不同种类氮肥对土壤释放N2O的影响

用培养试验模拟研究了在正常水分(22%)、干旱(12%)和高含水量(32%)条件下,普通碳酸氢铵(普碳)、尿素及新型肥料长效碳酸氢铵(长碳)对土壤释放N₂O的影响;同时考察了土壤NO₃^-的形成时间和形成量.结果表明,农田中施加的无机氮肥是大气中N₂O的重要来源,而长碳与普碳和尿素相比,不但可以明显延后N₂O释放高峰期出现时间,而且大多数情况下可以显著减少其释放量(P<0.01).在5个月的监测期内,与普碳和尿素相比其减少N₂O释放的比例分别为80.23和88.41%(12%含水量),40.00和27.59%(22%含水量),无减少作用和45.88%(32%含水量).本研究结果提示长碳具有作为农田生态系统N₂O减排措施的巨大潜力,同时暗示在农业中用长碳代替目前普遍应用的普碳,可以减少地下水中NO₃^-引起的污染.     

干湿交替频率对不同土壤CO2和N2O释放的影响

干旱、半干旱和地中海气候区,乃至一些湿润地区,由干湿交替引起的土壤碳、氮的短暂脉冲式释放很大程度上决定着长时间尺度温室气体释放的总量,是土壤碳、氮温室气体释放的关键过程.选择我国降雨梯度下的森林、农田、草地和荒漠生态系统,采集土样进行实验室统一控制条件下的多重干湿交替循环,对比探讨不同生态系统土壤干湿交替频率对CO2和N2O释放的影响模式.结果表明:(1)干湿交替能够显著的激发土壤中CO2和N2O的释放,森林、农田、草地和荒漠土壤CO2和N2O释放速率对干湿交替的响应模式基本一致,其响应强度与土壤本底中碳和氮的含量有关;(2)在一定培养时间内,随着干湿交替频率的增加,土壤再湿润阶段CO2释放速率降低,但是,气体释放的总量较之于恒湿对照组有所增加.(3)不同土壤N2O的释放总量对于湿交替频率的响应模式表现出很大的差异,其中农田和荒漠土壤响应模式类似.     

植物释放N2O速率及施肥的影响

采用开放式箱法和乙炔抑制技术,研究了大豆、春小麦和谷子3种植物不同生育期的N₂O释放速率以及施肥对春小麦N₂O释放速率的影响.研究发现,3种植物N₂O释放速率不同,但都具有在生长发育的前期阶段逐渐增加,至开花期前后达到高峰,然后又迅速下降的相似变化规律.在相应生育期,大豆表现出比谷子和春小麦更高的N₂O释放速率.不同的施肥量造成春小麦不同的生长状况,其N₂O释放速率也随之不同,过量施肥引起N₂O释放速率增加.     

交叉培养法研究养分对作物幼苗释放N2O的影响

为验证土壤中N₂O能否通过植物的输导组织由叶片释放从而干扰植物直接释放N₂O的定量测定,实验采用分室隔离法确证了土壤N₂O对测定某些作物(如玉米、高粱)直接释放N₂O的干扰;采用交叉培养法消除了这种干扰,准确地测定了大豆、玉米幼苗直接释放N₂O的强度;并研究了N、P营养与植物释放N₂O及体内NO₃^--N浓度之间的相关性.     

真菌对土壤N2O释放的贡献及其研究方法

N₂O是一种重要的温室气体,而土壤作为N₂O的重要来源之一,其N₂O主要产生于硝化和反硝化作用的生物过程.研究表明细菌和古菌是这些生物过程的主要参与者,然而在特定土壤生态系统中,真菌在N循环过程中起主要作用.但真菌对土壤N₂O释放贡献的研究报道甚少.本文阐述了土壤真菌N₂O产生机制的研究进展,介绍了自养硝化、异养硝化和反硝化过程的发生机理、关键微生物和功能基因.详细介绍了与真菌有关的N₂O产生过程,真菌的异养硝化作用和反硝化作用,并且比较了真菌和细菌反硝化系统的差异.此外,本文重点总结了研究土壤真菌N₂O产生的主要方法,包括选择抑制剂法、^15N标记、分离和纯培养以及免培养的分子生态学方法,对各种方法的优势和弊端进行了探讨,并对今后的研究工作提出了展望.     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征

选择黄土丘陵区砖窑沟流域不同土地利用方式为研究对象,在2016年6月至11月对0—300 cm土层土壤含水量进行监测,分析刺槐林、草地、柠条灌木林、小叶杨林、海红林和撂荒地6种土地利用方式下土壤含水量的垂直剖面分布特征、土壤贮水量的季节变异特征。结果表明:(1)土壤含水量随深度的变化自上而下均呈"S"状分布,随着土层深度的增加,土壤含水量呈先增加后减小的趋势,具有明显的垂直变异特征。(2)不同土地利用方式具有不同的土壤湿度剖面,土壤水分活跃层、次活跃层、相对稳定层的深度范围不同。(3)6种土地利用方式下各土层的土壤贮水量均具有明显的季节变化特征,海红林的土壤贮水量最大,为258.21 mm,然后依次为小叶杨林、撂荒地、草地和刺槐林,柠条灌木林样地最小;监测期内土壤贮水量随时间呈增长趋势,在11月达到最大值。土壤含水量的变异系数均随着土层深度的增加逐渐递减,在100 cm以下土壤深层季节变异趋于稳定。研究认为,乔灌林消耗更多深层的土壤水分,柠条灌木林易引起土壤干燥化,海红林的土壤水分条件较好,撂荒地和草地土壤水分条件相对稳定。     

几种木本植物的N2O释放与某些生理活动的关系

使用带有开放气路的气体交换测定系统,同步测定了几种针、阔叶树种的光合作用、呼吸作用及气孔导度。结果表明,低光下树木针叶或叶片释放N₂O的速率与光合速率无显着相关。伴随根、茎、叶的呼吸,检测到有N₂O吸收现象,其通量与温度及呼吸强度呈正相关。气孔导度明显影响N₂O的通量,表明气孔可能是木本植物释放N₂O的主要途径。     

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。     

华南丘陵区不同土地利用方式下土壤呼吸

采用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区针叶林和果园土壤呼吸及其主要影响因子进行了观测。结果表明:针叶林和果园含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.96±0.09)和(6.56±0.32)kg.m-2.a-1;不含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.60±0.07)和(5.30±2.80)kg.m-2.a-1。土地利用方式对土壤呼吸的影响较大,果园土壤呼吸明显大于针叶林(P<0.01)。针叶林和果园土壤呼吸季节变化模式相似,即雨季较高而旱季较低。不同土地利用方式下不同处理土壤呼吸均与地下5cm土壤温度、地表温度和气温呈显著指数相关。利用Q10模型计算出针叶林和果园土壤呼吸Q10值变化范围在1.73～3.30。土壤呼吸与土壤含水量显著相关。温度和土壤含水量能部分解释针叶林和果园土壤呼吸的季节变化。针叶林和果园由凋落物分解释放的CO2对土壤呼吸的贡献分别为18.14%和19.08%。     

草原土壤N2O释放及全球变暖影响下土壤养分变化的反馈效应

对草原土壤N₂O释放及其受全球变暖土壤养分变化的影响研究表明,以沼泽泥炭土N₂O释放量最大,生长季节为1.3～12.2kgN·hm^-2·a^-1,其次灰壤土,为1.5～2.4kgN·hm^-2·a^-1,酸性棕壤最小,为0～3.2kgN·hm^-2·a^-1;N₂O的释放层灰壤土在0～5cm,其它2种土壤为0～10cm;施肥试验表明,N、P肥在生长季节对土壤N₂O释放量影响不显着,但在生长季末期,N肥对酸性棕壤及灰壤土N₂O影响显着,施肥后第3天酸性棕壤由对照的1.3提高到44.2kgN·hm^-2·a^-1,灰壤土则由对照的1.9提高到31.1kgN·hm^-2·a^-1,说明全球变暖对土壤有机质分解的影响不会诱发N₂O释放量的大幅度增加.     

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.     

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.     

紫色土菜地生态系统土壤N2O排放及其主要影响因素

应用静态箱/气相色谱法对种菜历史超过20a的紫色土菜地进行了一年N2O排放的定位观测, 分析了菜地N2O排放特征及施氮、土壤温度、土壤湿度和蔬菜参与对N2O排放的影响. 结果表明, 紫色土菜地生态系统在不施氮和施氮（N150kg?hm-2）情况下N2O平均排放通量为50.713.3和168.437.3g?m-2?h-1, N2O排放系数为1.86%. 菜地生态系统N2O排放强度高于当地粮食作物农田,其主要原因在于菜地较高的养分水平和频繁的施肥、浇水等田间管理措施. 从菜地N2O排放总量的季节分配来看, 有64%的N2O排放量来自于土壤水热条件较好的夏秋季蔬菜生长期, 冬春季蔬菜生长期N2O排放量较少, 仅占34%. 因此, 土壤水热条件不同是造成菜地N2O排放量季节分配差异的重要原因. 氮肥对增加N2O排放的效应因蔬菜生育期内单位时间施肥强度不同而异, 蔬菜生育期越短, 施氮对增加N2O排放的效应越明显.不施氮和常规施氮菜地N2O排放通量与地下5cm处土壤温度呈显著的正相关, 但不种蔬菜的空地两者之间的关系不显著, 并且常规施氮菜地土壤温度（T）对N2O排放通量（F）的影响可用指数方程F＝11.465e0.032T（R＝0.26, p<0.01）表示. 土壤湿度对菜地N2O排放的影响存在阈值效应, 当土壤含水空隙率（WFPS）介于60%-75％时更易引发N2O高排放. 因此, 依据蔬菜生育期特点, 结合土壤水分状况调节施肥量与施肥时间可能会减少菜地N2O排放.     

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.     

间作对旱地CO2和N2O排放影响的研究进展

农田温室气体排放是近年来科学界的研究热点,采用合适的种植模式是减少农田温室气体排放的有效途径之一.本文综述了作物间作对旱地土壤CO₂和N₂O排放的影响及机理.合理间作能够提高土壤有机碳(SOC)含量、促进不同作物秸秆向SOC转化、降低SOC矿化速率,从而减少CO₂排放.禾本科与豆科作物间作能够在维持作物产量的情况下,减少化学氮肥投入、土壤有效氮残留及还田秸秆产生的无机氮,降低N₂O排放.间作作物的互作、田间小气候环境的改善也是影响土壤温室气体排放的重要因素.今后,要增加土壤温室气体监测时长并对影响因子进行综合、全面的分析,尤其是从分子水平探究间作模式下土壤微生物对温室气体产生过程的作用机理,为构建环境友好型农业模式提供科学依据.     

二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N2O排放的影响

近年来,二氧化钛纳米颗粒（TiO₂NPs）环境释放量不断增加,并通过多种途径进入湿地生态系统,不可避免地影响到湿地生态系统环境和功能。然而,关于TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化作用和氧化亚氮（N₂O）排放的影响机及制尚不明确。选择典型沼泽土壤,通过室内培养实验研究土壤理化性质、反硝化酶活性、反硝化速率（DNR）和N₂O排放对不同剂量TiO₂NPs 0 mg/kg （CK）、10 mg/kg （A10）、100 mg/kg （A100）、1000 mg/kg （A1000）输入的响应,探讨TiO₂NPs输入对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放影响的内在机制。结果表明：不同剂量TiO₂NPs处理显著降低了土壤pH （P<0.05）,A10处理显著降低土壤总有机碳（TOC）含量（P<0.01）,A1000处理显著降低硝态氮（NO₃^--N）和亚硝态氮（NO₂^--N）含量（P<0.05）。TiO₂NPs处理抑制硝酸盐还原酶（NAR）活性,促进一氧化氮还原酶（NOR）和氧化亚氮还原酶（NOS）活性（P<0.01）,A1000处理先促进后抑制了亚硝酸盐还原酶（NIR）活性（P<0.05）。不同剂量TiO₂NPs处理抑制了土壤DNR,促进了N₂O排放,TiO₂NPs处理通过抑制NIR活性,降低土壤DNR,同时通过促进NOR活性,提高N₂O排放。综上,TiO₂NPs输入通过影响反硝化还原酶活性改变沼泽土壤反硝化过程,导致沼泽土壤N₂O排放增加,改变湿地氮的源、汇功能,影响全球气候变化。为TiO₂NPs输入的湿地环境风险评估研究提供理论基础。     

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.     

黄土丘陵区小流域土地利用对土壤有机碳和全氮的影响

通过野外调查和室内分析,研究了黄土丘陵沟壑区燕沟流域农地、果园、林地和草地0～20cm表层土壤的有机碳(SOC)和全氮(TSN)积累特征.结果表明:该区SOC含量平均值为7·56g·kg-1,TSN平均值为0·71g·kg-1.其中,农地SOC和TSN平均值分别为4·67和0·48g·kg-1,且梯田较低,川坝地较高.与农地相比,果园SOC(4·33g·kg-1)和TSN(0·46g·kg-1)平均值略有降低,草地较高.林地SOC和TSN平均值较农地高117·7%和89·4%.该区SOC和TSN含量的变异系数为69·7%和58·4%,以林地最大(62·8%和54·5%),草地和农地次之,果园最小(18·0%和22·9%).土壤C/N依果园、农地、草地和林地的顺序递增.该区各类土地利用方式下的SOC和TSN都呈极显著正相关(r=0·9791).黄土丘陵沟壑区基本农田建设和果园建设对SOC和TSN积累作用不明显;退耕还林还草、封山育林等土地利用优化措施明显促进了SOC和TSN的积累.