地下滴灌土壤水分分布对氧化亚氮排放的影响机理及其灌水技术参数优化

土壤水分是影响农田氧化亚氮排放的主要因素，目前主要从水分高低与时间变化角度研究土壤水分对农田氧化亚氮排放的影响，而土壤水分不均匀分布特征对农田氧化亚氮排放的影响研究有待开展。本项目在研究不同质地土壤水分垂直分布与氧化亚氮排放之间关系基础上，通过灌水技术参数调节模拟得到不同类型的土壤湿润体，结合氧化亚氮排放分布观测，研究地下滴灌土壤水分分布特征与氧化亚氮排放之间的关系，阐明局部土壤湿润条件下氧化亚氮排放的主要影响因素，建立土壤水分湿润特征与氧化亚氮排放之间的定量关系。率定点源滴灌的土壤水分运动模型，模拟更多灌水技术参数组合下的土壤水分分布，根据上述定量关系估算相应的氧化亚氮排放，以水分有效性与氧化亚氮减排为目标，得到不同类型土壤的地下滴灌灌水技术参数的组合。研究结果对于正确评估节水灌溉对农田温室气体排放的影响及其在全球温室气体排放中的贡献、从灌溉调控角度实现农田温室气体减排等具有重要的意义。

在研究土壤水分垂直分布与氧化亚氮（N2O）排放之间关系的基础上，设计了不同类型的二维湿润体形式，研究地下滴灌土壤水分分布与N2O排放间的关系，揭示了土壤水分非均匀分布下N2O排放新规律，阐明局部土壤湿润条件下N2O排放的产生机理及主要影响因素。发现脱水过程促进了土壤N2O排放。土壤水分一维垂直分布下粘土和壤土地下灌水处理的N2O峰值对应的0~12cm土层的WFPS分别为26–72%和16–39%。地下灌水处理比地表灌水各处理累积N2O排放减少了18.2~30.0%和150.0~233.3%。N2O排放日变化的形式、峰值的大小及出现时间随土壤水分的变化出现了一定的变化。其峰值出现的时间主要集中在12:00~18:00h，且粘土和壤土SUW各处理的N2O日平均排放分别较SW处理减少了37.4%、32.7%和43.3%；32.0%、 40.3%和 41.1%。土壤水分二维分均匀分布的土壤湿润体形式导致N2O排放范围、日变化的形式、峰值的大小及出现的时间变化，其峰值对应的水平和垂直方向的WFPS的范围也有所差异。总体上N2O排放随着土壤湿润体由水源向外逐渐减小，但随着时间变化、土壤水分逐渐降低，这种规律也有所改变。整体上内区1和2在观测前中期的N2O排放较大，而观测后期外区3和4的N2O排放较大。此外，粘土和壤土在相交、相切和相离湿润体形式下N2O排放峰值对应的水平方向0~30cm的土壤WFPS的分别为31~98%、23~96%和19~98%；18~87%、12~87%和14~80%，而垂直方向2.5~27.5cm土壤WFPS则分别11~99%、23~97%和10~98%；12~76%、12~86%和11~76%。环境因子方面温度、含氮量和土壤质地也是影响土壤N2O排放的重要因素。研究还发现土壤扰动导致N2O排放迅速增大，通过地表灌水可以有效减少扰动导致的N2O排放高峰。此外研究中还发现灌溉过程中水分进入土壤（无论是地表进入还是地下进入）都会导致土壤气体的挤压式排出，且排气体积与进入水量线性正相关，由于土壤气体中N2O浓度很高，因此这种挤压排放是对应土壤自然排放通量的几十到几百倍。此外基于不同水分分布下的N2O排放特征，在分析土壤水分分布特征与N2O排放之间的关系基础上，以水分有效性和N2O减排为目标，借助模型模拟得到了不同质地土壤地下滴灌技术参数的组合范围。