有机肥和无机肥对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

以北京地区白菜地为研究对象进行肥料试验,结合乙炔抑制试验设置有机肥乙炔组、有机肥无乙炔组、无机肥(尿素)乙炔组、无机肥无乙炔组4个处理,利用N₂O稳定同位素自然丰度技术,研究菜地土壤N₂O排放通量和同位素特征值的变化规律,旨在明确在不同肥料作用下N₂O产生和消耗的微生物途径,为减少菜地N₂O排放和科学施肥提供理论依据.结果表明: 在白菜生长期内有机肥乙炔组、有机肥无乙炔组、无机肥乙炔组、无机肥无乙炔组的N₂O总排放量分别为(374±37)、(283±34)、(458±36)、(355±41) g·m^-2,有机肥处理的N₂O通量显著低于无机肥处理,乙炔组的N₂O通量显著高于无乙炔组;两种肥料处理的N₂O还原程度基本相同,而无机肥处理的硝化作用更高;乙炔仅抑制部分硝化作用,在N₂O排放高峰期也仅抑制部分N₂O还原,当排放降低时才能完全抑制N₂O还原.可见,无机肥尿素能够促进硝化作用进而增加N₂O排放,高浓度的N₂O对乙炔抑制N₂O还原起拮抗作用.因此,在北京地区菜地使用有机肥替代部分无机肥可以有效减少硝化作用触发的土壤N₂O排放,同时在使用乙炔抑制方法研究N₂O来源时应考虑合理的N₂O浓度阈值.     

有机肥和无机肥对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

以北京地区白菜地为研究对象进行肥料试验,结合乙炔抑制试验设置有机肥乙炔组、有机肥无乙炔组、无机肥(尿素)乙炔组、无机肥无乙炔组4个处理,利用N₂O稳定同位素自然丰度技术,研究菜地土壤N₂O排放通量和同位素特征值的变化规律,旨在明确在不同肥料作用下N₂O产生和消耗的微生物途径,为减少菜地N₂O排放和科学施肥提供理论依据.结果表明: 在白菜生长期内有机肥乙炔组、有机肥无乙炔组、无机肥乙炔组、无机肥无乙炔组的N₂O总排放量分别为(374±37)、(283±34)、(458±36)、(355±41) g·m^-2,有机肥处理的N₂O通量显著低于无机肥处理,乙炔组的N₂O通量显著高于无乙炔组;两种肥料处理的N₂O还原程度基本相同,而无机肥处理的硝化作用更高;乙炔仅抑制部分硝化作用,在N₂O排放高峰期也仅抑制部分N₂O还原,当排放降低时才能完全抑制N₂O还原.可见,无机肥尿素能够促进硝化作用进而增加N₂O排放,高浓度的N₂O对乙炔抑制N₂O还原起拮抗作用.因此,在北京地区菜地使用有机肥替代部分无机肥可以有效减少硝化作用触发的土壤N₂O排放,同时在使用乙炔抑制方法研究N₂O来源时应考虑合理的N₂O浓度阈值.     

杨树人工林复合经营模式对土壤N2O与CO2排放的影响

为探讨杨树人工林复合经营模式对土壤温室气体排放的影响,基于11年生“南林-895杨”(Populus×euramericana ‘Nanlin-895’)人工林,设置纯林、林下种植麦冬(Ophiopogon japonicas)和林下养鸡3种复合经营模式,采用静态箱-气相色谱法每月测定土壤N₂O和CO₂排放通量,同时测定土壤温湿度,分析复合经营模式对土壤N₂O和CO₂排放和产量的影响及与相关影响因子的关系。结果表明:不同复合经营模式林下土壤温、湿度存在显著差异;不同杨树复合经营模式间,土壤N₂O和CO₂排放速率动态变化与年累积排放量存在显著差异,杨树林下种植麦冬的土壤N₂O年累积排放量最高,为233.47 mg·m^-2·a^-1,而林下养鸡的土壤CO₂年累积排放量最高,达2328.87 g·m^-2·a^-1。总体来看,不同复合经营...     

玉米植株对大田温室气体N2O 排放的影响

利用封闭式箱法对玉米田N₂O 排放通量的观测表明,大田种植玉米后,对N₂O 排放产生了很大影响,玉米-土壤系统的N₂O 排放通量大于不种玉米的土壤。此外,植物根系能明显促进土壤中N₂O 的排放,特别是在玉米生长后期尤为明显。从播种开始到年底,施尿素导致N₂O 排放为3.3kg·hm^-2, 玉米植株为0.69kg·hm^-2, 占总排放量的17.3%.     

Responses of soil N2O emissions to experimental warming regulated by soil moisture in an alpine steppe

土壤氧化亚氮(N₂O)排放是大气N₂O不可忽视的来源。然而, 目前学术界在气候变暖对土壤N₂O排放影响方面的认识仍存在较大争议, 且调控土壤N₂O排放的微生物机制尚不明确。为此, 该研究以青藏高原高寒草原生态系统为研究对象, 使用透明开顶箱(OTCs)模拟气候变暖, 并基于静态箱法测定了2014和2015年生长季(5-10月)的土壤N₂O通量, 同时利用定量PCR技术测定了表层(0-10 cm)土壤中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的基因丰度。结果显示: 增温处理导致2014和2015年生长季表层(0-10 cm)土壤温度分别升高了1.7 ℃和1.6 ℃, 土壤体积含水量下降了2.5%和3.3%, 其他的土壤理化性质没有发生显著变化。土壤N₂O通量呈现年际差异, 2014和2015年生长季的平均值分别为3.23和1.47 μg·m ^-2·h ^-1, 然而, 增温处理并没有显著改变土壤N₂O通量。2014年生长季主导硝化作用的AOA和AOB的基因丰度分别为5.0 × 10 ⁷和4.7 × 10 ⁵拷贝·g ^-1, 2015年为15.2 × 10 ⁷和10.0 × 10 ⁵拷贝·g ^-1。尽管基因丰度存在显著的年际差异, 但在两年中与对照相比并未发生显著变化。在生长季尺度上, 增温导致的土壤N₂O变化量与其引起的土壤水分变化量之间显著正相关, 而与土壤温度的变化量之间没有显著相关关系。以上结果表明, 增温导致的土壤干旱会抑制土壤N₂O通量对增温的响应, 意味着未来评估气候变暖情景下土壤N₂O排放量时需考虑增温引发的土壤干旱等间接效应。     

氮沉降和施生物质炭对毛竹林土壤N2O通量的影响

本研究于2019年7月—2020年7月在浙江省杭州市典型毛竹林布置野外控制实验,采用静态箱-气相色谱法测定毛竹林土壤N₂O通量,分析生物质炭(10 t·hm^-2)、氮沉降(60 kg N·hm^-2·a^-1)、生物质炭+氮沉降混合处理对土壤N₂O通量的影响,并探讨了土壤N₂O通量与环境因子的关系。结果表明: 与对照相比,氮沉降处理使毛竹林土壤N₂O年累积排放量增加了14.6%,而施用生物质炭及其与氮沉降混合处理则分别降低了20.8%和10.6%。相关分析表明,在所有处理下,毛竹林土壤N₂O排放速率与土壤温度、硝态氮含量、脲酶和蛋白酶活性之间均呈极显著相关,与土壤铵态氮含量均呈显著相关。在氮沉降背景下,施用生物质炭对毛竹林土壤N₂O通量仍具有显著的减排效应。     

北亚热带地带性森林土壤温室气体通量对土地利用方式改变和降水减少的响应

弄清土地利用和降水变化对林地土壤主要温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放通量变化的影响, 是准确评估森林土壤温室气体排放能力的重要基础。该研究以常绿落叶阔叶混交林原始林、桦木(Betula luminifera)次生林和马尾松(Pinus massoniana)人工林为对象, 采用静态箱-气相色谱法研究了3种土地利用方式(常绿落叶阔叶混交林原始林、桦木次生林和马尾松人工林)和降水减少处理状况下森林土壤CO₂、CH₄和N₂O通量排放特征, 并探讨了其环境驱动机制。研究结果表明: 原始林土壤CH₄吸收通量显著高于次生林和人工林, 次生林CH₄吸收通量显著高于人工林土壤。人工林土壤CO₂排放通量显著高于原始林和次生林土壤。次生林土壤N₂O排放通量高于原始林和人工林, 但三者间差异不显著。降水减半显著抑制了3种不同土地利用方式下林地土壤CH₄吸收通量; 降水减半处理对原始林和次生林土壤CO₂排放通量均具有显著的促进作用, 而对人工林土壤CO₂排放通量具有显著的抑制作用; 降水减半处理促进了原始林和人工林林地土壤N₂O排放而抑制了次生林林地土壤N₂O排放。原始林和次生林林地土壤CH₄吸收通量随土壤温度升高显著增加, CH₄吸收通量与土壤温度均呈显著相关关系; 原始林、次生林和人工林土壤CO₂和N₂O排放通量与土壤温度均呈显著正相关关系; 土壤湿度抑制了次生林和人工林土壤CH₄吸收通量, 其CH₄吸收通量随土壤湿度增加显著减少; 原始林土壤CO₂排放通量与土壤湿度呈显著正相关关系。自然状态下, 原始林土壤N₂O排放通量与土壤湿度呈显著正相关关系, 原始林和次生林土壤N₂O排放通量与硝态氮含量呈显著相关关系。研究结果表明全球气候变化(如降水变化)和土地利用方式的转变将对北亚热带森林林地土壤温室气体排放通量产生显著的影响。     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

不同生境下氮沉降对土壤N2O通量影响的整合分析

基于在我国开展的66个野外氮沉降模拟试验的290组数据，采用整合分析方法，探究实验样地特征(气候因子、土壤性质)和施氮因素对施氮后土壤N₂O通量变化的影响。结果表明：样地的年均降水量、年均温、自然氮沉降量和土壤C/N与施氮后N₂O通量增幅呈显著正相关，土壤pH与施氮后N₂O通量增幅呈显著负相关。湿地生态系统土壤对施氮最敏感，森林生态系统次之，草原生态系统最小。所有的样地因子中，土壤pH和C/N对施氮后N₂O通量变化幅度的影响最大。施加硝态氮后土壤N₂O通量增幅最大，施加尿素与铵态氮后N₂O通量增幅相当，而施加硝酸铵后N₂O通量增幅最小。综上，在准确评估和预测土壤N₂O通量对氮沉降的响应时，应综合考虑样地特征及氮源种类的影响。     

冻融交替对长白山不同林型土壤两种温室气体排放的影响

以长白山5种林型土壤(硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林和蒙古栎林)为对象,利用原位培养连续取样法研究了冻融过程中5种林型土壤CO2和N2O排放特征及相关机理.结果 表明:冻融期5种林型土壤是CO2和N2O的源.次生白桦林和红松阔叶林土壤CO2和N2O的平均通量显著高于其他3种林型.除硬阔叶林外,各林型土壤CO...     

模拟酸雨对南亚热带典型森林土壤N2O排放的影响

基于长期模拟酸雨森林样地,利用箱式法同步测定了不同酸雨强度处理下森林土壤N2O排放通量,研究了模拟酸雨对我国南亚热带针阔叶混交林和季风常绿阔叶林两种代表性森林土壤N2O排放的影响.结果 表明:连续5年(2014-2018年)观测周期内,两种林型土壤N2O排放通量在各模拟酸雨处理下均表现出明显的季节变化特征,湿季排放通量...     

稻麦轮作生态系统中土壤湿度对N2O产生与排放的影响

通过对太湖地区稻麦轮作生态系统的N₂O排放及土壤湿度进行系统观测和开展一系列模拟实验,研究了降雨和土壤湿度对N₂O排放和产生过程的影响.结果表明,春季和秋季麦田N₂O排放与降雨量呈明显正相关,但水稻田和冬季麦田的N₂O排放不受降雨影响.稻麦轮作周期内的N₂O排放较强烈地受土壤湿度制约,土壤湿度为田间持水量的97～100%或84～86%WFPS(土壤体积含水量与总孔隙度的百分比)时,N₂O排放最强,低于此湿度范围时,N₂O排放通量与土壤湿度呈正相关,反之,则呈负相关.田间N₂O排放随土壤湿度的变化形式与模拟条件下培养土壤样品的N₂O产生率变化非常相似,但前者的最佳湿度范围比后者窄,而且偏小.     

青藏高原高寒草原近地表圈层N2O梯度及交换特征

深入了解N2O在不同生态系统土壤及大气中产生和交换特征对于全球气候变化研究具有重要意义.本研究重点探讨N2O在高寒草原近地表圈层中的产生及迁移过程机制.于2000年7月至2001年7月在青藏高原高寒草原地区从土壤1.5 m深到大气中32 m高度10个层次梯度进行N2O浓度变化的观测.结果显示,土壤和大气中N2O浓度均有明显的变化特征.大气中各个层次N2O的浓度都低于土壤中N2O浓度,此浓度差异直接导致了该地区高寒草原土壤向大气中排放N2O气体,其平均排放通量为0.05×10-4μmo1.m-2.s-1,但是在实验点上全年的观测中,N2O气体排放并没有表现出明显的季节性变化特征.土壤中N2O浓度随深度增加而不断升高,浓度最高值出现在1.5 m深处.进一步的分析表明,N2O浓度随深度递增主要是由环境因子中同样递增的土壤湿度所引起的.大气中不同梯度上N2O气体没有明显的浓度差异.近地表各个圈层中N2O浓度在季节上有非常相似的变化特征,即N2O高浓度均出现在入秋和深冬时节.除了N2O浓度变化在各个圈层之间显著相关以外,表层土壤中N2O浓度也与N2O排放变化有明显的相关关系,这表明浓度的差异是导致N2O气体排放变化的最直接因素.近地表土壤中N2O气体是土壤表层N2O气体排放的直接源泉,并且深层土壤中的N2O气体浓度高于浅层土壤,由此我们可以认定土壤中N2O气体通过微生物作用产生以后,由于浓度差异导致从深层土壤到浅层土壤的逐步扩散,最后经地表排放到大气当中去.     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

我国北方几种玉米和设施菜地土壤的N2O和N2排放特征

为了探究旱地土壤施入氮肥后的气态氮(N₂O和N₂)损失规律,本研究通过室内好氧培养试验(60 d,25 ℃,80%孔隙含水量),运用¹⁵N同位素示踪技术,研究了4个玉米地土壤(哈尔滨、沈阳、栾城、寿光)和2个设施菜地土壤(沈阳、寿光)在施入尿素后的氮转化、N₂O和N₂排放动态。试验中尿素添加量为167 mg N·kg^-1,以模拟田间氮肥施用量200 kg N·hm^-2。结果表明: 在4个玉米地土壤中,尿素施用60 d内N₂O累积排放量为寿光(20 mg N·kg^-1)>栾城(14 mg N·kg^-1)>沈阳(5 mg N·kg^-1)>哈尔滨(0.5 mg N·kg^-1),N₂累积排放量为栾城(176 mg N·kg^-1)>沈阳(106 mg N·kg^-1)>寿光(75 mg N·kg^-1)>哈尔滨(12 mg N·kg^-1);在2个设施菜地土壤中,寿光土壤N₂O累积排放量(21 mg N·kg^-1)是沈阳(2 mg N·kg^-1)的10倍,而两个站点N₂累积排放量分别为28和24 mg N·kg^-1。不同土壤N₂O排放占两种气体排放总量的5%～40%,其中寿光土壤(30%～40%)显著高于其他样地土壤(1%～10%)。在土壤排放的N₂O和N₂中,土壤氮库分别贡献了56%和61%,高于添加当季氮肥的贡献率。相关分析表明,N₂O累积排放量与本底土壤pH呈正相关,说明土壤本底pH可能是调控不同旱地土壤N₂O和N₂排放的重要环境因子。在华北碱性土壤区,采用能降低土壤pH值的措施可能具有较好的气态氮减排效果。     

加气灌溉对不同施氮水平的设施甜瓜土壤CO2和N2O排放的影响

为探讨不同加气灌溉施氮模式下设施甜瓜土壤CO₂和N₂O排放的动态变化规律及其与土壤温度、湿度的关系,本研究采用密闭静态箱-气相色谱法对加气灌溉不同施氮水平下土壤CO₂和N₂O排放进行监测,并分析了加气灌溉对不同施氮量下土壤CO₂和N₂O排放的影响.试验采用加气灌溉(AI)和不加气灌溉(CK)两种灌溉方式,施氮量设不施氮(N₁)、传统施氮量的2/3(150 kg·hm^-2,N₂)和传统施氮量(225 kg·hm^-2,N₃)3个施氮水平.结果表明:加气灌溉土壤CO₂和N₂O排放量高于不加气灌溉处理,但是差异不显著;相同灌溉模式下,CO₂和N₂O排放量随施氮量的增加而显著增加,施氮量是土壤CO₂和N₂O排放的主要影响因素.加气灌溉条件下,不同施氮处理N₂O排放通量与土壤温度和湿度呈显著正相关,CO₂排放通量与土壤温度呈显著正相关.加气减氮处理在氮肥减少1/3的情况下,甜瓜产量提高了6.9%,温室气体排放引起的增温潜势值从9544.82 kg·hm^-2下降到9340.72 kg·hm^-2.综上,通过加气灌溉减少氮肥施用量来抑制农业生产系统中温室气体排放是可行的.