华中地区水旱轮作模式下水稻季施氮肥对油菜季施氮肥土壤N2O排放的影响

设置了水稻季与油菜季均不施用氮肥(N0-0);水稻季施用氮肥150 kg·hm-2(以N计,下同),油菜季不施用氮肥(N150-0);水稻季与油菜季均施用氮肥150 kg·hm-2(N150-150);水稻季不施用氮肥,油菜季施用氮肥150 kg·hm-2(N0-150)4种施肥处理,采用静态箱/气相色谱法对旱作油菜季N_2O的排放进行了原位观测(2016年9月—2017年4月),研究了华中地区水旱轮作模式下水稻季施肥对油菜季土壤N_2O排放的影响.结果表明,油菜季N_2O排放主要集中在施基肥后1周内.N0-0、N150-0、N150-150和N0-150处理N_2O排放通量变化范围分别为-10.81~181.26、-20.48~95.61、-8.87~638.56和-21.76~827.86μg·m-2·h-1,平均排放通量分别为4.58、3.89、21.06和27.24μg·m-2·h-1,N_2O累积排放量分别为0.20、0.17、0.92和1.19 kg·hm-2,施氮肥处理(N150-150和N0-150)N_2O排放量显著高于不施氮肥处理(N0-0、N150-0)(p0.05).N150-150和N0-150处理N_2O排放通量与土壤孔隙充水率(WFPS)具有显著正相关关系(p0.05);N150-150和N0-150处理N_2O排放通量与土壤可溶性有机氮(DON)和无机氮(NO-3-N和NH+4-N)具有显著正相关关系(p0.01).以上结果表明,油菜季N_2O排放与稻季施用氮肥无关,施氮肥对土壤活性氮含量的影响是导致N_2O排放差异的主要原因,而土壤孔隙充水率也是影响油菜季N_2O排放的重要环境因子.     

地膜覆盖对菜地生态系统N2O排放的影响

为了探讨地膜覆盖对菜地N_2O的排放通量、土壤剖面N_2O浓度以及土壤温度和湿度的影响,选取西南地区常见菜地(辣椒-萝卜轮作)为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行了为期1 a的野外观测实验.结果表明,在辣椒季,常规处理(不覆膜)N_2O的平均排放通量为1000.0μg·(m~2·h)~(-1),覆膜处理为400.6μg·(m~2·h)~(-1),覆膜显著低于常规处理(P0.05);而在萝卜季,N_2O的平均排放通量则表现为覆膜处理[128.1μg·(m~2·h)~(-1)]高于常规处理[107.8μg·(m~2·h)~(-1)],但两者差异未达到显著水平(P0.05).覆膜和常规菜地土壤中N_2O含量均基本随土层深度的增加而增加,表现为:30 cm20cm10 cm,相同处理各层次土壤N_2O含量间均呈显著相关,不同处理相同深度处的土壤N_2O含量间也存在显著的正相关关系.对不同土层中的N_2O含量与地表N_2O排放通量的相关性分析可得出,常规处理各土层处的N_2O含量与地表N_2O排放通量呈显著正相关关系.覆膜处理的N_2O排放通量仅与30 cm深土壤中的N_2O含量存在显著正相关关系.通过对土壤湿度和温度的观测可以得出,地膜覆盖对土壤的增温效应在夏季更加明显,对土壤的保水作用在秋冬季更加突出.相关性分析和主成分分析结果表明,土壤中氮素形态是决定农田N_2O排放最重要的因素,其中常规菜地N_2O排放主要受土壤中总氮含量的影响,而覆膜菜地N_2O的排放对土壤中无机态氮含量的变化更加敏感.     

土壤微生物还原N2O机制及其研究进展

氧化亚氮(N_2O)的产生和消耗对气候变化有着重要影响。土壤是大气N_2O的重要来源,占全球N_2O总产量的60%左右,土壤表面的N_2O排放是N_2O产生和还原过程的结果。近年来发现土壤不仅能够产生和排放N_2O气体,还具有吸收和消耗N_2O的能力。土壤中N_2O通过被动扩散和气体对流在土壤结构中移动,然后经过物理、化学、生物等多种途径被消耗,相比较于其他消耗途径,由微生物介导的生物途径才能真正将N_2O还原转化为无害的N_2,这一过程只有反硝化菌中的nosZ基因编码的氧化亚氮还原酶(N_2OR)才能催化进行。近年来部分研究者揭示了一类新型nosZ基因(非典型nosZⅡ基因),其丰度和类型也影响着N_2O还原潜力。土壤微生物需要在适宜的环境条件下活动,土壤环境的改变也会影响土壤N_2O还原和消耗的能力。文章以土壤微生物消耗N_2O过程为核心,论述了土壤水分含量、土壤碳/氮含量、土壤深度、土壤类型、土壤pH值等关键因子对土壤中N_2O还原微生物活性的影响机理,以及对N_2O消耗能力和排放过程的调节机制。从而深入认识N_2O微生物消耗能力及其调控机制,并为控制土壤温室气体N_2O的排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供参考依据。     

生物质炭对华北平原4种典型土壤N2O排放的影响

生物质炭作为一种新型的土壤改良剂,在降低土壤温室气体排放方面发挥着重要作用.为明确生物质炭对冬小麦苗期土壤N_2O排放的影响,以华北平原的4种典型土壤(水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土)为研究对象,进行田间试验,设置了4个处理:对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施生物质炭(BC)和化肥与生物质炭配施(NPK+BC).结果表明,单施化肥显著增加了4种土壤N_2O排放,与对照相比,水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土N_2O排放分别增加了314%、116%、240%和282%.添加生物质炭对华北平原4种土壤N_2O排放影响存在差异,与CK相比,单施生物质炭水稻土、褐土N_2O排放显著增加了72. 4%和50. 9%,而砂姜黑土和潮土BC与CK处理无显著差异.与NPK相比,生物质炭与化肥配施显著降低了4种土壤N_2O排放.添加生物质炭提高了4种土壤pH,其中,初始pH最低的水稻土,受生物质炭影响较显著,施肥则降低了4种土壤pH.砂姜黑土、褐土和潮土施肥处理N_2O排放通量均与铵态氮含量呈显著正相关,水稻土和砂姜黑土单施生物质炭处理N_2O排放通量与硝态氮含量呈显著正相关.     

地膜覆盖对稻-油轮作农田CH4和N2O排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的稻-油轮作农田为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,对覆膜与常规(不覆膜)两种处理下稻-油轮作农田CH_4和N_2O的排放特征及影响因素进行了为期一年的原位观测.结果表明,两种处理下,CH_4和N_2O的排放均主要集中在各作物的生长前期,水稻季CH_4和油菜季N_2O的排放通量均具有较明显的季节变化;全年CH_4的排放通量介于-0.45~1.90 mg·(m~2·h)~(-1),N_2O的排放通量介于-46.1~2 040.7μg·(m~2·h)~(-1).地膜覆盖提高了CH_4和N_2O排放总量,其中覆膜处理全年CH_4排放总量为(27.22±4.48)kg·hm~(-2),相比常规处理(19.93±0.56)kg·hm~(-2)提高了26.22%;覆膜处理N_2O的年排放总量为(13.14±0.82)kg·hm~(-2),较常规处理下(11.27±2.77)kg·hm~(-2)增加了16.6%.覆膜显著提高了油菜季土壤含水率,而对全年各作物季土壤温度(地下5 cm温度和地表温度)没有明显的影响.覆膜处理下油菜季CH_4和N_2O的排放与土壤含水率呈负相关,幼苗期达显著负相关;两种处理下,各作物季CH_4和N_2O的排放与土壤温度的相关性均很小.研究表明,地膜覆盖影响作物各生育期内CH_4和N_2O的排放规律,改变了作物各生育期内2种气体排放占全季排放量的比例,促进了稻-油轮作农田CH_4和N_2O的排放.在100 a时间尺度上,覆膜处理下全年排放的CH_4和N_2O所引起的综合GWP(CO_2量)为4 213.00 kg·hm~(-2),较常规处理3 454.17 kg·hm~(-2)提高了22.0%,表明覆膜不是一种有效的碳减排措施.     

生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

盐度水平对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮排放的影响

选取内蒙古河套灌区3种不同盐渍化程度土壤(盐土、重度盐渍化土壤和轻度盐渍化土壤),采用室内培养方法,用不同浓度KCl溶液调节不同盐渍化程度土壤盐含量分别为原土壤盐含量(对照)的2倍和3倍,研究盐分对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响.结果表明,盐分含量显著影响不同盐渍化程度土壤N_2O排放.无外源盐分加入时,不同盐碱程度土壤中盐土N_2O排放量最高,重度盐渍化土壤次之,轻度盐渍化土壤最低.外源盐加入后,随盐度梯度升高,与其对照相比,盐土N_2O排放量降低;重度盐渍化土壤N_2O排放量呈现先增加后降低趋势;轻度盐渍化土壤N_2O排放量升高.与其对照相比,土壤的盐分含量增加2倍时,盐土N_2O排放量减少90%;轻度盐渍化土壤N_2O排放量增加9倍.外源盐加入不同盐渍化程度土壤对N_2O排放的影响程度取决于土壤培养前后铵态氮含量差值,加入外源盐后,N_2O累积排放变化量的94.6%由土壤NH_4~+-N含量差值解释(R2=0.95,p0.01).     

有机氮替代比例对冬小麦/夏玉米轮作体系作物产量及N2O排放的影响

控制农业温室气体排放(如N_2O)是减缓全球气候变暖的一个重要措施.本研究通过动态监测小麦-玉米轮作体系N_2O排放通量,探究不施任何肥料(对照,CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、75%NPK+25%(有机氮M)(25%M)、50%NPK+50%M(50%M)、25%NPK+75%M(75%M)以及100%M,即不同有机氮替代比例对陕西关中塿土冬小麦/夏玉米轮作体系N_2O排放及作物产量的影响.结果表明,各处理N_2O排放通量在施肥、降雨或灌水后出现排放峰值.在小麦季各处理变化幅度为-1.33~144.2μg·(m~2·h)~(-1),其中NPK处理峰值最高.玉米季各处理变化幅度为88.2~1 800.1μg·(m~2·h)~(-1),50%M处理峰值最高.小麦/玉米一个轮作年不同处理N_2O排放总量为429.8~2 632.1 g·hm~(-2),且50%M25%MNPK75%M100%MCK.无论小麦、玉米还是一个轮作年总产量,施肥处理产量均显著高于对照.小麦季,施用有机肥的处理小麦产量均显著高于单施化肥处理,增幅达26.1%~50.0%.玉米季,50%M和75%M处理产量与NPK相似,而25%M和100%M处理玉米产量显著低于NPK处理.小麦/玉米轮作总产量变幅为9 166~17 496 kg·hm~(-2),其中50%M和75%M处理显著高于NPK处理,25%M和100%M处理与NPK处理无显著差异.综合考虑塿土小麦/玉米轮作体系有机氮替代化肥氮75%最好,可以保证作物产量、实现N_2O减排.     

设施菜田土壤N2O产生对O2的响应

以添加(DIS)/不添加(DI)玉米秸秆的常规设施菜田土壤为研究对象,通过室内培养试验,利用在线自动监测培养系统,在不同初始氧气体积分数下(0%、1%、3%、5%和10%)监测土壤N_2O、NO、N_2和CO_2产生量的动态变化,并同步分析了土壤无机氮(NO-2、NO-3、NH+4)含量,同时设置添加Na Cl O3的处理抑制土壤NO-2的氧化,以期对比研究不同碳投入菜田土壤N_2O产生量对O_2的响应.结果表明,厌氧条件下土壤N_2O产生量显著高于有氧条件下土壤N_2O产生量(P0.01).当氧气体积分数≤1%时,添加秸秆的(DIS)土壤N_2O产生量显著高于未添加秸秆的(DI)土壤(P0.01).土壤中氧耗竭时会观察到明显的N_2O产生速率峰值,但N_2产生速率峰值随着初始氧气体积分数的升高极显著降低(P0.01),反之,土壤中如果没有出现氧耗竭的现象,则N_2O和N_2产生量随着初始氧气体积分数的升高显著降低(P0.01).初始氧气体积分数介于1%~5%时,培养过程中会观察到持续的NO-2累积,且在该氧梯度内N_2O/(NO+N_2O+N_2)指数显著高于0%以及10%初始氧气体积分数的处理,此外,添加Na Cl O3后,当初始氧气体积分数为5%和10%时,持续增加的NO-2与N_2O产生量两者之间线性相关(R2≥0.85).本研究结果表明,低氧条件下不完全的反硝化和NO-2诱导的硝化细菌反硝化共同作用,显著增加了土壤N_2O的产生量和N_2O/(N_2O+NO+N_2)指数;但是,有氧条件下土壤N_2O的产生量显著低于厌氧条件(P0.01).     

三峡库区消落带N2O排放及其影响因素

为了探讨亚热带水库消落带N_2O的排放规律,选取三峡库区王家沟一典型消落带内3个高程(180、175和155 m)作为研究对象,采用静态暗箱和浮箱法进行了为期2 a的连续观测.175 m和155 m高程位于三峡库区消落带上,而180 m高程作为对照,为永不淹水的陆地.结果表明,各高程处的N_2O排放通量都表现出明显的季节变化,180 m高程处的春季N_2O排放最低;175 m高程在实验观测的第一年表现为单峰型的夏季N_2O排放高峰,次年在三峡水库实现最高蓄水位175 m后,表现为干湿交替和夏季N_2O高排放的双峰型;155 m高程处只呈现为夏季高N_2O排放的单峰态.另外,位于消落带上的175 m和155 m高程均表现为落干期N_2O排放大于淹水期.各高程处N_2O的年累积排放量为175 m(853.92 mg·m-2)180 m(336.69mg·m~(-2))155 m(324.69 mg·m~(-2)),与180 m高程对照相比,表明短期淹水会促进N_2O排放,而长期淹水则会抑制N_2O排放.相关性分析显示,陆地与消落带落干期的N_2O排放与各环境因子间无显著相关性,消落带淹水期排放与水温和风速呈极显著负相关.对影响陆地、消落带淹水期和落干期N_2O排放的因素进行主成分分析可知,消落带淹水期水体中可溶性氮素的分布是影响水面N_2O排放的最主要因素,而消落带落干期及陆地则是受土壤碳氮含量、土壤温度、湿度及pH等因素的共同影响和制约.     

碳底物含量对厌氧条件下水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响

理解底物碳氮对厌氧条件下水稻土排放氮素气体——氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)以及二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的影响,有助于制定合理的温室气体减排措施,定量了解反硝化产物组成对碳底物水平的依赖性,也有助于氮转化过程模型研发中制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究采用粉砂壤质水稻土为研究对象,设置对照(CK)和加碳(C+)两个处理,前者的初始硝态氮和可溶性有机碳(DOC)含量分别为~50 mg·kg-1和~28 mg·kg-1,后者的分别为~50 mg·kg-1和~300 mg·kg-1.采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定系统,研究了完全厌氧条件下碳底物水平对上述气体排放的影响.结果表明,CK处理无CH4排放,而C+处理可观测到CH4排放;C+处理的综合增温潜势显著高于CK处理(P<0.01);NO、N2O和N2排放量占这3种氮素气体排放总量的比重,在CK处理分别约为9%、35%和56%,在C+处理分别约为31%、50%和19%,处理间差异显著(P<0.01).由此表明,碳底物水平可显著改变所排放氮素气体的组成;对于旱地阶段硝态氮比较丰富的水稻土,避免在淹水前或淹水期间施用有机肥,有利于削减温室气体排放.     

Nitrous oxide emissions from black soils with different pH

N₂O fluxes as a function of incubation time from soil with different available N contents and pH were determined. Cumulative carbon dioxide (CO₂) emissions were measured to indicate soil respiration. A 144-hr incubation experiment was conducted in a slightly acidic agricultural soil (pH_H2O 5.33) after the pH was adjusted to four different values (3.65, 5.00, 6.90 and 8.55). The experiments consisted of a control without added N, and with NH₄⁺-N and NO₃^--N fertilization. The results showed that soil pH contributed significantly to N₂O flux from the soils. There were higher N₂O emissions in the period 0-12 hr in the four pH treatments, especially those enhanced with N-fertilization. The cumulative N₂O-N emission reached a maximum at pH 8.55 and was stimulated by NO₃^--N fertilization (70.4 μg/kg). The minimum emissions appeared at pH 3.65 and were not stimulated by NO₃^--N or NH₄⁺-N fertilization. Soil respiration increased significantly due to N-fertilization. Soil respiration increased positively with soil pH (R² = 0.98, P < 0.01). The lowest CO₂-C emission (30.2 mg/kg) was presented in pH 3.65 soils without N-fertilization. The highest CO₂-C emissions appeared in the pH 8.55 soils for NH₄⁺-N fertilization (199 mg/kg). These findings suggested that N₂O emissions and soil respiration were significantly influenced by low pH, which strongly inhibits soil microbial nitrification and denitrification activities. The content of NO₃^--N in soil significantly and positively affected the N₂O emissions through denitrification.     

Sources of nitrous and nitric oxides in paddy soils：Nitrification and denitrification

Rice-paddies are regarded as one of the main agricultural sources of N 2O and NO emissions. To date, however, specific N2O and NO production pathways are poorly understood in paddy soils. ^15N-tracing experiments were carded out to investigate the processes responsible for N2O and NO production in two paddy soils with substantially different soil properties. Laboratory incubation experiments were carried out under aerobic conditions at moisture contents corresponding to 60% of water holding capacity. The relative importance of nitrification and denitrification to the flux of NaO was quantified by periodically measuring and comparing the enrichments of the N2O, NH~-N and NO3-N pools. The results showed that both N2O and NO emission rates in an alkaline paddy soil with clayey texture were substantially higher than those in a neutral paddy soil with silty loamy texture. In accordance with most published results, the ammonium N pool was the main source of N2O emission across the soil profiles of the two paddy soils, being responsible for 59.7% to 97.7% of total N2O emissions. The NO3-N pool of N2O emission was relatively less important under the given aerobic conditions. The rates of N2O emission from nitrification （N2On） among different soil layers were significantly different, which could be attributed to both the differences in gross N nitrification rates and to the ratios of nitrified N emitted as NzO among soil layers. Furthermore, NO fluxes were positively correlated with the changes in gross nitrification rates and the ratios of NO/N2O in the two paddy soils were always greater than one （from 1.26 to 6.47）. We therefore deduce that, similar to N2O, nitrification was also the dominant source of NO in the tested paddy soils at water contents below 60% water holding capacity.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

有机无机配施下西北旱区麦田土壤N2O的排放特征及微生物特性

有机无机配施可为作物提供长效持续的营养物质来源,研究旱地农田有机无机配施带来的环境效应和土壤酶活性及微生物特性,对减少化肥面源污染,改善生态环境有重要意义.本试验以3个梯度氮水平(NO、N1、N2):0、150、300 kg·hm-2为主处理,单施化肥和有机无机配施(+M)为副处理,有机肥施用量为30 t·hm-2;测定了小麦生长季的温室气体N2O排放通量和土壤酶活性,硝态氮及铵态氮含量和土壤物理性质.结果表明,土壤N2O排放通量最高的为N2+M处理,排放通量达到0.190 4 mg·(m2·h)-1,N2+M处理较NO累计排放量提高了 255％;N2和N2+M处理N2O的排放通量和增温潜势高于N1和N1+M处理,而产量低于N1和N1+M处理;微生物量碳氮以N2+M处理分蘖期最多,分别为346.31 mg·kg-1和33.36 mg·kg-1;N2+M处理的土壤酶活性较高,其次是N2处理,NO和NO+M处理土壤酶活性较低;通径分析表明,铵态氮(NH4+-N)、土壤磷酸酶(AKP)和微生物量氮(MBN)对N2O排放通量的直接影响较大,其他间接影响较小可不予以考虑.研究旱地麦田有机无机配施的环境效益,与多方面因素相关,合理地配施有机肥可以平衡产量与土壤环境的综合效益.     

农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施

氧化亚氮(N2O)作为一种重要的温室气体,其全球排放总量仍然在持续上升.它不仅可以产生温室效应,还可以间接破坏臭氧层,使其在全球气候变化和生态环境变化研究中备受关注.土壤生态系统是大气中N2O的最重要排放源.本文详细论述了农田土壤中反硝化作用、硝化作用、硝化微生物的反硝化作用以及硝酸盐异化还原成铵作用等过程产生N2O的微生物学机制,并从土壤理化性质(土壤pH、氮素、有机质、土壤温度和湿度)和土壤生物等方面对农田土壤N2O排放的影响进行综述,在此基础上对农田土壤N2O的减排措施进行总结,并就今后农田土壤N2O排放的研究重点和方向进行了展望,为调控农田土壤温室气体排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供科学依据.     

不同生态系统土壤生化特征及其与土壤呼吸和N2O排放的关系

通过室内培养实验,研究了不同生态系统土壤生化特征及其对土壤呼吸和N2O排放的影响.结果表明,不同生态系统土壤的生化特征不同,土壤呼吸和N2O排放也不相同.一般果园细菌数量最多,草地放线菌数量最多,林地真菌数量最多,而竹园细菌放线菌数量最少,果园真菌最少;微生物碳氮含量一般果园>林地>农田.相关分析表明细菌数量与微生物碳氮呈显著正相关,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),而真菌数量仅与全氮含量呈显著正相关(P<0.05).土壤呼吸累积排放量从高到低为果园>竹林>农田>林地>草地.N2O累积排放量为农田>果园>草地>林地>竹林.土壤呼吸与细菌、微生物碳氮呈显著正相关(P<0.05);土壤的N2O排放与三大微生物、铵态氮呈显著正相关(P<0.05).逐步回归分析表明土壤呼吸主要取决于土壤细菌数量和pH的变化;土壤N2O排放主要取决于土壤细菌数量和铵态氮含量的变化.     

水肥气耦合对温室番茄地土壤N2O排放及番茄产量的影响

为揭示水肥气耦合对温室番茄地土壤N_2O排放的影响,提出适宜的温室番茄增产减排措施,采用静态暗箱-气相色谱法监测土壤N_2O的排放,分析水肥气耦合条件下土壤温度、灌溉水利用效率(WFPS)、NO~-_3-N、O_2含量的变化规律以及N_2O排放的影响机制.加气条件下设两个灌水水平0.6 W和1.0 W(分别代表亏缺40%灌溉和充分灌溉,W代表充分灌水时的灌水量)和3个施氮水平(120、 180和240 kg·hm~(-2),分别代表低、中和高氮,以50%F、 75%F和F表示,其中F为当地推荐施氮量),以不加气充分灌溉(O为加气灌溉,CK为常规滴灌)条件下3种施肥水平为对照,共9个处理.结果表明,充分灌溉(W2F1O、W2F2O和W2F3O)的N_2O累积排放量较亏缺灌溉(W1F1O、W1F2O和W1F3O)处理平均增加了55.7%(P0.05);高氮条件下(W1F3O、W2F3O和W2F3CK)土壤N_2O排放较中氮和低氮平均增大13.4%和43.8%(P0.05),充分灌溉条件下加气处理(W2F1O、W2F2O和W2F3O)较相应不加气处理(W2F1CK、W2F2CK和W2F3CK)N_2O排放平均增加11.2%(P0.05).加气、施氮量和灌水量的增加可增加番茄产量和单产N_2O排放量.高氮处理番茄产量和单产N_2O排放量较中氮处理分别增加了12.5%(P0.05)和3.9%(P0.05),高氮处理番茄产量和单产N_2O排放量较低氮处理显著增加了30.4%和9.6%(P0.05),加气充分灌溉较加气亏缺灌溉处理番茄产量和单产N_2O排放量分别显著增加了29.7%和18.7%(P0.05),加气处理(W2F1O、W2F2O和W2F3O)较不加气处理产量(W2F1CK、W2F2CK和W2F3CK)平均增加了10.4%(P0.05),单产N_2O排放量增加但不显著.灌水量增加、施肥量降低、加气均可显著增大肥料偏生产力,减小灌溉水分利用效率(IWUE).综合考虑N_2O累积排放量、作物产量、氮肥利用效率、IWUE和单产N_2O排放量,得出加气低氮充分灌溉为较优的管理模式.本研究结果为温室番茄的增产减排提供了一定的参考.