排放通量的日變化范圍較窄，在白天和晚上均能找到代表N2O日均排放通量的時(shí)段。然而，本文選取施肥后引起的N2O排放高峰期內(nèi)觀測(cè)，氮素在土壤中轉(zhuǎn)化及N2O的產(chǎn)生與排放依賴(lài)于溫度[13,26]，觀察日內(nèi)溫度高，且溫差大（2012年12月27日除外），N2O排放通量日變化劇烈，3個(gè)典型日N2O排放通量的觀測(cè)時(shí)間大多選在下午或晚上，春茬和秋茬基肥后第13天的觀測(cè)時(shí)間分別在21：00和18：00-21：00；6月追肥后第2天的觀測(cè)時(shí)間為16：00-18：00。在氣溫較低且N2O排放通量日變化較小的2012年12月27日，N2O排放通量的觀測(cè)時(shí)間范圍較寬，為10：00-次日6：00。捕捉施肥后N2O的排放高峰對(duì)估算整個(gè)生長(zhǎng)季排放至關(guān)重要，而N2O排放高峰期短則3～5d，長(zhǎng)則20d左右，受土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響，N2O的排放具有時(shí)間變異性。因此，需要對(duì)不同季節(jié)的N2O排放高峰期延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間并適當(dāng)增加觀測(cè)頻率，找到恰當(dāng)?shù)牟蓸訒r(shí)段，從而提高N2O排放通量估算的準(zhǔn)確性。

3.2 結(jié)論

（1）設(shè)施菜地施肥后N2O排放通量日變化呈單峰型，其排放峰值出現(xiàn)在14：00左右（2012年12月27日除外），與3cm地溫峰值出現(xiàn)時(shí)間相吻合，均較氣溫峰值出現(xiàn)時(shí)間滯后約2h。受氮肥施用量的影響，同茬基肥施用后第13天的N2O日排放通量最高值和平均值均高于追肥后第2天。此外，典型日設(shè)施菜地N2O的日排放通量具有明顯的季節(jié)性，冬季具有較高的N2O夜間排放量，隨著氣溫的升高，N2O日間排放比例逐漸增大，夏季最高達(dá)72.6%。

（2）4個(gè)典型日內(nèi)，僅2012年12月27日的N2O排放通量未與氣溫、3cm地溫和10cm地溫呈顯著正相關(guān)?？梢?jiàn)，土壤溫度在N2O形成適宜溫度范圍內(nèi)，且溫度日差較大時(shí)，溫度才是影響N2O排放通量規(guī)律性日變化的主要因素。

（3）設(shè)施菜地施肥后N2O排放通量日變化劇烈，不同典型日觀測(cè)時(shí)間分散，且同日內(nèi)不同時(shí)間段的觀測(cè)矯正系數(shù)差別較大，本研究春茬和秋茬菜地施基肥后第13天的最佳觀測(cè)時(shí)間分別在21：00和18：00-21：00；6月和12月追肥后第2天的最佳觀測(cè)時(shí)間為16：00-18：00和10：00-次日6：00。若在其它時(shí)間段觀測(cè)，建議進(jìn)行矯正。另外，施肥后土壤氮素轉(zhuǎn)化及N2O的產(chǎn)生和排放存在時(shí)間變異性，為準(zhǔn)確估算N2O排放量，還需對(duì)不同季節(jié)的N2O排放高峰期延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間并適當(dāng)增加觀測(cè)頻率，找到適合的采樣時(shí)段。

參考文獻(xiàn)：References

[1]張玉銘,胡春勝,張佳寶,等.農(nóng)田土壤主要溫室氣體(CO2、CH4、N2O)的源/匯強(qiáng)度及其溫室效應(yīng)研究進(jìn)展[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,19(4):966-975.

Zhang Y M,Hu C S,Zhang J B,et al.Research advances on source/sink intensities and greenhouse effects of CO2,CH4and N2O in agricultural soils[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2011,19(4):966-975.(in Chinese)

[2]Xu X F,Tian H Q,Hui D F.Convergence in the relationship of CO2and N2O exchanges between soil and atmosphere within terrestrial ecosystems[J].Global Change Biology,2008,14 (7):1651-1660.

[3]張光亞,方柏山,閔航,等.設(shè)施栽培土壤氧化亞氮排放及其影響因子的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(1):144-147.

Zhang G Y,Fang B S,Min H,et al.N2O fluxes from greenhouse soil and its influence factors[J].Journal of Agro-Environment Science,2004,23(1):144-147.(in Chinese)

[4]He F F,Jiang R F,Chen Q,et al.Nitrous oxide emissions from an intensively managed greenhouse vegetable cropping system in Northern China[J].Environmental Pollution,2009, 157:1666-1672.

[5]張發(fā)勤.設(shè)施蔬菜的發(fā)展及施肥現(xiàn)狀淺談[J].農(nóng)技服務(wù), 2015,32(6):129.

Zhang F Q.The development and fertilization of facilities vegetables[J].Agricultural Technology Service, 2015, 32(6): 129.(in Chinese)

[6]張仲新,李玉娥,華珞,等.不同施肥量對(duì)設(shè)施菜地N2O排放通量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(5):269-275.

Zhang Z X,Li Y E,Hua L,et al.Effects of different fertilizer levels on N2O flux from protected vegetable land[J]. Transactions of the CSAE,2010,26(5):269-275.(in Chinese)

[7]Liu Q H,Qin Y M,Zou J W,et al.Annual nitrous oxide emissions from open-air and greenhouse vegetable cropping systems in China[J].Plant and Soil,2013,370(1):223-233.

[8]張婧,李虎,王立剛,等.京郊典型設(shè)施蔬菜地土壤N2O排放特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(14):4088-4098.

Zhang J,Li H,Wang L G,et al.Characteristics of nitrous oxide emissions from typical greenhouse vegetable fields in Beijing suburbs[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(14):4088-4098.(in Chinese)

[9]田慎重,寧堂原,遲淑筠,等.不同耕作措施的溫室氣體排放日變化及最佳觀測(cè)時(shí)間[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(3):879-888.

Tian S Z,Ning T Y,Chi S Y,et al.Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):879-888.(in Chinese)

[10]李曉密,倫小秀.施肥與不施肥措施下小麥田的CO2、CH4、N2O排放日變化特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23 (1):178-182.

Li X M,Lun X X.Diurnal variations of CO2,CH4and N2O fluxes from wheat land under the treatments of fertilization and no-fertilization[J].Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(1):178-182.(in Chinese)

[11]劉博,黃高寶,高亞琴,等.免耕對(duì)旱地春小麥成熟期CO2和N2O排放日變化的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 45(1):82-87.

Liu B,Huang G B,Gao Y Q,et al.Effects of no-tillage on daily dynamics of CO2and N2O emissioin from spring wheat field during mature stage[J].Journal of Gansu Agricultural University,2010,45(1):82-87.(in Chinese)

[12]范靖尉,白晉華,任寰宇,等.減氮和施生物碳對(duì)華北夏玉米-冬小麥田土壤CO2和N2O排放的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(2):121-130.

Fan J W,Bai J H,Ren H Y,et al.Effects of reducing nitrogen and biochar application on CO2and N2O emissions from summer maize-winter wheat field in North China[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2016,37(2):121-130.(in Chinese)

[13]肖萬(wàn)里,李俊良,陳清,等.設(shè)施菜田土壤一氧化二氮日排放特征觀測(cè)研究[J].設(shè)施園藝,2014,(1):44-46.

Xiao W L,Li J L,Chen Q,et al.Research on the daily variation changes of the nitrous oxide emissions of greenhouse vegetable soil[J].Northern Houticulture,2014,(1):44-46.(in Chinese)

[14]朱金霞,張?jiān)磁?鄭國(guó)保,等.水稻田土壤N2O和CO2排放日變化規(guī)律及最佳觀測(cè)時(shí)間的確定[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014, 30(3):146-150.

Zhu J X,Zhang Y P,Zheng G B,et al.The diurnal variation of the emission of N2O and CO2,and the best observation time in Paddy field[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2014, 30(3):146-150.(in Chinese)

[15]張靜.冬小麥/大蔥套作系統(tǒng)溫室氣體交換規(guī)律及其影響因素研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2012:20.

Zhang J.The exchanges of greenhouse gases and effect factors in winter wheat/green onion interplanting system [D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences,2012: 20.(in Chinese)

[16]Yan H L,Xie Li Y,Guo L P,et al.Characteristics of nitrous oxide emissions and the affecting factors from vegetable fields on the North China Plain[J].Journal of Environmental Management,2014,144:316-321.

[17]Ryan F,Jeff B.Concepts in modelling N2O emissions from land use[J].Plant Soil,2008,(9):147-167.

[18]胡玉瓊,王躍思,紀(jì)寶明,等.內(nèi)蒙古草原溫室氣體排放日變化規(guī)律研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2003,26(1):29-37.

Hu Y Q,Wang Y S,Ji B M,et al.Diurnal variations of greenhouse gases emissions from a Neimonggol grassland[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology, 2003,26(1): 29-37.(in Chinese)

[19]翟勝,高寶玉,王巨媛,等.農(nóng)田土壤溫室氣體產(chǎn)生機(jī)制及影響因素研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(6):2488-2493.

Zhai S,Gao B Y,Wang J Y,et al.Mechanism and impact factors of greenhouse gases generation from farmland[J]. Ecology and Environment,2008,17(6):2488-2493.(in Chinese)

[20]鄭循華,王明星,王躍思,等.太湖地區(qū)農(nóng)田NO排放不連續(xù)測(cè)量最佳時(shí)間[J].環(huán)境科學(xué),2000,21(1):1-6.

Zheng X H,Wang M X,Wang Y S,et al.Diurnal variation of NO emission from an ecosystem and the optimum observation time for intermittent flux measurement[J]. Environmental Science,2000,21(1):1-6.(in Chinese)

[21]謝軍飛,李玉娥.土壤溫度對(duì)北京旱地農(nóng)田N2O排放的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2005,26(1):7-10.

Xie J F,Li Y E.Effect of soil temperature on N2O emission in upland farm of Beijing[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2005,26(1):7-10.(in Chinese)

[22]Blackmer A M,Robbins S G,Bremner J M.Diurnal variability in rate of emission of nitrous oxide from soils[J].Soil Science Society of America Journal,1982,46:937-942.

[23]Bremner J M,Robbins S G,Blackmer A M.Seasonal variability in emission of nitrous oxide from soil[J]. Geophysical Research Letters,l980,7(9):641-644.

[24]徐文彬,劉維屏,劉廣深.溫度對(duì)旱田土壤N2O排放的影響研究[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(1):1-8.

Xu W B,Liu W P,Liu G S.Effect of temperature on N2O emissions from sub-tropical upland soils[J].Acta Pedologica Sinica,2002,39(1):1-8.(in Chinese)

[25]李晶,王明星,王躍思,等.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放研究進(jìn)展[J].大氣科學(xué),2003,27(4):740-749.

Li J,Wang M X,Wang Y S,et al.Advance of researches on greenhouse gases emission from Chinese agricultural ecosystem[J].Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2003,27(4):740-749.(in Chinese)

[26]董燕,王正銀.尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化與植物利用效率[J].磷肥與復(fù)肥,2005,20(2):76-78.

Dong Y,Wang Z Y.Conversion of urea in soil and its plant use efficiency[J].Phosphate and Compound Fertilizer, 2005, 20(2):76-78.(in Chinese)

Diurnal Variation Characteristic of Nitrous Oxide from Greenhouse Vegetable Soil during Emission Peak and its Optimal Observation Duration

XU Yu, LIU Zhao-hui , SHI Jing, WEI Jian-lin, LI Guo-sheng, WANG Mei, JIANG Li-hua

（Institute of Resource and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agro-Environment of Huang-Huai-Hai Plain, Ministry of Agriculture/Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Controland Prevention, Jinan 250100, China）

The diurnal variation characteristics of N2O flux from a typical greenhouse vegetable soil during emission peak was investigated to obtain accurate N2O emission of greenhouse vegetable soil. After fertilizations, four typical days in four seasons were selected, which were 2012-08-28 (autumn), 2012-12-27 (winter), 2013-03-14 (spring) and 2013-06-14 (summer). The N2O fluxes were monitored by static chamber method and gas chromatographic technique continuously for 24 hours. The results showed that the significant diurnal variation and evident single-peak of N2O flux were found after fertilization (except for Dec. 27, 2012). The peak of N2O flux appeared at 14：00 pm and about 2 hours later than that of air temperature. The maximum and average value of N2O flux in 13thday after basal fertilization, compared with that on the second day after dressing, were 3.4 to 12.9 times and 6.8 to 7.0 times. There were highly significant (1%) or significant (5%) positive correlations between N2O flux（except for Dec. 27, 2012）and air temperature or soil temperature in 3cm and 10cm depth. It showed that the temperature might be the crucial factor in diurnal variation of N2O flux for the temperature is fate for N2O formation and the range of daily temperature difference is large enough. Based on the correct analysis, no correction is necessary for measurements carried out at 18：00-21：00, 10：00-6：00 (the next day), 21：00 and 16：00-18：00, which is recommended as the optimum time for Aug. 28, 2012; Dec. 27, 2012; Mar. 14, 2013 and Jun. 14, 2013, respectively. Correction coefficient is equal to the ratio of the daily average flux to the observing flux at different o’clock.It is recommended that the correction coefficient should be multiplied for the measured data based on other times; otherwise N2O emission might be overestimated by 13.4%-240% or underestimated by 13.1%-64.5%.

Greenhouse vegetable soil; Diurnal variation of N2O; In situ observation; Observation duration; Correction coefficient

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.05.002

2016-03-25**

。E-mail: jiangli8227@sina.com

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201103039)；山東省自然科學(xué)基金（ZR2013DQ023）；山東省科技發(fā)展計(jì)劃（2013GNC11204）；“泰山學(xué)者”建設(shè)工程“農(nóng)業(yè)面源污染防控”崗位資助

徐鈺（1981-），女，博士，研究方向?yàn)槭┓始夹g(shù)與農(nóng)業(yè)環(huán)境。E-mail:yuxu0221@163.com