滴灌水肥一體化配施有機(jī)肥對(duì)土壤N2O排放與酶活性的影響

奚雅靜，汪俊玉，李銀坤，武雪萍，李曉秀，王碧勝，李生平，宋霄君，劉彩彩

滴灌水肥一體化配施有機(jī)肥對(duì)土壤N2O排放與酶活性的影響

奚雅靜1,2，汪俊玉1,2，李銀坤3，武雪萍2，李曉秀1，王碧勝2，李生平2，宋霄君2，劉彩彩2

（1首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100037；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097）

【】通過(guò)在有機(jī)肥基礎(chǔ)上增施不同量無(wú)機(jī)氮，研究滴灌水肥一體化條件下溫室番茄土壤N2O排放和脲酶（UR）、硝酸還原酶（NR）、亞硝酸還原酶（Ni R）以及羥胺還原酶（Hy R）活性的動(dòng)態(tài)變化，分析各處理土壤N2O排放特征及土壤UR、NR、Ni R和Hy R活性對(duì)土壤N2O排放的影響，揭示在滴灌水肥一體化下N2O排放過(guò)程機(jī)制。試驗(yàn)共設(shè)CK（不施氮）、N1（200 kg·hm-2有機(jī)氮）、N2（200 kg·hm-2有機(jī)氮+ 250kg·hm-2無(wú)機(jī)氮）、N3（200 kg·hm-2有機(jī)氮+ 475 kg·hm-2無(wú)機(jī)氮）4個(gè)處理。采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，對(duì)番茄生育期內(nèi)土壤N2O排放、土壤酶活性、土壤溫濕度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。滴灌水肥一體化，各施氮處理均在施肥+灌溉后第1天出現(xiàn)N2O排放高峰，隨著時(shí)間推移不斷下降，不同處理番茄整個(gè)生育期N2O排放通量在0.98—1 544.79 μg·m-2·h-1。土壤N2O排放總量差異顯著，依次為N3（（7.13±0.11）kg·hm-2）>N2（（4.87±0.21）kg·hm-2）>N1（（2.54±0.17）kg·hm-2）>CK（（1.56±0.23）kg·hm-2），與N3相比，處理N1、N2土壤N2O排放總量分別降低了64.38%、31.70%。番茄生育期內(nèi)N2O季節(jié)排放特征明顯，秋季高，冬季低。土壤氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性大致隨施氮量的升高而增高。土壤N2O排放通量與5 cm土壤溫度、0—10 cm土層硝態(tài)氮含量、土壤NR活性及土壤Hy R活性均呈極顯著正相關(guān)（＜0.01）。滴灌水肥一體化下，土壤微生物處于好氣環(huán)境，土壤N2O主要來(lái)自于硝化過(guò)程，減少了由反硝化過(guò)程所產(chǎn)生的N2O排放。綜合考慮番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、N2O排放等因素，推薦北方溫室秋冬茬番茄施用200 kg·hm-2有機(jī)氮+250 kg·hm-2無(wú)機(jī)氮，75 kg·hm-2P2O5，450 kg·hm-2K2O較為適宜。

N2O排放；土壤氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶；滴灌水肥一體化；溫度；硝態(tài)氮；溫室番茄

0 引言

【研究意義】N2O是一種重要的痕量溫室氣體，過(guò)去的100年中其全球增溫潛勢(shì)是CO2的310倍[1]。N2O對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)占全部溫室氣體總貢獻(xiàn)的5%—6%[2]。農(nóng)田土壤是大氣N2O的最主要排放源[3]，對(duì)大氣總N2O的貢獻(xiàn)率高達(dá)70%[4]。設(shè)施蔬菜地是一個(gè)封閉的氣候環(huán)境，生產(chǎn)上多采用漫灌或溝灌[5-7]的方式，形成了高氣溫、高水分的內(nèi)部環(huán)境[8]，同時(shí)由于長(zhǎng)期大量施用化學(xué)氮肥造成設(shè)施菜地NO3--N大量累積，這就使得以NO3--N為底物的反硝化作用損失成為農(nóng)田土壤N2O損失的主要途徑[9-11]，其損失量占氮素?fù)p失總量的30%左右[12]，化肥配施有機(jī)肥是減少化肥用量的重要手段。滴灌水肥一體化技術(shù)將肥料溶于水，通過(guò)滴灌方式將養(yǎng)分直接均勻地施到作物根層[13-14]，減少了土壤NO3--N的累積，進(jìn)而減少了N2O的排放。在滴灌水肥一體化條件下研究不同施氮處理土壤N2O排放特征及排放量對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)民施肥具有重要意義。而土壤中酶的活性是反映土壤生物化學(xué)過(guò)程的重要指標(biāo)[15]，土壤排放的N2O主要是在土壤酶的作用下通過(guò)硝化和反硝化作用產(chǎn)生的。硝化作用是指微生物在土壤羥胺還原酶（hydroxylamine reductase，Hy R）的作用下將NH3氧化成NO2-或者NO3-的過(guò)程，其中間產(chǎn)物會(huì)釋放出N2O[16-17]，反硝化作用是指微生物將NO3-或NO2-還原成N2O等氣體的過(guò)程，在此過(guò)程中土壤硝酸還原酶（nitrate reductase, NR）、亞硝酸還原酶（nitrite reductase，Ni R）發(fā)揮著重要作用[18]。脲酶（urease, UR）能夠水解施入土壤中的尿素，從而釋放出供作物利用的銨[19]，其活性可以反映土壤供氮能力與水平[20]。研究N2O排放與NR、Ni R、Hy R和UR活性的關(guān)系對(duì)于揭示N2O排放機(jī)制具有重要的環(huán)境學(xué)和生物學(xué)意義。【前人研究進(jìn)展】農(nóng)田水分管理、肥料類型、施氮量可以通過(guò)影響土壤溫濕度、反應(yīng)底物（NH4+和NO3-）濃度和分布來(lái)影響土壤酶活性，進(jìn)而影響土壤N2O的排放。大量研究表明，滴灌水肥一體化條件下土壤水分養(yǎng)分條件與常規(guī)漫灌及溝灌條件下有很大不同[21-22]，由此會(huì)影響到土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程[23]及N2O排放機(jī)制和排放量，而目前關(guān)于滴灌水肥一體化模式下的N2O排放機(jī)制研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。關(guān)于有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)N2O排放影響的研究很多，但大多集中在不同處理間排放量、排放系數(shù)差異以及環(huán)境因子對(duì)其影響的研究，關(guān)于土壤酶對(duì)土壤N2O排放過(guò)程機(jī)制的研究還很少，且結(jié)論不一致，方澤濤等[24]得出施氮處理對(duì)土壤N2O排放的影響會(huì)因土壤酶活性隨土壤含水量的變化而產(chǎn)生差異，且土壤N2O排放與Hy R活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，和文祥[25]和陳歡[26]等在研究土壤酶活性對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，化肥配施有機(jī)肥可顯著提高土壤反硝化酶（NR、Ni R、Hy R）的活性，土壤反硝化酶活性又可作為區(qū)分硝化過(guò)程和反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O指標(biāo)[27]。魯亞楠等[28]研究發(fā)現(xiàn)施氮量越高，土壤脲酶活性越高，土壤N2O排放通量越低。而李華等[29]通過(guò)分析研究土壤酶活性對(duì)稻田氮素轉(zhuǎn)化的影響時(shí)則表明抑制脲酶活性是減少N2O排放的重要手段。【本研究切入點(diǎn)】目前關(guān)于有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理對(duì)溫室番茄土壤N2O排放影響的研究對(duì)象多為漫灌或溝灌方式，對(duì)于滴灌水肥一體化下，土壤N2O的排放特征及排放量研究很少，同時(shí)土壤NR、Ni R、Hy R和UR活性對(duì)N2O排放過(guò)程的影響機(jī)制鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究依托河北辛集溫室番茄田間定位試驗(yàn)，運(yùn)用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法，在滴灌水肥一體化灌溉模式下研究有機(jī)肥配施不同量化肥氮處理土壤N2O排放特征、番茄生育期內(nèi)土壤酶活性的動(dòng)態(tài)變化，探討土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量以及土壤溫濕度對(duì)N2O排放的影響，闡明N2O排放與土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性的關(guān)系，揭示滴灌水肥一體化下土壤N2O排放特征與過(guò)程機(jī)制，以期為溫室蔬菜運(yùn)用合理的水肥管理技術(shù)并控制土壤N2O排放提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北省辛集市馬莊試驗(yàn)站日光溫室。該地屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候，年均氣溫12.5 ℃，年均降雨量為540 mm。供試日光溫室?guī)в斜貙印⒋u制墻體，無(wú)水泥柱拱形結(jié)構(gòu)，拱形外表面覆蓋0.8 mm聚乙烯棚膜，冬季棚膜上覆蓋草簾。溫室長(zhǎng)為40 m，寬為7.5 m，拱高 2.5 m。供試土壤為壤質(zhì)潮土，0—100 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1，供試番茄品種為荷蘭瑞克斯旺1404。番茄定植時(shí)間為2016年8月6日，株距0.30 m，行距0.60 m。番茄生長(zhǎng)期內(nèi)除草、打葉、病蟲害防治等措施按照無(wú)公害蔬菜栽培技術(shù)規(guī)程進(jìn)行管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)CK（不施氮）、N1（200 kg·hm-2有機(jī)氮）、N2（200 kg·hm-2有機(jī)氮+ 250 kg·hm-2無(wú)機(jī)氮）、N3（200kg·hm-2有機(jī)氮+ 475 kg·hm-2無(wú)機(jī)氮）4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。其中200 kg·hm-2有機(jī)氮包括100 kg·hm-2商品有機(jī)肥氮和100 kg·hm-2小麥秸稈氮。各小區(qū)長(zhǎng)6 m，寬1.8 m，隨機(jī)排列，為防止小區(qū)之間養(yǎng)分和水分的橫向遷移，試驗(yàn)開(kāi)始前保持原狀土，在小區(qū)四周開(kāi)挖寬10 cm、深100 cm的溝槽，放入4 mmPVC板制成的塑料隔斷（PVC板銜接處涂PVC膠并用鉚釘固定），隔斷上緣高出土面5 cm，周圍用相應(yīng)土層的土回填。試驗(yàn)所用氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O516%）和硫酸鉀（含K2O 51%）。商品有機(jī)肥為金太陽(yáng)有機(jī)肥，含N 1.67%，P2O53.24%，K2O 2.30%，含水量為7.54%。小麥麥秸含N 0.94%，P2O50.23%，K2O 0.79%，含水量為26.23%。全部小麥秸稈、商品有機(jī)肥以及20%氮肥、100%磷肥和40%鉀肥基施入土，余下肥料分4次平均分別在開(kāi)花期、果實(shí)膨大期、采收盛期、采收末期將肥料溶入灌溉水并隨同滴灌水施入土壤。各處理磷肥、鉀肥施用量相等。灌溉依據(jù)土壤含水量、番茄生育期和天氣情況進(jìn)行調(diào)控，控制每個(gè)小區(qū)灌水量一致，總灌水量在126—135 mm，保持田間持水量70%—100%。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 氣體采集及計(jì)算 N2O排放通量的測(cè)定采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法。在每次灌水施肥前1 天及灌水施肥后第1、2、3、4、5、7和9 天采集氣樣，具體采樣時(shí)間為每天上午9：30—10：20。取樣箱取樣時(shí)用帶有三通閥的注射器，分別在0、17、34 min抽取經(jīng)過(guò)攪拌的氣樣35 mL注入到已備好的12 mL真空玻璃瓶中。

氣體樣品采用Agilent 7890A氣相色譜儀進(jìn)行分析，采用電子捕獲檢測(cè)器（ECD）分析N2O濃度，氣相色譜儀在每次測(cè)試時(shí)使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定，N2O測(cè)定的相對(duì)誤差控制在2%以內(nèi)，N2O 排放通量的計(jì)算公式為：

F =ρ×H×( Δc /Δt)×273 /( 273 + T)

式中，F(xiàn)為N2O排放通量（μg·m-2·h-1）；ρ為N2O標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度（1.964 kg·m-3）；H為取樣箱高度（m）；Δc /Δt 為單位時(shí)間靜態(tài)箱內(nèi)的N2O氣體濃度變化率（mL·m-3·h-1）；T為測(cè)定時(shí)箱體內(nèi)的平均溫度（℃）。

表1 供試溫室基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)

N2O排放總量計(jì)算公式為：

T=∑[(Fi+1+Fi)/2]×(Di+1-Di)×24/1000

式中，T為N2O季節(jié)排放總量（mg·m-2）；Fi和 Fi+1為分別第 i 和 i+1 次采樣時(shí)N2O平均排放通量（μg·m-2·h-1）；Di和 Di+1分別為第i和i+1次采樣時(shí)間（d）；N2O排放總量是將3次重復(fù)的各次觀測(cè)值按時(shí)間間隔加權(quán)平均后再進(jìn)行平均化處理。

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）將同期內(nèi)由化肥氮施用引起的N2O-N排放量占總施氮量的百分比定義為N2O排放系數(shù)，并建議化肥氮的N2O排放系數(shù)為1%。計(jì)算公式為：

EF=（EF-EC）/N×100

式中，EF和EC分別為施氮和不施氮處理作物生長(zhǎng)季N2O排放總量（kg·hm-2）；N為當(dāng)季施氮肥量（kg·hm-2）。

采樣的同時(shí)用 TPM-10數(shù)字溫度計(jì)測(cè)定箱內(nèi)溫度，TP101電子數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)定土壤溫度，并用SU-LB土壤水分速測(cè)儀測(cè)定5 cm土層土壤體積含水量，因儀器測(cè)得含水量與實(shí)際重量含水量存在差異，故在不同10個(gè)區(qū)域分別用用重量法測(cè)定含水量及水分速測(cè)儀測(cè)定含水量，用兩組數(shù)據(jù)擬合得到一個(gè)方程來(lái)校正儀器的參數(shù)。大氣平均溫度采用當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)。

土壤飽和含水量（%）=土壤孔隙度（%）/（100×土壤容重）×100；

土壤孔隙度=（1-土壤容重/土壤密度）×100%，土壤密度取2.65 g·cm-3。

1.3.2 表層土樣的采集 在基肥、灌水以及4次追肥后的第1、3、5、7、9天，在各小區(qū)番茄行間隨機(jī)選取3點(diǎn)，采集0—10 cm表層土樣混勻，土樣采用2 mol·L-1的KCl浸提，浸提液中的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮用Smartchem化學(xué)分析儀測(cè)定；基肥（定植期）、單獨(dú)灌水（苗期）以及4次追肥（開(kāi)花期、果實(shí)膨大期、采收盛期、采收末期）后第2天，采集番茄行間0—10 cm表層土樣，測(cè)定土壤酶活性。土壤UR活性、NR活性和Ni R活性按照關(guān)松蔭[30]提出的方法測(cè)定，參照史云峰等[31]測(cè)定土壤Hy R活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行圖表的制作以及處理數(shù)據(jù)，不同處理間的差異顯著性使用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行檢驗(yàn)。用SPSS19.0軟件采用Pearson法進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 番茄生育期內(nèi)土壤溫濕度及無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 土壤溫濕度的動(dòng)態(tài)變化 本試驗(yàn)在觀測(cè)期內(nèi)土壤表層（0—5 cm）溫度隨季節(jié)變化明顯（圖1），秋季8、9月份溫度在19.59—32.34 ℃，平均溫度為21.57 ℃；而冬季第3次（采收盛期）追肥和第4次（采收末期）追肥11月、12月溫度在10—16 ℃，平均溫度為11.27 ℃。

圖中箭頭代表施肥。下同 The arrows in the figure represent fertilization. The same as below

滴灌水肥一體化條件下，各處理灌水量相同，觀測(cè)期間各處理水分變化動(dòng)態(tài)基本一致，均呈上升趨勢(shì)，處理間含水量也無(wú)明顯差異（圖1），土壤表層含水量范圍為12.10%—31.64%。求得土壤表層飽和含水量為36.34%，各處理均未超過(guò)飽和含水量。

2.1.2 土壤無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化 土壤中無(wú)機(jī)氮作為硝化和反硝化的底物顯著影響土壤中的酶活性以及N2O的排放。由圖2-a可知，在番茄整個(gè)生育期內(nèi)，土壤表層硝態(tài)氮含量在3.94—420.83 mg·kg-1之間。氮肥基施階段，各施肥處理0—10 cm土層硝態(tài)氮含量均在施肥后第1天達(dá)到最高值，峰值之后各處理硝態(tài)氮含量明顯下降；各處理0—10 cm土層硝態(tài)氮含量差異顯著，以處理N3含量最高；基肥后第7天單獨(dú)灌水，各處理土壤表層硝態(tài)氮持續(xù)下降。追肥階段，處理CK、N1、N2、N3土壤表層硝態(tài)氮含量范圍分別為3.94—35.06、15.08—87.44、87.69—258、148.94— 337.25 mg·kg-1，至采樣最后一天，處理N1、N2、N3土壤硝態(tài)氮含量是CK的3.83、42.93、48.68倍?？梢?jiàn)，施氮量越高，土壤表層硝態(tài)氮累積量越高。

由圖2-b 可知，在番茄整個(gè)生育期內(nèi)，土壤表層銨態(tài)氮含量在1.7—8.2 mg·kg-1之間，基本為N3處理>N2處理>N1處理>CK處理。本試驗(yàn)中0—10 cm土層中銨態(tài)氮含量與硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)基本一致，均在施肥后第1天達(dá)到最高，以處理N3含量最高，隨著時(shí)間的推移不斷下降；至采樣最后一天各施肥處理銨態(tài)氮含量比CK高1.6—2.1倍。

圖2 0—10 cm土層無(wú)機(jī)氮含量動(dòng)態(tài)變化

2.2 土壤酶活性動(dòng)態(tài)變化

由圖3-a可知，在番茄整個(gè)生長(zhǎng)季，各處理土壤UR活性變化基本一致，均先升高后降低，各處理UR活性在番茄生長(zhǎng)旺盛期（開(kāi)花期到采收盛期）維持在較高水平，而至采收盛期土壤UR活性達(dá)到最大值，處理CK、N1、N2、N3的土壤UR活性依次為2.13、 3.34、4.59、6.21 mg·g-1·d-1，與CK相比，N1、N2、N3分別提高了57.13%、116.37%、192.93%，各處理差異顯著（＜0.05）；在采收末期土壤UR活性最低，各施肥處理土壤UR活性差異不顯著。番茄由定植期到采收盛期，處理N3土壤UR活性均大于處理N2，而至采收末期追肥后，土壤UR活性表現(xiàn)為處理N2大于處理N3，且采收末期處理N3土壤UR活性較采收盛期降低了66.34%?？梢?jiàn)，過(guò)量施氮反而會(huì)抑制土壤UR活性。

由圖3-b可知，在番茄整個(gè)生長(zhǎng)季，各處理土壤NR活性以定植期、開(kāi)花期和果實(shí)膨大期維持在較高水平，苗期次之，采收盛期和采收末期最低，土壤NR活性與N2O排放通量有相同的趨勢(shì)。各處理NR活性均在開(kāi)花期出現(xiàn)活性高峰，CK、N1、N2、N3處理土壤NR活性依次為0.23、0.38、0.53、0.63 mg·g-1·d-1，各處理間差異顯著，番茄整個(gè)生育期內(nèi)均以處理N3土壤NR活性最大，在采收末期，處理N1土壤NR活性接近于CK水平。

由圖3-c可知，在番茄整個(gè)生長(zhǎng)季，土壤Ni R活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，以采收盛期活性最高，處理CK、N1、N2、N3土壤亞硝酸酶活性分別為0.48、1.16、1.48、2.10 mg·g-1·d-1。全生育期內(nèi)土壤Ni R活性均以處理N3最高，處理N1和處理N2間土壤Ni R活性差異不顯著。

由圖3-d可知，各施肥處理番茄土壤Hy R活性在定植期最高，處理N1、N2、N3分別為1.62、2.04、2.07 mg·g-1·d-1，而全生育期內(nèi)處理CK土壤Hy R活性變化不顯著，始終保持在0.44—0.68 mg·g-1·d-1。追肥階段開(kāi)花期和采收末期處理N2、N3土壤Hy R活性差異顯著，其余生育時(shí)期無(wú)明顯差異，均保持在較高水平，而處理N1在苗期和開(kāi)花期與處理CK差異性不顯著。

2.3 土壤N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化

在基肥階段，各處理土壤N2O排放通量的變化趨勢(shì)基本一致（圖4），N2O排放通量峰值在施肥后第1天出現(xiàn)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著下降趨勢(shì)。各處理在基肥后第1天的N2O排放通量具有顯著性差異（＜0.05），與處理CK相比，處理N1、N2和N3的土壤N2O排放通量分別增加了72.37%、213.22%和267.08%；相比處理N3，處理N2的N2O排放通量降低了97.81%，說(shuō)明減少無(wú)機(jī)氮基施可以顯著降低土壤N2O排放通量。在此階段，處理CK、N1、N2、N3的N2O排放通量變化范圍分別為0.39—420.83、13.50—725.40、17.08—1318.10、28.05— 1544.79 μg·m-2·h-1。

圖4顯示了番茄追肥階段各處理土壤N2O排放通量在追肥前1 d及施肥后9 d內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化。與追肥前1 d相比，在1—4次追肥后1 d處理 CK、N1、N2、N3的土壤 N2O 排放通量增長(zhǎng)了14.78—283.82 μg·m-2·h-1，追肥均顯著提高了不同生育時(shí)期內(nèi)土壤N2O排放通量。各處理N2O排放均在滴灌追肥后第1天出現(xiàn)排放高峰，但明顯低于基肥階段，隨時(shí)間推移逐漸下降，并在第9天時(shí)趨于穩(wěn)定，處理間也無(wú)顯著性差異。隨著番茄生育時(shí)期的推進(jìn)，各處理土壤N2O排放峰值也有下降趨勢(shì)，其中處理N2與N3在第一次追肥后的N2O排放峰值為205.10與370.10 μg·m-2·h-1，而在第4次追肥后的N2O排放峰值為178.54與247.51 μg·m-2·h-1，峰值分別降低了12.95%與33.12%。

2.4 土壤N2O排放總量及排放系數(shù)

試驗(yàn)期間土壤N2O排放總量、排放系數(shù)均隨施氮量的增加而增加，且不同處理間的N2O排放總量存在顯著性差異（表2）。與處理N3相比，處理N2的N2O排放總量降低31.70%（＜0.05），排放系數(shù)降低6.74%?？梢?jiàn)，滴灌施肥條件下減少無(wú)機(jī)氮投入可顯著降低N2O排放總量。

表2 土壤N2O排放總量及排放系數(shù)

同一列不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）

Different letters in the same column among the treatments mean significant difference (＜0.05)

圖中相同生育期不同字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）

圖4 番茄生育期內(nèi)土壤N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化

2.5 環(huán)境因子與N2O排放通量間關(guān)系

土壤N2O排放通量與環(huán)境因子及無(wú)機(jī)氮含量的相關(guān)分析表明（表3），0—5 cm深度土壤溫度與處理N1、N2和N3的土壤N2O排放通量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系（＜0.01），而處理CK與土壤溫度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。對(duì)各處理的N2O排放通量與土壤重量含水量的相關(guān)分析表明，不同處理的土壤含水量對(duì)N2O排放通量影響不顯著。此外，土壤無(wú)機(jī)氮作為硝化作用和反硝化作用的底物，其含量也影響著N2O的排放，本研究中除CK處理外，0—10 cm土層硝態(tài)氮含量均與各處理N2O排放通量都有極顯著相關(guān)（＜0.01），而只有處理N3的土壤N2O排放通量與0—10 cm土層銨態(tài)氮含量達(dá)到極顯著相關(guān)。

表3 土壤N2O排放通量與環(huán)境因子及無(wú)機(jī)氮含量的相關(guān)分析

* 和**分別表示顯著和極顯著相關(guān)。下同 * and ** indicate significant and extremely significant correlation, respectively. The same as below

2.6 土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性與N2O排放通量間關(guān)系

將番茄6個(gè)生育時(shí)期土壤反硝化酶活性與采集田間土樣當(dāng)天的N2O排放通量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。土壤N2O排放通量與土壤NR和Hy R活性之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.516和0.757，土壤N2O排放通量與土壤UR和Ni R活性之間的相關(guān)性不顯著。將6個(gè)生育時(shí)期內(nèi)4種土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性進(jìn)行相關(guān)分析表明，土壤UR活性、土壤NR活性、Ni R活性以及Hy R活性兩兩之間均呈極顯著相關(guān)（＜0.01），說(shuō)明各土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表4 土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性與N2O排放通量的相關(guān)分析

3 討論

3.1 滴灌水肥一體化條件下土壤N2O排放及影響因素分析

試驗(yàn)地地形、環(huán)境因素、肥料類型、施肥量及施肥方式都會(huì)影響土壤N2O的排放，本試驗(yàn)條件下，秋冬茬番茄各生育時(shí)期土壤N2O排放通量變化趨勢(shì)基本一致，均在施肥后的第1天出現(xiàn)峰值，且施氮量越大，峰值越大，可見(jiàn)，施肥是影響土壤N2O排放的主要因素，施用氮肥能顯著促進(jìn)土壤N2O的排放[32-33]。土壤微生物參與下的硝化與反硝化過(guò)程是生成N2O的主要途徑[34]，施氮引起N2O排放量升高是因?yàn)樵黾恿送寥老趸头聪趸饔玫孜锛翠@態(tài)氮及硝態(tài)氮[35-37]。土壤表層中硝態(tài)氮含量隨氮肥施用量的增加顯著升高，土壤硝態(tài)氮既能促進(jìn)反硝化速率，又可抑制N2O還原為N2，在本試驗(yàn)中施氮條件下土壤表層硝態(tài)氮含量與N2O排放量呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），可見(jiàn)硝態(tài)氮含量是影響土壤N2O排放的重要因素，長(zhǎng)期過(guò)量施氮肥會(huì)造成大量的硝態(tài)氮積累，造成土壤N2O大量排放。土壤表層中銨態(tài)氮含量也隨氮肥施用量的增加顯著升高，但由于溫室菜地高含水量銨態(tài)氮快速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，只有處理N3土壤表層中銨態(tài)氮含量與N2O排放量達(dá)到了極顯著正相關(guān)（＜0.01）。根據(jù)已發(fā)文獻(xiàn)[38]結(jié)果表明處理N2番茄產(chǎn)量及品質(zhì)也最高。

各處理番茄滴灌追肥階段土壤N2O排放總量均低于基肥階段，且以處理N3排放總量最大，主要由于滴灌追肥可將肥料施在根部，減少氮素?fù)p失，顯著提高肥料利用率[39]，在有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施總量為450 kg·hm-2條件下，本試驗(yàn)采用滴灌水肥一體化灌溉模式比其他研究中采用漫灌模式土壤N2O排放總量降低了50%[40]。郝小雨等[40]對(duì)設(shè)施菜田N2O排放規(guī)律的研究也表明N2O排放的最大值出現(xiàn)在施肥灌水后第1 天，陳海燕[41]、張婧[42]等在京郊地區(qū)采取漫灌和沖灌的灌水方式對(duì)番茄地土壤N2O排放的研究得出，N2O排放峰出現(xiàn)在施肥后3—4 d，單獨(dú)灌水后2—3 d，而本試驗(yàn)中單獨(dú)灌水并未引起土壤N2O排放的高峰，原因是含水量主要通過(guò)改變氧環(huán)境而影響N2O的產(chǎn)生，當(dāng)含水量在飽和含水量以下時(shí)，微生物處于好氣環(huán)境中，有利于硝化作用的進(jìn)行，N2O主要來(lái)自硝化反應(yīng)；當(dāng)含水量超過(guò)飽和含水量時(shí)，使系統(tǒng)易形成厭氧環(huán)境，有利于反硝化作用產(chǎn)生N2O[43]。說(shuō)明微生物處于嫌氣條件，土壤N2O排放主要來(lái)自于反硝化作用[42]。傳統(tǒng)的設(shè)施菜地多采用漫灌和沖灌的方式，需要大量的灌溉水，但灌溉水的利用率卻非常低，灌水不均勻，容易造成肥料的流失，且作物長(zhǎng)期處于水量過(guò)多的狀態(tài)，造成土壤無(wú)氧環(huán)境，使得土壤N2O主要來(lái)自于反硝化過(guò)程，鄭欠等[44]研究得出在一定范圍內(nèi)，含水量升高會(huì)使反硝化作用增強(qiáng)。丁洪等[45]也得出，漫灌條件下，設(shè)施菜地N2O排放與反硝化活性的變化是同步的。而本試驗(yàn)采用滴灌水肥一體化技術(shù)，很好的保持了土壤含水量，由圖1可知，番茄生育期內(nèi)土壤含水量在12.10%—31.64%之間，土壤表層飽和含水量為36.34%，各處理均未超過(guò)飽和含水量，使土壤處于有氧環(huán)境，微生物處于好氣條件，為土壤硝化作用提供了很好的環(huán)境，土壤N2O主要來(lái)自于硝化過(guò)程，而減少了由反硝化過(guò)程所產(chǎn)生的N2O損失。王艷麗等[46]也得出在水肥一體化條件下設(shè)施菜地土壤含水量小于40%時(shí)，土壤N2O主要來(lái)自于硝化作用。

設(shè)施菜地高溫、高濕的特點(diǎn)為土壤中硝化和反硝化作用的進(jìn)行提供了重要的條件，由此引起N2O的大量排放[47]。土壤溫度是影響硝化和反硝化微生物活性的重要因素，溫度的變化會(huì)影響土壤N2O的排放過(guò)程和排放量。有研究指出，促進(jìn)硝化過(guò)程的微生物其活性最大的適宜溫度在15—35℃之間，反硝化微生物活性最大的適宜溫度在5—75℃之間[48]，本試驗(yàn)中秋季平均溫度為21.57℃，冬季平均溫度為11.27℃。溫度低不利于硝化和反硝化微生物的活動(dòng)，土壤溫度升高，土壤的呼吸強(qiáng)度增大，促進(jìn)反硝化過(guò)程中N2O的形成與釋放[49]，但土壤N2O排放對(duì)溫度的依賴關(guān)系隨不同灌水和施氮水平而不同[50]。本試驗(yàn)中土壤N2O排放量與土壤含水量無(wú)顯著相關(guān)，與5 cm土溫均呈極顯著相關(guān)，故本研究中N2O排放存在明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，相同追施氮量下，秋季土壤N2O排放量較高，冬季相對(duì)較低，正是溫度影響所致。徐文彬等[51]研究也得出土壤排放通量季節(jié)變化與溫度間呈正相關(guān)關(guān)系，且N2O排放發(fā)生的頻率隨溫度的變化呈正態(tài)分布，鄭循華等[52]得出67%的N2O排放量都集中在15—25℃溫度范圍內(nèi)，與本研究結(jié)果一致。

3.2 滴灌水肥一體化條件下土壤酶活性與土壤N2O排放的關(guān)系

土壤酶參與土壤中重要的生物化學(xué)循環(huán)、有機(jī)質(zhì)及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程[53]，土壤中生命體內(nèi)氧化還原反應(yīng)、化合物水解等許多重要的生物化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的[54-55]。土壤UR活性的提高對(duì)于土壤中穩(wěn)定性較高的有機(jī)態(tài)氮向無(wú)機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化具有重要意義[56]，可以改善土壤向植物提供氮素養(yǎng)分的狀況，增強(qiáng)土壤供氮能力[57]。王樹起[58]、褚素貞[59]、肖新[60]等人的研究得出硝化和反硝化作用的底物濃度對(duì)UR活性有很大影響，夏雪[61]在研究施氮水平對(duì)土酶活性的影響發(fā)現(xiàn)低量和中量氮肥可以增加脲酶活性。白紅英等[62]研究得出氮素一次性大量投入顯著提高脲酶活性，勢(shì)必增加土壤中N2O的排放。而本研究中采集土樣當(dāng)天土壤N2O排放通量與土壤UR活性未達(dá)到顯著相關(guān)，主要是由于本試驗(yàn)中肥料分基施和追施兩個(gè)階段，單次施肥量小，且滴灌追肥能將養(yǎng)分送至植物根部，土壤含水量較低，土壤脲酶活性變化不大，故對(duì)土壤N2O排放的影響不顯著。

NR、Ni R及Hy R是土壤硝化與反硝化作用中的3種關(guān)鍵性還原酶，其活性大小體現(xiàn)了土壤硝化反硝化能力的強(qiáng)弱[63]。本研究中土壤NR及土壤Ni R活性均以處理N3最高。而土壤Hy R除定植期外，其余生育時(shí)期內(nèi)同一處理間差異不顯著，主要是由于羥胺（NH2OH）在土壤中含量極少，只是N轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在時(shí)間極短的兩種中間產(chǎn)物[64]。在嫌氣條件下，Ni R為催化反硝化過(guò)程的NO2-轉(zhuǎn)化為N2O的酶[65]，而Hy R將羥氨轉(zhuǎn)化為N2O[66]；但在好氣情況下，Ni R催化土壤中NO2-轉(zhuǎn)化為NH2OH，Hy R的催化作用可將羥胺轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和N2O。本試驗(yàn)在滴灌水肥一體化條件下，控制了土壤含水量，使微生物處于好氣條件，且本試驗(yàn)中土壤Hy R、NR活性與采樣當(dāng)天土壤N2O排放通量顯著相關(guān)，而土壤Ni R活性與N2O排放通量未達(dá)到顯著相關(guān)，說(shuō)明經(jīng)NR催化形成的NO2-主要在Ni R的作用下繼續(xù)還原成了NH2OH，經(jīng)過(guò)Hy R的催化作用產(chǎn)生了N2O。由此也說(shuō)明在滴灌水肥一體化條件下，土壤N2O主要是由硝化過(guò)程產(chǎn)生的，而減少了土壤反硝化過(guò)程所產(chǎn)生的N2O。

4 結(jié)論

溫室滴灌水肥一體化條件下，不同施氮處理土壤N2O排放均在氮肥基施及追肥后第1天達(dá)到峰值，施氮量越高，峰值越高，排放總量越大。番茄生育期土壤N2O存在明顯的季節(jié)排放特征，秋季高，冬季低。硝態(tài)氮含量與N2O排放量呈極顯著相關(guān)，長(zhǎng)期過(guò)量施氮肥會(huì)造成大量的硝態(tài)氮積累，從而引起土壤N2O大量排放。綜合考慮番茄產(chǎn)量品質(zhì)與環(huán)境效應(yīng)[14,38]，推薦北方溫室番茄秋冬茬施用200 kg·hm-2有機(jī)氮+250 kg·hm-2無(wú)機(jī)氮，P2O575 kg·hm-2，K2O 450 kg·hm-2。

在滴灌水肥一體化條件下土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性隨施氮量的升高而增高，土壤硝酸還原酶與羥胺還原酶活性顯著影響土壤N2O的排放，溫室滴灌水肥一體化土壤的N2O排放主要來(lái)自于硝化過(guò)程，減少了由反硝化過(guò)程所產(chǎn)生的N2O排放量。

[1] HUTCHINSON G L, MOSIER A R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes., 1981, 45(2): 311.

[2] Delgado J A, Mosier A R. Mitigation alternatives to decrease nitrous oxides emissions and urea-nitrogen loss and their effect on methane flux[J]., 1996, 25(5): 1105-1111.

[3] 張秀君, 徐慧, 陳冠雄. 長(zhǎng)白山闊葉紅松林樹木N2O排放及總量初步估算. 生態(tài)學(xué)雜志, 2004, 23(5): 232-235.

ZHANG X J, XU H, CHEN G X. N2O emission and total estimation of trees in broad-leaved Korean Pine Forest in Changbai Mountain., 2004, 23(5): 232-235.（in Chinese）

[4] BOUWMAN A F. The role of soils and land use in the greenhouse effect., 1989, 37(1): 13-19.

[5] 李銀坤, 武雪萍, 郭文忠, 薛緒掌. 不同氮水平下黃瓜-番茄日光溫室栽培土壤N2O排放特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(23): 260-267.

LI Y K, WU X P, GUO W Z, XUE X Z. Characteristics of N2O emission from cucumber-tomato in greenhouse cultivation under different nitrogen levels., 2014, 30(23): 260-267. (in Chinese)

[6] 閆鵬, 武雪萍, 華珞, 武其甫, 李銀坤, 吳會(huì)軍, 王小彬, 蔡典雄, 張彥才, 李若楠, 王麗英. 不同水氮用量對(duì)日光溫室黃瓜季土壤硝態(tài)氮淋失的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 645-653.

YAN P , WU X P , HUA L, WU Q F , LI Y K , WU H J , WANG X B , CAI D X, ZHANG Y C, LI R N, WANG L Y. Effects of different water and nitrogen application rates on soil nitrate-nitrogen leaching in cucumber greenhouse in solar greenhouse., 2012, 18(3): 645- 653. (in Chinese)

[7] 武其甫, 武雪萍, 李銀坤, 吳會(huì)軍, 閆鵬, 張彥才, 李若楠, 王麗英, 王小彬, 蔡典雄. 保護(hù)地土壤N2O排放通量特征研究. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(04): 942-948.

WU Q F, WU X P, LI Y K, WU H JYAN P, ZHANG Y C, LI R N, WANG L Y, WANG X B, CAI D X. Characteristics of N2O emission flux in protected soils., 2011, 17(4): 942-948. (in Chinese)

[8] 劉全國(guó), 張義勇. 北方日光溫室生產(chǎn)存在的問(wèn)題及對(duì)策. 北方園藝, 2006(1): 74-75.

LIU Q G, ZAHNG Y Y. Problems and countermeasures in the production of solar greenhouses in North China., 2006(1): 74-75. (in Chinese)

[9] 劉兆輝, 江麗華, 張文君, 鄭福麗, 王梅, 林海濤. 山東省設(shè)施蔬菜施肥量演變及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律. 土壤學(xué)報(bào), 2008(2): 296-303.

LIU Z H , JIANG L H, ZHANG W J, ZHENG F L ,WANG M, LIN H T. Evolution of fertilization amount and soil nutrient variation in facility vegetables in Shandong Province., 2008(2): 296-303. (in Chinese)

[10] 劉麗鵑. 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)大棚和露地蔬菜生長(zhǎng)及土壤性狀和溫室氣體排放的影響[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

LIU L J. Effects of organic and inorganic application on growth and soil properties and greenhouse gas emissions of greenhouse and open field vegetables [D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2013. (in Chinese)

[11] PALMER I, PFAB H, RUSER R, FIEDLER S. Nitrogen loss from high N-input vegetable fields: a) Direct N2O emissions b) Spatiotemporal variability of N species (N2O, NH4+, NO3-) in soils[C]//, 2009.

[12] MOSIER A R, HEINEMEYER O. Current methods used to estimate N2O and N2emissions from field soils[M]//, 1985.

[13] 王頎, 吳春濤, 李丹丹, 王海光, 畢煥改, 艾希珍. 水肥一體化模式下日光溫室黃瓜氮磷鉀優(yōu)化施肥方案的研究. 園藝學(xué)報(bào), 2018, 45(4): 764-774.

WANG Q, WU C T, LI D D, WANG H G, BI H G, AI X Z. Study on optimized fertilization of nitrogen, phosphorus and potassium in solar greenhouse under water and fertilizer Integration model., 2018, 45(4): 764-774. (in Chinese)

[14] 李若楠, 武雪萍, 張彥才, 王麗英, 李孝蘭, 陳麗莉, 翟鳳芝. 滴灌氮肥用量對(duì)設(shè)施菜地硝態(tài)氮含量及環(huán)境質(zhì)量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(6): 1642-1651.

LI R N, WU X P, ZHANG Y C, WANG L Y, LI X L, CHEN L L, ZHAI F Z. Effects of nitrogen application rate of drip irrigation on nitrate nitrogen content and environmental quality in greenhouse vegetable fields., 2015(6): 1642-1651. (in Chinese)

[15] 劉素慧, 劉世琦, 張自坤, 尉輝, 齊建建, 段吉鋒. 大蒜連作對(duì)其根際土壤微生物和酶活性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(05): 1000-1006.

LIU S H, LIU S Q, ZHANG Z K, WEI H, QI J J. Effects of continuous cropping of garlic on microbial and enzyme activities in rhizosphere Soil[J]., 2010, 43(5): 1000-1006. (in Chinese)

[16] WRAGE N, GROENIGEN J W V, OENEMA O, BAGGS E M. A novel dual-isotope labelling method for distinguishing between soil sources of N2O., 2005, 19(22): 3298-3306.

[17] 朱永官, 王曉輝, 楊小茹, 徐會(huì)娟, 賈炎. 農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生的關(guān)鍵微生物過(guò)程及減排措施. 環(huán)境科學(xué), 2014, 1(2): 792-800.

ZHU Y G, WANG X H, YANG X R, XU H J, JIA Y. Key microbial processes and emission reduction measures for N2O production in farmland soils., 2014, 1(2): 792-800. (in Chinese)

[18] 王蘇平, 輝建春, 林立金, 朱雪梅, 朱波. 施肥制度對(duì)川中丘陵區(qū)玉米不同生育期土壤反硝化酶活性的影響. 水土保持研究, 2012, 19(3): 274-283.

WANG S P, HUI J C, LIN L J, ZHU X M, ZHU B. Effects of fertilization system on soil denitrifying enzyme activities in Different growth stages of maize in hilly areas of central Sichuan., 2012, 19(3): 274-283. (in Chinese)

[19] KUNC F. Soil enzymes// BURNS R G.. London - New York- San Francisco: Academic Press, 1978.

[20] 徐國(guó)偉, 段驊, 王志琴, 劉立軍, 楊建昌. 麥秸還田對(duì)土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(3): 934-942.

XU G W, DUAN H, WANG Z Q, LIU L J, YANG C J. Effects of wheat straw returning on soil physical and chemical properties and enzyme activity., 2009, 42(3): 934-942. (in Chinese)

[21] 李銀坤, 郭文忠, 薛緒掌, 喬曉軍, 王利春, 陳紅, 趙倩, 陳菲. 不同灌溉施肥模式對(duì)溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(19): 3757-3765.

LI Y K, GUO W Z, XUE X Z, QIAO X J, WANG L C, CHEN H, ZHAO Q, CHENG F. Effects of different fertigation patterns on yield, quality and water and fertilizer utilization of greenhouse tomatoes., 2017, 50(19): 3757-3765. (in Chinese)

[22] 于舜章. 山東省設(shè)施黃瓜水肥一體化滴灌技術(shù)應(yīng)用研究. 水資源與水工程學(xué)報(bào), 2009, 20(6): 173-176.

YU S Z. Application research of integrated irrigation and drip irrigation technology for cucumber in Shandong Province., 2009, 20(6): 173-176. (in Chinese)

[23] 強(qiáng)浩然, 張國(guó)斌, 郁繼華, 馬國(guó)禮, 張柏楊, 季磊, 王翠麗, 葉潔, 杜淼鑫. 不同水分和氮素供應(yīng)對(duì)日光溫室辣椒栽培基質(zhì)氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌和酶活性的影響. 園藝學(xué)報(bào), 2018, 45(5): 943-958.

QIANG H R, ZHANG G B, YU J H, MA G L, ZHANG B Y, JI L, WANG C L, YE J, DU M X. Effects of different water and nitrogen supply on nitrogen-transformed bacteria and enzyme activities in pepper greenhouse cultivation in solar greenhouse., 2018, 45(5): 943-95. (in Chinese)

[24] 方澤濤, 王楷. 不同灌溉模式和施氮處理稻田N2O排放與反硝化酶活性的關(guān)系. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2017(6): 1059-1066.

FANG Z T, WANG K. Relationship between N2O emission and denitrifying enzyme activity in different irrigation modes and nitrogen treatment., 2017(6): 1059-1066. (in Chinese)

[25] 和文祥, 魏燕燕, 蔡少華. 土壤反硝化酶活性測(cè)定方法及影響因素研究. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006(1): 121-124.

HE W X, WEI Y Y, CAI S H. Determination of soil denitrifying enzyme activity and its influencing factors., 2006(1): 121-124. (in Chinese)

[26] 陳歡, 李瑋, 張存嶺, 喬玉強(qiáng), 杜世州, 趙竹, 曹承富. 淮北砂姜黑土酶活性對(duì)長(zhǎng)期不同施肥模式的響應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(3): 495-502.

CHEN H, LI W, ZHANG C L, QIAO Y Q, DU S Z, ZHAO Z, CAO C F. Response of enzyme activity of Shajiang black soil in Huaibei to long-term different fertilization models., 2014, 47(3): 495-502. (in Chinese)

[27] 史奕, 黃國(guó)宏. 土壤中反硝化酶活性變化與N2O排放的關(guān)系. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1999(03): 74-76.

SHI Y, HUANG G H. Relationship between changes of soil denitrifying enzyme activity and N2O emission in soil., 1999(03): 74-76. (in Chinese)

[28] 魯亞楠, 李開(kāi)忠, 呂艷杰, 曹玉軍. 水氮互作下土壤脲酶活性與N2O排放的相關(guān)性研究. 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2015, 24(4): 24-27, 32.

LU Y N, LI K Z, LV Y J, CAO Y J. Correlation between soil urease activity and N2O emission under water-nitrogen interaction., 2015, 24(4): 24-27, 32. (in Chinese)

[29] 李華, 陳英旭, 梁新強(qiáng), 田光明, 俞巧鋼. 土壤脲酶活性對(duì)稻田田面水氮素轉(zhuǎn)化的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2006(1): 55-58.

LI H, CHEN Y X, LIANG X Q, TIAN G M, Yu Q G. Effects of soil urease activity on nitrogen transformation in rice fields., 2006(1): 55-58. (in Chinese)

[30] 關(guān)松蔭, 孟昭鵬. 不同墾殖年限黑土農(nóng)化性狀與酶活性的變化. 土壤通報(bào), 1986(4): 157-159.

GUAN S Y, MENG Z P. Agrochemical characters and enzyme activities of black soils with different Years of reclamation., 1986(4): 157-159. (in Chinese)

[31] 史云峰, 武志杰, 史奕, 陳利軍, 王殳屹. 土壤羥胺還原酶活性測(cè)定方法的改進(jìn). 生態(tài)學(xué)雜志, 2007(7): 1133-1137.

SHI Y F, WU Z J, SHI Y, CHEN L J, WANG S Y. Improvement of determination method of soil hydroxylamine reductase activity., 2007(7): 1133-1137. (in Chinese)

[32] 王立剛, 李虎, 邱建軍. 黃淮海平原典型農(nóng)田土壤N2O的排放特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(4): 1248-1254.

WANG L G, LI H , QIU J J. Emission characteristics of N2O from typical farmland soils in the Huang-Huai-Hai Plain., 2008, 41(4): 1248-1254. (in Chinese)

[33] CUI Z, YUE S, WANG G, MENG Q, WU L, YANG Z, ZHANG Q, LI S, ZHANG F, CHEN X. Closing the yield gap could reduce projected greenhouse gas emissions: a case study of maize production in China., 2013, 19(8): 2467-2477.

[34] XIONG Z Q, XIE Y X, XING G X, ZHUA Z L, CHRIS B. Measurements of nitrous oxide emissions from vegetable production in China., 2006, 40(12): 2225-2234.

[35] HE F, JIANG R, CHRN Q, ZHANG F, FU F. Nitrous oxide emissions from an intensively managed greenhouse vegetable cropping system in Northern China., 2009, 157(5): 1666-1672.

[36] WANG X, YANG X, ZHANG Z, YE X, KAO C M, CHEN S. Long-term effect of temperature on N2O emission from the denitrifying activated sludge., 2014, 117(3): 298-304.

[37] DOBBIE K E, SMITH K A. Nitrous oxide emission factors for agricultural soils in Great Britain: the impact of soil water‐filled pore space and other controlling variables., 2010, 9(2): 204-218.

[38] 汪俊玉, 劉東陽(yáng), 宋霄君, 武雪萍, 李曉秀, 黃紹文, 李若楠. 滴灌水肥一體化條件下番茄氮肥適宜用量探討. 中國(guó)土壤與肥料, 2018(6): 98-103.

WANG J Y, LIU D Y, SONG X J, WU X P, LI X X, HUANG S W, LI R N. Discussion on the suitable amount of nitrogen fertilizer for tomato under the condition of integrated drip irrigation with water and fertilizer., 2018(6): 98-103. (in Chinese)

[39] 黃紹文, 唐繼偉, 殷學(xué)云, 張懷志, 袁碩. 基于發(fā)育階段的日光溫室有機(jī)基質(zhì)栽培番茄水肥一體化技術(shù). 中國(guó)果菜, 2017, 37(9): 52-54, 60.

HUANG S W, TANG J W, YIN X Y, ZHANG H Z, YUAN S. Integrated water and fertilizer technology for tomato cultivation in solar greenhouse based on developmental stage., 2017, 37(9): 52-54, 60. (in Chinese)

[40] 郝小雨, 高偉, 王玉軍, 金繼運(yùn), 黃紹文, 唐繼偉, 張志強(qiáng). 有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用對(duì)設(shè)施菜田土壤N2O排放的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(5): 1073-1085.

HAO X Y, GAO W, WANG Y J, JIN J Y, HUANG S W, TANG J W, ZHANG Z Q. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil N2O emissions from greenhouse vegetable fields., 2012, 18(5): 1073-1085. (in Chinese)

[41] 陳海燕, 李虎, 王立剛, 邱建軍. 京郊典型設(shè)施蔬菜地N2O排放規(guī)律及影響因素研究. 中國(guó)土壤與肥料, 2012(5): 5-10.

CHEN H Y, LI H , WANG L G, QIU J J. Study on N2O emissions and influencing factors of typical vegetable areas in Beijing Suburbs., 2012(5): 5-10. (in Chinese)

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

ZHANG J, LI H, WANG L G, QIU J J. Characteristics of soil N2O emission from typical vegetable fields in Beijing suburbs., 2014, 34(14): 4088-4098. (in Chinese)

[43] SMITH K A, THOMSON P E, CLAYTON H, IAIN M. Effects of temperature, water content and nitrogen fertilisation on emissions of nitrous oxide by soils. Atmospheric Environment, 1998, 32(19): 3301-3309.

[44] 鄭欠, 丁軍軍, 李玉中, 林偉, 徐春英, 李巧珍, 毛麗麗. 土壤含水量對(duì)硝化和反硝化過(guò)程N(yùn)2O排放及同位素特征值的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(24): 4747-4758.

ZHENG Q, DING J J, LI Y Z, LIN W, XU C Y, LI Q Z, MAO L L. Effects of soil water content on N2O emission and isotope characteristics of nitrification and denitrification processes., 2017, 50(24): 4747-4758. (in Chinese)

[45] 丁洪, 王躍思, 項(xiàng)虹艷, 李衛(wèi)華. 菜田氮素反硝化損失與N2O排放的定量評(píng)價(jià). 園藝學(xué)報(bào), 2004(6): 762-766.

DING H , WANG Y S, XIANG H Y, LI W H. Quantitative evaluation of nitrogen denitrification loss and N2O emission in vegetable fields., 2004(6): 762-766. (in Chinese)

[46] 王艷麗, 李虎, 孫媛, 王立剛. 水肥一體化條件下設(shè)施菜地的N2O排放. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(7): 2005-2014.

WANG Y L, LI H, SUN Y, WANG L G. N2O emissions from protected vegetable fields under water and fertilizer integration conditions., 2016, 36(7): 2005-2014. (in Chinese)

[47] DIAO T T, XIE L L, GUO L P, YAN H L. Measurements of N2O emissions from different vegetable fields on the North China Plain., 2013, 72(2): 70-76.

[48] 巨曉棠, 張福鎖. 關(guān)于氮肥利用率的思考. 生態(tài)環(huán)境, 2003(2): 192-197.

JU X T, ZHANG F S. Thinking on the utilization ratio of nitrogen fertilizer., 2003(2): 192-197. (in Chinese)

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

ZHANG G Y, FANG B S, MIN H, CHEN M C. Study on nitrous oxide emission from soil in greenhouse cultivation and its impact factors., 2004, 23(1): 144-147. (in Chinese)

[50] 姚志生, 鄭循華, 周再興, 謝寶華, 梅寶玲, 顧江新, 王定勇. 太湖地區(qū)冬小麥田與蔬菜地N2O排放對(duì)比觀測(cè)研究. 氣候與環(huán)境研究, 2006(6): 691-701.

YAO Z S, ZHENG X H, ZHOU Z X, XIE B H, MEI B L, GU J X, WANG D Y. Comparative observation of N2O emissions from winter wheat fields and vegetable fields in Taihu Lake Region., 2006, 11(6): 691-701. (in Chinese)

[51] 徐文彬, 洪業(yè)湯. 貴州省旱田土壤N2O釋放及其環(huán)境影響因素. 環(huán)境科學(xué), 2000, 21(1): 7-11.

XU W B, HONG Y T. N2O emission from dryland soils in Guizhou Province and its environmental impact factors., 2000, 21(1): 7-11. (in Chinese)

[52] 鄭循華, 王明星. 溫度對(duì)農(nóng)田N2O產(chǎn)生與排放的影響. 環(huán)境科學(xué), 1997(5): 1-5.

ZHENG X H, WANG M X. Effects of temperature on N2O production and emission in farmland., 1997(5): 1-5. (in Chinese)

[53] 張恩平, 譚福雷, 王月, 張淑紅, 段瑜, 周芳. 氮磷鉀與有機(jī)肥配施對(duì)番茄產(chǎn)量品質(zhì)及土壤酶活性的影響. 園藝學(xué)報(bào), 2015, 42(10): 2059-2067.

ZHANG E P, TAN F L, WANG Y, ZHANG S H, DUAN Y, ZHOU F. Effects of nitrogen, phosphorus, potassium and organic fertilizers on yield and quality of tomato and soil enzyme activities., 2015, 42(10): 2059-2067. (in Chinese)

[54] DICK W A. Influence of long-term tillage and crop rotation combinations on soil enzyme activities., 1984, 48(3): 569-574.

[55] 孫建, 劉苗, 李立軍, 劉景輝, 張星杰. 免耕與留茬對(duì)土壤微生物量C、N及酶活性的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(10): 5508-5515.

SUN J, LIU M, LI L J, LIU J H, ZHANG X J. Effects of no-tillage and stubble on soil microbial biomass C, N and enzyme activities., 2009, 29(10): 5508-5515. (in Chinese)

[56] 李東坡, 武志杰, 陳利軍, 楊杰, 朱平, 任軍, 彭暢, 高紅軍. 長(zhǎng)期培肥黑土脲酶活性動(dòng)態(tài)變化及其影響因素. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003(12): 2208-2212.

LI D P, WU Z J, CHEN L J, YANG J, ZHU P, PENG C, GAO H J. Dynamic changes of urease activity in long-term fertilization black soil and its influencing factors., 2003(12): 2208-2212. (in Chinese)

[57] 王棟, 李輝信, 胡鋒. 不同耕作方式下覆草旱作稻田土壤肥力特征. 土壤學(xué)報(bào), 2011, 48(6): 1203-1209.

WANG D, LI H X, HU F. Characteristics of soil fertility in paddy field under different tillage patterns., 2011, 48(6): 1203-1209. (in Chinese)

[58] 王樹起, 韓曉增, 喬云發(fā), 王守宇, 李曉慧. 不同土地利用和施肥方式對(duì)土壤酶活性及相關(guān)肥力因子的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(6): 1311-1316.

WANG S Q, HAN X Z, QIAO Y F, WANG S Y, LI X H. Effects of different land use and fertilization methods on soil enzyme activities and related fertility factors., 2009, 15(6): 1311-1316. (in Chinese)

[59] 褚素貞, 張乃明, 史靜, 毛昆明. 云南省設(shè)施栽培土壤脲酶活性變化趨勢(shì)研究. 土壤通報(bào), 2010, 41(4): 811-814.

ZHU S Z, ZHANG N M, SHI J, MAO K M. Study on the change trend of soil urease activity in protected cultivation in Yunnan Province., 2010, 41(4): 811-814. (in Chinese)

[60] 肖新, 朱偉, 肖靚, 鄧艷萍, 趙言文, 汪建飛. 適宜的水氮處理提高稻基農(nóng)田土壤酶活性和土壤微生物量碳氮. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(21): 91-98.

XIAO X, ZHU W, XIAO L, DENG Y P, ZHAO Y W, WANG J F. Appropriate water and nitrogen treatment to increase soil enzyme activity and soil microbial biomass carbon and nitrogen in rice-based farmland., 2013, 29(21): 91-98. (in Chinese)

[61] 夏雪, 谷潔, 車升國(guó), 高華, 秦清軍. 施氮水平對(duì)塿土微生物群落和酶活性的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(8): 1618-1627.

XIA X, GU J, CHE S G, GAO H, QIN Q J. Effects of nitrogen application levels on microbial community and enzyme activities in bauxite., 2011, 44(8): 1618-1627. (in Chinese)

[62] 白紅英, 韓建剛, 趙一萍. 不同土層土壤理化性狀與反硝化酶活性N2O排放通量的相關(guān)性研究. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù), 2002, 21(3): 193-196.

BAI H Y, HAN J G, ZHAO Y P. Correlation between physical and chemical properties of different soil layers and denitrifying enzyme activity N2O emission flux., 2002, 21(3): 193-196. (in Chinese)

[63] 周禮愷. 土壤的酶活性. 土壤學(xué)進(jìn)展, 1980, 8(4): 9-15.

ZHOU L K. Soil enzyme activity. Advances in Soil Science, 1980, 8(4): 9-15. (in Chinese)

[64] 陳利軍, 武志杰, 姜勇, 周禮愷. 與氮轉(zhuǎn)化有關(guān)的土壤酶活性對(duì)抑制劑施用的響應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2002(9): 1099-1103.

CHEN L J, WU Z J, JIANG Y, ZHOU L K. Response of soil enzyme activity related to nitrogen conversion to inhibitor application., 2002(9): 1099-1103. (in Chinese)

[65] KNOWLES R. Denitrification. Microbiology Reviews, 1982, 46(1): 43-70.

[66] 宋琴, 許雷. 異養(yǎng)硝化作用酶學(xué)研究進(jìn)展. 生物技術(shù)通報(bào), 2008(5): 60-62.

SONG Q, XU L. Advances in enzymology of heterotrophic nitrification., 2008(5): 60-62. (in Chinese)

Effects of Drip irrigation Water and Fertilizer Integration Combined with Organic Fertilizers on Soil N2O Emission and Enzyme Activity

XI YaJing1,2, WANG JunYu1,2,LI YinKun3, WU XuePing2, LI XiaoXiu1, WANG BiSheng2, LI ShengPing2, SONG XiaoJun2, LIU CaiCai2

(1College of Resources Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100037;2Institute of Agricultural Resource and Regional Planning, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Beijing 100081;3Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097)

【】This paper mainly studied the dynamic changes of soil N2O emission and the activities of urease (UR), nitrate reductase (NR), nitrite reductase (Ni R) and hydroxylamine reductase (Hy R) under the condition of drip irrigation water and fertilizer integration by applying different amounts of inorganic nitrogen to organic nitrogen, and analyzed the soil N2O emission characteristics of every treatment and the effects of soil UR, NR, Ni R and Hy R activities on soil N2O emissions, the purpose of this research was to reveal the influence mechanism of N2O emission process under the integration of drip irrigation water and fertilizer.【】The treatments consisted of CK (no nitrogen application), N1 (200 kg·hm-2organic nitrogen), N2 (200 kg·hm-2organic nitrogen + 250 kg·hm-2inorganic nitrogen), and N3 (200 kg·hm-2organic nitrogen + 475 kg·hm-2inorganic nitrogen). Using static-chamber method, the soil N2O emission, enzyme activity, soil temperature and humidity during the growth period of tomato were monitored.【】The integration of water and fertilizer in drip irrigation showed that the N2O emission peak of every treatment appeared at the first day after fertilization + irrigation, and decreased continuously with the passage of time. The N2O emission flux range under different treatments was 0.98-1544.79 μg·m-2·h-1. The total N2O emissions during the growth period of tomato under different treatments had significant differences among each treatment, which were N3 ((7.13±0.11) kg·hm-2) >N2 ((4.87±0.21) kg·hm-2) >N1 ((2.54±0.17) kg·hm-2) >CK ((1.56±0.23) kg·hm-2). Compared with N3, the total soil N2O emissions from N1 and N2 decreased by 64.38% and 31.70%, respectively. During the growth period of tomato, the characteristics of seasonal emission of N2O changed obviously, which revealed high in autumn and low in winter. The activity of soil nitrogen-related enzymes increased with the increase of nitrogen application rate. The soil N2O flux was positively correlated with 5 cm soil temperature, 0-10 cm soil nitrate nitrogen content, soil NR activity and soil Hy R activity (＜0.01).【】Under the integration of drip irrigation and water and fertilizer, soil N2O mainly came from the nitrification process, which reduced the N2O emissions generated by the denitrification process. Considering the factors such as tomato yield, quality and N2O emission, it was recommended to apply 200 kg·hm-2organic nitrogen +250 kg·hm-2inorganic nitrogen, 75 kg·hm-2P2O5and 450 kg·hm-2K2O in northern greenhouse autumn-winter tomato.

N2O emissions; soil nitrogen invertase; drip irrigation water and fertilizer integration; temperature; nitrate nitrogen; greenhouse tomato

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.012

2019-06-03；

2019-09-02

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFE0112300、2018YFD0200408）、國(guó)家863 課題（2013AA102901）、國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2015BAD22B03）

奚雅靜，E-mail：1051794571@qq.com。汪俊玉同為第一作者，E-mail：Wjunyu1993@163.com。

武雪萍，E-mail：wuxueping@caas.cn。通信作者李曉秀，E-mail：lxiaoxiu0548@sina.com

（責(zé)任編輯 李云霞）