外源氮输入下双抑制剂组合(NBPT+CP)对盐渍化土壤N2O和NH3排放的影响

摘要

目的:近年来，随着氮沉降和化学氮肥施用的增加，进入陆地生态系统的氮量也呈增加趋势，这势必导致含氮气体的排放(N2O和NH3)持续升高，不但造成氮素损失，也可引发严重的生态环境问题。本研究主要探究:1)外源氮的输入对土壤氮素转化、N2O和NH3排放的影响及其关键影响因素:2)NBPT+ CP联合施用(DIs)对盐渍化土壤N2O和NH3气体减排的影响及其影响因素:3)盐分对土壤氮素转化及 N2O和 NH3排放的影响。以期为盐渍化土壤氮肥高效利用，温室气体减排及脲酶/硝化抑制剂在干旱区盐渍化土壤推广应用提供理论依据。
　　方法:本研究包括室内培养试验和野外微区定位试验两部分。室内试验设置土壤盐分和抑制剂组两个因素，土壤盐度(土水比1:5浸出液电导率，EC1:5)设置两个水平：0.60 ds m-1(正常土壤)、1.40 ds m-1(盐分土壤)；抑制剂组设置三个水平：CK(不加尿素)、Urea(尿素纯氮用量为0.35g/kg)、Urea+0.5％NBPT+0.25%CP，分别用CK、U、U+DIs表示。模拟试验主要探究盐分和抑制剂组合对土壤氮素转化和N2O和NH3排放的影响，初步探究抑制剂对N2O和NH3减排机理。野外微区设置三个水平：CK(0 kg N ha-2yr-1)、N(50 kg N ha-2yr-1)、N+NBPT+CP(N+DIs)。主要明确氮沉降输入条件下荒漠盐渍化土壤N2O和NH3的排放特性及关键影响因素，同时探究抑制剂组合在荒漠盐渍化土壤的调控效果。
　　结果:
　　1)与CK相比，外源氮输入(尿素和氮沉降)显著增加土壤铵、硝、亚硝态氮含量。如整个培养期间(240h)U处理土壤NH4+-N、NO3--N和NO2--N含量始终高于CK处理，其平均含量较CK分别增加了146-152、54-69和11-12 mg kg-1；氮沉降输入条件下土壤平均NH4+-N， NO3--N和NO2--N含量较CK分别增加了9.2、68和0.07 mg kg-1。DIs双抑制剂组合可显著抑制土壤尿素的水解和土壤硝化作用，达到减少矿质态氮含量的目的，而氮沉降条件下会增加NH4+含量。如在土壤Urea输入和氮沉降输入条件下，添加DIs处理的平均NO3--N较氮输入处理分别减少了45-51%(U输入)和13.3%(N输入)。同时，盐分也有降低土壤尿素水解和硝化作用的效果，但差异不显著，如盐分土壤平均 NO3--N较正常土壤显著降低了15.9%。
　　2)外源氮输入会显著增加土壤EC值，全氮含量以及脲酶、羟胺氧化还原酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性，但会减少土壤有机碳含量，同时也会导致土壤有酸化的风险。施用DIs抑制剂较N输入可显著降低土壤EC值，全氮含量以及脲酶，可增加土壤有机碳含量、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性，但对羟胺氧化还原酶影响不显著。盐分可显著增加土壤EC值，对脲酶和羟胺氧化还原酶的活性有明显抑制作用，但对脲酶的影响较主要为前期较为明显，然而却增加了土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性，且盐分对亚硝酸还原酶的影响程度较大。
　　3)外源氮输入显著增加了土壤N2O的排放，较CK处理提高了8-11(U输入)和1.72倍(N输入)。Urea态氮输入条件下逐步回归分析得出土壤N2O排放通量与各形态氮的方程式为：F=-0.009 Urea+0.011 NO3-+0.017NO2-+2.565,说明N2O排放可能以反硝化作用为主。氮沉降输入条件下N2O排放与土壤铵态氮，亚硝态氮，气温，土壤含水量和EC值密切相关，且矿质态氮的影响程度较大。DIs双抑制剂显著降低土壤N2O的排放，较氮输入处理显著N2O平均排放通量降低了79-80%(U输入)和36%(N输入)，同时DIs添加改变了N2O排放的关键影响因素，U+DIs输入条件下尿素态氮和硝态氮是影响N2O的关键影响因子，且其影响程度相较于U处理已大大削减。同时，氮沉降条件下土壤体积含水量(10 cm和30 cm)是影响土壤N2O排放的关键影响因子。盐分显著降低Urea和氮沉降输入条件下土壤N2O的排放，且与N处理存在明显的交互作用，如盐分平均N2O排放通量较正常土壤处理降低了18.4-29.5%。
　　4)外源氮输入显著增加土壤NH3排放，较CK处理增了68-72(U输入)和3.9倍(N输入)。Urea态氮输入条件下土壤铵态氮和硝态氮是控制NH3排放的关键影响因素(F=0.079 NH4+-0.033 NO3-+32.770, R2=0.508***)，而氮沉降条件下土壤温度(0 cm)、铵态氮含量和pH与土壤NH3排放紧密相关(F=0.112 pH+0.043 NH4+-N+0.002 ST(0cm)-0.859, R2=0.260***)。施入DIs显著降低了Urea态氮输入条件下NH3排放，反而增加了氮沉降条件下NH3的排放，无论如此， DIs仍然显著降低两种N输入的GWPs的效应，如GWPs在DIs处理较N处理显著降低了28%。加入DIs后铵态氮和尿素态氮是影响NH3排放的关键影响因素，而氮沉降条件下加入DIs土壤铵态氮和浅层土温(0 cm)是关键影响因素，且DIs显著降低了土壤铵态氮的影响程度。同时，盐分有增加土壤NH3排放量的趋势，但并未达到显著水平。
　　结论:
　　1)外源氮输入可显著增加土壤铵、硝、亚硝态氮含量，进而增加土壤N2O和NH3排放通量和累积排放量，而施用DIs可以显著调控土壤矿质态氮的含量，达到减少硝、亚硝态氮含量的目的，从而达到减少N2O和GWPs的效果，同时表现出尿素输入减少NH3排放，氮沉降输入增加NH3排放。
　　2)土壤矿质态氮含量、气温、土壤含水量和EC值影响氮输入条件下N2O排放的关键影响因素，且矿质态氮影响程度较大，而土壤温度(0 cm)，铵态氮含量和pH是影响NH3排放的主要因子。施入DIs可改变其N素气体的影响因素，同时降低矿质态氮的影响程度。
　　3)盐分可降低土壤尿素水解和硝化作用，进而显著的降低土壤N2O排放，但有增加土壤NH3排放的趋势(P>0.05)。

目录

声明

符号说明

第一章 绪言

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

第二章 研究内容与方法

2.1研究内容

2.2 技术路线

2.3研究方法

2.4测试指标及方法

2.5数据分析

第三章 外源氮输入及双抑制剂组合对土壤氮素转化的影响

3.1双抑制剂组合及盐分对尿素在土壤中转化的影响

3. 2 氮沉降条件下双抑制剂组合对盐渍化土壤N转化的影响

3.3讨论

3.4结论

第四章 外源氮输入及双抑制剂组合对土壤理化性质和酶活性的影响

4.1双抑制剂组合及盐分对土壤理化性质和酶活性的影响

4.2氮沉降条件下双抑制剂组合对盐渍化土壤理化性质的影响

4.3讨论

4.4结论

第五章 外源氮输入及双抑制剂组合对土壤N2O排放的影响

5.1双抑制剂组合及盐分对土壤N2O排放的影响

5.2氮沉降条件下双抑制剂组合对盐渍化土壤N2O排放的影响

5.3讨论

5.4结论

第六章 外源氮输入及双抑制剂组合对NH3排放的影响

6.1双抑制剂组合及盐分对NH3排放的影响

6.2氮沉降条件下双抑制剂组合对盐渍化土壤NH3排放的影响

6.3讨论

6.4结论

第七章 结论与展望

7.1主要结论

7.2创新点

7.3研究展望

参考文献

致谢

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