旱作农田N_2O通量、产生机理及减排措施研究

农田生态系统是大气N_2O的重要排放源。因此，阐明其N_2O产生及排放机理并正确制定出减排对策是目前温室气体研究领域的主要目标之一。本文利用封闭式箱法技术首次对旱田生态系统（玉米、大豆和春小麦）N_2O通量进行了长期系统的连续观测。阐明了旱田N_2O产生的生物化学机理及植物在植物-土壤系统N_2O排放中的作用并进一步进行了减少旱田N_2O排放的措施研究。为农业和环境的可持续发展提供了科学依据及有效的技术措施。旱田作物的N_2O排放有明显的日变化和季节变化规律，大量的N_2O排放发生在作物的生育期内且不同作物的N_2O排放量也各异。玉米-土壤系统、大豆-土壤系统及春小麦-土壤系统N_2O通量范围分别为-7.5～466.50ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)、-12.90～420.00ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)和-6.00～29.60ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)，平均通量分别为63.75ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)、27.05ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)和9.10ugN_2O-Nm~(-2)h~(-1)。从环境因素与N_2O排放的关系上分析，得出以下重要结果。实验室模拟培养条件下，温度、pH对N_2O排放产生很大影响。而在大田自然环境条件下，由于在作物生育期内土壤pH及温度的变化范围都不是很大，因此对N_2O的排放没有产生显著影响；N_2O排放与土壤含水量关系密切，随含水量的变化而变化。表明土壤含水量是影响N_2O排放的重要因素；利用乙炔抑制技术，研究了大田N_2O产生途径，发现在低土壤含水量情况下，N_2O主要产生于土壤微生物的硝化过程。在高含水量情况下，N_2O主要来自于反硝化过程。而在中等含水量情况下，硝化和反硝化作用都是N_2O产生的主要途径。植物排放N_2O以前一直被忽略，未受到应有的重视。其实植物在N_2O排放中占有比较大的份额。试验中发现，玉米植株在其整个生育期内都能排放N_2O且根系对土壤N_2O产生起促进作用。与肥料（尿素）相比，无肥大田的玉米植株对N_2O排放的贡献占17.3%，而尿素占82.7%。土壤中N转化的生物化学过程都是在酶的参与下进行的。土壤中酶的活性变化反映了土壤中进行的各种生物化学过程的强度和方向。对土壤反硝化酶-硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）和羟胺还原酶（HyR）的研究结果表明，三种还原酶都有明显的季节变化规律并受土壤水分含量及施肥的影响。研究三种反硝化还原酶活性变化与土壤含水量及N_2O排放之间的关系后指出，通过测定它们在土壤中的活性变化也许可以作为区分旱田土壤N_2O产生途径（硝化、异化反硝化、同化反硝化）的指标之一。基于上述阐明的旱田N_2O产生机理，进一步通过改进肥料配方的方法深入进入了减少旱田N_2O排放的措施研究。结果表明，缓释尿素（尿素+氢醌+双氰胺）和长效碳铵（碳铵+双氰胺）不仅能明显增加作物产量，而且还能明显减少N_2O的排放，有着明显的经济和环境双重效益。