热带滨海区不同土地利用背景下土壤溶解性有机氮的组成与粒径分布特征

溶解态有机氮(DON)是土壤中活跃的氮库,其生态环境行为与它的化学组成和粒径分布密切相关。为评估热带滨海区不同土地利用方式对不同粒径中土壤溶解性有机氮组成特征的影响,从水稻田、橡胶园、菜园和果园采集土壤样品,通过一系列微滤和超滤(0.7,0.45,0.2,0.1μm,100,10,1 kDa)对土壤溶解性有机氮分级,并使用连续流动分析仪、三维荧光光谱和红外光谱研究了滤液中溶解态有机氮、无机氮的含量及荧光组分和有机官能团特征。结果表明,4种土地利用背景下土壤DON值的范围为5.25-10.88 mg·kg^-1,其大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶,且DON与溶解性总氮(DTN)的比值范围为26.08%-67.11%,其中橡胶土最高,水稻土最低;不同粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中,其值范围为4.85-9.48 mg·kg^-1,占全量的85.89%-92.41%。三维荧光光谱(3D-EEMs)及平行因子分析表明,4种土地利用背景下土壤DON含有两种类腐殖质组分及一种类蛋白质组分,且以类腐殖质组分为主,占比54.00%-77.67%;类蛋白组分对土地利用变化敏感,且随着粒径的减小,类蛋白组分占比增加,在<1 kDa组分中比例最高。红外光谱结果表明,4种土地利用背景下土壤DON主要在6个位置有相似的吸收峰,包含3410 cm^-1、1636 cm^-1、1402 cm^-1、1138-1035 cm^-1、673 cm^-1、602 cm^-1,不同土地利用背景下各吸收峰的透光度不同,强度最大的吸收来自游离的胺类N-H伸缩振动;水稻、菜园土壤DON芳香物质含量较高,结构较复杂。了解DON的组成与粒径分布对土地利用的响应,对进一步研究其生态环境行为具有重要意义。     

氮肥分施次数及硝化抑制剂对盆栽玉米N2O排放的影响

合理施氮是获得较高目标产量和降低因氮环境污染的重要策略.通过盆栽试验研究等氮量下不同分施次数对玉米产量及土壤N₂O排放的影响,并探讨氮转化功能基因丰度与N₂O排放的关系.本试验设空白（CK,不施尿素）、一次性施氮（S1,将0.5g·kg^-1尿素一次性施入土壤+硝化抑制剂）、二次分施（S2,将0.5g·kg^-1尿素分40%和60%两次施入土壤）和三次分施（S3,将0.5g·kg^-1尿素分20%、40%和40% 3次施入土壤）.结果表明：①施氮促进土壤酸化,氮分施次数造成土壤酸化程度的显著差异,氮分施次数越多,土壤酸化越强.施氮显著提高鲜食玉米果穗产量及茎秆生物量,但氮肥分施次数对土壤pH影响的差异可能会导致植物对氮的吸收利用程度也存在着差异.S3处理显著降低土壤pH的同时,也降低了植物氮吸收累积量和氮素利用效率,也造成了高的N₂O累积排放量.与S3处理相比,S1和S2处理分别增产了40.21%和42.55%,其N₂O累积排放量也分别显著降低了79.4%和20.9%.② N₂O排放与AOB和nirK基因丰度呈显著正相关关系,AOB和nirK是N₂O排放的主要贡献者.S1处理显著降低了AOB和nirK基因丰度,降低N₂O排放,S2和S3处理施肥后显著增加了nirK和nirS基因丰度,降低了nosZ基因丰度,促进了N₂O的排放.氮分施次数影响氮转化过程的功能基因,从而影响N₂O排放.由此可见,尿素配合DCD一次性施入不仅能保证玉米产量,提高氮素利用效率,还能降低温室气体排放,可作为海南地区鲜食玉米种植过程推荐的施肥模式.     

不同水分管理条件下添加生物炭对琼北地区水稻土N2O排放的影响

干湿交替会影响土壤硝化和反硝化等N₂O主要的产生过程,频繁的干湿交替在以海南为代表的热带水稻种植地区十分常见.生物炭作为一种土壤改良剂在改良土壤理化性质,减少土壤温室气体排放方面应用广泛,然而当前关于生物炭在琼北地区水稻土频繁干湿交替过程中减排效果研究并未深入.本试验以海南琼北地区典型水稻土为供试土壤,以400℃厌氧条件下炭化的玉米秸秆生物炭为供试生物炭,探究不同水分管理条件下添加生物炭对土壤温室气体排放及微生物相关功能基因的影响.试验设置干湿交替条件下不添加生物炭（AWD1）,干湿交替并添加2%生物炭（AWD2）,干湿交替并添加4%生物炭（AWD3）,持续淹水不添加生物炭（CF1）,持续淹水并添加2%生物炭（CF2）,持续淹水并添加4%生物炭（CF3）共6个处理,进行为期30 d的25℃恒温避光培养.结果表明：①不同水分条件下添加玉米秸秆生物炭均可减少酸性水稻土中N₂O的排放（P<0.05,下同）,AWD3处理N₂O排放总量为0.43 mg·kg^-1,相比AWD1处理减少了68%;②玉米秸秆生物炭在不同水分管理条件下均可以显著提高土壤pH,添加生物炭处理相对于不添加生物炭处理在培养结束后土壤pH平均提高了0.5个单位,同时提高土壤NH₄⁺-N含量,但会导致Eh的降低;③玉米秸秆生物炭的添加显著降低了氨氧化细菌（AOB）丰度,显著提高了nosZ基因丰度,降低了（nirK+nirS）/nosZ的比值,抑制了硝化过程,同时促进了反硝化过程N₂O的还原,从而降低了N₂O排放.结果表明,干湿交替过程添加生物炭有利于减少水稻田土N₂O排放,在琼北地区农业温室气体减排方面有较大的应用前景.     

椰糠生物炭对热区双季稻田N2O和CH4排放的影响

基于稻菜轮作模式,选择海南双季稻田为对象进行氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的原位监测,探究椰糠生物炭对该系统稻田温室气体排放的影响.试验设当地常规施肥对照（CON）、氮肥配施20 t·hm^-2生物炭（B1）、氮肥配施40 t·hm^-2生物炭（B2）及不施氮对照（CK）4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季稻田N₂O和CH₄排放,并估算增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,早稻季N₂O排放动态与土壤矿质氮含量密切相关,排放集中在水稻苗期与分蘖期施肥后,各处理早稻季N₂O累积排放量为0.18~0.76 kg·hm^-2,相较于CON处理,生物炭处理减排18%~43%,其中B2处理达显著水平;生物炭可能通过促进N₂O的还原减少早稻苗期N₂O排放;提高土壤硝态氮含量而增加了早稻分蘖期N₂O排放.晚稻季N₂O排放集中在抽穗期和成熟期,累积排放量为0.17~0.34 kg·hm^-2,B1处理减排37%,B2增加3%,差异均不显著.稻田CH₄排放高峰出现在早稻季后期与晚稻季前期.各处理早稻季CH₄累积排放量为3.11~14.87 kg·hm^-2,CK较CON处理增排39%,生物炭处理可能提高土壤通气性限制早稻季产CH₄能力,B1和B2处理分别较CON减排28%和71%;晚稻季CH₄累积排放量为53.1~146.3 kg·hm^-2,排放动态与NH₄⁺-N含量极显著正相关,CK和B1分别较CON处理增加52%和99%,B2处理显著增加176% CH₄排放.早稻季B1和B2处理较CON分别增产12.0%和14.3%,晚稻季分别增产7.6%和0.4%.由于晚稻季甲烷排放的增加,施用生物炭增加了双季稻田总增温潜势（GWP）,其中高量生物炭达显著水平;不同施用量生物炭对双季稻田温室气体排放强度（GHGI）无显著影响.椰糠生物炭在热区稻田温室气体减排方面的应用仍需进一步研究.