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.     

人为干扰对闽江河口湿地土壤硝化-反硝化潜力的影响

选择闽江河口芦苇湿地为研究对象,研究了人为干扰活动(养殖塘、污染物排放和农业活动)对湿地土壤硝化-反硝化潜力的影响.结果表明,人类干扰活动对湿地土壤硝化和反硝化潜力均具有显著影响,4种土壤的硝化潜力表现为水稻田>养殖塘>排污闸口>芦苇湿地,其最大硝化率分别为103.45%、99.38%、12.58%和4.16%,而反硝化作用的变化规律则与之相反,24d内的最大反硝化率分别为21.89%、26.95%、78.15%和88.28%,说明人类干扰和管理程度越大,土壤硝化潜力越大,反硝化潜力越弱.土壤NO3--N含量是闽江河口地区不同人为干扰方式下土壤硝化-反硝化作用差异的重要指示指标,土壤pH值与土壤硝化-反硝化作用也具有密切关系,而土壤有机质、全氮、全磷和可溶性碳含量以及电导率等则与土壤硝化-反硝化作用不具有显著的相关关系.人类干扰活动导致土壤硝化能力的提高,反硝化能力的降低,能够增加土壤氮素以硝态氮形式淋失的风险.     

臭氧浓度升高对冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响

为研究臭氧浓度升高对农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响,采用开顶箱(OTC)法设置3个臭氧浓度处理,分别为对照CK、T1(100 nL.L-1臭氧)和T2(150 nL.L-1臭氧).以便携式土壤CO2通量观测仪测定不同臭氧浓度处理下的冬小麦田土壤呼吸速率,并采用气压过程分离(BaPS)法测定不同处理的土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率.结果表明,在本实验阶段内,CK、T1、T2处理的土壤呼吸速率之间无显著差异(p0.05),其平均土壤呼吸速率分别为(5.36±0.72)、(5.08±0.04)、(4.94±0.18)μmol.(m2.s)-1.CK和T2处理的硝化速率和反硝化速率也均无显著差异(p0.05).不同臭氧浓度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平(p0.05),CK、T1和T2处理的土壤呼吸的Q10值分别为1.72、1.58和1.51.Pearson相关分析结果表明,CK处理中土壤硝化速率与反硝化速率和土壤含水量之间均存在显著相关关系(p0.05),其相关系数分别为0.828和0.890;T2处理中硝化速率与土壤含水量之间存在显著相关关系(p0.05),其相关系数为0.772.本研究表明,臭氧浓度升高未显著改变冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化速率,但臭氧浓度升高显著降低了土壤呼吸的温度敏感性.     

施加碳酸钙对酸性土壤微生物氮循环的影响

土壤硝化作用和反硝化作用是闭合氮循环的重要步骤,阐明在酸性土壤施用碳酸钙(CaCO_3)对土壤理化性质及土壤氮循环的影响,可为农田质量稳定和可持续利用提供理论依据和技术支持.以湖南省湘潭市酸性土壤为研究对象,设计了4个CaCO_3施加量,分别为0、2.25、4.5和7.5 t·hm~(-2),在种植一季水稻后,分析了不同CaCO_3施加量对土壤理化性质、硝化作用和反硝化作用的影响.结果表明CaCO_3的施加,显著提高了土壤溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)762.10~868.58mg·kg~(-1),促进土壤硝化作用[0.59~0.82μg·(g·h)~(-1),以NO_2~--N/土计],但当CaCO_3施加量达7.5 t·hm~(-2)时对硝化作用产生抑制,土壤反硝化作用对CaCO_3的响应较为复杂.Pearson相关分析结果表明,土壤硝化作用与土壤DOC显著正相关,和NH_4~+-N含量显著负相关,反硝化作用与NO_3~--N含量、土壤DOC显著正相关,和含水量显著负相关.     

不同条件对土壤反硝化作用的影响

不论是从农业还是从环境角度看,反硝化作用已经引起越来越多的关注。其研究目的可以归纳为两个方面:其一是农业方面着重控制土壤的反硝化作用以减轻氮肥的逸     

不同施肥处理对东北黑土温室气体排放的短期影响

以东北耕作黑土为对象,在25℃和60%最大持水量(WHC)条件下开展为期7 d的室内培养试验,研究了不同施肥处理对东北黑土温室气体排放的短期影响.结果表明,与不施肥对照处理相比,单施氮肥对土壤呼吸释放的CO_2没有影响,而在施用氮肥的基础上配施有机物料使得CO_2排放量提高了一个数量级,氮肥配施秸秆对CO_2排放的促进效果大于氮肥配施猪粪.短期培养时间内施用氮肥对N_2O排放没有显著影响,硝化作用是对照处理和单施氮肥处理土壤排放N_2O的主要过程.与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪或秸秆显著促进了反硝化过程,使得N_2O排放量提高了两个数量级,氮肥配施秸秆处理的N_2O排放量显著大于氮肥配施猪粪处理.单施氮肥抑制了CH_4的排放,表现为对CH_4的微量吸收,而氮肥配施猪粪或秸秆则显著促进了CH_4的排放.     

青藏高原林地土壤的氮转化特征及其影响因素分析:以祁连山和藏东南地区为例

矿化和硝化过程是森林生态系统氮素循环的重要组成部分,对生态系统功能的维持与土壤环境质量有着重要影响.净矿化和净硝化速率是评价土壤氮素供应能力和氮损失风险的常用指标.为探究青藏高原林地土壤氮转化特征及其影响因素,以气候差异较大的祁连山和藏东南地区作为研究对象,采集了327个林地土壤样本,通过样本处理及室内培养试验,分析了土壤中无机氮含量、净矿化速率、净硝化速率及其与环境因子之间的相关关系.结果表明,藏东南地区林地土壤的无机氮含量、净矿化速率和净硝化速率［109.70 mg·kg^-1、3.08 mg·（kg·d）^-1和2.19 mg·（kg·d）^-1］均显著高于祁连山地区［49.47 mg·kg^-1、0.70 mg·（kg·d）^-1和0.69 mg·（kg·d）^-1］;土壤的净矿化速率与年平均温度、年平均降水量、湿润指数及土壤有机质含量之间具有极显著的正相关关系（P<0.001）.净硝化速率与年平均温度、年平均降水量之间无显著正相关关系,但与土壤净矿化速率呈极显著的正相关关系（P<0.001）.这表明藏东南地区林地土壤具有比祁连山林地土壤更高的氮素供应水平,而水热条件可能是造成两地土壤净矿化速率差异的主要原因,净矿化速率是净硝化速率的限制因子,对青藏高原林地土壤的氮素损失有着重要影响.这些结果强调了水热条件等气候环境因子对青藏高原林地土壤净矿化和净硝化速率的重要影响,进一步加深了人们对青藏高原林地土壤氮素转化规律的认识.     

盐分对粉壤土氮转化的影响

采用室内恒温通气培养法,以北京地区耕作层典型粉壤土为对象,研究盐分对土壤氮素矿化和硝化的影响.实验设置了4个不同盐分〔以ρ（NaCl）计,分别为20,30,50和80 mg/L〕处理和对照处理,并在硝化实验的土壤中加入一定量的（NH₄）₂SO₄,分别在30 ℃恒温培养箱中进行为期105 d（矿化）和49 d（硝化）的培养实验.结果表明:在初期的培养中,低盐分有利于土壤氮素转化,ρ（NaCl）为20 mg/L的处理分别比对照处理的累积矿化量和累积硝化量多18.21%和1.87%;而在长期培养过程中,高盐分不利于土壤氮素转化,且ρ（NaCl）越高抑制越明显,其对土壤氮素矿化和硝化的抑制率达到67.92%和62.58%;土壤矿化势和硝化势随w（NaCl）分别呈指数递减,矿化速率常数和硝化速率常数与土壤中w（NaCl）为二次函数关系.      

广州市流溪河河岸带土壤反硝化作用的多尺度影响因子

以广州市水源地流溪河二级支流的河岸带为研究对象,分析嵌套结构的多尺度因素对河岸带土壤反硝化作用的影响,确定调节河岸带土壤反硝化酶活性的不同尺度控制因素.结果表明:以土壤反硝化酶活性表征的反硝化潜力,其在研究区内的剖面尺度空间变异性显著大于断面尺度和流域景观尺度;反硝化酶活性的空间变异受多尺度因子的作用,其中剖面尺度中土壤有机碳、全氮、硝态氮等因子对其空间分布起主要的直接控制作用,而断面尺度的景观位置、植被密度与流域景观尺度的地形指数、高程及土地利用类型等因子通过影响土壤性质而间接调控反硝化酶的空间分异性;研究区的反硝化酶活性在剖面尺度中表层最高,随着深度增加呈急剧减小的趋势;断面尺度中活性值最高位于河岸区中间的景观位置,因该位置具有良好的景观连接性和较高的植被密度;流域景观尺度中,除受人为扰动严重城市化地区外,河岸带土壤反硝化酶活性沿流域从上游至下游呈不断增加的趋势.     

低铵污水灌溉下土壤中硝化作用试验研究

为模拟含低浓度铵的污水灌溉条件下土壤中硝化作用，采用了铵盐溶液(50mg/LNH4Cl)连续淋沥土壤，进行了垂向土柱试验研究，测定了土柱不同深度氮化合物的浓度。结果表明：低铵浓度污水灌溉下土壤溶液中的硝化作用主要是在30cm内发生的，NO3—N的浓度在30cm左右达到峰值。随后由于脱氮等作用，浓度迅速下降，在100cm处减小到10mg/L左右，在40cm以下土壤中未测出NH4—N。