有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N2O排放的影响

奚雅静，刘东阳，汪俊玉，武雪萍，李晓秀，李银坤，王碧胜，张孟妮，宋霄君，黄绍文

有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N2O排放的影响

奚雅静1,2，刘东阳1,2，汪俊玉1,2，武雪萍2，李晓秀1，李银坤3，王碧胜2，张孟妮2，宋霄君2，黄绍文2

（1首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048；2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；3北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097）

【】在等氮量有机部分替代化肥条件下研究温室番茄土壤N2O排放特征，探讨影响温室土壤N2O排放的环境因素，为估算温室菜地系统N2O的排放清单及其减排潜力提供数据支撑和理论依据。以温室秋冬茬番茄为研究对象，设置不施肥（CK）、单施有机肥（MN）、单施化肥（CN）、有机肥部分替代化肥（CMN）4个处理，采用静态箱-气相色谱法，对番茄生育期内土壤N2O排放及土壤温度、含水量进行监测。在相同施氮量情况下，处理CMN（有机部分替代无机）的N2O排放总量为4.05 kg·hm-2，相比处理CN（单施化肥）和MN（单施有机肥），土壤N2O排放总量降低了45.1%和33.2%；土壤N2O排放系数分别降低了50.0%和37.5%；排放强度降低了50.0%、42.1%。各处理土壤N2O排放通量峰值均出现在施肥灌水后第1天，排放主要集中在施肥灌溉后5 d内。温室番茄土壤N2O排放通量与0-5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系；与土壤充水孔隙率（WFPS）呈显著或极显著的对数函数关系，且不同施肥处理下土壤N2O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内。温室番茄土壤N2O排放的消长关系表现在温湿度变化和氮肥投入类型等方面，合理的减排措施应综合考虑以上因素。有机部分替代化肥施肥模式是提高温室番茄产量，减少N2O排放排放强度、排放系数和排放总量，提高肥料利用率，实现化肥零增长的重要手段。

N2O排放；温室番茄；有机肥；化肥；土壤温度；土壤充水孔隙率（WFPS）

0 引言

【研究意义】氧化亚氮（N2O）是大气中一种重要的温室气体，其在大气中滞留时间较长，并且参与大气中许多光化学反应，破坏大气臭氧层[1]；同时N2O百年尺度上单分子的增温潜势（GWP）是CO2的310倍[2]，对全球气候变化的贡献约占全部温室气体总贡献的5%—6%[3]。农业土壤是N2O重要的排放源，占全球N2O排放总量的25%—39%[4]。农业生产中氮肥的大量投入是大气中N2O的浓度增长的重要因素之一[5]。目前，我国蔬菜种植面积已经占到农作物种植面积的11.8%，并且呈逐年扩大的趋势[6]。农业部印发的《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》中明确指出，温室蔬菜由于产量高、用肥量大、施肥结构不合理等特点，偏施氮肥现象严重，每年仅氮肥投入量已经超过1 200 kg·hm-2[7]。由此来看，大量化肥氮的施用为N2O的产生与排放创造了有利条件。因此，研究有机部分替代化肥的温室番茄土壤N2O排放特征对于温室菜地合理施肥、减少温室气体排放具有重要意义[8]。【前人研究进展】硝化和反硝化被认为是农田N2O排放的两条主要途径。因此，影响硝化与反硝化途径的环境因子（气温、降水）、土壤条件（土壤温湿度等）以及农田管理措施等对N2O 的排放均有重要影响[9-10]。土壤含水量较低时，土壤孔隙大，加速了硝化作用产生N2O，而土壤含水量增加时，土壤含氧量降低促进了反硝化作用过程产生N2O[11]。同时也有大量研究得出土壤温度的升高会促进N2O的排放[12-14]。施肥作为影响农田可持续利用的最深刻的措施，是影响N2O排放主要因素[15]。关于肥料类型对土壤N2O排放的影响存在许多争议，有机氮肥和无机氮肥究竟哪种肥料会排放较多的 N2O？毕智超等[16]研究不同比例有机肥施用对香菜、空心菜、菜秧、菠菜等不同菜田N2O排放的影响，结果表明不同比例有机肥施入4种蔬菜的N2O排放系数为0.09%—1.92%，施用有机肥比单施化肥可降低土壤N2O排放最高达64%。而刘丽鹃[17]则发现，25%化肥+75%猪粪堆肥配合施用对N2O排放的促进作用高于单施化肥。JIA等[18]研究得出，有机无机配施与单施化肥处理间对菜地N2O排放的影响差异不显著。【本研究切入点】施用有机肥和化肥都是农田维持地力提高产量的重要措施，也深刻影响着农田N2O的排放。有机肥和化肥对N2O排放影响的研究大多集中在大田粮食作物上，且研究结果并不一致[19-20]，而等氮条件下有机部分替代化肥对温室番茄土壤N2O排放及影响因素的研究较少。【拟解决的关键问题】本试验以温室番茄为研究对象，在等氮量条件下研究单施化肥、单施有机肥以及有机部分替代化肥对N2O排放影响，探讨各处理N2O排放特征的差异及影响因素，为减少温室番茄土壤N2O排放，建立科学合理的施肥模式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验地点设在河北省辛集市马庄农场（37°78′ N，115°30′ E），属东部季风区暖温带半湿润大陆性气候。该地区年平均气温为12.5℃，历年平均降雨水量540 mm。供试日光温室带有保温层、砖制墙体，无水泥柱拱形结构，拱形外表面覆盖0.8 mm聚乙烯棚膜，冬季棚膜上覆盖保温被。温室长为40 m，宽为7.5 m，拱高 2.5 m。土壤类型是石灰性壤质潮土，种植前测定0—20 cm土层全氮含量为1.55 g·kg-1，有机质 15.4 g·kg-1，有效磷（P2O5）32.4 mg·kg-1，速效钾（K2O）165.3 mg·kg-1，pH为7.6，土壤容重1.35 g·cm-3，田间持水量23.7%。番茄（L.）品种为荷兰瑞克斯旺1404。

1.2 试验设计

本试验设不施氮对照（CK），单施有机肥（MN），单施化肥（CN），有机部分替代化肥（CMN）共4个处理，除CK外，其余3个处理施氮量相同，均为675 kg N·hm-2，各处理及施肥量见表1。每个处理3次重复，并且随机排布。试验小区面积为10.8 m2（宽1.8 m、长6 m），株距为0.4 m，宽窄沟相间排布，行距分别为0.45 m和0.30 m。小区与小区之间深埋PVC板，以此防止小区间养分和水分的混合。

表1 温室番茄试验处理方案

试验肥料：化肥为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）和硫酸钾（含K2O 51%）。有机肥包含两种：商品有机肥和小麦秸秆。商品有机肥中养分含量N、P2O5和K2O分别为1.668%、3.240%，2.294%（干基）；秸秆为辛集麦秸，其中N、P2O5和K2O养分含量为0.939%、0.231%和0.786%（干基）。各处理磷、钾肥用量相同，分别为225、450 kg·hm-2（除单施有机肥处理钾肥用量为580 kg·hm-2，略高于其他处理）。小麦秸秆（每1 000 kg小麦秸秆+2 kg 生物菌剂）在2016年8月2日均匀撒入20—25 cm土层后覆土。8月6日施入将有机肥、20%化学氮肥、100%化学磷肥、40% 化学钾肥均匀撒施翻地。其余肥料平均分4次分别在番茄追肥阶段开花期（9月20日）、果实膨大期（10月9日）、采收盛期（11月11日）和采收末期（12月2日）将肥料溶于水然后均匀随种植行撒于小区，随后灌溉。4个处理灌水量相同为240 m3·hm-2，都为在农民习惯灌溉量360 m3·hm-2基础上的减量灌溉，灌溉方式为沟灌（灌溉系统由河北方田农业服务有限公司设计），番茄生育期内共灌水6次。分别为定植期（8月6日）、苗期（8月12日）以及追肥阶段4个生育时期。为保证各处理灌水量的准确，每个小区均安有单独的PVC进水管，并用水表记录灌水量。其他田间管理措施保持一致。

1.3 气体样品采集及测定

N2O的采集方法为密闭箱-气相色谱法。采样装置组成包含取样箱和底座两部分。长为30 cm，宽为15 cm，高为20 cm，由PVC材料制成。取样时注水密封，防止周围空气与箱体空气交换。具体采样时间为每天上午9：30—10：20。静态箱密闭后，取样箱取样时用带有三通阀的注射器，分别在0、17、34 min抽取经过搅拌的气样35 mL注入到已备好的12 mL真空玻璃瓶中。气体样品采用Agilent 7890A气相色谱仪进行分析，采用电子捕获检测器（ECD）分析N2O浓度，气相色谱仪在每次测试时使用国家标准计量中心的标准气体进行标定，N2O测定的相对误差控制在2%以内。

1.4 温度及土壤含水量的测定

每次采集气体同时用TPM-10 数字温度计测定密闭箱内温度；用SU-LB 土壤水分速测仪测定5 cm土层的土壤体积含水量，并在每个月始末用烘干法对速测仪测定值进行校正。每个处理分别在小区首、中、末端 3个点进行测量，取其平均值作为每个处理的土壤体积含水量，并转换成土壤充水孔隙率（water-filled pore space，WFPS）[21]；同时用TP101电子数显温度计测定土壤温度。

1.5 数据处理及分析

（1）N2O排放通量 根据下式进行计算：

F =ρ × H × ( Δc /Δt) × 273 /( 273 + T)

式中，F 为 N2O 排放通量（μg·m-2·h-1）；ρ为N2O标准状态下的密度（1.964 kg·m-3）；H为取样箱高度（m）；Δc /Δt 为单位时间静态箱内的N2O气体浓度变化率（mL·m-3·h-1）；T为测定时箱体内的平均温度（℃）。

（2）N2O排放总量 计算公式为：

T=∑[(Fi+1+Fi)/2]×(Di+1-Di)×24/1000

式中：T为N2O季节排放总量（mg·m-2）；F和Fi+1为分别第 i 和 i+1 次采样时N2O平均排放通量（μg·m-2·h-1）；Di和 Di+1分别为第i和i+1次采样时间（d）；N2O排放总量是将3次重复的各次观测值按时间间隔加权平均后再进行平均化处理。采用内插法计算相邻两次监测之间未监测日期的排放总量，然后进行累加即可得到年度气体排放总量。

（3）N2O排放强度 指形成单位经济产量N2O排放量，公式为：

I=F/Y

式中，I代表排放强度（kg·t-1）；F 为N2O排放总量（kg·hm-2）；Y为作物产量（t·hm-2）。

（4）N2O排放系数（Emission factor）

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）将同期内由化肥氮施用引起的N2O-N排放量占总施氮量的百分比定义为N2O排放系数，并建议化肥氮的N2O排放系数为1%。公式为：

EFd=（EF－EC）/N×100

式中，EF与EC分别代表施肥与不施肥处理条件下N2O的排放量（kg·hm-2）；N表示各处理施氮肥量（kg·hm-2）。

试验数据采用Excel2010软件处理，Duncan氏新复极差法（SSR）进行多重比较，Pearson相关性采用SPSS22统计软件进行分析。

2 结果

2.1 土壤N2O排放通量动态变化

基肥阶段各处理间土壤N2O排放通量的变化趋势基本一致（图1-A），各处理土壤N2O排放通量在施用基肥后第1天达到排放峰值，随后逐渐降低。不同处理的N2O排放峰值差异显著（图1-B），以MN处理最高，为8.39 mg·m-2·h-1，各处理间排放峰值大小顺序依次为：MN>CMN>CN>CK。从图1-A中可以看出，CK的排放通量始终处于较低的水平，各施氮处理N2O排放通量均比不施氮肥高。不同施氮措施下，由于有机肥全部基施，化肥只施用了20%，在基肥阶段施肥量大小为MN处理>CMN处理>CN处理，土壤N2O排放通量也呈相同趋势。

箭头表示追肥；A、B分别为基肥阶段N2O排放情况和基肥第1天的排放通量；a、b、c、d分别为番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期追肥后土壤N2O排放趋势

The arrow indicates topdressing fertilizer; A and B represent the base fertilizer stage N2O emission and the emission flux on the 1th day; a, b, c, d indicate changes in N2O emission flux after topdressing fertilizer in flowering stage, fruit expansion stage, harvest stage and final harvest stage

图1 不同施氮水平下土壤N2O排放动态

Fig. 1 Dynamic of N2O emission under different N application rates

图1中1-a、1-b、1-c和1-d分别是追肥阶段（番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期）N2O的排放通量在追肥后9 d内的动态变化，4个生育时期N2O排放通量变化趋势基本一致。各施肥处理均在追肥后的第1天达到峰值，第5天已经明显降低，到第9天各处理变化趋于稳定。CK的排放量始终处于较低的水平，MN、CN、CMN处理均显著大于CK。在施氮量相同的情况下，不同处理间N2O的排放通量情况为CN>MN>CMN，相比CN和MN，有机部分替代无机氮的CMN处理显著降低了N2O的排放。

追肥阶段不同生育时期内相同处理土壤N2O排放峰值差异较大，各处理均在番茄开花期时最高，采收末期最低。CN、MN和CMN在不同生育期峰值变化范围分别为：0.71—1.77 mg·m-2·h-1、0.56—1.39 mg·m-2·h-1和0.22—0.67 mg·m-2·h-1。

2.2 不同处理番茄产量、N2O排放量及排放系数

温室番茄总产量为29.03—36.54 t·hm-2（表 2）。施氮处理的总产量比不施氮处理CK增加了 12.2%—25.8%，而处理CMN与处理CN 、MN 相比，总产量则分别提高了7.5%和12.2%。本试验中，基肥阶段有机肥全部基施，肥料基施量大小为处理MN处理>CMN处理>CN处理，土壤N2O排放总量呈MN处理>CMN处理>CN处理>CK处理的趋势，处理CMN和处理CN之间差异不显著，而二者均与处理MN达到显著性差异；追肥阶段呈处理CN>MN>CMN>CK的趋势，各处理间差异显著。如表2所示，在施氮量相同条件下，番茄生育期内土壤N2O排放总量以处理CMN最低，为4.05 kg·hm-2，与处理CN和处理MN相比，有机部分替代无机氮处理CMN土壤N2O排放总量降低了45.1%和33.2%。本研究中各施肥处理土壤N2O排放系数介于0.5%—1.0%，处理CN的排放系数最大为1.0%，与IPCC 1%的推荐值相近。与处理CN和处理MN相比，处理CMN土壤N2O排放系数分别降低了50.0%和37.5%。各处理土壤N2O排放强度为0.02—0.22 kg·t-1，以处理CN最高，有机部分替代无机氮处理比单施化肥、单施有机肥处理降低了50.0%、42.1%。

表2 不同处理番茄产量及土壤N2O排放总量、排放系数、排放强度

同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平

Values followed by different letters in a column are significant among treatments at 5% level

2.3 N2O排放通量与土壤水分关系

整个番茄季土壤WFPS值介于23.7%—86.9%。相关分析表明，各处理在不同生育时期内0—5 cm土层WFPS与土壤N2O排放通量之间呈显著或极显著对数函数关系（图2），且不同处理下土壤N2O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内（图2）。

2.4 N2O排放通量与土壤温度的关系

整个观测期内，各处理土壤表层温度（0—5 cm）介于9.78—32.02 ℃之间，处理间差异不显著，而土壤表层地温随季节变化较大。对不同处理的N2O排放通量与0—5 cm地温作相关性分析表明，不同处理N2O排放通量均与0—5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系（=44），2在0.0617—0.1884之间（图3）。

3 讨论

3.1 有机肥部分替代化肥对N2O排放的影响

本试验条件下，番茄生育期内各处理土壤N2O排放通量变化基本一致，均在施肥灌水后第1天出现排放峰值，同一处理基肥阶段排放峰值均大于追肥阶段。基肥阶段土壤N2O排放峰值及排放量以单施有机肥处理最高，而追肥阶段处理MN不追施氮肥，从而使供土壤N2O排放的底物减少了，故追肥阶段处理MN土壤N2O排放总量远低于处理CN。全生育期内处理MN土壤N2O排放总量比处理CMN增加49.6%，说明单施有机肥处理MN供给的氮素超过了需求量，以致多余的氮素会以N2O等形式损失，使得肥料利用率降低。李燕青等[15]也指出适量施用有机肥是保证作物产量、实现固碳减排、解决有机肥环境污染问题的重要途径，在实际生产中不提倡单施大量有机肥。追肥阶段4个时期土壤N2O排放通量均呈CN处理>MN处理>CMN处理>CK处理的趋势。同一处理不同生育时期在追施氮量相同的情况下，该生育时期平均温度高土壤N2O排放峰值大，反之，土壤N2O排放峰值小。

a、b、c、d分别表示番茄追肥阶段的4个时期（番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期）。**表示极显著相关（P<0.01），*表示显著相关（P<0.05）

**表示极显著相关（P<0.01），*表示显著相关（P<0.05）

土壤的硝化和反硝化过程是N2O产生和排放的两条主要途径，硝化过程是指微生物在土壤酶的作用下将NH3氧化成NO2-或者NO3-的过程，其中间产物会释放出N2O，反硝化作用是指微生物将NO3-或NO2-还原成N2O等气体的过程。化学氮肥的大量施用为硝化作用和反硝化作用提供了充足的底物，目前已有很多研究表明无机氮施用引起大量N2O排放，施氮量越高，土壤N2O排放量越大[22-24]；而有机肥的施用在向土壤中带入了氮素的同时也改变了土壤中的C/N，影响了土壤微生物活性，改变了土壤中的氮素循环过程[16]，而且能增加土壤肥力，减少氮素损失[17]。有研究指出，在同等施氮水平下，有机肥提供的有机分子可作为反硝化细菌的基本电子受体，相比化肥更能促进反硝化作用[25-27]；但有机肥的施用又会增加土壤中有机质的含量，有机质的大量分解会消耗其中的氧气，进而使土壤中的N2O气体被作为替代氧气的电子受体还原为N2，从而抑制了NH3氧化成NO2-、NO3-，减少了N2O的排放[28-30]。番茄生育期内，处理CMN与处理CN、MN相比，土壤N2O排放总量分别减少了45.1%和33.2%，这与很多研究结果相似。翟振等[31]研究表明，有机无机肥料配施同单施化肥相比能够减少N2O的排放，并且能够减少33.5%的温室效应，产生明显的环境效益；郝小雨[19]、兰翔[32]等指出，在等氮量情况下，温室菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式较习惯施肥处理降低了85.1%土壤 N2O 排放；姜姗姗等[33]研究了减氮及不同肥料配施对稻田N2O 排放的影响，得出有机无机配施减排效果最好，能够减少38.6%的N2O的排放。同时本试验还得出有机肥部分替代化肥处理比单施化肥、单施有机肥处理番茄总产量则分别提高了 7.5%和12.2%，土壤N2O排放强度降低了50.0%、42.1%。可见，有机肥部分替代化肥处理减少了由硝化过程产生的N2O，是减少N2O排放，提高日光温室番茄的总产量及肥料利用率，实现化肥零增长的重要手段。

3.2 环境因子对N2O排放的影响

土壤水分和温度是影响硝化过程和反硝化过程产生N2O的主要环境因子[34]，设施菜地高温、高湿的特点[35]为硝化和反硝化作用的进行提供了有利的条件，由此引起N2O的大量排放[36]。GRANLI和BOCKMAN[37]指出，耕作土壤中的N2O排放在70%—90% WFPS时主要是由反硝化过程产生的，在30%—70%WFPS 时则主要由硝化过程产生。故WFPS既能促进硝化作用又能促进反硝化作用时，会导致最多的N2O的生成与排放。目前，对于N2O排放最适宜的WFPS结论不尽相同，张婧等[38]研究发现番茄地N2O的排放通量与WFPS之间存在显著的正相关关系，且WFPS在60%—70%条件下有利于N2O的产生和排放；陈慧等[39]研究发现番茄地N2O排放峰值出现在WFPS为46.0%—52.1%之间；郑欠等[40]研究得出67% WFPS 土壤N2O排放以硝化作用为主，在一定范围内，含水量升高会使反硝化作用增强。本试验得出，不同施肥处理下土壤N2O排放峰值均出现在WFPS为60%—80%范围内，且WFPS与N2O的排放呈显著或极显著对数函数关系。同时有研究指出，土壤干湿交替引起土壤N2O大量排放，而造成此现象的主要原因是干燥时土壤中有机碳的含量增加，而灌水后土壤湿润度大幅上升导致反硝化作用发生，造成土壤中N2O的大量排放[41-42]。本试验追肥阶段追肥与灌水同时进行，温室内温度比较高，每次灌溉后水分蒸发比较快，等下次灌水时土壤已是干燥状态，灌水后土壤WFPS为土壤N2O大量的释放提供了有利环境条件，而追肥为土壤N2O排放提供了反应底物，故在追肥灌水后第1天立即出现土壤N2O排放峰值。陈海燕[43]、张婧[38]等在京郊地区采取漫灌和冲灌的灌水方式对番茄地土壤N2O排放的研究得出，N2O排放峰出现在施肥后3—4 d，单独灌水后2—3 d。可见，施肥与灌溉同时进行时容易造成土壤N2O迅速大量排放，这与已有研究结果一致[44]。

土壤温度对N2O排放的影响主要通过调节土壤溶液中的生物化学反应和土壤微生物活性从而对N2O排放产生影响，本质上就是影响土壤的硝化和反硝化作用的条件[45]。大量研究已经证实，硝化微生物活动的适宜温度范围为15—35℃，其中最适范围是25—35℃。温度稍低或者稍高（<5℃或>40℃）时硝化作用均被抑制[46]。反硝化微生物活动的适宜范围是5—75℃，其中最适范围是30—67℃[47-48]。温度降低并不会明显减弱反硝化速率，即使在0—5℃的低温条件下仍能发生反硝化作用。本试验基肥阶段土壤平均温度为28.32℃，追肥阶段番茄开花期、果实膨大期、采收盛期和采收末期分别为21.54、18.8、13.92和11.63℃。可见，基肥阶段及番茄开花期和果实膨大期既有利于硝化作用又有利于反硝化作用，而采收盛期和采收末期硝化作用受到抑制，有利于反硝化作用。本试验中同一处理在追施氮量相同的条件下，番茄开花期和果实膨大期土壤N2O排放峰值及排放量高于采收盛期和采收末期可能是由温度的变化影响了硝化和反硝化作用引起的。

4 结论

4.1 4个不同施肥处理土壤N2O排放峰值均出现在施肥后第1天，同一处理以基肥阶段峰值最高。相同施氮量下，有机肥部分替代无机处理与单施化肥和单施有机肥处理相比，番茄总产量则分别提高了7.5%和12.2%，土壤N2O排放总量降低了45.1%和33.2%；土壤N2O排放系数分别降低了50.0%和37.5%；排放强度降低了50.0%、42.1%。

4.2 本研究结果得出，土壤充水孔隙率（WFPS）和土壤温度是影响N2O排放的重要因素，土壤N2O排放通量与WFPS呈显著或极显著的对数函数关系，土壤充水孔隙率在60%—80%时，易出现土壤N2O排放峰值。在追施氮量相同情况下，同一处理开花期、果实膨大期土壤N2O排放峰值和排放量高于其他生育时期。

4.3 有机肥部分替代化肥施肥模式是减少N2O排放、提高肥料利用率、实现化肥零增长的重要手段。

[1] RAVISHANKARA A R, DANIEL J S, PORTMANN R W. Nitrous oxide (N2O): the dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st century.2009, 326(5949): 123.

[2] 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., 1996, 25(5): 1105-1111.

[4] DAVIDSON E A, KANTER D. Drawing down N2O to protect Climate and the Ozone Layer: A UNEP Synthesis Report. United Nations Environment Programme (UNEP), Nairobi, Kenya, 2013, [2016-6-9].

[5] MEIJIDE A, DIEZ J A, SÁNCHEZMARTÍN L, LOPEZ FERNANDEZ S, VALLEJO A. Nitrogen oxide emissions from an irrigated maize crop amended with treated pig slurries and composts in a Mediterranean climate., 2007, 121(4): 383-394.

[6] 中华人民共和国统计局. 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2013.

National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China.. Beijing: China Statistics Press, 2013. (in Chinese)

[7] 王敬国. 设施菜田退化土壤修复与资源高效利用. 北京: 中国农业大学出版社, 2011.

WANG J G.. Beijing: China Agricultural University Press, 2011. (in Chinese)

[8] VAN GROENIGEN J W, G L VELTHOF, O OENEMA, VAN GROENIGEN K J, VAN KESSEL C. Towards an agronomic assessment of N2O emissions: A case study for arable crops., 2010, 61(6): 903-913.

[9] DOBBIE K. The effects of temperature, water-filled pore space and land use on N2O emissions from an imperfectly drained gleysol., 2010, 52(4): 667-673.

[10] ZHANG M Y, WANG F J, CHEN F, MALEMELA M P, ZHAN H L. Comparison of three tillage systems in the wheat-maize system on carbon sequestration in the North China Plain., 2013, 54: 101-107.

[11] 黄树辉, 吕军. 农田土壤N2O排放研究进展.土壤通报, 2004, 35(4):516-522.

HUANG S H, LÜ J. Advances in Research on N2O emission from farmland soils., 2004, 35(4): 516-522. (in Chinese)

[12] 邱炜红, 刘金山, 胡承孝, 孙学成, 谭启玲. 菜地系统土壤氧化亚氮排放的日变化. 华中农业大学学报, 2011, 30(2): 210-213.

QIU W H, LIU J S, HU C X, SUN X C, TAN Q L. Diurnal variation of soil nitrous oxide emissions from vegetable plot system., 2011, 30(2): 210-213. (in Chinese)

[13] 田慎重, 宁堂原, 迟淑筠, 王瑜, 王丙文, 韩惠芳, 李成庆, 李增嘉. 不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间. 生态学报, 2012, 32(3): 879-888.

TIAN S Z, NING T Y, CHI S J, WANG Y, WANG B W, HAN H F, LI C Q, LI Z J. Diurnal variation of greenhouse gas emissions and optimal observation time for different farming practices ., 2012, 32(3): 879-888. (in Chinese)

[14] 徐文彬, 刘维屏, 刘广深. 温度对旱田土壤N2O排放的影响研究. 土壤学报, 2002, 39(1): 1-8.

XU W B, LIU W P, LIU G S. Effects of temperature on N2O emissions from sub-tropical upland soils., 2002, 39(1): 1-8. (in Chinese)

[15] 李燕青, 唐继伟, 车升国, 温延臣, 孙文彦, 赵秉强. 长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N2O和CO2排放的影响. 中国农业科学, 2015, 48(21): 4381-4389.

LI Y Q, TANG J W, CHE S G, WEN Y C, SUN W Y, ZHAO B Q. Effects of long-term application of organic manure and fertilizer nitrogen on N2O and CO2emissions from summer maize in North China., 2015, 48(21): 4381-4389. (in Chinese)

[16] 毕智超, 张浩轩, 房歌, 郭澍, 熊正琴. 不同配比有机无机肥料对菜地N2O排放的影响. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(1): 154-161.

BI Z C, ZHANG H X, FANG G, GUO P, XIONG Z Q. Effects of combined organicand inorganic fertilizers on N2O emissions in intensified vegetable field., 2017, 23(1): 154-161. (in Chinese)

[17] 刘丽鹃. 有机无机配施对大棚和露地蔬菜生长及土壤性状和温室气体排放的影响[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.

LIU L J. Effect of ratio of organic manure/chemical fertilizer on vegetables' growth, soil properties and greenhouse gas emission under greenhouse and open field conditions[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2013. (in Chinese)

[18] JIA J X, LI B , CHEN Z Z, XIE Z B, XIONG Z Q. Effects of biochar application on vegetable production and emissions of N2O and CH4.2012, 58(4): 503-509.

[19] 郝小雨, 高伟, 王玉军, 金继运, 黄绍文, 唐继伟, 张志强. 有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响. 植物营养与肥料学报, 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 manure and chemical fertilizers on N2O emission from greenhouse vegetable soil., 2012, 18(5): 1073-1085. (in Chinese)

[20] 张仲新, 李玉娥, 华珞, 万运帆, 姜宁宁. 不同施肥量对设施菜地N2O排放通量的影响. 农业工程学报, 2010, 26(5): 269-275.

ZHANG Z X, LI Y E, HUA L, WAN Y F, JIANG N N. Effects of different fertilizer levels on N2O flux from protected vegetable land., 2010, 26(5): 269-275. (in Chinese)

[21] FRANZLUEBBERS A J. Microbial activity in response to water-filled pore space of variably eroded southern Piedmont soils.1999, 11(1):91-101.

[22] 王立刚, 李虎, 邱建军. 黄淮海平原典型农田土壤N2O的排放特征. 中国农业科学, 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)

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

[24] 闵继胜, 胡浩. 中国农业生产温室气体排放量的测算. 中国人口·资源与环境, 2012, 22(7): 21-27.

MIN J S, HU H. Measurement of greenhouse gas emissions from agricultural production in China.2012, 22(7): 21-27. (in Chinese)

[25] LI C, FROLKING S, BUTTERBACHBAHL K. Carbon sequestration in arable soils is likely to increase nitrous oxide emissions, offsetting reductions in climate radiative forcing., 2005, 72(3): 321-338.

[26] BAGGS E M, STEVENSON M, PIHLATIE M, REGAR H, COOK G, CADISCH. Nitrous oxide emissions following application of residues and fertiliser under zero and conventional tillage., 2003, 254(2): 361-370.

[27] TOYODA S, YANO M, NISHIMURA S, HIROKO A. Characterization and production and consumption processes of N2O emitted from temperate agricultural soils determined via isotopomer ratio analysis., 2011, 25(2): 96-101.

[28] HALVORSON A D, DEL GROSSO S J, REULE C A. Nitrogen, tillage, and crop rotation effects on nitrous oxide emissions from irrigated cropping systems., 2008, 37(4): 1337.

[29] BURNEY J A, DAVIS S J, LOBELL D B. Greenhouse gas mitigation by agricultural intensification, 2010, 107(26): 12052-12057.

[30] 刘运通, 万运帆, 林而达, 李玉娥, 陈德立, 秦晓波, 高清竹, 金琳, 武艳娟. 施肥与灌溉对春玉米土壤N2O排放通量的影响. 农业环境科学学报, 2008, 27(3): 997-1002.

LIU Y T, WAN Y F, LIN E D, LI Y E, CHEN D L, QIN X B, GAO Q Z, JIN L, WU Y J. N2O flux variations from spring maize soil under fertilization and irrigation., 2008, 27(3): 997-1002. (in Chinese)

[31] 翟振, 王立刚, 李虎, 邱建军, 杨军, 董小雨. 有机无机肥料配施对春玉米农田N2O排放及净温室效应的影响. 农业环境科学学报, 2013, 32(12): 2502-2510.

ZHAI Z, WANG L G, LI H, QIU J J, YANG J, DONG X Y. Nitrous oxide emissions and net greenhouse effect from spring-maize field as influenced by combined application of manure and inorganic fertilizer., 2013, 32(12): 2502-2510. (in Chinese)

[32] 兰翔. 有机无机配施及DMPP对土壤N2O排放和氨氧化微生物的影响[D]. 武汉: 华中农业大学, 2017.

LAN X. Effects of organic fertilizer and DMPP on n2o emission and ammonia-oxidizing microorganisms[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2017. (in Chinese)

[33] 姜珊珊, 庞炳坤, 张敬沙, 蒋静艳. 减氮及不同肥料配施对稻田CH4和N2O排放的影响. 中国环境科学, 2017, 37(5): 1741-1750.

JIANG S S, PANG B K, ZHANG J S, JIANG Y Y. Effects of reduced nitrogen and combined application of different fertilizers on CH4and N2O emissions in paddy fields., 2017, 37(5): 1741-1750. (in Chinese)

[34] 邹建文, 黄耀, 宗良纲, 蒋静艳, 郑循华, 王跃思. 稻田灌溉和秸秆施用对后季麦田N2O排放的影响. 中国农业科学, 2003, 36(4): 409-414.

ZOU J W, HUANG Y, ZONG L G, JIANG J Y, ZHENG X H, WANG Y S. Effects of paddy field irrigation and straw application on N2O emission in wheat fields in the late season., 2003, 36(4): 409-414. (in Chinese)

[35] 李银坤, 武雪萍, 郭文忠, 薛绪掌. 不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N2O排放特征. 农业工程学报, 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)

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

[37] GRANLI T, BØCKMAN O C. Nitrous oxide (N2O) emissions from soils in warm climates//. Springer Netherlands, 1995.

[38] 张婧, 李虎, 王立刚, 邱建军. 京郊典型设施蔬菜地土壤N2O排放特征. 生态学报, 2014, 34(14): 4088-4098.

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

[39] 陈慧, 侯会静, 蔡焕杰, 朱艳.加气灌溉温室番茄地土壤N2O排放特征. 农业工程学报, 2016, 32(3): 111-117.

CHEN H, HOU H J, CAI H J, ZHU Y. Soil N2O emission characteristics of greenhouse tomato fields under aerated irrigation., 2016, 32(3): 111-117. (in Chinese)

[40] 郑欠, 丁军军, 李玉中, 林伟, 徐春英, 李巧珍, 毛丽丽. 土壤含水量对硝化和反硝化过程N2O排放及同位素特征值的影响. 中国农业科学, 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）

[41] HOBEN J P, GEHL R J, MILLAR N, PETER G. Nonlinear nitrous oxide (N2O) response to nitrogen fertilizer in on-farm corn crops of the US Midwest., 2011, 17(2): 1140-1152.

[42] 李燕青. 不同类型有机肥与化肥配施的农学和环境效应研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2016.

LI Y Q. Study on agronomic and environmental effects of combined application of different organic manures with chemical fertilizer[D].Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2016. (in Chinese）

[43] 陈海燕, 李虎, 王立刚, 邱建军. 京郊典型设施蔬菜地N2O排放规律及影响因素研究. 中国土壤与肥料, 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)

[44] DAMBREVILLE C, MORVAN T, GERMON J. N2O emission in maize-crops fertilized with pig slurry, matured pig manure or ammonium nitrate in Brittany., 2008, 123(1/3): 201-210.

[45] 杨苞梅, 李国良, 姚丽贤, 周昌敏, 何兆桓. 有机肥施用模式对蔬菜产量、土壤化学性质及微生物的影响. 中国生态农业学报, 2010, 18(4): 716-723.

YANG B M, LI G L, YAO L X, ZHOU C M, HE Z H. Effect of organic fertilizer application pattern on vegetable yield, soil chemical property and micro-organism., 2010, 18(4): 716-723. (in Chinese)

[46] 郑循华, 王明星, 王跃思, 沈壬兴, 龚晏邦, 张文, 骆冬梅, 金继生, 李老土. 华东稻麦轮作生态系统的N2O排放研究. 应用生态学报, 1997, 8(5): 495-499.

ZHENG X H, WANG M X, WANG Y S, SHEN R X, GONG Y C, ZHANG W, LUO D M, JIN J S, LI L T. N2O emission from the rice-wheat rotation ecosystem in East China., 1997, 8(5): 495-499. (in Chinese)

[47] 张树兰, 杨学云, 吕殿青, 同延安. 温度、水分及不同氮源对土壤硝化作用的影响. 生态学报, 2002, 22(12): 2147-2153.

ZHANG S L, YANG X Y, LÜ D Q, TONG Y A. Effects of temperature, moisture and different nitrogen sources on soil nitrification., 2002, 22(12): 2147-2153. (in Chinese)

[48] 王浩成. 缓释氮肥对滨海盐碱地CH4和N2O排放的研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2012.

WANG H C. Study on CH4and N2O emissions from coastal saline-alkali land by slow-release nitrogen fertilizer[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2012. (in Chinese)

Effect of Organic Partial Replacement of Inorganic Fertilizers on N2O Emission in Greenhouse Soil

XI YaJing1,2, LIU DongYang1,2, WANG JunYu1,2, WU XuePing2, LI XiaoXiu1, LI YinKun3, WANG BiSheng2, ZHANG MengNi2, SONG XiaoJun2, HUANG ShaoWen2

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

【】Under the condition of replacing the inorganic fertilizer part with the same amount of nitrogen, the purpose of this study was to study the emission characteristics of greenhouse tomato soil N2O and to explore the environmental factors affecting N2O emissions, which could provide data support and theoretical basis for the N2O emission inventory of the greenhouse vegetable system and its emission reduction potential.【】Taking greenhouse autumn-winter tomato as the research object, the static-chamber method was used to monitor the soil N2O emission, soil temperature and soil water content during the growth period of tomato. The experiment was set 4 treatments, including non-fertilization (CK), single application of organic fertilizer (MN), single application of inorganic fertilizer (CN), and organic partial replacement of inorganic fertilizers (CMN).【】Under the same nitrogen application rate, the total N2O emission under CMN was 4.05 kg·hm-2. Compared with CN and MN, the total N2O emission under CMN decreased by 45.1% and 33.2% , respectively; the emission factor of soil N2O was reduced by 50.0% and 37.5%, respectively; the emission intensity was reduced by 50.0% and 42.1%, respectively. The peak soil N2O of all treated appeared on the first day after fertilization and irrigation, and the discharge was mainly concentrated within 5 days after fertilization and irrigation. The N2O emission flux in greenhouse tomato soil showed significant or extremely significant correlation with the ground temperature of 0-5 cm soil, and showed a significant or extremely significant logarithm function relationship with soil water-filled porosity (WFPS). The peak of soil N2O emission under different fertilization treatments appeared in 60%~80% soil-filled porosity.【】The relationship between the growth and decline of N2O emissions in greenhouse tomato soil was reflected in the changes of temperature and humidity and the type of nitrogen fertilizer input. Reasonable emission reduction measures should be considered based on the above factors. Partial replacement of inorganic fertilizers with organic fertilizers was an important means to increase greenhouse tomato production, to reduce N2O emissions intensity, factor and total N2O emissions increase fertilizer utilization, and to achieve zero growth of fertilizers.

N2O emission; greenhouse tomato; organic fertilizer; inorganic fertilizer; soil temperature; soil water-filled porosity

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.013

2019-05-15；

2019-09-04

国家重点研发计划（2016YFD0201001、2018YFD0200408）、国家科技支撑计划课题（2015BAD22B03）

奚雅静，E-mail：1051794571@qq.com。刘东阳同为第一作者，E-mail：liudongyang61@163.com。

武雪萍，E-mail：wuxueping@caas.cn。通信作者李银坤，E-mail：lykun1218@163.com

（责任编辑 李云霞）