摘要
为解决河西绿洲灌区化肥过量施用导致的减产及温室气体过量排放等问题，探究长期翻压绿肥后不同的化肥减施量对小麦产量及生态效应的影响。依托甘肃省武威绿洲农业综合实验站长期定位试验（始于 2009 年），设不施肥对照（CK），100% 化肥（CF）以及翻压绿肥后化肥减施 0%、10%、20%、30%、40%、100%（分别用 MFR0、MFR10、MFR20、MFR30、MFR40、MFR100 表示）8 个处理，于 2023 年对比不同处理小麦产量、温室气体排放以及硝态氮淋失差异，并用生命周期法（LCA）定量评估不同处理碳足迹。结果表明：与 CF 处理相比，长期翻压绿肥后化肥减量 40% 以内均可促进小麦生长并显著提高小麦产量。翻压绿肥显著降低 0 ～ 20 cm 土层硝态氮含量，降低幅度在 52.61% ～ 67.52%，进而降低硝态氮向下淋失；显著提高前期土壤 CO2 排放通量，较 CK 及 CF 处理分别提高 220.2% 及 136.5%；降低土壤对 CH4 的吸收作用；而 N2O 累积排放随着化肥减施比例的提高呈现降低趋势，MFR40 处理较 CF 处理显著降低 21.1%。翻压绿肥处理土壤有机碳固定显著提高，翻压绿肥后全球变暖潜力及温室气体排放强度随化肥减量的提高呈现降低趋势，化肥减量达到 30% 时为负值，表现为降低全球变暖的趋势。相较于 CF 处理，相同化肥施用量下翻压绿肥显著提高碳足迹，化肥特别是氮肥的生产和运输是碳足迹的主要贡献因子，相对贡献率在 24.6% ～ 33.8%（不施用化肥的 CK 及 MFR100 除外），碳足迹随着化肥减量的提高不断下降，较 CF 处理，MFR20、MFR30 及 MFR40 处理分别显著降低 5.2%、11.3% 及 17.7%。翻压绿肥 30000 kg·hm-2 后化肥减量 30% ～ 40% 能显著提高小麦产量、降低温室气体排放及碳足迹、减少硝态氮淋失，是优化河西绿洲灌区小麦施肥的有效措施。
Abstract
To solve the problems of yield reduction and excessive greenhouse gas emissions caused by the excessive application of chemical fertilizers in the Hexi Oasis Irrigation Area，the effects of different amounts of chemical fertilizers on wheat yield and the ecological effects after the long-term turning of green manure were explored．Based on the long-term positioning test of Wuwei Oasis Agricultural Comprehensive Experiment Station in Gansu Province（started in 2009），a total of eight treatments were set up，including no fertilizer control（CK），100% chemical fertilizer（CF）and reduced chemical fertilizer application by 0%，10%，20%，30%，40%，100%（represented by MFR0，MFR10，MFR20， MFR30，MFR40，MFR100，respectively）．In 2023，the differences in wheat yield，greenhouse gas emissions，and nitrate-nitrogen leaching between different treatments were compared，and a life cycle assessment（LCA）was used to quantitively assess the carbon footprint of different treatments．The results showed that compared with CF treatment，long-term green manure turning promoted wheat growth and significantly increased wheat yield with 40% reduction or less in chemical fertilizer．Compacting green manure significantly reduced the content of nitrate nitrogen in 0-20 cm soil layer by 52.61%-67.52%，and then reduced the leaching of nitrate nitrogen．Compared with the CK and CF treatments，it increased the soil CO2 emission flux in the early stage，up to 220.2% and 136.5%，respectively，reduced the soil absorption of CH4．The cumulative emission of N2O showed a decreasing trend with the increase of the proportion of fertilizer reduction，and MFR40 treatment was reduced by 21.1%，compared with CF treatment．The soil organic carbon fixation was significantly increased under the green manure treatment．The global warming potential and greenhouse gas emission intensity showed a decreasing trend with the increase of the amount of chemical fertilizer reduction．The amount of chemical fertilizer reduction reached 30%，the value was negative，showing a trend of reducing global warming potential．Compared to CF treatment，turning green manure significantly increased the carbon footprint under the same amount of chemical fertilizer application．However，the production and transportation of chemical fertilizers，particularly nitrogen fertilizers，were the main contributors to the carbon footprint，the relative contribution rate was 24.6%-33.8% （except for CK and MFR100 treatments），and the carbon footprint decreased with an increase in fertilizer reduction． Compared to the CF treatment，MFR20，MFR30 and MFR40 treatments were significantly reduced by 5.2%，11.3% and 17.7%，respectively．Reducing the amount of chemical fertilizer by 30% to 40%，after returning 30000 kg·hm-2 of green manure，could significantly increase wheat yield，reduce greenhouse gas emissions and carbon footprint，and reduce nitrate-nitrogen leaching．It was an effective measure to optimize wheat fertilization in the Hexi Oasis Irrigation Area.
Keywords
化肥作为农业生产的基础，在粮食增产中起到至关重要的作用[1]，但现有研究表明我国化肥用量为 531.93 kg·hm-2，是世界平均水平的 3.9 倍[2-3]。过量且不合理的化肥施用不仅降低化肥利用效率，造成资源的浪费，也会导致土壤结构变差，土壤酸化、板结以及养分淋失等一系列问题[4-5]。另外，全球变暖已成为当前人类生存发展亟待解决的生态环境问题[6]，温室气体排放是导致全球变暖的重要因素，而农田土壤温室气体排放约占人类农业生产温室气体排放的 14.0%[7]。小麦是我国最重要的粮食作物，甘肃是我国小麦主产区之一，而河西灌区是甘肃小麦高产区，以全省 18% 的种植面积贡献 30% 的产量[8]，这也导致该区域依赖高施肥追求高产现象更为普遍，相应也伴随着更严重的生态问题[9]。因此，在保证小麦产量的前提下采用合理的方式适量降低化肥用量对该地区农业绿色可持续发展具有重要意义。
绿肥作为一种清洁的有机肥源，翻压还田后改善土壤理化性状、提升土壤肥力及土壤微生物活性、减少水土及养分的流失、优化土壤微生态环境等作用已得到广泛认可[10]，但对温室气体排放影响的研究相对较少，且结果不尽相同。郑佳舜等[11]研究发现，绿肥合理配施化肥会减少农田 CO2 及 N2O 排放；常单娜等[12]的研究则发现，翻压绿肥后 CO2、CH4 的排放显著增加，N2O 的排放则相反；也有研究发现，绿肥翻入土壤后微生物活性增强，土壤温室气体排放增加[13]。这是由于管理不同[14]、绿肥种类不同[10]、绿肥利用方式不同[7]等均会对温室气体排放结果产生影响，因此，因地制宜的合理利用绿肥至关重要。本研究选择甘肃地区广为种植的绿肥豆科绿肥箭筈豌豆（Vicia sativa L .）及毛叶苕子（Vicia villosa L .），研究通过翻压绿肥后不同化肥减施量对小麦生长发育、产量的影响，采用在农业领域中广泛应用的碳足迹作为定量评价碳排放的计量方法来衡量其生态效益，最终筛选出翻压绿肥后最佳的化肥减施量，为实现该地区生态友好基础上的小麦高产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
定位试验始于 2009 年（本研究中数据采集时间为 2023 年 3—7 月），位于甘肃省武威市凉州区白云村武威绿洲农业综合试验站（38°04′N， 102°35′E），试验区位于河西走廊东段，属温带大陆性干旱气候，海拔 1504 m，年无霜期约 150 d，年降水量 150 mm，年蒸发量 2021 mm。试验土壤为灌漠土，0～20 cm 耕层基础土壤理化性状为土壤有机质 19.1 g·kg-1，硝态氮 74.3 mg·kg-1，有效磷 9.9 mg·kg-1，速效钾 169.7 mg·kg-1，pH 8.31。
1.2 供试材料与试验设计
供试小麦品种为宁春 53，供试毛叶苕子品种为‘土库曼毛叶苕子’、供试箭筈豌豆品种为‘陇箭 1 号’。供试氮肥为尿素（N 46%），磷肥为重过磷酸钙（P2O5 43%）。
定位试验共设置 8 个处理，分别为不施肥对照 （CK）、100% 化肥（CF）、翻压绿肥减施化肥 0% （MFR0）、翻压绿肥减施化肥 10%（MFR10）、翻压绿肥减施化肥 20%（MFR20）、翻压绿肥减施化肥 30%（MFR30）、翻压绿肥减施化肥 40%（MFR40）、翻压绿肥减施化肥 100%（MFR100），每个处理设置 3 次重复，小区之间打宽 50 cm、高 30 cm 的地埂，小区面积 20 m2 （4 m×5 m）。不同处理的施肥量如表1所示，100% 化肥处理根据农户常年的施肥习惯确定。化肥中氮肥 60% 作为底肥施入，40% 苗期追肥，磷肥作为底肥一次性施入。小麦于每年 3 月中下旬播种，7 月上中旬收获，播种量为 450 kg·hm-2。绿肥于小麦收割后复种，盛花期收割，含水率 80%，风干样养分含量全氮 35 g·kg-1，全磷 8.2 g·kg-1，全钾 33 g·kg-1，小麦播种前将绿肥作为底肥翻入土壤，混播的毛叶苕子播种量为 30 kg·hm-2，箭筈豌豆播种量为 60 kg·hm-2。
表1不同处理化肥减施比例及养分和绿肥施用量
注：减施比例以 CF 处理为参照。
1.3 样品采集与测定方法
1.3.1 小麦生长性状及籽粒产量
于小麦拔节期、抽穗期、灌浆期分别采集长势均匀的小麦 10 株，测定鲜重、株高；然后放入烘箱中 105℃杀青 30 min，80℃烘干至恒重，测定干重并计算含水率。小麦成熟后以小区为单位，用脱粒机脱粒后在自然条件下风干至籽粒含水量达到 12.5% 时进行测产，换算得公顷产量。
1.3.2 土壤硝态氮
于小麦田复种绿肥收获后以 20 cm 为一层，采集 0～100 cm 土壤样品，新鲜土样带回实验室后过 5 mm 筛，充分混匀后取出一部分用于土壤含水量的测定，剩余土样于 4℃冰箱冷藏用于土壤硝态氮的测定。
测定方法：用 1 mol·L-1 的 KCL 溶液浸提（水土比为 5∶1），滤液中的硝态氮含量采用流动分析仪测定。
1.3.3 温室气体排放
土壤温室气体采集与测定采用静态暗箱-气相色谱法。静态箱主体采用 PVC 材料制备，箱体 （长 × 宽 × 高 = 40 cm×30 cm×40 cm）外部用海绵包裹并附加隔热层。顶部打 3 个小孔，分别连接顶部电风扇、电子温度计和抽气泵抽气管，用于混匀箱内气体、测定实时温度以及抽取混合气体。基座附有凹槽，高 30 cm，安装时将底部插入地下 20 cm。取样时将凹槽注满水，确保箱体形成密闭空间，分别在扣箱子后的 10、20、30 min 用抽气泵抽取箱内气体，抽取气体样品放入铝箔气体取样袋中。
每个小区放置一个静态箱，温室气体从基肥施入后开始至小麦收获后结束，10 d 左右取样 1 次，施肥后加测 1～2 次，每次采集时间均为 9：00 — 11：00。利用气相色谱仪（HP6890N，Agilent 公司，美国）测定气样中的 CO2、N2O 和 CH4 浓度。温室气体排放通量及累积排放量计算公式如下[15-16]：
式中，F 为小麦季N2O（μg·m-2·h-1）、CH4（μg· m-2·h-1）或 CO2（mg·m-2·h-1）的排放通量，正值为排放，负值为吸收，ρ 为标准大气压下 N2O、CH4 或 CO2 的密度（g·L-1），H 为采样箱气室高度（cm）， T 为采样箱内气温（℃），P 为采样时气压（kPa），P0 为标准大气压（kPa），P/P0 ≈ 1，dc / dt 为采样箱内 N2O 或 CH4 浓度的变化速率（μL·L-1·min-1）。
式中，TF 为温室气体的累积排放量（kg·hm-2）； Fi 为气体排放通量（mg·m-2·h-1）；i 为第 i 次取样；ti+1-ti 为两次取样间隔的天数；n 为取样次数。
1.3.4 全球增温潜势和温室气体排放强度
土壤有机碳年固定量（SOCSR）根据长期试验期间有机碳的平均变化速率进行评估，具体计算方法按照下述公式计算[17]：
式中，dSOC 为土壤有机碳库的平均变化速率；dt 为试验持续年限；BD 为土壤容重；H 指耕层的高度 （一般按 0.2 m 计算）；100 为面积转换系数。
通常将 CH4 和 N2O两种温室气体作为农田生态系统综合增温潜势（GWP）的评价指标。100 年时间尺度上，单位质量的 CH4 和 N2O 全球增温潜势分别为 CO2 的 28 和 265 倍[18]，GWP计算公式如下[16]：
式中，GWP 为全球变暖潜力（CO2-eq kg·hm-2）； 和 分别为CH4 和 N2O的累积排放量（kg·hm-2）。
温室气体排放强度（GHGI）计算公式如下：
式中，GHGI 为温室气体排放强度（CO2-eq kg·kg-1，以 CO2 计）；GWP 为全球增温潜势（CO2-eq kg·hm-2）；Yi 为小麦产量（kg·hm-2）。
1.3.5 碳足迹研究边界与估算方法
本研究中碳足迹研究边界为小麦播种至收获整个生长周期温室气体的排放，主要包括小麦生长期直接排放的温室气体及农资投入过程中间接产生的温室气体。为便于计算，统一将其换算成 CO2 当量。具体包含：（1）小麦季中土壤非 CO2 温室气体的排放（作物生长过程中 CO2 存在呼吸作用和光合作用的固定和排放的动态平衡，因此仅统计非 CO2 温室气体[19]），包括 CH4 和 CO2；（2）农资投入品（绿肥作为农田上种植的一年生作物具有净固碳作用[20]，且其生产过程未在碳足迹研究边界中，因此，绿肥种子与翻压的绿肥间接温室气体不再单独计算）在生产及运输过程中温室气体的排放； （3） 小麦生产过程中农机投入造成的温室气体的排放，主要包括播种、翻耕及收获等过程中柴油的消耗以及灌溉耗电等。计算公式如下[21]：
式中，CF 为小麦季碳足迹（kg·hm-2）；Ri 为小麦季 i 农业资料投入量（kg·hm-2，L·hm-2，kWh·hm-2），具体见表2；Gi 为i农业资料生产运输中间接造成的温室气体排放系数（CO2-eq kg·unit-1），具体参数见表3； 和 分别为小麦 N2O 和 CH4 累积排放量转化为 CO2 当量的值（CO2-eq kg·hm-2）。
表2不同处理的小麦季农业资料年投入量
表3不同农业资料的碳排放系数
1.4 数据处理
采用 Excel 2016 及 SPSS 25.0 对测定数据进行汇总整理和差异显著性检验，采用 origin 2018 进行绘图。采用单因素（one-way ANOVA）和 Duncan 法进行方差分析和多重比较（α=0.05）。图表中数据为平均值 ± 标准差。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对小麦生长的影响
从表4可以看出，就不同生长时期而言，拔节至抽穗阶段，小麦株高、鲜重及干重显著提升，但植株含水率无明显变化；而抽穗至灌浆阶段，小麦植株干物质快速累积导致植株含水率降低明显，由 75%～80% 下降至 60%～65%。就不同处理而言，相较于 CF 处理，翻压绿肥后化肥减施量在 40% 以内对小麦生长有促进作用，3 个时期以拔节期影响最大，其鲜重、干重及株高基本呈现提升的趋势，最高分别提高 21.3%、7.7% 及 11.4%。但翻压绿肥后化肥减量 100% 则会显著抑制小麦的生长，与 CF 处理相比，鲜重、干重及株高分别降低 40.1%、 36.1% 及 18.3%。
2.2 不同施肥处理对小麦产量的影响
从图1可以看出，施肥可以显著提高小麦产量，且相较于 CF 处理，MFR0 处理产量优势更明显，说明翻压绿肥可以提高小麦的产量。同时还发现，在翻压绿肥后小麦产量随着化肥减施量的提高表现出先升高后降低的趋势，而并非呈直线下降的趋势，MFR20 处理产量最高，为 4856.43 kg·hm-2， MFR30 处理产量为 4836.17 kg·hm-2，基本与之持平。虽然 MFR40 处理产量较 MFR20 处理降低 7.2%，但依然显著高于 CF 处理。而 MRF100 处理产量较 CF 处理显著降低，幅度可达 26.0%。
表4不同处理对小麦生长的影响
注：鲜重及干重为 10 株小麦总重；同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
图1不同处理对小麦产量的影响
注：不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。
2.3 不同施肥处理对小麦季 N2O 排放的影响
从图2可以看出，小麦季 N2O的排放通量存在两个峰值，分别位于 4 月 9 日及 5 月 6 日，这与基肥（3 月 28 日）和追肥（4 月 28 日）的施入有关，说明施肥显著地提高 N2O 排放。由于氮肥的基追比为 6∶4，相应的前者排放通量也更高。对比不同处理发现，翻压绿肥会显著提高 N2O 排放通量，在 4 月 9 日的测定中，MFR0 处理N2O 排放通量为 307.42 μg·m-2·h-1，较 CF 处理提高 101.5%。而随着翻压绿肥后化肥减施量的提高， N2O 排放通量不断下降。当翻压绿肥后化肥减施量达到 40%，N2O 排放通量为 114.04 μg·m-2·h-1，较 CF 处理降低 25.3%。而从 N2O累积排放量发现，翻压绿肥后化肥减施 30%，N2O累积排放为1.30 kg·hm-2，基本与 CF 处理持平，MFR40 处理 N2O 累积排放较 CF 处理显著降低 21.1%。
2.4 不同施肥处理对小麦季 CH4 排放的影响
从图3可以看出，小麦季土壤 CH4 排放通量为负值，表现为吸收，且不同于 N2O 排放，施肥对于土壤 CH4 排放通量无显著影响。虽然不同测定时间 CH4 排放通量基本呈现锯齿状的波动，但针对不同处理发现，相较于未翻压绿肥的 CK 和 CF 处理，翻压绿肥后土壤对空气中 CH4 的吸收整体呈现降低的趋势。CH4 累积排放量结果则表明，不同处理土壤对 CH4 的吸收作用表现为 CF>CK>MFR30>MFR100>MFR40>MFR0>MFR10>MFR20，未翻压绿肥的 CK 和 CF 处理吸收作用最强，分别为-1.00 及-1.09 kg·hm-2，较吸收作用最弱的 MFR30 分别提高 12.4% 及 22.5%。
图2不同处理对 N2O 排放通量及累积排放量的影响
图3不同处理对 CH4 排放通量及累积排放量的影响
2.5 不同施肥处理对小麦季 CO2 排放的影响
从图4可以看出，相较于未翻压绿肥的 CK 和 CF 处理，在小麦季翻压绿肥处理前期 CO2 排放显著提高，且这种提高与化肥施用量无关，即使是 MFR100 处理，前期土壤 CO2 排放通量仍要高于未翻压绿肥的 CK 和 CF 处理，在 4 月 17 日达到第一个峰值，MFR10 处理排放通量最高，为 486.09 mg·m-2·h-1，较未翻压绿肥的 CK 及 CF 处理分别提高 220.2% 及 136.5%，这可能是由于绿肥作为一种有机物料，翻压入土后会为土壤提供大量有机质导致 CO2 排放通量的提高，随着时间的推移，绿肥不断腐解消耗导致差异不断减小，至 5 月 16 日翻压绿肥处理与未翻压绿肥处理 CO2 排放通量基本持平。在 6 月 6—28 日，CO2 排放通量不断提高出现第 2 个高峰，这可能与该时期小麦处于孕穗期，根系呼吸增强有关。而 CO2 累积排放量也以翻压绿肥处理处于相对较高水平，MFR10 处理累积排放量最高，为 9051.57 kg·hm-2。但除 CK 处理外，其余处理间无显著差异。
图4不同处理对 CO2 排放通量及累积排放量的影响
2.6 不同施肥处理对小麦季全球变暖潜力及温室气体排放强度的影响
从表5可以看出，不同施肥处理显著影响 SOCSR、GWP 及 GHGI。依据长期定位试验期间有机碳平均变化速率估计不同处理土壤有机碳含量的年增长速率 CK、CF、MFR0、MFR10、MFR20、MFR30、 MFR40、MFR100 分别为 0.12、0.16、0.35、0.44、0.45、 0.38、0.38、0.38 C g·kg-1·年-1，相应的不同处理有机碳固定量不同，所有绿肥还田处理显著高于 CF 处理，最高提升幅度达 161.74%。翻压绿肥后小麦季 GWP 随着化肥减施量的提高基本呈现降低的趋势，当化肥减施量达到 30%，GWP 值为负值，即降低全球变暖潜力。而化肥减施量达到 40%，GWP 进一步降低，为-85.38 kg·hm-2。GHGI 结果与 GWP 结果一致，随着化肥减施量的提高也表现出下降的趋势，依然在 MFR30 处理时，GHGI 为负值。
表5不同处理对土壤有机碳固定、小麦季全球变暖潜力及温室气体排放强度的影响
2.7 小麦季碳足迹及其构成
从图5可以看出，不同施肥处理显著影响小麦季碳足迹。MFR0 处理碳足迹最高，为 3411.96 kg·hm-2，较 CK 处理显著提高 85.0%。而所有翻压绿肥处理随着化肥减施量的提高，碳足迹显著降低。且 MFR10 处理碳足迹已低于 CF 处理；MFR20 处理差异达到显著水平，这可能与化肥特别是氮肥生产运输等过程中的碳足迹在碳足迹构成中比重较高有关。除 CK 及 MFR100 两个不施化肥处理外，其相对贡献率在 24.6%～33.8%，因此，采取一定措施合理减施化肥是减少碳足迹的重要方式。此外，灌溉产生的碳足迹也是碳足迹构成的重要组成部分，相对贡献率在 24.4%～30.6%（此处也未考虑 CK 及 MFR100 处理）。
图5不同处理小麦季碳足迹及相对贡献率
2.8 不同施肥处理对不同土层深度土壤含水率及硝态氮含量的影响
从表6可以看出，随着土层深度的加深，土壤含水率整体呈上升的趋势。就不同处理而言，翻压绿肥处理表层土壤含水率要低于未翻压绿肥处理，这可能是麦后复种绿肥的荫蔽作用及吸收作用综合影响的结果。由于绿肥的生长需要从土壤中获取的水分大于由于绿肥荫蔽作用减少的水分蒸发散失。同时绿肥的吸收也导致淋失到深层土壤的水分减少，20～100 cm 土层土壤含水率，未种植绿肥处理显著高于复种翻压绿肥处理。从表7可以看出，不同处理显著影响不同土层土壤硝态氮含量。 0～20 cm 土层土壤以 CF 处理硝态氮含量最高，而翻压绿肥处理显著降低 0～20 cm 土层土壤硝态氮含量，降低幅度在 52.61%～67.52%。而耕层更高的土壤硝态氮含量也意味着更高的淋失风险，从 20～100 cm 土层深度土壤硝态氮含量也明显发现，均以 CK 及 CF 处理为最高水平。
表6不同处理对不同土层深度土壤含水率的影响
表7不同处理对不同土层深度土壤硝态氮含量的影响
3 讨论
3.1 翻压绿肥减施化肥对小麦生长及产量的影响
复种绿肥能够充分利用小麦收获后的光热及水资源，其翻压还田后经微生物分解为作物提供大量养分，可在保证作物产量的前提下降低化肥用量[5]。且不同于化肥，绿肥养分供应速率相对较慢，两者养分供应速率的差异可以在一定程度上协调土壤养分的供应和作物养分的需求，本身较低的碳氮比还可以促进土壤氮素矿化，提高土壤氮素供应能力[23]，最终提高小麦产量。前人的研究也表明，翻压绿肥后适量减施化肥可以提高作物的产量[24]，这与本研究结果一致，本研究中相较于单施化肥，翻压绿肥后化肥减量 0%～40% 可以促进小麦生长，小麦产量也均有提升的趋势，这种提升趋势表现为随着化肥减施量的提高呈先升高后降低的趋势，这可能是由于翻压绿肥后高的化肥用量会导致作物植株营养生长过盛，不利于营养物质向籽粒库转移[25]。另外，当化肥减施幅度超过作物需求的最小阈值，仅靠绿肥翻压后养分的供应无论在效率还是在总量上均不能满足作物的需求，就会导致作物产量的降低。而本研究也证明此结论，翻压绿肥后不施用化肥（化肥减量 100%）小麦产量显著降低，不仅如此，虽然化肥减量 40% 在 2023 年产量高于单施化肥处理，但本试验长期产量分析结果表明，在此化肥减施量下产量可持续性指数也有降低趋势[2]。
3.2 翻压绿肥减施化肥对小麦季温室气体排放和碳足迹的影响
农田是温室气体排放的主要来源，前人的研究结果表明，翻压绿肥显著提高了土壤中 CO2 的排放，这可能是绿肥还田对土壤的扰动增强土壤通气性，而携入的有机碳源提高微生物所需底物导致微生物活性增强，进而促进土壤的呼吸作用[26-27]。这与本研究结果一致，小麦季除翻压绿肥后化肥减量 100% 处理外，其余翻压绿肥处理 CO2 累积排放量均要高于未翻压绿肥处理。虽然翻压绿肥后化肥减量 100% 处理 CO2 累积排放量要略低于 100% 化肥处理，但其前期 CO2 排放通量要远高于 100% 化肥处理，这可能是因为绿肥翻压后会在前期快速分解，而后期该处理化肥减量超过阈值而导致后期小麦长势较差，相应呼吸作用较弱而最终导致 CO2 累积排放量较低。就 CH4 排放而言，在本研究中，小麦季排放为负值，表现为大气的“汇”。而翻压绿肥后土壤对空气中 CH4 的吸收作用呈现降低的趋势，这可能与绿肥还田产甲烷菌丰度的提高以及分解过程中造成的土壤氧化还原电位快速下降导致[28-29]。就 N2O 排放而言，本研究发现，小麦季翻压绿肥会显著提高 N2O 排放，这与杨滨娟等[30]的研究结果一致，绿肥特别是豆科绿肥本身碳氮比较低，翻压后矿化率高，且提高土壤中微生物活性以及土壤中速效氮含量和氮基质有效性，为硝化和反硝化作用提供底物，进而促进 N2O 排放。另外，N2O 排放还会受到氮肥施用量的影响，降低氮肥施用量，N2O 排放显著降低。本研究发现，翻压绿肥后化肥减量超过 30% 处理的 N2O 排放总量显著低于 100% 化肥处理。而除了温室气体直接排放外，GWP 还受土壤固碳量的影响，而相较于 100% 化肥处理，翻压绿肥土壤能够固定更多的碳，从而降低 GWP。本研究表明，翻压绿肥后化肥减量 30% GWP 为负值，即有降低全球变暖潜力的趋势。碳足迹分析结果表明，小麦季投入氮肥在生产运输等过程的碳足迹在碳足迹构成中比重较高。除两个不施用化肥处理外，其相对贡献率在 24.6%～33.8%。因此，翻压绿肥后适量减施化肥，特别是氮肥，是减少温室气体排放以及碳足迹的有效措施。
3.3 翻压绿肥减施化肥对硝态氮淋失的影响
绿肥翻压入土后可改善土壤的物理性状，提高土壤对于养分的固持能力，进而减少硝态氮的淋失，提高养分的利用效率，同时相比于化学肥料，来自翻压绿肥中的氮素更加不易损失[31-32]。这与本研究结果一致，通过测定不同土层深度土壤硝态氮含量发现，翻压绿肥可以降低深层土壤硝态氮含量，翻压绿肥后随着化肥减施量的提高，深层土壤硝态氮含量也基本呈现降低的趋势。另外，本研究翻压绿肥为麦后复种绿肥，绿肥生长过程的吸收作用也会导致表层养分降低从而降低养分向下淋失的风险。
4 结论
长期翻压绿肥后化肥减施 30%～40% 可显著提高小麦产量，降低硝态氮的淋失，减少小麦季温室气体排放，进而降低全球变暖潜力、温室气体排放强度及碳足迹，是河西绿洲灌区小麦节肥减排，促进农业生态可持续的有效施肥管理措施。但本研究不够深入，对于温室气体减排的机理机制尚不明确。因此，下一步将对其机理机制进行深入研究。