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.

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。

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。

秸秆与生物炭对棉田碱性土壤NH_(3)挥发与N_(2)O排放的影响

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨(NH_(3))挥发和氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个处理,氮磷钾肥统一施用。结果表明:秸秆生物炭翻埋下土壤NH_(3)挥发和N_(2)O排放分别较不还田对照显著降低27.3%和56.7%,主要归因于生物炭显著抑制土壤羟胺还原酶与硝酸还原酶活性,增加棉花氮吸收量,也与生物炭自身的强吸附能力有关。而秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田分别较对照增加NH3挥发37.2%和21.2%,但减少N2O排放17.1%和38.3%,这两种秸秆还田方式均显著促进土壤有机氮矿化和羟胺还原酶活性,抑制硝酸还原酶活性。冗余分析(RDA)结果表明羟胺还原酶和棉花氮吸收是土壤NH3挥发和N_(2)O排放的主要影响因子,解释率分别为64.8%和20.1%。研究表明,秸秆生物炭翻埋对NH_(3)和N_(2)O减排的综合效果优于秸秆,是碱性棉田土壤值得推荐的氮减排措施。

携带nosZⅡ基因的非反硝化菌缓解土壤N_(2)O排放的研究进展

氧化亚氮是主要的温室气体之一,农田土壤是重要的人为N_(2)O排放源,探索合理的农田N_(2)O减排措施是亟待解决的重大课题。反硝化过程中N_(2)O还原为N_(2)是目前已知的唯一的生物途径的N_(2)O汇,利用能够还原N_(2)O的微生物菌群是减缓农田土壤N_(2)O排放的潜在途径,对催化N_(2)O还原功能基因nosZ的研究表明N_(2)O还原菌存在两种基因型。本文主要综述了两种类型的N_(2)O还原菌具有不同的系统发育特征、生理学特性,以及N_(2)O还原的酶促动力学,相比较而言,具有nosZⅡ型的N_(2)O还原菌表现出更强的环境适应性,因此是有竞争力的土壤N_(2)O汇的潜在菌群。

作物根系对根际土壤N_(2)O产生与排放的调控机制研究进展

农田土壤是大气N_(2)O的重要排放源。农田土壤N_(2)O排放不仅受农业管理措施影响,还与作物根系生长密切相关,根系自身代谢对农田土壤N_(2)O生成与还原产生影响,进而影响农田N_(2)O排放。根际是根系-土壤-微生物相互作用的重要界面,是根系影响土壤N_(2)O排放最直接、最强烈的关键场所,也是农田土壤N_(2)O产生的热点区域,在农田N_(2)O排放中所占份额不容忽视。因而根系对根际N_(2)O排放的影响机制研究普遍受到重视。本文以国内外相关研究为基础,综合梳理了有关作物根系生长对农田土壤N_(2)O排放的影响强度以及对根际微域N_(2)O产生与排放的调控机制方面的研究进展,剖析了作物根系影响根际微域土壤N_(2)O产生与排放研究中存在的难点,并对未来相关研究工作进行了展望。根系对农田N_(2)O排放的影响过程复杂,涉及因子颇多。大量研究表明,施肥量及肥料种类,土壤氮素含量与形态、温湿度、光强等因素可通过调控根系生长来影响作物从土壤中汲取水分和营养以及光合产物向根系的传导与分泌,改变根际微域通气状况以及微生物赖以生存的碳氮源等营养成分,进而影响根际微生物的群落结构、数量和活性以及在土壤中的分布,由此介导根际微生物的硝化、反硝化过程,影响根际土壤N_(2)O生成、还原与排放。鉴于众多因素的影响,作物根系生长对土壤N_(2)O的生成与排放的影响具有促进或抑制双重作用,其作用方向与强弱将影响农田生态系统中N_(2)O的总体排放预算。因此,研究作物根系对土壤N_(2)O排放的调控作用及其对全球变暖的反馈机制势在必行,对减少全球N_(2)O排放预测的不确定性、减缓人类活动对全球变化的影响意义重大。

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。

澜沧江(云南段)水-气界面氧化亚氮释放通量时空分布特征及其影响因素研究

温室气体浓度上升导致全球气候变暖已成为国际社会关注的焦点。氧化亚氮(N_(2)O)作为痕量温室气体,在全球气候变暖过程中扮演着重要的角色。河流和水库被认为是N_(2)O释放的活跃区域,然而目前研究多集中在对单一河流或水库的监测,对大范围河库系统的N_(2)O研究仍相对欠缺。选取澜沧江(云南段)流域作为考察对象,在2022年4月、8月采用悬浮箱采集24个点位的水-气界面的气体样品,并于实验室通过气象色谱仪检测气样氧化亚氮浓度,探究该流域干支流N_(2)O释放通量的时空分布特征;同时,测定了水体水环境参数,解析其时空差异的环境影响因素。结果表明,1)在时间尺度上,澜沧江(云南段)旱季N_(2)O通量均值低于雨季。旱季N_(2)O通量均值为0.10 mg·m^(-2)·d^(-1),雨季为0.18 mg·m^(-2)·d^(-1),其中旱季干流均值为0.11 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.05 mg·m^(-2)·d^(-1);雨季干流均值为0.18 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.15 mg·m^(-2)·d^(-1)。2)在空间尺度上,N_(2)O通量沿程整体呈现释放量递增的趋势。干流N_(2)O通量均值为0.15 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.10 mg·m^(-2)·d^(-1),干流N_(2)O通量高于支流。水库坝上N_(2)O通量均值为0.02 mg·m^(-2)·d^(-1),坝下为0.31 mg·m^(-2)·d^(-1),水库坝下N_(2)O通量值是坝上的15.5倍,水库发电下泄高速水流加速了水-气界面N_(2)O释放。3)澜沧江水-气界面N_(2)O通量与水温(WT)(r=0.341,P=0.009)、氨氮(NH4^(+))(r=0.384,P=0.004)和流速(r=0.283,P=0.026)呈显著正相关关系,与溶解氧(DO)(r=-0.420,P=0.001)呈显著负相关关系,表明在高WT、低DO、高NH4^(+)和高流速条件下有利于N_(2)O产生与释放。研究结果揭示澜沧江(云南段)河库系统氧化亚氮释放通量时空分布特征以及影响因素,为流域温室气体排放评估提供数据支持和科学依据。

氧气浓度对小麦-玉米轮作农田土壤剖面N_(2)和N_(2)O产生的影响

反硝化过程是集约化农田土壤剖面硝态氮(NO_(3)^(-)-N)去除的重要途径。但对土壤剖面反硝化氮气(N_(2))产生速率的准确定量很难,尤其不同深度的土壤氧气(O_(2))浓度状况如何影响土壤N_(2)的产生仍不清楚。本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0~2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O_(2)浓度和温度状况,设置不同O_(2)浓度水平(15.0%、12.0%、2.5%和0)和培养温度(26℃和20℃),采用氦培养-直接测定N_(2)法测定3个不同深度(0~0.2、0.5~0.7 m和2.0~2.2 m)土壤N_(2)O和N_(2)产生速率。结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N_(2)和N_(2)O的产生均表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5%~15.0%O_(2))土壤N_(2)产生速率(以N计)为5.3~7.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2m)和0.5~2.3μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧下速率的93.0%~93.7%。同样地,有氧条件下N_(2)O产生速率(以N计)为1.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2 m)和<0.2μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧条件下速率的84.0%~99.1%。原位观测的土壤O_(2)浓度>2.5%(0.2 m和0.5 m)和>14.0%(2m),表明在无氧条件下的观测会高估土壤真实条件下的N_(2)和N_(2)O产生速率。无氧显著增加深层土壤的N_(2)O/(N_(2)O+N_(2))值,这可能是由于深层土壤的碳更加缺乏,不利于N_(2)O被进一步还原。基于有氧条件下观测的N_(2)和N_(2)O产生速率,估算得到玉米生长季(按120d计)剖面0~2.0 m土体的反硝化(N_(2)+N_(2)O)损失量可达219 kg·hm^(-2),表明土壤对其剖面累积的NO_(3)^(-)-N具有很强的脱氮能力,从而极大地减少了包气带累积NO_(3)^(-)-N进一步向地下水迁移的风险。

粪肥铜锌残留对土壤N_(2)O排放及其关联因子的影响

为探究不同pH值农田土壤对猪粪中典型重金属(Cu,Zn)残留的响应,采用酸(pH值为5.81),中(pH值为7.18),碱(pH值为8.00)3种菜地土壤,分别设置不添加猪粪(CK),等氮添加有机猪粪(M)以及集约化养殖业产出的高Cu,Zn残留猪粪(MP)3种处理,干湿交替预培养至猪粪中易利用底物基本耗尽后追加尿素,以进一步分析MP中残留有效Cu、Zn对N_(2)O排放及其相关因子的影响.结果表明,不同pH值土壤N_(2)O排放对添加MP响应不同,MP在酸性和碱性土壤中显著抑制N_(2)O排放,在中性土壤中则显著促进N_(2)O排放(P<0.05).与有效Cu,Zn显著相关的产N_(2)O底物和微生物因子在不同土壤中存在一定差异.逐步回归分析表明酸性土壤N_(2)O排放的主要驱动因子为NH_(4)^(+)-N转化量,有效Zn含量和18S rRNA丰度,碱性土壤N_(2)O排放仅受NO_(3)^(-)-N生成量驱动,而中性土壤N_(2)O排放的主要驱动因子则为有效Cu.相对于M处理,MP中残留有效Cu与nirS丰度显著负相关(P<0.05),与AOB amoA丰度强正相关(n=3,r>0.95),其作用在酸性土壤中最强;残留有效Zn则与nosZ(P<0.05),18S rRNA(P<0.1),AOA amoA(P<0.1)以及16S rRNA(n=3,r>0.95)丰度正相关,且其在中性土壤中促进作用最强;MP残留有效Cu,Zn对碱性土壤中N_(2)O排放相关微生物基因的作用整体表现为抑制效应.因此,集约化养殖业粪肥如需还田可优先考虑碱性土壤以降低其负面环境生态效应.

林分类型和氮添加对亚热带森林土壤氧化亚氮排放的影响

为揭示亚热带森林土壤N_(2)O排放对林分类型和氮添加的响应特征,选取位于福建省三明市的中亚热带米槠次生林、杉木人工林和马尾松人工林土壤为研究对象,分别设置无氮添加(N0 mg/kg)、低氮添加(N10 mg/kg)、中氮添加(N25 mg/kg)和高氮添加(N50 mg/kg)4个氮添加水平,进行微宇宙培养试验,测定土壤N_(2)O排放。结果表明:与无氮添加处理相比,氮添加整体上降低3种林分土壤pH,增加土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量。无氮添加处理中杉木人工林和马尾松人工林土壤N_(2)O累积排放量分别为9.67和9.62 mg/kg,显著高于米槠次生林土壤N_(2)O累积排放量6.81 mg/kg。低氮添加处理中杉木人工林和马尾松人工林土壤N_(2)O累积排放量显著高于米槠次生林。但在中氮和高氮添加处理中,3种林分土壤N_(2)O累积排放量均无显著性差异。不同氮添加处理均促进3种林分土壤N_(2)O排放,低氮添加对次生林土壤N_(2)O排放影响的效应值为0.01,显著低于杉木人工林和马尾松人工林土壤的效应值0.45。但中氮和高氮添加对次生林土壤N_(2)O排放影响效应值显著高于2种人工林,次生林土壤N_(2)O排放更易受中氮和高氮添加刺激。N_(2)O累计排放量与土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量呈极显著正相关(p<0.01),但与pH无显著相关关系,表明氮添加背景下,氮素有效性是控制森林土壤N_(2)O排放的主要因素。综上,人工林土壤N_(2)O排放高于次生林,但次生林土壤N_(2)O排放对中氮和高氮添加更敏感。

兴安落叶松天然林土壤N_(2)O通量对土壤温度和湿度的响应

【目的】探究兴安落叶松天然林土壤N_(2)O通量、土壤温度、土壤湿度昼夜和不同月份的变化特征,进一步阐明土壤温度和湿度对土壤N_(2)O通量的调控机制。【方法】采用便携式N_(2)O/CO CM-919气体分析仪,于2021年生长季(6-9月)对兴安落叶松天然林土壤N_(2)O通量和不同土层(2,10,20 cm)的土壤温度和湿度进行定点连续观测,分析土壤N_(2)O通量对土壤温度和土壤湿度的响应。【结果】(1)兴安落叶松天然林土壤N_(2)O通量呈“夜大昼小”的日变化特征,8月中旬是土壤N_(2)O的“强排放”时期,月平均排放通量为7.67μg/(m^(2)·h)。(2)当土壤日均温高于15℃或昼夜温差较大(2.96~17.22℃)时,土壤温度对土壤N_(2)O日排放通量发挥重要影响。当土壤日均湿度低于20%时,土壤N_(2)O通量随湿度增加而增强;当土壤湿度处于20%~30%或增至30%以上时,对土壤N_(2)O通量的抑制作用较明显,湿润环境减弱了N_(2)O的排放。(3)土壤温度和湿度都是影响土壤N_(2)O通量月变化的主要环境因素,并存在显著的交互作用。【结论】在生长季内,兴安落叶松天然林土壤基本是N_(2)O的排放源,10 cm土层土壤温度和湿度对土壤N_(2)O月通量变化影响显著,2 cm土层土壤温度和20 cm土层土壤湿度对土壤N_(2)O日通量变化线性拟合解释率较高。

西双版纳热带雨林土壤N_(2)O和CO_(2)排放对氮添加的响应

为探明未经干扰的热带雨林土壤N_(2)O与CO_(2)排放对氮沉降的响应,以西双版纳热带雨林为研究对象,设置了对照(CK)和氮添加处理(N),在持续16个月的连续观测期内,利用静态箱-气相色谱法连续观测土壤N_(2)O与CO_(2)通量,同步测定土壤含水量、土壤5 cm温度、土壤铵态氮与硝态氮含量,模拟氮沉降对未经干扰过的热带雨林土壤的N_(2)O与CO_(2)排放的影响。结果显示:与CK处理相比,N处理使西双版纳热带雨林土壤N_(2)O累积排放量增加24.06%,CO_(2)累积排放量增加10.98%;氮添加带来的增排效应主要集中在氮添加后4个月的显著响应期内,后续非显著响应期内N_(2)O与CO_(2)的增排效应并不显著(t=0.98,P>0.05);在全观测期中,土壤含水量、土壤5 cm温度与土壤N_(2)O、CO_(2)排放通量显著正相关(P<0.05),但是显著响应期内只有CK处理的土壤CO_(2)排放与土壤5 cm温度显著相关(P<0.05),其余均无显著相关关系(P>0.05);氮添加带来的热带雨林土壤N_(2)O和CO_(2)的增温潜势(GWP)相当于该生态系统的碳汇能力的103%和104%。研究结果表明,一次氮添加增加了未经干扰的热带雨林土壤的N_(2)O与CO_(2)排放,并改变了土壤碳氮排放与环境因子的关系,对区域气候变化形成正反馈效应。

滴灌追氮管理对宿根蔗田土壤氮组分及N_(2)O排放的影响

【目的】研究滴灌追氮管理对宿根蔗田土壤氮组分和N2O排放的影响,揭示影响土壤N_(2)O通量的土壤因子。【方法】以二代宿根蔗Saccharum officinarum为研究对象,在移动防雨棚内进行2个滴灌灌水量[田间持水量的70%~80%(W0.8)和田间持水量的80%~90%(W0.9)]及3种滴灌追氮比例(等氮量250 kg·hm^(-2),其中,N0为用作追肥的氮肥全部施用到土壤中,N5为50%土施追氮、50%用滴灌系统施用,N7为30%土施追氮、70%滴灌追氮)的田间试验。在甘蔗生长的各个时期测定蔗田土壤N2O通量、pH和氮组分含量,并分析土壤N_(2)O通量与土壤pH和氮组分含量的关系。【结果】土壤N_(2)O通量在施用氮肥和灌水后2 d较高,其中,分蘖后期和成熟期W0.9N5处理的土壤N_(2)O通量显著低于其他处理。W0.9条件下,分蘖后期N5处理的土壤N_(2)O累积排放量分别比N0和N7低47.3%和11.8%,伸长后期N5处理的土壤N_(2)O累积排放量比N7低21.5%。相同滴灌追氮比例下,土壤硝态氮含量表现为W0.9>W0.8,随着灌水量的增加,土壤硝态氮含量有所增加。在伸长初期和成熟期,W0.8 N5处理的土壤铵态氮含量比W0.8 N0高56.4%和71.8%、比W0.8 N7高68.5%和160.3%。在分蘖后期,相同滴灌灌水量下,土壤微生物量氮含量表现为N5>N7>N0,W0.8和W0.9两种灌水量下,N5处理的土壤微生物量氮含量分别较N0处理高120.0%和100%。土壤N_(2)O通量与铵态氮含量之间呈正相关关系(r=0.313),与硝态氮含量之间呈负相关关系(r=-0.391)。【结论】W0.9N5处理可以降低土壤N_(2)O排放,且土壤铵态氮和硝态氮含量影响土壤N_(2)O通量,即土壤铵态氮含量越高,土壤N_(2)O通量越高,而土壤硝态氮含量越高,土壤N_(2)O通量却越低。

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。

纳米碳溶胶配施尿素对土壤N_(2)O排放的影响

为研究纳米碳材料对土壤N_(2)O排放的影响,选用纳米碳溶胶(一种纳米级材料,利用电解石墨制备而成)作为供试材料,以未经秸秆还田改良(秸秆离田)和秸秆还田改良的潮土为供试土壤,通过培养试验探讨纳米碳溶胶对潮土N_(2)O排放的影响,培养条件为25℃和80%田间持水量。结果表明:施氮条件下,添加纳米碳溶胶显著增加了秸秆离田土壤N_(2)O排放,但显著降低了秸秆还田土壤N_(2)O排放,减排效率达63%。纳米碳溶胶显著提`高了两种处理土壤的硝化潜势(PNR),但降低了秸秆还田土壤反硝化潜势(PDR)。然而,秸秆离田土壤PDR对纳米碳溶胶无显著响应。纳米碳溶胶通过促进秸秆离田土壤的硝化作用提高N_(2)O排放。对于秸秆还田土壤,纳米碳溶胶减排N_(2)O的机理可能是土壤可溶性有机碳含量的增加一方面激发了土壤异养微生物对底物无机氮的固持,另一方面促进了土壤彻底反硝化过程。

秸秆还田对南方稻田土壤N_(2)O排放及硝化和反硝化微生物群落的影响

【目的】以我国南方典型赤红壤水稻土为研究对象,探究不同秸秆还田量对双季稻区晚稻季土壤N_(2)O排放特征及硝化和反硝化微生物的影响,旨在为南方稻田N_(2)O减排提供科学依据。【方法】以2015年设置的定位试验为研究平台,设计5个处理:(1)CK,化肥+无秸秆还田;(2)CKS,化肥+当季秸秆全量还田;(3)S10,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代10%钾肥;(4)S20,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代20%钾肥;(5)S30,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代30%钾肥。采用密闭静态暗箱-气相色谱法及宏基因组测序对气体和土壤微生物进行检测。【结果】稻田土壤N_(2)O排放主要集中在水稻分蘖期;较CK处理,秸秆还田各处理显著降低了稻田土壤N_(2)O累计排放量,其中,S30处理的N_(2)O累计排放量最低,为0.09 kg·hm^(-2),其全球增温潜势也最低;硝化过程中,氨氧化细菌(amoA和amoB)在分蘖期和成熟期的优势菌属均为甲基孢囊菌属;反硝化过程中,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属和甲基营养型反硝化菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;分蘖期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的甲基营养型反硝化菌属呈显著负相关、与nirS型反硝化细菌的沙壤土杆菌属呈显著正相关;成熟期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的水生细菌属呈极显著正相关关系。【结论】秸秆还田显著降低了稻田土壤N_(2)O排放,AOB(amoA)和AOB(amoB)的甲基孢囊菌属是氨氧化过程的优势菌属,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属,和nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属及甲基营养型反硝化菌属是反硝化过程的优势菌属。

氰氨化钙与生物炭配施对设施菜地土壤N_(2)O、NH_(3)排放的影响

为了探索施用氰氨化钙(石灰氮)设施菜地土壤N_(2)O和NH_(3)的协同减排技术,本研究通过室内模拟试验,采用静态箱法和动态箱法测定了氰氨化钙(LN)、氰氨化钙+酸性生物炭(LN+MB)、氰氨化钙+中性生物炭(LN+WB)、氰氨化钙+碱性生物炭(LN+AB)4个处理N_(2)O和NH_(3)的排放量与排放特征。结果表明:与单施氰氨化钙相比,配施酸性和碱性生物炭使土壤N_(2)O累积排放量分别降低了66.70%和55.45%。配施3种生物炭均使土壤NH_(3)累积挥发量降低,降幅为7.26%~59.61%,另外提高土壤NO3--N含量8.05%~23.57%,降低土壤NH_(4)^(+)-N含量19.00%~43.12%。配施酸性生物炭对土壤N_(2)O、NH_(3)联合减排效果最佳,土壤N_(2)O、NH_(3)和GHG比单施氰氨化钙分别降低了66.70%、59.61%和64.55%。

生物质炭对酸性菜地土壤氮素矿化和N_(2)O排放的影响

N_(2)O是受人类活动影响的温室气体,土壤中硝化和反硝化作用是N_(2)O产生的主要过程,施用生物质炭影响土壤氮素矿化过程和N_(2)O排放。本研究以广州近郊菜地土壤为研究对象,在施氮肥和不施氮肥情况下,分别施加3%和6%的稻壳炭(RB)、棕榈丝炭(PB),进行室内培养试验,研究不同生物质炭和施入量对酸性菜地土壤氮素矿化和N_(2)O排放的影响。研究结果表明,施氮处理菜地土壤氮素矿化量和土壤N_(2)O累积排放量最大,分别达到153.6 mg/kg和383.7μg/kg,添加生物质炭显著降低了菜地土壤氮素矿化量和土壤N_(2)O排放量(P<0.05),生物质抑制了菜地土壤氮素矿化过程,降低了土壤中硝态氮和铵态氮含量,从而抑制了土壤N_(2)O的形成和排放,抑制程度随生物质炭添加量增加而增强,不同类型生物质炭作用不同,稻壳炭(RB)抑制作用大于棕榈丝炭(PB)。