冬小麦/夏玉米轮作体系农田土壤N2O排放和CH4吸收特征

华北平原是中国重要的粮食产区，氮肥过量投入是目前该地区冬小麦／夏玉米轮作体系中存在的普遍问题。过量的氮肥施用不仅降低了氮肥的利用率，而且会引起N2O的大量排放并抑制农田土壤对甲烷的吸收。本研究建立了N2O／CH4连续自动观测系统，利用该系统在2002-2003年对传统和优化的氮肥管理体系的N2O排放和CH4吸收进行了两个轮作周期的连续观测，以明确冬小麦／夏玉米轮作体系的N2O排放和CH4吸收的特征及其减排潜力。主要研究结果如下： 本研究构建的N2O／CH4连续自动观测系统每天每个处理可分别获得20个N2O和CH4的排放通量值，能够准确的捕捉N2O的日排放变异。 利用N2O／CH4连续自动观测系统评价了常用的箱法间歇采样N2O测定方法。结果表明，不同采样时间对间隔采样的计算结果影响很大，在7：20-18：00的模拟采样时间中，随着采样时间的延后计算的N2O排放结果具有先升高后降低的趋势，与N2O的日排放规律相一致。其中，14：30采样计算的排放量最大，比最低值（7：20采样）高254％。 在冬小麦／夏玉米轮作体系农民传统的水肥管理处理中，2001-2002和2002-2003两个轮作周期内测得的N2O的排放量分别为1959 gN hm-2和1250 gN hm-2，N2O的排放主要集中在每次施肥和灌水之后的两周内，其中夏玉米十展叶期追肥后两周内N2O的排放速率最高，2002年和2003年分别达到5.06 mg m-2d-1和5.60 mg m-2d-1。 冬小麦／夏玉米轮作体系农田土壤是CH4的净吸收库，2001-2002和2002-2003两个轮作周期内测得的CH4的吸收量分别为2303 g C hm-2和1468 g C hm-2。在本研究中CH4的背景浓度与土壤对CH4的吸收密切相关。 应用氮肥实时监控技术进行优化施氮，与传统施氮相比可以降低氮肥用量70.8％-76.4％，但作物产量不减，而N2O排放量比传统施氮处理降低了61％-71％，CH4吸收量比传统处理增加7.7％-24.6％。 通过对各种排放源进行温室效应增温潜力（GWP）的计算，优化施氮处理在轮作周期的GWP为1027kg(CO2 equ)hm-2，比传统施氮处理降低了72.9％。其中，优化施氮处理氮肥用量降低导致的CO2 equ排放降低贡献率最大（75.0％），其次是N2O排放量的降低（24.5％），促进甲烷吸收的减排效果最小（0.5％）。