外源氮对滨海围垦稻田土壤N2O还原速率的影响机制研究

滨海湿地位于海陆交错带,具有很高的生态价值;近百年来的人类活动深刻改变了湿地土壤的N2O排放通量。为探明外源氮对滨海围垦稻田土壤N2O还原潜力的影响,选取长江口崇明岛东滩芦苇湿地和围垦区不同围垦年限(19、27、51、86年)的稻田土壤为研究对象,添加不同形态外源氮后研究湿地土壤N2O还原速率的变化情况。结果表明,无氮添加条件下芦苇湿地土壤N2O还原速率最高,为36.6 μg·g-1·d-1,相比围垦19年稻田土壤提高了103%;添加硝态氮条件下围垦86年稻田土壤N2O还原速率最高,是围垦19年稻田土壤的3.9倍,添加铵态氮和硝态氮条件下稻田土壤N2O还原速率年增长率分别为0.37和0.69 μg·g-1·d-1·年-1,比无氮处理分别高出140%和343%。对于同一样地土壤而言,外源氮输入对其N2O还原速率的影响效应各异。其中,与无氮对照相比,添加铵态氮条件下芦苇湿地土壤的N2O还原速率降低了32%,而添加硝态氮条件下围垦86年稻田土壤的N2O还原速率增加了91%。相关性分析发现,稻田N2O还原速率与土壤有机碳、总氮呈显著正相关,而与电导率、SO42-呈显著负相关。因此,在围垦区水稻生产中,不同形态氮肥施用对稻田土壤的N2O还原过程产生重要的影响效应。     

夜间增温条件下施硅稻田N2O还原对外源氮的响应

选用田间开放式长期进行的夜间增温稻田(NW)、夜间常温+施加硅肥稻田(Si)、夜间增温+施硅稻田(NW+Si)以及夜间常温稻田(CK),分别采集耕层根际土和非根际土,设置4个氮添加处理,即NH+4-N、NO-3-N、酰胺态氮(尿素)和无氮,研究不同稻田土壤N2 O还原潜力对外源氮的响应特征.结果表明,4种稻田的根际土和...     

增温条件下施硅对稻田CH4厌氧氧化过程的影响

硅是水稻生长的有益元素,为研究施硅对稻田CH₄厌氧氧化过程的影响以及是否会改变夜间增温对该过程的影响效应,本试验设置夜间常温不施硅（CK）、夜间增温不施硅（NW）、夜间常温施硅（Si）和夜间增温施硅（NW+Si） 4个处理。采集上述田间处理4 a后的耕层土壤,采用¹³CH₄同位素标记法研究稻田土壤CH₄厌氧氧化速率和固碳特征及其对氮输入的响应。结果表明：NW处理的CH₄厌氧氧化速率为6.23 nmol·g^-1·d^-1（以¹³CO₂计）,显著低于CK处理;与NW处理相比,NW+Si处理的CH₄厌氧氧化速率提高了22%。NW处理土壤中CH₄氧化驱动的¹³C有机碳净增量（¹³C-SOC）为0.31 μmol·g^-1,与NW+Si无明显差异,这表明增温条件下施硅对稻田土壤CH₄厌氧氧化的固碳量无明显影响。添加N条件下4个稻田土壤的CH₄厌氧氧化速率总体上明显减小,其中以Si处理土壤最为突出,下降29%~50%。相反,N添加提高了CH₄厌氧氧化的固碳效率[¹³C-SOC/（¹³C-SOC+¹³CO₂）]。研究表明,施硅可缓解夜间增温对稻田CH₄氧化速率的抑制作用,但对其固碳量无明显影响;外源N可提高增温/施硅稻田土壤CH₄厌氧氧化的固碳效率,有利于将较高比例的¹³C-CH₄碳源固定到土壤有机碳中。     

夜间增温下施硅对稻田CH4好氧氧化及其氮响应的影响

【目的】研究硅肥对增温稻田甲烷（CH₄）好氧氧化速率的影响效应,为探索未来全球变暖背景下稻田温室气体减排措施提供科学依据。【方法】采用田间开放式增温系统对稻田土壤进行夜间增温,共设4个处理:夜间常温不施硅 （CK）、夜间增温不施硅 （NW）、夜间常温施硅 （Si）和夜间增温施硅 （NW+Si）。采集上述处理4年后的耕层根际土和非根际土,在无氮添加和氮添加（NH4+、 NO3-和尿素）条件下进行室内培养,采用13CH₄标记方法,研究稻田CH₄好氧氧化速率和固碳特征及其对氮肥的响应。【结果】 Si处理稻田土壤的总有机碳和水溶性有机碳含量分别为23.2 g/kg和216.7 mg/kg,较CK稻田提高10.5%和26.7%;而NW处理的总有机碳和水溶性有机碳则分别较CK稻田降低11.9%和9.9%。施硅处理 （Si和NW+Si）根际土的CH₄好氧氧化速率显著高于不施硅处理 （CK和NW）（P<0.05）,其中Si处理的氧化速率最高,为10.9 μg/ （g·d）,较NW处理提高45.3%。施硅处理 （Si和NW+Si）非根际土壤中CH₄氧化驱动的13C有机碳 （ 13C-SOC）净增量为12.5~13.2 μmol/g,固碳效率达61%~66%,均高于不施硅处理 （CK和NW）。添加氮条件下4个处理的CH₄氧化速率总体上大幅增加,其中以NW+Si处理的非根际土最明显。相反,氮添加对稻田的13C-SOC净增量无明显影响,从而降低了稻田土壤CH₄氧化驱动的固碳效率。【结论】施硅可缓解夜间增温对稻田CH₄氧化过程的抑制作用,同时也提高其固碳效率。     

围垦年限及施氮对滨海湿地CH4好氧氧化过程的影响

本试验选取崇明东滩的光滩湿地和芦苇湿地为对照，比较研究不同围垦年限(19、27、51、86 a)的围垦区稻田耕层土壤CH₄好氧氧化的速率和固碳量以及对氮肥的响应特征。结果表明，围垦稻田土壤有机碳(SOC)含量随围垦年限增长而显著增加，而湿地土壤的酸碱度(pH)、硫酸根离子(SO₄^2–)浓度和电导率(EC值)则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。围垦稻田的CH₄好氧氧化速率存在显著差异，其中围垦27 a稻田最高，为32μg/(g·d)，但远低于芦苇湿地(82μg/(g·d))。CH₄好氧氧化驱动的固碳净增量(¹³C-SOC)介于10.3～19.6μmol/g，与CH₄氧化速率显著正相关。围垦86 a稻田CH₄好氧氧化的固碳效率(¹³C-SOC净增量/¹³CH₄转化量)为61%，显著高于围垦19 a和27 a稻田。添加3种氮肥(NH₄