硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献

【目的】明确好气条件下硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献,比较温度变化对两个过程排放贡献的影响。【方法】通过室内好气培养试验（60%WHC）,采用15N同位素标记技术测定林地和草地土壤在10℃和15℃下铵态氮、硝态氮和N2O的15N丰度,计算硝化和反硝化过程对N2O排放的贡献。【结果】好气培养条件下,林地和草地土壤中的硝化作用和反硝化作用同时发生,硝化作用对N2O排放的贡献为53.1%―72.0%,是N2O排放的主要过程。培养期间林地土壤中反硝化过程对N2O排放的平均贡献为44.9%,显著大于草地土壤（28.9%）,而硝化过程对N2O排放的平均贡献为55.1%,显著小于草地土壤（71.1%）。温度增加显著促进了土壤中N2O的排放,但是对硝化和反硝化过程的N2O排放贡献没有影响。【结论】好气条件下硝化作用是土壤中N2O排放的主要过程,但反硝化作用仍占有很大比例。     

不同灌水模式和施氮处理下稻田N2O排放通量及其与硝化-反硝化细菌数量的关系

为获得减少稻田N_2O排放的合适灌溉模式和施氮管理,通过大田试验,研究了不同灌溉方式和施氮处理对生育期内稻田N_2O排放通量和不同时期土壤无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的影响,并分析了采样当天稻田N_2O排放通量与无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的关系。试验设3种灌溉方式,即常规灌溉(CI)、"薄浅湿晒"灌溉(TI)和干湿交替灌溉(DI),以及2种施氮处理,即全部施用尿素(RN1)和50%尿素+50%猪粪(RN_2),2种施氮处理氮用量相同。相同施氮处理下,TI模式可以降低稻田N_2O排放;DI和TI模式土壤无机氮含量、硝化细菌数量和亚硝化细菌数量较CI方式高,而CI和TI模式土壤反硝化细菌数量较DI模式高。相同灌水模式下,RN1处理可显著降低稻田N_2O排放,且RN1处理土壤无机氮含量、硝化细菌数量、亚硝化细菌数量和反硝化细菌数量较RN_2处理低。稻田N_2O排放通量与土壤反硝化细菌、硝化细菌数量和NH_4~+-N含量之间均呈极显著正相关关系(r≥0.309,P0.01),且土壤NH_4~+-N含量与硝化细菌数量和反硝化细菌数量之间也均呈极显著正相关关系(r≥0.555,P0.01)。因此,"薄浅湿晒"灌溉和尿素处理可以降低稻田N_2O排放,且稻田N_2O排放通量受到土壤NH_4~+-N含量、反硝化细菌数量和硝化细菌数量的综合影响。     

用两室根箱系统法对土壤氮素转化的空间变异及N2O的产生之初探

用特制的带有9根采气管的两室根箱系统,采集和分析根箱中9个不同部位土壤空气中N2O的浓度,结合使用具有选择性的硝化抑制剂(包括低浓度的C2H2和DCD),研究在不同铵态氮水平下的硝化过程及其对N2O气体释放的贡献;结合使用高浓度的C2H2,抑制反硝化过程中N2O到N2的还原,研究在不同铵态氮水平下的反硝化过程及其对N2O气体释放的贡献。同时还研究铵态氮、硝态氮转化及其释放N2O气体的时间和空间变异性和植物对它们的影响。结果表明,根箱系统结合使用抑制剂的方法,是一种研究土壤氮素转化过程、N2O气体释放及植物对前两者影响的有效方法。     

不同盐碱程度土壤氧化亚氮(N2O)排放途径的研究

选取内蒙古河套灌区4种不同盐碱程度土壤(极度盐土、盐土、重度盐土和轻度盐土),通过室内低浓度乙炔抑制技术和纯氧气抑制技术,研究不同盐碱程度土壤中N_2O的排放途径及其贡献率。结果表明:N_2O累积排放量随着土壤盐碱程度的升高而升高,轻度盐土(SA)、重度盐土(SB)、盐土(SC)和极度盐土(SD)的N_2O累积排放量分别为289.71、500.08、951.66、1 750.39μg·kg~(-1);在整个培养实验期间,4种不同盐碱程度土壤的硝化过程和反硝化过程的N_2O排放总贡献率分别为22.51%~35.75%和60.35%~72.46%,其他过程的N_2O排放贡献率为3.90%~5.81%,表明反硝化过程是盐碱土壤中N_2O的主要排放途径。4种不同盐碱程度土壤,不同排放途径N_2O排放贡献率随着土壤盐碱程度(电导率)的升高,硝化过程的N_2O排放贡献率逐渐升高,反硝化过程的N_2O排放贡献率逐渐降低。     

SIR方法研究真菌、细菌对森林土壤N2O贡献量的进展

土壤硝化、反硝化是产生有害温室气体N2O主要的生物化学过程。除了原核细菌外还发现真核生物真菌(包括菌根真菌)也能参与土壤的硝化和反硝化过程并排放N2O。基质诱导抑制呼吸法(SIR)是目前研究真菌与细菌对N2O排放通量贡献的主要方法。该方法应注意以下几点:(1)诱导剂的选择应该根据不同土壤的理化性质选择,一般选择的诱导剂为葡萄糖,也有选择蛋白胨作为诱导剂。(2)预实验确定饱和诱导剂的量。(3)抑制剂应根据土壤理化性质进行选择,一般选择的抑制剂为放线菌酮和链霉素。(4)确定IAR,最大抑制率的时间。(5)真菌、细菌对N2O排放贡献量时间段的确定。     

滴灌水肥一体化配施有机肥对土壤N_2O排放与酶活性的影响

【目的】通过在有机肥基础上增施不同量无机氮,研究滴灌水肥一体化条件下温室番茄土壤N_2O排放和脲酶(UR)、硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(Ni R)以及羟胺还原酶(Hy R)活性的动态变化,分析各处理土壤N_2O排放特征及土壤UR、NR、Ni R和Hy R活性对土壤N_2O排放的影响,揭示在滴灌水肥一体化下N_2O排放过程机制。【方法】试验共设CK(不施氮)、N1(200 kg·hm-2有机氮)、N2(200 kg·hm-2有机氮+250 kg·hm-2无机氮)、N3(200 kg·hm-2有机氮+475 kg·hm-2无机氮)4个处理。采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N_2O排放、土壤酶活性、土壤温湿度等进行监测。【结果】滴灌水肥一体化,各施氮处理均在施肥+灌溉后第1天出现N_2O排放高峰,随着时间推移不断下降,不同处理番茄整个生育期N_2O排放通量在0.98—1 544.79μg·m-2·h-1。土壤N_2O排放总量差异显著,依次为N3((7.13±0.11)kg·hm-2)N2((4.87±0.21)kg·hm-2)N1((2.54±0.17)kg·hm-2)CK((1.56±0.23)kg·hm-2),与N3相比,处理N1、N2土壤N_2O排放总量分别降低了64.38%、31.70%。番茄生育期内N_2O季节排放特征明显,秋季高,冬季低。土壤氮素转化相关酶活性大致随施氮量的升高而增高。土壤N_2O排放通量与5 cm土壤温度、0—10 cm土层硝态氮含量、土壤NR活性及土壤Hy R活性均呈极显著正相关(P0.01)。【结论】滴灌水肥一体化下,土壤微生物处于好气环境,土壤N_2O主要来自于硝化过程,减少了由反硝化过程所产生的N_2O排放。综合考虑番茄产量、品质、N_2O排放等因素,推荐北方温室秋冬茬番茄施用200 kg·hm-2有机氮+250 kg·hm-2无机氮,75 kg·hm-2 P2O5,450 kg·hm-2 K2O较为适宜。     

黄瓜次生代谢产物抑制反硝化作用的研究

反硝化过程是土壤氮素损失的主要过程之一,为明确蔬菜作物黄瓜次生代谢产物中是否存在具有抑制反硝化作用的物质,本研究选取氮素利用高效型的黄瓜品种‘津优35号’为研究对象,通过MT2微生物平板法及摇瓶试验测定了黄瓜根系分泌物及根系组织提取物对反硝化细菌代谢活性及反硝化过程的影响。结果表明：酸性、中性及非水溶性组分根系分泌物均表现出不同程度的反硝化抑制能力,3种组分最高抑制效率分别可达21.4%、27.6%及26.7%;根系提取物在未影响细菌生长的前提下显著促进了N2O的生成,未表现出生物反硝化抑制能力。在本研究所采用的提取方法下,根系分泌物中具有潜在的生物反硝化抑制剂。     

菜地土壤N_2O排放及其氮素反硝化损失

采用培养试验方法,对南京郊区 3对菜地土和水稻土的 N2O排放和氮素反硝化损失进行了研究.不加乙炔培养测定土壤 N2O排放,加乙炔( 10% V/V)培养测定反硝化损失.菜地土为相同类型水稻土改种为蔬菜约 20年的土壤.结果表明,在培养 0～ 1 d期间 ,菜地土本身 N2O排放通量 (5.15～ 218.37 ng N· g-1soil· h-1)均高于相同类型的水稻土 (2.50～ 3.94 ng N· g-1soil· h-1). 3对供试土壤中, 2个菜地土培养 21 d排放的 N2O总量与反硝化损失总量均显著高于相同类型的水稻土( P<0.05). 3对供试土壤施尿素后反硝化损失均未显著增加.施肥和不施肥处理,土壤 N2O排放累积量和反硝化损失累积量随时间 t的变化均符合修正的 Elovich方程 y=bln(t)+ a.     

几种典型除草剂对冬麦田N2O排放及其相关土壤生化因子的影响

通过田间原位观测试验,研究了几种典型除草剂单/混施对冬麦田N2O排放及其土壤生化因子的影响。结果表明:在除草剂施用后的10 d内,乙草胺和混剂苯磺隆+精噁唑禾草灵都显著抑制了N2O的排放(P0.05),其N2O排放通量均值较对照降低了50%左右,精噁唑禾草灵和苯磺隆处理N2O排放通量均值分别比对照减少28.6%和26.0%,但未达到显著水平(P0.05);在余下的测定期内,乙草胺、苯磺隆、精噁唑禾草灵和混剂苯磺隆+精噁唑禾草灵对麦田N2O排放都无显著影响,其N2O排放通量均值分别为对照的95.3%、101.8%、92.5%和88.7%。乙草胺对土壤脲酶活性一直有激活作用(P0.05),精噁唑禾草灵和混剂苯磺隆+精噁唑禾草灵表现为抑制激活交替作用,而苯磺隆对土壤脲酶活性基本无影响。在除草剂施用后的10d内,N2O排放通量与土壤水分WFPS(P0.01)、土壤反硝化细菌数量(P0.01)以及土壤氨氧化细菌数量(P0.05)呈显著正相关关系,与可溶性有机碳含量呈显著负相关关系(P0.05),与土壤硝化细菌、土壤硝态氮和铵态氮含量以及脲酶活性无显著相关关系(P0.05)。乙草胺和混剂苯磺隆+精噁唑禾草灵能显著降低麦田N2O的排放,主要源于明显降低了土壤中反硝化细菌数量,混剂苯磺隆+精噁唑禾草灵还明显降低了氨氧化细菌数量。苯磺隆和精噁唑禾草灵对麦田N2O排放无显著影响,主要是对氨氧化细菌和反硝化细菌表现为促进抑制的交替作用。     

不同水分条件下不同土壤微生物类群产N_2O量的初步研究

本研究主要是通过微生物分离手段加富培养菜园土中的硝化菌、厌氧反硝化菌和异养硝化/好氧反硝化菌,并在30%、50%和100%3种土壤充水孔隙度(指土壤体积含水量与总孔隙度的百分比,V/V)水分条件下进行无菌菜园土反接种培养实验,研究了不同水分条件下、不同土壤微生物类群的产N2O量。结果表明:30%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生是以异养硝化/好氧反硝化作用为主,自养硝化作用对于N2O亦有贡献,后者产N2O量仅是前者的15.2%～47.2%;而50%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生过程是以自养硝化为主,其N2O产生量几乎是异养硝化/好氧反硝化菌处理的2.1倍。在上述3种水分条件下,厌氧反硝化菌活性均受到抑制,几乎不产生N2O。     

农业土壤N_2O产生途径及其影响因素研究进展

基于目前国内外对农业土壤N_2O产生与排放过程的研究成果,分析了N_2O的产生途径及其研究方法、影响农业N_2O产生的主要因素。农业土壤N_2O产生的主要过程有硝化作用(自养硝化作用和异养硝化作用)、反硝化作用和硝化微生物反硝化作用。目前研究硝化和反硝化作用的研究方法主要包括15N示踪法和气体抑制剂抑制法;影响土壤硝化—反硝化作用及N_2O产生的因素主要包括土壤基质、土壤物理性质、土壤化学性质、生物因素以及人类活动等。在此基础上探讨了目前研究中存在的主要问题,并对今后研究提出展望与建议。     

蚯蚓对N_2O排放的影响及途径研究进展

土壤生态系统与温室气体排放关系密切。蚯蚓参与调控土壤的能量流动和物质循环过程,对土壤温室气体如N_2O的产生与排放产生重要影响。蚯蚓影响N_2O排放的关键酶基因,特别是反硝化过程中的Nir与Nos基因比,调控土壤硝化和反硝化作用进程,影响土壤N_2O排放。蚯蚓促进土壤氮素分解矿化过程,与氮素可利用性密切相关,显著影响了N_2O的产生和排放。秸秆残体还田处理是一种常见的农田管理方式,有助于培肥土壤。但不同C/N的秸秆、秸秆施加方式(混施、表施)在接种不同生态型蚯蚓后,对土壤N_2O排放量的影响差异很大。蚯蚓在取食、活动包括死亡后,都可能直接释放出N_2O,尽管直接排放的N_2O量在田间的比例相对较低,但这在微系统中仍然不容忽视。     

氧气对水稻土N2O排放和narG型反硝化微生物的短期影响

选取第四纪红土发育水稻土,在0%(厌氧)、10%(兼性厌氧)和21%(好氧)等3个O2体积分数及40%和60% 2种土壤含水量条件下进行室内培养,探讨O2含量对土壤N2O排放及narG型反硝化微生物种群丰度和群落组成的影响。结果表明：40%和60% 2种土壤含水量条件下,厌氧处理的N2O排放通量均最高,且60%土壤含水量处理下的N2O排放通量略高于40%土壤含水量处理的;方差分析表明,相比于土壤含水量,O2含量是制约土壤中N2O排放更关键的因子;微生物narG基因丰度与O2含量呈极显著(P<0.01)负相关,与N2O排放通量和土壤NO3––N消耗质量分数呈极显著(P<0.01)正相关,与土壤含水量呈正相关,但不显著;O2含量和含水量均会造成土壤narG型反硝化微生物群落组成差异,40%土壤含水量处理,OTU1882(Pseudolabrys)、OTU1510(分枝杆菌属)的占比较大,60%土壤含水量处理,OTU1593(地杆菌属)的占比较大,当土壤含水量一定时,同一培养时间厌氧处理的优势OTU1882和OTU1510相对丰度偏低,且变化幅度较大,其相对丰度与N2O排放通量呈负相关,其中OTU1882的影响显著(P<0.05)。可见,土壤O2含量通过调控土壤微生物的narG基因丰度和群落组成而调控N2O的排放。     

土壤N2O吸收和消耗机制及研究进展

N2O排放对全球的气候变化和氮素循环有着重要影响。土壤是N2O最重要的排放源,近年发现土壤在排放N2O的同时存在明显的负排放现象即N2O吸收和消耗现象。通过回顾N2O负排放现象的提出,分析土壤N2O负排放的物理途径、化学途径和生物学途径,认为生物途径是N2O负排放的主导途径,重点讨论了硝化反硝化微生物反应机理和影响反应过程的环境条件,论述了调控生物活性的土壤氧气/水分含量、土壤碳/氮含量、土壤pH值等因子。但由于消耗N2O的生物群落的产生较为复杂,提出了土壤N2O负排放的重点研究方向和方法,为控制土壤温室气体的排放和揭示碳氮循环机制研究提供理论依据。     

不同园龄果园土壤硝化与反硝化活性及N2O排放（英文）

[目的]评价硝化反硝化作用在果园土壤氮素损失中的贡献率以及N2O的排放量和排放特性。[方法]在室内培养条件下比较研究了3种不同园龄果园土壤及未开垦土壤之间硝化反硝化活性的差异。[结果]培养26天的未开垦土壤、5年、12年和20年园龄果园土壤的氮肥硝化率分别为6.85%、10.26%、13.29%和12.90%。4种土壤硝化活性均相对较低,但随种植年限的延长呈提高趋势,而且与土壤有机质和铵态氮含量呈显著正相关关系(P<0.05),与全氮含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤碳氮比呈显著负相关关系(P<0.05),与pH值呈极显著负相关关系(P<0.01)。3种果园土壤N2O排放量显著高于未开垦土壤(P<0.05),其中硝化作用产生的N2O排放量占施氮量的0.03%～0.08%。硝化过程产生的N2O排放量与土壤有机质、全氮、铵态氮含量呈显著正相关关系(P<0.05),而与土壤碳氮比呈显著负相关系(P<0.05),与pH值呈极显著负相关关系(P<0.01)。不同园龄果园土壤之间氮肥的反硝化活性差异显著,表现为20年>12年>5年>未开垦土壤,反硝化损失氮量占施氮量的0.01%～3.11%,与土壤有机质含量呈显著正相关关系(P<0.05)。[结论]我国南方果园土壤硝化水平相对较低,但随种植年限的延长呈提高的趋势;而土壤反硝化水平相对较高,而且随种植年限的延长显著提高。     

滇池流域集约化西芹地的N2O排放

集约化菜田的土壤养分和水热条件适合土壤的硝化反硝化作用,而我国集约化菜田N2O排放的研究少见报道.本文采用密闭式箱法,在滇池流域旱季(95 d)和雨季(99 d)开展了2个生长周期内两芹地N2O排放的监测研究,结果表明,在集约化菜田土壤氮素养分含量较高的情况下,(1)N2O排放的日变化规律受温度的影响较为明显,中午时段N2O排放速率最高,凌晨时段最低;(2)N2O排放的季节性变化规律是在种植后不久,出现1个小的N2O排放高峰外,随后CK处理(裸地)的N2O排放速率维持在一定的水平,而种植作物的不施肥(NF)、推荐施肥(LF)和习惯施肥(HF)处理受西芹的生长及频繁氮肥追施的影响,中后期N,2O排放速率有所升高;(3)在中后期,不施用氮肥的NF处理较CK的N,2O排放速率高;旱季与雨季,CK处理N,2O排放量分别为2.79和2.66kgN2O-N·hm-2;NF处理分别为3.07和3.67 kgN2O-N·hm-2远高于粮田1.0 kgN2O-N·hm-2·a-1的N2O背景排放量;(4)LF处理旱季与雨季为5.25和6.66 kgN2O-N·hm-2其损失率分别为1.17%和1.48%;HF处理旱季和雨季N,2O排放量分别为9.35和12.12 kgN2O-N,其损失率分别为0.78%和1.01%,说明氮肥施用量较高时,土壤-作物系统的N,2O-N损失量也较高,但是N2O-N损失率并不随施氮量的升高而升高.     

玉米-潮土系统中氮肥硝化反硝化损失与N_2O排放

 在华北平原潮土上应用原状土柱培养乙炔抑制法测定夏季玉米地氮肥硝化反硝化气态损失量和 N2 O排放量。结果表明 ,潮土上尿素氮水解快 ,硝化活性较高。不施氮肥处理下土壤中 N2 O排放总量为 0 . 33kg N/ ha;施氮大大增加 N2 O排放量 ,氮肥表施时 N2 O排放量为 2 .91kg N/ ha,穴施时为 2 .5 0 kg N/ ha,分别为施氮量的 1.94 %和1.6 7%。不施氮肥时土壤氮的反硝化损失量为 1.17kg N/ ha,氮肥反硝化损失量表施时为 3.0 0 kg N/ ha,穴施时为2 .0 9kg N/ ha,分别占施氮量的 2 .0 0 %和 1.39%。硝化反硝化作用不是该地区氮肥损失的主要途径     

不同土层土壤理化生性状与反硝化酶活性N_2O排放通量的相关性研究

采用田间试验方法研究了干旱半干旱地区小麦田不同土层土壤理、化、生等因素与土壤反硝化酶活性、N2O排放通量的相关性。结果表明,在冬小麦生育期内,0—5cm土层土壤硝酸还原酶活性与相应土层土壤亚硝酸还原酶活性呈显著正相关,0—5cm,5—10cm土层土壤的温度与相应土层土壤硝酸还原酶活性呈显著负相关,土壤硝态氮含量和pH与土壤反硝化还原酶活性的相关性因土壤的不同土层而有差异;0—5cm,5—10cm土层土壤含水量,0—5cm,10—20cm土层土壤脲酶活性,5—10cm有机碳含量,硝酸还原酶活性与土壤中N2O排放通量呈显著正相关;5—10cm土层土壤温度、pH和10—20cm土层土壤磷酸酶活性、pH与之呈显著负相关。土壤N2O的排放主要是土壤反硝化作用的结果。     

开放式大气CO2浓度增高对水稻土反硝化活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,研究大气CO2浓度增高对农田反硝化活性的影响.在2005年水稻生长季研究不同施肥(施常规氮量和低氮量)、不同秸秆还田(秸秆半还田、秸秆不还田)处理土壤中的反硝化细菌数量、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且在拔节期测定对照及FACE土壤的反硝化潜势.结果表明:CO2浓度增高对水稻生长各时期的土壤反硝化细菌数量具有一定的抑制作用,这种抑制作用在常规氮肥施用及秸秆不还田情形下最为显著(P＜0.01).FACE对硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性几乎没有影响.对反硝化潜势的研究发现,在低氮与常氮施用条件下,FACE土壤的反硝化潜势分别为对照土壤的84.21%和97.46%.通过与土壤理化性质的相关性研究,认为主要是因为FACE促进植物生长和土壤中的微生物活性,反硝化微生物在竞争中受到抑制,使得反硝化活性降低.     

影响土壤反硝化作用的因素

<正>土壤反硝化作用包括生物反硝化过程和化学反硝化过程,以生物反硝化过程最为重要。生物反硝化过程是指微生物在无氧、或者微量氧供应条件下的硝酸呼吸过程,其中,反硝化微生物将NO3-、NO2-或者N2O作为呼吸过程的末端电子受体,并将其还原为NO2-、NO、N2O或者是N2。一、土壤反硝化作用概述通常所说的土壤反硝化作用主要是指土壤生物反硝化过程。反硝化的基本过程是:NO3-→NO2-→NO→N2O→N2