農(nóng)田土壤是大氣氧化亞氮（N2O）和一氧化氮（NO）的重要排放源。其中N2O是重要的溫室氣體，也是破壞平流層臭氧的重要底物；而NO化學活性強，極易被對流層臭氧和氫氧自由基氧化，是大氣細顆粒物中硝酸鹽形成的前體物質。農(nóng)田大量氮肥的施用增加了土壤N2O和NO的排放。東北地區(qū)是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)之一，該區(qū)域60%以上的農(nóng)田為旱地。前期研究報道該區(qū)域農(nóng)田氮肥利用率不足40%，約20%的氮肥可能通過氣態(tài)氮的形式損失，但對各含氮氣體的損失量、排放的時空動態(tài)規(guī)律和控制因子仍缺乏了解。此外，目前開展的土壤NO和N2O排放速率原位觀測的研究站點十分有限，且主要采用人工間歇式手動采樣法，這種低頻率采樣不僅忽略了各氣體排放的日變化規(guī)律，還會錯過短時間內的脈沖排放事件（如降雨、灌溉和施肥等），導致氣態(tài)氮損失的量化具有很大不確定性。
基于此，中科院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學團隊在遼寧沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測研究站建立了高頻率連續(xù)同步測定土壤N2O和NO排放速率的自動采樣和測定系統(tǒng)（圖1），對該站點玉米旱田土壤N2O和NO的排放通量進行了連續(xù)兩年的觀測（2017 - 2019）。研究發(fā)現(xiàn)，在第一年，NO和N2O的排放量分別為8.9和2.4 kg N ha-1，分別占氮肥施用量的5.9%和1.5%；第二年為2.3 和1.8 kg N ha-1，分別占氮肥施用量的1.9%和1.2%。排放的年際差別主要受施肥后降雨量和分配差異的影響，第一年排放較高與施肥后長時間干旱有關。生長季內，土壤NO和N2O的排放呈現(xiàn)相同的季節(jié)動態(tài)（圖2），主要受土壤溫度和無機氮含量的控制。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)春季凍融過程產(chǎn)生的NO和N2O對全年NO和N2O的貢獻非常有限。該研究指出氣候變化（比如干旱）可能增加該區(qū)域旱作農(nóng)田土壤氮素的氣態(tài)損失（尤其是NO）；長期和高分辨率的觀測有助于更好地了解NO和N2O排放速率的晝夜、季節(jié)和年際變化。研究結果有助于加深對農(nóng)田土壤氣態(tài)氮損失及其控制因素的理解。
相關研究成果以“Temporal patterns of N2O fluxes from a rainfed maize field in Northeast China” 和“Interannual and seasonal variabilities in soil NO fluxes from a rainfed maize field in the Northeast China”為題分別于2021年4月22日發(fā)表于Frontiers in Environmental Science和2021年5月5日發(fā)表于Environmental Pollution。沈陽生態(tài)所特別研究助理宿晨霞為第一作者，方運霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院前沿重點研究項目、國家自然科學基金委員會和中科院盧嘉錫國際團隊等項目的支持。
