矿山废水灌溉区农田土壤N_2O的产生及释放机制研究

农田系统是温室气体N_2O的主要排放源,目前对酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)灌溉影响下,农田土壤剖面N_2O的来源识别、转换机制及其控制因子缺乏深入研究。本文选择广东省大宝山矿区下游沿岸水稻田和甘蔗田两种典型农田,针对酸性矿山废水灌溉区(上坝村)和天然来水灌溉区(连心村),对土壤理化性质、重金属含量及包气带N_2O浓度、同位素特征值进行了测定,定量计算了硝化和反硝化作用对土壤中N_2O的贡献比和N_2O转化为N_2的还原比,评价了其相关影响因素。结果表明:在AMD影响下,灌区农田土壤剖面N_2O浓度均高于同种作物类型天然来水区土壤,同种灌溉处理下甘蔗田土壤N_2O浓度高于水稻田。甘蔗田表层土壤(0～30 cm)反硝化作用对N_2O产生量的贡献比高于硝化作用,约71.29%N_2O由反硝化作用产生。AMD灌区甘蔗田土壤剖面中N_2O还原成N_2的比例随深度增加逐渐减小,在N_2O浓度峰值处仅有15.54%N_2O被还原成为N_2,而天然来水区N_2O还原成N_2的平均比率高达49.80%。这表明较弱的土壤N_2O还原能力导致较高浓度的N_2O残留在土壤中。相关性分析表明,AMD灌溉通过改变上坝村土壤的pH、重金属含量、含水率从而改变了土壤N_2O的来源途径及还原能力。组合同位素特征值溯源法有效地揭示了农田土壤N_2O的来源和AMD灌区土壤的潜在生态风险,为日后的治理修复工作提供了科学依据。