农田土壤硝化反硝化作用及其对生物炭添加响应的研究进展

氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体之一,还会破坏大气臭氧层,影响全球气候变化。农田土壤是N2O最主要的排放源,由微生物主导的硝化和反硝化作用是其最主要的排放途径,因此,土壤的硝化和反硝化作用备受关注。在综合国内外相关研究的基础上,就区分硝化和反硝化作用对N2O排放贡献的研究方法、土壤N2O产生途径及其影响因素以及施用生物炭对N2O排放的影响机理进行归纳总结。结果表明：硝化和反硝化作用对生物炭的响应不同,在N2O减排效应上也存在很大的不确定性,其内在机理尚不明确。在此基础上,提出区分硝化和反硝化作用对N2O排放贡献的最佳研究方法,并就农田土壤硝化反硝化作用的影响因素以及对生物炭的响应机制进行研究展望。     

农田土壤硝化—反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明，小麦生育期土壤温度及含水量降低，无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量的较大的改善，反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内，N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量，说明至少在这一阶段中，硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中，硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

农田土壤N2O生成与排放影响因素及N2O总量估算的研究

综述了国内外农田土壤N2 O生成与排放及其影响因素、N2 O排放测定技术及总量估算等方面的研究进展 ,指出硝化与反硝化过程均可产生N2 O ,而影响硝化、反硝化过程的土壤水分含量、温度、pH、有机碳含量和土壤质地等是影响农田土壤N2 O生成与排放的重要因素。根据我国各地农田土壤N2 O排放通量测定结果及相应模型分析 ,初步估算全国农田土壤N2 O年排放总量为N 398Gg ,约占全球农田土壤排放总量的 1 0 % ,其中旱田N2 O年排放总量为N 31 0Gg ,水田为N 88Gg。     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一。硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O。N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定。通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法。并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍。     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一.硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O.N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定.通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法.并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍.     

旱地土壤中的硝化-反硝化作用

本文综述了国内外旱地土壤硝化 -反硝化作用的过程及其影响因数和硝化 -反硝化作用产生的N2 O量及其影响因素以及旱地土壤上氮肥硝化 -反硝化损失量等方面的研究进展     

农田土壤N2O和NO排放的影响因素及其作用机制

农田土壤作为N2O和NO的重要排放源而备受关注。硝化和反硝化是土壤N2O和NO产生的两个主要微生物过程,环境因子和农田管理措施等因素强烈影响着这两个过程以及N2O和NO的排放。本文重点论述了土壤水热状况、土壤质地、pH、肥料施用、耕作措施变更等关键性影响因素对农田土壤N2O和NO排放的影响及其影响机制。     

环境中的反硝化微生物种群结构和功能研究进展

反硝化作用是生态系统氮循环的重要组成部分,与地下水硝酸盐累积和温室气体排放密切相关。种类繁多的细菌、真菌和古菌参与反硝化过程,并在调控反硝化速率和反硝化气体产物比例等方面发挥重要作用。反硝化微生物的种群结构是一系列环境影响因素长期作用的结果,反硝化微生物种群对温度、水分、pH、O2含量、资源可利用性和植被类型等因素产生不同的响应。环境因素通过对反硝化微生物的影响来调控反硝化速率和反硝化酶的生成。分子技术的应用为自然环境中反硝化微生物的研究开辟了广阔前景,并为进一步认识反硝化微生物种群结构和功能的相互关系提供了新的发展方向。本文总结了关于环境中反硝化微生物种群的研究结果,并为进一步研究反硝化微生物种群结构和功能的联系提供了总体框架。     

施肥对夏玉米季紫色土N2O排放及反硝化作用的影响

采用原状土柱-乙炔抑制培养法研究了施肥对紫色土玉米生长季土壤N2O排放通量和反硝化作用的影响.结果表明:玉米季施肥显著增加土壤N2O排放和反硝化损失,同时,各施肥处理间N2O排放与反硝化损失量差异显著.猪厩肥、猪厩肥配施氮磷钾肥、氮肥、氮磷钾肥和秸秆配施氮磷钾肥等处理的土壤N,O排放量分别为3.01、2.86、2.51、2.19和1.88 kg hm-2,分别占当季氮肥施用量的1.63％、1.53％、1.30％、1.09％和0.88％,反硝化损失量分别为6.74、6.11、5.23、4.69和4.12 kg hm-2,分别占当季氮肥施用量的3.97％、3.55％、2.97％、2.61％和2.23％,不施肥土壤的N2O排放量和反硝化损失量仅为0.56和0.78 kg hm-2.施肥是紫色土玉米生长前期(2周内)土壤N2O排放和反硝化速率出现高峰的主要驱动因子,土壤铵态氮和硝态氮含量是影响土壤N2O排放、土壤硝化和反硝化作用的限制因子,土壤含水量是重要影响因子,降雨是主要促发因素.土壤N2O排放量与反硝化损失量的比值介于0.45 ～0.72之间,土壤反硝化损失量极显著高于土壤N2O排放量,说明土壤反硝化作用是紫色土玉米生长季氮肥损失的重要途径.     

农田土壤N2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。     

农作措施对中国稻田氧化亚氮排放影响的研究进展

农业是全球最主要的温室气体排放源之一,稻田不仅是全球重要的甲烷(CH4)排放源,亦是氧化亚氮(N2O)的重要排放源。灌溉、施肥、耕作等农作措施能够改变稻田生态系统土壤微环境,影响土壤硝化与反硝化过程,进而影响N2O的排放。目前,关于农作措施对农田生态系统N2O排放特征研究很多,但系统地综述农作措施对稻田N2O排放影响的研究还比较少。该文着眼于中国的农业发展趋势,基于稻田灌溉、施肥及耕作等方面的新技术,综合分析新型农作措施对中国稻田生态系统N2O排放的影响及其机制,为相关研究提供参考。在此基础上,提出了中国稻田生态系统N2O排放深入研究的方向:1)加强研究新型农作措施下稻田N2O产生及排放途径;2)系统研究稻田生态系统直接与间接N2O排放的影响及其机制;3)开展农作措施集成技术对稻田生态系统N2O排放影响的研究;4)加强模型模拟的调参验证并进行相关预测分析。     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N₂O的最主要来源之一。硝化和反硝化反应是产生N₂O的主要机理，由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中，因而硝化和反硝化作用能同时产生N₂O。N₂O的来源可通过使用选择性抑制剂，杀菌剂以及加入的标记底物确定。通过对生成N₂O反应的每一步分析，主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手，总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N₂O产生的贡献方法。并对¹⁵N标记底物法，乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍。     

强酸性茶园土壤中添加不同肥料氮后N2O释放量变化

茶园由于长期偏施氮肥，造成土壤酸化现象严重和 N2O 大量排放。本文对强酸性茶园土壤进行不同氮肥处理试验，结果表明， 通过31 d的好气培养，各施肥处理均显著提高N2O排放， 其中施硝酸钾（KNO3）处理平均每天排放的N2O最高，总排放量为对照（CK）的17倍，其次是硝酸铵（NH4NO3）处理， 尿素［CO（NH2）2］和硫酸铵［（NH4）2SO4］处理虽然能增加N2O 排放，但远远小于硝酸钾处理。对各氮肥处理硝化势的测定表明，尿素、 硫酸铵和硝酸铵处理均明显增加土壤硝化活性，而硝酸钾处理硝化势与对照相比显著降低。强酸性茶园土壤中N2O排放的主要来源是反硝化作用。氧化亚氮还原酶（nosZ）的定量PCR 分析表明，硝酸钾处理的nosZ 基因拷贝数与对照相比显著降低（P0.05）。因此，强酸性土壤中N2O还原酶活性被NO3-抑制是导致高N2O排放的重要原因之一。     

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。     

Nitrifier dominance of Arctic soil nitrous oxide emissions arises due to fungal competition with denitrifiers for nitrate

Arctic soils emit nitrous oxide, which is a potent greenhouse gas and also represents an important loss of nitrogen to oligotrophic Arctic ecosystems. However, little is known about the temperature sensitivity of nitrous oxide release in Arctic soils or the organisms mainly responsible for it. We investigated controls on nitrous oxide emissions in an Arctic soil across a typical temperature range (between 4 and 13 °C) on Truelove Lowland, Devon Island, Canada (75°40′N 84°35′W) at two different moisture contents. When fertilized with ammonia or nitrate, nitrous oxide emissions and temperature dependence of nitrous oxide emissions were insensitive to soil moisture content but linked to nitrification rates. Stable isotope analysis revealed that nitrous oxide was predominantly released by nitrifiers. However, nitrous oxide emissions were not linked to nitrifier prevalence with an insignificant (P < 0.219) increase in amoA genes and a (P < 0.01) decrease in archaeal nitrifiers. In contrast, denitrifier nosZ prevalence was 10,000 times greater than that of nitrifiers and was related to nitrous oxide emission potential when soils were fertilized with nitrate. Manipulating water-filled pore space should have changed the pattern of N₂O emissions. We used selective inhibitors to further explore why denitrification did not occur under field conditions when we manipulated water-filled pore space or when we used ¹⁵N analysis. When fungi were inhibited in the soil, nitrous oxide emissions from denitrifiers increased with no change in nitrous oxide released by nitrifiers. When fungi were active in the soil, there was little available nitrate but when fungi were inhibited, available soil nitrate increased over the incubation period. The dominance of nitrifiers in nitrous oxide emissions from Arctic soils under field conditions is linked to the competition for nitrate between fungi and denitrifiers.     

黄土旱塬旱作覆膜春玉米农田N2O排放通量及影响因素研究

采用密闭式静态箱法研究黄土高原旱作玉米不同栽培模式下氧化亚氮（N2O）的排放通量及主要影响因素。结果表明,施氮是影响N2O排放的主要因素,高氮处理〉中氮＋有机肥处理〉不施氮肥处理,且排放高峰出现在施肥后的4～10d,施氮处理N2O排放通量呈季节动态变化,共出现3次排放高峰,均出现在施氮及降雨后。等量施肥条件下,覆膜处理并没有显著影响NzO排放量,N：O排放通量与硝态氮含量呈极显著正相关（P〈0．01）。在黄土高原旱作玉米农田,土壤硝化过程是导致N2O排放的主要因素,反硝化作用对N2O排放的贡献相对较低。     

由电子废物处理和回收引起的土壤污染: 特别关注中国

This short review deals with soils as an important source of the greenhouse gas N2O. The production and consumption of N2O in soils mainly involve biotic processes: the anaerobic process of denitrification and the aerobic process of nitrification. The factors that significantly influence agricultural N2O emissions mainly concern the agricultural practices (N application rate, crop type, fertilizer type) and soil conditions (soil moisture, soil organic C content, soil pH and texture). Large variability of N2O fluxes is known to occur both at different spatial and temporal scales. Currently new techniques could help to improve the capture of the spatial variability. Continuous measurement systems with automatic chambers could also help to capture temporal variability and consequently to improve quantification of N2O emissions by soils. Some attempts for mitigating soil N2O emissions, either by modifying agricultural practices or by managing soil microbial functioning taking into account the origin of the soil N2O emission variability, are reviewed.     

模拟氮沉降对小兴安岭地区人工红松林土壤氮转化的影响

以我国小兴安岭地区凉水国家级自然保护区30年林龄的人工红松林为研究对象,建立对照(0 kg hm~(-2)a~(-1))、低氮(20 kg hm~(-2)a~(-1))、中氮(40 kg hm~(-2)a~(-1))和高氮(80 kg hm~(-2)a~(-1))四种模拟氮沉降水平的样地;采用室内培养试验,研究了短期模拟氮沉降对人工红松林土壤氮净矿化、净硝化速率和氧化亚氮排放的影响。结果表明,与对照处理相比,经过2年的模拟氮沉降处理,土壤的净矿化、净硝化速率都有降低趋势。与对照相比,低氮、中氮、高氮土壤净矿化速率分别降低了16.9%、20.6%和25.2%,土壤净硝化速率分别降低了16.7%、20.9%和25.5%,但是处理间差异没有达到显著水平。净硝化速率与净矿化速率呈显著正相关关系(P0.05),表明净矿化速率降低减少铵态氮供应量可能是氮沉降处理降低净硝化速率重要原因。另外,模拟氮沉降处理导致土壤p H降低也不利于硝化作用。中氮和高氮处理土壤氧化亚氮累积排放量分别比对照高84%和40%,但是差异不显著。高的氮沉降量使硝化过程中氧化亚氮的排放比例增加,可能是中氮和高氮处理下净硝化速率下降而土壤氧化亚氮排放量却增加主要原因。研究结果表明,氮沉降会影响我国小兴安岭地区森林土壤氮矿化和硝化过程,但是由于实验开展观测时间较短,其影响规律还需长期实验验证。