不同农业生产方式下菜地氧化亚氮排放的观测比较研究

氧化亚氮（N2O）是大气重要温室气体之一，农业是大气N2O的重要排放源，通过农业生产方式转变以减缓农田温室气体排放是当前各国政府和科学家关注的焦点问题。本项目针对我国蔬菜生产的"常规蔬菜生产中肥水投入过量、大棚等设施蔬菜的比重不断提高以及有机蔬菜快速发展"的三大特点，以江苏南京郊区蔬菜生产基地的2个典型蔬菜轮作模式为对象，通过对露天与大棚栽培、有机与常规栽培等不同农业方式下菜地土壤碳氮过程及N2O排放通量的原位观测比较研究，项目将完成：（1）揭示不同农业生产方式下菜地土壤碳氮过程的周年和年际动态特征及驱动机制；（2）比较不同农业生产方式下菜地N2O排放特征和排放强度，以及农业生产方式转变对菜地N2O的减排潜力；（3）揭示菜地土壤碳氮与N2O排放过程的微生物学关联机制。研究结果将有助于降低我国菜地N2O排放总量估算的不确定性，为寻求农业生产方式转变减缓菜地N2O排放提供科学依据和数据支撑。

本项目针对我国蔬菜生产的“常规蔬菜生产中肥水投入过量、大棚等设施蔬菜的比重不断提高以及有机蔬菜快速发展”的三大特点，以江苏南京郊区蔬菜生产基地的典型蔬菜轮作模式为对象，原位观测比较研究了露天与大棚栽培、有机与常规栽培等不同农业方式下菜地土壤碳氮过程及N2O 排放通量，研究发现：（1）露天常规菜地土壤的矿化作用、硝化作用和反硝化作用过程比露天有机菜地土壤强烈；设施有机菜地土壤的矿化、硝化作用、反硝化作用总体比露天有机菜地土壤强烈。（2）有机菜地是大气CH4的微弱源，而常规菜地是大气CH4的弱汇。有机蔬菜N2O排放量低于常规蔬菜，大棚蔬菜N2O排放量高于露天菜地，主要由于大棚菜地高的N2O背景排放。（3）露天菜地N肥施用的N2O排放系数为0.96%，年背景排放为1.68 kg N2O-N ha-1；大棚菜地N肥施用的N2O排放系数为0.47%，年背景排放为3.39 kg N2O-N ha-1；总体而言，菜地N2O排放系数为0.63%，年背景排放量为2.67 kg N2O-N ha-1；大棚菜地化学氮肥的年NO排放系数为1.15%，背景排放量为1.58 kg NO-N ha-1。年排放NO-N/N2O-N的比值受作物类型和化肥施用量影响，并受土壤水分控制。当土壤湿度低于54%WFPS时，NO排放将超过N2O排放。（4）有机肥堆制过程中堆体理化特性变化相互作用共同调控参与CH4与N2O排放的微生物功能基因丰度的动态变化，而这些功能基因丰度与CH4和N2O排放通量呈显著相关关系；建立了基于堆体温度、mcrA基因丰度和NH4+等参数的CH4排放通量拟合模型以及基于nirk、nosZ和pmoA基因丰度等指标的N2O排放通量拟合模型，提出了微生物功能基因与理化特性协同作用指示CH4与N2O排放消涨关系的概念性模型。