农田是重要的温室气体排放源^[1]，农田管理措施是影响土壤温室气体源汇强度的关键环境因子^[2]. 据估计，人类活动造成的温室气体排放中，1/3来自于不合理的农田管理措施和土壤利用(如深流灌溉，过量施用氮肥)^{[3, 4, 5, 6]}. 关于农田管理措施对温室气体排放的影响，国内已有的研究多集中在耕作方式^{[7, 8]}、 施肥和秸秆还田等方面^{[9, 10, 11, 12]}，对灌溉措施的影响效应研究还少见. 尽管漫灌仍然是华北平原主要的灌溉方式，但最近几年因水资源日益匮乏，为维持粮食水平的高产，节水灌溉技术(如微喷灌溉和滴灌)正在迅速发展，节水灌溉方式下的农田面积也逐渐增加^[13]. 目前关于节水灌溉条件下农田温室气体的研究，国内主要是节水灌溉方式下的稻田^[14]和干旱区滴灌或覆膜滴灌方式下的棉田研究^{[15, 16]}，对滴灌措施下冬小麦的研究^[17]也刚起步. 国外多针对滴灌瓜果田，结合施肥及作物覆盖等进行研究^{[18, 19, 20, 21]}. 华北平原是我国粮食的主产区，未来粮食产量的进一步提高需要灌溉和施肥的高效性，而灌溉和施肥等措施的改变势必会带来温室气体排放强度和影响机制等方面的变化^[22]. 目前对华北平原冬小麦田的研究报道还很鲜见，凸显开展相关研究的重要性和必要性.

微喷水肥一体化(微喷)是目前华北平原大力推广的一种农田节水灌溉措施，根据作物生长发育不同时期的水肥要求，把可溶性喷滴灌专用肥倒入施肥装置进行溶解，通过压力使肥料随微喷水一起施入田间. 受小麦茎秆高度和微喷管喷水口等影响，微喷灌溉常常会导致水分分布不均，距离微喷带较远的小麦行间土壤水分相对亏缺^{[23, 24]}. 由于土壤水分、 温度和肥料是影响温室气体排放的重要因素，在节水灌溉条件下进入土壤的水分和肥料的不均匀性必然会带来温室气体排放在空间上的异质性. 加强土壤温室气体的空间变化特征的研究对于准确估算农田温室气体年排放总量，尤其是修订通常将单点温室气体通量观测结果外推至生态系统的结论，科学意义更加显著^{[25, 26]}. 本研究以河北省微喷水肥一体化和漫灌条件下的小麦田为例，探讨比较了不同灌溉方式下冬小麦田土壤温室气体排放的时间变化规律及微喷方式下距离微喷管不同距离的空间分布特征，并结合小麦田生物量进行了农田碳平衡计算，以期为节水灌溉条件下农田温室气体排放贡献变化的准确评价奠定试验基础.

试验地点设在国家半干旱农业工程技术研究中心的小麦水肥一体化研究基地(38°04′23.0″N，114°21′12.1″E)，海拔为104 m. 该基地位于河北省鹿泉市，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年平均温度为13.9℃，1月平均温度为-1.7℃，7月平均气温为27.2℃，年平均降水量为542.2 mm(1991-2005年)，种植制度为一年两熟的夏玉米冬小麦. 2013-2014年冬小麦生育期内月平均温度和月平均降雨量见表 1. 试验地0-20 cm层土壤容重为1.39 g ·cm^-3，土壤基本理化性质见表 2.

表 1(Table 1)

表 1 2013-2014年冬小麦生育期月平均温度和降雨量 Table 1 Monthly mean temperature and mean precipitation during the growth period of winter wheat in 2013-2014 年份 2013 2014 月份 10 11 12 1 2 3 4 5 6 降雨量/mm 7.9 3.5 0 0 7.0 0.9 24.9 28.7 38.7 平均气温/℃ 14.7 8.1 1.7 0.4 0.5 11.3 16.8 23.9 26.2

表 1 2013-2014年冬小麦生育期月平均温度和降雨量 Table 1 Monthly mean temperature and mean precipitation during the growth period of winter wheat in 2013-2014

表 2(Table 2)

表 2 试验地土壤基本理化特征 Table 2 Soil physical and chemical properties in the tested field 土层/cm pH 电导率/μS ·cm-1 有机碳/g ·kg-1 速效钾/mg ·kg-1 速效磷/mg ·kg-1 硝态氮/mg ·kg-1 铵态氮/mg ·kg-1 0-10 7.34 165.72 16.2 130.87 32.03 16.32 2.43 10-20 7.85 123.54 12.5 71.85 15.70 10.33 1.06

表 2 试验地土壤基本理化特征 Table 2 Soil physical and chemical properties in the tested field

试验于2013-10-15至2014-06-09在小麦水肥一体化研究基地进行，在大田中设置微喷水肥一体化(MSI)与漫灌(FI)两种灌溉方式，试验区面积均为30 m×50 m. 微喷带上有5个孔一组呈单列斜布置的喷水口，组间距为30 cm，喷出的水滴受小麦茎秆高度及微喷装置本身的影响落到土壤表面的水分分布不均匀，因此基于垂直距离微喷管的距离(设微喷管间距为L，一般为1.8-2.2 m)，设置1/12L、 1/4L及5/12L 3个空间位置处理，1/12L、 1/4L及5/12L均为垂直距离微喷管的间距(图 1)； 漫灌条件下，设置1个处理. 为进行根系呼吸和碳汇估算，在微喷和漫灌方式下均设置裸地处理，小麦出苗后拔除幼苗，设置多个45 cm×45 cm的小区域，裸地中不存在作物根系，但对裸地进行相应的灌溉与施肥. 每个处理3个重复.

图 1

Fig. 1

图 1 微喷灌溉区气体采样位置示意 Fig. 1 Schematic diagram of gas sampling locations under MSI irrigation

本试验冬小麦于2013-10-08播种，2014-06-10收割. 试验地前茬作物为玉米，玉米地的灌溉方式与小麦一致. 小麦品种为鲁502，种植密度为22.5 g ·m^-2，行距为15 cm. 玉米收割时实施秸秆还田，农田进行翻耕. 小麦生长期间共灌溉3次，日期分别为2014-03-27、 2014-04-20和2014-05-23，分别在前两次灌溉时施肥225 kg ·hm^-2和75 kg ·hm^-2. 微喷和漫灌每次灌溉水量分别为450 m³ ·hm^-2和900 m³ ·hm^-2，整个生长季灌溉总量分别为微喷1 350 m³ ·hm^-2，漫灌2 700 m³ ·hm^-2. 微喷和漫灌所用肥料均为可溶性喷滴灌专用肥，含氮、 磷、 钾(33 ∶6 ∶11)和微量元素. 微喷方式下，肥料溶解于灌溉水中，随水进入土壤.

CO₂和N₂ O排放通量测定采用静态暗箱法. 在微喷小麦田中，分别于垂直距离微喷带1/12L处，1/4L处及5/12L处(图 1)与裸地采集气体，共4个处理. 在漫灌小麦田中，于包含作物根系(随机选择位置)及裸地进行气体采集，共2个处理. 每个处理均设置3个重复. 试验共18个采样点(6个处理×3个重复)，微喷方式下农田12个采样点同时进行气体样品采集，漫灌方式下6个采样点同时进行样品采集，两种灌溉方式下采样时间相差约30 min. 每次测定时间均选择在同天上午的09:00-11:00之间^[25]. 整个生育期内每10 d测定一次，如遇下雨天气则适当调整，越冬期每月采集一次. 因为作物生长及气体采集完毕后原位采集土壤的原因，测定期间采样点位置不是固定在原地，移动距离为1.5-2 m.

采样箱利用8 mm厚黑色不透明有机玻璃制成，目的在于避免观测过程中光合作用消耗CO₂以及扣箱后短期内箱内温度上升过快等影响，箱体底面积为30 cm×30 cm，高度为40 cm； 底座内径为28 cm×28 cm，外径为31 cm×31 cm，槽宽和高均为3 cm. 选择采样点后，各处理采样点均需齐地面剪去地面植物，并小心去除地面凋落物. 将不锈钢底框埋入地下3-5 cm并将外侧夯实，在底框槽内放置一定量的水，使得采样箱放置后，可以利用水密封箱体. 采气时将采样箱放置于底框内(箱内顶部装有空气搅拌小风扇，温度计及采气三通阀)，将采样各部件连接好，调节三通气阀，利用医用针管抽取箱内气体存入采气袋中. 气体采集持续时间为30 min，每间隔10 min采集一次，取样时间分别为盖箱后0、 10、 20及30 min，并同时记录取气时的采样箱箱内温度，观测前后的大气温度(T-air)、 气压以及地表温度(T-0 cm)、 5 cm(T-5 cm)及10 cm地温(T-10 cm). 地温采用TH-212便携式温度测量仪进行测定.

气体采集后，带回实验室进行分析. 其中，CO₂浓度利用LI-COR6252型CO₂红外线分析仪(LICOR Inc.,Lincoln,NE,USA)直接测定，N₂ O浓度在实验室内利用惠普5890Ⅱ型气相色谱仪(Hewlett-Packard 7890,Germany)进行分析. N₂ O与CO₂气体通量的计算公式均为^[27]：

气体采集完成后，用土钻采集底框中的土壤样品，分0-10 cm及10-20 cm分别采集. 在每个采样框内按对角线法采集3钻土壤，相同层次土壤样品混合. 主要测定项目包括土壤水分(SW)、 土壤有机碳(TOC)、 土壤微生物量碳(MBC)、 土壤水溶性碳(DOC)、 NH₄⁺-N与NO₃^--N. 其中，土壤含水量利用烘干法测定，NH₄⁺-N、 NO₃^--N含量为新鲜土样经2 mol ·L^-1 CaCl₂浸提后利用连续式流动分析仪测定(Braun and Lübbe,Norderstedt,Germany)； 土壤有机碳采用TOC分析仪法测定(vario TOC Cube,Elementar,Germany)，DOC含量采用超纯水浸提-TOC分析仪法测定，MBC含量采用氯仿熏蒸-K₂SO₄浸提-TOC分析仪法测定.

自2014-03-24小麦返青期后，每10 d在微喷和漫灌试验区分别选择有代表性的3个30 cm×30 cm样方，测定小麦植株的地上和地下生物量，分部位清洗烘干至恒重，计算单位面积生物量. 利用TOC分析仪法测定小麦不同器官的有机碳含量，结合不同器官的单位面积生物量，计算某一时段内的小麦植株单位面积上的有机碳含量，相邻两次采样间的差值为该时段内农田的NPP. 采用净生态系统生产力(NEP)来表示生态系统碳平衡^[28]. 整个小麦生长季NEP则为多个时段NEP的总和. 计算公式为：

采用根系排除法^[29]，将小麦田中面积较小的多个无根裸地的土壤呼吸作为土壤异养呼吸. 通过计算农田有根土壤呼吸和无根裸地土壤呼吸的差值估算根际呼吸.

将微喷区不同处理气体排放通量的平均值作为微喷田的日均通量值. 以观测值作为日均值，采用线性内插法，通过Matlab 7计算生长季累积排放量. 利用SPSS 17软件中的One-way ANOVA比较不同处理间气体通量的差异显著性，Pearson相关系数进行气体排放通量与影响因素间的相关性分析等. 文中图表均采用Origin 8.5和Excel 2007绘制.

不同灌溉方式下土壤CO₂通量在拔节期前具有相似的变化趋势，即先下降至越冬期结束，然后开始上升，见图 2(a). 3月下旬小麦进入起身返青期后，随着土壤温度的逐渐回升，土壤CO₂排放通量逐渐升高. 在小麦返青后，微喷方式下土壤CO₂通量出现明显的峰值，达795.95 mg ·(m² ·h)^-1，而漫灌方式下土壤CO₂通量变化则较为稳定. 5月初，受土壤温度下降与土壤水分含量的降低的影响，微喷与漫灌方式中土壤CO₂通量均出现小幅度降低，之后随着温度的升高，灌浆期土壤CO₂通量有所升高. 小麦灌浆后，地上部分生长达到高峰，营养向地下部分转移量减少，根系生长缓慢，故土壤呼吸开始下降.

图 2

Fig. 2

垂直线表示标准误差，下同 图 2 微喷与漫灌条件下冬小麦田土壤CO2排放通量与N2 O排放通量季节变化 Fig. 2 Seasonal variations of soil CO2 and N2 O emissions under MSI and FI in winter wheat fields

微喷与漫灌方式下，整个冬小麦生长季CO₂排放通量分别介于113.28-795.95 mg ·(m² ·h)^-1之间以及98.29-579.36 mg ·(m² ·h)^-1之间. 土壤CO₂排放通量在小麦越冬期处于低谷，微喷和漫灌方式下最低值分别达113.28 mg ·(m² ·h)^-1和98.29 mg ·(m² ·h)^-1. 微喷与漫灌方式下整个小麦生长季土壤CO₂排放通量均值分别为418.19 mg ·(m² ·h)^-1和372.14 mg ·(m² ·h)^-1，表现为微喷>漫灌，两种灌溉方式间CO₂排放通量无显著差异，累积排放量分别为2 150.6 g ·m^-2及1 904.6 g ·m^-2，微喷方式下CO₂累积排放量比漫灌高12.9%.

与漫灌方式下土壤N₂ O通量相比，除微喷方式下土壤N₂ O通量在返青后峰值延后外，两种灌溉方式土壤N₂ O通量排放规律基本一致，峰谷变化明显，见图 2(b). 越冬前N₂ O通量呈持续降低趋势，越冬期地温较低，雨雪少见，土壤水分含量低，土壤微生物代谢缓慢，土壤N₂ O排放通量持续维持在一个较低水平，两种灌溉方式间土壤N₂ O排放通量差异不明显. 小麦返青后，温度回升，经过灌溉和施肥以及受土壤冻融作用的影响，土壤N₂ O通量明显升高，并在4月小麦抽穗时出现生长季内最大的排放峰值. 其中，漫灌方式下峰值出现早于微喷，微喷及漫灌方式下土壤N₂ O峰值分别为231.04 μg ·(m² ·h)^-1和171.03 μg ·(m² ·h)^-1. 后土壤N₂ O排放通量迅速下降，后期变化较为平缓.

微喷及漫灌方式下冬小麦生长季土壤N₂ O排放通量分别介于7.73-231.04 μg ·(m² ·h)^-1之间和4.19-165.66 μg ·(m² ·h)^-1之间，表现为N₂ O的排放源. 微喷与漫灌方式下小麦生长季土壤N₂ O排放通量的平均值分别为50.77 μg ·(m² ·h)^-1和28.81 μg ·(m² ·h)^-1，微喷方式下小麦生长季土壤N₂ O排放通量高于漫灌，两种灌溉方式间土壤N₂ O排放通量无显著差异，累积排放量分别为272.67 mg ·m^-2和154.08 mg ·m^-2，微喷方式下土壤N₂ O累积排放量比漫灌高77.0%.

由于玉米收获后进行土壤翻耕需收起微喷管，而小麦起身前均无灌溉，故小麦起身前未铺设微喷管. 小麦返青期开始铺设微喷管带并进行灌溉，返青期-成熟期微喷小麦田生育期内距离微喷管不同距离的3个位置土壤CO₂排放通量变化趋势相似，见图 3(a). 不同空间位置土壤呼吸均在2014-04-24出现第一个峰值，1/12L、 1/4L 及5/12L 处理的峰值分别为774.46、 817.5与795.85 mg ·(m² ·h)^-1，该阶段CO₂排放通量平均值分别为587.50、 579.30和591.87 mg ·(m² ·h)^-1，不同空间位置CO₂通量无明显差异. 1/12L、 1/4L及5/12L处理在该段生长期土壤CO₂累积排放量分别为966.07、 955.04与963.93 g ·m^-2，表现为1/12L>5/12L>1/4L，即距离微喷管近的土壤CO₂累积排放量最大，但不同处理间无显著性差异.

图 3

Fig. 3

图 3 返青期-成熟期冬小麦田土壤CO2排放通量与N2 O排放通量空间变化特征 Fig. 3 Spatial variation of soil CO2 and N2 O emissions from returning green stage to harvest stage of winter wheat

在微喷条件下小麦返青期-成熟期，1/12L及5/12L处理土壤N₂ O排放通量均表现为先升高后降低的趋势，在抽穗时达到峰值，而1/4L处理在整个生长季则呈现逐渐下降的变化趋势，见图 3(b). 返青期-开花授粉期，土壤N₂ O通量表现为1/12L>5/12L，距离微喷管近的土壤N₂ O通量大于距离微喷管远的土壤N₂ O通量. 而1/4L处土壤N₂ O先是高于其他处理，而灌溉后则低于其他处理. 授粉后至小麦成熟阶段3个位置土壤N₂ O通量始终保持较低的水平. 小麦返青期-成熟期1/12L、 1/4L及5/12L处理土壤N₂ O排放通量平均值分别为92.71、 81.51和70.35 μg ·(m² ·h)^-1，各处理间无显著性差异，累计排放量分别为178.59、 139.92与128.16 mg ·m^-2，均表现为1/12L>1/4L>5/12L，即距离微喷管越远，N₂ O累积排放量越小.

除2014-03-24和2015-05-15外，微喷方式下冬小麦生物量均大于漫灌，根据生物量计算不同时段的NPP、 裸地土壤CO₂累积排放量和NEP(表 3). 在小麦返青期之前(2014-03-24之前)及孕穗-开花期(2014-04-24-2014-05-05)，小麦田生态系统是弱的碳源，其他时期均为碳汇. 微喷和漫灌方式下，小麦生长季土壤异养呼吸通量平均值分别为339.11 mg ·(m² ·h)^-1和313.26 mg ·(m² ·h)^-1，累积排放量(以C计)分别为468.49 g ·m^-2和427.31 g ·m^-2，而作物固碳量(以C计)为1 988.21 g ·m^-2和1 770.54 g ·m^-2，生长生育期小麦田碳汇(以C计)分别为1 519.72 g ·m^-2和1 343.24 g ·m^-2. 利用小麦田土壤呼吸与相应裸地土壤呼吸值的差值，得微喷和漫灌灌溉方式下小麦生长季土壤根系呼吸分别为79.08 mg ·(m² ·h)^-1和58.88 mg ·(m² ·h)^-1，分别占总土壤呼吸的18.91%和15.82%.

表 3(Table 3)

表 3 不同灌溉对小麦生长季生物量、 NPP及 NEP的影响 (以C计)/g ·m-2 Table 3 Effects of irrigation on biomass，NPP and NEP during wheat growing season/g ·m-2 日期 生物量 NPP 土壤异氧呼吸排放量 NEP 微喷 漫灌 微喷 漫灌 微喷 漫灌 微喷 漫灌 2014-03-24 130.16 139.06 130.16 139.06 230.67 160.21 -100.51 -21.15 2014-04-04 194.50 178.65 64.34 39.59 25.30 26.08 39.04 13.50 2014-04-24 693.31 619.78 498.81 441.13 74.33 86.78 424.47 354.34 2014-05-05 567.68 496.24 -125.62 -123.54 42.76 48.03 -168.39 -171.57 2014-05-15 979.89 1 089.97 412.21 593.74 28.01 32.70 384.20 561.04 2014-05-29 1 581.92 1 463.63 602.02 373.66 39.14 40.01 562.89 333.65 2014-06-09 1 988.21 1 770.54 406.29 306.91 28.28 33.49 378.01 273.42

表 3 不同灌溉对小麦生长季生物量、 NPP及 NEP的影响 (以C计)/g ·m-2 Table 3 Effects of irrigation on biomass，NPP and NEP during wheat growing season/g ·m-2

不同灌溉方式下大气温度和土壤温度先下降至越冬期达到最小值，后逐渐升高，均在成熟期达到最大值，均表现为微喷>漫灌，且T-air>T-0 cm>T-5 cm>T-10 cm，见图 4. 在小麦返青期前，土壤水分含量总体呈下降趋势，返青期后土壤水分含量上升，抽穗期后下降. 微喷和漫灌方式下，土壤0-10 cm层土壤水分含量分别为15.58%和14.62%，土壤10-20 cm层土壤水分含量分别为15.51%和15.08%，均表现为微喷>漫灌，微喷及漫灌方式间均无显著差异.

图 4

Fig. 4

图 4 大气温度与土壤温度和土壤水分的季节变化 Fig. 4 Seasonal variation of air temperature,soil temperature and soil water content

在小麦的不同生长阶段，温度与土壤水分对CO₂及N₂ O排放通量的影响存在一定的差异，结果见表 4. 越冬前，微喷及漫灌方式下土壤CO₂排放通量与土壤水分、 温度均呈明显正相关，且漫灌方式下土壤CO₂排放通量与土壤水分及不同温度指标的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平. 而在越冬期，微喷与漫灌方式下土壤CO₂排放通量则与土壤水分均呈负相关关系，与温度呈显著(P<0.05)或极显著正相关(P<0.01). 在返青期-成熟期，微喷方式下土壤CO₂排放通量与土壤水分极显著正相关(P<0.01)，漫灌方式下土壤CO₂排放通量与土壤水分相关性不大，两种灌溉下土壤CO₂排放通量与土壤温度相关均不显著.

表 4(Table 4)

表 4 微喷与漫灌条件下土壤水分、 温度与 CO2及N2 O排放通量的相关性1) Table 4 Correlations between soil CO2 and N2 O emissions and soil water content,temperature under MSI and FI 项目 水热指标 越冬前 越冬期 返青期-成熟期 CO2 N2 O CO2 N2 O CO2 N2 O SW0-10 cm 0.695 0.821* -0.544 -0.792 0.534** 0.784** SW10-20 cm 0.751 0.816* -0.492 -0.791 0.451** 0.756** 微喷 T-air 0.802 0.760 0.860* 0.945* -0.312* -0.551** T-0 cm 0.825* 0.791 0.889* 0.951* -0.182 -0.398** T-5 cm 0.786 0.774 0.889* 0.960** -0.142 -0.421** T-10 cm 0.779 0.788 0.900* 0.963** -0.158 -0.422** SW0-10 cm 0.962** 0.904** -0.884* -0.785 0.144 0.632** SW10-20 cm 0.844* 0.815* -0.282 -0.121 0.115 0.592** 漫灌 T-air 0.860* 0.599 0.968** 0.923** -0.124 -0.462 T-0 cm 0.889* 0.726 0.998** 0.977** -0.060 -0.413 T-5 cm 0.889* 0.698 0.997** 0.959* -0.084 -0.518* T-10 cm 0.900* 0.731 0.973** 0.928* -0.063 -0.510* 1)*表示在0.05显著性水平下显著相关，**表示在0.01显著性水平下显著相关

表 4 微喷与漫灌条件下土壤水分、 温度与 CO2及N2 O排放通量的相关性1) Table 4 Correlations between soil CO2 and N2 O emissions and soil water content,temperature under MSI and FI

越冬前，微喷与漫灌方式下土壤N₂ O排放通量与土壤水分均呈显著正相关(P<0.05)，与温度呈现明显正相关. 在越冬期，N₂ O排放通量与水分呈明显的负相关关系，而与温度呈显著(P<0.05)或极显著正相关(P<0.01). 在返青-成熟期，微喷及漫灌条件下土壤N₂ O排放通量与土壤水分均呈极显 著正相关(P<0.01)，而微喷条件下土壤N₂ O排放通量与大气温度及土壤温度均呈极显著负相关(P<0.01)，漫灌条件下土壤N₂ O排放通量仅与5 cm、 10 cm低温显著负相关(P<0.01). 从整个生长季来看，两种灌溉方式土壤N₂ O通量均与土壤水分呈显著或极显著正相关.

两种灌溉方式下，小麦田土壤CO₂排放通量及N₂ O排放通量均表现出类似的季节变化特征，微喷方式下土壤CO₂排放通量均值比漫灌高12.37%，N₂ O排放通量均值比漫灌高76.22%，与传统漫灌方式相比，微喷节水灌溉方式的应用在一定程度上增加了土壤主要温室气体排放通量. 而在越冬前的观测中，微喷方式下土壤CO₂和N₂ O排放通量均高于漫灌，这种差异不是由灌溉方式造成的，可能是翻耕及玉米植株粉碎物进入土壤增加碳投入带来土壤底物的差异，从而增加了灌溉方式间土壤温室气体排放的差异.

关于微喷节水灌溉的研究结果还尚鲜见，本研究与滴灌节水灌溉的研究结果相一致. 牛海生等^[17]的研究结果认为滴灌比漫灌更有利于冬小麦农田的土壤呼吸，滴灌麦田的土壤碳排放总量显著高于漫灌麦田土壤碳排放量的11.43%. 微喷和漫灌灌溉方式下，小麦生长季土壤根系呼吸分别为79.08 mg ·(m² ·h)^-1和58.88 mg ·(m² ·h)^-1，分别占总土壤呼吸的18.91%和15.82%，且表现为微喷>漫灌，可能与微喷降低了由于灌溉而造成的土壤密实，使土壤保持相对疏松，提高了根系活力有关^[30]. 张前兵等^{[16, 31]}对新疆棉田土壤呼吸的研究中也认为，主要是由于滴灌和漫灌两种灌溉方式下灌溉频率和灌溉量不同，造成土壤含水量和灌溉强度均有所差异，滴灌条件下土壤结构破坏程度小，土壤微生物和根系活动增强，而漫灌条件下土壤O₂的扩散受到限制，故滴灌明显大于漫灌. 本研究中微喷和漫灌方式下，土壤CO₂排放通量均与大气温度及土壤温度极显著正相关(P<0.01)，地温升高提高了微生物活性，加速土壤中有机质的分解，增强了作物根系和土壤呼吸^[32]，与微喷方式下土壤温度高于漫灌，土壤微生物量碳含量高于漫灌，及根系呼吸高于漫灌相一致.

微喷和漫灌方式下土壤N₂ O排放通量均与土壤水分含量显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关，土壤水分不仅影响微生物活性，也影响N₂ O在土壤中的运输及向大气的扩散^[33]. 微喷方式下土壤水分含量和温度均高于漫灌，且微喷增加了土壤微生物量碳含量，促进土壤微生物作用下的硝化和反硝化反应，带来土壤N₂ O排放通量的增加^[33]. 微喷和漫灌方式下土壤N₂ O排放量受排放峰值的影响较大，造成了估算N₂ O季节总量上的差异，因此在N₂ O排放高峰期，在微喷处理中实施其它减少N₂ O排放通量措施的研究有助于减缓小麦生长季微喷田土壤N₂ O排放. 本研究结果与滴灌节水灌溉的研究结果不一致. Kallenbach等^[18]研究认为地下滴灌比沟灌减少了50%的N₂ O排放量. Sánchez-Martín等^[20]也认为，与沟灌相比，滴灌减少了甜瓜田土壤N₂ O的排放. 其原因可能是，与沟灌相比，滴灌模式下水分分布促进了硝化反应^[21]. 而本研究与目前国内对于节水灌溉条件下稻田土壤N₂ O排放的研究结果较为一致，可能是由于微喷灌水量小，减小了对土壤的冲刷和对土体结构的明显破坏，降低了由于灌溉而造成的土壤密实，使土壤保持相对疏松，通气性好. 对稻田土壤的研究结果表明，与长期淹灌相比，湿润灌溉^[34]、 间歇灌溉^[35]、 连续间歇灌溉^[36]及控制灌溉^{[13, 37]}均增加了N₂ O的排放量，主要是节水灌溉方式下稻田长期保持无水层状态，改善了土壤的通气性，增加了土壤中氧气含量，促进了N₂ O的形成与产生. 朱士江^[38]研究了水稻全生育期淹灌、 间歇灌溉、 湿润灌溉及控制灌溉这4种灌溉模式下N₂ O的排放量，结果也表明，土壤N₂ O的平均排放量、 累积排放量及综合温室效应均表现为控制灌溉>间歇灌溉>湿润灌溉>淹灌. 由此可以看出，不同节水灌溉方式对土壤温室气体的排放通量影响也存在较大差异，今后应进一步加强不同灌溉条件下温室气体排放通量及其影响机制的深入比较研究.

李志国等^[15]对滴灌棉花田进行土壤呼吸测定时，将静态箱放置在滴灌管一侧，同时覆盖干区和湿区的一半，能更好地估算整块棉田的土壤呼吸排放量. 微喷条件下，受作物植株的遮挡与阻碍及微喷本身设置的影响，进入土壤的水分及肥料在距离微喷管不同距离的空间位置的分布差异性，导致土壤温室气体在空间上的异质性. 小麦田土壤CO₂累积通量表现为1/12L>5/12L>1/4L，距离微喷管最近的土壤CO₂排放量最大，不同测定位置土壤的CO₂排放通量与土壤水分含量相关性较大(R为0.572-0.876)，但未达显著水平，与土壤温度相关性不大. 有研究认为该阶段内小麦根系生长处于高峰期，根系呼吸所占比重增大，因此影响土壤CO₂排放的关键因素不再是土壤温度，作物生长成为影响CO₂排放的关键因素^{[33, 39]}. 与该阶段微喷方式下根系呼吸占土壤呼吸的比例为22.16%，且高于整个生长季平均值一致.

本研究不同空间位置N₂ O累积排放通量表现为1/12L>1/4L>5/12L，但不同空间位置土壤N₂ O通量差异不显著. 与土壤水分与N₂ O排放通量显著正相关(P<0.05)一致，距离微喷管越近，累积通量越大； 而两条微喷管的中间位置，距离微喷管最远，累积通量也最小. Sánchez-Martín等^[20]对距离滴灌管不同远近的干区与湿区分别进行气体分析，也认为水分的不均匀分布直接影响了土壤的硝化与反硝化反应，因此滴灌湿区频繁的脉冲效应会增加氮氧化物的排放，而干的区域由于深层土壤是湿土而同样排放氮氧化物. 总的来说，目前已获得了关于滴灌的一些研究成果，但关于微喷灌溉造成的水肥不均匀性对温室气体排放通量的影响结果则较为鲜见. 由于微喷水肥一体化正在华北平原开展大范围的示范与推广，因此对该灌溉方式下温室气体的排放通量及空间差异性研究尤为迫切.

在农田生态系统碳平衡估算中，通过土壤异养呼吸与净初级生产量的差值可得净生态系统碳交换的量值，从而可了解生态系统碳的源汇状况，因而土壤异养呼吸是碳平衡估算的关键因子之一^[40]. 对于农田土壤异养呼吸部分的测定与估算，常用的方法有成分综合法、 根系生物量外推法、 根排除法和同位素标记法等^[41]，其中，根系排除法由于操作简便应用较为广泛，但因根去除后的裸地无根际共生体的呼吸而降低了土壤异养呼吸的量值，从而使农田的碳汇和根系呼吸的估算偏高. 同时，裸地小区的设置也会影响土壤异养呼吸的估算，裸地小区面积太小，周围根系的影响相对增加，使得裸地土壤呼吸估算结果偏高； 小区面积过大，两种土壤的微环境差异增加^[42]，如无周围小麦的遮阴(尤其是小麦拔节期之后)以及作物对养分和水分的吸收，裸地土壤具有土壤水分蒸发大、 容易干裂和土壤温度高等特点，使得土壤异养呼吸通量与实际也存在偏差^[43]. 本研究中微喷和漫灌方式下土壤异养呼吸占土壤呼吸的比例较高，分别为81.09%和84.18%，可能跟裸地小区面积较小有关，深层和延伸的小根系的呼吸使得裸地土壤异养呼吸偏高，但同时也缓冲或抵消了由于无根际共生体的呼吸造成的偏差. 本研究中根系呼吸分别占土壤呼吸通量的18.91%和15.82%，这与Jia等^[44]农田生态系统根系呼吸占土壤总呼吸的比例约为12%-38%的研究结果是一致的.

目前针对农田生态系统的碳平衡的研究方法有：土壤排放法和生物量排放法^[45]. 土壤排放法根据土壤碳储量的变化对系统的净碳平衡进行评价，以农田土壤为边界，土壤是固碳的唯一有效主体； 生物量排放法则以农田系统为边界，作物是固碳的主体，由系统固碳量与系统碳排放决定^[46]. 本研究通过作物固碳和土壤碳排放的差值估算农田碳汇，而微喷和漫灌两种方式下土壤有机碳含量无显著差异，且在生育期内无明显变化，故在碳平衡分析中，未考虑土壤碳库的影响. 虽然这在短期的研究中是合理的，但对于长期的碳平衡研究，仍需进行土壤碳库变化的研究^[47].

(1)微喷方式下小麦生长季土壤CO₂和N₂ O排放通量均值均高于漫灌，微喷方式下CO₂累积排放量比漫灌高12.9%，土壤N₂ O累积排放量比漫灌高77.0%. 温度和土壤水分是影响CO₂及N₂ O排放通量的主要因素，但在小麦的不同生长阶段，影响作用存在一定的差异.

(2)在返青期-成熟期，微喷方式下土壤CO₂排放通量与土壤水分极显著正相关(P<0.01)，表现为距离微喷管近的土壤CO₂排放量最大. 土壤N₂ O排放通量与土壤水分均呈极显著正相关(P<0.01)，与大气温度及土壤温度均呈极显著负相关(P<0.01)，随距离微喷管的距离增加，土壤N₂ O累积排放量减小.

(3)微喷与漫灌方式下土壤异养呼吸通量均值分别为339.11 mg ·(m² ·h)^-1和313.26 mg ·(m² ·h)^-1，根系呼吸分别为79.08 mg ·(m² ·h)^-1和58.88 mg ·(m² ·h)^-1，根系呼吸分别占土壤呼吸通量的18.91%和15.82%.

(4)在返青期之前及孕穗-开花期，小麦田生态系统是弱的碳源，其他时期均为碳汇. 微喷方式下，小麦生长季土壤微生物异养呼吸通量和累积排放量均大于漫灌，而微喷方式下初级生产力也大于漫灌，微喷与漫灌方式下小麦田碳汇(以C计)为1 519.72 g ·m^-2和1 343.24 g ·m^-2. 因此，小麦田由传统漫灌转变为微喷节水灌溉后，虽然农田土壤CO₂和N₂ O排放通量均有增加，但农田碳汇强度(以C计)也增加了176.48 g ·m^-2.