通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同含水量對(duì)北京順義潮褐土N2O排放及同位素特征值（δ15Nbulk，δ18O和nitrogen isotopomer site preference of N2O，簡(jiǎn)稱(chēng)SP）的影響，以期獲得不同水分條件下土壤N2O產(chǎn)生途徑及變化規(guī)律，為農(nóng)田土壤N2O減排提供理論依據(jù)。結(jié)合穩(wěn)定同位素技術(shù)與乙炔抑制法，以北京順義潮褐土為試材，設(shè)置3個(gè)含水量梯度：67%、80%和95%WFPS（土壤體積含水量與總孔隙度的百分比或?qū)嶋H重量含水量與飽和含水量的百分比，簡(jiǎn)稱(chēng)WFPS），在此基礎(chǔ)上設(shè)置無(wú)C2H2，0.1%（V/V）C2H2和10%（V/V）C2H2處理。將土壤裝入培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)2 h，之后收集培養(yǎng)瓶中的氣體測(cè)定N2O濃度及同位素特征值，并采集土樣測(cè)定其N(xiāo)H+4-N和NO-3-N的含量。利用同位素二源混合模型計(jì)算硝化和反硝化作用對(duì)土壤N2O排放的貢獻(xiàn)率，對(duì)N2O產(chǎn)生途徑進(jìn)行量化分析。

根據(jù)室內(nèi)土壤培養(yǎng)測(cè)定結(jié)果，高（95%WFPS）、中（80%WFPS）和低（67%WFPS）含水量土壤N2O加權(quán)平均排放通量分別為1.17、0.27和0.08 mgN·kg-1·d-1，高含水量土壤N2O排放量均顯著高于中、低含水量處理，中含水量處理顯著高于低含水量；整個(gè)培養(yǎng)周期，高、中和低含水量土壤N2O+N2累積排放量分別為培養(yǎng)初期總的無(wú)機(jī)氮含量的18.05%、5.27%和1.24%（N2O+N2累積排放量分別為19.61、5.72和1.35 mgN·kg-1；各處理NH+4-N+NO-3-N初始含量均為108.62 mgN·kg-1）；與低含水量處理相比，高、中含水量土壤的N2O+N2累積排放量分別增加了13.53倍和3.24倍，高含水量土壤N2O+N2累積排放量比中含水量高2.43倍，表現(xiàn)為隨著含水量的增加，土壤無(wú)機(jī)氮（NH+4-N+NO-3-N）以氣態(tài)氮（N2O+N2）形式的損失量逐漸增加。

3個(gè)含水量處理N2O的δ15Nbulk加權(quán)平均值變化范圍為-42.93‰—-4.07‰，且較高含水量處理顯著低于較低含水量處理；10%（V/V）C2H2抑制土壤中N2O還原成N2的過(guò)程，各含水量土壤中，10%（V/V）C2H2處理組其N(xiāo)2O的δ18O值顯著低于0.1%（V/V）C2H2處理組，且N2O/（N2O+N2）比率隨土壤含水量增加而降低；各處理土壤中同時(shí)存在多個(gè)N2O產(chǎn)生過(guò)程，對(duì)于培養(yǎng)第一周，土壤產(chǎn)生的N2O的SP值于培養(yǎng)前4 d呈逐漸增加的趨勢(shì)，之后又逐漸降低，低含水量土壤在第1—2天產(chǎn)生的N2O的SP值為6.74‰—12.04‰，反硝化作用對(duì)土壤N2O排放的貢獻(xiàn)率為56.36%—66.15%，此培養(yǎng)階段表現(xiàn)為土壤主要通過(guò)反硝化作用產(chǎn)生N2O，之后，硝化作用貢獻(xiàn)率（55.78%—100%）增強(qiáng)；中含水量土壤N2O的SP加權(quán)平均值為10.26‰，該土壤中反硝化作用（40.90%—74.04%）占據(jù)主導(dǎo)地位；加10%（V/V）C2H2的高含水量處理，在整個(gè)培養(yǎng)第一周均具有較高的SP值，變化范圍為7.61‰—21.11‰；與0.1%（V/V）C2H2處理組相比，10%（V/V）C2H2處理的高、中和低含水量土壤排放N2O的SP加權(quán)平均值分別降低了0.10倍、0.33倍和0.06倍。

土壤含水量增加促進(jìn)N2O排放，高含水量處理中N2O排放量最高。67%WFPS處理中，N2O排放前期以反硝化作用為主，后期以硝化作用為主；80%WFPS處理中，N2O主要由反硝化過(guò)程產(chǎn)生；95%WFPS處理中，N2O排放以硝化作用為主。

【研究意義】N2O是一種重要的溫室氣體，其全球增溫潛勢(shì)是CO2的300倍。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是大氣N2O的主要來(lái)源，對(duì)全球N2O排放（17.7 Tg N2O-N·a-1）的貢獻(xiàn)為6.2 Tg N2O-N·a-1，約占全球N2O排放量的1/3。微生物的硝化作用和反硝化作用是土壤主要的N2O產(chǎn)生途徑，這些過(guò)程受土壤含水量、溫度、通氣性、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度、可礦化碳的含量以及pH的影響，其中，土壤水分含量是N2O排放來(lái)源的主要控制因素，不同含水量下，這些過(guò)程可能會(huì)在同一土壤中的不同微區(qū)同時(shí)發(fā)生，但是對(duì)于土壤中N2O的主要產(chǎn)生途徑仍具有不確定性。因此，不同濕度土壤N2O溯源研究對(duì)于N2O減排具有重要指導(dǎo)意義。

【前人研究進(jìn)展】土壤含水量為84%—86%WFPS時(shí)，N2O排放量最強(qiáng)；低于這個(gè)范圍時(shí)，土壤含水量與N2O排放量呈正相關(guān)，反之，則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。施加氮肥后，土壤N2O排放量隨著土壤含水量的增加而增加，通常當(dāng)土壤含水量低于70%WFPS時(shí)，硝化作用成為主要的N2O來(lái)源。用15N標(biāo)記NO-3的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤含水量大于70%WFPS時(shí)，其產(chǎn)生的N2O主要由反硝化作用產(chǎn)生。也有研究指出，只有當(dāng)含水量超過(guò)80%WFPS時(shí)，反硝化作用才會(huì)成為主要的N2O產(chǎn)生途徑。乙炔（Acetylene，C2H2）是一種常用的自養(yǎng)硝化抑制劑，較低的乙炔濃度（1—100 Pa）可以抑制土壤的自養(yǎng)硝化作用，較高的乙炔濃度（10 kPa）可以抑制N2O還原成N2，同時(shí)也能抑制硝化作用，而異養(yǎng)硝化作用在較大的乙炔濃度范圍（1—10 kPa）不受抑制。以往研究，主要利用乙炔抑制技術(shù)和同位素標(biāo)記技術(shù)區(qū)分N2O產(chǎn)生和消耗過(guò)程，但是這些技術(shù)存在局限性。目前，國(guó)外將同位素位嗜值（site preference，SP），作為N2O溯源研究的重要工具。理論上，參與硝化和反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O的NO還原酶類(lèi)型不同，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)N原子位置15N的富集程度不同；N2O還原過(guò)程中N-O鍵斷裂會(huì)導(dǎo)致剩余N2O中間位置氮原子富集15N（15Nα），這些均可以作為利用SP值區(qū)分N2O來(lái)源的理論基礎(chǔ)。除此之外，SP值可以彌補(bǔ)δ15N和δ18O受前體同位素值干擾的不足，且對(duì)樣品干擾小。與細(xì)菌反硝化作用相比，由真菌反硝化作用和硝化作用產(chǎn)生N2O過(guò)程具有更高的SP值。與硝化作用相比，一般土壤反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O有較高的δ15N和δ18O值。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，在55%WFPS處理中，有一多半的N2O來(lái)自于硝化作用，75%和85%WFPS土壤中反硝化作用是主要的N2O產(chǎn)生途徑。

【本研究切入點(diǎn)】國(guó)內(nèi)很少利用自然豐度的穩(wěn)定同位素特征值對(duì)參與N2O排放的硝化和反硝化過(guò)程貢獻(xiàn)率進(jìn)行量化研究，本研究利用該技術(shù)結(jié)合乙炔抑制法探索不同土壤含水量下N2O的溯源問(wèn)題。

【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究將同位素自然豐度法與乙炔抑制技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同含水量（WFPS）對(duì)北京順義潮土N2O排放及同位素特征值（δ15Nbulk，δ18O和SP）的影響，以期獲得不同土壤含水量條件下施用銨態(tài)氮肥后，其N(xiāo)2O產(chǎn)生途徑及變化規(guī)律。