秸秆还田对南方稻田土壤N2O排放及硝化和反硝化微生物群落的影响

【目的】以我国南方典型赤红壤水稻土为研究对象,探究不同秸秆还田量对双季稻区晚稻季土壤N₂O排放特征及硝化和反硝化微生物的影响,旨在为南方稻田N₂O减排提供科学依据。【方法】以2015年设置的定位试验为研究平台,设计5个处理：(1)CK,化肥+无秸秆还田;(2)CKS,化肥+当季秸秆全量还田;(3)S10,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代10%钾肥;(4)S20,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代20%钾肥;(5)S30,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代30%钾肥。采用密闭静态暗箱-气相色谱法及宏基因组测序对气体和土壤微生物进行检测。【结果】稻田土壤N₂O排放主要集中在水稻分蘖期;较CK处理,秸秆还田各处理显著降低了稻田土壤N₂O累计排放量,其中,S30处理的N₂O累计排放量最低,为0.09 kg·hm^-2,其全球增温潜势也最低;硝化过程中,氨氧化细菌(amoA和amoB)在分蘖期和成熟期的优势菌属均为甲基孢囊菌属;反硝化过程中,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌...     

土壤速效N素含量对N2O排放的影响研究

通过以DNDC模型为研究模板,研究了N2O排放的季节变化、日通量变化以及土壤水分、温度、养分况且对其排放通量的影响。结果表明水稻生长期N2O排放量仅占35%,排放通量的日变化呈现明显的周期性,在5摄氏度环境下N2O排放几乎为零。     

土壤速效N素含量对N2O排放的影响研究

通过以DNDC模型为研究模板,研究了N2O排放的季节变化、日通量变化以及土壤水分、温度、养分况且对其排放通量的影响。结果表明水稻生长期N2O排放量仅占35%,排放通量的日变化呈现明显的周期性,在5摄氏度环境下N2O排放几乎为零。     

旱地反硝化作用和N2O排放影响因子的研究

用乙炔抑制原状土柱和模拟土柱法,研究了包括水分、碳源、氮源以及反硝化的主要决定因子水分干湿交替对土壤N2O排放量的影响。结果表明,影响旱地土壤反硝化的主要因子是作为微生物能源和碳源的有机物质,在碳源充足时,土壤的硝态氮含量和水分因子是限制因子;两种氮源相比较,在一定的碳含量和水分条件下,土壤N2O排放量并不随NO3--N加入量的增加而增大,最大N2O排放量发生在氮源加入量为300 mg/kg时;而当氮源为NO2--N时,土壤N2O排放量随NO2--N加入量的增加而增大,最大排放量为NO2--N为450 mg/kg处理。在同等土壤水分条件下,土壤由湿变干过程中产生的N2O通量高于土壤由干变湿过程中的产生量;土壤由干变湿过程中N2O通量随着土壤水充孔隙空间(WFPS)含量的增加而增大,但在土壤由湿变干过程中最大N2O通量并非在土壤水分饱和状态下,而是在土壤WFPS为70%时,而后N2O排放量随土壤WFPS含量的减少而降低;施肥处理土壤与不施肥对照相比,两者的N2O通量变化趋势相同,但对照的变化幅度相对较小。     

生物炭减缓农业生态系统土壤N2O排放的研究进展

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N₂O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以“生物炭”、“农业生态系统”、“N₂O”为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N₂O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N₂O;生物炭添加对土壤N₂O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N₂O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N₂O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N₂O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N₂O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N₂O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。     

生活垃圾填埋场N2O释放研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种高效痕量的温室气体,且大气中N2O浓度正处于持续不断的增长过程中,生活垃圾填埋场是N2O的重要排放源,释放通量远远高出农田、林地、草地等其他生态系统。概述了生活垃圾填埋场覆土N2O的释放以及影响因素,并在此基础上展望了生活垃圾填埋场N2O的排放控制理论和技术的研究方向。     

氧气浓度对小麦-玉米轮作农田土壤剖面N2和N2O产生的影响

反硝化过程是集约化农田土壤剖面硝态氮(NO₃^--N)去除的重要途径。但对土壤剖面反硝化氮气(N₂)产生速率的准确定量很难,尤其不同深度的土壤氧气(O₂)浓度状况如何影响土壤N₂的产生仍不清楚。本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0～2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O₂浓度和温度状况,设置不同O₂浓度水平(15.0%、12.0%、2.5%和0)和培养温度(26℃和20℃),采用氦培养-直接测定N₂法测定3个不同深度(0～0.2、0.5～0.7 m和2.0～2.2 m)土壤N₂O和N₂产生速率。结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N₂和N₂O的产生均表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5%～15.0%O₂)土壤...     

土壤改良剂影响盐渍土NH3挥发和N2O排放的研究进展

土壤盐渍化影响氮素循环转化,制约氮素供应,影响作物产量。添加改良剂是盐渍土壤改良的重要手段。综述了生物炭、石膏、有机物料3种盐渍土改良剂的作用原理及其对盐渍土壤NH₃挥发、N₂O排放的影响,从氮素转化的角度对改良剂的施用提出建议,并对改良剂的未来应用研究作出展望,以期对盐渍化土壤的高产高效利用提供理论参考。     

果树种植土壤N2O排放研究：认识与挑战

果树种植土壤因其较高的施氮量,很可能是温室气体氧化亚氮(N2O)的重要排放源。本文重点阐述了果园系统土壤N2O排放监测的复杂性,在此基础上探讨了如何形成有效的监测系统,揭示了利用现有技术测定N2O的排放规律和减排技术效果,并对今后的研究工作提出了展望。今后应重点开展以下几方面的工作:制定不同种类果树种植下土壤N2O排放监测标准;研发果树种植系统不同施肥模式、不同灌溉模式、不同土壤管理制度下土壤N2O减排技术;加强与N2O排放相关联的土壤氮素转化过程及其关联微生物机制的研究;构建果树种植系统土壤氮素平衡和N2O排放模型。     

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。     

旱地土壤N2O排放与土壤脲酶活性关系的研究

以年降雨量 6 32 m m的黄土高原南部旱地小麦田及休耕地为研究对象 ,研究了耕作措施及氮肥施用对小麦生长期土壤 N2 O排放及土壤脲酶活性的影响。结果表明 ,种植小麦对农田 N2 O排放及 10～ 2 0 cm和 0～2 0 cm土层中的脲酶有激发效应 ;地膜覆盖能使土壤 N2 O排放量和耕层不同层次中的脲酶活性升高 ;N2 O排放与耕层土壤脲酶活性之间具有极显著线性相关关系 (y=4 .5 6 0 x+6 .6 86 ,r=0 .6 94 * *) ,因此耕作层土壤脲酶活性可以作为旱作农田土壤 N2 O排放量的生物指标之一。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

巨大芽孢杆菌对土壤N2O释放量及土壤微生物的影响

培养筛选出一种能够将土壤中铵态氮转化为微生物氮,减少硝态氮形成及N_2O排放的巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium,并通过小麦盆栽试验探索该微生物抑制土壤N_2O排放的效果。结果显示:1)高氮肥浓度下,B.megaterium提高土壤中活性微生物数量、种群的相对丰度,降低高浓度氮肥对土壤微生物生长繁殖的抑制作用。2)B.megaterium降低土壤中硝化菌(Nitrospirae)的相对丰度,继而减少硝态氮的形成。3)施加B.megaterium后土壤N_2O排放通量整体小于普通氮肥处理。试验期间B.megaterium处理的N_2O累积排放量较相同氮肥水平下普通氮肥减少4%~53%,且随着氮肥水平的增加,N_2O减排效果逐渐加强。巨大芽孢杆菌B.megaterium可减缓氮肥对气候和土壤环境的影响。     

不同水分条件下海南红壤N2O排放对不同碳源添加的响应

为探讨添加不同水分条件下土壤N₂O排放对碳源添加的响应,以无任何添加的土壤为空白处理（CK）,设置B1、B2两个生物炭处理（B1：生物炭添加量为土壤质量的1％;B2：生物炭添加量为土壤质量的2％）和秸秆处理S（水稻秸秆添加量为土壤质量的2.75％,秸秆用量与制备B1的秸秆用量相当）,同时设置45%持水量W1（模拟干旱）、75%持水量W2（适中）和100%持水量W3（淹水）3个水分条件,培养25 d。结果表明：不同水分条件下土壤NH₄⁺-N含量为W1>W2>W3,NO₃^--N含量为W3>W2>W1。土壤水分显著影响N₂O排放,相比W1,CK、S、B1、B2处理在W2和W3水分条件下的N₂O累积排放量分别增加806.2%、455.8%、713.2%、311.3%和798.6%、315.3%、801.6%、661.7%。W1和W2水分条件下,相比CK,秸秆添加显著增加土壤N₂O累积排放量,增幅分别为80.9%和10.9%。添加生物炭在各水分条件下均降低土壤N₂O累积排放量,水分含量越高,降幅越大,B1和B2降幅分别为25.7%~33.5%和22.9%~65.0%。研究表明,海南红壤中添加生物炭可以减少土壤N₂O排放,而秸秆还田在持水量小于75%时可增加土壤N₂O排放,在淹水条件下可降低土壤N₂O排放。     

豫西低山丘陵区不同土地利用方式对陡坡地土壤理化性状的影响

对豫西低山丘陵区陡坡地5种土地利用方式(人工草地、自然荒草地、柏树林地、人工女贞林地和桃树林地)下土壤部分理化性状对土地利用变化的响应进行了比较研究。结果表明,人工干扰活动会加速陡坡地土壤质量退化。5种土地利用方式间土壤理化指标除速效磷含量外均呈显著性差异（P＜0.05）,近自然状态的柏树林土壤有机碳、全氮、碱解氮、C/N、全磷、速效磷、速效钾含量和土壤电导率均最高,全钾含量也较高,仅次于人工草地,pH值接近于7;人工草地、人工女贞林地有机碳、全氮、碱解氮、全磷含量和土壤电导率较低,与其他用地方式间差异显著（P＜0.05）。陡坡地植被郁闭度和盖度对土壤全钾含量的影响较大,林地速效钾含量高于草地。因此,在豫西低山丘陵区35°以上陡坡地不宜作为人工草地和人工景观林地,建议将柏树作为生态恢复的优先选择树种。     

生物炭对棕壤NH3挥发、N2O排放及氮肥利用效率的影响

通过田间试验,采用封闭式酸吸收法和静态箱法,研究秸秆生物炭对棕壤玉米旱田NH_3挥发和N_2O排放以及氮肥利用效率的影响。试验设不施氮肥(对照CK)、单施氮肥(NB0)、施氮基础增施20 t·hm~(-2)生物炭(NB20)、施氮基础增施40 t·hm~(-2)生物炭(NB40)4个处理。结果表明,各施肥处理的NH3挥发量差异显著,表现为NB0NB20NB40,NB20和NB40分别比NB0降低24.07%和37.62%。NB20和NB40可显著降低N_2O排放量,分别比NB0降低21.76%和19.57%,而NB20和NB40之间差异不显著。NB20和NB40显著增加了土壤的p H、全氮和有机碳含量,降低了土壤的容重。相关分析表明,NH_3挥发量与土壤容重和铵态氮含量均呈极显著正相关,与土壤有机碳含量呈显著负相关;N_2O排放量与土壤容重呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和有机碳含量呈显著负相关。与NB0相比,NB20提高了氮肥利用效率,玉米产量显著提高6.07%,而NB40降低了氮肥利用效率,玉米产量显著降低了13.88%。     

添加生物炭对海南燥红壤N2O和CO2排放的影响

为探讨海南燥红壤N_2O和CO_2排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH_4~+-N和NO_3~--N含量以及N_2O和CO_2排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%～246.6%、38.6%～90.9%和696.0%～1 764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH_4~+-N和NO_3~--N含量降低,总体上,不同处理NH_4~+-N浓度表现为CKB3B2B1,NO_3~--N含量表现为CKB1B2B3;随培养时间增加,各处理NH_4~+-N浓度呈下降趋势,NO_3~--N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_2O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_2O和CO_2排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_2O排放通量先升高后降低,CO_2排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_2O和CO_2排放,B1、B2和B3处理下N_2O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_2排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_2O和CO_2的排放通量。     

土壤反硝化产物N2O/N2化学计量比例研究进展

反硝化作用是土壤氮循环中最重要的活性氮移除途径之一。在这一过程中,硝态氮被还原为气态氮素氧化亚氮（N₂O）或氮气（N₂）等离开土壤进入大气,而其气态产物N₂O/N₂化学计量比是土壤反硝化研究的热点和难点,合理调控N₂O/N₂是减少农业源温室气体排放的重要途径。在土壤环境中,反硝化产物比受多种因素的影响,硝态氮、O₂含量和Cu离子有效性是介导产物比变化的关键影响因子,而电子供体量、pH、水分为一般影响因子。这些因素既可以通过影响反硝化酶活、反硝化微生物丰度和群落结构等直接作用于反硝化过程,也可以通过改变反硝化发生的土壤微环境间接影响反硝化产物比。本文综述了近年来土壤反硝化气态产物N₂O/N₂控制因素的相关进展,并讨论了其对不同影响因素变化的响应机理,以期为后续相关研究提供思路和背景。