不同施氮措施對冬小麥農(nóng)田土壤溫室氣體通量的影響

朱龍飛，徐 越，張志勇，于旭昊，馬新明，閆廣軒，孔玉華*

1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002；3. 黃淮水環(huán)境污染與防治教育部重點實驗室/河南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007

全球氣候變暖已成為當今世界矚目的環(huán)境問題，對自然、經(jīng)濟和人類生活產(chǎn)生重大的影響。人類活動造成的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等溫室氣體的增加對全球氣候變暖影響最大（李虎等，2012）。農(nóng)田是大氣中溫室氣體重要的排放源，其溫室氣體排放量占全球人為活動產(chǎn)生總量的10%－12%（IPCC，2014），而中國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占全國所有來源排放比例超過 15%，其中N2O和CH4排放分別高達90%和60%（王玉英等，2018）。因此，減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的排放，對于減少溫室氣體排放總量、緩解全球氣候變暖具有重要的意義。

農(nóng)田土壤溫室氣體主要受外源肥料輸入、灌溉方式及耕作措施等因素的影響（閆翠萍等，2016；宋利娜等，2013）。合理施肥和灌溉（吉艷芝等，2014）、土壤免耕及秸稈還田是農(nóng)田土壤固碳減排的主要措施（李虎等，2012）。緩/控釋肥與氮肥中添加增效劑是當前調(diào)控氮肥的主要措施。緩/控釋肥是能延緩或控制養(yǎng)分釋放速率的新型肥料，養(yǎng)分釋放過程與作物生長需求基本一致，具有節(jié)約成本、提高氮肥利用效率等優(yōu)點（吳歡歡等，2009；Eve et al.，2014）；而氮肥增效劑則通過改變土壤的生化環(huán)境，影響土壤酶活性及土壤微生物活動，達到降低氮素損失的目的（丁和平等，2009；何威明等，2011）。紀洋等（2012）通過研究不同施氮量對N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)整個小麥生長季N2O排放量均隨施氮量的增加呈指數(shù)增加，但控釋肥處理能減緩N2O排放，且其減排量隨施氮量增加而增加。周麗平等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，氮肥緩釋化處理能夠降低氮的損失，改善玉米的氮素利用狀況并顯著提高產(chǎn)量。鄧蘭生等（2007）研究表明，脲酶抑制劑氫醌（HQ）對提高氮肥利用率無明顯作用，而硝化抑制劑雙氰胺（DCD）能顯著提高尿素氮的利用率。趙自超等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，氮肥中添加硝化/脲酶抑制劑能減少N2O排放和CH4的吸收。然而，如何通過調(diào)控氮肥施用措施來減緩溫室氣體排放及作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，仍需進一步研究。

華北平原作為中國糧食的主產(chǎn)區(qū)之一，面臨著人口增長、耕地面積減少及未來糧食產(chǎn)量需求進一步提高的矛盾。而更大量的水、肥投入來保障糧食產(chǎn)量，也必帶來溫室氣體排放的迅速增加。因此，探求既能減少溫室氣體排放又能維持作物高產(chǎn)的施氮措施已經(jīng)成為學(xué)界的研究熱點與難點。以往有關(guān)施氮措施的研究中，往往側(cè)重于施氮水平（紀洋等，2012；Qin et al.，2012）及施肥方式（趙自超等，2016；徐鈺等，2018）對土壤溫室氣體通量的影響，缺少對不同的施氮措施進行對比分析的研究。本研究以華北平原典型冬小麥農(nóng)田為研究對象，探究普通尿素添加硝化抑制劑、脲酶抑制劑及緩釋肥替代尿素等施氮措施對農(nóng)田溫室氣體通量動態(tài)變化及小麥產(chǎn)量的影響，以期篩選出減排效果優(yōu)良的施氮措施，為該區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 冬小麥生長季的降水和氣溫Fig.1 Precipitation and temperature in winter wheat growing season

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗樣地位于河南省平頂山市葉縣龍泉鄉(xiāng)合集村試驗基地（113°42'E，34°43'N），屬暖溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫為 14.9 ℃，年均降水量為745.8 mm，全年降水主要集中在7月、8月、9月，雨熱同期，年無霜期219 d左右。研究期間降水和氣溫如圖1所示，降水量為305.5 mm，平均氣溫為10.04 ℃。供試土壤（0－20 cm）為下蜀黃土發(fā)育而來的黃褐土，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土。試驗開始前0－20 cm土層土壤基本理化性質(zhì)為：土壤容重 1.27 g·cm-3，土壤 pH5.64（土水比為 1∶2.5），有機質(zhì) 9.92 g·kg-1，全氮 1.06 g·kg-1，速效磷 5.63 mg·kg-1，速效鉀 94.35 mg·kg-1。主要種植制度為冬小麥-夏玉米輪作，一年兩熟。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理：普通尿素（U）、尿素+硝化抑制劑雙氰胺（U+DCD）、尿素+脲酶抑制劑氫醌（U+HQ）、尿素+脲酶抑制劑雙氰胺+硝化抑制劑氫醌（U+HQ+DCD）和高分子聚合物包膜尿素（PCU）。各處理設(shè)3個重復(fù)，小區(qū)面積為60 m2（6 m×10 m），各小區(qū)之間留有50 cm的距離。氮磷鉀肥分別選用：尿素（含N 46%）、鈣鎂磷肥（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%），其用量分別為純氮225 kg·hm-2，磷 75 kg·hm-2，鉀 150 kg·hm-2。HQ和DCD的用量分別為尿素用量的0.5%和5%。PCU的用量為純氮225 kg·hm-2。耕作方式為減排效果最優(yōu)化的上茬秸稈（玉米秸稈，碳氮比為70.5）粉碎還田旋耕（閆翠萍等，2016）。供試小麥品種為“周麥27”，于2015年10月13日進行播種（播量180 kg·hm-2，寬窄行行距 10－25 cm），播種前施用基肥，包括 60%氮肥及對應(yīng)比例的抑制劑與全部磷肥、鉀肥。2016年3月29日追施剩下的40%氮肥及對應(yīng)比例的抑制劑并灌水。于5月30日收獲小麥，小麥收割前進行測產(chǎn)，每個小區(qū)取3個一米雙行統(tǒng)計穗數(shù)，每個一米雙行取 10穗測定平均穗粒數(shù)，脫粒后用天平稱量每個一米雙行的千粒質(zhì)量。田間管理措施與當?shù)剞r(nóng)民的常規(guī)管理保持一致。

1.3 樣品采集

在冬小麥栽培管理關(guān)鍵時期進行氣體樣品采集，采集時間分別為冬小麥施肥播種后（2015年10月21日）、完全出苗后（2015年10月28日）、幼苗期（五葉一芯，2015年12月2日）、越冬期（2016年1月10日）、返青期（2016年2月26日）、拔節(jié)期（2016年3月27日）、追肥后（2016年4月2日）、開花期（2016年4月28日）和成熟期（2016年5月29日）等9個時期。氣體樣品的收集采用全自動靜態(tài)暗箱法（成功等，2017），同時用靜態(tài)暗箱自帶的溫度探頭測量 10 cm處土壤溫度。采樣時間控制在上午09:00－11:30，每個處理3次重復(fù)，每隔6 min采集1次約70 mL氣樣并注射到真空密閉氣袋內(nèi)，共計5次，依次標號，帶回實驗室分析。

土壤樣品采集：在旋耕前及小麥生長關(guān)鍵時期采集土樣，每個小區(qū)按照“S”形隨機選取 5個樣點，用土鉆取0－20 cm土層作，1個混合樣，室內(nèi)過2 mm土壤篩，后于4 ℃冷藏備用。小麥成熟后，進行產(chǎn)量測定。

1.4 指標測定與方法

氣體樣品用氣相色譜分析儀器（Agilent 6820，Agilent，USA）進行測定分析。通過對每組5個樣品的目標氣體混合比與相對應(yīng)的采樣時間間隔 0、6、12、18、24 min進行直線擬合，僅當回歸系數(shù)R2＞0.80時，才視為有效數(shù)據(jù)，求得目標氣體的排放速率。N2O、CO2、CH4通量的計算公式為：

式中，F(xiàn)表示 N2O、CO2、CH4的通量值，單位分別為 μg·m-2·h-1、mg·m-2·h-1、μg·m-2·h-1，負值時表示土壤吸收該氣體，正值表示土壤排放該氣體；ρ為標準狀態(tài)下氣體密度（mg·m-3）；V為靜態(tài)箱體積（m3），A 為靜態(tài)箱橫截面積（m2）；Δc/Δt為 Δt時間內(nèi)靜態(tài)箱內(nèi)氣體濃度變化速率（m3·m-3·h-1）；θ為采樣時箱內(nèi)溫度（℃）。溫室氣體的累積通量根據(jù)氣體通量由內(nèi)插加權(quán)法求得（閆翠萍等，2016）。

土壤直接排放溫室氣體全球增溫潛勢（PGW）計算公式：

式中， PGW為冬小麥整個生長過程土壤直接排放的溫室氣體增溫潛勢（kg·hm-2）；fCO2為該過程土壤 CO2累積排放量（kg·hm-2），fCH4為該過程土壤 CH4累積排放量（kg·hm-2），fN2O該過程土壤 N2O累積排放量（kg·hm-2）。

土壤含水率采用烘干法測定；土壤蔗糖酶活性采用3, 5-二硝基水楊酸比色法測定，以24 h后1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示（關(guān)松蔭，1986）；土壤脲酶活性的測定采用靛酚比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的質(zhì)量（mg）表示（裴丙等，2018）；土壤硝態(tài)氮（）和銨態(tài)氮（）含量均用 1 mol·L-1KCl溶液浸提 5 g 新鮮土壤（土∶液=1∶5）后，后用流動分析儀（Futura，Alliance，F(xiàn)rance）測定。

式中，Y為小麥產(chǎn)量（kg·hm-2）；NP為穗數(shù)（104·hm-2）；NGPS為穗粒數(shù)；W為千粒質(zhì)量（g）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

在SPSS 20.0（IBM，紐約，美國）軟件中，采用多因素方差分析法（MNOVA）分析栽培關(guān)鍵期、施氮措施及其交互作用對農(nóng)田溫室氣體通量的影響，及施氮措施對3種溫室氣體累積排放量、全球增溫潛勢和小麥產(chǎn)量等的影響，顯著性水平設(shè)為0.05。對溫室氣體與各土壤因子進行相關(guān)性分析（Pearson法）。通過HSD0.05值表示每次采樣不同處理間均值變化達到顯著水平。所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Excel軟件中進行匯總計算并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥農(nóng)田N2O通量的動態(tài)變化特征

不同處理下 N2O排放通量均隨小麥生長呈動態(tài)變化，播種后至越冬期逐漸降低、返青期后波動上升、拔節(jié)期達到峰值而后逐漸降低（圖2）。播種后N2O排放通量顯著高于其他幾個時期（P＜0.05），變化范圍為 110.05－160.19 μg·m-2·h-1；越冬期達到最低，變化范圍為 12.13－32.5 μg·m-2·h-1。隨著氣溫回升，N2O排放通量在返青期有所升高，在追肥后迅速升高，并出現(xiàn)排放峰值呈U＞U+HQ＞U+HQ+DCD＞U+DCD＞PCU的規(guī)律，較越冬期升高了2－6倍。隨后，N2O排放通量逐漸降低，直到小麥成熟時，降至較低水平。

圖2 冬小麥栽培關(guān)鍵期N2O通量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of N2O flux during main cultivation stages of winter wheat

不同施氮措施顯著影響了土壤 N2O排放通量（表1，P＜0.01）。相較于U處理（平均N2O排放通量為 74.31 μg·m-2·h-1），在冬小麥的整個生長周期U+DCD處理下N2O的排放通量均較低（平均N2O排放通量為 44.14 μg·m-2·h-1），降幅達 40.60%；除完全出苗后和開花期，U+HQ+DCD處理亦不同程度降低了N2O排放；U+HQ處理N2O排放通量在播種后至越冬期及追肥后等 5個時期均低于 U處理，而在其他4個時期則相反；除返青期，PCU處理下N2O的排放通量均低于U，其平均值為58.29 μg·m-2·h-1，降幅為 21.56%。

表1 冬小麥栽培關(guān)鍵期及不同施氮措施下3種溫室氣體通量的方差分析Table1 Variance analysis of 3 kinds of greenhouse gas fluxes (GHGs) in main cultivation stages of winter wheat and under different N application measures

2.2 冬小麥農(nóng)田CO2通量的動態(tài)變化特征

冬小麥農(nóng)田CO2排放通量均隨小麥生長呈先降低再升高而后降低的趨勢（圖3）。播種后，5種施氮措施 CO2排放通量變化范圍為 41.2－54.94 mg·m-2·h-1；隨著氣溫下降，CO2排放通量緩慢降低，在越冬期降至最低，最小排放量僅為 1.50 mg·m-2·h-1，相對于播種后，不同處理間 CO2排放通量降幅為79.80%－96.36%。而后，CO2排放通量呈逐漸升高的趨勢，并在開花期達峰值，不同處理間變化范圍為 66.99－187.98 mg·m-2·h-1。

圖3 冬小麥栽培關(guān)鍵期CO2通量的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of CO2 flux during main cultivation stages of winter wheat

圖4 冬小麥栽培關(guān)鍵期CH4通量的動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of CH4 flux during main cultivation stages of winter wheat

不同施氮措施顯著影響了農(nóng)田 CO2排放通量（表 1，P＜0.01）。除越冬期，U+HQ+DCD 和 PCU處理 CO2排放通量均低于 U處理，其均值分別為31.13、33.58、54.06 mg·m-2·h-1。播種后至返青期之前，U+HQ和U+DCD處理CO2排放通量均略高于對照U，而在追肥后均略低于U。開花期CO2排放通量呈U＞U+HQ＞U+HQ+DCD＞U+DCD＞PCU的規(guī)律，其值依次為187.98、118.36、87.29、78.83、66.99 mg·m-2·h-1，與追肥后不同施氮措施下 N2O 排放通量的變化規(guī)律相似。

2.3 冬小麥農(nóng)田土壤CH4通量的動態(tài)變化特征

在小麥的整個生長過程中，農(nóng)田土壤CH4排放通量均為負值，表現(xiàn)為從大氣中吸收CH4，其絕對值呈先降低后緩慢升高再降低的吸收趨勢（圖4）。播種后，不同施氮措施下麥田土壤對CH4的吸收通量較大，其范圍為 94.06－180.42 μg·m-2·h-1。除 PCU處理，完全出苗后CH4吸收通量迅速降低，最小值為 7.5 μg·m-2·h-1，不同處理間降幅為 8.61%－93.59%。在越冬期，CH4吸收通量基本穩(wěn)定，返青期緩慢增加，拔節(jié)期出現(xiàn)第二個峰值，相對于越冬期，CH4吸收通量升幅為17.96%－352.14%。拔節(jié)期追肥灌水后，CH4吸收通量均呈下降趨勢，直至成熟期，CH4通量變化平緩，趨于穩(wěn)定。

不同施氮措施對CH4通量有顯著的影響（表1，P＜0.01），在小麥整個生長過程中 U+DCD 和U+HQ+DCD處理CH4吸收通量均低于U處理；播種后U+HQ處理吸收量較大，而后在小麥多個生長階段其吸收量均低于 U；PCU處理在播種后 CH4吸收通量最大，隨后逐漸降低至幼苗期仍高于其他處理，但在小麥整個生長過程中CH4累積吸收量低于U。

2.4 不同施氮措施對溫室氣體累積通量及增溫潛勢的影響

相對于U處理，其他4種施氮措施均顯著降低了冬小麥 N2O累積排放量，減排效果呈 U+DCD＞PCU＞U+HQ＞U+HQ+DCD 的規(guī)律（表 2），分別降低了 44.44%，20.99%，9.88%、3.09%。相對于 U處理，U+DCD、U+HQ+DCD和PCU均顯著降低了CO2累積排放量（表2），其中U+HQ+DCD調(diào)控措施下CO2累積排放量最低（1453.52 kg·hm-2），降幅達42.29%，而U+HQ處理減排效果未達顯著差異（P＞0.05）。冬小麥整個生長過程，U處理CH4累積吸收量最高（3.36 kg·hm-2），其他4種施氮措施均顯著低于U處理（P＜0.05），U+HQ+DCD措施下CH4累積吸收量最小，僅為1.70 kg·hm-2。相較于U處理，其他4種施氮措施均顯著降低了全球增溫潛勢（P＜0.05），減排效果呈PCU＞U+HQ+DCD＞U+DCD＞U+HQ，其中PCU的降幅最大，為38.29%。

5種施氮措施對小麥產(chǎn)量也有一定的影響，呈U+DCD＞U+HQ＞U＞PCU＞U+HQ+DCD 的變化規(guī)律。其中，U+DCD處理小麥產(chǎn)量顯著高于U處理，是U處理的1.21倍。U+HQ+DCD聯(lián)合抑制處理卻顯著降低了小麥產(chǎn)量。

表2 不同施氮措施下溫室氣體累積通量及其他指標Table2 Cumulative greenhouse gas fluxes and other indicators under different N application measures kg·hm-2

表3 3種溫室氣體通量與土壤性質(zhì)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table3 Pearson correlation coefficients between 3 kinds of greenhouse gas fluxes (GHGs) and soil properties

2.5 冬小麥栽培關(guān)鍵期溫室氣體通量與土壤性質(zhì)的相關(guān)分析

通過冬小麥栽培關(guān)鍵期溫室氣體通量與土壤理化指標相關(guān)分析可知（表3），除PCU外，其他4種施氮措施N2O排放通量均與土壤NH4+-N含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。在 U、U+DCD 和U+HQ+DCD措施下N2O排放通量均與含量、脲酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01）。5種施氮措施下CO2通量均與土壤含量及土壤溫度呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，另外，PCU處理下CO2通量與土壤中含量及蔗糖酶活性呈顯著性正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。本研究中，麥田作為CH4的匯，在U+HQ和U+DCD措施下其吸收通量與含量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），在U+HQ+DCD和PCU措施下，CH4吸收通量與土壤蔗糖酶活性呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。5種施氮措施下CH4吸收通量均與土壤含水率呈顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.05)。

3 討論

農(nóng)田N2O排放主要受氣候、土壤類型、肥料類型以及農(nóng)業(yè)措施等因素影響（王良等，2016）。本研究中，在冬小麥的整個生長季，N2O排放通量出現(xiàn)兩次峰值，分別出現(xiàn)在播種后和追肥后（圖2），其共同原因是由于氮肥的施用增加了底物濃度，促進硝化作用和反硝化作用的進行，導(dǎo)致土壤N2O的大量排放（敖玉琴等，2016）。小麥播種后至越冬期N2O排放呈逐漸降低、返青期后呈波動上升的趨勢（圖2），這主要是由于土壤溫度變化所引起的，溫度變化直接影響了土壤中硝化細菌與反硝化細菌等微生物的活性，進而影響了N2O的排放（徐文彬等，2002）。拔節(jié)期與開花期農(nóng)田N2O排放出現(xiàn)減少的趨勢（圖2），這主要是由于這兩個時期小麥的生長吸收利用了大量的氮素，抑制了土壤中硝化作用的進行，降低了N2O的排放（李艷勤等，2018）。硝化抑制劑通過抑制亞硝化單胞菌的活性來抑制硝化過程的第一階段，從而使銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速率下降，減少氮素淋溶損失、提高氮素利用率、提高作物產(chǎn)量并降低溫室氣體 CH4和 N2O排放（O′Connor et al.，2012）。大多研究表明，尿素中添加DCD可以顯著減少N2O排放量（Weiske et al.，2001；Thapa et al.，2017），本研究亦發(fā)現(xiàn)5種措施中以尿素中添加DCD處理對N2O減排效果最佳，減幅達44.44%。同等施氮量的PCU處理其N2O減排效果次之，減排效率為20.99%，這主要是包膜氮肥阻隔了尿素顆粒與外界水分的接觸，延緩了尿素水解的過程及銨態(tài)氮的釋放速率（胡小康等，2011）。尿素中加入脲酶抑制劑 HQ也顯著降低了N2O排放量，累積排放量較對照降低了9.88%，與Dawar et al.（2011）研究的結(jié)果（7%－12%）相近，這主要是由于HQ的添加能有效地抑制脲酶活性，延緩尿素水解（雋英華等，2015）。然而，本研究聯(lián)合抑制DCD和HQ的施用并未顯著降低N2O排放（P＞0.05），這與Ding et al.（2011）和Zaman et al.（2009）研究結(jié)果不同，可能是由于不同試驗區(qū)土壤條件或抑制劑種類有關(guān)，不同抑制劑的耦合作用對N2O排放的影響仍有待進一步論證。

土壤CO2排放主要是由微生物活動和根系呼吸作用產(chǎn)生，受土壤養(yǎng)分狀況、農(nóng)作物殘茬、環(huán)境溫度、農(nóng)田管理措施等因素影響（宋利娜等，2013）。有研究表明，土壤中釋放的CO2有85%－90%來自土壤微生物的活動，僅15%來自根系呼吸(郝慶菊，2004)。本研究中農(nóng)田CO2排放有顯著的動態(tài)變化特征（表1），并與土壤溫度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（表3），這與諸多研究結(jié)果相一致（趙自超等，2016；Shen et al.，2018）。在整個小麥生長過程中，CO2通量出現(xiàn)兩次排放高峰（播種后與開花期），但是其原因不盡相同。播種后CO2通量較高主要是受有機質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的影響，播種前旋耕操作將秋季作物的殘留秸稈打碎翻入到土壤中，這為微生物提供大量碳源，加速土壤有機碳礦化（劉四義等，2015）；開花期主要是適宜的溫度有利于微生物代謝活動和呼吸作用，另外該時期小麥根系活力強，根系呼吸作用強烈（苗果園等，1989）。植物對不同形態(tài)氮素的選擇性吸收，通過影響植物的光合速率，繼而影響植物根系的自養(yǎng)呼吸速率（Vargas et al.，2011）。本研究中，開花期至成熟期，CO2的排放又呈降低的趨勢，這與小麥根系成熟或死亡導(dǎo)致生命活動減弱有關(guān)，可能是該階段土壤溫度較高抑制了微生物的活性。硝化抑制劑DCD能抑制土壤中硝化細菌的活動，與HQ混施效果更佳，顯著降低了土壤CO2排放（表2），這與Weiske et al.（2001）發(fā)現(xiàn)硝化抑制劑DCD可以降低土壤CO2排放的結(jié)果相一致。施用包膜尿素PCU可以顯著降低CO2排放（P＜0.05），這是因為包膜尿素養(yǎng)分釋放緩慢且多被作物利用，土壤中微生物活動受限，CO2排放減少。

CH4的源/匯作用的發(fā)揮往往受土壤通氣狀況的影響（宋利娜等，2013）。本研究中，在冬小麥的整個生長過程中，CH4吸收通量出現(xiàn)兩次峰值，第一次是施肥播種后，這主要是旋耕后土壤孔隙多通氣良好，有利于空氣中CH4向土壤中擴散；另外土壤孔隙中充足的氧氣，及耕作提供的大量養(yǎng)分使甲烷氧化菌活性增強并占據(jù)主導(dǎo)地位，氧化土壤中的CH4氣體，進而發(fā)揮CH4匯的作用（閆翠萍等，2016）。第二次是在拔節(jié)期，一方面因為地表土壤經(jīng)冬季多次凍融后，變得蓬松多孔有利于發(fā)揮CH4匯的作用；另一方面在這個時期土壤含量因被作物吸收利用而下降，與CH4競爭甲烷氧化酶的活性位點的減少，導(dǎo)致土壤氧化吸收CH4的能力增強（李香蘭等，2009）。播種后至完全出苗CH4吸收通量快速降低，是由于該期間曾有一次降水過程（如圖1），一方面雨水占據(jù)了土壤的孔隙，不利于CH4擴散作用，另一方面土壤含水量的增加有利于甲烷產(chǎn)生菌的活動，進而有利于CH4的排放，從而減弱了CH4的吸收；但是由于降水量不足以形成淹水條件，因此CH4仍未出現(xiàn)正排放的狀況。在越冬期、開花期及成熟期，因無農(nóng)事生產(chǎn)活動，土壤孔隙變化不大，故土壤CH4通量比較穩(wěn)定。U處理農(nóng)田 CH4累積吸收量最大，其他 4種施氮措施CH4累積吸收量均顯著低于U處理（表2，P＜0.05）。大量研究表明，脲酶抑制劑與硝化抑制劑及包膜尿素PCU的施用均能降低CH4的吸收（趙自超等，2016；O′Connor et al.，2012；李香蘭等，2009），主要是由于這些施肥措施均一定程度上增加了土壤的含量，和CH4分子大小相近、分子結(jié)構(gòu)相似，競爭CH4氧化菌酶系統(tǒng)相同的位點，降低了CH4氧化酶的活性，從而抑制CH4氧化的作用，促進CH4的排放，從而導(dǎo)致土壤吸收CH4的能力下降（Guo et al.，2011）。

本試驗中5個處理總施氮量相同，與U相比，U+DCD處理小麥產(chǎn)量最高，而U+HQ+DCD最低，這可能與氮素存在形式及作物吸收利用養(yǎng)分能力有關(guān)（朱兆良等，2010），即造成小麥減產(chǎn)的原因是該施氮措施下釋放養(yǎng)分的過程及數(shù)量與小麥生長發(fā)育階段所需養(yǎng)分不匹配。華北平原氮肥利用率低，且土壤中的大量氮肥以形式存在。尿素添加 DCD能在一定程度上抑制硝化過程，減少氮素的損失，其累積N2O排放量最低也能說明這點（表2），且該措施下N2O排放通量與脲酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（表3），返青期后小麥所需養(yǎng)分較多，而脲酶活性較強時有助于尿素水解從而有利于小麥吸收利用，因此U+DCD處理能有效提高氮肥利用率，增加產(chǎn)量。U+HQ+DCD措施能降低土壤脲酶活性，有效延緩尿素水解并抑制其水解產(chǎn)物的氧化，使其以交換態(tài)在土壤中得到更多和更長時間的保存（曹銀珠等，2015），但U+HQ+DCD處理的N2O累積通量與U相比無顯著差異（表2），這可能是由于兩種抑制劑耦合作用在抑制硝化作用的同時為土壤反硝化作用提供了較多的底物，增強了N2O排放從而導(dǎo)致氮素的損失，不能滿足小麥生長所需，進而造成產(chǎn)量減少。

4 結(jié)論

本研究不同施氮措施下，冬小麥農(nóng)田表現(xiàn)為N2O與CO2的源和CH4匯的作用。

（1）溫室氣體通量均隨冬小麥的生長呈先降低后升高再降低的趨勢。施肥后N2O通量出現(xiàn)排放峰值，不同施氮措施中U+DCD的N2O通量在小麥整個生長期均處于較低水平；CO2通量峰值出現(xiàn)在開花期，其顯著受土壤溫度影響；CH4通量在播種后及灌水前出現(xiàn)峰值，其受土壤通氣狀況顯著影響。

（2）與U相比，4種施氮措施均減少了N2O和CO2累積排放量，顯著降低了CH4的累積吸收量與全球增溫趨勢，不同施氮措施對小麥產(chǎn)量也有顯著影響，U+DCD處理能顯著提高冬小麥的產(chǎn)量。普通尿素配施硝化抑制劑可作為該地區(qū)冬小麥農(nóng)田減排增產(chǎn)的施氮措施加以推廣。