揭秘农田土壤 N2O 排放测量：不同气室法差异大揭秘及其意义

为解决不同非稳态气室法测量农田土壤 N2O 排放差异及误差来源问题，研究人员对比 NFT 和 FT 等气室法。结果显示不同方法测量结果差异显著，多种因素影响测量。该研究为方法选择和改进提供依据。

　　在全球气候变化的大背景下，温室气体排放问题备受关注。其中，氧化亚氮（N₂O）作为一种强效温室气体，同时也是平流层臭氧消耗的主要驱动力，其排放量在过去几十年持续攀升。而农业土壤是 N₂O 的重要排放源，随着对农产品需求的增长，合成氮肥以及各类有机肥和残留物大量进入农田土壤，进一步推动了 N₂O 的排放。

为了有效缓解 N₂O 排放，准确量化其排放量至关重要。目前，非稳态气室法是常用的测量手段，其中基于静态气室的通量测量结合气相色谱法应用广泛，但该方法存在诸多问题，如气室设计、采样操作、通量计算方法等方面的不足可能导致气体通量估算出现偏差。近年来，新型商业便携式痕量气体分析仪如 LI-COR 7820 N₂O/H₂O 分析仪（LI-7820）逐渐兴起，其与不同气室结合可实现快速测量和实时通量计算，但与传统方法的对比研究有限。

在这样的背景下，来自丹麦奥胡斯大学（Aarhus University）的研究人员开展了一项对比研究，旨在探索不同非稳态气室法测量 N₂O 排放通量时是否存在差异，并分析不同方法潜在的误差来源。该研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：在不同的实验地点，包括野外和实验室，设置了多种不同类型的气室，如传统的非稳态非流通气室（NFTs）、配备 LI-7820 的非稳态流通式 8200-01S 智能气室（FT-1）以及自制的非稳态流通气室（FT-2）。利用气相色谱（GC）和 LI-7820 对不同气室中的 N₂O 浓度进行测量，并结合土壤矿物氮、水填充孔隙空间（WFPS）和土壤温度等数据，运用不同的通量计算方法，最终对比不同气室法测量 N₂O 通量的差异。

研究结果如下：

1. 环境条件：实验期间，温度、降水等环境因素有所变化。FT-1 气室温度与气象站测量温度存在差异，土壤容重和 WFPS 在不同实验中也有不同范围。
2. N₂O 通量：在不同作物和土壤条件下，FT-1 和 NFTs 的 N₂O 通量模式不同。施肥后早期，FT-1 和 NFTs 的通量差异较大，RMSE 和 MAE 值较高；20 天后，差异减小。例如在 E1 实验中，春大麦和玉米施肥后，FT-1 和 NFT-1 的通量峰值出现时间不同，早期差异明显，后期趋于相似。
3. 累积排放：累积 N₂O 排放量随氮肥水平增加而增加，NFTs 测量的累积排放量显著低于 FT-1，但与 FT-2 相比差异不显著。如在 E1 实验中，春大麦高氮输入时，FT-1 测量的累积排放量远高于 NFT-1。
4. 水蒸气稀释效应：FTs 的湿 N₂O 通量低于干通量，在低通量情况下，湿通量与 NFTs 的通量更接近。例如在 E1 实验中，春大麦低氮施肥时，FT-1 的湿通量在特定时间段与 NFT-1 更接近。

研究结论和讨论部分指出，不同气室和气体分析仪的选择会导致 N₂O 通量估算出现显著差异。NFTs 测量的累积 N₂O 排放量在田间和控制条件下均低于 FTs。这种差异主要源于多个方面，如气室面积和氮水分布、水蒸气稀释效应、文丘里效应（Venturi effect）、气室顶部空间混合、气室顶部空间与土壤间的气体交换率以及通量计算方法等。这些发现对相关研究具有重要意义，为研究人员在选择测量方法时提供了参考，有助于他们根据不同方法的优缺点做出更明智的决策。同时，也为后续改进测量方法、提高 N₂O 排放测量的准确性指明了方向。未来研究可在已知 N₂O 真实通量和分布的受控系统中进一步评估气室，深入了解气室设计、尺寸和气体样品分析对测量结果的影响 。