在過去的幾十年中，N2O排放量顯著增加，這主要歸因于農業用地的擴張。農業水分管理對N2O排放有重要影響，因此，研究不同灌溉管理方式下N2O排放及其潛在產生機制，以期為N2O減排和合理用水提供依據。在這里，我們利用穩定同位素標記技術評估N2O同位素特征和位嗜，以闡明不同灌溉管理下的N2O排放及來源分配。

試驗方法

本研究在中國農業科學院環境研究站(40°15′N, 116°55′E)進行，位于北京市順義區。氣候屬溫帶半濕潤季風氣候，年平均氣溫12.5?°C，年平均降水量623.5?mm。土壤為砂壤土，pH為8.38,SOM為15.48?g/kg, SOC為8.98?g/kg，全氮為0.37?g/kg，全鉀為20.42?g/kg，全磷為0.61?g/kg。

試驗在0.5英畝左右的萵苣田進行，設置溝灌(Fi)和滴灌(Di) 2個灌溉處理，分別為4個重復。每個地塊5?m × 25?m, 4條壟，每壟2行生菜(圖S1)。在所有治療,尿素(46% N)的總劑量應用兩次300?公斤?N?公頃−1 (N: P: K?=?300:150:300),200?公斤?的基礎肥料N?ha−1和100年的根外追肥?公斤?N?公頃−1。尿素的15N組成為−4.32‰。灌溉季節從2013年4月中旬延長到6月，所有地塊獲得的水量相同。溝灌每隔2周或2周以上，滴灌每周1次。每天灌洗1次，持續2?h。各處理灌溉水總量相似。試驗田在6月結束時收獲，以測量產量。管理日期列于表S1。

主要內容

圖形概要

圖1. 采樣期間溝灌(Fi)和滴灌(Di)處理下的空氣溫度和土壤溫度、灌溉量、降水量(a)和WFPS(b)。條形圖代表平均值的標準偏差(n = 4)。



圖2. 采樣期間兩個處理(每個處理有四個重復)的NO3-N(a)、NH4+-N(b)、N2O通量(c)和累積N2O通量(d)的變化。Fi和Di分別表示溝灌和滴灌。條形圖表示平均值的標準差(n = 4)，箭頭表示施肥日期，基肥為200 kg N ha-1，面肥為100 kg N ha-1。

表1. 使用重復測量方差分析對各處理之間的檢測變量進行比較。

表2. 溝灌和滴灌處理中NH4+-N、NO3-N、WFPS、空氣溫度、土壤溫度對N2O通量的主要驅動因素的配對關系。

圖3. 使用二階多項式擬合，N2O排放與充水孔隙(WFPS)之間的關系。灰色區域表示95%的置信區間。

圖4. SP vs δ15Nbulk of N2O. 不同顏色的方框表示根據公布的數據，不同微生物過程的預期范圍(表S2)。灰色框中的NN(硝化作用)、紫色框中的BD(細菌反硝化作用)、陰影框中的ND(硝化劑反硝化作用)和陰影框中的FD(真菌反硝化作用)代表每個過程的SP和δ15Nbulk的范圍。不同顏色的點表示不同的采樣階段，實心點和空心點分別表示溝灌(Fi)和滴灌(Di)處理。

圖5. 溝灌(a)和滴灌(b)處理的兩個終端成員模型(公式(5))中，不同途徑對N2O產量的貢獻。

主要結果

研究發現，與溝灌相比，滴灌下的N2O排放量顯著降低，二者累計N2O通量分別為526.3 mgm-2和571.0 mgm-2?？偟膩碚f，溝灌及其干濕交替促進了N2O排放，而滴灌則創造了一個相對穩定的環境，減少了N2O排放。利用N2O分子內15N同位素組成來區分反硝化和硝化作用的相對貢獻。在兩種處理中，硝化作用主導了N2O產生過程，在N2O初始峰值期間硝化作用幾乎占到了76%到100%。將傳統的溝灌改為滴灌，可以有效減少菜地N2O排放。