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．     

华东稻麦轮作生态系统的N2O排放研究

根据对华东稻麦轮作周期的N₂O排放及其影响因子的连续观测结果,分析了N₂O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N₂O排放的影响,同时还比较分析了稻田N₂O和CH₄排放.研究结果表明,稻麦轮作周期内,水稻生长季的N₂O排放量仅占30%,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH₄排放量26%,减少N₂O排放量11～26%.     

土壤含水量与N2O产生途径研究

土壤含水量变化对N₂O产生和排放影响的研究表明,不同含水量情况下,N₂O排放也不相同。特别是用乙炔抑制技术证明了在播种前后,气候干燥而土壤含水量较低的情况下,N₂O产生主要来自于硝化过程;降雨后,土壤含水量较高时,N₂O主要是通过反硝化过程产生;而在农田中等含水量情况下,土壤微生物的硝化和反硝化作用产生的N₂O大约各占一半。指出旱作农田N₂O产生途径主要取决于土壤水分的控制和调节。     

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.     

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。     

稻田CH4和N2O排放关系及其微生物学机理和一些影响因子

用静态箱法原位观测和分析了我国北方稻田3～12月CH₄和N₂O的排放及其关系,并研究了这一关系发生的微生物学机理.同时,监测了土壤湿度、pH、水分及Eh的变化.结果表明,稻田CH₄和N₂O排放之间存在着互为消长的关系(R²=0.0494).土壤湿度、pH及Eh变化范围分别在0～24℃、6.87～7.02和415～300mv之间,水分从非淹水期的38～72%FC至5～10cm浅水淹灌.土壤Eh对CH₄和N₂O的释放起重要的调控作用.在整个观测期内,与CH₄和N₂O释放密切相关的6种菌群(发酵细菌、产氢产乙酸细菌、产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌、反硝化细菌)各有其数量消长及酶活性变化规律,稻田CH₄和N₂O排放之间互为消长的关系受这些相关微生物数量及酶活性变化的共同调控.     

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.     

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.     

冻融循环期间土壤氧化亚氮排放影响因素

全球气候变化可能会提高冻融循环时间、强度以及频率, 从而可能显著影响土壤氧化亚氮(N₂O)排放。N₂O是一种重要的温室气体, 但目前对冻融循环期间土壤N₂O排放规律以及影响因素的了解还有限。为此, 该研究采用整合分析方法, 从已发表文献中收集了30篇关于冻融循环对土壤N₂O通量和累积排放量影响的文献, 探究冻融循环在不同生态系统对N₂O排放的影响, 从试验设置、土壤基本理化性质以及冻融循环格局等角度全面综合地探究其排放影响因素。该研究得出, 冻融循环能显著增加N₂O通量、N₂O累积排放量和硝化作用速率, 全球平均增幅分别为72.34%、143.25%和124.63%; 冻融循环也可增加反硝化作用速率, 全球平均增幅为162.56%; 与之相反, 冻融循环显著减少微生物生物量氮含量, 全球平均减幅为6.39%。不同生态系统土壤水热条件和基本理化性质差异可显著影响冻融循环对N₂O排放的影响。当年平均气温超过5 ℃时, 冻融循环作用可显著提高N₂O通量104.13%, 显著高于年平均气温为0-5 ℃ (25.56%)和小于0 ℃ (55.29%)时; 土壤湿度大于70%时, N₂O通量增加109.17%, 显著高于土壤湿度为50%-70% (65.67%)和小于50% (20.37%)时的通量。土壤黏粒和养分含量越高的土壤区域, 冻融循环对N₂O排放的提高幅度越大。在有植物存在时, 冻融循环可显著提高土壤N₂O通量达91.21%, 高于无植物存在时的54.43%。土壤过筛和在冻融循环期间采集土壤都会增加冻融循环对N₂O排放的影响。另外, 融化时间长, 冻结强度大和冻融循环频率高均可显著提高土壤N₂O累积排放量对冻融循环的响应。当冻结温度低于-10 ℃时, 冻融循环对土壤N₂O排放通量的增幅可达100.73%, 显著高于在冻结温度为-10- -5 ℃ (47.74%)和高于-5 ℃ (70.25%)时。主要原因是冻结强度高可促进土壤微生物和土壤结构释放更多的养分, 从而提高N₂O的产生和排放。该研究结果有助于更好地理解土壤N₂O对冻融循环的响应及其影响因素, 为更准确地预测未来全球气候变化对N₂O排放影响提供科学数据支撑。     

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%.     

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...     

田间大豆植株N2O通量的测定及光照的影响

采用封闭式箱法,在田间自然状况下对大豆植株N₂O通量进行了测定.结果表明,在主要生育期内,大豆植株N₂O通量有2个释放高峰,分别位于苗期和开花结荚期.大豆植株N₂O通量的昼间变化模式基本上为上午有1个释放高峰,而下午有一个释放低谷.施肥和对照小区N₂O平均通量分别为2.27和1.28μgN₂Om^-2·h^-1.在较强的光照条件下(10⁴lx数量级),大豆植株N₂O通量较低,甚至可吸收大气中的N₂O,而在较弱光照条件下(10³～10²lx数量级),大豆植株N₂O通量较高.     

几种旱地农作物在农田N2O释放中的作用及环境因素的影响

用封闭箱法原位观测几种旱田N₂O的排放通量,并与裸地N₂O通量比较,评价植物在农田N₂O释放中的作用。田间观测与室内模拟实验结合,考察环境因子对N₂O通量的影响。结果表明1d内大豆田N₂O通量有两个释放高峰,而菠菜田和春小麦田只有1个释放高峰。种植大豆较大地提高了农田N₂O的排放通量。农田裸地为一较弱的N₂O释放源,且在1年的一定时期内表现为大气N₂O的汇。光照变化对植物N₂O通量影响很大,在较弱的光照条件下,植物释放N₂O的通量较高。     

控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响

采用静态箱法研究了控释肥料和常规肥料处理对华南赤红壤发育的稻田N₂O排放的影响. 结果表明,施用控释肥处理与非包膜复合肥处理,在水稻移栽后10 d内水层中NH₄+-N和NH₃--N浓度间差异达极显著水平,各处理水层中NH₃--N浓度与2 d后或当天N₂O排放量间的偏相关系数达极显著水平.包膜型控释肥比未包膜复合肥能极显著地降低稻田N₂O的排放量.在施肥后100 d内,控释肥的N₂O累积排放量仅为未包膜型复合肥料的13.45%～21.26%,是尿素处理的71.17%～112.47%.复合肥处理的N₂O排放主要集中在施肥后1～25d和水稻晒田期间,控释肥在此时期的排放量显著降低,尿素处理则延缓并减小了N₂O排放峰.控释肥一次施用和尿素分次施用都能减少N₂O排放.     

Moso bamboo and Japanese cedar seedlings differently affected soil N2O emissions

毛竹和日本柳杉幼苗对土壤氧化亚氮排放的影响及微生物机制 毛竹(Phyllostachys edulis)向日本柳杉(Cryptomeria japonica)林的扩张现象越发普遍,其扩张对大 气重要温室气体氧化亚氮(N₂O)排放的影响也引起了更多的关注,而其微生物机制尚不明确。本研究通过添加微生物抑制剂链霉素和扑海因分别抑制细菌和真菌活性,连续观测土壤N₂O排放速率以及相关土壤养分和植物生物量。研究结果表明：(i)毛竹土壤N₂O的排放速率显著高于日本柳杉;与对照相比,细菌抑制剂、真菌抑制剂及其交互作用均对N₂O排放速率具有显著抑制效应,但三者之间无显著差异;(ii)毛竹生物量显著高于日本柳杉;(iii)日本柳杉土壤有机质、全氮和铵态氮显著高于毛竹土壤,日本柳杉土壤pH和全磷显著低于毛竹土壤。真菌抑制剂降低了土壤有机质含量,细菌抑制剂降低了土壤硝态氮含量。真菌抑制剂与物种在影响土壤pH、全磷和铵态氮方面具有显著交互作用。细菌抑制剂与物种在影响土壤全氮方面有显著交互作用。综上所述,毛竹和日本柳杉在生长过程中土壤N₂O排放速率不同,毛竹幼苗土壤N₂O排放及生物量均高于日本柳杉。细菌抑制剂和真菌抑制剂对N₂O的排放速率均具有一定抑制作用。因而,在全球气候变化背景下,应进一步深入了解森林生态系统物种组成和变化对N₂O排放的影响,以有效评估毛竹扩张等导致的生物多样性变化对全球N₂O排放的贡献。     

控释肥料对覆膜栽培稻田N2O排放的影响

采用静态箱-气相色谱法,研究了控释肥料对四川丘陵地区覆膜节水高产栽培稻田N₂O排放的影响.结果表明: 稻田施用尿素及控释肥料后水稻生长期N₂O排放总量分别为(38.2±4.4)和(21.5±5.2) mg N·m^-2;施用尿素处理N₂O排放系数为0.25%,施用控释肥料处理N₂O排放系数为0.14%,减少了43.6%(P<0.05),其中烤田前减少了49.6%(P<0.05);控释肥料可抑制施肥引起的N₂O排放峰值,降幅达52.6%;控释肥料对水稻不同生长季节土壤微生物生物量氮、NH₄⁺-N含量和水稻产量均无显著影响;N₂O排放与5 cm土壤温度、土壤Eh值无显著相关性.     

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。     

土壤中反硝化酶活性变化与N2O排放的关系

研究施肥条件下,土壤反硝化酶活性硝酸还原酶(NR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性及羟胺还原酶(HyR)活性在玉米生长季节中的变化及其与土壤含水量、硝态氮含量、N₂O排放之间的关系。结果表明,3种还原酶都有明显的季节变化规律并受土壤水分含量及施肥的影响。通过研究3种反硝化酶活性与土壤含水量及N₂O排放量之间的关系后指出,反硝化酶活性变化可作为一个区分旱田N₂O产生途径的指标.