丛枝菌根真菌对褐土玉米氮素吸收和土壤N_(2)O排放的影响

探究不同氮肥水平下丛枝菌根(AM)真菌对褐土玉米土壤N_(2)O排放和氮转化功能基因的影响,为阐明AM真菌在褐土N_(2)O排放中的作用和效应提供理论依据。设置氮肥用量(NⅠ:105 mg/kg;NⅡ:210 mg/kg)、AM真菌(M0:不接种AM真菌;M1:接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices);M2:接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae);M3:接种Rhizophagus intraradices+Funneliformis mosseae等比例混合)双因素盆栽试验。测定植株地上部全氮含量、土壤铵态氮、硝态氮含量和N_(2)O排放量,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)法分析土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)和反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)的丰度。结果表明,两种施氮水平下,接种AM真菌均可显著降低土壤N_(2)O排放通量和累积排放量,不同AM真菌处理下N_(2)O累积排放量表现为:M0>M2>M1>M3。相同AM真菌处理的土壤N_(2)O排放通量和累积排放量在NⅡ施氮水平高于NⅠ施氮水平;相同AM真菌处理的玉米菌根侵染率在NⅡ施氮水平低于NⅠ施氮水平。与M0相比,NⅠ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低24.5%、20.8%和45.3%,硝态氮含量分别降低19.7%、14.9%和30.2%,植株地上部全氮含量分别增加16.3%、35.2%和59.6%;与M0相比,NⅡ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低20.9%、24.8%和40.0%,硝态氮含量分别降低36.3%、25.6%和45.2%,植株地上部全氮含量分别增加33.2%、43.9%和95.4%。两种施氮水平下,AM真菌可显著降低土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)丰度,增加反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)丰度。AM真菌与N_(2)O排放通量呈极显著负相关。本盆栽试验条件下,接种AM真菌均可增强两种氮肥用量玉米植株氮素吸收能力,调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少土壤N_(2)O气体的排放,且两种AM真菌混合处理的N_(2)O减排效应强于单一AM真菌接种。

生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P<0.05),MBC降低了3.38%的NH_(3)挥发(P>0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P<0.05),MBC、FBC和WBC分别增加了19.96%、18.29%和10.92%的N_(2)O排放量(P>0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。

环戊酮对农田土壤N_(2)O排放的影响及作用机理研究

旨在明确新型植物源抑制剂环戊酮(CCO)在不同土壤条件下对氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响及作用机理。以江西红壤和甘肃漠灌土为研究对象,试验共设3个处理:(1)空白对照(CK);(2)尿素处理(U);(3)CCO处理(U+CCO)。研究发现,施用CCO与单施尿素相比能够延长红壤和漠灌土中铵态氮在土壤中的留存时间,降低土壤硝化作用潜势;与尿素处理相比,CCO处理的N_(2)O累积排放量分别减少74.12%(红壤)和63.19%(漠灌土);荧光定量PCR结果表明,施用尿素能够增加土壤中氨氧化微生物的活性,配施CCO对氨氧化细菌的抑制效果在漠灌土中(85.81%)优于红壤(19.63%),而对氨氧化古菌无明显抑制作用;氮素输入同样能提高反硝化功能基因nirK与nirS的活性,且CCO对两种土壤中nirK与nirS基因均具有显著抑制作用;在不同土壤中,施用CCO抑制反硝化功能基因nirK与nirS活性的持续时间不同,在红壤上对反硝化功能基因nirK与nirS的抑制效果出现在培养的第7 d,而漠灌土出现在第25 d。新型植物源抑制剂CCO主要通过抑制氨氧化细菌和反硝化功能基因nirK与nirS来延缓硝化和反硝化过程,从而减少N_(2)O的排放。

稻麦复种模式下氮肥与稻秸互作对小麦产量和N_(2)O排放影响及推荐施肥研究

优化氮肥施用和秸秆还田技术为途径的农业管理措施被认为是提升农业可持续性的有效手段,然而当前关于氮肥和秸秆还田对小麦产量和N_(2)O排放影响的研究仍十分有限。为此,本研究基于2000—2022年发表的关于长江中下游流域氮肥和秸秆投入下小麦产量和N_(2)O排放变化的文献,运用随机森林建模,定量分析氮肥和秸秆还田对小麦产量和N_(2)O排放的影响,并结合情景设置进行了特定地点的小麦产量和N_(2)O排放模拟,同时评估了碳排放强度(CEE)和净生态系统经济效益(NEEB)。结果表明,建立的区域尺度小麦产量与N_(2)O排放对氮秸互作响应的随机森林模型,验证结果R^(2)分别为0.66和0.65,RMSE分别为0.70和1.11。结果表明施氮量和土壤有机质是影响小麦产量和N_(2)O排放的重要因素。综合来看,达到最大产量所需的氮肥量为208~212 kg hm^(-2),达到最小CEE所需的氮肥量为113~130 kg hm^(-2),达到最高的NEEB所需的氮肥量为202~205 kg hm^(-2),其中在6.75 t hm^(-2)的秸秆投入下施用202 kg hm^(-2)的氮肥可以获得最高的生态收益1.37万元。优化氮肥和秸秆投入具备减少作物碳排放强度并获得最大净生态环境效益的潜力。

节水灌溉下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及秸秆不还田(N)作为对照组,共计8个处理。分析不同灌溉模式下秸秆还田形式对稻田N_(2)O排放通量与水稻产量的影响,测定了水稻各生育期稻田土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量、pH值,并分析了N_(2)O排放总量和水稻产量与土壤环境因子之间的关系。结果表明:除返青期外,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田与有机肥还田处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量均表现为增加。相同秸秆还田形式下,控制灌溉模式下各处理生育期内土壤平均铵态氮含量、硝态氮含量较常规灌溉模式高36.23%~60.82%、14.16%~19.61%。同时,秸秆还田与生物炭还田能提高稻田土壤pH值。相同灌溉模式下,与秸秆不还田处理相比较,秸秆还田与有机肥还田处理N_(2)O排放总量分别增加14.44%~24.09%、8.22%~14.44%,生物炭还田处理N_(2)O排放总量降低14.31%~23.90%。生物炭还田与有机肥还田各处理水稻产量提高3.28%~13.07%,其中控制灌溉模式下生物炭还田处理产量最高。综上所述,控制灌溉下生物炭还田可以实现节水、增产、减排的目的。

不同母质发育水稻土N_(2)O消耗潜力及环境影响因素

土壤是N_(2)O的源和汇,在淹水和厌氧条件下具有消耗N_(2)O的能力。稻田土壤长期处于淹水状态,为N_(2)O的消耗提供了有利的环境,从而减少了N_(2)O排放。目前,有关稻田土壤N_(2)O排放的相关研究已有很多,但关于稻田表层土壤N_(2)O的消耗能力及其与环境因素之间的关系研究较少。研究采集了第四纪红壤母质发育的壤土、湖积物砂土发育的砂质壤土、冲积土发育的粉砂质黏壤土3类土壤的各3个表层(0~5 cm)水稻土,风干后将其回填至具有5 cm深土柱的培养装置内,在土柱底部添加N_(2)O和添加氦气(He,对照)两个处理,于28℃下恒温淹水厌氧培养96 h。培养期间监测各土壤N_(2)O、N_(2)的动态变化,以及培养前后土壤养分的变化,量化N_(2)O消耗量和N2增量,以期揭示稻田表层土壤N_(2)O的消耗能力及其与环境因素之间的关系。结果表明,土壤剖面积累的N_(2)O有95.01%~99.92%被稻田表层土壤吸收,其中被还原为N2的N_(2)O量占总消耗量的64.50%~83.64%,表明淹水厌氧状态下,不同的水稻土均具有很强的N_(2)O吸收和消耗能力。研究还发现,3类土壤N_(2)O的消耗存在一定差异,其中影响砂质壤土N_(2)O消耗的主要环境因子为土壤砂粒含量,且两者之间存在显著的线性相关关系(R^(2)=0.964,P=0.000);土壤黏粒、粉砂粒、pH是粉砂质黏壤土N_(2)O消耗的主要环境影响因素,其中土壤黏粒与其消耗量呈显著线性相关(P<0.05);土壤速效钾和铵态氮增加量是影响壤土N_(2)O消耗的主要环境因子,其消耗量与速效钾之间在0.01水平上显著正相关。这些结果表明,土壤可溶性有机碳、土壤质地、土壤速效钾等是影响稻田土壤N_(2)O消耗的重要环境因子,且不同土壤N_(2)O消耗的环境影响因子存在差异,这将为调节土壤N_(2)O排放提供重要参考。

鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。

不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土N_(2)O排放的影响及其机制

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N_(2)O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明:不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N_(2)O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N_(2)O排放总量44.5%和43.9%,而DCD和LN对N2O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同,1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长;MHPP仅可以抑制AOA的生长;其中,AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N_(2)O的排放呈显著正相关关系。同时,1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-amoA+AOB-amoA、nirS+nirK和AOA-amoA+AOB-amoA+nirS+nirK的比值,且nosZ基因丰度及其相关比值与土壤N2O排放均呈显著负相关关系。总之,生物硝化抑制剂1,9-D和MHPP引起的AOA-amoA和nosZ基因丰度变化在红壤性水稻土N_(2)O减排方面发挥了重要的作用。

基于产量和N_(2)O排放的温室番茄灌溉模式

为了揭示设施菜地N_(2)O排放的变化规律,了解水肥气耦合对设施菜地土壤N_(2)O的影响,对不同水肥气处理进行综合评价,提出合理的减排措施。试验以番茄为供试作物,设置了灌水水平(I)、施肥水平(F)和加气水平(A)3个因素,以不加气(CK)充分灌溉条件下2个施肥水平为对照,设置I1和I2(分别为亏缺灌溉和充分灌溉,对应作物-皿系数(K_(cp))分别为0.8和1.0)2个灌水水平,F1和F2(分别为低肥和高肥,对应施氮量为180 kg·hm^(-2)和240 kg·hm^(-2))2个施肥水平,A1和A2(分别为1倍气和2倍气)2个加气水平,共10个处理。采用静态暗箱-气相色谱法对番茄全生育期N_(2)O排放进行监测分析,系统研究水肥气耦合对温室番茄土壤N_(2)O排放的影响及其影响因素。结果表明:灌水量和施肥量的增加均会增加土壤N_(2)O排放通量,I2处理的N_(2)O排放通量比I1处理平均增加14.79%(P>0.05),F2处理比F1处理平均增加34.90%(P<0.05)。加气灌溉对土壤N_(2)O排放通量有显著影响,与CK处理相比,A1和A2处理分别增加10.02%(P>0.05)和62.92%(P<0.05)。土壤N_(2)O排放通量与土壤充水孔隙度呈指数正相关关系,与NO_(3)^(-)-N含量呈指数正相关关系,当土壤温度小于等于26℃时,N_(2)O排放通量与土壤湿度呈指数正相关关系,土壤温度大于26℃时,呈线性负相关关系。综合考虑番茄产量、N_(2)O累积排放量、灌溉水分利用效率、氮肥偏生产力和单产N_(2)O累积排放量,推荐施肥量为180 kg·hm^(-2)的1倍气充分灌溉(K_(cp)=1.0)为温室番茄增产、节水、减排的较佳灌溉模式。

不同用量生物质炭降低华南集约化菜地土壤N_(2)O排放和提高氮肥利用率的效应

【目的】我国集约化蔬菜种植氮肥施用量大、复种指数高、农事操作频繁,导致土壤氮素损失量大,氮肥利用率低。生物质炭施用可有效改善土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤氮素循环以及作物产量。比较不同生物质炭用量对土壤N_(2)O减排和作物产量的影响及作用机理,为生物质炭在蔬菜栽培中的应用提供指导。【方法】田间试验在华南地区进行,在连续两年内共种植4茬多次收获蔬菜。试验设置不施氮肥(CK)、常规施氮(NF)、常规施氮+20 t/hm^(2)生物质炭(NB20)和常规施氮+40 t/hm^(2)生物质炭(NB40)处理,采用静态暗箱—气相色谱法对两年蔬菜生长季的土壤N_(2)O排放量和蔬菜产量进行测定,田间试验结束后采集土样测定土壤理化性质和酶活性。【结果】生物炭施用两年后,NB20和NB40处理的土壤全氮、pH、有效磷和脲酶活性均显著高于NF,NB20处理的pH和有效磷含量又显著高于NB40处理。两年试验NF处理菜地土壤N_(2)O排放通量范围为42.8~7233.0μg/(m^(2)·h),生物质炭处理为28.4~3188.1μg/(m^(2)·h),温度、季节和氮肥施用是引起波动的主要因素。与NF处理相比,2018、2019年NB20处理的N_(2)O累积排放量分别显著降低了64.3%、66.9%,NB40处理分别显著降低了55.8%、62.5%,但两处理之间无显著差异。与NF处理相比,NB20处理的蔬菜产量显著增加了10.1%~29.10%,产量尺度N_(2)O排放显著降低了56.4%~74.4%,氮素吸收量因而显著增加了13.9%~32.9%,两年之间多数指标变化不显著;NB40处理第一年的增产、降排效果与NB20处理无显著差异,第二年的产量和氮素利用率显著低于NB20处理,也低于第一年。相关性分析和冗余分析表明,土壤pH是影响N_(2)O排放的主要因素,土壤有效磷、pH和有机碳是影响蔬菜产量的主要因素。【结论】在华南集约化蔬菜生产中,配施生物质炭能显著缓解大量氮肥施用产生的土壤酸化,增加土壤蛋白酶和脲酶活性,进而抑制施肥诱发的土壤N_(2)O排放,提高蔬菜的氮吸收量,最终增加蔬菜产量和氮素利用率。与施用40 t/hm^(2)的处理相比,施用20 t/hm^(2)生物炭的处理提升土壤pH和产量的效果更稳定,降低单位产量N_(2)O排放和提升蔬菜氮素利用效率的效果更佳,因此常规施氮+20 t/hm^(2)生物质炭是可推荐的减排增效措施。

不同盐度滨海盐渍土壤N_(2)O排放特征

[目的]滨海盐渍土壤作为耕地的后备资源,具有强大的生产潜力,科学改良应用盐渍土壤的同时综合考量温室气体的排放,有利于实现经济-环境的双赢。探究不同盐度滨海盐渍土N_(2)O排放规律特征,可为后续盐渍土壤盐度管控和温室效应的应对提供科学依据。[方法]采集自然形成的不同盐度梯度的滨海盐渍土壤进行室内培养试验,土壤盐度分别为0.96、2.57、4.04和15.23 mS·cm^(-1),并依次命名为Y1、Y2、Y3、Y4,采用气相色谱动态监测土壤N_(2)O的排放特征。[结果]不同盐分浓度影响下盐渍土壤N_(2)O累积排放量存在显著差异,当土壤盐度为0.96~4.04 mS·cm^(-1)时,随着盐度上升,土壤N_(2)O排放量下降;当盐度达到15.23 mS·cm^(-1)时,N_(2)O再次被刺激产生,排放量(2598.94μg·kg^(-1))仅次于轻度盐渍土(5384.17μg·kg^(-1))。盐度的增加给土壤微生物生存带来压力,氨氧化细菌AOB相较于古菌AOA更易受到盐分的影响,在轻、重度盐渍化土壤(Y1、Y2、Y3)中AOA仍能保持较高丰度;而在高盐分土壤(Y4)中,AOA和AOB的相对丰度受到抑制,阻碍了硝化作用的进行。盐度梯度影响下N_(2)O累积排放量还与反硝化潜势(PDR)呈显著正相关。当盐度持续增加,土壤类型划分为盐土(Y4)时,nosZ基因丰度显著降低,N_(2)O还原作用减弱,使得Y4盐渍土中的氮素最终以N_(2)O的形式排放。[结论]盐度梯度影响滨海盐渍土壤硝化和反硝化进程,二者共同促进了土壤氮素的转化,造成N_(2)O排放的差异。当EC_(2.5∶1)为0.96~4.04 mS·cm^(-1)时,盐度的提高限制硝化、反硝化作用的速率,表现出N_(2)O的减排;当盐分分类达到盐土标准时,由硝化作用产生的N_(2)O减少,由反硝化作用(异养反硝化和硝化细菌反硝化)产生的N_(2)O成为盐土土壤的主要温室气体排放来源。

喀斯特湿地、稻田和稻田撂荒地的N_(2)O排放及其与硝化和反硝化细菌群落的相关性

为研究土地利用对喀斯特湿地硝化细菌和反硝化细菌与氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,以会仙喀斯特湿地中的天然湿地、稻田和稻田撂荒地为研究样地,用高通量测序法、实时PCR法与静态暗箱结合气相色谱法分别测定硝化细菌和反硝化细菌群落相对丰度、绝对丰度与N_(2)O排放速率和总量。结果表明:在水稻的全生育期中,N_(2)O排放速率在天然湿地中总体上高于稻田和稻田撂荒地,三者的N_(2)O排放总量分别为1.07、0.38、0.20 kg·hm^(-2)。在水稻成熟期,稻田硝化细菌的绝对丰度显著高于天然湿地和稻田撂荒地,而硝化细菌和反硝化细菌的绝对丰度在后二者之间均没有显著差异。相对丰度最高的硝化细菌为Nitrosospira,其在稻田撂荒地(83.28%)和稻田(82.75%)中的相对丰度显著高于其在天然湿地(68.52%)中的相对丰度;相对丰度最高的反硝化细菌为Pseudogulbenkiania,其相对丰度在稻田撂荒地最高(29.49%),稻田次之(21.24%),天然湿地最低(16.26%)。研究表明,长期种植水稻降低了喀斯特湿地的N_(2)O排放量,改变了水稻成熟期硝化细菌和反硝化细菌的多样性。因此,单就降低N_(2)O排放而言,把稻田保留在喀斯特湿地中具有合理性。

长期施肥配施DCD处理对菜地土壤N_(2)O短期排放影响的模拟研究

为研究长期不同肥源配施双氰胺(Dicyandiamide,DCD)对菜地土壤氧化亚氮(N_(2)O)等温室气体短期排放规律的影响,本研究以长期不同肥源配施DCD的定位试验土壤为研究对象,通过短期室内模拟培养试验,研究牛粪(OM)、化肥(F)、牛粪+DCD(OMD)、化肥+DCD(FD)和1/2化肥+1/2牛粪(FOM)5个处理在不同温度下15 d内的CO_(2)、N_(2)O、CH4动态变化特征和累积排放量。结果表明:15℃和25℃条件下各施肥处理CO_(2)累积排放量分别为25.39~52.01 mg·kg^(-1)和62.35~122.80 mg·kg^(-1),N_(2)O累积排放量分别为6.02~16.60μg·kg^(-1)和14.45~117.78μg·kg^(-1),CH4累积排放量分别为-3.17~14.87μg·kg^(-1)和4.09~23.56μg·kg^(-1)。与15℃相比,25℃条件下除FOM处理外,其他处理N_(2)O与CO_(2)累积排放量均显著增加(P<0.05)。相比于OM和OMD处理,F、FD、FOM处理在两种温度条件下CO_(2)排放都显著降低;在25℃下,OMD、FD、FOM处理N_(2)O排放峰值和累积排放量较OM和F处理显著降低(P<0.05),在15℃下,所有处理N_(2)O累积排放量差异均不明显。短期排放模拟研究显示,CO_(2)排放量与土壤pH、总氮(TN)含量呈极显著正相关,与速效磷(Olsen-P)含量呈极显著负相关,15℃条件下CH4累积排放量与土壤有机质(SOM)呈极显著正相关(P<0.01)。研究表明,较高温度条件下,与有机肥或化肥单施相比,长期配施DCD或有机无机配施能显著减少菜地土壤N_(2)O排放。研究结果可为长期施用DCD的菜地土壤温室气体排放提供参考。

我国东部典型内源和外源性静态水体N_(2)O排放与生态系统呼吸的关系初探

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸指标进行测定,结合贝叶斯方法初步探讨了水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸之间的关系。结果表明:外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸均显著高于内源性水体(P<0.05),水体N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量和BOD5均呈显著正相关关系(P<0.05)。通过贝叶斯方法构建了水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸(CO_(2)和BOD_(5))之间的数学模型,可解释水体N_(2)O排放通量变异性的61%~71%,并且明确了模拟结果的不确定性。此外,本研究进一步区分了内源性水体与外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸的关系,在内源性水体中,N_(2)O的产生受碳源限制的影响大于氮源限制,而在外源性水体中N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量的耦合关系大于内源性水体。研究表明,生态系统呼吸与水体N_(2)O排放通量间有很强的响应关系,本研究为区域水体N_(2)O排放通量估算方法和生态系统呼吸耦合机制研究提供了基础。

中国蔬菜生产体系N_(2)O排放的空间差异及减排措施

[目的]了解中国不同蔬菜种植模式、种植区域和蔬菜类型的N_(2)O-N排放系数及不同减排措施对N2O排放和蔬菜产量的综合影响,以减少区域和全国蔬菜体系N2O排放清单估算的不确定性。[方法]检索收集关于中国菜地N_(2)O排放及减排研究论文的田间观测数据,基于数据整合分析方法,系统分析不同蔬菜生产区和不同蔬菜类型在设施和露地两种栽培模式下的排放系数,及不同管理措施对土壤N_(2)O减排潜力和产量的影响。[结果]华北、西北、长江中下游、西南和华南露地蔬菜土壤N2O-N排放系数分别为1.27%、0.83%、1.20%、1.54%和5.57%,全国平均为1.23%,华南是西北地区的6.7倍。华北、西北、长江中下游设施蔬菜N_(2)O-N排放系数分别为0.99%、0.65%、1.13%,全国平均为0.88%。露地种植模式下,叶菜类、茄果类、块茎类和根类蔬菜菜田N_(2)O-N排放系数分别为1.72%、1.03%、0.92%和1.28%;设施种植模式下,叶菜类、茄果类、块茎类菜田的N_(2)O-N排放系数分别为0.44%、0.95%和0.41%。减氮施肥、施用生物炭、优化灌溉和施用硝化抑制剂与常规施肥相比,N_(2)O分别减排41.3%、29.1%、37.4%和27.9%。相比单一减排措施,优化灌溉和减氮施肥、硝化抑制剂和减氮施肥组合措施的N_(2)O减排效果可达45.8%~57.3%。不同硝化抑制剂的N_(2)O减排效果相当(26.5%~29.7%)。当生物炭施用量为≤10、10~20、20~30、30~40 t/hm时,N_(2)O可分别减排31.7%、24.3%、38.0%、26.8%。相比于常规管理措施,氮肥投入量减少≤20%、20%~30%、30%~40%、40%~50%、>50%时,可分别减少N_(2)O排放量36.9%、37.5%、29.7%、71.3%、39.4%。[结论]中国设施和露地蔬菜N_(2)O-N的排放系数在不同蔬菜产区和蔬菜种类间均存在较大差异,尤其需重视南方亚热带地区一年多熟蔬菜体系N_(2)O排放与减排。依据蔬菜类型制定减排措施的效果较为稳定。单一减施40%~50%氮肥、使用硝化抑制剂、施用生物炭(20~30 t/hm^(2))等措施均可实现蔬菜稳产和最佳的N_(2)O减排效果的双赢。采用减施氮肥+优化灌溉和减施氮肥+硝化抑制剂两种组合措施,可进一步削减土壤N_(2)O的排放。

接种氧化亚氮(N_(2)O)还原细菌YSQ030对复垦土壤N_(2)O排放和氮循环关键功能基因的影响

复垦土地是重要的后备土地资源,但通常土壤结构差、有机质和养分含量低;增施有机肥是快速提升地力的关键途径,但会造成温室气体如氧化亚氮(N_(2)O)的大量排放.接种具有N_(2)O还原功能的植物根际促生菌(PGPR)不仅能够减少温室气体排放,还能促进作物生长.本研究以一株具有N_(2)O还原功能的PGPR反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)YSQ030为供试菌株,明确接种YSQ030对施用有机肥的复垦土壤N_(2)O排放和氮循环关键功能基因的影响.通过设置施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤微宇宙试验,利用气相色谱仪分析接种YSQ030后土壤N_(2)O排放通量,进一步计算累积排放量;在试验结束后分析土壤pH、EC(电导率)、硝态氮和铵态氮含量,并利用实时荧光定量PRC分析土壤硝化功能基因(AOA amoA和AOB amoA)和反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ)的丰度.结果显示,施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤中接种YSQ030明显减少复垦土壤N_(2)O排放,N_(2)O排放量最大减少分别达90.4%和30.6%.施用有机无机复混肥处理的N_(2)O排放量远高于施用羊粪有机肥处理,这可能是由于施用有机无机复混肥的土壤与施用羊粪有机肥的土壤相比,土壤中编码反硝化细菌N_(2)O还原酶基因nosZⅠ和非典型反硝化细菌N_(2)O还原酶基因nosZⅡ基因丰度较低.施用有机无机复混肥均显著降低土壤硝化和反硝化功能基因丰度,而施用羊粪有机肥对土壤硝化和反硝化功能基因丰度大多没有明显影响.本研究表明,接种YSQ030能够减少施用有机肥土壤的N_(2)O排放,将为复垦土壤地力提升和N_(2)O减排提供科学依据,也将为研发新型微生物肥料或生物有机肥提供核心菌种资源.

酸化对水稻-土壤系统氮分配和N_(2)O排放的影响

为研究土壤酸化对水稻-土壤系统氮转化、分配和氮损失的影响,以水稻-土壤系统为研究对象,设置中性(pH 7,CK)、弱酸(pH 6,T1)、中强酸(pH 5,T2)和强酸(pH 4,T3)4个土壤递增酸度处理,比较了不同酸度下水稻产量、氮素积累量、氮代谢酶活性、氮素利用效率、氮平衡和N_(2)O排放等指标的差异。结果表明,随着土壤酸度增加,水稻植株氮素积累、利用效率和产量呈现先增加后降低的趋势。相关性分析表明,拔节期氮素积累量与叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)以及茎秆中GS和GOGAT活性呈显著正相关;开花期氮素积累量与穗中的NR、GS、GOGAT和GDH活性呈显著正相关。T1、T2和T3处理N_(2)O累积排放量与CK处理相比分别降低20.3%、58.0%和76.7%;单位产量下的N_(2)O排放量呈现递减的趋势。氮平衡分析表明,相比于CK处理,T2和T3处理氮素表观损失分别降低15.8%和21.1%,水稻氮吸收量分别降低1.5%和15.3%,土壤无机氮残留量分别增加41.2%和88.2%,氮素盈余率分别提高2.2个和7.1个百分点。土壤酸化至中强酸和强酸时,会分别通过抑制水稻拔节期茎叶和开花期穗部的氮代谢过程降低氮素积累量、利用效率和产量。土壤酸化会降低稻田N_(2)O累积排放量,同时也会降低单位产量N_(2)O排放量。此外,中强酸和强酸度土壤还会通过降低水稻氮吸收量和增加播前土壤无机氮量,提高土壤无机氮残留量和氮素盈余率,增加环境风险。

不同氮素管理模式对黄土旱塬春玉米产量及N_(2)O排放的影响

【目的】探讨不同氮素管理模式对玉米产量、N_(2)O排放的影响,为黄土旱塬区合理施用氮肥和减缓温室气体排放提供理论依据。【方法】依托中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,以春玉米先玉335为研究对象,开展为期2年的田间定位试验。试验共设置5种不同氮素管理模式:不施氮(no fertilizer)、传统施氮(Con,250 kg N·hm^(-2))、减量施氮(Opt,200 kg N·hm^(-2))、减量施氮+缓控释肥(Opt+SR,200 kg N·hm^(-2))、减量施氮+硝化抑制剂(Opt+DCD,200 kg N·hm^(-2))。用静态箱-气相色谱法监测N_(2)O排放通量,并计算全球增温潜势和N_(2)O气体排放强度,分析不同氮素管理模式对春玉米产量和N_(2)O排放的影响。【结果】(1)氮肥施用后N_(2)O排放迅速升高,在施肥后2 d左右达到峰值,维持10 d后快速下降。减量施氮模式显著降低N_(2)O排放量(P<0.05)。与Con处理相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理N_(2)O排放量降低幅度分别为21.4%、27.6%和26.0%。Con、Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理的N_(2)O增温潜势依次为425.01、334.01、307.83、314.57 kg CO_(2)-eq·hm^(-2)。与Con处理相比,Opt+DCD显著降低了N_(2)O排放强度,降幅为30.1%(P<0.05)。(2)N_(2)O排放量与表层土壤NH4+-N含量呈极显著正相关(P<0.01),而与土壤水分、温度无明显相关性。(3)与Con处理相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理能显著提高氮肥农学效率(增幅依次为25.5%、25.7%、22.2%)及氮肥偏生产力(增幅依次为29.9%、28.7%、25.4%)(P<0.05),但对春玉米的产量无显著影响。【结论】在黄土旱塬地区,适当减量施氮、缓控释肥及添加硝化抑制剂均能取得N_(2)O减排和玉米增产的效果,其中减氮20%并添加硝化抑制剂在保证玉米产量的同时,N_(2)O减排效果最好。

放牧牲畜粪尿返还对季节性冻融高寒草原N_(2)O排放的影响

放牧牲畜粪尿斑块是草地氧化亚氮(N_(2)O)排放的热点区域,季节性冻融会不同程度改变粪尿养分返还效率和土壤特性,使粪尿作用下的土壤N2O排放特性复杂且作用机理尚不明确。本文采用静态箱-气相色谱法开展为期1年的野外控制试验,探究牦牛和藏绵羊粪尿处理对季节性冻融藏北高寒草原土壤氮动态及N_(2)O排放通量的影响和可能的作用机制。结果表明:尿液施加对土壤N2O排放的短期促进作用明显,且均在处理第1天达到排放通量峰值;牦牛粪尿施加对土壤矿化氮含量的增加更为突出,且牛粪和牛尿处理N_(2)O年累积排放量显著高于羊粪和羊尿处理(P<0.05);冻融期各处理N_(2)O累积排放量占全年的比例为29.3%~42.4%,且消融期对非生长季的贡献最大。研究结论有助于为优化牲畜排泄物管理模式和促进季节性冻融高寒草地温室气体减排等提供理论参考。

尿素穴施削减麦田NH_(3)挥发、NO和N_(2)O排放

传统的尿素表施往往导致大量的活性氮损失,如NH_(3)和NO_(x)排放,加剧了我国城市的空气污染,特别是在冬季。将尿素集中穴施于土下,可能对NH_(3)和NO_(x)的排放有深远的影响。但对于冬小麦田,这方面的研究欠缺。基于此,在冬小麦田开展了田间试验,设置了3个处理:传统的尿素3次表施(CT);尿素一次性穴施(PP);不施氮的对照处理(CK)。结果表明,尿素一次性穴施模式下,NH_(4)^(+)-N扩散到土壤表层的程度很小,从而使穴施处理麦季的NH_(3)挥发总量比表施处理低80%,与CK处理相同,仅占总施氮量的0.7%。穴施处理明显减少了NO日排放通量,穴施麦季的NO排放总量仅占施氮量的0.1%。相比表施处理,穴施处理使麦季的N_(2)O排放量降低了25%,占总施氮量的0.6%。穴施处理消除NO和N_(2)O排放主要在于NH_(4)^(+)扩散的范围小(仅在土下4~13 cm),肥点附近高浓度的NH_(4)^(+)-N和冬季低温不利于微生物的硝化作用。由于尿素穴施延长了肥效,穴施处理的小麦产量并未减产,与表施相似。因此,在冬小麦种植系统中,尿素穴施可以提升环境效益而不牺牲小麦产量。