【摘 要】
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在干旱和半干旱区,降水是农田土壤温室气体脉冲式排放的重要驱动因素。尽管历时短、发生突然,但伴随着降水的发生,土壤CO2和N2O排放量在整个生育期的占比高达50%以上。地表CO2和N2O排放是土壤中CO2和N2O产生、传输和消耗的净结果。土壤O2浓度、碳氮底物等因素均会影响土壤CO2和N2O的产生。全球变暖趋势下,发生极端降水事件的频率增加。然而至今对极端降水条件下土壤CO2和N2O的排放机制并不十
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（编号:41830751）:中国北方旱作农田土壤氧化亚氮产生过程及主要控制因素；
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在干旱和半干旱区,降水是农田土壤温室气体脉冲式排放的重要驱动因素。尽管历时短、发生突然,但伴随着降水的发生,土壤CO2和N2O排放量在整个生育期的占比高达50%以上。地表CO2和N2O排放是土壤中CO2和N2O产生、传输和消耗的净结果。土壤O2浓度、碳氮底物等因素均会影响土壤CO2和N2O的产生。全球变暖趋势下,发生极端降水事件的频率增加。然而至今对极端降水条件下土壤CO2和N2O的排放机制并不十分清楚。本研究基于模拟极端降水试验,在控制相同总降水量（300 mm）的基础上设置2个单次降水量,分别为常规降水(每次10 mm,即P10)和极端降水(每次75 mm,即P75),通过高频率监测对照（CK）、施氮肥（N）、施氮肥加少量秸秆（N+LM）、施氮肥加大量秸秆（N+HM）4个管理措施地表CO2、N2O通量,土壤CO2、N2O、CH4和O2浓度的动态变化以及土壤温度和水分、土壤DOC、NH4+-N和NO3--N含量;展开以下三方面的研究:1)极端降水对地表温室气体排放的影响;2)极端降水下O2对土壤内温室气体浓度变化的影响;3)极端降水下碳氮底物对土壤温室气体浓度变化的影响。获得以下主要结果:（1）极端降水显著影响地表CO2和N2O通量的动态变化。相比于P10,P75下地表CO2和N2O通量在降水后均呈先升高后降低的动态变化趋势,变化更加剧烈（能够在2-5天内到达峰值）,并且随着降水次数的增加,地表CO2和N2O通量逐渐衰减。极端降水能够降低CO2和N2O的综合增温潜势。P10与P75下,4种管理措施中地表CO2和N2O通量的升高幅度均呈现为N+HM＞N+LM＞N＞CK,地表CO2、N2O累积排放量在N+LM（N2O累积排放量除外）和N+HM处理中均存在显著差异（P＜0.05）;相比于P10,P75下CO2累积排放量在N+LM和N+HM处理中分别降低了32%和40%,N2O累积排放量在N+HM处理中增加了89%。（2）极端降水下促进土壤内O2消耗、CO2和N2O累积,但对土壤内CH4浓度的影响较小。P75下土壤O2浓度在降水后呈现先降低后升高的变化趋势,土壤内CO2、N2O浓度与O2浓度呈现相反的变化趋势;相比于P10,P75下三种气体的动态变化更加剧烈,且到达峰值的时间（1-5天）较早。土壤CO2、N2O与O2浓度均存在显著负相关关系（P＜0.05）;但随着土壤内O2浓度降低,土壤内CO2浓度呈生长曲线型升高,土壤内N2O浓度呈指数型升高。4种管理措施中三种气体浓度变化幅度均呈现为N+HM＞N+LM＞N＞CK。地表CO2和N2O通量与土壤内CO2和N2O浓度有关。P75下地表CO2、N2O通量分别与其土壤内浓度的动态变化趋势基本相同,但到达峰值的时间略晚（1-3天）;并且地表CO2、N2O通量分别与其土壤内浓度均呈显著正相关关系（P＜0.05）。（3）极端降水对土壤DOC含量无显著影响,但能够降低土壤NH4+-N和NO3--N含量。P10和P75下土壤DOC含量在第一次降水后3天内降低;相比于P10,P75下土壤NH4+-N含量降低的时间（降水后3天内）较短,土壤NO3--N含量（除N处理外）降低,这均与土壤内CO2和N2O浓度的动态变化相吻合。本研究揭示了极端降水条件下地表CO2、N2O通量,土壤内CO2、N2O和O2浓度的动态变化特征,明确了地表CO2、N2O通量与土壤内CO2、N2O浓度以及土壤内O2浓度与CO2、N2O浓度间的关系,并阐明了土壤内O2浓度、碳氮底物对土壤内CO2和N2O浓度的作用机制。为进一步深入理解半干旱区农田土壤温室气体排放机制提供理论支撑。
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