當今社會，人們越來越關注氣候變化和環(huán)境保護，而農業(yè)生產對這些問題有著重要的影響。GVP系統（Greenhouse Vegetable Production System）作為一種新型的蔬菜生長系統，被認為是減少化肥使用、提高農作物產量、減少溫室氣體排放的有效途徑。
那么，在GVP系統下蔬菜生長過程中產生的一氧化二氮（N2O）的排放量是怎樣的呢？對環(huán)境又會造成什么影響呢?下面這篇相關論文，一起來探討下。
中國北方壽光設施蔬菜生產系統高土壤氧化亞氮排放
中國的設施蔬菜生產（GVP）系統正在迅速發(fā)展，其面積已超過4百萬公頃，占全球的80%以上。山東省是中國蔬菜主產區(qū)，其中壽光地區(qū)被譽為“中國設施蔬菜之鄉(xiāng)”， GVP面積超過當地土地面積的四分之一（圖1b）。為了實現產量及利潤的最大化， GVP系統通常過量灌水和施肥，年灌水量約2000mm，年氮肥施用量通常在2000 kg N ha-1以上，是露天菜地的2～5倍，谷類作物的4～5倍。大量的灌水和施肥能夠促進硝化和反硝化作用的發(fā)生，有利于土壤氧化亞氮（N2O）的釋放。已有一些研究關注到GVP系統中N2O的排放，發(fā)現常規(guī)施肥條件下N2O的年排放量在3.9～63 kg N ha-1yr-1之間。這種差異一方面反映了GVP系統中N2O排放的空間異質性，另一方面也反映了對于頻繁灌溉的GVP系統，低頻率采樣可能帶來的不確定性。此外，先前多數研究只關注了作物的生長季，缺少對悶棚時期N2O排放的監(jiān)測，導致N2O排放量的低估。
基于此，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學團隊依托該所位于山東壽光的設施農業(yè)中心建立了高頻連續(xù)自動采樣和測定系統（圖1c, d），對該典型GVP地區(qū)土壤N2O的排放通量（SF-3000多通道土壤氣體通量自動測量系統（北京理加聯合科技有限公司）+溫室氣體分析儀）進行了為期一年的監(jiān)測，包括非生長季的悶棚時期，以更加準確全面地量化N2O的排放。該系統包含16個自動采樣的呼吸室，充分考慮了GVP系統的空間異質性。
圖1.供試大棚與土壤N2O排放速率自動采樣和監(jiān)測系統
【結果】
1.環(huán)境和土壤條件的變異性
圖2.觀測期（2020年7月至2021年7月）畦上（紅色）和壟上（藍色）土壤N2O日通量和與相關的環(huán)境因素。a)5cm土壤溫度日均值。b)0-10cm土壤孔隙含水率（WFPS）日均值。c）土壤N2O日平均排放率。d、e）0–10cm土壤銨態(tài)氮（NH4+）和硝態(tài)氮（NO3-）濃度。ASD代表厭氧土壤消毒時期。
2. 灌水事件對N2O通量的影響
圖3.灌水前后畦上土壤N2O日均通量的變化。向下的箭頭表示灌水日期。數據點旁邊的藍色百分比表示0-10cm土壤WFPS。
3. N2O日動態(tài)
圖4.土壤N2O通量、5cm土壤溫度和0-10cm土壤WFPS的日動態(tài)。土壤N2O通量為厭氧土壤消毒時期（a，d，g）、番茄季（b，e，h）和黃瓜季節(jié)（c，f，i）的全部數據中不同時間的平均值。
4. N2O排放量的控制因子
圖5. GVP系統中土壤N2O通量的控制因素。隨機森林（RF）平均預測因子重要性（均方誤差增加的百分比；MSE）代表畦上（a）和壟上（b）N2O通量的影響因素的重要性。MSE%值越高代表預測因子越重要。顯著性水平如下：*表示P<0.05，**表示P<0.01。
5. 采樣頻率對N2O排放量估算的影響
圖6. 研究期間不同采樣頻率下土壤N2O排放量模擬。紅色實線表示本研究中的每天三次采樣。在09:00-11:00間，以不同頻率（每天、每周和每兩周一次）采樣得出的N2O排放量以不同的顏色顯示。
【結論】
高頻自動監(jiān)測結果顯示GVP系統土壤N2O年排放量高達102 kgNha-1，占氮肥施用量（1338kgNha-1）的7.6%，遠高于以往的報道。此外，灌水可使N2O排放速率出現短暫的峰值，增加12～396%（圖2c）。低頻率采樣可能無法捕捉到這些峰值，導致N2O排放被低估8～17%。該研究強調了GVP系統是N2O排放的熱點。隨著GVP的迅速發(fā)展，N2O排放量也將進一步增加，迫切需要引起重視并制定相應的減排措施。
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