我国温室气体排放总量大，已居世界第二，且增 加速度较快，2005 年农业源温室气体排放量比1994 年增加24%，人均排放量低的优势正在逐渐丧失。除 工业生产外，农业活动是最重要的人为温室气体排放 源，而N₂O 是最重要的温室气体之一^[1]，其对全球变 暖的贡献约占温室气体总贡献的5%~10%，农业土壤 N₂O 排放量占人类活动排放总量的46%^[2]。随着全球 节能减排呼声的加大，我国农业温室气体减排工作迫 在眉睫。同时玉米是我国主要粮食作物，2009 年玉米 产量占全国粮食产量的31.4%，其种植面积占全国粮 食作物播种面积的28%^[3]。2011 年仅东北三省玉米种 植面积就达到了0.11 亿hm²，约占整个东北耕地面积的46%。因此，玉米增产稳产是保证国家粮食安全和 2012 年农业部实施东北玉米“双增二百”科技行动的 实际需求。然而，肥料是一把双刃剑，随着肥料的作用 被广大农民所认可，生产中肥料的投入也日℃增多， 近年来也出现了诸多不合理施肥引起对土壤、水体、 空气污染的报道。未来的玉米生产肩负着稳产和减排 的双重任务。因此，本项研究的主要目的在于保证玉 米稳产或增产前提下，筛选减少玉米田N₂O 排放的切 实有效的施肥技术。 1 材料与方法 1.1 试验地点

试验于2009年起始，布置在辽宁凌海市农业技术 推广中心科技示范场，位于凌海市新庄子镇曹家村。 在试验年限内的该地区气候条件如下：2009 年年平 均气温9.2 ℃，较历年偏高0.3 ℃，上半年气温偏高，6 月份与历年持平，7—9 月偏高、10—12 月偏低；2009 年降雨量仅为261.9 mm，1—5 月降水量较历年多 37.7 mm，7—10 月较历年少191.5 mm，玉米季≥10 ℃ 积温3 378.8 ℃，较2004—2008年多79.5 ℃^[4]。2010年 凌海全区平均气温8.3 ℃，较常年偏低0.6 ℃，冬季、 春季气温比常年偏低，夏季、秋季比常年偏高；全区平 均降水量为975.8 mm，较历年多4~5 成，是近10 年 同期降水量最多的一年。2011年全区平均气温8.7℃， 降水总量为446.9 mm。

供试土壤前茬为蔬菜，土壤类型为耕型壤质草甸 土，耕层土壤养分状况描述如表 1 所示。

表 1 耕层土壤养分状况

表选项

试验采用随机区组设计，共设5 个处理，每个处 理3次重复，每一个小区面积为30.8 m²。处理如表 2 所示。

表 2 试验设计

表选项

处理2为当地农民习惯施肥量；处理3 为“3414 试验”的理论建议施肥量；处理4 在减量施肥基础上 配合秸秆还田；处理5将尿素替换为包膜尿素形态。

处理2、处理3、处理4 于春季播种时施入氮肥总 量1/3，7月上旬追施氮肥总量2/3。2008—2010 年每 年11 月将处理4 玉米秸秆还田，还田量为7 500 kg· hm^-2，平均携入N量为40 kg·hm^-2。分别于2009年、2010 年、2011 年5月中旬播种，磷钾肥作为基肥一次 性施入。于每年10月中旬收获，生长周期145~150 d， 试验区田间管理同大田。玉米品种为金城29，一年一 熟制，种植密度为45 477 株·hm^-2。尿素为辽宁华锦通 达化工股份有限公司生产，含量为46.4%；磷肥为过 磷酸钙，秦皇岛抚宁化工有限公司生产，含P₂O₅ 12%； 钾肥为硫酸钾，由盘锦恒兴化工有限责任公司生产， 含K₂O 50%；包膜尿素为山东金正大集团生产，含氮 35%。 1.3 采样及测定方法

土壤pH 值用电位法；全氮用凯氏法；全磷用氢 氧化钠熔融钼锑抗比色法；全钾用氢氧化钠熔融-火 焰光度法；硝态氮、铵态氮用CaCl₂浸提-流动分析仪 测定。

N₂O气体采集测定采用静态暗箱-气相色谱法^{[5, 6]}， 田间不锈钢采样箱（50 cm×50 cm×50 cm）外覆绝热材 料，观测中箱内温度变化<2 ℃。采样箱底座也为不锈 钢材质，埋入土壤20 cm，距离地表 10 cm以下的每个 侧壁上有9 个直径2 cm 的圆孔，底座顶端有深、宽均 为3 cm的水槽，注水后可保证底座与箱体密封。采样 气袋容积1 L，大连光明化工研究设计院生产。生育期 全程监测，于施肥、降雨、农事操作后连续采样1 周， 其余时间每周采样1 次。

2009 年试验将玉米植株种植于气体采样箱底座 中。随玉米生长而不断将箱体加高，采样过程对植株 有所破坏，测定数据受植株个体差异影响大，同时采 样难度加大也导致试验精度降低。2010 年和2011 年 将采样箱底座放置于垄间，每边中心位置外有一株玉 米植株。因此2009年与2010年、2011 年测定数值差 异较大，但不影响各处理间差异性。 1.4 计算方法

统计分析采用浙大DPS 7.05 版数据分析软件。 N₂O 季节排放系数EF（%）=（施肥区N₂O 季节排 放总量-不施肥区N₂O 季节排放总量）/施氮量×100^[7]。 2 结果与分析 2.1 不同氮肥施入方式对玉米年际产量的影响

由表 3可知，定位试验第1 年的玉米产量明显高 于后2 年的玉米产量。2009 年除与不施氮处理差异 显著外，其他各处理间差异不显著，产量最高的是缓 控释肥处理，比不施氮处理增产16.5%，比产量次高 的农民习惯施肥处理增产4.4%，秸秆还田配化肥处理 与农民习惯施肥处理产量相差甚微，居于第3 位；定 位试验第2 年的玉米产量各处理间差异显著性明显 增强，产量最高的是秸秆还田配化肥处理，比不施氮 处理增产达21.6%，比产量次之的缓控释肥处理增产 3.89%，二者分别比农民习惯施肥处理增产8.95%、 4.87%。定位试验第3年的玉米产量各处理间差异显 著，产量最高的是缓控释肥处理，比不施氮处理增产 22.29%，比产量次高的秸秆还田配化肥处理仅增产 0.28%，农民习惯施肥处理产量居于第3 位，比不施氮 对照增产21.47%。缓控释肥处理和秸秆还田处理3 年平均产量较高，二者之间差异不显著。

表 3 玉米年际产量性状（kg·hm^-2）

表选项

由表 4 可知，2009 年N₂O 季节排放总量明显高于2010 年、2011 年，而且各施肥处理间N₂O 季节排 放总量无差异显著性，与不施氮对照之间存在差异显 著性，排放量最大的是秸秆还田处理，比不施氮对照 排放增加65%，由施肥引起的排放量与施肥量之间的 相关系数达到了0.99。2010 年和2011 年各处理间排 放规律相同，秸秆还田处理的排放量最大，农民传统 施肥处理次之，虽然缓控释肥处理与优化施肥处理施 氮肥量相同，但排放量却低于优化施肥处理，排放量 与施肥量之间的相关系数分别达到了0.94 和0.97， 而且各处理间存在差异显著性。3 年综合来看，年度 间N₂O季节排放总量有明显差异，秸秆还田处理的年 均N₂O 季节排放总量最大，习惯施肥处理年均N₂O 季节排放总量高于其他2个减氮20%的处理，缓控释 肥料处理与优化施肥处理年均N₂O 季节排放总量无 差异。3年平均N₂O 季节排放总量与施肥量之间相关 系数达到了0.97。

表 4 各年度N₂O季节排放总量

表选项

综观3 年的排放系数（表 5），年际间规律变化差 异性很大。2009年排放系数最大的是缓控释肥处理， 其次是秸秆还田处理，N₂O-N 季节排放系数与施肥量 的相关系数为-0.015；2010 年排放系数最高的是秸秆 还田处理，达到0.25%，缓控释肥处理最低，秸秆还田 处理N₂O-N 季节排放系数与其他处理间差异达到极 显著，2010 年N₂O-N 季节排放系数与施肥量的相关 系数为0.439；2011年仍然是秸秆还田处理N₂O-N 季节排放系数最高，而缓控释肥处理最低，秸秆还田处 理N₂O-N 季节排放系数与其他处理间差异显著， 2011 年排放系数与施肥量的相关系数为0.624。从3 年平均排放系数来看，秸秆还田处理N₂O-N 季节排 放系数最大，而优化施肥处理、缓控释肥和农民习惯 施肥处理差异不大。

表 5 各年度N₂O季节排放系数

表选项

由于试验地前茬为蔬菜，施肥管理精细，土壤类 型为耕型壤质草甸土，土壤自身生产力高，土壤肥力 综合评级介于2 ~ 3级（根据全国第二次土壤普查的建 议养分评级标准），前期调研也显示当地农民习惯施 肥方式的产量通常在10 000 kg·hm^-2以上。因此，第1 年试验表现高产，而且各施肥处理间产量差异不显 著，充分说明了基础地力高的土壤玉米产量也高，高 肥力土壤使得施肥处理间的差异不明显，与赵营等^[8]、 高静等^[9]在玉米上的试验研究结论一致。从产量差异 显著性来看，随着试验年限增加，不同处理间产量差 异显著性增强。缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理 产量居高，3 年平均比习惯施肥增产3.3 %和2.77 %。 与于淑芳等^[10]、张秀芝等^[11]利用秸秆还田与化肥配施、 缓控释肥在玉米产量上的表现相一致。

2009年N₂O季节排放总量高于后2年，主要由于 植株干扰的作用，因为2009年采集气体样品不仅包 含土壤与大气间的N₂O 交换量，而且包含植株生长过 程中N₂O的排放，与陈冠雄等^[12]研究结论一致。2010年 和2011 年则表现了玉米农田土壤与大气间的交换， 各处理间排放规律表现出了一致性，施氮处理排放量 明显高于不施氮处理，与王重阳等^[13]和邱炜红等^[14]的 研究结论相一致。3个年度间N₂O季节排放总量有明 显差异^[15]，秸秆还田处理的年均N₂O季节排放总量最 大，说明秸秆还田促进了农田土壤总的温室气体排 放^{[3, 16]}。习惯施肥处理年均N₂O 季节排放总量高于其 他2 个减氮20%的处理，说明施肥量影响着N₂O 季 节排放总量^{[17, 18]}。缓控释肥处理比优化施肥处理年均 N₂O 季节排放总量微高，表明养分的缓慢释放导致 土壤的硝化和反硝化过程加强，从而增加了N₂O 排 放损失。

N₂O 季节排放系数的基本意义是N₂O-N 季节排 放量占肥料氮的比例^[7]。2009 年N₂O-N 季节排放系数 与施肥量的相关系数为-0.015，而2010 年及2011 年 逐渐增长为0.439 和0.624，随着试验年限的增加， N₂O-N 季节排放系数与施肥量相关性加大。再次说明 2009 年度的排放受到了植株生长的影响，从而对施 肥量变化的响应受到了影响，与Sehy 等^[19]研究的结 论相一致，即植株的存在增加了N₂O-N 排放。可见， 不同施氮方式对N₂O 季节排放系数的影响需要通过 多年定位来准确把握，其规律性还有待于进一步研究。 4 结论

减少化肥氮施入量20%，用缓控释尿素或者与秸 秆还田配合施用可提高玉米产量，而且二者间产量差 异不显著；秸秆还田促进了农田土壤总的N₂O 排放， 施肥量也影响着N₂O 季节排放总量；随着试验年限的 增加，N₂O-N 季节排放系数受施肥量的影响在逐年增 加。因此不同施氮方式对N₂O 季节排放的影响需要通 过多年定位来准确把握。在研究农田N₂O-N季节排放 的时候要适当考虑植株生长过程中N₂O的排放。兼顾 产量和减排2 个因素，建议推广缓控释尿素的施用。