大气氮沉降对紫色土农田N2O排放的影响

Estimating nitrous oxide (N2O) fluxes emitted from cropland ecosystem, which was the main emission source, was significant for making global greenhouse gases (GHG) inventory and GHG reduction measures. But the evaluated N2O fluxes had a large uncertainty due to the lack of enough experimental data. On account of the serious ammonia volatilization in the purple soil area, large amount of atmospheric nitrogen (N) deposition had been occurred, while few studies had been conducted to investigate its ecological effect in this area. This research aims to quantify N2O indirect emission factor and emission fluxes caused by different simulated N deposition rates in the maize-wheat rotation system. And further to assess the impact of N deposition on purple soil agricultural ecosystem through analyzing the responses of biomass production and N leaching to increased N deposition rates. This study will play a key role in estimating N2O indirect emission inventory of cropland ecosystem, and provide fundamental database to analyze the response of cropland ecosystem to increased N deposition under the background of global change.

农田生态系统是氧化亚氮 (N2O) 的主要排放源，因此准确估算农田N2O排放通量对于制定全球温室气体排放清单和合理的温室气体减排措施具有重要意义。但是，N2O间接排放量由于缺乏足够的实验数据，在估算排放通量时具有很大的不确定性。紫色土地区农田氨挥发导致的氮沉降量较高，但是氮沉降对农田生态系统的影响研究不足。为此，本研究在紫色土农田生态系统中选择玉米-小麦轮作体系为研究对象，通过模拟不同的大气氮沉降水平，确定由大气氮沉降引发的N2O间接排放系数和排放通量，同时定量分析生产力和土壤氮素淋溶对不同大气氮沉降水平的响应，以初步评价大气氮沉降对紫色土农田生态系统的影响。项目的实施将对合理估计区域农田N2O间接排放清单，以及在全球变化背景下预测农田生态系统对大气氮沉降的响应提供基础数据支撑。

四川盆地作为我国目前的氮沉降热点地区之一，其沉降通量及生态效应的研究非常有限。本项目较系统地研究了紫色土地区大气氮素干湿沉降及其陆地生态效应，主要包括5个方面。(1) 通过连续的氮沉降监测，总结得出四川盆地大气氮沉降总量在城市、城郊和农田生态系统中分别为54.5、51.0和25.2 kg N ha-1 yr-1, 干沉降约占总沉降量的40-51%，表现出明显的季节变化特征。(2)模拟不同的氮沉降水平发现，氮添加水平为3 kg ha-1 yr-1时，森林土壤N2O和NO排放通量不会显著增加，但是在高量氮素处理的情况下 (30 kg N ha-1 yr-1)，N2O和NO排放通量均会显著增加，约为对照的2.5倍。同时，在森林土壤中NO排放通量显著高于N2O排放通量，前者约为后者的3-5倍。但是，在农田土壤中NO排放通量显著低于N2O。(3) 在相同的氮素水平，不同的肥料类型(NH4NO3，Urea，Argo)条件下，农田N2O和NO排放表现出显著差异，N2O和NO的累计排放量比例分别为22、25和18。Urea处理中N2O和NO的排放通量显著高于NH4NO3 和Argo，因此在农业生产活动中应避免使用Urea。(4) 高量降水后，农田和森林土壤的NO排放通量要显著高于N2O，前者约为后者的3.2-3.6倍，而在目前的观测中一般仅观测N2O而忽视了NO，因此NO作为重要的温室气体之一应在以后的观测中加以重视。(5) 通过模拟不同的氮添加水平发现，农田坡地降水产流系数为30%，硝态氮和有机氮的年均淋溶通量分别在1.8-42.6 kg N ha-1和0.4-9.8 kg N ha-1范围内，硝态氮和有机氮总氮素淋溶量的贡献率分别为76%和16%，氮素淋溶系数平均为14%。本项目研究结果对于系统评价紫色土农田和森林土壤对大气氮沉降的相应提供了理论支撑，为以后的研究奠定了理论基础。