東北農(nóng)田土壤和植物N-,2-O排放過程初探.pdf

1、N2O作為一種重要的溫室氣體，它對大氣臭氧層有破壞作用，使地表的紫外輻射增加。但是，目前對大氣N2O源匯的估算仍有很大的不確定性，可能是對已知源的強(qiáng)度估算不足或某些重要的源尚未被發(fā)現(xiàn)。土壤是最主要的氧化亞氮(N2O)排放源。硝化和反硝化作用是土壤中生成N2O的兩個(gè)最主要微生物過程，硝化作用與反硝化作用對N2O產(chǎn)生量的貢獻(xiàn)有極大的差別；影響農(nóng)田土壤N2O排放的因素主要有土壤水分狀況、土壤溫度、NH4+-N和NO3-N含量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤

2、pH等，區(qū)分N2O的硝化和反硝化作用來源，和理解環(huán)境因子改變?nèi)绾斡绊慛2O排放，對準(zhǔn)確估算和預(yù)測土壤N2O排放通量非常重要。陳冠雄等首次報(bào)道了植物在正常的生理狀態(tài)下，本身也能釋放N2O，這一重要發(fā)現(xiàn)為生物源N2O的估算提供了新的研究方向，為提高N2O源匯估算的精確度提供了可能。 本文主要以旱田土壤為研究對象，采用乙炔和氧氣抑制技術(shù)(低濃度乙炔抑制自養(yǎng)硝化作用，純氧抑制反硝化作用)，研究了旱田土壤中的硝化和反硝化作用N2O產(chǎn)生過

3、程，以及各種不同環(huán)境因素對N2O產(chǎn)生過程的影響。對田間栽培大豆、土壤N2O排放通量進(jìn)行了研究，還應(yīng)用氣相色譜法、穩(wěn)定性同位素比率質(zhì)譜法，對植物排放的N2O在土壤-植物系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)進(jìn)行了初步研究。 本試驗(yàn)主要由兩部分組成： 第一部分主要是將采自沈陽站點(diǎn)的土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)不同因素條件下(包括溫度、含水量、速效氮、外源磷氮比和外源有機(jī)質(zhì))的土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，得出各種因素條件下的硝化和反硝化N2O排放速率、硝化和反硝化貢獻(xiàn)率、N

4、2O轉(zhuǎn)化率以及各種影響因子對硝化作用和反硝化作用N2O轉(zhuǎn)化率的影響函數(shù)。 第二部分主要是對田間栽培大豆、土壤N2O排放通量進(jìn)行了研究，應(yīng)用氣相色譜法、穩(wěn)定性同位素比率質(zhì)譜法，對植物排放的N2O在土壤-植物系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)進(jìn)行了初步研究。 試驗(yàn)所得結(jié)果和結(jié)論如下： 溫度顯著影響硝化和反硝化微生物的活性，在4-33℃范圍內(nèi)，隨著溫度上升，硝化N2O排放速率和硝化N2O轉(zhuǎn)化率一直在增加。而反硝化N2O轉(zhuǎn)化率和反硝化N

5、2O排放速率在4-33℃范圍內(nèi)也一直增加。統(tǒng)計(jì)顯示，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與溫度T(℃)之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系；在4-33℃范圍內(nèi)，硝化N2O轉(zhuǎn)化率與溫度T(℃)之間呈不顯著的相關(guān)關(guān)系。 在10％-140％土壤充水空隙度(WFPS)的含水量范圍內(nèi)，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤含水量呈極顯著的復(fù)合函數(shù)型正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)含水量超過80％WFPS時(shí)，反硝化N2O排放的貢獻(xiàn)要大于硝化N2O排放的貢獻(xiàn)。在100％-140％WFPS含水量條件下，

6、土壤空隙完全充水，土壤處于完全厭氧環(huán)境下，硝化作用可以忽略。 添加銨態(tài)氮能促進(jìn)硝化和反硝化作用的N2O排放。當(dāng)添加量為25mg/kg時(shí)，硝化N2O轉(zhuǎn)化速率和排放速率都達(dá)到最大；在添加量為0-25mg/kg時(shí)，添加銨態(tài)氮能提高硝化、反硝化作用N2O轉(zhuǎn)化率，統(tǒng)計(jì)顯示，銨態(tài)氮添加量與硝化N2O轉(zhuǎn)化率之間不呈顯著相關(guān)關(guān)系，與反硝化N2O轉(zhuǎn)化率之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系。土壤硝化N2O轉(zhuǎn)化率與硝態(tài)氮添加量呈極顯著正相關(guān)，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與硝

7、態(tài)氮添加量不呈顯著相關(guān)。 增加磷素可以促進(jìn)硝化類微生物的活性，統(tǒng)計(jì)顯示，土壤硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤外源磷氮比呈顯著正相關(guān)，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤外源磷氮比不相關(guān)，硝化N2O轉(zhuǎn)化率在添加磷素時(shí)比不添加要高。提高外源磷氮比，能促進(jìn)農(nóng)田土壤N2O的排放。 統(tǒng)計(jì)顯示，硝化N2O轉(zhuǎn)化率與外加秸稈的添加量不相關(guān)，而反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與外加秸稈的添加量呈極顯著相關(guān)。總的排放速率隨外加秸稈的添加量增大，說明提高外加秸稈的添加量能促

8、進(jìn)農(nóng)田土壤N2O的排放。 對大豆、土壤排放N2O的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在大豆的開花結(jié)莢期和成熟期，大豆N2O排放通量呈現(xiàn)兩個(gè)排放高峰，而后大豆、土壤N2O的排放通量開始下降。 應(yīng)用氣相色譜、氣相色譜-同位素比率質(zhì)譜聯(lián)用儀測定了在生長期間，大豆在土壤植物系統(tǒng)N2O排放中的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，GC法測定的大豆在土壤-植物系統(tǒng)N2O排放中的貢獻(xiàn)為20-49％，而用IRMS法測定的貢獻(xiàn)率為3-70％。兩種方法的計(jì)