基于同位素特征的华北平原菜地N2O排放监测中取样时间的探讨

摘要

[目的]为了长期监测土壤释放N2O的通量和同位素变化规律,了解产生N2O的微生物过程,提高对N2O排放量和排放系数估计的准确性,需要对N2O的日变化规律做深入研究,以便获得具有代表性的取样时间点及密闭时间.[方法]采用田间原位试验对华北平原的莴苣菜地进行了N2O排放监测,选取N2O排放高峰期即施肥灌溉后5～6 d为监测时间段,采用静态气体箱收集土壤释放的N2O气体,结合气相色谱和质谱技术测定N2O的含量及其同位素值(δ”N-N2O,δ18O-N2O和SP).试验设2种取样间隔,即2h和10 min,分别对N2O日变化规律和密闭时间进行研究.[结果]1)在莴苣菜地N2O排放高峰期内,N2O通量日变化范围为34.65 ～131.45μg/(m2·h),最大和最小的通量分别发生在13:00和次日5:00,9:00的N2O通量为83.66 μg/(m2·h),与日通量平均值82.81 μg/(m2·h)相接近.N2O通量产生日变化的原因与土壤温度有关,相关分析表明,N2O通量与地下5 cm处土壤温度呈显著正相关(R2 =0.82,P＜0.01),而与土壤充水孔隙度(WFPS)无显著相关性.2)24h内,δ15 Nbulk-N2O和δ18O-N2O随着时间呈现先降低后增加的变化趋势,变化范围分别为-31.22‰～-11.09‰和-7.45‰～-0.68‰;SP值随时间呈现先增加后降低的变化趋势,变化范围为16.13‰～26.41‰.N2O各个同位素值随时间的变化表明产生N2O的微生物过程随之变化,但SP值在9:00～17:00较稳定,变化范围为23.26‰～26.21‰,极显著高于其他时刻(P＜0.01),表明硝化作用在这一时间段内对N2O的产生起主导作用.3)扣箱40min后,N2O含量、δ15N-N2O和SP值都达到稳定状态,因此选取40 min作为单次观测N2O含量和同位素变化的密闭时间.4)24 h内N2O通量加权SP值为22.54‰.根据前人总结的规律,本研究中N2O主要由细菌硝化作用产生,且估计60.92％的N2O来自于细菌硝化作用,39.08％的N2O来自于反硝化作用.[结论]华北平原莴苣菜地的N2O通量和同位素值具有较大的日变化,综合N2O通量和同位素值,建议选取9:00作为观测莴苣菜地N2O排放通量和同位素特征值变化规律的时刻,建议静态气体箱密闭时间为40 min.