不同农作措施对棕壤玉米田N2O排放及碳足迹的影响*2

赵 迅，郭李萍，谢立勇**，孙 雪，赵洪亮，许 婧，潘仕梅

（1. 沈阳农业大学农学院，沈阳 110161；2. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境重点实验室,北京 100081；3. 中国农业大学烟台研究院，烟台264670）



不同农作措施对棕壤玉米田N2O排放及碳足迹的影响*2

赵 迅1，郭李萍2，谢立勇1**，孙 雪1，赵洪亮1，许 婧1，潘仕梅3

（1. 沈阳农业大学农学院，沈阳 110161；2. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境重点实验室,北京 100081；3. 中国农业大学烟台研究院，烟台264670）

摘要：于2014年5-9月在辽河平原棕壤地区春玉米地设置不施氮肥（对照，CK）、常规施肥（F）、吡啶尿素包衣（FP）、常规施肥加生物黑炭（FC）以及常规施肥加秸秆半量还田（FS）5个试验处理，每处理3次重复，在玉米整个生育期观测N2O的排放情况，对比分析5种农作措施对农田土壤N2O排放及玉米生产过程中碳足迹的影响效果。结果表明：（1）施肥对N2O排放有明显影响，其排放通量主要受施肥时间和施肥量的影响，施肥后排放通量较高，其中基肥和追肥阶段排放的N2O分别占全生育期N2O累积排放量的24.3%～27.3%和32.0%～38.2%；（2）各施肥处理中N2O的排放量均高于CK处理，但与F处理（常规施肥）相比较，FP、FC和FS处理N2O累积排放量分别降低了30.2%、22.7%和9.4%，其中FP的减排效果最好；（3）各施肥处理碳足迹均显著大于CK。除CK外，FP和FC处理的碳足迹较低，分别较F处理降低了19.5%和14.8%；FP处理的碳强度最低、碳效率最高，与其它农作措施相比，是高产低排效果最优的措施；（4）施用氮肥的直接N2O排放占玉米生产全周期中碳排放的最大份额，其占比为74.9%～89.0%，其次是化肥生产过程的碳排放，其占比为13.4%～17.8%。因此，适当减少氮肥用量，提高氮肥利用率是降低玉米生产过程碳足迹的关键，本研究中，吡啶尿素包衣处理（FP）是棕壤区春玉米生产过程碳足迹管理的最优措施。

关键词：硝化抑制剂；生物黑炭；棕壤；玉米；N2O排放；碳足迹

赵迅,郭李萍,谢立勇,等. 不同农作措施对棕壤玉米田N2O排放及碳足迹的影响[J].中国农业气象,2016,37(3):270-280

N2O是大气中三大温室气体之一，农田土壤施用氮肥引起的N2O排放是大气N2O的重要排放源[1-2]。在中国，由于氮肥施用造成的N2O排放占N2O排放总量的50%[3]。农田N2O排放受诸多因素的影响，包括农作管理（如施肥、灌溉、耕作）、环境因子（如土壤温度、水分）和土壤本身的性质（如土壤质地、pH、土壤基础养分）等[4-9]，其中，农作管理措施的差异是导致农田土壤温室气体排放产生显著差异的主要原因。

土壤N2O主要是在土壤铵态氮进行硝化作用和硝态氮进行反硝化作用过程中产生的[10]。研究表明，过量施用氮肥是农田土壤N2O排放的主要来源；农田N2O排放主要受施肥量、氮肥类型、施肥方式的影响[11-12]。硝化抑制剂（如双氰胺、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、三氯甲基吡啶）能够抑制土壤中硝化作用的进行，具有一定的减排作用[13-15]。此外，一些农作措施（如秸秆还田）由于向土壤中添加了外源碳，促进了微生物在对其利用的过程中同时进行氮的暂时固定，在改变土壤碳氮比、改进土壤中氮素的循环转化方面起积极作用，也显示一定程度的N2O减排作用[16]。生物黑炭是有机物在高温热解不完全燃烧情况下产生的非纯净碳的混合物，含60%以上的碳，有研究报道，生物黑炭由于在改善土壤性状方面具有一定作用而受到关注[17-18]，但有关生物黑炭对农田N2O排放影响的报道则有减少排放[19-20]和无影响[21-22]两个方面。

在农作物生产过程中，除田间施用氮肥直接排放N2O外，其它生产资料（化肥、农药）在生产、运输等过程中的耗能、耗电以及播种、耕作、灌溉、收割等过程的耗电以及农机的燃油使用也会排放相应的温室气体（如CO2、CH4和N2O），为了全面反映农作物生产过程中各种生产资料和市场活动对碳排放的贡献，农田碳足迹分析成为一种系统衡量农业生产活动对温室效应贡献的新方法，并逐渐成为国内外学者研究的新热点。国外学者Audsley等[23]研究了欧洲主要农作物的碳足迹；国内学者王占彪等[24]利用农业碳足迹理论及生命周期法，分析了华北平原地区的作物生产碳足迹动态，指出氮肥投入和灌溉电能消耗贡献的碳足迹比例较高；史磊刚等[25]对华北平原冬小麦-夏玉米两熟模式的碳足迹进行了研究，获得了农业生产的碳排放清单。目前的碳足迹研究对生产资料方面的考虑较全面，但在氮肥施用对N2O排放数值方面多间接引用文献报道的排放系数或其它参数，较少有结合田间实际测定而进行分析的报道。

辽河平原是中国北方春玉米主产区，本研究在田间实际监测不同农作措施对棕壤地区春玉米生育期间N2O排放及施肥后土壤无机氮动态的影响，以探索不同农作措施对农田N2O排放的影响特征与机理，并基于实际测定的N2O排放数据分析玉米生育期各生产资料及生产过程各活动的碳排放足迹，解析玉米生产过程的碳足迹组成，以期为全链条分析春玉米生产过程的碳足迹及低碳生产农作管理措施提供数据支持，促进东北地区高效低碳农业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在辽宁省沈阳市东郊沈阳农业大学试验基地进行，该试验点位于辽河平原中部（41°82′N，123°56′E），地势平坦，平均海拔30-50m，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温6.8～8.0℃，年平均日照时数3272.5h，无霜期145～163d，年平均降水量为600～800mm，主要集中在7-9月。

试验田土壤为棕壤。试验地于2013年匀地一年，2014年正式开始田间试验，并于春玉米播种前取基础土样测定土壤基础理化性状，其中土壤有机质18.3g·kg-1，碱解氮90.6mg·kg-1，土壤速效磷151.0mg·kg-1，速效钾123.6mg·kg-1，pH 6.9。

1.2 试验设计

试验设5个处理，3次重复，随机区组排列。每个小区3.6m（宽）×20m（长）= 72m2，相邻小区之间种植2行保护行。各处理分别为：

（1）常规施肥处理（简称F）：氮磷钾肥用量分别为150、90、90kg·hm-2（以N、p2O5、K2O计），所用氮肥为尿素，磷肥为重过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。磷钾肥作为底肥在春玉米播种前一次施入，氮肥追基比1:1。前季玉米秸秆不还田，常规耕作，即前茬秋季收获后秸秆移走旋耕，春季直接播种。

（2）吡啶包衣处理（FP）：氮磷钾肥料用量均与常规处理相同，氮肥为吡啶尿素包衣（浙江产）。秸秆不还田，常规耕作。

（3）添加生物黑炭处理（FC）：春播施底肥前施用生物黑炭2.25t·hm-2。其它肥料及耕作方式与常规施肥处理相同，秸秆不还田。

（4）秸秆还田处理（FS）：前季玉米秸秆1/2还田，即将测产计算得的50%秸秆量通过联合收割机收获粉碎后抛洒田中。其它施肥及耕作管理同常规施肥处理。由于玉米属高秆作物，秸秆产量大，辽河地区冬季气温在零度以下，春季气温也较低，全量秸秆还田后腐解较慢，对翌年播种有一定影响，因此，本试验设置半量秸秆还田，以探索秸秆利用及增加土壤固碳的可能措施。

（5）不施氮肥处理（CK）：不施氮肥，其它与常规施肥处理相同。

供试作物为春玉米，品种为‘东单90’，种植密度42000株·hm-2，于2014年5月5日施基肥并播种，9 月26日收获，生育期145d。追肥在6月23日玉米喇叭口期进行，追肥方式为沟施。玉米生育期间未进行灌溉。

1.3 取样和测定方法

气体采用静态箱法取样，取样箱为PVC材料制作的不透明长方体箱，长60cm，宽25cm，高30cm，箱体及顶部有三通阀用于取气；取样箱底座插入土壤中10cm，箱体扣于底座的凹槽上，并在凹槽中用水密封。观测期间箱内不含作物和杂草，取样箱扣在2株玉米间的畦上且两边各覆盖半个行距，可以均匀代表整行玉米田间的土面状况。5个处理、3次重复共15个小区共放置15个取样箱进行取样。于每个采样日的9：00-11：00（该时段的气体排放通量基本能表征全天的平均值）分别在扣箱后0、10、20min打开取样箱顶部的开关阀，并用注射器抽取30mL气体于预抽为真空的12mL血清瓶中；每次取15个小区共45个气样，气样于1周内用Agilent 7890B气相色谱仪测定N2O浓度。玉米常规生育期的取气周期为每7d一次，施肥后改为2～3d一次。每次取气样的同时，用热敏电阻（误差+0.5℃）测定土壤5cm处温度和箱内温度。用便携式土壤水分测定仪测定土壤水分体积含量（v/v, %）。施肥后用标准土钻取0-20cm混合土样（每个小区5钻），测定新鲜土样的水分含量、铵态氮和硝态氮含量。铵态氮采用靛酚蓝比色法、硝态氮采用酚二磺酸比色法、水分含量采用烘干法测量。

试验数据采用SPSS17.0软件进行统计分析。

1.4 N2O排放通量计算方法

式中，F为N2O排放通量（mg·m-2·h-1）；ρ为箱内气体密度（g·cm-3）；H为取样箱高度；Δc/Δt为取样箱内N2O浓度随时间的变化率（10-9cm3·cm-3·min-1）；θ为扣箱测定期间取样箱内的平均温度（℃）。

玉米生育期内N2O累积排放量通过每次测得的气体排放通量乘以相邻两次取样之间的间隔天数并逐次累加[26]。

排放系数EF（Emission Factor）是指在某一时段段内施肥土壤中排放的N2O的量减去无肥处理N2O排放量，占所施肥料中纯氮的百分比，CK处理由于没有施加氮肥所以不考虑排放系数。

1.5 碳足迹计算方法

碳足迹是指某种生产活动在生命周期内的碳排放总量，包括直接和间接碳排放总量，用碳当量（Ce）表示[27]。N2O排放量按照100a基础上其全球增温潜势为CO2的298倍计算[1]，然后统一换算为碳当量（乘以系数12/44）。IPCC方法学中玉米生产过程中的直接碳足迹包括：（1）在耕地、播种和收获等过程中，使用农业机械所消耗的柴油产生碳排放；（2）玉米种植和氮肥施用导致的N2O直接排放；（3）农田灌溉消耗电能产生的碳排放。间接碳足迹是指玉米在生产过程中所需化肥、农药和种子等生产资料在生产及运输过程中的碳排放。春玉米管理依照当地常规生产进行，生育期内不灌溉，所以在碳足迹的计算过程中不考虑农田灌溉消耗电能产生的碳排放。

碳足迹的计算采用生命周期法[28]，计算式为

式中，Cf为农作物生命周期中各生产资料及生产过程的碳足迹(kg·hm-2)，n表示作物整个生产过程中消耗了n种物质（能源或农业生产资料）或发生了n种过程，Cfi表示第i种物质的碳足迹，mi为第i种物质的消耗量，βi为第i种物质的碳排放参数。

由于农作物碳足迹研究的发展尚处起步阶段，国内相关参数还不够全面。因此，关于玉米生产过程中主要生产资料的碳排放参数已有报道，故尽量选取接近国内东北地区农田生态系统现状的参数。涉及的主要生产资料或活动的碳排放参数见表1。

表1 玉米生产过程中不同农田物质的碳排放参数Table 1 Carbon emission factors of different materials during maize growth season

1.6 碳强度与碳效率

农作物的碳强度是指农作物碳足迹与作物单位面积产量的比值（kg·kg-1），即生产单位面积作物产量所造成的碳排放量；碳效率是指农作物单位面积产量与农作物碳足迹的比值（kg·kg-1），即消耗单位碳排放量而生产的作物的产量，两者均为评价农作物碳足迹强度的数量指标。

2 结果与分析

2.1 不同农作措施对土壤铵态氮与硝态氮含量的影响

铵态氮和硝态氮是土壤中无机氮的主要存在形式，尿素中的酰胺态氮施入土壤后很快在脲酶的作用下转化为铵态氮，之后铵态氮通过硝化作用转化为硝态氮。试验在基肥（5月5日）和追肥（6月23日）施用后各取3次土样，分别在基肥后第12、17、23天和追肥后第5、9、14天进行，以监测不同处理施肥后土壤中无机氮的动态变化。由图1可见，各施肥处理土壤铵态氮和硝态氮含量在施肥后的动态变化趋势基本一致，但不同处理的土壤无机氮含量数值高低及变化快慢不同。总体来看，CK处理中土壤铵态氮和硝态氮含量一直保持在最低水平，显然是由于未施肥的缘故。各施肥处理在基肥后的土壤铵态氮含量在27.0～75.0mg·kg-1，追肥后在5.2～32.3mg·kg-1，基肥阶段铵态氮含量较高，可能是由于植株对其吸收较少的缘故。此外，施肥后土壤中铵态氮基本呈降低趋势，基肥后第3次取样（5月23日）土壤铵态氮有升高表现，可能是由于受当时一次降雨的影响，促进了土壤有机氮矿化的缘故，而硝态氮则在基肥后第3次取样（5月23日）后呈降低趋势，说明在铵态氮转化为硝态氮的过程中，降水导致土壤水分含量增加，硝态氮随着土壤水移动被淋洗到下部土层，使上层土壤硝态氮含量减少。不同处理的无机氮变化中，铵态氮含量大小表现为FP＞FC≥FS＞F，硝态氮为F≥FS ≈ FC＞FP，说明吡啶抑制硝化作用的能力在施肥后一段时间内效果显著。就平均值而言，吡啶处理的土壤硝态氮低于常规施肥处理37.1%，生物黑炭处理和秸秆处理分别比常规施肥处理低20.3%和10.6%，追肥后抑制效果略差，可能与当时秸秆腐解增加而残留率降低有关；类似地，不同处理施肥后土壤硝态氮含量则表现为吡啶处理最低，常规施肥处理最高，生物炭和秸秆还田处理居中，尤以基肥施用后较明显，可见试验中的硝化抑制剂吡啶在抑制铵态氮的硝化作用方面效果显著。

图1 基肥和追肥后土壤中铵态氮（a）和硝态氮（b）的动态变化Fig. 1 Variation of ammonium(a) and nitrate(b)content in maize field after base fertilization and additional fertilization

2.2 不同农作措施对土壤N2O排放的影响

2.2.1 排放通量动态变化

由图2可知，不同农作措施下土壤N2O排放通量随时间变化的趋势基本一致，主要与施肥和降水有关，其中CK处理中小排放峰是由于降水使土壤水分含量升高引起的排放（图3a），但不施氮肥处理整个生育期N2O排放通量均处于较低水平（＜76.4µg·m-2·h-1）。总体来讲，在4月末-5月初排放通量较低，期间各处理的排放通量均在50µg·m-2·h-1以下，这主要是由于4月份土壤温度及水分含量均较低，图3显示期间温度低于15℃、土壤水分含量低于15%。5月初开始，由于土壤温度逐渐升高（＞20℃），加之耕作整地、施肥以及降水的影响，N2O排放通量迅速升高，施基肥后的N2O排放峰通量值为257.8µg·m-2·h-1。基肥排放峰后，土壤N2O排放通量逐渐降低，直至6月23日追肥后，N2O的排放通量又达到高峰，为396.6µg·m-2·h-1，6月土温较高（25℃以上），这时的排放峰值也高，且持续时间较长（15d）；在7月20日左右又出现一个较弱的峰，这主要是受降水的影响，降水导致土壤含水量增加，适宜的土壤含水量促进了硝化和反硝化反应的进行，从而使N2O的排放增加[33]。追肥排放峰后，土壤N2O排放通量逐渐降低，直至9月中旬玉米收获时降至50.0µg·m-2·h-1左右。试验中因施基肥后土壤温度较低，排放峰持续了10d左右；追肥后温度较高，排放峰持续15d左右。

图2 玉米生育期不同处理土壤N2O排放通量的动态变化Fig. 2 Variation of soil N2O emission flux during maize growth season under different fertilization treatments

图3 玉米生育期不同处理土壤含水率（a）和温度（b）的动态变化Fig. 3 Variation of soil moisture (a) and temperature (b) during maize growth season under different treatments

2.2.2 不同处理土壤N2O的累积排放量及排放系数

玉米生育期内各时期的土壤N2O累积排放量占全生育期累积排放量的百分比也可以反映各时期N2O排放的特点（表2）。由表2可见，不同处理在基肥（5月5日）和追肥（6月23日）阶段N2O的累积排放量占全生育期总排放量的比例均较高，分别为25.7%和35.1%，两次施肥后的总累积排放量占全生育期累积排放量的60.8%，是主要的排放时期，也说明了施肥对N2O排放的直接贡献。另外，在玉米大喇叭口期土壤温度较高，高温下可能增加土壤有机氮的矿化，使土壤可利用的铵态氮也相应增加，也会促进N2O排放。表2还显示，各施肥处理的N2O累积排放量均高于无肥对照CK，为CK的1.3～1.8倍。各施肥处理中，农民常规施肥F处理的累积排放量最高，FP、FC和FS的累积排放量分别比F降低了30.1%、22.9%和9.6%，均显示了一定的减排效果，其中吡啶尿素包衣的减排效果最好，不同措施的N2O减排效果表现为FP＞FC＞FS。

表2 玉米各生育期土壤N2O排放量占全生育期N2O排放总量的比例Table 2 Proportion of N2O emissions at each stage to total N2O emission during whole growth season

IPCC国家温室气体清单指南中把农耕地分为旱地土壤和稻田土壤两种，并设定两种类型土壤的N2O缺省排放系数（扣除有机肥氮的排放）分别为1%和0.3%[34]。玉米生育期不同措施处理土壤N2O的排放系数见表3，由表可见，不同处理玉米生育期N2O的排放系数为0.5%～1.6%，吡啶尿素包衣FP和生物黑炭FC处理的N2O排放系数均低于IPCC规定标准（1%），其中吡啶尿素包衣处理的N2O排放系数最低，说明FP处理能有效减少N2O的排放。

表3 玉米生育期不同处理土壤N2O排放量及排放系数Table 3 Comparison of average N2O emission flux and emission factor during maize growth season under different treatments

2.3 不同农作措施对玉米生产过程碳足迹的影响

按照生命周期法，玉米生产过程中的生产资料投入包括化肥（氮肥、磷肥和钾肥）、农药（除草剂和杀虫剂）、机械（柴油使用）和种子4个部分，按照各种投入物的碳排放参数（表1）以及氮肥施用后在田间测定N2O的累积排放量（表2），得到不同农作措施下玉米生产过程中的碳足迹清单见表4。由表可见，不同农作措施的碳足迹大小（kg·hm-2·a-1）依次为F（1943.2）＞FS（1793.9）＞FC（1582.9）＞FP（1469.1）＞CK（980.5），可见，与常规施肥F处理相比，吡啶尿素包衣处理、生物黑炭处理和常规施肥结合秸秆还田处理的碳足迹总量均有下降，分别减少24.4%、18.5%和7.7%。表4还显示，各处理的N2O排放碳足迹占玉米全生育期碳足迹总量的比例均最大，其中无肥对照为89.0%，常规施肥81.0%，吡啶尿素包衣74.9%，生物黑炭76.8%，秸秆还田79.3%；各处理施用氮肥造成的碳足迹占玉米全生育期碳足迹总量的比例分别为常规施肥13.4%，吡啶尿素包衣17.8%，生物黑炭16.5%，秸秆还田处理14.5%；其它项目碳足迹大小为柴油使用＞磷肥生产＞种子生产＞钾肥生产＞除草剂使用＞杀虫剂使用。总之，各处理不同项目碳足迹占总碳足迹比例的顺序为N2O排放＞化肥生产＞柴油使用＞农药使用＞种子生产，由于田间N2O排放也是由化肥施用过程中产生的，因此，化肥尤其是氮肥的施用是造成碳足迹的最重要因素。

表4 不同处理下玉米生产的碳足迹清单Table 4 List of carbon footprint of maize production under different treatments

不同农作措施下玉米产量、碳强度及碳效率见表5。由表可见，与无氮对照CK相比，各农作措施均显著提高了玉米产量，生物黑炭处理增产比例最高，比常规处理F高13.9%，其次是吡啶尿素包衣处理，比F处理高12.3%，秸秆还田比F处理高5.2%。

除无氮肥对照CK处理外，常规施肥F和秸秆还田FS的碳强度较高，大小相近，约为0.2kg·kg-1，其中，F处理的碳效率最低（5.1kg·kg-1），说明单位碳排放情况下玉米产出量最少，碳排放最多；吡啶尿素包衣（FP）和生物黑炭（FC）处理的碳强度约为0.1kg·kg-1，FP处理的碳效率最高（7.6kg·kg-1），说明其减排效果较明显，单位碳排放情况下的玉米产出量最多，与其它农作措施相比，是一种碳利用效率较高的处理方式；其次是FC处理，然后是FS处理。

表5 不同处理下玉米产量、碳强度及碳效率Table 5 Yield of maize, carbon intensity and carbon efficiency under different treatments

3 讨论与结论

3.1 讨论

铵态氮和硝态氮是土壤中无机氮的主要存在形式，均是作物可吸收的速效性氮素，目前农业生产中农民普遍使用的氮肥为尿素，属速效性酰胺态氮形式，施入土壤中很快在脲酶的作用下转化为铵态氮。北方旱地土壤透气性较好，铵态氮会迅速通过硝化作用转化为硝态氮，期间产生氮素损失并以N2O形式排放到大气中[35-36]，不同类型氮肥在土壤中硝化作用的速度和强度不同[37-39]。

氮肥的施加是影响农田土壤N2O排放的主要因素，不同处理的N2O排放峰都发生在施肥后（包括基肥和追肥后），这与其它研究成果类似[6,9]。本试验中不同处理的N2O排放数值大小基本与施肥后土壤中无机氮的含量及转化过程相对应，土壤中硝态氮含量较高的处理（如常规施肥处理），相应地其N2O排放量也高，是由于施入的酰胺态氮经过硝化作用转化为硝态氮，在此过程中排放N2O。在玉米生产的直接碳排放中，吡啶尿素包衣在抑制铵态氮的硝化作用进而减少N2O排放方面作用较好，与常规施肥处理相比较，吡啶尿素包衣处理的土壤N2O排放量减少了约30.2%，土壤N2O排放强度和综合温室效应最低，这一结果与郝小雨等[40]对黑土玉米田N2O排放的研究成果相符。不过，有报道指出[41]，一些硝化抑制剂会略增加氨挥发，这就要求在生产中进行管理措施的改进，如硝化抑制剂配合脲酶抑制剂使用[42-43]，以同时降低氨挥发和N2O排放。生物黑炭和秸秆还田的主要作用是增加土壤有机碳[44-45]，但试验显示，这两种措施也有一定的N2O减排作用，可能是生物炭改进了土壤的某些特性，如土壤容重[18,44]或土壤吸附特性[46-47]，因此对N2O减排有一定作用。秸秆还田可能在还田初期提高了土壤碳氮比[48]，因而在基肥施入后对N2O减排有一定作用。

综合考虑棕壤区雨养春玉米生产过程的碳足迹可以发现，施用氮肥的直接N2O排放和化肥生产过程的碳排放足迹占玉米生产过程碳排放足迹的80%以上，是玉米生产过程所占份额最大的碳足迹排放，这与目前的一些估算结果相类似[49]。可能是由于国内化肥生产耗能较高[50]的缘故，因此，要减小作物生产生命周期中的碳足迹，降低能源和工业部门的碳排放依然很重要；此外，提高氮肥利用效率，采用增效氮肥以减少氮肥用量也是减排的一个主要途径。

3.2 结论

（1）吡啶尿素包衣能减少春玉米地N2O直接排放30.1%，生物黑炭和秸秆还田在N2O减排方面也有一定作用，分别可以减排N2O排放22.9%和9.6%。这些措施达到减排N2O效果主要是因为抑制了土壤中铵态氮向硝态氮的转化，使土壤中氮素能较长时间保持为铵态氮形式而减少硝化过程中的N2O排放。

（2）春玉米生产过程中全生命周期的碳足迹中，施用氮肥的直接N2O排放占比最高（70%～80%），其次是氮肥生产过程的碳排放，占10%～20%。

（3）不同管理措施中，吡啶尿素包衣的N2O直接排放最低，碳足迹也相应最低，而碳效率最高，可以作为农业生产活动中N2O减排或碳减排的推荐管理措施。

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Impacts of Different Farming Managements on N2O Emission and Carbon Footprint for Maize from Brown Soil

ZHAO Xun1, GUO Li-ping2, XIE Li-yong1, SUN Xue1, ZHAO Hong-liang1, XU Jing1, PAN Shi-mei3
（1. College of Agronomy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China；2. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081; 3. Institute of Yantai, China Agricultural University, Yantai 264670）

Abstract：In order to study the impacts of different farming measures on N2O emission for maize production and the carbon footprint during whole maize growth season, the field experiment was conducted in middle and lower reaches of Liaohe Plain in 2014. Five farming measures, including the non-nitrogenous fertilizer control (CK), the regular fertilization by farmers (F), the pyridine coated urea (FP), regular fertilization and biochar (FC), and regular fertilization and straw semi-farm return (FS) were taken in the experiment. The results showed that, (1) N2O emission in the soil was mainly affected by the fertilization time and fertilization amount, the N2O emission was keeping high after fertilization application. The N2O emission after base fertilizing and additional fertilizations accounted for 24.3%-27.3% and 32.0%-38.2% of the accumulated emission amount of N2O during whole growth season, respectively; (2) As the FP processing can inhibit the rapid transition of ammonium nitrogen in the soil to nitrate nitrogen, the accumulated N2O emission amount in the maize growth period through FP, FC and FS wasreduced by 30.2%, 22.7% and 9.4% compared to regular fertilization (F). The emission effect of FP was optimum choice; (3) The carbon footprint of FP and FC processing was low, which was decreased by 19.5% and 14.8% respectively compared to F; The carbon intensity of FP processing was also the lowest, and its carbon efficiency was the highest. Compared to other farming measures, it belonged to a low-carbon fertilization one with high production and low emission; (4) The direct N2O emission with the application of nitrogen accounted for the largest share of carbon emission in the whole maize production process (accounting for 74.9%-89.0%), followed by the carbon emission in the fertilizer production process (accounting for 13.4%-17.8%). Therefore, the reduction of nitrogen application and the improvement of nitrogen utilization was the key to reduce the carbon footprint in the maize production process. The carbon emission reduction management measure specific to the spring maize production in the brown soil area in this research was the pyridine coated urea.

Key words：Nitrification inhibitor; Biochar; Brown soil; Maize; N2O emission; Carbon footprint

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.002

* 收稿日期：2015-12-18**通讯作者。E-mail：xly0910@163.com

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（2013BAD11B03）

作者简介：赵迅（1991-），女，硕士生，主要从事农业温室气体源汇与气候变化研究。E-mail：zxx_0129@163.com