梁东丽[1]2003年在《黄土性土壤氮素氧化亚氮气态损失及其影响因素的研究》文中指出对氮素的总损失来说，N_2O气态损失是微不足道的，但对整个农业生态系统N_2O排放却是非常重要的。近年来由于对环境问题的关注，世界范围内对有关N_2O的田间测定方法、产生、排放及其影响因子方面做了大量的工作，但对黄土性土壤氮素氧化亚氮气态损失方面至今尚无报道。本研究以田间试验和室内培养试验为基础，将土壤平衡气室法、密闭气室法和乙炔抑制原状土柱法相结合，研究了黄土性土壤N_2O产生的时间、地点以及表面排放量，并对影响反硝化作用和N_2O排放的因子包括水分、氮肥种类、碳氮浓度、长期施肥管理条件等进行了研究。取得的主要研究结果如下： 1．黄土性土壤存在反硝化损失，N_2O排放有着明显的时间和空间变异。表现为丰水年明显高于亏水年；玉米生长季土壤剖面各层N_2O排放量显着高于小麦生长期。不施肥时土壤剖面中不同土层N_2O的变化为60cm≈90cm≈150cm＞30cm＞10cm，施肥后为60cm＞90cm≈150cm＞30cm＞10cm。 2．黄土性土壤小米玉米轮作体系下，较高的N_2O排放量发生在温度较高和水分条件较好时6～8月份和冬季灌溉后的1月份土壤的冻融交替。玉米生长季各个处理N_2O排放量显着高于小麦。各处理间N_2O的年排放量为氮磷钾有机肥处理＞氮磷钾施肥处理＞铵态氮肥处理＞硝态氮肥处理。不施肥条件下黄土性土壤N_2O的年排放量为0.8～1.5kgN_2O-Nhm~(-2)·a~(-1)。 3．黄土性土壤田间N_2O排放量和反硝化损失量都存在显着的空间变异，以测定值较高的反硝化损失量的变异系数高于N_2O排放量，施肥处理显着高于对照。反硝化量的测定结果显着高于N_2O排放量。影响黄土性土壤反硝化的主要因子是作为微生物供应能源和碳源的有机物质，在碳源充足时，土壤硝态氮含量和水分是限制因子。 4．在适宜的氮浓度和水分条件下，黄土性水稻土和旱地农田土壤反硝化强度随碳浓度的增大而上升；在一定的碳浓度和水分条件下，反硝化强度并不随土壤NO_3—N浓度的增加而上升。当亚硝态氮为氮源时，两种土壤反硝化强度均随加入土壤亚硝态氮浓度的增加而增加。 5．黄土性土壤在水分含量为田间持水量的90％和70％的条件下，铵态氮肥N_2O排放量显着高于硝态氮肥处理。土壤水分对施铵态氮肥土壤N_2O的排放量影响不明显，而对施硝态氮肥者，高水分更利于土壤反硝化作用进行，从而增加了土壤N_2O的排放量。 6．在黄土性土壤上，N_2O的变化一般较小，但在降雨或者灌溉后无论是土壤黄土性土坡氮素氧化亚氮气态损失及其影响因素的研究NZO通量或者土壤剖面中NZO的浓度均呈现上升趋势，且这种变化趋势与同时期降雨量的变化趋势相同。在相同的土壤WFPS条件下，土壤由湿变干过程产生的NZO通量高于土壤由干变湿过程中的产生量;在土壤由干变湿过程中NZO通量随土壤WFPS含量的增加而上升;由湿变干过程中土壤NZO通量在WFPS含量为70%时最大，而后随土壤WFPS含量的减少而下降。 7.长期不同的施肥管理条件下，各个处理NZO排放量的变化顺序为氮磷钾高量有机肥>氮磷钾>氮磷钾低量有机肥>氮磷钾加秸秆>氮肥>休闲>对照、撂荒。其反硝化损失量的变化顺序为:氮磷钾高量有机肥>氮磷钾低量有机肥>氮磷钾>氮磷钾加秸秆>氮肥>对照。以高、低量有机肥处理的反硝化损失量最高，且损失量随有机肥施用量的增加而增加。 8.在玉米生长季表面NZO排放量和反硝化总量都在降水后升高，施肥区反硝化损失量达最大，而后随作物对氮素的吸收以及对土壤水分的消耗呈现下降趋势;对照区土壤的反硝化总量随作物生长而呈直线下降。NZ损失也是黄土性土壤氮素损失的重要部分，仅仅测定表面NZO通量并不能真正反映氮素的损失量。土壤温度、水分以及土体中NO3一含量是决定土壤NZO排放和反硝化作用发生的决定因子。在前人研究基础上，本文有以下创新和新见解:1.黄土性土壤存在反硝化损失，NZO排放有着明显的时间和空间变异。与一些研 究的结果不同，60一90cm深层土壤的反硝化是黄土性土壤N20的重要来源.表 面NZO通量的变化以温度较高和水分条件较好时6一8月份和冬季灌溉后土壤的 冻融交替的l月份为最高。2.影响黄土性土壤反硝化的主要因子是作为微生物供应能源和碳源的有机物质， 在碳源充足时，土壤硝态氮含量和水分是限制因子。钱态氮肥NZO排放量显着 高于硝态氮肥处理，表层NZO排放主要来源于土壤硝化作用。3.长期不同的施肥管理条件影响到土壤肥力及其它因素，表现在各个施肥处理 N20排放量和反硝化量有很大差异。但反硝化损失量的测定结果均高于NZO排 放量，NZ损失也是黄土性土壤氮素损失的重要部分，仅仅测定表面NZO通量并 不能真正反映氮素的损失量。
邢力[2]2017年在《水分对氧化亚氮在土壤中的扩散与还原过程的影响》文中认为大气中的氧化亚氮(N_2O)是重要的温室气体之一,农田土壤是大气N_2O主要的排放源。定量分析土壤剖面中N_2O的还原量及扩散量,强化土壤中N_2O向N_2的还原过程并削弱N_2O在土壤剖面中的扩散是减少农田N_2O排放的重要途径。近年来,国内外学者对于农田生态系统中土壤N_2O排放的研究屡见不鲜,然而对于土壤N_2O还原量测定的研究还是较少。本文设计了测定土壤中N_2O扩散与还原过程的实验装置,并定量分析了在不同水分条件下N_2O在土壤表层的扩散与还原过程研究。其中实验一设定四种水分梯度W_1(WFPS30%)、W_2(WFPS50%)、W_3(WFPS60%)、W_4(WFPS80%)。结果表明:在室内温湿度恒定条件下,不同水分设计与N_2O处理之间,N_2O排放通量均呈多峰的日变化趋势且具有随机性;在不加入N_2O处理中,随着水分的增加,N_2O排放通量加大。其中,在设计水分含量较高(WFPS 80%)条件下,N_2O日排放通量最高;在较低(WFPS 30%)水分条件下,土壤的通气状况较好,扩散通量最大;在水分适中(WFPS60%与WFPS 50%)条件下的日排放通量与日扩散通量变化差异不明显。N_2O累积通量结果表明:WFPS 80%N_2O累积排放通量最高,当加入N_2O后,其累积扩散通量最低,这表明在高含水量环境下,土壤通气性是影响N_2O扩散的重要因素;WFPS 60%的N_2O累积排放通量及累积扩散通量均高于WFPS50%和WFPS30%。这表明:水分含量在WFPS 60%时,N_2O在土壤剖面中更易发生扩散与还原过程,且N_2O的累积通量及扩散通量最大。总体而言,N_2O的还原量与土壤水分含量呈线性关系,随水分增加,N_2O还原量增大;其中WFPS 80%水分条件下的还原率达60.79%,WFPS 30%水分条件下的N_2O还原率为44.03%。从化学动力学角度而言,WFPS60%的表观速率最高,进一步说明最适宜排放N_2O的水分条件为WFPS60%。为了进一步研究不同水分条件下土壤氮素对表层N_2O的扩散与还原过程的影响,在实验一基础上重新设计叁组差异明显的水分梯度WFPS30%、WFPS75%和WFPS100%,结果为:土壤微生物生物量测定结果表明不同水分处理条件下,微生物碳氮含量不同,随着水分的增加微生物含碳量大体呈上升趋势;在不同N_2O处理条件下,相同水分之间土壤微生物碳含量大体相近,在WFPS100%水分设计中,土壤中微生碳含量几乎是最高的,然而微生物氮含量在不同处理之间的变化相对较小;土壤中NH4+-N和NO3--N的测定结果表明:在叁种水分处理中WFPS100%水分含量最高,虽在0-10天土壤中硝态氮含量高,反硝化细菌可利用底物进行反硝化作用产生中间产物N_2O,但由于水分缘故,产生的N_2O不易通过土壤孔隙到达土壤表面;培养过程中,氧化还原电位电极和氧电极测定结果表明:WFPS100%环境阻碍了氧气进入土壤及土壤中的扩散,同时土壤呼吸作用消耗大量的氧气使得土壤环境处于低氧环境,低氧环境严重影响土壤硝化细菌的代谢活动,从而影响硝化作用,相对于干旱及湿润环境(WFPS30%WFPS75%)土壤透气性较差,土壤氮源以铵态氮为主。而相较于WFPS100%的淹水环境,WFPS30%和WFPS75%的硝态氮在同化过程中消耗的能量要比铵态氮多;土壤中pH测定结果表明:随着水分的增加,pH值相对增加,并且还可以看出,不加N_2O处理比加入N_2O处理的pH值要高,可能由于加入氧化亚氮后改变了土壤原有的pH条件;土壤中矿质氮含量测定结果表明:不同水分处理条件及不同N_2O处理之间下土壤氮净硝化趋势不同。因而,了解N_2O在土壤中的转化机理及产生过程,从源头上遏制土壤剖面中N_2O产生是减少农田N_2O排放的重要过程。
邱炜红[3]2011年在《菜地土壤温室气体氧化亚氮排放及其控制研究》文中提出氧化亚氮(N2O)是一种重要的温室气体,它既有产生温室效应的作用,又可以破坏臭氧层。现有研究表明农业生态系统是产生N2O的主要来源。目前,关于粮食作物如水稻、小麦等生态系统中N20排放的研究较多,而关于蔬菜生产系统中N2O排放的研究较少,尤其是华中地区尚鲜见报导。因此,本文在总结国内外产生N2O的主要来源及其影响因素的研究基础上,通过室内模拟试验、原状土柱试验和大田试验,以武汉市城郊典型菜地土壤(黄棕壤)为研究对象,以小白菜、辣椒、苋菜、菠菜、萝卜和莴苣为供试蔬菜,深入探讨氮肥施用对武汉城郊菜地土壤N2O排放的影响,揭示菜地系统土壤N2O排放规律及其与环境因子如土壤水分和温度的关系。同时,在新西兰牧草地系统施用硝化抑制剂双氰胺(DCD)显着减少土壤N2O排放的基础上,研究了DCD施用至菜地系统对N2O排放的减排效果,总结提出了武汉城郊菜地控制土壤N2O排放的主要方法和措施,为蔬菜的可持续生产和土壤N2O减排提供了科学依据。主要研究结果如下：1.采用室内培养试验和原状土柱试验研究了不同施氮水平对武汉市城郊区菜地系统土壤N2O排放的影响。室内培养试验结果表明：施氮显着提高土壤N2O排放速率和排放总量。N2O排放随着施氮量的增加而增加,N0、N1和N2处理土壤N2O排放总量分别是0.2、6.41、10.40 mg kg-1土。土柱试验研究结果表明：土壤N2O排放通量、N2O排放总量和N2O排放系数均随着施氮水平的增加而增加,土壤N2O平均年排放总量分别为0.8 kg N ha-1 (N0)、1.68 kg N ha-1 (N1)、5.44 kg N ha-1 (N2)和13.51 kg N ha-1 (N3),各施氮处理土壤N2O排放系数年平均值为0.36%(N1)、0.54%(N2)和1.21%(N3)。此外,高施氮水平(N2和N3)下土壤N2O排放通量与土壤硝态氮含量以和铵态氮含量呈显着线性关系,而在低施氮水平(N1)和未施氮处理时,土壤N2O排放通量与土壤中无机态氮含量之间无显着线性关系。同时,土壤N2O排放总量与不同施氮量间呈显着的指数函数关系。大田试验验证了土柱试验研究结果,其研究结果与土柱试验一致。2.采用原状土柱试验和大田试验研究了种植不同种类蔬菜土壤N20排放的差异。原状土柱试验结果表明：土壤N2O平均日排放量大小排序依次为：苋菜>辣椒>萝卜>小白菜>莴苣>菠菜；除N3处理,同一施氮水平下,连续两年同一时间种植同种蔬菜(辣椒和苋菜)土壤N2O平均日排放量相似。大田试验结果表明种植辣椒期间土壤N2O平均日排放量最大,其排放量范围为2.29～55.40 g ha-1d-1,而种植菠菜期间土壤N2O平均日排放量最小,排放范围为1.43～7.86 g ha-1d-1;土壤N2O平均日排放量大小顺序依次为辣椒>萝卜>小白菜>菠菜。3.采用室内培养试验和原状土柱试验研究了土壤水分对土壤N2O排放的影响。结果表明：土壤水分由WFPS 35%提高至WFPS 85%时,土壤N2O排放总量随着土壤水分的提高而增加,而当土壤水分为WFPS 110%时,土壤N2O排放总量反而下降。N2O排放总量最大是WFPS 85%,最小的是WFPS 35%。排放系数变化范围是0.02～3.11%(N1)和0.02～2.25%(N2)。此外,原状土柱试验结果也表明,土壤N20高排放通量集中在降雨量大的4月份至9月份,占总排放量的77%,且未施氮处理,土壤N2O排放通量与土壤水分呈极显着线性相关关系。4.采用室内培养试验和原状土柱试验研究了土壤温度对N2O排放的影响。室内培养试验结果表明：同一施氮水平下,且当土壤水分变化较小时,土壤N2O日排放变化主要受温度的影响,士壤N2O释放速率随土壤温度的升高而增加,随着温度的降低而减小,在温度最高时达到排放峰。同一施氮水平下,当土壤水分变化较大时,N2O释放速率峰值出现在适宜的水分且温度较高时,说明土壤N2O释放速率受土壤温度和水分共同影响。原状土柱试验结果表明,土壤温度影响N2O排放季节变化规律,表现为N2O高排放通量集中在4月份至9月份,而在温度较低的冬季,各施氮处理N20的排放量都较小(<64.5μg m-2h-1),且当温度低于5℃时,N20排放通量几乎接近于0。未施氮处理下土壤N20排放通量与土壤温度呈极显着线性关系。5.本文采用原状土柱试验研究了种植蔬菜地与裸地N2O排放差异。结果表明,裸地土壤N2O排放量远大于种植蔬菜地土壤,裸地土壤N2O平均排放通量为193μgm-2h-1,种植蔬菜后土壤N2O平均排放通量减少至60μg m-2h-1。同时,低施氮量(T1,500 kg N ha-1)下裸地N2O排放量比高施氮量(T2,750 kg N ha-1)种植蔬菜时大,即2007年10月至2008年9月试验期间,T1处理下裸地总N2O-N排放量为9.54 kg ha-1,而T2处理下总N2O-N排放量仅为4.21 kg ha-1。此外,未种植作物时裸地土壤N2O排放系数远大于种植蔬菜时,T1种植蔬菜时为0.39%,而未种植蔬菜时裸地土壤为1.76%。6.采用原状土柱试验和大田试验研究了氮肥施用对蔬菜产量的影响及其与土壤N2O排放量的关系。试验结果表明蔬菜产量随着氮肥用量的增加先上升再下降,氮肥利用率随着施氮量的增加而降低,氮肥利用率与氮肥用量呈显着的指数函数相关关系。相反,各季蔬菜土壤N2O排放总量却随施氮量的增加而增加。因此说明适宜的氮肥施用量不仅可以保证蔬菜高产量,还会减少土壤N20排放,减轻氮肥施用对环境的影响。7.采用土柱试验研究施用硝化抑制剂双氰胺(DCD)对减少牧草地系统土壤N2O排放的影响。结果表明：施用DCD在夏季和冬季均显着减少土壤N2O排放。夏季N2O排放总量为7.8 kg N2O-N ha-1(氮肥施用量：1000 kg N ha-1),而冬季比夏季排放量高为12.3kg N2O-N ha-1。而当施入DCD后,夏季N2O排放总量则减少至4.8kg N2O-N ha-1,冬季则减少至3.9 kg N2O-N ha-1,相当于DCD减少了40%(夏季)和69%(冬季)N2O排放。因此说明,新西兰牧草地系统中N2O在冬季的排放远高于夏季排放,同时,DCD在冬季的减排效果也远高于夏季。8.采用原状土柱试验研究施用硝化抑制剂DCD对菜地土壤N2O排放的影响。结果表明：施用DCD显着降低菜地系统土壤N2O排放通量和N2O排放总量,施氮处理下施用DCD减少了49.33%(小白菜)和50.9%(辣椒)的土壤N2O排放；未施氮处理时,土壤N2O排放总量较低,但施用DCD依然减少了33.5%(小白菜)和33.4%(辣椒)N2O排放。同时,DCD降低了土壤N2O排放系数,小白菜未施用DCD时土壤N2O排放系数(EF)为0.15%,施DCD时则减少到0.07%,辣椒未施用DCD时土壤N2O排放系数为0.99%,施入DCD则减少到0.52%。由此说明,DCD是减少土壤N2O排放的一项有效措施。
参考文献：
[1]. 黄土性土壤氮素氧化亚氮气态损失及其影响因素的研究[D]. 梁东丽. 西北农林科技大学. 2003
[2]. 水分对氧化亚氮在土壤中的扩散与还原过程的影响[D]. 邢力. 山西师范大学. 2017
[3]. 菜地土壤温室气体氧化亚氮排放及其控制研究[D]. 邱炜红. 华中农业大学. 2011