硝化與反硝化作用對(duì)農(nóng)田土壤N-,2-O排放的貢獻(xiàn).pdf

1、土壤是全球最主要的氧化亞氮(N2O)排放源。硝化和反硝化作用是土壤中N2O生成的兩個(gè)最主要的微生物過(guò)程，好氧的硝化作用與厭氧的反硝化作用對(duì)N2O的產(chǎn)生量的貢獻(xiàn)是有極大的差別；影響農(nóng)田土壤N2O排放的因素主要有土壤水分狀況、土壤溫度、NH4+-N和NO3--N含量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH等，區(qū)分N2O的硝化和反硝化作用來(lái)源，和理解環(huán)境因子改變?nèi)绾斡绊慛2O排放，對(duì)準(zhǔn)確估算和預(yù)測(cè)土壤N2O排放通量非常重要。 本文主要以旱田土壤為研究對(duì)

2、象，運(yùn)用乙炔和氧氣抑制技術(shù)(低濃度乙炔抑制自養(yǎng)硝化作用，純氧抑制反硝化作用)，研究各種不同類(lèi)型土壤中的硝化和反硝化作用N2O產(chǎn)生過(guò)程，以及各種不同因素對(duì)N2O產(chǎn)生過(guò)程的影響。 本試驗(yàn)主要由兩部分組成：5個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)農(nóng)田土壤N2O的季節(jié)性排放試驗(yàn)；硝化和反硝化N2O產(chǎn)生過(guò)程的因素控制試驗(yàn)(因素包括溫度、含水量、速效氮、外源磷氮比和外源有機(jī)質(zhì))。第一部分主要是將采自三江、沈陽(yáng)、封丘、鹽亭和江都五個(gè)站點(diǎn)的土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，得

3、出接近于田間土壤狀況的條件下的硝化和反硝化N2O排放速率、硝化和反硝化作用對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)率和硝化和反硝化N2O轉(zhuǎn)化率季節(jié)波動(dòng)狀況及其與影響因素的關(guān)系；第二部分主要是將采自江都站點(diǎn)的土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)不同因素條件下的土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，得出各種因子條件下的硝化和反硝化N2O排放速率、硝化和反硝化貢獻(xiàn)率和N2O轉(zhuǎn)化率以及各種影響因子對(duì)硝化作用和反硝化作用N2O轉(zhuǎn)化率的影響函數(shù)。 試驗(yàn)所得結(jié)果和結(jié)論如下：在5個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)農(nóng)田土壤N2O排放的

4、季節(jié)性試驗(yàn)中，硝化作用是旱田土壤N2O的主要的排放源，硝化N2O排放速率大于反硝化N2O排放速率，硝化N2O貢獻(xiàn)率大于反硝化N2O貢獻(xiàn)率。由于排放速率因受各種因素的綜合影響，而呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)和波動(dòng)規(guī)律。三江站土壤夏初排放速率最高，以硝化作用為主要N2O源；沈陽(yáng)站夏初排放速率亦較大，在冬季，因溫度低和含水量小，反硝化作用反而成為主要N2O源。封丘站土壤排放總量不高，在夏秋雨水較多土壤含水量較高時(shí)，反硝化作用超過(guò)硝化作用成為N2O的主要源。

5、鹽亭站硝化作用為N2O主要排放源，冬初時(shí)硝化和反硝化N2O排放速率相當(dāng)。江都站水旱輪作，產(chǎn)生較大的硝化和反硝化N2O排放速率。 硝化N2O的轉(zhuǎn)化率和反硝化N2O的轉(zhuǎn)化率受土壤含水量、銨氮和硝氮含量等的影響。三江站土壤硝化N2O的轉(zhuǎn)化率和反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤含水量、銨氮和硝氮含量之間皆不顯著相關(guān)；沈陽(yáng)站土壤反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與銨氮含量呈顯著的對(duì)數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系；封丘站土壤反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與硝氮含量呈極顯著的指數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系；鹽亭站

6、土壤硝化N2O轉(zhuǎn)化率與含水量呈顯著的平方相關(guān)關(guān)系，硝化N2O轉(zhuǎn)化率與銨氮含量呈極顯著的倒數(shù)相關(guān)關(guān)系。綜合考慮五個(gè)站點(diǎn)，硝化N2O轉(zhuǎn)化率與五個(gè)站點(diǎn)土壤銨氮含量呈顯著的倒數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系(包括江都站旱作)；反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與五個(gè)站點(diǎn)土壤含水量呈顯著的復(fù)合型負(fù)相關(guān)關(guān)系(包括江都站水旱輪作)。 溫度影響硝化和反硝化微生物的活性。4～33℃范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，硝化N2O排放速率和硝化N2O轉(zhuǎn)化率也一直在增加，達(dá)到40℃時(shí)，排放速率和轉(zhuǎn)化

7、率又會(huì)下降。而反硝化N2O轉(zhuǎn)化率和反硝化N2O排放速率在4～40℃范圍內(nèi)一直增加。盡管如此，但在溫度變化影響下，硝化和反硝化N2O排放貢獻(xiàn)則基本維持恒定。統(tǒng)計(jì)顯示，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與溫度T(℃)之間呈極顯著的生長(zhǎng)函數(shù)型正相關(guān)關(guān)系；在4～33℃范圍內(nèi)，硝化N2O轉(zhuǎn)化率與溫度T(℃)之間呈極顯著的生長(zhǎng)函數(shù)型正相關(guān)關(guān)系。 在10﹪～140﹪土壤充水空隙度(wfps)的含水量范圍內(nèi)，反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤含水量呈極顯著的指數(shù)函數(shù)型正

8、相關(guān)關(guān)系。在10﹪～80﹪wfps的含水量范圍內(nèi)，硝化和反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與土壤含水量(wfps)呈極顯著的線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)含水量超過(guò)60﹪wfps時(shí)，反硝化N2O排放的貢獻(xiàn)要大于硝化N2O排放的貢獻(xiàn)。在100﹪～140﹪wfps含水量條件下，土壤空隙完全充水，土壤處于完全厭氧環(huán)境下，硝化作用可以忽略。 添加銨氮能促進(jìn)硝化和反硝化作用的N2O排放。在0～100mg/kg銨氮添加量范圍內(nèi)硝化N2O排放速率是一直增加的，當(dāng)NH4+

9、濃度繼續(xù)提高時(shí)又會(huì)減小。反硝化N2O排放速率隨著銨氮添加量增加而增加。在0～10mg/kg銨氮添加量范圍內(nèi)硝化N2O轉(zhuǎn)化率是增加的，繼續(xù)添加時(shí)又會(huì)減小。反硝化N2O轉(zhuǎn)化率卻隨著銨氮添加量增加而增加。隨著硝氮添加量的增大，并不能顯著增加N2O排放，但當(dāng)添加量為100mg/kg時(shí)，N2O總排放速率和硝化N2O排放速率都達(dá)到最大；添加硝氮略微降低反硝化N2O排放速率。在0～100mg/kg硝氮添加量范圍內(nèi)能增加硝化N2O轉(zhuǎn)化率，當(dāng)硝氮添加量增

10、至250mg/kg時(shí)，硝化N2O轉(zhuǎn)化率又會(huì)變小。而反硝化N2O轉(zhuǎn)化率卻隨著硝氮添加量增加而減小。統(tǒng)計(jì)顯示，銨氮添加量與反硝化N2O轉(zhuǎn)化率之間呈極顯著的線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系；銨氮添加量與硝化N2O轉(zhuǎn)化率呈不顯著相關(guān)，硝氮添加量與硝化N2O轉(zhuǎn)化率和反硝化N2O轉(zhuǎn)化率的相關(guān)性都不顯著。 增大磷氮比，一方面使硝化N2O轉(zhuǎn)化率先減小再?gòu)?qiáng)勢(shì)增加；另一方面，使反硝化N2O轉(zhuǎn)化率先增大再迅速減小。在同一外源磷氮比條件下，反硝化作用的貢獻(xiàn)要比硝化作用大

11、。另一方面，P∶N的增加，促進(jìn)了反硝化類(lèi)微生物的反硝化活性。統(tǒng)計(jì)顯示，硝化和反硝化N2O轉(zhuǎn)化率與外源磷氮相關(guān)性皆不顯著。 添加有機(jī)質(zhì)(秸稈)對(duì)硝化N2O轉(zhuǎn)化率有減小的作用。不添加秸稈時(shí)，硝化作用是N2O排放的主要的源，貢獻(xiàn)率達(dá)74.23﹪；添加秸稈，硝化作用排放N2O的功能逐漸被削弱；添加量達(dá)到100﹪正常還田量時(shí)，N2O總排放速率和硝化N2O排放速率最??；添加量在正常的田間還田量或超過(guò)正常還田量時(shí)，硝化作用對(duì)N2O的排放基本不