农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素

一氧化二氮 (N₂O) 作为重要的温室气体之一,在全球气候变化研究中引人关注。随着氮肥使用量的增加,农田土壤N₂O排放已经成为全球关注和研究的热点。人们普遍认为土壤硝化、反硝化过程是N₂O产生的两个主导途径,而诸如施肥、灌水等农田管理措施以及土壤pH、温度等环境因子均会影响农田土壤N₂O产生和排放。本文系统论述了土壤N₂O产生的各主要途径,并综述了氮源、碳源、水分含量、氧气含量、土壤pH和温度以及其他调控因子对N₂O排放的影响,旨在阐明各过程对N₂O排放的产生机制及主要环境因子的影响,以期为后续研究提供参考和理论依据。农田土壤硝化过程本身对N₂O排放的直接贡献较小,N₂O产生的主要来源是包含硝化细菌的反硝化、硝化–反硝化耦合作用在内的生物反硝化过程。真菌反硝化和化学反硝化在酸性土壤以及硝酸异化还原成铵过程在高有机质和厌氧土壤环境中对N₂O排放具有重要作用。未来研究可从农田土壤N₂O的产生和消耗机制、降低N₂O/N₂产物比、N₂O的还原过程及相关影响因素进行深入研究。此外,利用新技术方法,探究土壤物理、化学和生物学因素对氮素转化过程的影响,重点关注N₂O峰值排放及相关联微生物的响应,并构建土壤氮素平衡和N₂O排放模型,可进一步加深对农田土壤N₂O排放机制和影响因素的理解。     

微生物介导的农业土壤氧化亚氮减排研究进展

氧化亚氮(N₂O)是一种在大气存留时间长且破坏臭氧层的重要温室气体。农业土壤源N₂O是其重要来源,具有产生路径广、影响因素多、调控复杂等特点。减少农业土壤N₂O排放一直是研究的热点。含有N₂O还原酶的N₂O还原细菌能将N₂O还原为氮气(N2),这是目前已知的微生物还原N₂O唯一的汇。直接应用微生物减少农业土壤N₂O排放是一种新兴的减排技术。本文详细阐述了农业土壤N₂O的生物源与汇,重点论述了N₂O减排微生物的筛选及应用策略。综述了微生物介导的农业土壤N₂O减排的两种微生物生态学机制：一种是利用含有nos Z基因的N₂O还原细菌直接减少N₂O排放,另一种是利用能改变N₂O还原细菌群落组成和丰度及其活性的植物根际促生菌间接减少N₂O排放。最后,讨论了影响微生物介导的...     

丛枝菌根真菌调控土壤氧化亚氮排放的机制

氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子,自Haber-Bosch反应以来,氮肥的生产和施用极大地提高了粮食产量。然而过量施用氮肥导致氮肥利用率低,并造成了严重的环境污染,包括氮沉降、硝态氮淋洗以及N₂O排放等。微生物直接参与土壤氮素循环,固氮微生物、氨氧化和反硝化微生物分别在土壤固氮、铵态氮转化和硝态氮转化过程中起着重要作用。作为一类共生微生物,丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)在土壤氮素循环中的作用日益引起人们的重视。最新的研究表明,AMF显著影响土壤硝化、反硝化过程以及N₂O排放过程。本文重点阐述了菌根真菌对N₂O排放的影响并对其作用机制进行了总结。菌根真菌主要通过三个途径实现N₂O减排:(I)影响氨氧化微生物活性,降低了氨氧化过程中产生的N₂O;(II)菌丝分泌物缓解了N2O还原酶在电子竞争中的劣势,促进完全反硝化过程(N₂O→N₂);(III)促进宿主植物吸收土壤氮素,降低氮素有效性,并减少N₂O排放。在农业生产中可以通过强化土著菌根真菌实现N₂O减排,为应用菌根真菌提高氮素利用效率、调控土壤N2O排放和氮循环过程提供科学依据。     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O 排放的影响

2013年6月-2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（F处理,250kg·hm^-2）、减氮20%（LF处理,200kg·hm^-2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO_²和N_²O排放通量动态进行测定。结果表明：（1）夏玉米-冬小麦田的土壤CO₂排放通量为21.8～1022.7mg·m^-2·h^-1,土壤CO_²排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO_²累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。（2）施肥和灌溉是影响土壤N_²O排放的最主要因素,施肥期间N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。在每季作物250kg·hm^-2施氮水平下减施氮肥20%使夏玉米季和冬小麦季的N₂O累积排放量分别降低15.7%～16.8%和18.1%～18.5%,是高产集约化农田减排N₂O的有效措施。在适宜施氮水平（200kg·hm^-2）下施用生物黑炭,短期内对土壤N₂O排放无显著影响。（3）夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的N₂O排放系数为0.60%,减氮施肥的N₂O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

同位素异位体溯源土壤N2O的方法、技术和展望

土壤是N₂O的重要排放来源之一。土壤中N₂O产生途径众多、受多种因素调控，深入分析土壤N₂O产生途径才能采取针对性的减排策略。稳定同位素技术已广泛用于研究土壤N₂O排放，N₂O同位素异位体法是近年来新兴的研究方法。该研究方法通过测定土壤N₂O的同位素组成(δ¹⁵NSPN₂O、δ¹⁸ON₂O和δ¹⁵N^bulkN₂O)分析N₂O排放贡献，因无需添加标记物、对土壤系统干扰小、成本低，适合在野外田间研究N₂O排放，是15N标记方法的有力补充。本文详细介绍了N₂O同位素异位体法的原理、质谱测定方法、定量分析方法、影响该方法的因素及其应用前景。     

不同配比有机无机肥料对菜地N2O排放的影响

【目的】 采用静态暗箱-气相色谱法,研究有机无机肥料配施对菜地N₂O排放的影响。【方法】 试验期间连续种植了4季蔬菜,分别为香菜、空心菜、菜秧、菠菜,其中香菜和菠菜种植期间有塑料大棚覆盖。每季蔬菜收获后至下季蔬菜种植前有时间不等的休耕期。每季蔬菜种植前肥料作为基肥一次性施入,施肥量均为N 250 kg/hm2,其中空心菜在第二茬收获后追施N 250 kg/hm2一次,整个观测期共施肥5次,总施氮量为N 1250 kg/hm2,同时施入等量P₂O₅、K₂O。试验共设4个处理:不施氮对照（CK）、单施化肥（NPK）、有机无机肥料1:1配施（M1N1）和有机无机肥料2:1配施（M2N1）。N₂O排放通量测定频率为每周一次,每次施肥后则每2天测定一次。【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在4~10月份,并与10 cm土层土壤温度呈显著正相关;NPK处理菜地N₂O排放通量与土壤无机氮含量显著相关,其他处理N₂O排放通量与土壤铵态氮、硝态氮以及无机氮含量间无显著相关。整个观测期内土壤充水孔隙度（WFPS）介于39%~59%之间,土壤水分含量的变化对N₂O排放通量无显著影响。与NPK处理相比,M1N1和M2N1处理均能保证蔬菜产量稳定,并显著提高空心菜的产量。与NPK处理相比,M1N1处理显著降低菜地N₂O周年累积排放量36%,显著降低N₂O周年排放系数64%。与M2N1处理相比,M1N1处理的N₂O周年累积排放量和周年排放系数分别显著降低29%和56%;而M2N1处理较NPK处理的减排效果不显著。【结论】 在集约化菜地适宜的无机有机肥料配比既能保证蔬菜产量,又能减少N₂O排放,不施或施用有机肥比例过高均不利于减少N₂O周年排放。本试验条件下,有机无机肥料以1:1配施是合适的稳产减排措施。     

秸秆还田的小麦–玉米农田 N2O 周年排放的量化分析

【目的】N₂O 是重要的温室气体之一,主要来源于农田土壤。华北平原是我国的粮食主产区,秸秆还田是该地区主要的农田管理措施,明确不同秸秆还田量对小麦玉米农田周年土壤温度和含水量的影响以及与 N₂O 排放之间的量化关系,对发挥秸秆还田的生态效应,明确硝化和反硝化作用机制具有重要意义。【方法】以冬小麦、夏玉米为研究对象,设置 5 种不同秸秆还田量处理:小麦、玉米秸秆均不还田 (T0);小麦秸秆 1875 kg/hm2 + 玉米秸秆 2000 kg/hm2 还田 (T1);小麦秸秆 3750 kg/hm2 + 玉米秸秆 4000 kg/hm2 还田 (T2);小麦秸秆 5625 kg/hm2 + 玉米秸秆 6000 kg/hm2 还田 (T3);小麦秸秆 7500 kg/hm2 + 玉米秸秆 8000 kg/hm2 还田 (T4)。于 2014 年 10 月～2015 年 10 月,采用静态箱–气相色谱法对农田 N₂O 排放进行测定,探究不同秸秆还田量下小麦玉米农田 N₂O 排放的周年变化,并量化分析土壤温度、含水量与 N₂O 排放的关系。【结果】秸秆还田量显著影响 N₂O 的排放,随着秸秆还田量的增加,周年内 N₂O 排放总量呈增加的趋势,增加量为 1.33～3.50 kg/hm2,增加率为 32.3%～85.0%;通量增加量为 15.52～40.87 μg/(m2·h),增加率为 32.3%～85.1%。玉米季 N₂O 排放通量和总量分别是小麦季的 2.42～2.62 和 1.05～1.14 倍。秸秆还田可提高 0—10 cm 土壤温度和 0—20 cm 土壤含水量,增加范围分别为 0.63～2.14℃ 和 0.6%～1.8%。相关性分析表明,各处理土壤温度和 N₂O 排放通量无相关关系(P > 0.05)。T0、T1、T2 处理土壤含水量与 N₂O 排放通量呈显著正相关(P < 0.05),而 T3、T4 处理与 N₂O 排放通量之间不相关(P > 0.05)。【结论】随着秸秆还田量的增加,N₂O 排放通量和总量均呈现增加趋势,且玉米季高于小麦季。秸秆还田显著促进 N₂O 排放并可提高 0—20 cm 土壤含水量和 0—10 cm 土壤温度,周年秸秆还田量在 7750 kg/hm2 及以下时,N₂O 排放通量与土壤含水量之间呈显著正相关,而与土壤温度之间不相关。     

不同灌溉模式和施氮处理下双季稻田N2O通量与土壤酶活性的影响

用田间试验的方法揭示了不同灌溉模式和施氮处理对双季稻田氧化亚氮（N₂O）通量和土壤酶活性的影响。田间试验设3种灌溉模式（常规灌溉CR、“浅湿晒”灌溉TR以及干湿交替灌溉DR）和3种施氮处理（FN1:120 kg hm?2:20%基肥、分蘖肥与穗肥各占40%,FN2:120 kg hm?2:50%基肥、分蘖肥与穗肥各占25%,FN3:90 kg hm?2:50%基肥、分蘖肥与穗肥各占25%）,通过定期测定双季稻田N₂O通量和土壤酶活性,探讨灌溉模式和施氮处理对稻田N₂O排放通量与土壤酶活性的影响,分析了N₂O排放通量与土壤酶活性的关系。结果表明:TR和DR模式稻田N₂O排放通量较CR模式分别提高92.82%和175.95%,FN3处理稻田N₂O排放通量较FN2处理降低39.7%。与CR模式相比,TR模式的土壤脲酶活性、DR模式的土壤羟胺还原酶和亚硝酸还原酶活性升高。双季稻田N₂O排放通量与土壤脲酶（晚稻田相关系数0.38;早稻田相关系数0.63）、硝酸还原酶（晚稻田相关系数0.33;早稻田相关系数0.61）和羟胺还原酶（晚稻田相关系数0.63;早稻田相关系数0.73）活性呈显著正相关。可见,不同灌溉模式和施氮处理显著影响土壤脲酶、硝酸还原酶和羟胺还原酶活性和双季稻田N₂O排放通量,在生产中应通过稻田水氮管理减少N₂O排放,以提高氮肥利用率。     

抑制剂对海南土壤中硝化作用及N2O排放的影响

通过室内培养试验研究4种肥料增效剂对尿素在海南土壤中氮素转化和N₂O排放的影响,以期筛选出适合海南土壤的氮肥增效剂类型。培养试验设单施尿素（CK）、尿素 + 长效复混肥添加剂（加入尿素量的8‰,NAM）、尿素 + 双氰胺（加入尿素量的3.5%,DCD）、尿素 + 3,4-二甲基吡唑磷酸盐（加入尿素量的1%,DMPP）、尿素 + 2-氯-6-三氯甲基吡啶（加入尿素量的8‰,NMAX）5个处理。在培养过程中定期测定土壤理化性质、铵态氮和硝态氮含量以及N₂O排放量的变化,以分析不同增效剂对土壤氮素形态及N₂O排放的影响。结果表明:添加增效剂处理土壤的pH、有机质、全氮和速效钾等均与CK无显著差异,但土壤速效磷含量显著降低。培养过程中,除DCD外,DMPP、NAM和NMAX处理铵态氮浓度一直处于较低水平,而土壤硝态氮含量缓慢增长,显示出明显的硝化抑制效果。与CK处理相比,添加抑制剂处理土壤N₂O浓度峰值延后,累计排放量显著降低,但不同抑制剂间差异不显著。综合比较硝化抑制作用及N₂O减排效果,可以认为添加长效复混肥添加剂（NAM）、3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）和2-氯-6-三氯甲基吡啶（NMAX）等抑制剂的肥料适宜应用于海南水稻土。     

水肥减量对设施芹菜地N2O排放的影响

为明确减量灌溉和施肥对设施菜地N₂O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,本研究采用静态箱法,对北京郊区设施芹菜在灌溉和有机肥（沼渣）减量处理下的N₂O排放进行全生长季监测,分析灌溉和有机肥减量对土壤充水孔隙度（WFPS）、NO₃--N和NH₄+-N含量及土壤N2O排放的影响。试验为2个灌溉量和3个有机肥施用量的裂区双因素设计,具体为：常规灌溉量（H处理）下的常规施肥(HN)、减量1/3施肥(HN₃)和不施肥 (HN0),以及减量20%灌溉（L处理）下的常规施肥(LN)、减量1/3施肥(LN3)和不施肥 (LN0)共6个处理。结果表明,L处理在保证芹菜产量的前提下,对土壤充水孔隙度及无机氮含量无显著影响,但N₂O排放总量较H处理减少32.23%,达极显著水平（P＜0.01）。与常规施肥处理相比,减量1/3施肥和不施肥处理的土壤NO₃--N含量分别降低43.96%和76.42%,均达极显著水平（P＜0.01）,不同施肥量处理间土壤NH₄+-N含量无显著差异;芹菜产量随施氮量增加而增加,但减量1/3施肥和常规施肥处理对芹菜产量影响无显著差异,芹菜全生长季的土壤累积N₂O排放总量显著减少62.04%（P＜0.01）。本试验条件下,减量20%灌溉（L处理）和减量1/3施肥（N3处理）均能保证芹菜产量,显著降低芹菜地N2O排放通量,减少生产成本投入。     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

黏土矿物混合生物炭包膜尿素的制备及其氮素污染减排潜力

为促进氮肥高效利用,实现氮素污染减排,选用膨润土和生物炭作为包膜材料,结合硝化抑制剂制备包膜尿素。设置包膜尿素淋溶模拟试验收集淋溶液,结合静态箱法收集N₂O,通过分析NH₄⁺-N,NO₃^--N淋失量和N₂O排放通量对包膜尿素氮素污染减排潜力进行了评估。结果表明:（1）膨润混合土生物炭包膜尿素（F₄）NH₄⁺-N淋溶损失率最低,较纯化肥尿素（F₁）NH₄⁺-N淋溶损失率降低19.76%。（2）硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素（F₅）NO₃^--N淋失率最低,较F₁降低16.74%。（3）F₅同时具有最优的N₂O减排效果,N₂O排放量较F₁降低77.8%。F₅氮素减排效果最优,其减排机制在于一方面硝化抑制剂可以从化学过程控制硝化和反硝化进程,延缓尿素酰胺态氮的水解和铵态氮的硝化,在降低NO₃^--N淋失的同时可以实现N₂O减排。另一方面F₅的包膜材料膨润土和生物炭可以通过吸附作用将更多的NH₄⁺-N富集在土壤表层,从而显著降低NH₄⁺-N淋失。综上所述,硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素氮素污染减排潜力最优,可使NH₄⁺-N,NO₃^--N和N₂O分别减排15.24%,16.74%和77.8%。     

北京设施菜地N2O和NO排放特征及滴灌优化施肥的减排效果

【目的】量化设施菜地N₂O、NO排放特征,分析其影响因素,以期为科学评估农田生态系统N₂O、NO排放提供关键参数。【方法】以黄瓜品种‘金胚98’为供试材料,在北京房山区窦店乡的温室大棚内进行了田间试验,供试土壤类型为石灰性褐土,质地为壤土。试验共设4个处理:漫灌,不施氮肥 (CK);漫灌,农民习惯施肥 (FP);滴灌,农民习惯施肥 (FPD);滴灌,优化施氮 (OPTD)。常规氮肥施用量为N 1200 kg/hm2,优化后氮肥施用量为N 920 kg/hm2。70%的化肥氮和钾肥,分6次随灌溉追施。采用自动静态箱–氮氧化物分析仪法,对黄瓜生长季的N₂O、NO排放量进行了田间原位观测,同时监测了5 cm深土壤温度、0—15 cm土层土壤孔隙水分含量,分析了N₂O、NO季节排放与土壤温度和湿度的相关性,比较了不同处理措施的减排效果。【结果】施肥和灌溉后1～2天,N₂O会出现明显的排放高峰,NO排放峰出现在施肥和灌溉后2～4天,对照无明显N₂O、NO排放峰值。CK、FP、FPD和OPTD处理N₂O季节排放量分别为N 7.32、28.69、18.62、12.16 kg/hm2;NO季节排放量分别N 0.32、0.86、0.77和0.70 kg/hm2; NO排放量分别占 (N₂O + NO) 总量的4.2%、2.9%、4.0%、5.4%。相同氮肥施用量条件下,滴灌施肥处理 (FPD) 相比漫灌施肥 (FP),不仅能保持作物产量,而且能减少N₂O、NO排放总量34.4%、9.0%;滴灌施肥条件下,减少40%氮肥投入 (OPTD) 比FPD分别减少N₂O和NO排放34.7%和9.1%。FP、FPD和OPTD处理的N₂O排放系数依次为1.78%、0.94%、0.53%,NO排放系数依次为0.08%、0.06%和0.09%。【结论】京郊设施菜地夏季N₂O排放强,NO排放弱。在不改变施肥量前提下,采用滴灌施肥可在保持作物产量的同时,显著减少N₂O和NO排放。采用滴灌的同时,优化肥料施用量可以进一步减少N₂O、NO排放。     

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】 本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。 【方法】 田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照 (CK)、单施氮肥处理 (N)、施用氮肥 + 新生物质炭 (NC_F,C_F在2016年6月施用) 以及施用氮肥 + 4年陈化生物质炭 (NC_A,C_A在 2012 年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm2 追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N₂O浓度。 【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N₂O排放量分别为0.038～0.131 kg/t和0.107～0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N₂O排放量分别是0.033～0.209 kg/t和0.007～0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N₂O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于37%～93%之间,土壤含水量变化显著影响 (P < 0.01) 土壤N ₂O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NC_F和NC_A处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NC_F处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NC_A处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NC_F和NC_A处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NC_A处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NC_F和NC_A处理分别显著降低单位产量N₂O排放量49.8%和41.3% (P < 0.01)。 【结论】 在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。      

Transformation of nitrogen and nitrous oxide emission from grassland soils as affected by compaction

Animal trampling is one of the main factors responsible for soil compaction under grazed pastures. Soil compaction is known to change the physical properties of the soil thereby affecting the transformation of nitrogen (N) and the subsequent of release of N as nitrous oxide (N₂O). The form of N source added to these compacted soils further affects N emissions. Here we determine the interactive effects of soil compaction and form of N sources (cattle urine and ammonium, nitrate and urea fertilizers) on the loss of N through N₂O emission from grassland soil. Overall, soil compaction caused a seven-fold increase in the N₂O flux, the total N₂O fluxes for the entire experimental period ranged from 2.62 to 61.74 kg N₂O-N ha⁻¹ for the compacted soil and 1.12 to 4.37 kg N₂O-N ha⁻¹ for the uncompacted soil. Among the N sources, the highest emissions were measured with nitrate application, emissions being 10 times more than those from other N sources for compacted soil, suggesting that the choice of N fertilizer can go a long way in mitigating N₂O emissions in compacted grasslands.     

全球环境变化对土壤N2O排放影响的研究进展

全球环境变化一直是人们广泛关注的热点问题,由人类活动和化石燃料燃烧引起的温度持续升高、温室气体排放增加、极端天气频繁发生等现象对土壤理化性质及微生物活动产生深刻影响。N₂O作为一种具有强增温潜势的温室气体,对生态环境造成极大威胁。因此,全面深入地探究全球变化下不同环境因子对土壤N₂O排放的影响有重要意义。论文综述了模拟全球变暖、CO₂浓度倍增、降水格局改变以及氮沉降对土壤N₂O排放的影响及微生物作用机制,阐述不同变化因子对N₂O排放的交互效应。温度升高、CO₂浓度增加和氮沉降均能促进N₂O排放,但不同变化因子交互作用对N₂O排放的影响存在差异。未来应加强对多个变化因子交互作用的研究,不仅有助于进一步了解N₂O产生的影响因素,而且能为将来土壤生态系统对全球环境变化的响应研究和预测模型的建立提供理论基础。     

添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N2O和CH4排放的影响

为探讨添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N₂O和CH₄排放的影响,以海南砖红壤为供试土壤,设置了玉米秸秆（Straw）、生物质炭（Biochar）、秸秆 + 生物质炭（Mix）和对照（CK）4个处理,探讨了等秸秆用量条件下添加不同秸秆形态对土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响及形成强还原环境的可行性。结果表明:与CK处理相比,三个处理均可显著降低土壤N₂O累计排放量,但仅Straw处理可显著促进土壤CH₄排放、其它两个处理对土壤CH₄排放影响不显著,致使straw处理综合温室效应增加明显。与CK处理相比,与Mix处理5天内土壤氧化还原电位（Eh）显著下降,而Biochar处理土壤Eh变化不显著;三个处理均使土壤pH上升、但Straw与Biochar处理之间差异不显著,Mix处理土壤有机碳、全氮及速效钾含量显著增加。因此,玉米秸秆及其生物质炭的配合施用,既可有效降低淹水条件下海南砖红壤排放CH₄和N₂O的综合温室效应,还能改善土壤养分状况但易于形成强还原条件。     

Emission of nitric oxide and nitrous oxide from soil under field and laboratory conditions

A detailed short-term (12 d) laboratory study was carried out to investigate the effects of applying animal urine, fertilizer (ammonium nitrate) and fertilizer+urine on emission of NO and N₂O from soil. A complementary 24 d field study measured the effect of fertilizer or fertilizer+sheep grazing on NO and N₂O emissions from pasture. The data generated were used to interpret the transformations responsible for the release of these gases. Application of urine to the soil (at a rate equivalent to 930 kg N ha⁻¹) increased the amount of mineral and microbial N in the soil. This was followed by increases in emissions of NO (from 0.02 to 1.76 mg NO-N m⁻² d⁻¹) and N₂O (from 15 to 330 mg N₂O-N m⁻² d⁻¹). Molar ratios of NO-N-to-N₂O-N were very low (<0.001 to 0.011) indicating that denitrification was the main process during the first 12 d after application. In the laboratory, nitrification was inhibited during the first 7 d due to an inhibitory effect of the urine, but even though nitrification was clearly underway 7–12 d after application, denitrification was still the dominant process. The fertilizer was applied at a lower rate (120 kg N ha⁻¹) than the urine. Consequently, the effect on soil mineral N was smaller. Nevertheless the fertilizer still increased NO and N₂O emission with denitrification the dominant process. The effects of fertilizer and grazing on NO and N₂O emissions was less obvious in the field compared with the laboratory and fluxes returned to background rates within 4 d. This was attributed to the rapid decline in soil mineral N in the field trial due to plant uptake and leaching, processes that did not occur in the laboratory.