刘源，女，汉族，1988年12月出生，河南桐柏人，中共党员，博士，副研究员，中国农业科学院“青年英才计划”培育工程院级入选者。2006年-2010年于河南科技大学农学院农学专业获学士学位，2010年-2015年于中国科学院南京土壤研究所获土壤学博士学位。2015年7月起在中国农业科学院农田灌溉研究所工作，2017年10月-2018年10月在英国洛桑研究所做访问学者。在博士期间从事酸性土壤改良、植物铝毒锰毒和根际电化学相关研究，现主要从事养殖废水、再生水等非常规水资源农田灌溉过程中养分、重金属、抗生素、抗生素抗性基因等污染物的化学行为研究。主持国家自然科学基金等项目7项，在《Journalof Hazardous Materials》、《Soil Biology and Biochemistry》《Biology and Fertility of Soils》、《Science of the Total Environment》等刊物发表了论文30余篇，担任《Reviews of Environmental Contamination and Toxicology》《Biochar》《Journal of Integrative Agriculture》《土壤学报》《灌溉排水学报》青年编委、《iMeta》执行副主编。

目前全球水资源较紧缺，而农业用水占比较高，因此使用再生水灌溉可以在一定程度上缓解农业水资源的紧张形势。再生水灌溉可节约水资源、提高土壤肥力、增加作物产量，但也影响土壤微生物活动进而影响温室气体排放。因此我们首先介绍了模拟再生水灌溉对土壤温室气体排放的影响以及硝化抑制剂等外源物质的调控作用，其次介绍了在盆栽条件下种植一季和多季作物对对土壤温室气体排放的影响以及硝化抑制剂等外源物质的调控作用，然后介绍了在温室大田中种植蔬菜对对土壤温室气体排放的影响以及硝化抑制剂的调控作用，最后介绍了硝化抑制剂在减缓再生水灌溉土壤温室气体排放中的应用前景。

　　第一章 再生水灌溉对土壤温室气体排放的影响及调控的研究进展
　　1.1 引言
　　水资源稳定对维持工业、农业和社会发展起着举足轻重的作用。在世界范围内，中国多年平均水资源总量排名第六，但由于人口基数大，中国人均水资源占有量远低于世界平均水平。除了水资源有限，中国还面临着水资源分布不均和水质恶化两大问题。中国地域辽阔，地形复杂，气候多变，降水量从东南沿海向西北内陆呈递减趋势，这种降水的空间分布不均是全国水资源区域分布不平衡的主要自然因素之一。整体来看，中国南方水资源总量占全国水资源总量的81.5%，而北方水资源总量仅占全国水资源总量的18.5%（李原园等，2025）。水环境恶化主要体现在水体污染加剧、河湖萎缩与生态功能退化、地下水超采引发次生灾害，以及水土流失导致的河湖淤积与面源污染。水环境恶化不仅对水生生物的生存构成威胁，还加剧了水资源短缺的矛盾。而且这些问题往往相互交叉、互相影响，这为我国的水资源保护工作增加了许多难度。
　　灌溉是支撑农业生产的重要农技措施，充足的水资源是保证农业发展的重要前提。据2020－2024年《中国水资源公报》显示，近5年来，我国农业源用水量占总淡水用水量的60%左右，其中农业灌溉是主要的农业用水形式。然而，随着我国农业与经济的高速发展，水资源污染和浪费现象日益严重，淡水资源日益稀缺。而且，农业种植面积更广、用水需求更高的北方水资源储备量较为贫乏，淡水资源不足大大限制了北方农业的发展。农民灌溉大多使用地下水，但现有地下水量已然不能满足日益增长的用水需求，将再生水科学用于农业灌溉被认为是缓解农业用水压力的有效措施（INTRIAGO et al.，2018；BOTO et al.，2023）。再生水指的是将生活污水、工业污水等非传统水源进行处理达到水质标准要求后，可在一定范围内重复利用的水资源（马涛等，2020）。集中处理后的生活污水再生水和猪场废水再生水是具有回用潜力的两大类再生水源。
　　与淡水等常规水源相比，处理后的生活污水再生水和猪场废水再生水中含有较高浓度的养分，如有机质、铵态氮、硝态氮等。使用再生水灌溉可以提高土壤肥力，改变土壤环境，促进作物增产（TIAN et al.，2022；TAO etal.，2024a）。然而，养分输入的增加会影响土壤微生物活性，从而促进或抑制农田温室气体的产生和排放。农田土壤被认为是温室气体的重要来源，主要的农田温室气体包括二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）（LIU et al.，2019b）。农田CO2排放主要来源于植物根系的呼吸作用和土壤微生物对土壤有机质（SOM）的好氧矿化作用。N2O是一种能长期存在的温室气体，在100年的时间尺度上，其全球增温潜势是CO2的265倍（IPCC，2014）。作为世界上第二丰富的温室气体，CH4对气候的影响同样不容低估，在100年的时间尺度上，其全球增温潜势是CO2的28倍（IPCC，2014）。大气中温室气体浓度的增加会导致全球变暖、极端天气频发等问题，因此，将再生水用于农业灌溉时需要考虑其对温室效应的可能影响。
　　一些田间管理措施如向土壤中施用生物炭、硝化抑制剂和脲酶抑制剂是减少农田土壤温室气体排放的可行之策（XU et al.，2020；GUARDIA et al.，2023；TIAN et al.，2015）。在氧气（O2）受限的环境中，由生物质（木材、粪便、树叶等）热降解产生的生物炭已被广泛用于提高土壤固碳（C）能力和减缓气体排放（WOOLF et al.，2016；ASHIQ et al.，2020）。硝化抑制剂和脲酶抑制剂分别通过延缓土壤硝化反应和尿素水解调控土壤氮素循环，提高氮素利用效率，减少N2O等氮素气态损失（BOHARA et al.，2018；CUI et al.，2011）。然而，有关这些外源物质对农田温室气体排放影响的研究大多基于地下水等常规水源灌溉，在再生水灌溉下外源物质能否有效降低温室气体排放仍需进一步探究。
　　综上可知，将生活污水再生水和猪场废水再生水用于农业灌溉虽然可以缓解用水压力，节约淡水资源，但有增加农田温室气体排放的风险。尽管已有研究证明，施用生物炭、硝化抑制剂和脲酶抑制剂能够调节土壤养分，减少温室气体排放，但鲜有研究考察再生水灌溉下施用外源物质对农田温室气体排放的影响。再生水灌溉和外源物质的施用都会影响土壤养分等土壤基本性质，可能会进一步影响这3种外源物质调控温室气体排放的效应，而这种效应是正效应还是负效应及相关机理仍需要研究。研究结果可为促进再生水高效利用提供理论依据，对推动资源节约型、环境友好型社会和实现农业资源环境可持续发展具有重要意义。
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