施用生物碳對退化設(shè)施蔬菜地土壤N2O排放的影響.pdf

1、我國設(shè)施蔬菜地土壤的面積已從1976年的333萬公頃發(fā)展到2011年的2427萬公頃，占我國農(nóng)用地的14.5％。為了提高經(jīng)濟效益，向設(shè)施蔬菜地土壤中施入大量氮肥已成為蔬菜地土壤的特點之一。隨著種植年限的增加，大量施氮肥已造成蔬菜地土壤硝態(tài)氮嚴重積累，由此引起土壤出現(xiàn)酸化、鹽漬化、作物連作障礙、土傳病害等土壤退化問題，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)乃至土壤的不可持續(xù)發(fā)展。N2O是土壤氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，主要來自于土壤硝化、反硝化作用。施加的氮肥及硝態(tài)氮

2、在設(shè)施蔬菜地表層土壤中大量累積，為硝化、反硝化作用的發(fā)生提供了充足的底物。研究已發(fā)現(xiàn)，蔬菜地土壤N2O排放量顯著高于其他農(nóng)業(yè)土壤，是重要的N2O排放源之一。另外，為了修復(fù)退化蔬菜地土壤，近年發(fā)展起來的基于淹水并添加有機物料的“強還原修復(fù)法”可有效降低土壤硝態(tài)氮含量、消除土壤酸化和鹽漬化，對連作障礙和土傳病害也有很好修復(fù)效果。但強還原的修復(fù)環(huán)境也促進了土壤反硝化過程的發(fā)生，導(dǎo)致N2O大量排放。因此，采取有效措施減少退化設(shè)施蔬菜地土壤及其“

3、強還原修復(fù)”過程中的N2O排放很有必要，研究結(jié)果有助于控制農(nóng)業(yè)土壤N2O排放。生物碳具有孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比表面積大、吸附能力強、高pH值和有機質(zhì)含量較高等特點，在土壤中能穩(wěn)定存在。近年來，很多研究表明添加生物碳能影響土壤硝化、反硝化作用，進而影響土壤N2O排放。目前，關(guān)于添加生物碳對N2O排放影響的研究結(jié)論還不一致，其機理也不完全清楚。
　　因此，本論文以退化設(shè)施蔬菜地土壤為研究對象，設(shè)置添加和不添加生物碳處理，并設(shè)置CaO對照，測

4、定不同處理下的土壤N2O排放通量及土壤反硝化功能微生物豐度（定量PCR法），研究添加生物碳對退化設(shè)施蔬菜地土壤及其“強還原修復(fù)”過程中N2O排放的減排效果，揭示添加生物碳影響土壤N2O排放的微生物機理。另外，我們還分別用添加生物炭或CaO進行強還原修復(fù)的蔬菜地土壤和未修復(fù)的退化土壤來種植番茄，比較修復(fù)和未修復(fù)土壤番茄種植階段的N2O排放及番茄的生長情況。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)對安徽烏江、南京麒麟門兩地典型的退化設(shè)施蔬菜地土

5、壤的研究表明，添加5％生物碳2 mg g-1 CaO均顯著降低了土壤N2O排放通量，且生物碳的減排能力更強。且添加生物碳和CaO能顯著提高土壤pH同時也增強了土壤硝化勢。
　　(2)微域培養(yǎng)和溫室盆栽實驗結(jié)果均顯示，在退化設(shè)施蔬菜地土壤修復(fù)過程中，添加3％量生物碳、1 mg g-1量CaO可顯著減少修復(fù)土壤N2O排放，減排幅度分別為40.70％和17.35％?？梢姡寥纏H值提升是N2O減排的重要原因之一，但添加生物碳的減排效果不

6、僅是由土壤pH值提升導(dǎo)致的，還受其他因素的影響;進一步分析了土壤反硝化功能微生物豐度，發(fā)現(xiàn)添加生物碳顯著影響了nirK、nirS、norB、nosZ功能基因的豐度，回歸分析結(jié)果表明添加生物炭處理土壤中norB基因豐度的降低也是N2O減排的重要原因之一。
　　(3)對“強還原修復(fù)”后的蔬菜地土壤和未修復(fù)的退化土壤進行的溫室盆栽實驗結(jié)果顯示，在番茄種植階段，添加生物炭、CaO的修復(fù)土壤N2O排放通量顯著高于未修復(fù)土壤，其原因是添加生物