在华北平原小麦与玉米轮作体系下粉砂钙质土年N2O和NO排放量摘要在小麦-玉米轮种的华北平原，减少氮排放一个主要方式是采用漫灌。

但这种漫灌的方式很有可能导致硝化作用和反硝化作用。

因此，在这种条件下，大量的氧化亚氮和一氧化氮排放作为一种假设可能会发生。

为了验证这种假设，我们运用了一种静态箱检测系统，花了一整年的时间实地测量了在石化土上小麦-玉米轮种，所有作物秸秆释放氧化亚氮和一氧化氮的流量。

为了阐释现场得到的数据，我们进行了室内试验。

供试土样是增加了碳和氮基质且未受损的土。

实地检测表明，施肥和灌溉或降雨所导致的年氧化亚氮和一氧化氮排放量比例分布占73%和88%。

土壤湿度和矿物含氮量深刻影响了N2O和NO的排放。

施肥田块一年所释放的N2O和NO一般比率总和分别为4.0±0.2和3.0±0.2 kg N ha-1 yr-1，未施肥田块，N2O和NO的释放量相比却低得多，分别为0.5±0.02 kg N ha-1 yr-1 and 0.4±0.05 kg N ha-1yr-1。

施氮肥导致的N2O和NO直接排放系数分别为0.59 ±0.04%和0.44±0.04%。

通过总结我们和他人的研究结果，我们推荐在每kg钙质土中含有5-16g有机碳的灌溉耕地中N2O和NO年直接排放系数（EFds）分别为0.54±0.09％和为0.45±0.04。

施肥后硝化过程成为了驱使N2O和NO排放的主导过程。

碳的缺乏限制了微生物反硝化作用并由此限制了N2O排放这以认识暗示了竭力提升钙质土中的碳源物可能会增加N2O的排放。

大气化学是研究大气组成和大气化学过程的大气科学分支学科。

它涉及大气各成分的性质和变化，源和汇，化学循环，以及发生在大气中、大气同陆地或海洋之间的化学过程。

研究的对象包括大气微量气体、气溶胶、大气放射性物质和降水化学等。

研究的空间范围涉及对流层和平流层，即约50公里高度以下的整个大气层。

研究的地区范围包括全球、大区域和局部地区。

1. Introduction 前言大气中氧化亚氮是一种导致辐射强迫的重要因子，同时它也是大气化学中的一种关键物质；并因此造成全球气候变暖和平流层臭氧减少。

由于人类活动影响，大气中N2O的浓度显著地上升，已经从工业化前的约270ppbv增加到目321ppbv。

农业耕种土壤作为大气N2O的一个主要来源，全球贡献了约1.7-4.8 T g N yr-1到全球大气层中，大约占据了14 T g N yr-1。

作为大气化学中另外一个重要角色，NO参与了调整对流层氧化剂平衡的活动。

它是对流层臭氧形成的一个前期关键因子，作为一种温室气体并导致了全球氮气沉降。

农业耕种土壤所施氮肥已成为土壤NO排放主要驱动因子，可能占到全球土壤NO排放总量的18%。

在远离高强度化石燃料燃烧的农村地区中，农业NO排放在对流层臭氧化学过程中扮演着一个重要的角色。

在农业生态系统中，N2O和NO是由生物硝化作用和反硝化作用形成的共识占主导地位，但是对N2O和NO产生的其他方式，譬如化学反硝化作用仍然鲜有研究。

在硝化作用中，铵元素被氧化使亚硝酸盐变成硝酸盐。

亚硝酸可还原成NO，也可还原成N2O，它被氧化时，即成为硝酸。

许多N2O和NO在硝化作用的第一个阶段，也就是在铵氧化的过程中形成。

尽管土壤的温度和PH值的重要性是不可忽视的，但在大多数的土壤中，铵气和氧气的供应是调节硝化作用的最基本因素。

- 作反硝化作用就是在缺乏氧气的嫌气条件下，脱氮微生物因氧气缺乏，利用NO3为电子受体获得能量而逐步减少硝酸根离子，并还原为氮气的过程。

而NO和N2O 就是反硝化过程的主要中间产物。

集中在土壤中的碳的供应、被氧化的有机氮基质和氧气被认为是调节土壤反硝化速率的三个最重要影响因素。

其中，氧气一般-等其他被认为是到目前为止影响反硝化作用速率最主要的控制因素，而碳和NO3氮氧化物的重要性会随着生态系统的变化而变化。

由于这些因素相互间的复杂性，N2O和NO排放的时空分异通常在农田土壤中观测。

作为最大钙质土分布的华北平原，是一个高密度的农业分布区。

以下是他人研究结果它的钙质土分布范围大约有300,000 km2，为中国提供达四分之一的粮食总产量。

冬季种小麦和夏季种玉米的轮作是华北平原的基本种植体系，这种种植体系主要特征是大量释人工合成氮肥但氮肥利用率较低。

大量的研究已经发现本地区的施肥率达到了600 kg N ha-1 yr-1甚至更高水平。

对以小麦和玉米轮种为耕作体系华北平原而言，施肥后漫灌是改善氮排放的一个基本管理模式。

然而就是这种管理模式，似乎由此促进了硝化作用和反硝化作用以及与此相关联的N2O/NO 排放。

已经公布的华北平原小麦和玉米轮种耕作体系N2O直接排放系数变化范围是从0.02%到1.93%，硝化作用已经成为了N2O排放的主要过程，因为易降解的碳原物的缺乏明显地限制了小麦和玉米轮种耕作体系中的反硝化作用。

然而，他们的结论是否能够被运用到具有钙质土的华北平原其他更多地区，这点我们还不清楚。

这仅仅是对华北平原土壤排放NO的早期野外实地研究。

以上是他人研究结果由于对N2O直接排放系数检测的巨大变异性以及鲜有对华北平原农业耕地排放NO的相关报道，这就要求对N2O和NO这两种气体的流量和其直接排放系数作更多的实地调查研究。

A 调查研究同一地区N2O和NO排放在时间上的变化；B 通过对比未施肥地和常规的施肥田块的N2O和NO流量变化来量化N2O和NO的年排放量及其直接排放系数。

C 验证在田地里施氮肥之后漫灌能够促进高强度的N2O和NO排放量的假设D 验证碳物质能否成为限制反硝化作用和N2O的排放一个重要因素。

2. Materials and methods(材料和实验方法)2.1. Field site（场地设置）从2008年的10至2009年的9月整个实验测试一直都是在中国农业大学所建的实验站内完成的，试验站的具体位置在36°580 N, 117°590 E，海拔大约为17米。

实验场地坐落在远离市中心大约10千米的农业种植区—桓台县，它是一个位于山东省中心地带的重要粮食产区。

它以冬小麦和夏玉米轮种为传统的耕作体系，是高密度农业分布区华北平原的代表。

它所处的气候类型为暖温带季风气候，从潍坊气象站的数据显示，它的年平均气温为13℃，年平均降水量达586mm。

这个地区的石灰性始成土,有粉砂壤土的结构。

0-20cm内的土壤性质如表1显示。

地表前水位的深度为8-12米。

冬小麦和夏玉米轮作的耕作体系在本地已经沿用至少50年。

2.2. Field treatments（田块处理）在实验中，我们采用了传统的二熟制种植制度—冬小麦（十月上旬到次年六月中旬）和夏玉米（六月下旬到九月下旬）轮种。

在统一的小麦-玉米种植田块里，三个平行地块被随机的选择进行不施肥和施肥处理。

每一个田块占地为51平方米，总施肥量为600kg，小麦和玉米各施270k和330kg，对田间的管理采用当地的传统管理方法。

田间肥料分四份施撒且播撒量各不相同，每个土样施氮肥两次：一次作为基肥，在播种之前施撒，另一次作为追肥，在播种之后立即施撒，小麦施270kg中的60%，玉米施330kg中的50%。

在小麦分蘖期时根部追肥270kg 中的40%,，以及在玉米长出11-12片叶子时施330kg中的50%.所有含磷和钾的肥料都作为基肥平分应用到小麦和与玉米地里。

（小麦地每公顷施磷肥105kg，钾肥60kg；玉米地每公顷施磷肥110kg，钾肥110kg）为了保证小麦对水分的需求，我们采用分四次灌溉的方法，共施水约250mm，其中对玉米地只一次性施水60mm。

对两块田地的其他田间管理，如翻耕、选种、播种时间和收割，以及收割后残留物的处理等都采用当地传统的操作方法进行。

紧接着小麦播种前一段时间，收割后的玉米秸秆被切成小碎片以大约每公顷1664kg碳的比例（碳和氮的比例为1：:65）掩埋到0-20深的地里。

在小麦收割后，未完全割掉的残株约（15cm高）继续保留在田地里，以及将小麦收获后的麦草（大约每公顷1686kg干碳，即碳和氮的比例为1:93）也一并用土覆盖返还到田地里。

一周之后，玉米的种子被直接播种到原种过小麦而未经翻耕就挖成的沟中。

其他的具体田间管理信息详见表22.3. Field measurements of N2O and NO fluxes（在田间对N2O和NO通量进行测量）在每个田块的中间，采样箱用不锈钢制成，底面积为50cm*50cm，在播种初期将不锈钢底座插入土壤10cm深处，测量仪被固定在不锈钢支撑架上用来测量N2O和NO的排放量。

N2O和NO这两种气体在一个静态的不透明的箱内被同时检测（这个测量仪器由不锈钢板和涂有高温隔热材料制成），它被长期固定安装在基架上。

通过向凹槽内注水来保证基座密封不透气。

在取样时是真空的采样箱被立在箱顶和大气之间的特氟隆管（管的直径为6.3mm，长10米）阻隔。

被用来移除从空气中流入室NO的活性炭过滤器与特氟隆管末端相连接。

采样箱及支架的高度可以随着植物生长高度的升高而升高。

当生长在采样箱内的玉米由于施肥而导致植株的高度甚至超过了采样箱的高度以及N2O和NO排放量很高的时候，玉米植株最顶部的茎秆就会被砍掉以迎合采样箱的最大高度。

当施肥的10天后，玉米的植株生长高度再一次超过采集箱，但N2O和NO的流量已经很低的时候，我们把支架移到田垄中间来监测来行与行间的N2O和NO排放量。

在施肥之后或者在其他触发氮气微量气体释放机制，如降水、灌溉之后或翻耕后的3-14天内以及在秸杆还田后每隔2-3天就立即测试N2O和NO气体通量。

N2O和NO通量测量的气体取样在当地时间的上午9：:00-11:00间进行。

对单个的N2O和NO通量测量的气体取样是在采集箱安装了基构架套圈之后就立即开始，整个过程大约持续30分钟。

作为N2O通量测量的五个空气样本，以每间隔8分钟取一个样的速度用60ml密封的塑料注射器来提取。

为了同步测量每个空气样本中NO的通量，在同一个盆栽的四周我们用真空泵和一个5L的气袋收集了两个约3L 的空气样品，一个空气样品在第一个N2O样测量之前收集，另外一个样品在最后一个注射器收集N2O样品之后立即进行。

对空气取样时的室内温度我们用便携式的数字温度计和热电偶探头记录了下来。

空气样品在取样后的10小时内用安捷伦科技公司生产装备的6820电子捕获气相色谱仪进行数据分析。

为了避免和CO2交叉干扰，我们采用了DN-CO2法。

N2作为载气并混合了10%的CO2被直接的放入ECD检测器（电子捕获气相色谱）中进行检测。

储存在气袋里的NO样品在取样之后立即用化学发光NO-NO2-NO x 分析仪进行分析。