土壤pH影响氧化亚氮(N2O)排放的研究进展

氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,也是21世纪内平流层臭氧(O_3)的首要分解者。在过去约150年间,大气中N_2O的浓度持续增加,其主要原因在于化肥和有机肥料刺激下土壤中N_2O的大量排放。因此,理解土壤中N_2O的排放机制与影响因素,已经成为估算N_2O排放清单和制定N_2O减排政策的关键科学问题。土壤pH是影响N_2O排放的重要环境因子之一,但目前对其相对重要性和影响机制尚不明确。该文基于已有文献的梳理,总结了原位观测和室内培养研究中土壤pH与N_2O排放之间的统计结果,发现多数研究中N_2O排放与土壤pH呈显著负相关关系;并且从生物硝化、生物反硝化和非生物过程3个方面探讨了土壤pH影响N_2O排放的微观机制。在此基础上,本文对今后的研究工作提出展望,以期为后续的研究提供参考和依据。     

酸沉降对地表生态系统的影响I.土壤中铝的活化与迁移

土壤中Al的活化与迁移是酸沉降对地表生态系统最突出的影响之一,也是土壤缓冲酸沉降的重要过程。因此土壤中Al的活化迁移过程成为研究和预测地表酸化及其生态效应的关键环节。然而由于土壤系统和Al形态的复杂性,目前的模式并不能充分与实验室和野外的数据相吻合。本文从Al的形态、释放机制和在土壤剖面中迁移过程等方面对近年来的研究工作进行综述和评价,并在此基础之上对今后的研究工作提出展望。     

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。     

铁作用下土壤氮素化学转化过程的研究进展

土壤中氮素的转化过程是氮素生物地球化学循环的关键环节,与当前诸多生态环境问题密切相关。传统观点认为土壤氮素转化过程须在微生物的参与下完成,但越来越多的研究发现化学过程同样发挥着重要的作用。目前相关研究多以铁作为氮素化学转化过程的电子供体或受体,并按照氮素的电子得失与去向将其划分为化学反硝化、化学硝化和化学固定过程。本研究以铁-氮之间氧化还原的耦合过程为基础对土壤中氮素化学转化的相关研究进行综合评述,着重探讨了土壤pH、固相界面、有机物浓度以及氮素水平等因素对该过程的影响机制。在此基础上,对相关工作提出建议与展望以供后续研究参考。     

设施菜田土壤剖面中的反硝化特征

利用田间原位硅胶管法和自动连续在线培养监测体系（Robot 系统）,分别监测了设施菜田不同施肥处理土壤剖面N2O浓度以及不同土层土壤反硝化潜势、NO和N2O产生潜势。结果表明:灌溉施肥后,传统施肥处理（CN）土壤剖面50 cm和90 cm处的N2O浓度都会出现峰值,50 cm处的N2O浓度峰值都高于90 cm处; 50 cm处的N2O变幅在2.15～50.77 l/L 之间,90cm处的变幅在2.57～14.05 l/L 之间;空白处理（CK）剖面N2O浓度几乎不受灌水的影响,50 cm和90 cm处的N2O浓度变幅较小,在1.43～2.75 l/L 之间。反硝化潜势、NO和N2O产生潜势的监测结果显示,040 cm土层反硝化较为强烈;40100 cm土层中由于受碳源限制,反硝化发生及强度明显滞后,添加碳源,经过48 h培养后,能够达到与表层反硝化潜势相当的程度;厌氧条件下,上层040 cm土壤的N2O和NO产生量远高于底层40100 cm的。由此推测,原位监测的高N2O浓度,可能来源自上层的扩散,因而田间表层通量观测数据可能会低估N2O产生量。底层土壤有一定反硝化潜势,当施用有机肥后,底层土壤氮素反硝化损失不容忽视。     

水分和有机肥投入对设施菜田土壤N_2O,N_2和CO_2排放及产物比的影响

以设施菜田土壤为材料,利用Robot自动培养系统研究了有机肥施用和水分变化对N_2O排放和氮素气态损失的影响。结果表明:施用有机肥并灌水后显著增加了设施土壤N_2O和N_2的产生(P0.05),培养一周时N_2O和N_2的排放系数分别为2.23%和14.7%,且N_2O和N_2产生速率均与土壤孔隙含水量呈极显著正相关关系(P0.0001)。有机肥施用显著增加了土壤CO_2产生速率和O_2的消耗,且土壤呼吸速率与氮素气态(N_2O+N_2)产生速率呈极显著正相关关系(P0.001)。N_2O产物比在有机肥施用后显著增加,土壤水分含量和有机肥均对N_2O产物比有极显著影响,且二者对N_2O产物比有交互效应(P0.001)。由相对气体扩散系数(RD)和N_2的产生速率,可以初步判定在施用有机肥并灌水的3天内,土壤反硝化作用过程是N_2O排放和氮素气态损失的主导途径。     

土壤原生生物的生态功能及其影响因素

【目的】土壤原生生物是指土壤中除植物、动物和真菌以外的所有真核生物,具有明显的系统发育和功能多样性特征,是地下生态系统的关键组成部分之一。与原核生物(细菌与古菌)和真菌相比,原生生物在土壤食物网中的作用常被忽视。本文系统论述了土壤原生生物的多样性及其生态功能,并综述了土壤养分、水分、pH、温度、重金属、微塑料等因子对土壤原生生物的影响,旨在阐明原生生物对土壤养分转化、土壤食物网和植物健康的生态作用及对主要环境因子的响应。【进展】土壤原生生物的数量、大小与形态各异,且营养级类群多样性丰富,它们可作为光合藻类、微生物捕食者、植物与动物的寄生者,在土壤食物网中扮演重要角色。光合型原生生物除潜在提高土壤氧浓度外,对陆地生态系统的碳储存具有重要贡献。消费型原生生物可通过捕食改变微生物群落,推动土壤微生物环,抑制植物病害,并提高植物性能。寄生型原生生物常被认为对宿主具有负面效应,如改变动物多样性,并引起植物病害。然而,寄生型原生生物对推动养分(如磷)循环也有贡献,且对植物的叶际细菌具有生防功能。总的来看,原生生物推动了陆地生态系统物质循环与能量流动向更高营养级的转移,并在土壤食物网中占据中心位置,...     

土地利用方式对土壤溶解性有机碳组成的影响

选取河北曲周、北京顺义和山东寿光的成对的农田(小麦-玉米轮作)和菜田土壤为研究对象,比较两种土地利用方式下DOC的含量、剖面分布以及组成特征。结果表明:与农田相比,菜田表层有机碳(SOC)与全氮(TN)含量上升。其中菜田有机碳含量较农田增加3.16%~47.4%,全氮含量增加3.09%~64.1%。土壤C/N与pH降低。无论是在农田还是菜田,DOC含量均随着土壤深度增加而显著降低;三地区菜田表层DOC含量平均为农田DOC含量的1.70倍;DOC与SOC成显著正相关关系。两种土地利用方式下,DOC组成中亲水组分(H IM)比例最高,其次为憎水酸性组分(HOA),憎水中性物质(HON)和憎水碱性物质(HOB)的含量最低;菜田中憎水酸性物质比例为19.0%~26.7%,农田憎水酸比例为14.83%~16.42%;寿光地区农田与菜田憎水酸含量差异显著(p<0.05),可能与寿光菜田土壤较高的SOC含量和较低的pH有关。三地区中菜田中憎水性物质与亲水性物质比例分别为0.30、0.39、0.41,反映了菜田中存在着不同程度的腐殖化现象。总之,农田转变为菜田后,显著影响了DOC的数量和质量。     

酸性森林土壤中Ca-H-Al交换过程与铝的溶解机制研究

华南酸性森林土壤分别在pH值为3．46、4．24和4．84条件下用含不同浓度盐基离子（Ca^2＋）的酸性浸提液浸提，以查明降水中盐基离子对土壤水中Al和H^＋的影响。实验结果表明：随着Ca^2＋浓度的增加，土壤浸出液中H^＋和Al都有增加的趋势。随着Ca^2＋浓度的变化，H^＋和Al有不同的来源：当Ca^2＋〈0．5mmol L^-1，土壤主要通过Ca—H交换机制释放H^＋，浸出液中Al主要来源于土壤活性铝的溶解；当Ca^2＋〉0．5mmolL^-1时，由于Ca—Al交换反应，浸出液中Al随Ca^2＋浓度增加而显著增加，此时H^＋主要来源于Al的水解反应。浸出液中pH—pAl关系也随pH值（或Ca^2＋浓度）的变化有显著不同：当浸出液pH〉3．7（Ca^2＋〈0．5mmolL^-1）时，浸出液中Al^3＋活度随pH的变化幅度较小，这可能是酸性土壤中活性铝已显著流失的缘故；当pH〈3．7（Ca^2＋〉0．5mmol L^-1）时H^＋对于Al浓度具有较强的依赖性，故pH随Al^3＋活度增加而显著降低。因此，降水中盐基离子的增加能够引起土壤水乃至地表水中酸性阳离子（特别是Al）的迅速增加，可能造成对水生生物的突发性影响。     

设施菜田土壤pH和初始C/NO3– 对反硝化产物比的影响

【目的】设施菜田土壤反硝化作用是N₂O排放和氮素损失的重要途径。本研究通过室内厌氧培养试验,在不同pH和初始C/NO₃–条件下,比较设施菜田土壤反硝化氮素气体排放及产物比的变化特征。【方法】以设施菜田土壤为研究对象,通过添加一定量低浓度的酸碱溶液调节土壤pH分别为酸性、中性和碱性条件,调节后的实测pH分别为5.63、6.65和7.83;同时以谷氨酸钠作为有效性碳,除未添加有效性碳作为对照处理 (CK) 外,其他有效性碳与硝酸盐 (C/NO₃–) 的比值分别调节为5∶1、15∶1和30∶1,三种pH条件下均设置 4 个 C/NO₃– 水平,每个水平3次重复。利用自动连续在线培养系统 (Robot系统),在厌氧条件下监测不同处理土壤产生的 N₂O、NO、N₂和CO₂浓度的动态变化,通过计算N₂O/(N₂O + NO + N₂)指数估算反硝化过程N₂O的产物比。【结果】增加土壤的pH能显著减少设施菜田土壤N₂O和NO的产生量,酸性 (pH 5.63) 土壤的N₂O、NO产生量峰值在不同初始C/NO₃– 比下均显著高于中性 (pH 6.65) 和碱性 (pH 7.83) 土壤 (P < 0.05)。中性和碱性土壤在高C/NO₃– 下有利于减少反硝化过程N₂O的产生,而酸性土壤条件下差异并不显著。中性土壤条件下增加有机碳含量会降低NO产生量,而在酸性和碱性土壤上有机碳的添加对NO产生量没有显著影响。土壤pH和初始C/NO₃– 比对土壤N₂O的产生有极显著的交互效应 (P < 0.001)。酸性和中性土壤上添加有机碳能够显著增加土壤N₂的产生速率 (P < 0.05),且与对照相比,不同pH的土壤添加有机碳后均显著促进反硝化过程中N₂O向N₂的转化。在不同初始C/NO₃– 下碱性土壤的CO₂产生量显著高于酸性和中性土壤,同时与对照相比,添加有机碳显著增加了土壤的CO₂产生量 (P < 0.05)。酸性土壤的N₂O产物比在不同初始C/NO₃– 下均极显著高于碱性土壤 (P < 0.01),且不同初始C/NO₃– 下的土壤N₂O产物比随pH的增加显著下降,二者呈极显著线性负相关关系 (P < 0.01)。【结论】土壤pH降低是设施菜田土壤N₂O和NO排放量较高的重要原因。而且,增加初始土壤有效碳含量促进了土壤的反硝化损失,并在中性和碱性土壤中N₂O的产生量减少。土壤pH升高和初始C/NO₃– 增加均降低了产物比,但增加了土壤反硝化作用速率。在利用N₂O排放通量和产物比估算土壤反硝化氮素损失时,土壤pH和有效碳含量是必须考虑的两个重要因素。