太湖地区不同耕地类型下地下水反硝化动力学与N2O排放特征及其环境调控机制

本研究通过MIMS技术测定太湖地区稻麦轮作田、果园和菜地地下水中N2和N2O浓度，首次量化了不同耕地类型的反硝化去除效率（RE），发现稻麦轮作田RE最高达73.60%。采用PLSR和机器学习模型揭示环境驱动因子，并计算得出N2O间接排放因子（EF5g）为1.04-1.09×10?3，为农业氮素管理与温室气体减排提供新见解。

　　

Highlight

耕地类型显著影响地下水反硝化效率，稻麦轮作田的RE（73.60%）显著高于菜地（62.28%），揭示传统耕作模式在氮污染控制中的优势地位。

研究区域

长期定位试验位于江苏常熟（120°42'E，31°33'N），属太湖流域典型亚热带季风气候区，年均降水量1100 mm，地下水位仅1-3米，为氮素迁移转化研究提供了理想场所。

NO₃^–-N与NH₄⁺-N浓度变化特征

稻麦轮作田在2023年水稻季出现NH₄⁺-N浓度峰值（5.79 mg N·L^?1），而NO₃^–-N在小麦季达到最高，证实水旱轮作显著调控氮素形态转化。

土地利用对反硝化效率的影响

全球数据对比显示，自然湿地RE高达98%，而农田系统普遍低于75%。本研究发现稻麦轮作田eN₂累积量是果园的2.3倍，揭示集约化农业加速了地下氮气生成。

结论

三种耕地类型中，稻麦轮作系统表现出"高RE-高N₂O"的典型特征，EF₅g值稳定在10^?3量级，建议通过优化灌溉和碳源补充实现脱氮减排协同调控。