土壤水分和pH对N2O排放及同位素特征值影响的机理研究

摘要

本研究以北京顺义潮褐土为供试土壤，通过室内培养实验，研究不同土壤湿度和酸碱度对N2O排放及同位素特征值（δ15Nbulk，δ18O和nitrogen isotopomer site preference of N2O，简称SP）的影响，以期获得不同土壤水分和pH条件下N2O产生途径及变化规律，为农田土壤N2O减排提供理论依据。
　　(1)结合稳定同位素(stable isotope)技术与C2H2抑制法，设置3个含水量梯度:67％、80％和95％WFPS，在此基础上设置无C2H2，0.1％(V/V)C2H2和10％(V/V)C2H2处理。利用同位素二源混合模型计算硝化和反硝化过程对土壤N2O释放量的贡献。为进一步探究95％WFPS土壤中真菌反硝化作用对N2O排放的贡献，又在以上基础上设置了添加链霉素和放线菌酮的处理。
　　室内土壤培养测定结果表明，与67％WFPS处理相比，95％、80％WFPS土壤的(N2O+N2)总排放量分别升高了1353倍和324倍。比较3个含水量处理中N2O的δ15Nbulk值，95％WFPS处理显著高于其他两个处理，各含水量土壤中，10％(V/V)C2H2处理组其N2O的δ18O值均显著低于01％(V/V)C2H2处理组，且N2O/(N2O+N2)比率随土壤含水量增加而降低，与0.1％(V/V)C2H2处理组相比，10％(V/V)C2H2处理的高、中和低含水量土壤排放N2O的SP加权平均值分别降低了0.10倍、0.33倍和0.06倍。低含水量土壤在第1-2天反硝化过程主导土壤N2O释放，之后硝化作用贡献率增强，中含水量土壤反硝化作用占据主导地位;本实验中，通过进一步向高低含水量土壤中添加真菌和细菌抑制剂进行初步研究发现，低含水量土壤细菌对N2O排放的贡献率为61‰真菌贡献率为46％，真菌和细菌对高含水量土壤排放N2O的贡献率分别为81％和24％。
　　(2)本实验设置了3个pH梯度.pH6.2、pH7.1和pH8.7，在此基础上设置无C2H2和10％(V/V)C2H2处理，利用自然丰度的稳定同位素技术结合乙炔抑制法，以探究该种土壤进行加酸处理后，其N2O排放量及同位素特征值的变化规律，并以此估算其产生机理。
　　通过研究发现，各pH土壤N2O释放量均随培养周期逐渐减少，随着pH降低土壤N2O排放量逐渐增大;整个培养周期，无碳源处理组N2O产生量均未出现剧烈变化，添加碳源后，不同pH土壤N2O产生量均出现显著升高，与无碳源处理组相比，葡萄糖的添加使pH6.2、pH7.1和pH8.7的土壤N2O加权平均排放量分别增加了2.59、1.86和2.63倍。pH6.2、pH7.1和pH8.7土壤N2加权平均排放量分别为总气态氮排放量的19.8％、12.1％和14.6％,添加葡萄糖后，分别为33.4％、39.5％和52.8％，且随着pH值的降低，土壤总的(N2O+N2)排放量显著增大。未添加碳源各处理组土壤NO2积累量比较小;添加葡萄糖后，各处理组土壤NO2浓度均出现显著增大。δ15Nbulk值随土壤pH降低而增加，添加碳源后，各pH处理组土壤N2O的δ15Nbulk值均显著高于无碳源处理。无乙炔处理组土壤排放N2O的δ18O值随着pH值升高而增大。添加碳源后，pH6.2、pH7.1和pH8.7各处理组土壤N2O的δ18O值均显著高于无碳源土壤。无碳源各pH处理组基本都在培养的前3d出现较大的SP值。

目录

声明

摘要

英文缩略表

1．1 研究背景与意义

1．2 农田土壤N2O产生的生物过程

1．2．2 农田土壤N2O排放的主要影响因素

1．3 农田土壤N2O的研究方法与技术

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 土壤含水量对N2O排放及同位素特征值的影响

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 供试土壤

2．2．2 研究方法

2．2．3 数据处理及分析

2．3 结果

2．3．2 土壤中无机氮NH4+-N和NO3--N含量的变化

2．3．3 不同乙炔处理下反硝化产物N2O和N2O+N2的排放特征

2．3．5 基于SP值的硝化和反硝化过程对土壤N2O排放的贡献率

2．3．6 土壤中真菌和细菌对反硝化作用的相对贡献

2．4 讨论

2．5 本章小结

第三章 土壤pH变化对N2O排放及同位素特征值的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试土壤

3．2．2 研究方法

3．3 结果

3．3．1 加酸处理后土壤中的无机氮含量

3．3．2 加酸处理后土壤N2O排放的变化

3．3．3 各处理土壤反硝化产物N2O和N2的排放特征

3．3．4 土壤中无机氮NH4+-N、NO3--N及NO2--N含量的变化

3．3．5 不同pH土壤N2O的同位素特征

3．4 讨论

3．5 本章小结

4．1 主要研究结论

4．2 研究的不足之处

4．3 研究展望

参考文献

致谢

作者简历