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《中国农业科学院》 2018年
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菜地N_2O排放溯源及同位素特征值分析

张薇  
【摘要】:农业系统产生的氧化亚氮(N2O)是造成全球温室效应持续恶化的重要原因之一。蔬菜种植因水肥投入大而肥料利用率低,更加剧了其排放和对环境的破坏作用,明确N2O来源和发生规律是制定农业减排措施的首要前提。但目前对蔬菜生产过程中N2O排放及溯源研究不够深入,对由微生物驱动的氮素转化过程受何种因素的影响不甚清楚。因此,本试验以北京顺义潮土地区白菜露地土壤为研究对象,采用室内土壤培养方法,利用气体抑制法和稳定同位素技术,探讨铵态氮不同肥力水平条件下土壤在高含水量(700%water-filled pore space,WFPS)条件下对N2O生成、同位素特征值[δ15Nbulk,δ180和位嗜值SP(N2O分子结构中同位素15N分布不对称造成的δ15N值差异)]的影响,以及不同微生物作用来源的N2O对总量的贡献;并通过比较两种方法得出的结果,分析稳定同位素技术在N2O溯源工作中的可用性和准确性。主要结果如下:1.高土壤水分含量下,各抑制气体处理在培养期内日平均N2O排放量,除高浓度乙炔处理,高肥处理显著高于低肥处理(P0.05),说明施氮量增加能促进N2O更多排放;2.两种铵肥水平条件下,自养硝化作用均是N2O产生的主要途径,随着施氮量增加,硝化细菌反硝化途径作用随之增强,后期反硝化作用增加明显,但由于生成的N2O总量降低,因此在全培养期中贡献较小;3.培养过程中各处理均呈现出土壤铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加的态势,并且铵态氮出现峰值时间,硝态氮快速增长时间均为高肥处理比低肥处理延后1天;4.低肥水平N2O还原为N2的能力强于高肥处理,证明少肥措施有利于减少N2O排放;5.同位素特征值δ15Nbulk和δ18O并不能很好的辨别N2O产生的各种微生物途径,尤其是在施用铵态氮肥的土壤中。同位素位嗜值SP不仅能较好的分辨各种N2O来源,在此基础上进行的模型推算也准确的反映了各来源所生成的N2O在总量中的贡献率;6.同位素特征值组合δ15N/SP和δ18O/SP可以有效的指示反硝化反应和N2O还原过程,而在其他文献中报道的可以指示反硝化反应的δ18O/δ15Nα参数,没能在本研究中得到有效论证。这些研究结果将明确肥水作用下,由微生物介导的菜地土壤N2O生成及来源情况,为制定合理农艺措施,减少环境中温室气体排放提供理论依据;同时评价了稳定同位素新技术在N2O溯源工作中的可靠性和重要性,为其提供了一手数据。今后工作将进一步收集N2O排放过程中的各同位素特征值,建立数据库,修正校正方法,以满足各种生态环境下对N2O来源追踪;并结合分子生态技术,如功能基因高通量测序技术,以解析功能微生物在N2O各产生途径中发挥的群体效应和应对环境条件变化的响应机制,深层次解析农田土壤N2O发生机理及土壤氮素转化过程。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S154.1

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