不同水分条件下尿素与硫酸铵对碱性水稻土 N2O释放途径的影响

【目的】明确土壤水含量与氮肥类型对碱性水稻土N_2O释放总量及释放途径的影响,为制定合理的农田氮素管理措施及减少土壤N_2O排放提供理论依据。【方法】以潮土性水稻土(pH 7.9)为供试土壤,通过室内培养调整不同的土壤水含量,即调节土壤最大持水量(WHC)分别为50%、80%、100%、120%和160%,施用尿素与硫酸铵(N 100 mg/kg)两种氮肥,使用乙炔(C2H2,10 Pa)与氧气(O2,100 k Pa)抑制100%WHC时不同氮肥处理的自养硝化与反硝化过程,利用气相色谱及流动分析仪测定不同处理下土壤的N_2O排放量、硝态氮与铵态氮含量。【结果】对比不施肥处理(CK),尿素和硫酸铵处理的N_2O排放速率与累计排放量明显提高,其中尿素对N_2O排放速率的影响大于硫酸铵,且随着土壤水含量的增加,尿素和硫酸铵处理的N_2O排放速率均呈先增大后减小的变化趋势。施氮后土壤自养硝化和异养硝化作用中N_2O排放速率均有所提高,且施氮处理自养硝化对N_2O排放的贡献大于异养硝化作用,但尿素与硫酸铵对自养和异养硝化过程N_2O排放贡献的影响存在差异。硫酸铵提高了自养硝化对N_2O排放的贡献,降低了异养硝化的贡献,分别由CK的31.0%提高到49.0%,以及从63.0%降低至5.3%;尿素却同时降低了自养硝化和异养硝化对N_2O排放的贡献,分别由31.0%降低到25.0%及由63.0%降低到1.7%。【结论】碱性水稻土N_2O释放速率随土壤水含量的增加呈先增加后减小的趋势,不同土壤水含量下尿素的N_2O累积释放量均高于硫酸铵。添加氮肥降低了异样硝化对N_2O释放的贡献,硫酸铵与尿素分别由自养硝化和反硝化作用起主导作用。因此,旱地土壤施用尿素、水田施用铵态氮肥有利于减少N_2O释放。     

不同水分条件下不同土壤微生物类群产N2O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。     

紫云英还田对早稻直播稻田温室气体排放的影响

为研究早稻直播条件下冬种紫云英翻压还田对稻田CH_4与N_2O排放的影响。选取南方双季稻区稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法监测冬闲-双季稻,不施氮肥(CK);冬闲,早晚稻每季施氮200 kg·hm~(-2)(N_(200));冬种紫云英全量还田,早晚稻均不施氮(CMV);冬种紫云英半量还田,早晚稻每季施氮100 kg·hm~(-2)(CMV+N_(100))等4个处理的CH_4与N_2O排放速率及其全球增温潜势(GWP)与单位粮食产量温室气体排放强度(GHGI)。结果表明,各处理CH_4排放峰主要在水稻种植初期至分蘖末期,早稻与晚稻出现最大峰值的处理分别是CMV(105.6 mg·m~(-2)·h~(-1))和CMV+N_(100)(52.94 mg·m~(-2)·h~(-1));N_2O排放峰主要出现在田间水稻种植初期至分蘖及田间水分干湿交替阶段,早稻晚稻最大峰值均为N_(200),分别为717.7μg·m~(-2)·h~(-1)和1 065.57μg·m~(-2)·h~(-1);与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了CH_4累积排放量,减少了N_2O的排放,且早稻季CH_4排放量低于晚稻季。与CK相比,施肥对于稻田GWP并无显著影响,其中CH_4对GWP的贡献可达90%以上;与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了早稻季GHGI,降低了晚稻季GHGI,而对双季稻GHGI并无显著影响。综上,早稻直播条件下紫云英还田配施氮肥虽然增加了稻田CH_4排放,但降低了N_2O排放,可降低晚稻田GHGI。     

水分和氮肥管理对氧化亚氮排放的影响

稻田作为大气中N2O的重要来源而倍受关注。硝化和反硝化是土壤中N2O生成的2个主要的微生物过程,水分管理和氮肥的施用是影响稻田土壤N2O产生排放的2个重要因素。本文通过温室土培试验,研究了不同的水分处理及氮肥施用对水稻N2O排放通量影响。研究表明,在湿润水分处理条件下,铵态氮供应中的N2O累计排放量高于硝态氮供应中的N2O累计排放量;在淹水水分处理条件下,铵态氮供应中的N2O累计排放量低于硝态氮供应中的N2O累计排放量。     

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。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

氮肥对紫色土夏玉米N2O排放和反硝化损失的影响

利用原状土柱-乙炔抑制法对不同施氮量和不同氮肥品种下紫色土种植玉米期间的N2O排放量和反硝化损失量进行测定.结果表明:①施氮处理的反硝化损失量和N2O排放量显著高于不施氮肥处理;施氮量间反硝化损失量和N2O排放量差异不显著.不施氮肥、中氮和高氮的反硝化损失量分别是4.11 kg·hm-2、11.84 kg·hm-2、10.02 kg·hm-2,N2O排放量分别是1.29 kg·hm-2、4.84 kg·hm-2和4.53 kg·hm-2;中氮和高氮的反硝化损失量分别占施氮量的5.16%和2.36%,N2O排放量分别占施氮量的1.3%和3.98%.②不同氮肥品种处理间的反硝化损失量和N2O排放量也有显著差异.尿素、硫酸铵、硝酸钾反硝化损失量分别为14.27 kg·hm-2、10.51 kg·hm-2、12.79 kg·hm-2,反硝化损失占施氮量的6.61%、4.11%和5.62%;N2O排放量分别是7.15 kg·hm-2、4.35 kg·hm-2和4.34 kg·hm-2,占施氮量的3.17%、1.30%和1.30%.施用尿素(酰胺态氮肥)的反硝化损失量和N2O排放量显著高于施用硫酸铵(铵态氮肥)和硝酸钾(硝态氮肥).③土壤中无机氮含量是影响本区土壤硝化和反硝化作用的限制因子;降雨是影响该区土壤N2O排放和反硝化损失的主要因素.④反硝化作用是紫色土夏季氮素损失的主要途径.     

节水灌溉、树脂包膜尿素和脲酶/硝化抑制剂对双季稻温室气体减排的协同作用

【目的】研究薄浅湿晒节水灌溉技术的减排增产效果及其与新型氮肥和添加剂的协同作用,提出增产与减排双赢的水氮管理措施。【方法】以江汉平原双季稻为研究对象,设置4种不同水氮管理措施:1普通尿素+常规灌溉(U+CI),作为对照(CK);2普通尿素+薄浅湿晒节水灌溉(U+SI);3树脂包膜控释尿素+薄浅湿晒节水灌溉(CRU+SI);4碧晶尿素(含0.5%硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶)+氢醌+薄浅湿晒节水灌溉(NU+HQ+SI)。采用静态箱-气象色谱法进行稻田温室气体连续监测,分析不同水氮管理措施的CH_4和N_2O排放量、基于CH_4和N_2O的综合温室效应。水稻收获后统计产量,计算各处理单位产量的排放量(GHGI)。【结果】薄浅湿晒节水灌溉有效抑制了特别是水稻生育后期的CH_4排放峰,导致早稻和晚稻U+SI处理的CH_4排放量极显著地小于U+CI处理(P0.01),且晚稻的减排幅度更大。节水灌溉条件下,施用树脂包膜控释尿素、碧晶尿素混施氢醌比普通尿素进一步减少CH_4排放量,CRU+SI和NU+HQ+SI处理的两季水稻CH_4排放总量分别是U+SI处理的60%和73%。薄浅湿晒节水灌溉促进了稻田N_2O的排放,早稻和晚稻U+SI处理的N_2O排放量分别比U+CI处理显著增加了34%和39%(P0.05)。节水灌溉条件下,相比普通尿素,碧晶尿素混施氢醌、树脂包膜控释尿素处理的N_2O排放量呈现减少的趋势,尤其以碧晶尿素混施氢醌处理的控制效果更好。综合早稻和晚稻2个季节,薄浅湿晒节水灌溉下CH_4和N_2O排放此消彼长,但CH_4减排量大于N_2O增排量。总体而言,薄浅湿晒节水灌溉具有减少稻田综合温室效应的作用,减排效果视不同氮肥种类而不同,以树脂包膜控释尿素的减排效果最高为49%,其次为碧晶尿素混施氢醌,减排幅度达46%,普通尿素最低为28%。同时,施用树脂包膜控释尿素、碧晶尿素混施氢醌更有利于增加水稻产量,降低排放强度。【结论】薄浅湿晒节水灌溉具有减排稳产的良好效果,薄浅湿晒节水灌溉结合施用树脂包膜控释尿素和添加脲酶/硝化抑制剂能进一步增加水稻产量和减少稻田温室气体排放,可作为水稻生产减排增效的推广技术。     

氮肥施用对西南地区紫色土冬小麦Ｎ２Ｏ释放和反硝化作用的影响

N2O是重要的温室气体之一,由此引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今重要的环境问题.采用遮光密闭箱和气相色谱法研究了氮肥施用对小麦地N2O 释放和反硝化作用的影响.结果表明,小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理N2O 平均排放通量分别为2.71、2.42、1.97 gN·hm-2·d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均N2O 排放通量分别为2.42、2.14、3.13 gN·hm-2·d-1.小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理平均反硝化速率分别为4.91、4.50、1.67 gN·hm-2·d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3 种氮肥品种处理下,平均反硝化速率分别为4.50、3.68、5.29 gN·hm-2·d-1.氮肥施用明显促进了土壤-植物系统中N2O排放通量和反硝化作用,氮肥施用量水平和N2O排放通量、反硝化作用呈正相关.硝酸钾对N2O 排放通量和反硝化作用贡献最大,硫酸铵最小.研究还表明,小麦地N2O释放和反硝化作用与季节有一定相关性,温度较高季节排放量及反硝化作用明显,反之则较弱.     

硝化抑制剂和生物炭对菜地土壤N_2O与CO_2排放的影响

为探究硝化抑制剂双氰胺和生物炭对菜地土壤N_2O和CO_2排放的影响,采用室内静态培养的方式测定相同氮肥用量下菜地土壤添加双氰胺和生物炭后N_2O和CO_2的排放通量和累积排放量。结果表明,氮肥处理的N_2O累积排放量较控制处理(CK)提高了14倍,达1 192.03 ng/m~2;双氰胺和生物炭处理的N_2O累积排放量分别为100.15,387.79 ng/m~2,较氮肥处理分别降低了91.6%和67.5%。硝化抑制剂对CO_2也有减排作用,其CO_2累积排放量为238.47μg/m~2,较氮肥处理降低56.4%;而生物炭处理的CO_2累积排放量较氮肥处理增加了46.2%。综上所述,氮肥的施用显著提高了土壤N_2O和CO_2的排放通量和累积排放量;双氰胺可有效降低因氮肥施用导致的土壤N_2O和CO_2的排放;生物炭对N_2O排放有一定的减排作用,但会促进土壤CO_2的排放。     

控制氮肥施用引起的活性氮气体排放：脲酶/硝化抑制剂研究进展与展望

氮肥不合理施用所排放的活性氮气体(NH3、N2O、NO)对环境造成了极大影响,其中,挥发到大气中的NH3会与酸性气体反应形成气溶胶,降低空气质量;氮素转化过程中排放的N2O是一种具有高增温潜势的温室气体,对全球气候变暖有贡献;排放的NO在大气中进行二次反应产生光化学污染及次级污染(如酸雨)。脲酶抑制剂(UI)和硝化抑制剂(NI)对减少氮肥施用中活性氮对环境负面风险方面的消减作用被广为研究。本文在汇总近年来土壤氮素硝化作用微生物机理的研究进展基础上,结合近年的文献汇总数据,综述了UI及NI的类型、作用机理、对硝化作用相关功能微生物的影响、对N2O、NO及氨挥发减排的效果,以及影响抑制剂作用效果的因素(温度、土壤水分、土壤pH、土壤质地、土壤有机质含量等),并对新型生物硝化抑制剂(BNI)及抑制剂的可能研究方向进行了展望。     

中国主要旱地农田N_2O背景排放量及排放系数特点

【目的】收集中国已发表的旱地农田N_2O排放田间监测文献并建立数据库,以此为基础解析中国主要旱地农田(小麦地、玉米地、蔬菜地)的N_2O背景排放值(不施肥情况下土壤的N_2O排放量)和排放系数(EF)及影响因子,为估算区域温室气体清单和提出相应的减排策略提供数据支持。【方法】利用亚组归类和回归分析等方法对主要类型旱地农田N_2O背景排放量的影响因子(如土壤全氮含量和土壤碳氮比)及影响EF的因子(如氮肥用量及肥料类型——硝化抑制剂和缓控释肥)进行分析。【结果】(1)中国旱地农田N_2O背景排放量为0.70—3.14 kg N_2O-N·hm~(-2);小麦地和夏玉米地的N_2O背景排放量和蔬菜地的N_2O日背景排放量均随土壤全氮含量增加而增加,并随土壤碳氮比的增加而降低,灌溉促进小麦地N_2O背景排放量增加;(2)EF随着无机氮肥用量的增加而增加,不同作物种植类型农田的EF大小依次为蔬菜地(0.61%—1.13%)夏玉米地(0.50%—0.68%)春玉米地(0.35%—0.40%)小麦地(0.22%—0.36%);夏玉米地的EF是小麦地的2倍左右;(3)使用不同种类硝化抑制剂后氮肥的EF均有不同程度的降低,EF降低了34%—60%,EF降低程度依次为:DCD+HQ(58.9%)NBPT+DCD(52.9%)DMPP(51.1%)NBPT(44.1%)吡啶(39.5%)DCD(38.9%);硝化抑制剂降低EF的效果在不同旱地农田的表现为:小麦地(60.0%)蔬菜地(50.6%)春玉米地(39.6%)夏玉米地(34.7%);(4)与常规尿素相比,不同类型缓控释肥使得EF降低了15.9%—78.9%,降低次序依次为:长效碳酸氢铵(78.9%)聚合物包膜尿素(59.8%)脲甲醛(53.4%)树脂包膜尿素(44.9%)硫磺包膜尿素(30.6%)钙镁磷肥包膜尿素(15.9%);缓控释肥降低EF的效果在不同农田表现为:蔬菜地(78.4%)春玉米地(58.2%)小麦地(49.2%)夏玉米地,控释肥在降低夏玉米地EF的作用较小。【结论】旱地农田N_2O排放主要受土壤养分状况(全氮含量和碳氮比)和管理措施(灌溉和施肥)及其他因素的共同影响,应依据不同气候生态区的气候和土壤特点以及作物类型并考虑氮肥用量和类型采取针对性的减排措施,以有效降低农田N_2O排放。     

Nitrous oxide emissions following seasonal freeze-thaw events from arable soils in Northeast China

Seasonal soil freeze-thaw events may enhance soil nitrogen transformation and thus stimulate nitrous oxide(N_2O)emissions in cold regions.However,the mechanisms of soil N_2O emission during the freeze-thaw cycling in the field remain unclear.We evaluated N_2O emissions and soil biotic and abiotic factors in maize and paddy fields over 20 months in Northeast China,and the structural equation model(SEM)was used to determine which factors affected N_2O production during non-growing season.Our results verified that the seasonal freeze-thaw cycles mitigated the available soil nitrogen and carbon limitation during spring thawing period,but simultaneously increased the gaseous N_2O-N losses at the annual time scale under field condition.The N_2O-N cumulative losses during the non-growing season amounted to 0.71 and 0.55 kg N ha~(–1) for the paddy and maize fields,respectively,and contributed to 66 and 18%of the annual total.The highest emission rates(199.2–257.4μg m~(–2) h~(–1))were observed during soil thawing for both fields,but we did not observe an emission peak during soil freezing in early winter.Although the pulses of N_2O emission in spring were short-lived(18 d),it resulted in approximately80%of the non-growing season N_2O-N loss.The N_2O burst during the spring thawing was triggered by the combined impact of high soil moisture,flush available nitrogen and carbon,and rapid recovery of microbial biomass.SEM analysis indicated that the soil moisture,available substrates including NH_4~+and dissolved organic carbon(DOC),and microbial biomass nitrogen(MBN)explained 32,36,16 and 51%of the N_2O flux variation,respectively,during the non-growing season.Our results suggested that N_2O emission during the spring thawing make a vital contribution of the annual nitrogen budget,and the vast seasonally frozen and snow-covered croplands will have high potential to exert a positive feedback on climate change considering the sensitive response of nitrogen biogeochemical cycling to the freeze-thaw disturbance.     

硝化/脲酶抑制剂对石灰性潮土N2O减排效果及氮素转化的比较

以华北平原石灰性潮土为对象,采用室内静态培养方法,在土壤中添加不同类型的抑制剂(硝化抑制剂、脲酶抑制剂),监测N_2O和无机氮随时间变化的特征,对比分析何种添加剂减排N_2O效果明显,为其在农业生产中的应用提供科学依据。试验设置7个处理:不施肥(CK);只施尿素(U);尿素和2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由中化集团公司代理)同时施用(U+NP);尿素和推荐用量2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由陶氏化学公司代理)同时施用(U+NPD);尿素和2倍推荐用量2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由陶氏化学公司代理)同时施用(U+2NPD);尿素和双氰胺同时施用(U+DCD);尿素和N-丁基硫代磷酰三胺同时施用(U+n BPT),共培养56 d。在培养第1、2、3、5、7、10、14、19 d采气测定N_2O和CO_2,气体监测到培养第19 d为止;在培养的第0、1、3、7、14、21、28、42、56 d进行破坏性取样,监测土壤氮素转化。结果表明:供试硝化抑制剂能够降低87.4%~99.6%的N_2O排放,脲酶抑制剂降低30.0%N_2O排放;氮素转化过程中,硝化抑制剂处理只有0.03%~0.84%的铵态氮转化为N_2O,脲酶抑制剂处理有4.69%的铵态氮转化为N_2O。DCD和陶氏公司Nitrapyrin产品在抑制N_2O排放的效果上无显著差异,与推荐用量陶氏公司Nitrapyrin相比,施用2倍推荐量并没有显著降低N_2O排放。综上,供试硝化抑制剂能够显著降低石灰性土壤N_2O的排放,减排效果最好的处理为U+NP,陶氏公司Nitrapyrin产品按推荐用量施用即可。     

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。     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

土壤含水量对硝化和反硝化过程N_2O排放及同位素特征值的影响

【目的】通过室内培养试验,研究不同含水量对北京顺义潮褐土N_2O排放及同位素特征值(δ15Nbulk,δ18O和nitrogen isotopomer site preference of N_2O,简称SP)的影响,以期获得不同水分条件下土壤N_2O产生途径及变化规律,为农田土壤N_2O减排提供理论依据。【方法】结合稳定同位素技术与乙炔抑制法,以北京顺义潮褐土为试材,设置3个含水量梯度:67%、80%和95%WFPS(土壤体积含水量与总孔隙度的百分比或实际重量含水量与饱和含水量的百分比,简称WFPS),在此基础上设置无C2H2,0.1%(V/V)C2H2和10%(V/V)C2H2处理。将土壤装入培养瓶中培养2 h,之后收集培养瓶中的气体测定N_2O浓度及同位素特征值,并采集土样测定其NH+4-N和NO-3-N的含量。利用同位素二源混合模型计算硝化和反硝化作用对土壤N_2O排放的贡献率,对N_2O产生途径进行量化分析。【结果】根据室内土壤培养测定结果,高(95%WFPS)、中(80%WFPS)和低(67%WFPS)含水量土壤N_2O加权平均排放通量分别为1.17、0.27和0.08 mg N·kg-1·d-1,高含水量土壤N_2O排放量均显著高于中、低含水量处理,中含水量处理显著高于低含水量;整个培养周期,高、中和低含水量土壤N_2O+N_2累积排放量分别为培养初期总的无机氮含量的18.05%、5.27%和1.24%(N_2O+N_2累积排放量分别为19.61、5.72和1.35 mg N·kg-1;各处理NH+4-N+NO-3-N初始含量均为108.62 mg N·kg-1);与低含水量处理相比,高、中含水量土壤的N_2O+N_2累积排放量分别增加了13.53倍和3.24倍,高含水量土壤N_2O+N_2累积排放量比中含水量高2.43倍,表现为随着含水量的增加,土壤无机氮(NH+4-N+NO-3-N)以气态氮(N_2O+N_2)形式的损失量逐渐增加。3个含水量处理N_2O的δ15Nbulk加权平均值变化范围为-42.93‰—-4.07‰,且较高含水量处理显著低于较低含水量处理;10%(V/V)C2H2抑制土壤中N_2O还原成N_2的过程,各含水量土壤中,10%(V/V)C2H2处理组其N_2O的δ18O值显著低于0.1%(V/V)C2H2处理组,且N_2O/(N_2O+N_2)比率随土壤含水量增加而降低;各处理土壤中同时存在多个N_2O产生过程,对于培养第一周,土壤产生的N_2O的SP值于培养前4 d呈逐渐增加的趋势,之后又逐渐降低,低含水量土壤在第1—2天产生的N_2O的SP值为6.74‰—12.04‰,反硝化作用对土壤N_2O排放的贡献率为56.36%—66.15%,此培养阶段表现为土壤主要通过反硝化作用产生N_2O,之后,硝化作用贡献率(55.78%—100%)增强;中含水量土壤N_2O的SP加权平均值为10.26‰,该土壤中反硝化作用(40.90%—74.04%)占据主导地位;加10%(V/V)C2H2的高含水量处理,在整个培养第一周均具有较高的SP值,变化范围为7.61‰—21.11‰;与0.1%(V/V)C2H2处理组相比,10%(V/V)C2H2处理的高、中和低含水量土壤排放N_2O的SP加权平均值分别降低了0.10倍、0.33倍和0.06倍。【结论】土壤含水量增加促进N_2O排放,高含水量处理中N_2O排放量最高。67%WFPS处理中,N_2O排放前期以反硝化作用为主,后期以硝化作用为主;80%WFPS处理中,N_2O主要由反硝化过程产生;95%WFPS处理中,N_2O排放以硝化作用为主。     

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。     

氮肥对宁夏地区水稻田N_2O排放的影响

为了摸清不同氮肥水平下水稻田N2O的排放规律,利用静态箱—气相色谱法,对宁夏地区水稻田N2O的排放进行田间原位观测。结果表明,氮肥的施入显著促进水稻田N2O的排放,不同氮肥水平间N2O的排放存在显著差异。在整个观测期内,不施氮肥处理无明显的N2O排放高峰,而施氮处理在水稻生长后期进行排水晒田时出现1个比较明显的峰值,其余时间N2O排放通量无明显变化趋势。施氮处理N2O的排放主要集中在水稻灌浆期,不施氮处理其排放主要集中于水稻返青期、拔节期、灌浆期和成熟后。随着施氮量的增加,水稻田以N2O形式损失的氮量减少。分析各处理水稻田间N2O的全球增温潜势(GWP),得出随着施氮量的增加其潜势逐步提高,对环境的影响不容忽视。