不同水分条件下土壤N_(2)O排放的动力学方程模拟

[目的]水分对土壤N_(2)O排放有重要影响。运用混合动力学方程模拟不同水分条件下土壤N_(2)O累积排放的过程,分析土壤水分对N_(2)O产生途径的影响及其变化规律,为通过改善土壤管理降低N_(2)O气体排放提供理论和实践指导。[方法]通过室内培养试验,研究了不同水分条件[40%WHC,60%WHC,80%WHC,100%WHC和淹水处理,WHC(田间持水量)]下土壤N_(2)O排放特征、硝铵态氮含量和氧气消耗动态变化。[结果](1)N_(2)O排放速率24 h时达到最大,淹水处理[3.46μg/(kg·h)]是其他处理的54.5~178.9倍。(2)土壤N_(2)O累积排放量均随着培养时间的延长而增加,淹水处理的快速上升阶段为前48 h,而其他处理为前96 h。培养结束时的土壤N_(2)O累积排放量,淹水处理(44.6μg/kg)分别是40%WHC,60%WHC,80%WHC和100%WHC的67.1,29.2,20.8,10.4倍。(3)除淹水条件下,伪二级动力学方程的决定系数(R^(2))为0.878以外,其余均在0.92以上。培养初期24 h时,反硝化过程的N_(2)O排放所占比例9.3%~13.2%,硝化过程为86.8%~90.7%;培养结束480 h时,反硝化过程的N_(2)O排放所占比例为37.8%~47.5%,硝化过程为52.5%~62.2%。[结论]土壤水分含量越高N_(2)O的排放量越大,并且在24 h出现排放速率脉冲。淹水条件下N_(2)O主要由反硝化过程产生,而40%WHC~100%WHC条件下主要由硝化过程产生。混合动力学方程可以很好地模拟培养过程中土壤N_(2)O的累积排放过程,并且可以用来区分反硝化和硝化过程的N_(2)O排放量和所占比例。这为研究土壤N_(2)O产生和排放途径提供了一种新的思路和方法,结果还有待通过田间试验以及同位素示踪方法等进一步验证。

砾石长期覆盖对土壤呼吸的影响

砾石覆盖是西北黄土高原地区的传统保护性耕作技术,具有明显的蓄水、保墒、增温、压碱和保持地力作用。研究砾石覆盖农田系统中的土壤呼吸,有助于了解地面覆盖条件对CO2通量的影响和土壤健康状况。利用LI6400土壤呼吸系统对甘肃皋兰长期砾石覆盖农田(12年)不同覆盖厚度下的土壤呼吸进行了原位监测,并对环境因子与土壤呼吸的日变化相关性进行了分析。结果表明:(1)土壤呼吸的日变化与温度的变化一致,呈单峰型,砾石覆盖后土壤呼吸峰值出现在16:00-17:00,明显滞后于裸地出现的峰值时间(14:00-15:00),且峰值随着覆盖厚度的增加而减小;(2)土壤表层(0~10 cm)温度与土壤呼吸呈极显著幂函数关系(P<0.01),砾石覆盖降低了土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10),覆盖后两次监测中Q10为1.78~2.87(2017年)和1.70~1.96(2018年);(3)砾石覆盖后提高了夜间土壤呼吸,导致土壤呼吸的日累积碳排放量显著提高,随着覆盖厚度的增加而降低,覆盖处理中厚度为11 cm最小的碳排放量两次测量分别为2.00 g·m-2和0.90 g·m-2,比裸地分别增加了15%和18%;(4)土壤特征因子中,土壤水分、pH与土壤呼吸累积碳排放量呈正相关,有机质、碱解氮、速效磷、电导率与土壤呼吸累积碳排放量呈负相关。

生物炭对兰州百合(Lilium davidii var.unicolor)连作土壤的改良作用

连作障碍严重影响兰州百合(Lilium davidii var.unicolor)的产量和品质。生物炭在土壤改良中具有一定的作用。将竹炭和稻壳炭加入兰州百合连作土壤,测定了土壤生物化学性质,探讨生物炭对连作退化土壤的改良效应。结果表明:(1)生物炭的添加提高了百合连作土壤的有机质、碱解氮、有效磷和有效钾的含量。(2)生物炭的施用在一定程度上提高了土壤酶活性。(3)利用Illumina Miseq平台检测了土壤样品微生物群落,与对照相比,添加生物炭使微生物群落结构发生了明显的变化,有益细菌鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的丰度升高,而兰州百合主要致病真菌镰刀菌属(Fusarium)的丰度下降,降低了枯萎病发生的可能。(4)在盆栽试验中,各处理的根系活力和生物量皆高于对照,生物量提高11.85%～13.21%,根系活力提高了57.88%～58.88%。施用生物炭对克服兰州百合的连作障碍、提高土壤肥力有明显的促进作用。