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.     

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.     

控释肥及其与尿素配合施用对水稻生长期N2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱法研究相同施氮量条件下,施用尿素、控释肥及尿素与控释肥配施(尿素与控释肥以3∶7配合施用)对稻田N₂O排放的影响.结果表明：与单施尿素处理相比,配施处理和控释肥处理水稻生长期N₂O排放量分别减少40.4%和59.6%（P<0.05）,其中烤田期分别减少65.1%和83.9%;与配施处理相比,施用控释肥处理N₂O排放量略微减少（P>0.05）,其中烤田期减少53.9%.施用控释肥可增加水稻产量,与尿素处理相比,施用控释肥和配施处理水稻产量分别增加7.8%和9.8%（P>0.05）.施用控释肥使土壤无机氮峰值出现时间延后,烤田期N₂O排放减少.水稻生长期N₂O排放通量与土壤氧化还原电位（Eh）和土壤温度均无明显相关性（P>0.05）.     

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.     

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.     

施肥对露地菜地氨挥发和氧化亚氮排放的影响

为探究施氮量和不同肥料调控措施对露地菜地土壤氨(NH₃)挥发和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,在华北地区典型露地菜地设置了不同施氮水平和肥料调控措施的田间试验.结果表明: 春播黄瓜生育期内减氮20%和50%分别比常规施氮量降低氨挥发25.7%和48.0%;添加抑制剂(脲酶抑制剂+硝化抑制剂)和生物炭分别比等氮量氮肥处理氨挥发降低10.0%和6.1%;春播黄瓜生育期内减氮20%和50%分别使N₂O排放量比常规施肥处理降低28.8%和61.0%;等氮量条件下添加联合抑制剂使N₂O排放降低58.9%,而添加生物炭处理的N₂O排放增加14.1%;在同样的条施覆土施肥方法下,与纯化学氮肥处理相比,有机肥替代30%氮肥对氨挥发和N₂O减排的作用效果都不显著.对于集约化菜地,合理控制氮肥用量是降低土壤氨挥发及N₂O排放的最有效措施.     

温带草甸草原土壤N2O产生过程研究

以大量的室内模拟培养实验,以内蒙古温带草甸草原土壤为研究对象,利用AIM乙炔抑制法,模拟野外条件对原样土壤样品进行N₂O产生过程进行研究。实验结果表明:内蒙古温带草甸草原土壤N₂O产生过程以硝化作用为主。其中异养硝化作用起主导作用,自养硝化潜势和反硝化潜势在草原植物不同生长季节变化不同,总体上异养硝化潜势>自养硝化潜势>反硝化潜势。由于自养硝化作用在不同季节的发生,使得草甸草原土壤N₂O的产生潜势也高、低起伏变化。从而揭示了内蒙古温带草原土壤以异养硝化作用过程为主产生N₂O和N₂O排放通量较低的微生物学机理。     

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。     

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,湿季排放通量高于干季,并且年际变化较大。受2017—2018年度降水减少的影响,此期间两种林型土壤N₂O排放通量普遍较低。两种林型土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤湿度呈显著正相关。季风常绿阔叶林对照样方土壤N₂O排放通量为12.6 μg N₂O m^-2·h^-1,与对照相比,pH 3.5和pH 3.0条件下土壤N₂O排放通量分别上升42.9%和61.1%,模拟酸雨显著增加了季风常绿阔叶林土壤N₂O排放通量;模拟酸雨同样有促进针阔叶混交林土壤N₂O排放的趋势,但各处理间差异不显著。在酸雨依旧严峻的形势下,我国南亚热带典型森林土壤N₂O排放通量将增加,且不同林型的增幅不同。     

基于BP神经网络模型的全球森林土壤异养硝化过程N2O排放通量估算

N₂O作为重要的温室气体之一,对地球和人类都有很大的影响。为了深入探究对有机氮异养硝化作用及其产生N₂O过程的影响机制,完善全球N₂O通量估算模型,本研究采用Pearson相关性分析与广义可加模型(GAM)对全球135个样点有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的影响因子进行分析,然后将主要影响因子作为BP神经网络的输入层来模拟全球森林土壤有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的空间分布。结果显示,土壤pH和土壤C/N是影响有机氮异养硝化速率的主要因素,土壤C/N、土壤孔隙含水量(WFPS)以及土壤温度是影响有机氮异养硝化产生N₂O速率的主要因素。全球森林土壤异养硝化速率平均为0.4241(0.0014～0.689)μg N·g^-1·d^-1,异养硝化产生N₂O速率平均为0.2936(0.21～1.103)μg N₂O·kg^-1·d^-1     

不同氮肥对东北春玉米农田温室气体周年排放的影响

为探明不同氮肥条件下高纬度农田土壤的温室气体排放特性,采用静态箱-气相色谱法研究了常规施氮(CN)、施用缓释肥(SLN)、尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂(NIUI)、不施氮肥(NN)对东北春玉米农田土壤温室气体排放的影响.结果表明: CN、SLN和NIUI处理产量分别为9618、9376和9645 kg·hm^-2.与CN处理相比,SLN促进了玉米生长季土壤N₂O的排放,降低了非生长季土壤N₂O的排放;NIUI处理N₂O累积排放量比CN降低了39.0%;各处理土壤CO₂周年累积排放通量无显著差异;东北春玉米田是大气中CH₄的弱汇,NIUI处理较CN促进了玉米生长季土壤对CH₄的吸收.综上,尿素添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以在实现玉米高产的同时有效减少土壤温室气体排放.     

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。     

氮肥对不同无机碳含量土壤二氧化碳释放的影响

施用氮肥会导致土壤pH值降低,其对不同无机碳含量的土壤二氧化碳(CO₂)释放的影响如何,尚不清楚.采用室内密闭培养试验研究了氮肥及其配施硝化抑制剂(DCD)对不同无机碳含量土壤pH、矿质态氮和CO₂释放的影响.结果表明:与不施氮肥相比,施用氮肥不同程度地降低了水稻土、砂姜黑土、塿土3类供试土壤的pH,提高了土壤碳累积释放量,49 d培养结束时,土壤碳累积释放量分别提高了39.4%、23.4%和71.8%;氮肥配施DCD后显著抑制了土壤硝化作用的进行,至培养结束时,3类供试土壤pH值均显著高于仅施氮肥处理,水稻土、砂姜黑土CO₂平均释放量与仅施氮肥相比无显著性差异,塿土CO₂平均释放量比纯施氮肥平均降低了12.5%.土壤无机碳能有效缓冲由氮肥施入而导致的土壤酸化,氮肥施入后石灰性土壤CO₂释放不仅来源于土壤有机碳的矿化,可能还有一部分来源于无机碳的溶解释放.我国不同地区间土壤无机碳含量各有差异,长期大量氮肥投入下土壤酸化和无机碳库消耗问题应引起足够的重视.     

生物炭配施硝化/脲酶抑制剂对亚热带水稻土活性氮气体排放的影响

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N₂O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据。本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N₂O排放及氨挥发的变化动态。结果表明: 1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg^-1·d^-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9%,N+NI处理显著降低22.9%;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0%。2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH₃累积排放量均显著增加约49%;N+UI处理降低了NH₃累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显。3)各处理的N₂O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N₂O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87 μg·kg^-1·h^-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N₂O排放的效果最佳。综合计算各处理直接N₂O和间接N₂O(NH₃)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了34.8%和40.9%,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了45.9%和60.5%。因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳。     

施用生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,研究施用生物炭与添加硝化抑制剂对菜地周年综合温室效应的影响.结果表明: 与不施用生物炭相比,施用生物炭处理N₂O和CH₄的综合温室效应增加8.7%~12.4%,蔬菜产量增加16.1%~52.5%,温室气体强度降低5.4%~28.7%.添加硝化抑制剂显著减少N₂O排放,不影响CH₄排放,综合温室效应减少17.5%~20.6%,蔬菜产量增加21.2%~40.1%,温室气体强度显著降低.混合施用生物炭与硝化抑制剂一方面增加蔬菜产量,另一方面显著增加综合温室效应(增幅为10.6%～11.2%).因此,在菜地添加硝化抑制剂,既能保证蔬菜产量又能减少温室气体排放,是合适的减排措施.