基于APSIM 模型不同水氮处理下N2O 的排放研究

马晨光 ，蔡焕杰 *，卢亚军

（1.西北农林科技大学 中国旱区节水农业研究院，陕西 杨凌 712100； 2.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 3.西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100）

0 引 言

【研究意义】N2O 是主要的温室效应气体，自1750 年以来，大气中的N2O 质量浓度增加了20%[1]。其中农业活动是N2O 质量浓度增加的主要原因之一[2]。在中国温室气体排放中农业源排放比例超过15%，其中N2O 排放高达90%[3]。在我国粮食产量保持十一连增的背景下，如何降低资源环境成本，减少N2O 排放，保证粮食产量，实现农业可持续发展，是值得研究的科学命题。

中国70%的粮食依靠灌溉农业，截至2017 年农业用水量约占全国总用水量的62.3%[4]，但在全球气候变暖的前提下，我国农业水资源总量呈下降趋势，高庆先等[5]预测表明，截至2030 年我国西北地区依靠自然降水来缓解农业水资源短缺是不可能的，所以灌溉仍是保证旱区农业高产的重要手段。灌溉在保证产量的同时也是农田N2O 排放的关键驱动因子，在一定变化范围内土壤水分与N2O 排放有显著相关性[6]。【研究进展】水氮处理对农田土壤N2O 排放的影响研究较多。一般认为旱地冬小麦-夏玉米在灌溉施肥期、降雨期和冻融交替期等水肥增加时期N2O排放通量会有1～3 次排放峰值[7]。庞军柱等[8]研究表明，较大的降水会促进N2O 的排放。欧阳扬等[9]研究发现，增加干湿交替的频率也可以增大N2O 的累积排放量，且在相同土壤水分条件下土壤由湿变干过程中N2O 的排放要大于土壤由干变湿的过程[10]。除水分外，氮肥的施用也是N2O 排放的关键影响因子，在西北冬小麦-夏玉米轮作地区的研究表明，当全年施氮量低于800 kg/hm2时，N2O 排放随施氮量的增加呈线性增长[11]；但也有研究认为当施氮量超过作物所需时，N2O 排放量会呈急剧上升趋势，而非线性增长[12]。【切入点】由于农田N2O 排放量的测定需要较大的经济人力成本，所以使用模型预测N2O 排放量已成为更多科研工作者的选择。模型方法已经被用来定量评估不同农作管理措施下作物生产和相应的环境足迹[11]。在本研究中，通过校准APSIM（The Agricultural Production Systems Simulator）在模拟土壤水分、作物产量及N2O 排放的性能，利用校准后的APSIM 模拟了在不同施氮水平下亏缺灌溉对冬小麦-夏玉米轮作的产量及N2O 排放的影响。【拟解决的关键问题】优化施氮量和灌溉方式等管理措施，为保障作物产量，同时为实现农业节水和温室气体减排提供理论支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 APSIM 模型结构

APSIM（Agricultural Production Systems Simulator）是一个综合农业生态系统管理模型，可用于模拟农业系统的生物物理学过程。在结构上主要包括作物、土壤和管理模块。APSIM 可以模拟不同气候、土壤和管理下的作物生产力，并可用于解决长期的资源管理问题。经过试验验证，APSIM 模型现已可以模拟农田生态系统中N2O 的排放[12]，并在中国各地区得到了验证[12-13]。APSIM 模型通过模拟硝化与反硝化过程来模拟N2O 排放[13]，最大硝化速率遵循米氏动力学过程，但实际硝化速率受到土壤温度、水分、pH值等因素的影响，硝化反应计算速率如下：

式中：Rnit为实际硝化速率；Kmax为最大硝化速率；NH4+为土壤铵离子质量浓度；KNH4+为米氏常数；f（w）、f（T）、f（pH）分别为土壤水分、温度和pH 值限制因子。硝化反应产生的N2O 与实际硝化过程氮的总量呈一定比例，该值K2在本文中选定为0.002 3[14]，硝化过程产生的N2O 计算式如下：

式中：Nnit为硝化反应速率；K2为硝化反应产生的N2O与实际氮硝化量的比值。

反硝化速率受到土壤活性有机碳、水分、温度因子影响，其计算式如下：

式中：Rdenit为实际反硝化速率；Kdenit为反硝化常数；NO3-为土壤硝酸根质量浓度；CA为土壤活性有机碳质量浓度；f（w）、f（T）分别为土壤水分、温度限制因子；HUMC和FOMC为来自腐殖质和新鲜有机质的有机碳。反硝化过程产生的N2O 是通过计算反硝化过程产生的N2和N2O 的比值估算的，本文中N2与N2O 比值选定为10[14]。

1.2 试验区概况

试验在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院试验场（108°04′E，34°18′N，海拔521 m）防雨棚下开展。试验地属温带大陆性季风气候，年平均温度12.5 ℃，年降水量609 mm，多集中在6—9 月，年均蒸发量1 500 mm。试验地土壤为中壤土，1 m 土层田间质量持水率为23%～25%，凋萎质量含水率为11%～12%，平均干体积质量为1.4 g/cm3。

1.3 试验设计

分别在冬小麦-夏玉米的4 个生育阶段（小麦季为苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期；玉米季为苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期）进行灌水，灌溉方式为地面灌溉，冬小麦和夏玉米施肥量一致，均只施基肥，于播种当天混施尿素和磷酸二铵（N：246 kg/hm2、P2O5：270 kg/hm2），灌水量以称质量式蒸渗仪实测蒸散量ET（ET 为全生育期充分灌水小区内的蒸渗仪实测2 次灌水之间的蒸散量）为标准，按100%（充分灌水）、80%（中度水分亏缺）和60%（重度水分亏缺）3 个水平灌水。试验采用4 因素（生育期）3 水平（灌水水平）的正交试验设计，按照多因素不完全实施方案设计规则，在L9（34）正交表中选取6 个处理组合，每个处理3 个重复，共18 个测坑，按照随机区组排列。

2016—2017 年冬小麦（小偃22）于2017 年10月23 日播种，2017 年6 月5 日收获；夏玉米（吉祥一号）于2017 年6 月18 日播种，2017 年10 月8 日收获，冬小麦各处理统一播前灌水45 mm（2016 年10 月20 日），于2016 年12 月31 日、2017 年3 月10 日和4 月17 日灌溉3 次，充分灌水水平灌水量分别为75、67 mm 和85 mm，小麦季总灌水量为272 mm；夏玉米各处理统一于播前（2017 年6 月11 日）和苗期（7 月4 日）分别灌水30 mm，于2017 年7 月19日、8 月4 日、8 月25 日和9 月17 日进行4 次灌溉，充分灌水水平灌水量分别为60、75、90、54 mm，玉米季总灌水量为339 mm，详见表1。

2017—2018 年冬小麦于2017 年10 月24 日播种，2018 年6 月6 日收获；夏玉米于2018 年6 月20 日播种，2018 年10 月1 日收获。冬小麦季各小区在冬小麦播前（2017 年10 月20 日）均统一灌水45 mm，于2017 年12 月6 日、2018 年3 月13 日、4 月3 日和4 月25 日进行4 次灌溉处理，充分灌水水平的灌水量分别为69、64、84和89 mm，总灌水量为351 mm。夏玉米季各处理播前（2017年6月15 日）灌水45 mm，并进行4 次灌水处理（7 月9 日、7 月26 日、8 月10日和9 月3 日），充分灌水水平的灌水量分别为51、100、107 和100 mm，总灌水量为403 mm。冬小麦-夏玉米轮作不同生育期灌溉处理详见表2。

表1 2016—2017 年轮作水分处理Table 1 Different irrigation levels for crop rotation during 2016—2017

表2 2017—2018 年轮作水分处理Table 2 Different irrigation levels for crop rotation during 2017—2018

1.4 测定指标与方法

1.4.1 土壤温室气体采集

采用静态箱-气相色谱法对土壤N2O 气体进行原位监测，静态箱由箱体和底座组成，箱体规格为45 cm×45 cm×45 cm，使用厚6 mm 不透光的聚氯乙烯材料制成，箱体表面使用锡箔纸包裹，防止取样时因太阳照射导致箱内温度变化，影响观测结果。箱体顶部安装小风扇，在气体采集时开启，使箱内气体均匀；底座采用50 cm×50 cm×50 cm 规格，在播种当天埋入小区中央，底座内不播种作物；气体采样时间分别为10:00、10:10、10:20 和10:30 使用带有三通阀的50 mL 注射器进行采集，每次取样40 mL，并记录箱内温度；除冬小麦越冬期外，冬小麦-夏玉米轮作整个生育期7～10 d 采集1 次气体，在灌水和施肥后加测1 次，气体采集后立即带回实验室用安捷伦气相色谱仪分析仪测定（Agilent Technologies7890A GC System，America）气体质量浓度。

1.4.2 土壤水分的测定

采用土钻取0～100 cm 土样，以10 cm 为1 个土层，将土样充分混合后用烘干法（105 ℃烘12 h）测定土壤含水率。

1.4.3 产量的测定

小麦季在各处理选取长势均匀的1 m2小麦，晒干后脱粒，使用烘箱烘至恒质量，玉米季在各处理选择10 株，晒干后脱粒称质量。

1.4.4 气体排放强度和水分利用效率计算公式

根据Timothy 等[15]给出的温室气体排放强度（GHGI）的计算方法如下，根据GHGI 值的相对大小判断各处理的综合温室效应。

式中：GHGI 为温室气体排放强度；TCDE 为CH4和N2O 二者排放量的总CO2当量（kg）；但本文中只考虑N2O 排放量，故此时TCDG 为N2O 排放量（kg）。

水分利用效率计算式如下[16]：

ET 为作物蒸发蒸腾量，可通过水量平衡计算：

式中：P 为降雨量（mm）；I 为田间灌溉量（mm）；Sinit播前土壤储水量（mm）；Sfin为收获后土壤储水量（mm）；R 为径流量（mm）；D 为渗漏量（mm）；在本研究中P、R 和D 被忽略。

1.5 APSIM 模型参数调试与验证

本研究模型所使用的土壤数据部分来源于田间实测，部分来源于文献[17-18]。模型使用试错法调整参数；利用遮雨棚下2016—2018 年冬小麦-夏玉米试验生育期观测数据调整作物生育期所需积温、小麦春化指数、光周期系数和夏玉米光周期斜率；利用实测小麦、玉米生物量和产量调整小麦谷粒质量、潜在灌浆速率和玉米最大籽粒数、灌浆速率。验证后的参数调整结果见表3。

表3 作物参数 Table 3 Derived values of cultivar parameters for crop

采用模拟结果和实测结果间的决定系数（R2）和国际上检验模型通用的均方根误差方法，用NRMSE归一化均方根差来度量模拟值与实测值的相对差异程度。一般认为，NRMSE 越小，模拟值与实测值的差异越小，即模型模拟结果越可靠，NRMSE<0.1 表明模拟结果极好，0.10.3表示模拟结果较差，而决定系数R2越大则表示结果越好。

1.6 情景模拟设定

一般认为冬小麦和夏玉米对亏水最敏感的时期分别为抽穗期和抽雄期[20-21]，在2016—2018 年实测试验中也发现小麦季和玉米季都在拔节期充分灌水、抽雄期轻度亏缺的Z3 处理产量下降较少，结合文献和试验设计如下亏缺灌水方案，即在水分最敏感的抽穗期（小麦）和抽雄期（玉米）不进行水分亏缺。情景设计以2017—2018 年田间试验为基础，假设未来20 a（2018—2037 年）气象数据与2017—2018 年保持一致，结果分析中各项数值皆为20 a 轮作的均值，肥料设置6 个梯度N50（50 kg/hm2）、N100（100 kg/hm2）、N150（150 kg/hm2）、N200（200 kg/hm2）、N250（250 kg/hm2）和N300（300 kg/hm2），均在小麦和玉米播种时作基肥一次施入，灌溉情景设计如表4，其他农作措施保持不变。

表4 情景设定下不同水分处理 Table 4 Differentwater treatments under scenario settings

2 结果与分析

2.1 APSIM 模拟验证

由表5 可知，产量、土壤水分和N2O 排放量实测值与模拟值决定系数R2最小值为0.68，NRMSE 最大值为0.19，所以本研究认为APSIM 模型可以较好地模拟关中地区不同管理措施下农田N2O 气体排放。Qaisar[21]和刘杰[17]分别验证了APSIM 模型对关中地区作物产量和土壤水分的模拟，故在本文中不再陈列模型对作物产量和土壤水分拟合结果，仅列出农田N2O 排放量拟合情况，见图1。

图1 N2O 排放量模拟与实测对比Fig.1 Comparison of APSIM simulated and observed N2O emissions

表5 2016—2018 年轮作产量、土壤水分和 N2O 排放量实测值与模拟值拟合结果Table 5 Fitting results of measured and simulated values of crop yield, soil moisture, and N2O emissions from 2016—2018

2.2 情景设计结果分析

2.2.1 不同水氮处理下冬小麦产量和N2O 排放特征

由图2 可知，随着施氮量的增加，冬小麦季N2O排放量显著增加，在施氮50、100、150、200、250 kg/hm2和300 kg/hm2水平下，不同亏缺灌溉处理N2O排放量分别在0.12～0.14、0.27～0.29、0.43～0.47、0.69～0.73、0.88～1.0 kg/hm2和1.06～1.23 kg/hm2之间；随着施氮量的增加，不同亏水处理之间N2O 排放量差距逐渐增大。但在小麦季，同一施氮水平下不同水分处理的N2O 排放量相近，水分处理对小麦季N2O排放的影响较小。

图2 不同水氮处理下冬小麦产量及N2O 排放量 Fig.2 Winter wheat yield and N2O emissions under different water and nitrogen treatments

在冬小麦季，随着施氮量的增大产量急速上升，T1 处理和T2 处理在150 kg/hm2水平达到峰值，其余处理皆在施氮量200 kg/hm2水平达到峰值，施氮量200、250、300 kg/hm2水平之间小麦产量无显著差异；在50 kg/hm2和100 kg/hm2水平下，不同灌水处理之间小麦产量分别在1 390～1 400、3 232～3 295 kg/hm2内，各亏水处理之间产量差距很小，这是因为此时产量除受到水分影响外，氮肥也是一个主要制约因素，削弱了水分对产量的影响；随着施氮量的增加，不同灌溉处理下产量差距也逐渐增大，在施氮量为200 kg/hm2时产量相差最大，CK 产量最大，为6 092 kg/hm2，T1、T2、T3、T4 处理和T5 处理较CK 分别下降了33.7%、20.8%、22%、12.1%和15.1%。在施氮量大于200 kg/hm2的情况下，除充分灌水CK 外，苗期、拔节期重度亏水的T1 处理产量最低，苗期、拔节期中度亏水的T4 处理产量最大，T2 处理与T3处理、T4 处理与T5 处理相比，在拔节期中度亏水的T2 处理和T4 处理略高于在灌浆期中度亏水的T3 处理和T5 处理，这说明相较在灌浆期亏水，在拔节期亏水更有利于保产。

2.2.2 不同水氮处理下冬小麦N2O 排放强度和水分利用效率变化特征

在冬小麦季，随着施氮量的增加，N2O 排放强度也随之增大，在施氮量低于200 kg/hm2时，各亏水处理N2O 排放强度相差较小；但在施氮量高于200 kg/hm2时，各亏水处理N2O 排放强度增长速度明显增大，主要原因是小麦季产量在施氮量为200 kg/hm2时达到峰值，随后随着施氮量的增加，产量未有变化，但N2O 排放随着施氮量的增加仍处于上升状态。在施氮量为200 kg/hm2时，与CK 相比，亏水处理N2O排放强度均有所上升，各水分处理以苗期、拔节期重度亏水T1 处理N2O 排放强度最大，充分灌水CK 处理排放强度最小，呈现为T1 处理>T3 处理>T2 处理>T5 处理>T4 处理>CK 处理，如图3（a）。

图3 冬小麦季不同水氮处理下N2O 排放强度和水分利用效率Fig.3 N2O emission intensity and water use efficiency under different water and nitrogen treatment in wheat season

冬小麦季各水分处理在不同施氮水平下总体趋势大体相同，即在施氮量在50～150 kg/hm2时，各处理水分利用效率皆随着施氮量的增长而急剧增长，在施氮量高于200 kg/hm2时水分利用效率基本保持不变。在施氮量为50～100 kg/hm2时，CK 水分利用效率最小；亏水处理水分利用效率均高于CK，此时高水低氮不利于作物产量的形成；但当施氮量增至200、250 kg/hm2和300 kg/hm2时水分利用效率WUE 趋势一致，此时以CK 最大，T1 处理最小，因为高氮下CK 产量上限高于亏水处理，详见图3（b）。

2.2.3 不同水氮处理夏玉米产量和N2O 排放特征

在玉米季，随着施氮量的增加，不同水分处理N2O 排放量均呈上升趋势，且不同灌水之间N2O 排放差异也在增大。不同施氮水平下N2O 排放趋势有所不同。在施氮量为50～200 kg/hm2时，各水分处理N2O排放在0.47～1.87 kg/hm2之间，亏水水分处理N2O排放量与CK 相差较小，部分处理甚至略高于CK，而在施氮量高于200 kg/hm2时，CK 的N2O 排放量高于各亏水处理。

图4 不同水氮处理下夏玉米产量及N2O 排放量Fig.4 Summer maize yield and N2O emissions under different water and nitrogen treatments

玉米季在施氮量为50 kg/hm2时，CK、T1、T2、T3、T4 和T5 处理产量分别为5 324、5 421、5 402、5 352、5 397 kg/hm2和5 339 kg/hm2。与CK 相比，各亏水处理产量相差较小甚至有所增长，氮肥对作物生长的影响高于水分的影响。在施氮量为100 kg/hm2时，T1、T2 和T3 处理产量皆达到峰值，3 个亏水处理产量相差较小，皆在8 444～8 506 kg/hm2之间；CK、T4 和T5 处理在施氮量为150 kg/hm2时产量达到峰值，CK 最大为9 341 kg/hm2；在施氮量为250 kg/hm2和300 kg/hm2时，各灌水处理产量较200 kg/hm2时均有所下降，因此高氮低水不利于作物生长，详见图4。

2.2.4 不同水氮处理下夏玉米N2O 排放强度和水分利用效率变化特征

在玉米季N2O 气体排放强度规律与小麦季相似，如图5（a）。随着施氮量的增大，不同水分处理N2O排放强度均有所上升，施氮量低于150 kg/hm2时，各亏水处理N2O 排放强度增长速率较缓，因为随着施氮量的增大，玉米产量也呈上升趋势；当施氮量高于150 kg/hm2时，N2O 排放强度呈急剧上升趋势，这是因为施氮量高于150 kg/hm2，玉米产量增长趋势减弱，而N2O 排放呈急速上升状态。

在夏玉米季水分利用效率WUE 规律与小麦季不同，如图5（b）。在施氮量低于150 kg/hm2时，除T1处理外的其他处理随着施氮量的增大，水分利用效率也呈上升趋势，且亏水处理水分利用率高于充分灌水CK，在施氮量150 kg/hm2时，除T1 处理，其余处理水分利用效率皆达到峰值，CK、T2、T3、T4 处理和T5 处理分别为2.53、2.75、2.67、2.85 和2.76 kg/m3。在施氮量高于150 kg/hm2时，各处理水分利用效率呈下降趋势。在玉米季施氮量低于150 kg/hm2时，亏缺灌溉可以有效的提升水分利用效率。

图5 夏玉米季不同水氮处理N2O 排放强度和水分利用效率Fig.5 N2O emission intensity and water use efficiency under different water and nitrogen treatment in maize season

2.2.5 不同水氮处理下冬小麦-夏玉米轮作总产量、WUE 和N2O 排放量及排放强度变化特征

表6 为情景设计下小麦-玉米轮作总产量、N2O总排放量、N2O 排放强度和水分利用效率。由表6可知，CK、T2、T3、T4 处理和T5 处理在施氮量为150 kg/hm2时产量达到最大，分别为14 325、12 991、12 041、13 707 kg/hm2和13 733 kg/hm2，亏水较多的T1 处理则在100 kg/hm2水平下达到峰值为11 747 kg/hm2；与CK 峰值产量相比，T1、T2、T3、T4 处理和T5 处理峰值产量分别下降了18.0%、14.2%、15.9%、4.1%和4.3%。在50 kg/hm2和100 kg/hm2水平下各水分处理间总产量无显著差异，因为此时产量还受到氮肥的影响，水分的作用被削弱。N2O 排放量随施氮量的增大而增加，在施氮量低于200 kg/hm2时不同水分处理之间无显著差异，在施氮量高于200 kg/hm2时，T1 处理和T2 处理N2O 排放量显著低于CK。CK、T2、T3、T4 处理和T5 处理在150 kg/hm2水平下WUE 达到峰值，分别为2.14、2.22、2.18、2.37 kg/m3和2.26 kg/m3，T4 处理和T5 处理WUE 相较CK 显著提高。T1 处理在100 kg/hm2水平达到峰值，为2.12 kg/m3；N2O 排放强度则随着施氮量的增大而逐步上升，在施氮量低于200 kg/hm2时各水分处理无显著差异，但在施氮量高于200 kg/hm2时，各亏水处理N2O 排放强度明显高于CK。

综合考虑各处理灌水量、施肥量、N2O 排放量和轮作产量，认为每季施氮量在150 kg/hm2最佳，除T1 处理外各水分处理产量和WUE皆在这一施氮量达到峰值，水分处理则以苗期和拔节期中度亏水的T4处理最佳。

表6 情景设计下小麦-玉米轮作总产量、N2O 总排放量、N2O 排放强度和水分利用效率Table 6 Wheat-maize rotation yield, N2O emissions, N2O emissions intensity and water use efficiency WUE under scenario design

3 讨 论

3.1 不同水氮处理对N2O 排放的影响

土壤N2O 排放的主要来源是土壤微生物的硝化与反硝化作用，而土壤湿度不仅影响硝化反硝化微生物活性，还影响着N2O 在土壤中的运输与扩散，是影响土壤N2O 形成的关键因素[22-23]。灌溉可以提高土壤孔隙度含水率，创造土壤厌氧环境，进而使N2O排放量呈指数增长，一般认为土壤孔隙度含水率WFPS（water filled pore space）在45%～75%范围内最适宜N2O 排放[24-25]。土壤硝化和反硝化的最适温度分别为15～35 ℃和30～67 ℃[7]。在本研究中，同一施肥水平下，小麦季不同灌水之间N2O 排放相差较小，主要原因为：①受播前灌水的影响，本文中小麦季播种施肥时土壤孔隙度含水率WFPS 在62%，此时土壤孔隙度含水率适宜且底物充足，硝化和反硝化过程同时进行，产生较多的N2O 气体并通过土壤孔隙顺利排放至大气，而此时各处理间未进行水分处理。②冬小麦季第1次水分处理为苗期灌水（12月06 日），距离播种施肥（10 月23 日）45 d，拔节期灌水距离播种施肥142 d，而土壤N2O 排放主要集中在施肥+灌溉或灌溉+施肥后2 周内[26]，小麦季灌水处理距离播种施肥时间较远，削弱了灌溉对N2O 排放的影响。③在苗期灌水后1 周内大气平均温度1.7 ℃，拔节期灌水后1 周内平均温度11.9 ℃，本研究中小麦苗期和拔节期灌水时温度皆不利于硝化与反硝化过程。④为保证产量，本试验在N2O 排放高峰期（抽穗—灌浆期），也是对水分亏缺敏感期未进行亏水处理，这也导致不同灌水处理之间N2O 排放相差较小。

在玉米季施氮量低于200 kg/hm2时，亏水水分处理N2O 排放量与CK 相差较小，部分处理甚至略大于CK，这可能是随着轮作年限的延长，施氮量低于200 kg/hm2时亏缺灌溉土壤中氮元素的累积速度高于CK，对N2O 排放的影响也越来越大，削弱了灌水对N2O排放的影响。而在施氮量高于200 kg/hm2时，CK 的N2O 排放量明显高于T1 处理和T2 处理。这与前人研究结果一致，在施肥后的灌水对N2O 排放影响最为显著[28]，在此时进行亏水有利于减排。

3.2 不同水氮处理对产量的影响

施氮量和灌水量对产量的影响有明显的互补性[27-28]，吕丽华等[29]在华北太行山前平原的试验表明，在供水条件较好的年份，氮肥对产量的贡献较大，而在供水条件较差的年份，增施氮肥对增产无效，甚至引起产量的降低，肥效受到较大抑制，供水对产量影响较大；山楠等[30]的研究发现在冬小麦-夏玉米轮作中，每季施氮200 kg/hm2小麦和玉米产量皆达到峰值，这一结果稍高于本研究，原因可能是本研究中长期轮作土壤中氮素出现累积，且水分亏缺对氮肥的最佳施用量也产生了影响。此外，在本研究中还发现，在低氮处理下（施氮量低于150 kg/hm2）玉米产量表现为充分灌水略低于亏水处理的现象，这可能是在低氮处理下，高水处理不利用肥效的发挥，刘小刚等[31]的研究也发现在低氮（120 kg/hm2）高水处理下玉米产量略低于低氮低水。

4 结 论

1）冬小麦-夏玉米轮作体系最佳施氮量为每季150 kg/hm2，此时除T1 处理外，各处理总产量和水分利用效率皆达到峰值。

2）在单季施氮量不高于200 kg/hm2时，从长远角度看亏缺灌溉并不能显著降低土壤N2O 排放，但在高施氮量（250 kg/hm2和300 kg/hm2）情况下，在苗期重度亏水有利于N2O 减排。

3）在施氮量为每季150 kg/hm2时，在苗期和拔节期中度亏水的T4 处理水分利用效率WUE 显著高于其他处理，N2O 排放强度与T1 处理外的其他处理并无显著性差异，所以本研究认为在施氮量为每季150 kg/hm2时T4 处理最佳。