2025, Vol. 46
2. 云南省农业科学院农业环境资源研究所, 昆明 650201;
3. 中国农业大学农学院, 北京 100083;
4. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081
, GUO Shu-fang2 , LI Hao3 , GUO Yi-fan3 , CUI Ji-xiao4 , CHEN Yuan-quan3 , ZHANG Dan1
, CHEN An-qiang2
2. Agricultural Environment Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650201, China;
3. College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100083, China;
4. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
气候变化是当前人类面临的重大全球性挑战, 碳中和、碳达峰是应对全球气候变化的积极举措和有效路径, 备受社会各界广泛关注. CO2、CH4和N2O作为3种主要的温室气体, 其中, CH4和N2O增温效应是CO2的25倍和298倍.由于温室气体大量排放导致的全球气候变暖, 已成为当今世界面临的重大环境问题[1, 2].农业系统作为人类活动温室气体主要排放源之一[3], 其排放到大气的CH4和N2O贡献了全球排放总量的33%和69%[4 ~ 6].蔬菜因常规种植结构的不合理, 水肥药的大量投入, 导致土壤酸化、生物多样性下降、水气环境质量恶化等一系列生态环境问题[7, 8].目前, 有机蔬菜种植面积逐年增加, 与常规集约化蔬菜种植中化肥、农药投入量大[9]、氮素循环强度高、活性氮损失途径多[10]且损失量大[11]的特点相比, 有机种植提高了土壤有机碳含量, 增强了土壤的固碳能力[12], 减少了化肥和农药生产过程中碳排放, 从而降低了有机蔬菜种植体系下的环境风险和温室效应[13].
我国有机农业用地面积2021年达276万hm2, 位居世界第四, 有机种植农田是我国农田生态系统重要的组成部分, 其温室气体减排对缓解全球气候变暖具有重要的影响.目前, 农田系统温室气体排放的研究主要集中在不同作物、种植方式、水肥管理的排放特征及其影响因素上, 并使用生命周期法等评估了各种措施的温室气体减排效果[14 ~ 17]；而对有机种植体系下温室气体排放的研究主要集中在有机与常规不同种植方式排放差异的比较上[12].有研究已证实, 有机种植不仅提高了土壤肥力、增加了生物多样性、改善了微生物群落组成且有利于土壤养分累积[18, 19], 而且有机种植还减少了温室气体排放, 增强了土壤固碳能力, 降低全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）[13, 20].目前, 关于种植年限对菜地温室气体排放的影响多集中在单一年限下作物轮作、有机替代和设施蔬菜等的研究, 并分析了影响温室气体排放的关键因素[13, 19].赵江红等[21]分析了不同开垦年限下天然草地CH4吸收的影响因素, 得出土壤SOC、TN和SMBN是影响土壤CH4吸收量的主要因子.王学霞[19]分析了种植年限设施菜地温室气体排放的影响, 得出土壤NO3--N、SOC和pH是决定设施菜地温室气体排放的关键.蔬菜种植中温室气体排放越来越受到关注[22, 23], 但涉及到不同有机种植年限菜地温室气体排放及其影响因素的研究还较为缺乏.有机种植改变了土壤pH、有机碳和无机氮含量等理化性质[19, 24], 可直接或者间接影响土壤温室气体的产生, 进而造成不同有机种植年限菜地温室气体排放的差异.因此, 了解有机菜地温室气体排放规律及其影响因素, 对科学评估有机种植体系下菜地土壤固碳减排效应, 提出有效的减排措施意义重大.
松华坝流域位于滇池主要入湖河流盘龙江上游, 是昆明市重要饮用水源地, 为减少农业面源污染, 保护水源地环境, 促进生态环境保护与农业产业协同发展, 当地政府倡导在该区大力发展有机农业, 芸岭鲜生有机蔬菜生产基地在松华坝片区从事有机种植已有十余年, 本文以松花坝芸岭鲜生有机蔬菜种植基地为研究对象, 选取有机种植3 a、6 a、10 a和常规种植的菜地为研究对象, 系统监测不同有机种植年限菜地的温室气体排放, 明确有机种植年限菜地的温室气体排放特征和影响因素, 旨在为评估有机种植体系下菜地的固碳减排效应, 助力农田系统实现“双碳”目标提供一定依据.
1 材料与方法 1.1 研究区概况松华坝芸岭鲜生有机蔬菜种植基地（102˚52´23″E, 25˚13´35″N）位于盘龙区滇源街道, 属国家二级水源保护区, 基地海拔2 000~2 020 m.气候类型为亚热带低纬高原季风气候, 年均降雨1 000 mm左右, 降雨主要集中在6~11月, 占全年降雨量的85%以上, 年均气温14 ℃, 全年无霜期约265 d.土壤类型为红壤, 亚类为山原红壤, 选择的不同有机种植年限地块和常规种植地块片区相邻, 因长期种植方式差异, 导致土壤基本理化性质差异大（表 1）.芸岭鲜生基地有机认证蔬菜种植面积171.8 hm2, 其中, 有机种植3 a、6 a和10 a的种植面积分别为19.4 hm2、72.7 hm2和79.7 hm2.基地以种植叶菜类为主, 全年主要种植上海青、意大利生菜、菜心、杭白、西芹和菠菜等10个叶菜单品, 栽培方式为露天种植和大棚设施种植, 试验地块全部选择露天种植的菜地.种植制度采取十字花科、伞形科、菊科和藜科等进行适当轮作.
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表 1 土壤基本理化性质 Table 1 Basic physiochemical properties of soil |
1.2 试验处理
本试验设4个处理：常规种植、有机种植10 a（2012年有机认证）、6 a（2016年有机认证）和3 a（2019年有机认证）.种植方式为覆膜后小苗移栽, 每年平均种植蔬菜5~6茬.每季蔬菜1次基肥和3次追肥, 基肥为自制的有机肥撒施后翻耕, 每季蔬菜施肥量为18 t·hm-2, 有机肥N、P2O5、K2O和有机质含量分别为2.10%、3.50%、3.40%和48.8%. 蔬菜生长过程中采用沼液喷施方式追肥, 每次用量12 m3·hm-2, ω（N）、ω（P）和ω（K）分别为0.14%、0.04%和0.16%.常规种植与有机种植除了肥料类型不同, 作物类型、施肥量和田间管理措施等基本相同.常规种植单施复合肥1 650 kg·hm-2, N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15, 底肥和追肥比例为6∶2∶2.各试验处理肥料类型和养分投入见表 2, 每个处理设3个重复.从2022年8月30日至2023年8月30日, 开始连续一周年温室气体定位监测, 监测期内主要种植生菜和菠菜.
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表 2 试验处理 Table 2 Experimental treatments |
1.3 温室气体监测与计算
用静态箱法采集气体样品, 装置包括PVC材料制成的箱体（40 cm×40 cm×50 cm）和带凹槽的底座.箱顶装有温度计和带三通阀的采气口, 底座固定在试验小区内.施肥后第1 d、3 d和7 d加密采气体样, 其它时间采样频率为一周一次, 采气时间为09：00~12：00.采集气体时, 给凹槽注水后将箱体下缘置于凹槽内形成密封环境, 盖上采气箱的0、10和20 min, 使用100 mL注射器充分混匀箱内气体后, 抽取30 mL气体注入抽成真空的12 mL顶空瓶中, 采集的气体带回实验室, 用于测定CO2、CH4和N2O.温室气体用安捷伦7890A气相色谱测定, CO2和CH4的检测器为FID, 检测温度300 ℃, 柱温60 ℃, 载气为99.99%的高纯氮气, 流速30 mL·min-1；N2O的检测器为ECD, 检测温度300 ℃, 柱温60 ℃, 载气为99.99%的高纯氩/甲烷气（95%氩气+5%甲烷）, 流速40 mL·min-1.采集气体样时, 同时记录箱内温度、气压和土壤温湿度等指标.
温室气体排放通量（F）为：
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(1) |
式中, F为CO2和CH4排放通量[mg·（m2·h）-1]或N2O排放通量[μg·（m2·h）-1]；ρ为标准状态下CO2、CH4和N2O的密度（kg∙m-3）；V为采样箱体积（m3）；A为采样底座内土壤表面积（m2）；Δc/Δt为采集气体时箱内气体浓度变化速率；T为采集气体时箱内平均温度（℃）.
温室气体累计排放量为：
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(2) |
式中, E为温室气体累计排放量（kg∙hm-2）；n和i为采样次数, t为采样天数（d）.
全球增温潜势（Global warming potential, GWP）反映不同温室气体排放的综合指标, 一般用CO2当量（CO2-eq）表示.计算公式为：
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(3) |
式中, GWP为全球增温潜势（以CO2-eq计, kg·hm-2）；E（CH4）和E（N2O）分别为CH4和N2O的排放总量（kg·hm-2）.
温室气体排放强度（greenhouse gas emission intensity, GHGI）是单位产量的全球增温潜势, 计算公式为：
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(4) |
式中, GHGI为温室气体排放强度（以CO2-eq计, kg·kg-1）；Y为蔬菜产量（kg·hm-2）.
1.4 样品采集与测定每次气体采集时, 分别在每个静态箱周围多点采集耕层土壤样, 充分混匀后四分法取样, 将土样带回实验室, 并立刻放入4℃冰箱中, 用于测定NO3--N、NH4+-N和含水率等, 另一部分置于室内自然风干后过100目筛, 用于测定土壤有机碳（SOC）.蔬菜产量按照5点取样法, 在每个小区相同位置取1个点, 按照对角线原则, 各点选取10株, 进行测产.土壤pH用电位计测定, 土壤含水率用烘干法测定, 土壤NO3--N和NH4+-N用0.01 mol·L-1的CaCl2溶液提取后, 用连续流动分析仪（Auto-analyzer-3, Seal, 德国）测定, 土壤有机碳用碳氮分析仪（Multi N/C 3100, analytikjena, 德国）测定.土壤全氮用浓硫酸消煮-凯氏定氮仪（oss/Kjeltec, FOSS, 丹麦）测定, 土壤全磷用NaOH熔融-紫外分光光度计（T6, Xinrui, Puxi, 中国）测定, 土壤有效磷用NaHCO₃浸提-紫外分光光度计（T6, Xinrui, Puxi, 中国）测定.
1.5 数据统计分析用SPSS 26.0软件中的单因素方差分析, 比较不同处理温室气体排放通量、总量和蔬菜产量的差异, 采用Origin 2021分析环境因子与温室气体排放通量之间的相关性和冗余度分析, 采用Excel 2019作温室气体动态变化图.
2 结果与分析 2.1 不同有机种植年限菜地温室气体排放特征监测期内不同处理菜地CO2排放通量月际变化明显（图 1）, 表现为3月至11月排放通量较高, 变化趋势较大, 11月至次年3月排放通量较低, 变化趋势较小.每季蔬菜至茬口期CO2排放通量存在一定波动, 一般表现为基肥和追肥后, 有机和常规种植菜地CO2排放通量呈逐渐升高趋势, 并保持至较高水平, 收获后至茬口期, CO2排放通量逐渐下降, 直至下一季蔬菜施用基肥前.不同有机种植CO2排放通量表现为：有机种植6 a > 有机种植3 a > 有机种植10 a > 常规种植.有机种植10 a、6 a、3 a和常规种植菜地CO2排放通量变幅分别为22.43~294.75、43.75~496.89、30.19~363.36和11.23~205.62 kg·（hm2·d）-1, 平均排放通量分别为（117.09±61.04）、（129.44±72.47）、（121.76±80.87）和（52.92±40.47）kg·（hm2·d）-1.与常规种植相比, 有机种植10 a、6 a和3 a菜地CO2排放通量分别显著增加了121.28%、144.61%和130.10%（P < 0.05）, 而不同有机种植年限间CO2排放通量无显著差异（P > 0.05）.与有机种植6 a相比, 有机种植10 a和3 a菜地CO2排放通量分别减少了9.54%和5.94%.有机种植10 a比有机种植3 a菜地CO2排放通量减少了3.84%.有机种植导致菜地土壤CO2排放量升高, 这可能与土壤pH、温湿度等理化性质相关, 还可能与土壤中微生物群落组成和丰度及作物生长状况等有关.
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图 1 不同处理菜地CO2排放通量 Fig. 1 CO2 emission flux from vegetable fields under different treatments |
监测期内每一季蔬菜种植期N2O排放通量动态变化基本一致（图 2）, N2O排放通量峰值出现在2022-08-30、2022-10-25、2023-04-22和2023-07-08, 都是在施用基肥、追肥后的2周内, 随后逐渐降低, 其它时间段N2O排放通量变化较平稳.有机种植10 a、6 a、3 a和常规种植菜地N2O排放通量变幅分别为1.05~139.33、1.40~245.09、0.69~64.53和2.04~107.77 g·（hm2·d）-1, N2O排放通量表现为：常规种植[（18.85±19.89）g·（hm2·d）-1] > 有机种植6 a[（17.05±36.61）g·（hm2·d）-1] > 有机种植10 a[（13.94±24.24）g·（hm2·d）-1] > 有机种植3 a[（12.08±14.79）g·（hm2·d）-1], 不同处理间N2O排放通量无显著差异（P > 0.05）.与常规种植相比, 有机种植10 a、6 a和3 a处理的N2O排放通量分别降低了26.08%、9.6%和35.9%；与有机种植6 a相比, 有机种植10 a和3 a处理的N2O排放通量分别降低了18.25%和29.16%；有机种植3 a处理比有机种植10 a处理N2O排放通量减少了15.40%.可见, 有机种植较常规种植降低了菜地N2O排放, 这可能与土壤氮养分含量, 特别是NO3--N和NH4+-N密切相关.
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图 2 不同处理菜地N2O排放通量 Fig. 2 N2O emission flux from vegetable fields under different treatments |
监测期内CH4排放通量变化趋势较平稳, 仅在2023年4~6月排放通量波动幅度较大并出现高峰（图 3）.有机种植10 a、6 a、3 a和常规种植菜地CH4排放通量变幅分别为-0.17~0.24、-0.20~0.12、-0.30~0.06和-0.30~0.58 kg·（hm2·d）-1, 其平均值分别为（0.002±0.05）、（-0.002±0.04）、（-0.01±0.05和（0.03±0.11）kg·（hm2·d）-1, 说明常规种植和有机种植10 a菜地以CH4释放为主, 而有机种植6 a和有机种植3 a菜地以CH4吸收为主.CH4排放通量总体表现为：常规种植 > 有机种植10 a > 有机种植6 a > 有机种植3 a.与常规种植相比, 有机种植10 a、6 a和3 a菜地CH4排放通量显著降低了91.4%、106.6%和141.8%（P < 0.05）, 与有机种植10 a相比, 有机种植6 a和3 a菜地CH4排放通量分别降低了183.8%和597.8%（P > 0.05）, 有机种植3 a比有机种植6 a菜地CH4排放通量降低了493.7%（P > 0.05）.
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图 3 不同处理菜地CH4排放通量 Fig. 3 CH4 emission flux from vegetable fields under different treatments |
有机种植10 a、6 a、3 a和常规种植菜地CO2累计排放量分别为（43 191.82±1 424.73）、（46 561.55±950.38）、（43 601.45±1 129.73）和（30 754.93±858.05）kg·hm-2（图 4）, 有机种植处理排放量显著高于常规种植（P < 0.05）, 不同有机种植年限间无明显差异（P > 0.05）.与常规种植相比, 有机种植10 a、6 a和3 a菜地CO2累计排放量显著增加了40.44%、51.39%和41.77%（P < 0.05）；与有机种植6 a相比, 有机种植10 a和3 a菜地CO2累计排放量分别减少了7.24%和6.36%；有机种植10 a比有机种植3 a菜地CO2累计排放量减少了0.94%.季节变化看, 各处理的旱季CO2累计排放量高于雨季, 有机种植雨旱季CO2排放量均高于常规种植.可见, 有机种植增加了CO2累计排放量.
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1.有机种植10a, 2.有机种植6 a, 3.有机种植3 a, 4.常规种植 图 4 不同处理菜地温室气体累计排放量 Fig. 4 Cumulative greenhouse gas emissions from vegetable fields under different treatments |
常规种植处理的N2O累计排放量高于其它处理（图 4）, 表现为：常规种植[（3.75±0.32）kg·hm-2] > 有机种植6 a [（5.57±0.33）kg·hm-2] > 有机种植3 a [（4.09±0.43）kg·hm-2] > 有机种植10 a [（5.61±0.15）kg·hm-2], 有机种植10 a、6 a和3 a的N2O累计排放量较常规种植显著降低了186.03%、3.55%和151.78%（P < 0.05）.与有机种植6 a相比, 有机种植10 a和3 a的N2O累计排放量分别降低了32.64%和26.59%.有机种植10 a比有机种植3 a的N2O累计排放量分别降低了8.25%.常规种植旱季N2O累计排放量均高于有机种植, 雨季除有机种植6 a外, 其余各处理间N2O累计排放量差异不大.可见, 有机种植降低了N2O累计排放量, 降雨对N2O的排放也有一定影响.
有机种植10 a、6 a、3 a和常规种植菜地CH4累计排放量分别为（1.02±1.18）、（-0.90±0.96）、（-5.51±2.05）和（10.16±5.22）kg·hm-2（图 4）, 有机种植10、6和3 a菜地CH4累计排放量较常规种植分别显著降低了89.93%、108.83%和154.20%（P < 0.01）；有机种植10 a、6 a菜地CH4累计排放量差异不显著（P > 0.05）, 有机种植10 a较有机种植6 a增加了214.09%；有机种植10 a和6 a菜地CH4累计排放量较有机种植3 a分别增加了118.60%和83.71%.常规种植雨旱季菜地CH4累计排放量均高于有机种植, 有机种植10 a和常规种植旱季菜地CH4累计排放量高于雨季, 而有机种植6 a和3 a菜地呈现相反趋势.可见, 有机种植降低了菜地CH4的累计排放量.
2.3 不同有机种植年限菜地温室气体增温潜势和排放强度不同处理蔬菜产量表现为：有机种植6 a > 常规种植 > 有机种植10 a > 有机种植3 a（表 3）, 其中, 有机质种植3 a的蔬菜产量显著低于其它处理（P < 0.05）, 而其它处理间蔬菜产量差异不显著.有机种植的全球增温潜势（GWP）低于常规种植处理, 表现为：常规种植 > 有机种植6 a > 有机种植10 a > 有机种植3 a.有机种植10 a和3 a的全球增温潜势（GWP）较常规种植分别显著降低了40.57%和43.83%（P < 0.05）；有机种植10 a和3 a的全球增温潜势（GWP）较有机种植6 a分别显著降低了30.16%和33.99%（P < 0.05）；有机种植3 a的全球增温潜势（GWP）较有机种植10 a降低了5.48%（P > 0.05）.常规种植的温室气体排放强度（GHGI）均高于有机种植, 与常规种植相比, 有机种植10、6和3 a分别显著降低了61.43%、53.87%和57.98%（P < 0.05）, 而有机种植处理间温室气体排放强度（GHGI）表现为：有机种植6 a > 有机种植3 a > 有机种植10 a.综上, 有机种植菜地虽降低了蔬菜产量, 但却显著降低了全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.
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表 3 蔬菜产量、全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI） Table 3 Vegetable yield, global warming potential (GWP), and greenhouse gas emission intensity (GHGI) |
2.4 不同有机种植年限菜地温室气体排放的影响因素
农田温室气体排放受土壤性质、施肥、灌溉和耕作方式等因素影响[13], 土壤理化性质与温室气体排放的相关性和冗余分析表明（图 5）, 土壤pH、SOC、土壤温度（T）、土壤湿度（RH）、NH4+-N和NO3--N等因素对菜地土壤温室气体排放影响的第一轴和第二轴解释率为98.44%和1.56%.冗余度分析表明, 土壤SOC、T、RH、NH4+-N和NO3--N是决定菜地温室气体排放的关键因子, 其中, CO2排放通量与SOC呈正效应, 与NH4+-N呈负效应, N2O排放通量与NO3--N和T呈正效应, CH4排放量与RH呈正效应, 与NO3--N呈负效应.相关分析表明, CO2排放通量与T、SOC、pH和RH呈显著正相关（P < 0.05）, 与NO3--N和NH4+-N呈显著负相关（P < 0.05）；N2O排放通量与pH呈极显著负相关（P < 0.01）, 与NO3--N和RH呈极显著正相关（P < 0.01）；CH4排放通量与SOC和pH呈显著负相关（P < 0.05）, 与NO3--N显著正相关（P < 0.05）, 因为旱地土壤对CH4表现出弱吸收, CH4排放通量为负值, 导致RDA与相关性分析呈现的结果存在差异.
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红线表示温室气体（CO2、CH4和N2O）排放通量, 黑线表示土壤环境因子, 黑点表示数据点；*表示在0.05水平差异显著, **表示在0.01水平差异极显著；1.NH4+-N, 2.NO3--N, 3.土壤温度（T）, 4.土壤湿度（RH）, 5.SOC, 6.pH, 7.CO2, 8.N2O, 9.CH4 图 5 土壤温室气体排放通量与土壤理化性质的关系 Fig. 5 Relationship between soil greenhouse gas emission flux and soil physicochemical properties |
有机种植显著改变了土壤的理化性质, 影响着菜地温室气体的排放, 本研究中有机种植菜地CO2排放量高于常规种植, 这可能是有机种植改善了土壤微环境和酸碱度, 土壤微生物多样且丰度较高, 微生物呼吸促进了CO2排放, 与徐卓颖等[25]、Bosco等[26]和李燕青等[27]的研究结果相一致, 图 5也表明菜地CO2排放量与SOC、pH呈显著正相关；3~11月菜地CO2排放通量高, 11月至次年3月排放通量低, 主要是11月至次年3月处于冬季, 温度低, 土壤微生物活性不高, 同时植株个体生长缓慢, CO2排放较低, 且处于基本稳定状态；3月后气温升高快, 土壤温度也随之升高, 土壤微生物活动旺盛, CO2排放量逐渐升高, 变化幅度也随之增大[28], 这也是CO2累计排放量旱季高于雨季的重要原因.每季蔬菜CO2排放通量呈现先升高再小幅度下降, 然后再升高后下降的趋势, 这是因为在整个生长季前期, 蔬菜生长发育较快, 加之施用基肥和灌溉, 为微生物提供了所需的营养物质, 加速了土壤微生物和植物根系的呼吸, 释放CO2[29], CO2排放量不断增大, 到后期植株生长稳定, 个体发育变化较小, CO2排放量也随之减小, 蔬菜生长中期CO2排放量升高是因为中途灌溉和追施沼液所致.不同有机种植年限菜地CO2排放量无明显差异, 且显著高于常规种植, 主要是因为：①常规种植长期化学氮肥施用, 土壤微生物多样性下降, 减弱了微生物的呼吸作用, 减少CO2排放[30, 31], 而有机肥大量施用提高了微生物活性[32, 33], 促进了有机菜地CO2的排放量；②常规种植长期施用化肥, 特别是化肥氮, 降低土壤pH, 导致土壤酸化, 土壤酸化抑制作物的生长, 减少蔬菜对氮素的吸收, 导致氮肥利用率降低, 改变了土壤C/N比值[34], 降低了土壤孔隙度, 抑制了微生物数量和活性, 在微生物和作物受到抑制情况下, 降低了土壤呼吸, 导致CO2排放减少[35]；③有机种植增加了土壤有机碳含量, 促进了土壤呼吸, 也会增加CO2排放通量[36].研究表明, 设施菜地CO2排放量表现为随种植年限的增加而逐渐增加[19], CO2排放量与SOC呈显著正相关[36].本研究中有机种植6 a的菜地CO2排放通量高于有机种植10 a和3 a, 可能与土壤有机碳有关, 不同有机种植年限SOC表现为：有机种植6 a > 有机种植3 a > 有机种植10 a, SOC的差异改变了CO2的累计排放量.虽然有机种植增加了CO2排放量, 但土壤微生物以及根系呼吸产生的CO2主要源于作物地上部光合作用捕获的大气CO2以及人为施入的有机肥, 这些有机肥如果不施入农田也会矿化释放CO2, 因此, 作物呼吸及施用有机肥导致的土壤呼吸作用增强而产生的CO2不会增加大气CO2浓度.土壤中原有有机质矿化导致的CO2释放是影响大气CO2浓度升高的隐患, 而施入有机肥是提高农田土壤有机质, 促进土壤固碳的有效措施[37].
旱地农田是N2O的重要排放源[27], 农田N2O的产生与排放主要源于氮的硝化和反硝化作用.施肥作为最主要的农田耕作措施, 是影响N2O排放的重要因素[13], 氮肥施用会增加土壤TN和NO3--N的累积[38], 氮素大量累积为微生物提供丰富的氮源, 增加了氨氧化细菌和反硝化细菌的活性, 从而增强硝化和反硝化作用, 促进N2O的产生和排放[12].基肥阶段, 蔬菜幼苗对氮需求量低, 基肥中的氮为与氮循环相关功能微生物提供了充足的养分, 导致该阶段土壤N2O排放通量较高, 出现排放峰值[39, 40].研究表明, 除氮输入外, 土壤NH4+-N浓度、pH、T、SOC和RH等对N2O排放也有影响.本研究中, 土壤N2O排放量与pH呈极显著负相关, 与NO3--N和RH呈极显著正相关（图 5）, 且常规种植高于有机种植, 这与李燕青等[27]、Han等[41]和Biernat等[42]的研究结果相似.陈秋会等[13]的结果也指出有机种植方式有利于土壤N2O的减排, Zhang等[43]的研究也说明等氮量有机肥替代化肥措施可有效降低旱地N2O的排放.除了外源氮输入外, 一方面, 有机种植还可能与有机肥较低的速效氮含量使得N2O排放量较少有关[44]；另一方面, 有机肥增加了外源碳, 有机碳可固定土壤中的速效氮, 并促进N2O转化为N2的反硝化过程, 减少了N2O的排放[45].Wang等[46]的研究也表明, 土壤pH是解释N2O排放区域差异的主要因素, 随着土壤pH降低, N2O排放因子显著增加[47].土壤N2O是硝化和反硝化的产物, 土壤通气状况、反应底物浓度等也是影响农田N2O排放的主要因素[48].本研究发现, N2O排放通量大小为：有机种植6 a > 有机种植10 a > 有机种植3 a, 究其原因可能是, 长期有机种植导致菜地土壤氮的累积[49], 氮素大量累积为微生物提供丰富的氮源, 增加了氨氧化细菌和反硝化细菌的活性, 从而增强硝化和反硝化作用.此外, 菜地土壤频繁的耕作和灌溉也有利于土壤硝化作用的发生, 促进N2O排放.土壤TN和NO3--N含量大小为：有机种植6 a > 有机种植10 a > 有机种植3 a（表 1）, 一定程度上解释有机种植6 a的N2O排放通量高于有机种植10 a和3 a的原因.
CH4产生于严格的厌氧环境[50], 旱地土壤中好氧农田土壤环境有利于甲烷氧化菌生长, 会氧化吸收地面大气中的CH4, 表现为大气CH4的汇[51], 本研究中, 常规种植和有机种植10 a菜地CH4排放, 表现为“源”, 而有机种植6 a和3 a菜地CH4排放, 表现为“汇”, 可能受土壤水分状况和土壤NH4+-N的影响.本研究中, CH4排放通量表现为：常规种植 > 有机种植10 a > 有机种植6 a > 有机种植3 a, CH4排放通量总体表现为常规种植显著高于有机种植, 并且随有机种植年限增加CH4排放通量也随之增加, 可能是因为大量氮肥施入, 促进有机氮矿化生成NH4+-N和NO3--N, 而NH4+-N的存在会促进土壤CH4的释放[52].图 5也表明, 菜地CH4产生与NH4+-N和NO3--N呈正相关[53].常规种植的土壤NH4+-N含量显著高于有机种植, 导致常规种植的CH4排放量显著高于有机种植.有机种植年限一定程度上增加了菜地CH4的排放通量, 可能是土壤有机物增加, 增加了甲烷细菌的反应底物, 促进CH4排放[54].
由于N2O、CO2和CH4的增温潜势不同, 为定量分析不同温室气体对全球变暖的影响, 本研究采用IPCC确定的因素来评价100 a尺度上不同处理的GWP.本研究中, 常规种植的GWP显著高于有机种植, 这与Oliquino-Abasolo等[55]研究的结果类似, 可能是常规种植产生的N2O对GWP的贡献率高于有机种植, 而且有机种植CH4总体表现为“汇”, 常规种植表现为“源”, 所以常规种植提高了温室气体的增温潜势.不同有机种植处理间, GWP大小表现为：有机种植6 a > 有机种植10 a > 有机种植3 a, 这是因为虽然有机种植10 a菜地增加了CH4的排放通量, 但明显降低了N2O的排放通量, 而有机种植3 a菜地降低了CH4的排放通量, 可见, 不同有机种植处理对温室气体的减排效果存在差异.有机种植处理显著降低了菜地GHGI, 这可能是常规种植处理的GWP高于有机种植, 在蔬菜产量没有显著差异的前提下, 常规种植菜地温室气体排放强度高于有机种植.
4 结论（1）种植方式对菜地温室气体排放量有显著影响, 常规种植较有机种植显著增加了菜地CH4、N2O排放通量和累计排放量, 减少了CO2排放通量和累计排放量.有机种植年限对菜地CO2、N2O、CH4排放通量和累计排放量的影响各异, 有机种植6 a菜地CO2和N2O排放通量和累计排放量高于其它有机种植年限, CH4排放通量和累计排放量呈现出随种植年限的增加而增加的趋势.
（2）常规种植菜地GWP和GHGI显著高于有机种植, 有机种植6a菜地GWP和GHGI高于其余有机种植处理.土壤SOC、T、RH、NH4+-N和NO3--N是决定菜地温室气体排放的关键影响因素.
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