NO可以直接或间接影响大气质量和破坏地球生态环境^[1]，减少或有效控制其排放对缓解全球大气变化，改善人类生存环境意义重大。研究表明，土壤是全球NO排放的重要来源，并且其排放量的增加主要受土壤氮肥水平的驱动^{[2, 3]}。尽管土壤是大气NO的一个主要来源已是公认的事实，但迄今为止对土壤NO排放的估算仍存在很大的不确定性^[4]，而造成其估算不准确的一个重要原因就是缺少系统的、典型区域的土壤NO排放的观测数据^[5]。我国氮肥用量约占全球用量的25%，因而研究我国农田土壤NO排放规律及减排措施十分必要。但是，我国现有关于NO排放的报道仍十分有限，特别是通过田间定位观测分析农田NO排放过程和规律的研究更少见^[6]，因而选取典型区域开展NO排放的田间定位观测十分必要。成都平原是我国轮作稻田的高产区，水旱轮作是该区主要的作物种植制度，作者以成都平原水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作稻田为研究对象，在2005年5月至2006年5月进行了一个完整轮作周期NO排放的田间定位观测，分析了该区水旱轮作稻田NO排放特征及施用氮肥、土壤温度、土壤湿度对NO排放的影响，旨在为准确估算我国农田NO排放量提供基础数据。 1 材料与方法 1.1 研究区概况

试验于2005年5月至2006年5月在成都市温江区（30°41′N，103°48′E）进行，该区属亚热带湿润季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，年均气温15.2~16.6 ℃，无霜期282 d，年均降水量873~1265 mm，年日照时数1017~1345 h，地下水位多为1.0~2.0 m。试验地为长期进行水稻-小麦和水稻-油菜轮作的稻田，两处试验地位置相邻，土壤类型均为灰潮土，土壤容重为1.31 g·cm^-3，0~20 cm土层土壤黏粒（ < 0.002 mm）、粉粒（0.002~0.05 m）和砂粒（ > 0.05 mm）含量分别为6.0%、49.9%和44.1%。pH7.79，有机质及全N、P、K分别为27.11、1.58、1.38、18.32 g·kg^-1，速效N、有效P和速效K分别为129.59、22.65、56.42 mg·kg^-1。 1.2 试验设计

试验设不施氮（CK）和施氮（NPK-C）2种处理，每种处理设3个采样点。试验小区面积2 m×3 m=6 m²，供试水稻（Oryza sativa L. ）、小麦（Triticum aestivum Linn.）和油菜（Brassica napus L. ）品种分别为Ⅱ优2162、绵阳26和绵油2-Ⅱ。每季作物氮肥（尿素）施用量为N150 kg·hm^-2，以6∶4的比例分两次施用，水稻季第一次和第二次施肥时间分别是2005年6月7日和7月13日，小麦季和油菜季第一次和第二次施肥时间分别是2005年10月26日和12月20日。此外，每季作物播种或移栽前一次性施过磷酸钙（P < sub>2O₅ 160 kg·hm^-2）和氯化钾（K₂O 150 kg·hm^-2），施肥方式水稻季和小麦季为表层撒施，油菜季为穴施（深度3 cm）。水稻-小麦轮作系统2005年5月28日至9月14日，9月15日至10月24日和2005年10月25日至2006年5月3日分别为水稻季、休闲期和小麦季，水稻-油菜轮作系统2005年5月28日至9月16日，9月17日至10月25日和2005年10月26日至2006年5月7日分别为水稻季、休闲期和油菜季。试验时水稻（移栽时秧龄为23 d）和油菜栽植株、行距均为25 cm×25 cm，小麦播种密度为210万株·hm^-2。试验地水稻移栽前、小麦和油菜播种前以及水稻收获后休闲前均翻地耙磨。水稻季田间水分管理措施为：移栽至6月21日、7月16日至7月21日、8月5日至8月16日均为持续淹水；6月22日至7月15日和7月22日至8月4日为灌排交替； 8月17日至收获为排水晒田。 1.3 气体采样及分析方法

采用静态暗箱气袋采样/化学发光氮氧化物分析法对两种轮作稻田NO排放采样测定。采样箱的构造及田间设置方法与文献^[7]描述的一致。气体采样从作物播种或移栽后一周内开始，采样频率为每周三次，时间为每周一、三、五9：00—11：00，具体采样方法、气体样品分析方法与文献^[8]一致，NO排放通量计算方法与文献^[9]一致。NO排放总量的计算是先用内插法计算因停电或偶尔发生仪器故障等原因造成的排放通量缺失数据，再根据观测期排放通量的平均值求得排放总量。在气体采样同时采用文献^[10]的方法测定试验地0~5 cm土层土壤湿度（WFPS）和地下5 cm处土壤温度（水稻持续淹水期未测定WFPS）。 2 结果与分析 2.1 水稻-小麦与水稻-油菜轮作系统NO排放特征 2.1.1 NO排放的季节变化

从水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统NO排放通量的季节变化来看（图 1），在不施氮（CK）情况下，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统整个观测期内NO排放通量的波动很小，未出现大的排放峰，只是在水稻收后休闲期初（9月19日）观测到一次小的排放峰，同时在水稻收获前（9月2日至9月16日）出现了10 d左右的高排放。休闲期的小排放峰可能是由于水稻收获后翻地引起的，而水稻收获前出现NO高排放期的原因可能在于，水稻收获前排水晒田使水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统该时期土壤湿度（WFPS）分别介于37.8%~44.2%和39.4%~45.1%，这种湿度条件适宜NO排放^[11]，并且此时土壤温度也对NO的产生有利。 在施氮处理（NPK-C）中，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统NO排放通量的季节变化基本一致，整个轮作周期内均观测到若干次NO脉冲式排放峰，一些大的排放峰主要出现在施氮肥后。从两种轮作系统水稻季和水稻-油菜轮作系统油菜季施氮后排放峰的差异来看，第一次施氮后出现的排放峰较第二次施氮后明显。这可能是由于第一次施氮肥时作物苗小，对氮肥的吸收能力弱，更多的氮以NO的形式排放，而第二次施氮时，作物对氮肥的吸收能力增强，所以施入的氮肥以NO形式排放较少。同时，与水稻-油菜轮作系统油菜季第二次施氮后出现明显的排放峰不同的是，水稻-小麦轮作系统小麦季第二次施氮后并未观测到排放峰，并且小麦季NO排放的季节波动也较油菜季小。这可能是由于小麦和油菜施肥方式不同造成的，也可能是受限于观测频率较小，小麦季的排放峰并未捕捉到，具体原因有待进一步研究。所以，作物生长期NO排放峰的出现主要是由施氮肥引起的，休闲期出现排放峰则主要是缘于翻地等农作措施。

图 1 水稻-小麦轮作系统两种处理（a）和水稻-油菜轮作系统两种处理（b）NO 排放通量的季节变化 Figure 1 Nitric oxide emission fluxes from rice-wheat（a）and rice-rapeseed（b）rotation systems under NPK fertilizer and control

图选项

从表 1可见，施氮处理（NPK-C）水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统NO排放通量均表现为水稻季最大，旱季最小，休闲期与水稻季相当，并且水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统作物季NO排放通量平均值分别为（8.3±3.7）μg·m^-2·h^-1和（5.0±2.7）μg·m^-2·h^-1，所以两种轮作系统作物生长季与休闲期NO平均排放通量相当。由此可见，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统NO排放通量在水稻季最大，旱季最小，并且休闲期与作物季NO排放通量并无明显差异。

表 1 施氮处理（NPK-C）水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统NO排放通量、总量 Table 1 Fluxes and total emissions of NO from rice-wheat and rice-rapeseed rotation systems under NPK-C fertilizer

表选项

从两种轮作系统NO排放总量来看，整个轮作周期水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统NO排放总量相当。同时，水稻-小麦轮作系统水稻季、小麦季和休闲期NO排放量分别占排放总量的62.0%、21.5%和16.5%；而水稻-油菜轮作系统水稻季、油菜季和休闲期NO排放量分别占排放总量的56.5%、25.1%和18.4%。可见，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统超过一半的NO排放量来自水稻季，旱季排放所占的比重较少，并且值得注意的是，尽管休闲期NO排放量占整个轮作周期排放总量的比例不大，但休闲期时间（水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统休闲期分别为40 d和39 d）远少于作物季，因此休闲期NO排放不容忽视。结合NO排放通量的季节变化特征可知，休闲期NO高排放主要是作物收获后翻地引起的，所以，减少休闲期翻地次数可能会减少土壤NO排放。 2.2 NO排放的影响因素 2.2.1 施氮 从表 2可见，在不施氮情况下，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统除在水稻季观测到NO排放外，整个轮作周期和旱季均表现为负排放（土壤吸收），而在施氮情况下，水稻-小麦和水稻-油菜轮作系统NO排放通量分别为（8.3±3.7）μg·m^-2·h^-1和（7.2±5.4）μg·m^-2·h^-1。可见，施氮显著增加了NO排放通量。但从两种轮作系统施氮后NO排放通量增加的情况来看，施氮对增加水稻季NO排放量的效应较旱作物季明显，出现这种差异的原因可能有两方面：其一，与旱季相比，水稻季土壤水热条件较好，因而有利于施氮后土壤NO产生和排放；其二，水稻和旱季作物生育期长短差异造成单位时间施肥强度的差别，生育期较短的水稻季单位时间施肥强度大，因而有利于土壤硝化和反硝化作用进行，有更多的NO从土壤中产生和排放。

表 2 两种轮作系统不施氮处理（CK）和施氮处理（NPK-C）NO排放通量比较 Table 2 Comparison of NO emissions from rice-wheat and rice-rapeseed rotations under NPK-C fertilizer and control systems

表选项

分别对水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统不施氮和施氮两种处理NO排放通量与土壤温度回归分析发现，在水稻-小麦轮作系统中（图 2a、图 2b），不施氮处理（CK）和施氮处理（NPK-C）土壤温度（T）对NO排放通量（F）的影响可分别用线性方程描述：

F=0.535T-14.162（R²=0.282，n=196，P < 0.01）

F=0.285T-11.795（R²=0.309，n=196，P < 0.01）

图 2 水稻-小麦（a、b）和水稻-油菜（c、d）土壤温度与NO通量的关系 Figure 2 Soil temperature vs NO emission flux in rice-wheat（a,b）and rice-rapeseed（c，d）rotation systems under fertilizer and control conditions

图选项

在水稻-油菜轮作系统中（图 2c和图 2d），CK处理和NPK-C处理土壤温度（T）与NO排放通量（F）的关系为：

F=0.374T-13.795（R²=0.346，n=194，P < 0.01）

F=0.306T-12.611（R²=0.211，n=194，P < 0.01）

可见，土壤温度是该区水旱轮作稻田NO排放的关键因子。当然，两种轮作系统不施氮和施氮处理均出现了一些与回归趋势线偏离较大的点。这可能是由于两种处理出现高排放主要是作物播栽前翻地或施氮引起的，与土壤温度的变化关系不大的缘故。 2.2.3 土壤湿度

由于轮作稻田水稻季和旱季土壤水分状况差异很大，对水稻季和旱季土壤湿度（WFPS）与NO排放通量的关系分别分析发现水稻季和旱季两者的关系明显不同。在水稻排灌交替期和排水晒田期（图 3），不施氮（CK）和施氮（NPK-C）情况下，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统不施氮时土壤湿度（WFPS）对NO排放通量（F）的影响可分别用线性方程描述：

F=-1.890WFPS+86.223（R²=0.574，n=28，P < 0.05）

F=-2.128WFPS+62.602（R²=0.454，n=28，P < 0.05）

图 3 水稻-小麦（a、b）和水稻-油菜（c、d）水稻季土壤湿度（WFPS）与NO通量的关系 Figure 3 WFPS vs NO emission flux in rice-wheat（a,b）and rice-rapeseed（c,d）rotation systems under fertilizer and control systems

图选项

施氮情况下WFPS与F的关系为

F=-1.691WFPS+76.320（R²=0.499，n=28，P < 0.05）

F=-1.681WFPS+80.342（R²=0.479，n=28，P < 0.05）

在小麦季和油菜季，不施氮情况下NO排放通量和土壤湿度之间的相关性不显著，但施氮情况下，小麦季和油菜季WFPS与NO排放通量间呈显著的正相关（r=0.200，n=69，P < 0.05和r=0.267，n=71，P < 0.01），造成WFPS对NO排放通量的影响在水稻季和旱季表现不同可能缘于水稻季水分状况明显较好而小麦季和油菜季水分状况明显较差。据此说明：其一，土壤湿度与NO排放量之间的关系受土壤水分状况的影响，在土壤湿度较差的小麦季和油菜季土壤湿度提高有利于NO排放，而在土壤湿度较好的水稻季土壤湿度的提高对NO排放有抑制作用，特别是在水稻持续淹水期土壤NO排放明显少于非持续淹水期。其二，土壤湿度与NO排放通量的关系受施氮的影响，施肥往往使NO排放对土壤湿度变化的响应更敏感。 3 讨论

本研究观测期间均出现了土壤NO负排放（土壤吸收）现象，其他研究中也有类似现象出现^[12]。针对出现土壤NO负排放（土壤吸收）的原因分析发现，在不施氮（CK）和施氮（NPK-C）两种处理中，水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统水稻季和休闲期NO负排放出现的频次（观测期NO负排放出现的次数占整个观测数据的比例）分别为13.8%、1.7%、13.8%和15.5、5.2%、17.2%，而小麦季和油菜季分别达到72.5%、69.6%、40.6%和84.1%、47.8%、24.6%。由此可见，本研究观测到的NO负排放（土壤吸收）主要出现在水旱轮作稻田的旱作物生长期。其原因可能在于，两种轮作系统小麦季和油菜季土壤温度波动范围分别为3.4~23.9 ℃和4.5~25.1 ℃，平均分别为10.6 ℃和10.3 ℃，土壤湿度波动范围分别为6.9%~38.0%和7.4%~37.8%，平均分别为30.6%和30.1%；两种轮作系统水稻季和休闲期土壤温度的波动范围分别为15.4%~33.1 ℃和16.3~28.5 ℃，平均为22.5 ℃和23.4 ℃，土壤湿度的波动范围分别为37.3%~45.9%和36.9%~46.3%，平均分别为41.1%和41.3%。可见，两种轮作旱作物生长期土壤水热状况明显较水稻季差，由于土壤NO排放与土壤温度呈正相关关系^{[13, 14, 15]}，并且土壤湿度（WFPS）对NO排放的影响也存在阈值效应^[16]。所以，本研究出现NO负排放（土壤吸收）的原因可能缘于较差的土壤水热条件。 4 结论

（1）成都平原水稻-小麦和水稻-油菜两种轮作系统施氮（N150 kg·hm^-2）情况下，NO平均排放速率分别为（8.3±3.7）μg·m^-2·h^-1和（7.2±5.4）μg·m^-2·h^-1，施氮既是NO排放峰出现的主要原因，也能显著增加土壤NO排放量，并且施氮对增加水旱轮作稻田NO排放量的效应在水稻季更明显。

（2）水旱轮作稻田系统NO排放量主要来自水稻季，小麦季和休闲期NO排放量不大，由于休闲期NO高排放主要是作物收获后翻地引起的，减少休闲期翻地次数可能会减少农田NO排放。

（3）土壤温度是影响水旱轮作稻田NO排放的关键因子，可以用线性方程解释两者的关系；土壤湿度对NO排放的影响表现为在旱作物季，土壤湿度增加有利于NO排放，而在水稻季和休闲期土壤湿度的增加会抑制NO排放。