厭氧條件下初始NO3-含量對(duì)土壤反硝化氣體(N2、N2O和NO)和CO2排放的影響.pdf

1、自工業(yè)革命以來(lái),為了滿足人類對(duì)食物和能源的需求,化肥的生產(chǎn)和石化燃料的燃燒大大增加了大氣中反應(yīng)性氮Nr(Nr是除N2以外所有氮素形態(tài)的總稱)的量。反應(yīng)性氮Nr的過(guò)量增加導(dǎo)致了一系列的全球環(huán)境問(wèn)題,而反硝化過(guò)程的最后一步可以將這些反應(yīng)性氮再以大氣穩(wěn)定性氮?dú)?N2)的形式返回大氣圈,它起著閉合全球氮循環(huán)的作用。另外,反硝化作用還會(huì)引起土壤氮肥損失,并且是大氣氧化亞氮(N2O)的重要排放源。因此,對(duì)反硝化的研究不論從環(huán)境角度,還是從農(nóng)業(yè)角度看

2、,都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 氦環(huán)境培養(yǎng)-氣體同步直接測(cè)定系統(tǒng)是一種相對(duì)較新的研究土壤反硝化作用的方法,該方法是基于用高純氦(He)或He-氧氣(O2)混合氣體(O2可設(shè)定為≤20％(自由大氣濃度))置換去除土壤孔隙和密閉培養(yǎng)容器氣室中高N2含量的空氣,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤排放的N2的直接測(cè)定。該方法在測(cè)定N2的同時(shí),還可同步測(cè)定N2O、一氧化氮(NO)和二氧化碳(CO2)等。本研究以華北地區(qū)廣泛分布的鹽堿地農(nóng)田土壤(采自山西運(yùn)

3、城)為研究對(duì)象,采用氦環(huán)境培養(yǎng)-氣體同步直接測(cè)定系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)試驗(yàn),在初始水溶性有機(jī)碳(DOC)供應(yīng)比較充足(～300 mg c kg-1干土(d.s.))的條件下,測(cè)試了不同初始土壤硝態(tài)氮含量水平(10、50、100和250 mg N kg-1 d.s.左右,分別表示為10N、50N、100N和250N)下的反硝化氣體(N2、N2O和NO)和CO2排放速率動(dòng)態(tài),并用常規(guī)方法測(cè)定了相關(guān)的土壤要素(包括土壤銨態(tài)氮(NH4+)、硝態(tài)氮(

4、NO3-)、微生物碳(SMBC)、微生物氮(SMBN)和含水量等)。主要目的是檢驗(yàn)該系統(tǒng)測(cè)定土壤反硝化速率和反硝化產(chǎn)物比的準(zhǔn)確性和可靠性,以及探討初始NO3-含量對(duì)土壤反硝化作用的影響。
　　 本文主要結(jié)論如下:
　　 1.土壤初始N03-含量顯著影響反硝化速率、氮素氣體和CO2排放動(dòng)態(tài)和累積量及反硝化產(chǎn)物摩爾比.當(dāng)?shù)孜颪O3-含量較低時(shí),反硝化速率隨底物NO3-含量的增加而增大,當(dāng)?shù)孜镌黾拥揭欢ǔ潭群?反硝化速率隨底物

5、NO3-含量的增加而減小;盡管土壤初始NO3-含量不同,但各處理NO和N2O排放速率均在同一時(shí)間達(dá)到峰值,N2排放速率峰值滯后于N2O和NO,且滯后程度隨初始NO3-含量的增加而增大;CO2排放動(dòng)態(tài)1ON和100N兩處理呈現(xiàn)雙峰型,而50N和250N兩處理呈現(xiàn)單峰型;除NO外,其他三種氣體(N2O、N2和CO2)累積排放量均隨土壤初始NO3-含量的增加而增加;反硝化產(chǎn)物NO/N2O摩爾比除25ON因過(guò)量的初始NO3-含量抑制N2O向N2

6、的轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致其比值較小(0.26)外,其他處理均在1以上(分別為1.09、1.58和1.36),N2O/N2摩爾比與土壤初始NO3-含量呈弱正相關(guān)關(guān)系,變化范圍在0.20-0.65之間.
　　 2.在完全厭氧且土壤初始DOC含量補(bǔ)充為300 mg C kg-14d.s.的條件下,華北地區(qū)鹽堿地農(nóng)田土壤不同初始NO3-啥量處理排放的反硝化氮素氣體均以N2為主,占氮素氣體排放總量的51～77％;其次為N2O,占氮素氣體排放總量的1

7、5-37％;最小的是NO,占氮素氣體排放總量的5～22％.
　　 3.土壤反硝化氣體動(dòng)態(tài)排放速率及相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果表明,從培養(yǎng)土壤中消失的硝態(tài)氮被回收77～89％,培養(yǎng)前后的氮平衡率迭92～103％,基本實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)前后的氮素質(zhì)量平衡.
　　 4.完全厭氧條件下,反硝化階段土壤排放的氮素氣體(N2+N2O+NO)累積量和CO2累積量呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(R2=0.995,p＜0.001).
　　 5.通過(guò)以下