全 文 ：中国生态农业学报 2014年 9月 第 22卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2014, 22(9): 10381046


* 公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203039)资助
** 通讯作者: 同延安, 主要从事施肥与环境研究。E-mail: tongyanan@nwsuaf.edu.cn
胡腾, 主要从事农业温室气体排放研究。E-mail: hu7qing7bo@163.com
收稿日期: 20140410 接受日期: 20140603
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140442
黄土高原南部旱地冬小麦生长期 N2O排放特征与
基于优化施氮的减排方法研究*
胡 腾 1 同延安 1** 高鹏程 1 高 兵 2 巨晓棠 2
(1. 西北农林科技大学资源环境学院 杨凌 712100; 2. 中国农业大学资源环境学院 北京 100083)
摘 要 为了解陕西黄土高原南部旱地冬小麦季 N2O排放规律, 探索旱地 N2O减排方法, 采用密闭式静态箱
法, 以不同施氮处理[CK: 对照, 不施氮; CON: 当地农民习惯施氮, 施氮量 220 kg·hm2; OPT: 优化施氮加秸
秆还田, 施氮量 150 kg·hm2; OPT+DCD: 优化施氮加秸秆还田, 同时施用施氮量 5%的硝化抑制剂 DCD;
OPT(SR): 优化施氮(所用肥料为包膜型缓控释肥)加秸秆还田]为基础 , 研究黄土高原南部旱地冬小麦农田
N2O季节排放特征和减排措施。结果表明: 黄土高原南部旱地冬小麦季 N2O排放具有首月持续、大量排放, 末
月雨后瞬间排放, 中期低排放的特点。各处理中, OPT+DCD和 OPT(SR)在播种—返青期能显著减少 N2O排放
水平, 而返青—成熟期, 各优化处理差异不显著。从整个小麦季 N2O排放总量来看, 各优化处理能够减少 N2O
排放量, 提高作物产量, 降低单位产量 N2O排放量。具体表现为: ①与 CON处理的 N2O排放量相比, OPT、OPT+
DCD和 OPT(SR)处理分别减排 29.2%(P<0.01)、38.7%(P<0.01)和 39.3%(P<0.01), 但 3个优化处理间差异不显
著; ②与 CON 处理的产量相比, OPT、OPT+DCD 和 OPT(SR)处理分别增产 3.8%(P>0.05)、15.2%(P<0.05)和
9.5%(P<0.05); ③与 CON处理的单位产量 N2O排放量相比, OPT处理单位产量 N2O排放量减少 31.7% (P<0.05);
而相对于 OPT 处理, OPT+DCD 处理和 OPT(SR)处理分别减少了单位产量排放量的 22.1%(P<0.05)和 18.9%
(P<0.05)。本研究表明, 减少施氮量至 150 kg·hm2, 并施用秸秆是减少 N2O排放的重要手段, 而施用缓控释肥
或一定量的 DCD可提升作物产量。
关键词 旱地冬小麦 N2O排放 优化施氮 秸秆还田 DCD 缓控释肥
中图分类号: S147.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)09-1038-09
N2O emission characteristics and mitigation methods in South Loess
Plateau under rain-fed winter wheat conditions
HU Teng1, TONG Yan’an1, GAO Pengcheng1, GAO Bing2, JU Xiaotang2
(1. College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;
2. College of Environment and Resources, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
Abstract Quantifying N2O emissions and searching for appropriate emission-reduction measures have gained high international
interest in global climate change studies. Therefore understanding the impacts of human activities on N2O emissions from arable soils
was vital for mitigating any negative effects on climate change. In this paper, N2O emissions from soil under different nitrogen
treatments: no nitrogen (CK), conventional treatment of 220 kg(N)·hm−2 (CON), optimized treatment with 150 kg(N)·hm−2 and straw
return (OPT), optimized treatment with DCD (OPT+DCD) and optimized treatment by coated slow release fertilizer [OPT(SR)], in
central Shaanxi of South Loess Plateau were observed during winter wheat season using the static opaque chamber/gas
chromatography (GC) method. Results showed that in the first month of winter wheat growth, emissions were of large amount and
lasted for longer times. In the last month, emission peaks rapidly occurred and disappeared after precipitation. Then during other
times of winter wheat season, emissions were generally low. During seedling to re-greening stage, OPT+DCD and OPT(SR)
significantly reduced N2O emission. Then during re-greening to maturing stage, emissions under the three optimized treatments were
not significantly different. In terms of total emissions of different treatments of winter wheat, all the three optimized treatments
第 9期 胡 腾等: 黄土高原南部旱地冬小麦生长期 N2O排放特征与基于优化施氮的减排方法研究 1039


reduced N2O emission, increased crop yield and decreased N2O intensity (N2O emission for per unit grain yield). Compared with
CON, the optimized treatments of OPT, OPT+DCD and OPT(SR) reduced N2O emission by 29.2% (P < 0.01), 38.7% (P < 0.01) and
39.3% (P < 0.01), respectively, with not significant differences among the three optimized treatments. Compared with CON, the op-
timized treatments of OPT, OPT+DCD and OPT(SR) increased crop yield by 3.8% (P > 0.05), 15.2% (P < 0.05) and 9.5% (P < 0.05),
respectively. Also compared with CON, the optimized treatment of OPT reduced N2O intensity by 31.7% (P < 0.05). Then compared
with OPT, OPT+DCD and OPT(SR) reduced N2O intensity by 22.1% (P < 0.05) and 18.9% (P < 0.05), separately. The results sug-
gested that returning straw to soils in combination with reducing nitrogen application rate to 150 kg(N)·hm−2 most reduced N2O
emission. Using slow release fertilizer or adding certain amounts of DCD increased crop yield.
Keywords Rain-fed winter wheat; N2O emission; Optimized N application; Straw return to soil; DCD; Slow release fertilizer
(Received Apr. 10, 2014; accepted Jun. 3, 2014)
近几十年来, 随着全球变化加剧, N2O因能产生
温室效应 , 加速臭氧层破坏 [1], 已经引起了全球的
广泛关注。众多研究指出, 全球70%的N2O排放源于
与施肥有关的农业活动 [2], 其中 , 农田土壤是重
要的N2O排放源 [3]。N2O是土壤中氮素硝化与反硝
化作用的中间产物, 也是导致土壤氮素损失的重要
途径 [4]。因此对农业源N2O排放的研究, 已成为推进
可持续农业建设不可避免的工作内容。
农田N2O排放水平与分布受到较多因素的影响,
如 : 氮肥种类和施肥模式 [56]; 前茬作物和残茬管
理 [78]; 主要气候类型和土壤性质, 特别是土壤通气
状况、温度和土壤碳的有效性[910]等。因此, 肥料种
类、气候类型、土壤类型、作物栽培模式等的不同都
会影响土壤N2O的排放。有报道指出, 施用氮肥对土
壤N2O的排放具有明显促进作用[11]。而旱地施用双氢
胺(DCD)可减少N2O排放量[1214], DCD具有较好的硝
化抑制作用, 并具有水溶性、弱挥发性、降解完全性
和在土壤中低于施氮量10%剂量时无毒性残留等优
点, 尤其是其经济高效性, 使其具有大田推广的现实
意义[15]; 施用缓控释肥则能够明显减少旱地因氮肥
施用直接造成的N2O气体排放, 同时也能减少因氮素
淋溶或随地表径流而间接造成的N2O气体排放[1618]。
在国内众多关于冬小麦生长期N2O排放的报道
中, 大都是关于存在追肥和灌溉的灌区种植模式[1921],
关于黄土高原南部只施基肥, 且无灌溉的旱地冬小
麦生长期N2O排放特征与减排措施则鲜有报道。本
试验选取黄土高原南部陕西关中旱地冬小麦为研究
对象, 采用密闭式静态箱法研究N2O排放规律, 探索
旱地冬小麦季N2O季节排放特征, 了解各减排措施作
用效果, 为科学合理减少N2O排放提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2012年 10月至 2013年 6月在陕西省杨凌
区大寨乡国家黄土肥力与肥料效益监测基地进行。试验
地所在经纬度为 34°4′N、108°2′E, 海拔 534 m, 属于暖
温带半湿润偏旱气候, 年平均气温 13 , ℃ ≥10 ℃积温
4 196 ℃。年均降水量 550~600 mm, 主要集中在 7—10
月, 年均蒸发量 993 mm, 无霜期 184~216 d。试验土壤
为渭河谷地的 土, 采用冬小麦/夏休闲的种植制度。
试验地土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量分
别为 17.1 g·kg1、0.9 g·kg1、15.0 mg·kg1、366 mg·kg1,
土壤 pH为 7.4。
1.2 试验设计
试验共设 5 个处理, 分别为 CK: 无氮肥处理;
CON: 当地农民习惯施肥; OPT: 优化施肥[22]; OPT+
DCD: 优化施肥同时施用硝化抑制剂 DCD; OPT
(SR): 优化施肥(所用肥料为金正大公司生产的沃夫
特牌包膜型缓控释肥)。每个处理重复 3 次, 共 15
个小区, 小区面积 5 m × 6 m=30 m2, 完全随机区组
排列。具体施肥量见表 1。
供试肥料: 氮肥为尿素(含 N 46.4%), 磷肥为重过
磷酸钙(含 P2O5 46.0%), 钾肥为硫酸钾(含K2O 54.0%),
用量和缓控释肥保持一致, 所有肥料一次性基施。
表 1 不同施肥处理的冬小麦施肥方案
Table 1 Winter wheat fertilization schedules of different treatments
肥料用量
Fertilizer application rate (kg·hm2) 处理
Treatment 氮 N 磷 P2O5
备注
Remark
CK 0 90 秸秆回收后移除 Straw removed after harvest
CON 220 90 秸秆回收后移除 Straw removed after harvest
OPT 150 90 秸秆播前还田深翻入土(5 000 kg·hm2) Straw buried deeply before seeding (5 000 kg·hm2)
OPT+DCD 150 90 加硝化抑制剂 DCD(施氮量的 5%) Applying nitrification inhibitor DCD (5% of N application)
OPT(SR) 150 90 SR 为沃夫特包膜型缓控释肥(N-P-K=22-8-12) SR is Wofute coated slow release fertilizer
(N-P-K=22-8-12)
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1.3 种植方式与田间管理
供试小麦品种为‘小偃22’, 播种量为120 kg·hm2,
10月9日施肥后条播 , 翌年6月1日收获。全年不
灌溉。
1.4 样品采集及测定方法
1.4.1 气体样品
N2O采用密闭式静态箱法测定 [23], 箱内仅生长
作物, 箱体规格为: 0.5 m×0.5 m×0.5 m。冬小麦全生
育期每隔7 d 采样1 次, 冬季延长到每15 d采样1次
(12月至第2年3月)。施肥和雨后加大采样频率, 连续
采样7~10 d, 前期每天采样1次, 之后隔1 d采样1次。
采样时间为每天8:00—11:00。采样时, 静态箱密闭,
在0、15 min、30 min时采集3次气体样品, 每次用注
射器取样50 mL。
N2O用气相色谱 /电子捕获检测器(GC/ECD)测
定 , 仪器型号为美国安捷伦公司生产的Agilent-
7890A。测定条件: 前置柱和分析柱为不锈钢填充柱,
规格内径为2 mm×1 mm, 内填80/100目porapak Q,
柱温度控制在55 , ECD℃ 检测器温度控制在350 , ℃
用高纯氮气(30 mL·min1)作为载气。
气体通量计算公式为:
F=ρ×H×dc/dt×273/(273+T)×P/P0 (1)
式中 : F为目标气体 (N2O)排放通量 , 单位为
μg(N2O)·m2·h1; ρ为标准大气状态下的气体密度 ,
单位为g·L1; H为采样箱气室高度, 单位为cm; dc/dt
为采样箱内气体浓度的变化速率, 单位为μL·L1·h1;
P和T分别为采样时箱内气体的实际压力和温度, 单
位分别为Pa和 ; ℃ P0为标准大气压, 单位为Pa。气体
排放总量计算是将观测值和未观测日内插法计算值
逐日累加得到。
1.4.2 土壤样品
在气体采集的同时采集0~10 cm土壤样品 , 雨
后第1 d、3 d、5 d采集, 施肥后第1 d、3 d、5 d、7 d
采集, 带回试验室测定土壤含水量(烘干法)。每1~2
个月在田间取0~20 cm土样, 将新鲜土样混匀, 称取
10.00 g土样于100 mL的塑料瓶中, 加入50 mL浓度
为0.01 mol·L1的CaCl2浸提 , 振荡 , 过滤 , 滤液用
Cleverchem 200全自动间断分析仪测定土壤的
NO3-N和NH4+-N含量。
1.4.3 温度与降雨量测定
气体样品采集前后各记录一次10 cm土温 , 以
二者平均值作为当次气体样品采集时的地温。降雨
量数据采用位于陕西省杨凌区大寨乡国家黄土肥力
与肥料效益监测基地的自动气象站测定。
1.4.4 土壤孔隙充水率(WFPS)计算方法
WFPS=土壤含水量×土壤容重/(1土壤容重/2.65)×
100% (2)
式中: WFPS单位为%; 土壤含水量单位为%; 土壤
容重单位为g·cm3; 2.65为土粒密度, 单位为g·cm3。
1.4.5 单位产量 N2O排放量的计算方法
单位产量 N2O 排放量=N2O 累积排放量/小麦籽
粒产量 (3)
式中: 单位产量 N2O排放量单位为 g(N2O-N)·t1; N2O
累积排放量单位为 g(N2O-N)·hm2; 小麦籽粒产量单
位为 t·hm2。
1.5 统计分析
所有数据处理采用Excel 2007和SAS 8.1进行统
计分析, 多重比较采用LSD(least significant difference)。
2 结果与分析
2.1 小麦生育期各处理 N2O排放变化规律
图 1A表明, 施肥后, 各处理N2O排放水平逐渐
上升, 各施肥处理 N2O排放分别在第 3 d[OPT+DCD
和 OPT(SR)]到第 4 d(CON和 OPT)时出现第 1个峰
值, CK、CON、OPT、OPT+DCD、OPT(SR)处理峰值
分别为 4.6 μg·m2·h1、77.2 μg·m2·h1、67.3 μg·m2·h1、
27.9 μg·m2·h1、37.8 μg·m2·h1。各施氮处理排放水
平均高于 CK处理。施肥后第 7 d, 迎来了第 1场降
雨, 在雨后第 2 d和第 3 d(即施肥后第 9 d和第 10 d),
无秸秆处理和有秸秆处理分别出现第 2 次排放峰,
CK、CON、OPT、OPT+DCD、OPT(SR)处理峰值分
别为 10.2 μg·m2·h1、31.3 μg·m2·h1、49.2 μg·m2·h1、
10.8 μg·m2·h1、29.7 μg·m2·h1, 除 CK外, 各处理
排放峰值均低于第 1 次的排放峰值。施肥约 30 d
后, 由于冬季低温, 春季干燥, N2O排放一直较低。
施肥后第 212 d 降雨, 水热条件具备, 出现返青后
第 1个 N2O排放峰。施肥后第 221 d和 230 d, N2O
排放响应降雨 , 分别出现短暂的排放峰。除
OPT(SR)外, 各处理第 230 d排放量较 221 d排放量
略大, CK、CON、OPT、OPT+DCD、OPT(SR)处理的峰
值分别为 26.9 μg·m2·h1、37.6 μg·m2·h1、15.4 μg·m2·h1、
22.2 μg·m2·h1、21.2 μg·m2·h1。
2.2 小麦季水热变化对 N2O排放的影响
由图 1B 和 1C 可知, 土壤温度与土壤湿度的变
化曲线均表现为小麦生长季始末较高而中期较低 ,
这一点与 N2O 排放曲线相似。从整个小麦季来看,
各处理 N2O排放与土壤含水量及土壤温度均呈显著
线性相关(P<0.05)。
小麦生长季中, 降雨对土壤水分和土壤温度均
有较大影响。施肥后不久, 土壤含水量适中, N2O排
放主要受施肥与温度的影响, 表现出与土壤养分较
好的一致性以及与土壤温度极高的相关性。这一时
第 9期 胡 腾等: 黄土高原南部旱地冬小麦生长期 N2O排放特征与基于优化施氮的减排方法研究 1041



图 1 不同处理 N2O 排放通量(A)、土壤孔隙充水率与降雨量(B)、10 cm 土温(C)及不同处理土壤铵态氮(D)、
硝态氮(E)含量季节变化
Fig. 1 Variation of N2O emission flux under different treatments (A), water filled pore space (WFPS) and precipitation (B), 10 cm
soil temperature (C), and soil contents of NH4+-N (D), and NO3-N (E) during winter wheat season under different treatments
期, 凡有降雨, 温度必降至 10 ℃以下, N2O 排放表
现出雨后下降, 之后随土壤温度回升而出现峰值(图
1A、1B、1C)。冬季来临, 气温土温逐渐降至 5 , ℃ 甚
至 0 ℃以下, 水分时有冻结, N2O排放很低。春天地
温逐渐回升 , 但直到抽穗前 , 降水均较少 , 土壤干
旱, 受此影响, N2O 排放很低。5 月 3 日后, 降水渐
多, 土壤湿度急速上升, N2O排放水平随水、热条件
同时上升而显著增加。
2.3 不同施肥处理对土壤硝态氮和铵态氮的影响
本试验中, 受水热条件的影响, 土壤矿质氮与
N2O 排放相关性不显著, 但可对处理间 N2O 排放差
异提供一定参考。如图 1D所示, 土壤中铵态氮含量
在肥料施入后经硝化作用一直保持在较低水平, 其
中, OPT+DCD处理铵态氮含量均高于其他处理, 而
1042 中国生态农业学报 2014 第 22卷


从均值来看 OPT(SR)处理在各个时段都表现出较高
的铵态氮含量。充分表现出 DCD的硝化抑制作用和
缓控释肥的功能。
施肥后, 伴随铵态氮含量下降, 各施肥处理硝
态氮含量上升(图 1E)。由于施肥量较大, CON 处理
一直保持着较高硝态氮水平, 这与 CON处理高 N2O
排放水平一致。OPT+DCD 处理越冬时表现出较高
硝态氮含量, 这可能与 DCD的硝化抑制作用使剩余
的土壤铵态氮逐渐转化成硝态氮有关。这也与越冬
期 DCD处理 N2O较高排放水平一致。
越冬后, 气温回升, 有机氮矿化使土壤矿质氮
素有所上升。从硝态氮含量变化来看, CON 处理土
壤硝态氮含量越冬后几乎没有变化, 这可能是由于
越冬后土壤含水量逐渐下降, 作物对土壤养分的吸
收受到抑制。与之不同的是各有秸秆还田的优化处理
中作物吸收土壤硝态氮, 使土壤中硝态氮含量下降。
2.4 不同施肥处理对小麦季 N2O排放量的影响
如图 2A 所示, 整个小麦生长季各处理 N2O 排
放通量大小为 : CON>OPT>OPT+DCD>OPT(SR)>
CK, 相应直接排放系数分别为: 0.09%、0.05%、0.02%、
0.02%、0, 远低于 IPCC 默认的 1.00%(此处秸秆还
田处理未将秸秆含氮量计算入内)。相对于 CON 处
理, CK减排 46.1%, OPT处理减排 29.2%, OPT+DCD
处理减排 38.7%, OPT(SR)处理减排 39.3%, 方差分
析均达极显著水平(P<0.01)。可见, 各优化处理均达
到预期减排效果, 但各优化处理间差异不显著, 说
明 DCD 和缓控释肥不能显著减少小麦季 N2O 排放
总量。

图 2 小麦整个生育期(A)和不同生长阶段(B)各施肥处理 N2O 累积排放量
Fig. 2 Cumulative N2O emission under different fertilization treatments during whole growth season (A) and at different
growth stages (B) of winter wheat
不同小写字母表示相同时期不同处理间差异达 5%显著水平; 下同。右图中小写字母后数字 1表示播种—返青期, 数字 2表示返青—
成熟期。Different lowercase letters of the same stage indicate significant difference among different treatments at 0.05 level. The same below. In
right figure, number “1” and “2” following lowercase letters indicate seedinggreening stage and greeningmaturing stage, respectively.

为进一步了解不同处理对 N2O 排放的影响(图
2B), 将 N2O排放量分段求和, 比较各处理播种—返
青期和返青—成熟期 N2O排放量。由于返青—成熟
期水热条件较好, CK处理返青—成熟期排放总量大
于播种—返青期, 占整个小麦季排放量的 64.8%。由
于施肥原因, CON 处理返青—成熟期排放量仅占整
个小麦季排放总量的 48.2%。OPT 返青—成熟期排
放量占整个小麦季排放总量比例进一步下降为
33.3%, 这可能与前期秸秆翻入土地, 激发土壤微生
物活性有关。由于 DCD和缓控释肥在播种—返青期
对N2O排放的抑制, OPT+DCD和OPT(SR)处理在返
青—成熟期排放量分别占整个小麦季排放量的
47.6%和 49.7%, 与 CON 结果相近。说明若基施氮
肥, 能提高播种—返青期 N2O 排放水平; 若氮肥和
秸秆同时基施, 播种—返青期 N2O 排放水平能够进
一步提高, 而 DCD和缓控释肥能缓解这一现象。
2.5 不同施肥处理的小麦产量和单位产量 N2O 排
放量
如图 3A所示, 与 CON相比, 小麦季 OPT、OPT+
DCD、OPT(SR)处理增产幅度依次为: 3.8%(P>0.05)、
15.2%(P<0.05)、9.5%(P<0.05)。CON 处理产量低于
其他各施肥处理, 显著低于 OPT+DCD 处理和 OPT
(SR)处理。原因有两个方面: 一方面, 因小麦返青后
CON 处理土壤养分并没有被小麦大量吸收(图 1E);
另一方面, 也与各优化处理中秸秆对养分吸收的促
进有关。相对 OPT处理, OPT+DCD处理显著提高了
小麦产量, 但 OPT(SR)处理的增产效果较 OPT 处理
不显著。这可能与 DCD对苗期土壤铵态氮含量的大
幅提升有关。各处理中单位产量 N2O排放量(图 3C)
从大到小排序依次为: CON>CK>OPT>OPT(SR)>OPT+
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DCD。相对 CON 处理, OPT 处理减少了单位产量
N2O排放量的 31.7%; 而相对 OPT处理, OPT+ DCD
处理和 OPT(SR)处理分别减少了单位产量排放量的
22.1%和 18.9%, 差异达到显著水平(P<0.05)。
结合N2O排放量和产量可知, 单位产量N2O排
放量可以作为衡量收获粮食与环境损害的标准。
CK 处理没有施用氮肥, 从 N2O 排放角度来说, 可
认为是纯收获而无环境影响, 可视为标准。故 CON
处理在生产粮食的同时对环境造成了较其他处理
更大的不良影响; 而 OPT处理相对 CK处理, 虽然
对环境造成不良影响, 但获得相应产量。而 OPT+
DCD 和 OPT(SR)处理相对 OPT 处理而言, 虽没有
显著减少对环境的影响, 却收获了更高的粮食产量
(图 3B)。

图 3 各施肥处理小麦籽粒产量(A)和单位产量 N2O 排放量(B)
Fig. 3 Wheat grain yield (A) and N2O intensity (B) of different fertilization treatments in winter wheat season
3 讨论
3.1 不同施肥模式对 N2O排放的影响
从小麦季 N2O 总排放量来看, 减少肥料施用量
31.8%的各优化处理均达到了极显著减排效果。其减
排范围为 29.2%~39.3%。说明氮肥施用量是影响N2O
排放通量的重要因素。当然, 在减少施肥量 30%的
情况下保证产量, 则需要较高的土壤肥力作为支撑,
这是该技术实现的重要前提。
播种—返青期间, OPT处理与OPT(SR)处理N2O
排放量差异达到显著水平(P<0.05), 表明减少土壤
中速效氮水平能够减少N2O排放量 , 但OPT与CON
处理N2O排放量差异却不显著, 其排放量一度接近
甚至超过了CON处理, 表明秸秆还田措施在前期极
大促进了N2O排放。这与秸秆还田后产生的“激发效
应”对土壤微生物活性的促进有关; 另外施肥初期,
氮素供应充足, 也为N2O的产生提供了大量反应原
料。在此期间, OPT处理与OPT+DCD处理N2O排放量
差异也达到显著水平(P<0.05), 表明DCD能够显著
降低由铵态氮硝化产生的N2O排放。
返青—成熟期间, 各优化处理 N2O 排放水平均
低于 CK 处理。结合 CK 处理较低的硝铵态氮含量,
说明各优化处理在这一时期对 N2O排放存在抑制作
用。这可能由于小麦季后期各优化处理因秸秆还田增
加了土壤有机碳含量, 而土壤中氮素又因作物大量
吸收而下降, 提高了土壤碳氮比, 导致氮素生物[24]和
非生物固定[25], 另一方面和秸秆腐解时产生的化感
作用也可抑制 N2O 生成 [26]。而 OPT、OPT+DCD、
OPT(SR)间差异不显著, 说明 DCD 和缓控释肥在此
时已经对 N2O排放失去了减排效果。
3.2 N2O排放特征影响因素
3.2.1 施肥对 N2O排放特征的影响
N2O排放季节变化表明, 小麦季初, N2O排放主
要受施肥影响。施肥后尿素分解, 土壤中氮素以铵
态氮为主。有研究表明, 黄土性土壤在 20~22 , ℃ 水
分条件为田间持水量的 65%(WFPS约 39%)时, 硝化
作用对 N2O排放的贡献率高达 72%[27], 是 N2O产生
的主要来源; 在 25 , ℃ 水分条件为田间持水量的
60%(WFPS约 36%)时, 铵态氮肥的硝化作用可在 8~
10 d 内完成[28]。本研究在田间条件下进行, 水分条
件相近, 温度条件较低, 因而硝化作用持续的时间
延长。因此, 小麦季初期 N2O 排放表现出持续、大
量的特点。
3.2.2 降雨对 N2O排放特征的影响
N2O 排放季节变化表明, 返青—成熟期 N2O 排
放的驱动因素是降雨。以小麦季末期 3 个排放峰为
例, 停雨后 N2O 排放量逐日下降, 即使降水后数天
内连续阴天, 土壤水分含量并未发生明显变化, 经
过 2~3 d, N2O 排放量也会降至雨前较低的排放水
平。这表明, 试验末期, 因降雨引起的较高土壤含水
量并非激发 N2O排放的合理解释。
本试验观测到 WFPS 最大为 53%, 小于 60%,
土壤水分增加未能产生有效的厌氧环境[29]。表明雨
后厌氧环境的产生并非 N2O排放响应降雨的主因。
但水分进入土壤, 能溶解土壤中可溶性物质, 增加
非生物有机质的生物有效性[3036], 提高氮的矿化速
1044 中国生态农业学报 2014 第 22卷


率 [3738], 进而促进土壤微生物的活性并进一步促进
氮矿化速率[3940]。这为 N2O排放提供了大量的氮素
来源, 解释了施肥后第 10 d各秸秆还田处理出现排
放峰的现象, 也为试验后期 N2O 排放响应降雨提供
了解释。停雨后, 土壤溶液中的可溶性物质因为反
应消耗和重新固定, 反应物供求进入新的平衡状态,
反应速率和微生物活性均迅速下降[41]。所以, 即使
土壤含水量没有发生太大变化, N2O 排放还是出现
了明显下降。表明, 若能够稳定土壤水分状况(例如
通过覆膜减少受扰动土壤面积), 则有可能进一步减
少旱地 N2O排放。
与高红贝等[42]研究结果一致, 降雨还可导致土
壤温度下降, 进而影响 N2O排放。施肥 10 d后到越
冬前, 地温为 10~15 ℃, 每次降雨都伴随着 N2O 排
放下降, 并在随后几天上升, 出现峰值。这与郑循华
等[43]观测结果一致。但当夏季, 降雨后土壤温度还
高于 15 ℃甚至 25 ℃时, 降水就会极大地促进 N2O
的排放[44]。
总之, 秸秆还田能够在施肥后, 极大促进 N2O
排放; 而在小麦季后期, 减少 N2O 排放。如果将秸
秆还田的措施与施肥时间分开, 则可能进一步减少
N2O排放。若在小麦播种时, 减少氮肥施用量, 再配
合施用 DCD或者缓控释肥, 则可能出现更好的减排
和增产效果。
4 结论
1)黄土高原南部旱地冬小麦季 N2O排放特征为:
小麦播种后首月响应施肥, 大量排放; 中期排放因
水热条件不佳而较低; 小麦生长季末月排放响应降
雨, 2~3 d迅速由峰值降到背景值。
2)旱地冬小麦减少施氮量能够显著减少小麦季
N2O 排放总量的 29.2%~39.3%, 因此, 合理施肥是
减排的关键。
3)秸秆还田措施能激发冬小麦生长初期施肥后
N2O 排放; 而在小麦季后期, 对 N2O 排放存在一定
抑制效果。
4)DCD 与缓控释肥能够显著抑制旱地冬小麦季
N2O 排放对施肥的响应, 并能在 OPT 的基础上分别
提升 10.9%(P<0.05)和 5.5%(P>0.05)的作物产量, 同
时分别降低 22.1%(P<0.05)和 18.9%(P<0.05)的单位
产量 N2O排放量。
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农业资源研究中心“百人计划”招聘启事
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全
的重大战略需求和农业资源与生态学前沿领域开展应用基础研究。根据中心科研布局与学科发展的需要, 现诚聘海内外
杰出人才若干名。
一、招聘研究领域
农业水文学、农业生态学、水化学与农田面源污染、土壤微生物生态学、农业灌溉工程、农业遥感与模型、作物
遗传育种、植物生理等相关领域。
二、报名条件
1. 具有中国国籍的公民或自愿放弃外国国籍来华或回国定居的专家学者, 年龄 40周岁以下, 身体健康;
2. 恪守科学道德, 学风正派、诚实守信、严谨治学、尊重他人, 具有团队合作精神, 并对所招聘的研究领域有浓厚
的研究兴趣和艰苦创业的奉献精神;
3. 具有博士学位且在相关研究领域已有连续 3年以上在海外科研工作经历, 在国外获得相应职位(或优秀的博士后
研究人员), 或在国内本学科领域已取得有影响的科研成果且获得研究员(教授)职位;
4 . 独立主持或作为主要骨干参与过课题(项目)研究的全过程并做出显著成绩;
5. 在本学科领域有较深的学术造诣, 做出过具有国际水平的研究成果, 在重要核心刊物上发表过 3篇及以上有影响的学
术论文并被引用(第一或通讯作者), 或掌握关键技术、拥有重大发明专利等, 其研究水平足以担当我中心的学术带头人;
6. 在国内外学术界有一定的影响, 能把握本学科领域的发展方向, 具有长远的战略构思, 能带领一支队伍在国际
科学前沿从事研究并做出具有国际水平的创新成果。
三、岗位及待遇
1. 聘为研究员(全职)、研究组组长、研究生导师;
2. 入选“百人计划”后由中国科学院提供科研经费 200万元人民币;
3. 研究中心提供每年 30万元人民币的研究组研究经费;
4. 研究中心创新领域前沿研究课题 1项, 经费 50万元人民币;
5. 依据科研工作需要提供 100平米的科研用房(待新科研大楼建成后再行改善), 以及所需的相关设施与试验用地，
并配备选聘的科研助手;
6. 基本年薪: 20万元人民币+研究生导师津贴, 绩效奖励根据工作业绩另行发放;
7. 购房补贴 90万元人民币;
8. 安家费 10万元人民币;
9. 享有中心其他良好福利待遇;
10. 协助安置配偶就业和子女就学, 随迁配偶在暂未落实工作期间, 第一年可享受引进人才配偶生活补贴 1000元/月。
四、应聘材料
1. 填写《中国科学院“百人计划”候选人推荐(自荐)表》(见 www.sjziam.cas.cn);
2. 相关证明材料复印件(已取得的重要科研成果证明、国内外任职情况证明、最高学位证书、身体健康状况证明等);
3. 发表论文目录及代表性论文 3篇(全文, 复印件);
4. 两位海内外教授级同行的推荐信函;
5. 本人认为有必要提供的其他相关材料。
五、联系方式
有意者请将本人应聘材料电子文档发至以下联络方式(邮件主题注明方式: 姓名+百人计划+研究领域或方向):
联系人: 韩一波 电话: 86-311-85871740 传真: 86-311-85815093
E-mail: ybhan@genetics.ac.cn 网址: www.sjziam.cas.cn
通讯地址: 河北省石家庄市槐中路 286号 邮编: 050022