本研究由Cheyne Ogilvie（萨斯喀彻温大学土壤科学系）、Erin Daly（圭尔夫大学环境科学学院）、Reynald L. Lemke（加拿大农业及农业食品部萨斯卡通研发中心）及Richard E. Farrell（萨斯喀彻温大学土壤科学系）共同完成，发表于 Field Crops Research 期刊2026年第349卷，文章编号110719。研究历时2.5年（2015年秋季至2018年春季），在加拿大萨斯喀彻温省半干旱灌溉春小麦种植系统中系统评估了不同增效氮肥（Enhanced Efficiency Nitrogen Fertilizers, EENFs）类型及施用时间对氧化亚氮（N₂O）排放的减排效果。

一、研究背景与目的

灌溉在提高半干旱地区作物生产力的同时，由于常伴随较高的氮肥投入和较高的土壤含水量，可能显著增加土壤N₂O排放。N₂O是一种强效温室气体，其百年尺度增温潜势约为二氧化碳的265倍，同时也是平流层臭氧消耗物质。加拿大草原省份是全球重要的农业生产区，萨斯喀彻温省占加拿大全国耕地面积40%以上，但该地区在增效氮肥田间实测研究方面长期代表性不足。一项加拿大荟萃分析指出，仅有5%的增效氮肥研究及1%的观测数据来自萨斯喀彻温省。因此，在灌溉条件下评价增效氮肥的减排效果，对于制定区域性最佳管理实践及国家温室气体排放清单具有关键意义。

研究基于国际公认的4R养分管理框架（正确的肥料品种、正确的施用量、正确的施用时间、正确的施用位置），重点考察“正确的肥料品种”和“正确的施用时间”两个维度。四项具体目标包括：评估不同增效氮肥在半干旱灌溉小麦系统中减排N₂O的潜力；比较秋季施用与春季施用对减排效果的影响；测定不同产品的肥料诱导排放量和排放因子（Emission Factor, EF）；检验增效氮肥对作物产量的影响。

二、试验设计与方法

试验采用随机完全区组设计，设置氮肥品种（6个水平）与施用时间（秋季和春季）双因素处理，每处理4次重复，共48个小区。氮肥品种包括：不施氮对照（0 N）、常规颗粒尿素、聚合物包膜控释尿素（Polymer-coated Urea, PCU；产品名ESN®）、含硝化抑制剂（Nitrification Inhibitor, NI）的尿素（活性成分：nitrapyrin，产品名Entrench™）、含脲酶抑制剂（Urease Inhibitor, UI）与硝化抑制剂的双效产品（活性成分：NBPT与DCD，产品名SuperU™；本文标记为UNI）以及双效脲酶抑制剂产品（活性成分：NBPT与NPPT，产品名Limus®；标记为UI）。氮肥施用量基于秋季土壤测试推荐，2015/2016年度为123 kg N ha⁻¹，2016/2017年度为98 kg N ha⁻¹。所有氮肥以中行带状深施方式施入7 cm土层，带间距50 cm。灌溉采用中心支轴式喷灌系统，依据阿尔伯塔灌溉管理模型进行调度。

N₂O通量采用非稳态通风箱法（non-steady state vented chambers）测定，每个小区安装两个箱体（一个位于施肥带上，一个位于带间），全年度持续监测，生长季每周采样1–2次，春季解冻、施肥后及强降水事件后加密至每周3次。气体样品使用Bruker 450气相色谱仪分析，N₂O通过电子捕获检测器测定。通量估算采用HMR模型，累积排放量采用曲线下面积法计算。肥料诱导排放量（Fertilizer-Induced Emissions, FIE）为施氮处理与对照处理的年度累积排放量之差；排放因子为FIE占施氮量的百分比；排放强度（Emission Intensity, EI）为单位籽粒产量的N₂O排放量。

土壤矿质氮动态采用植物根模拟器（Plant Root Simulator, PRS®）探针监测。该探针基于离子交换树脂膜原理，通过静电吸附土壤溶液中的铵态氮（NH₄⁺）和硝态氮（NO₃⁻），提供一定埋置期内土壤氮供应速率的综合指数。每个小区安装6支探针（3支阴离子交换膜、3支阳离子交换膜），春季施肥处理在5月埋置，每3天更换一次，持续30天；秋季施肥处理在10月埋置，每5天更换一次，其中一组探针保留越冬。回收的探针经盐酸洗脱后用比色法测定NH₄⁺和NO₃⁻含量。

三、主要结果

PRS®探针数据证实了各增效氮肥对土壤氮转化的预期调控效果。PCU、UNI和UI处理均显著降低了NH₄⁺供应速率，其中春季施用后UI降低85%、UNI降低70%、PCU降低57%；秋季施用后降幅分别为58%、42%和38%。含硝化抑制剂的产品（NI和UNI）显著降低了NO₃⁻供应速率，表明硝化过程受到有效抑制。

N₂O排放通量呈现出显著的季节性特征。秋季施肥后当季排放极低（<10 g N₂O-N ha⁻¹ d⁻¹），不足年累积排放的3%；主要排放峰出现在次年春季解冻期，占年累积排放的64%–81%。春季施用尿素的N₂O排放峰出现在施肥后2–4周，2016年峰值达到214 g N₂O-N ha⁻¹ d⁻¹，而增效氮肥处理通常低于10 g N₂O-N ha⁻¹ d⁻¹。PCU处理在生长季中期表现出多个较高排放峰，2017年7月10日前后平均峰值达64.2 g N₂O-N ha⁻¹ d⁻¹，显著高于其他增效氮肥。

在累积排放和肥料诱导排放方面，三因素方差分析显示氮肥品种、施用时间及其交互作用均达到极显著水平。含硝化抑制剂的产品（NI和UNI）在秋季和春季施用条件下均表现出一致的减排效果：秋季施用时肥料诱导排放较尿素降低50%–86%，春季施用时降低86%–99%；累积排放降低幅度秋季为50%–80%，春季为77%–83%。UI产品仅在春季施用时表现出一致的减排效果，肥料诱导排放较尿素降低78%–83%，秋季施用时与尿素无显著差异。PCU在所有年份均未表现出显著的减排效果，其排放因子（1.32%–1.48%）与尿素（1.11%–2.38%）相当或更高。

排放因子方面，春季施用含硝化抑制剂产品的排放因子（0.02%–0.32%）显著低于尿素（1.11%–2.38%）和PCU（1.35%–1.48%）；秋季施用时UNI和NI的排放因子虽低于尿素，但仅在第2年（0.20%–0.33% vs. 1.44%）达到显著水平。UI春季施用的排放因子（0.25%–0.38%）较尿素低3–6倍。

作物产量方面，第1年籽粒产量为3.30–4.59 Mg ha⁻¹，第2年因冰雹灾害无法正常收获，改用总生物量估算籽粒产量（5.82–7.93 Mg ha⁻¹）。两年度均未发现氮肥品种或施用时间对产量的显著影响。第1年春季施用UI、NI和UNI均显著降低了排放强度，第2年秋季施用UNI和NI的排放强度显著低于尿素。

四、结论与价值

本研究证明，在加拿大半干旱灌溉春小麦系统中，使用含硝化抑制剂的稳定化尿素产品（单独使用NI或与UI联用）能够在不影响产量的情况下，将直接N₂O排放减少50%–80%，肥料诱导排放减少77%–99%。春季施用的减排效果优于秋季施用，但秋季施用时添加硝化抑制剂仍可作为风险管理工具降低氮损失。UI产品仅在春季施用时有效，与其活性成分在土壤中存留时间较短有关。PCU产品在该系统中减排效果不可靠，其效能高度依赖环境条件。

研究的科学价值在于提供了加拿大草原灌溉条件下增效氮肥的田间实测排放因子，填补了该地区数据空白，为将增效氮肥纳入国家温室气体排放清单核算提供了关键证据。从应用角度看，研究强调了4R养分管理框架中“肥料品种”与“施用时间”的协同效应——叠加两项实践可最大化减排效益。研究同时指出，由于增效氮肥未带来增产，在施用增效氮肥时适度降低氮肥施用量可能是平衡产量与环境效益的更优策略，这一方向值得未来研究进一步探讨。