氮素调控措施对亚热带土壤氮转化过程的影响

发布时间：2020-10-17 09:14

　　 亚热带地区土壤氮转化的特点因土壤性质差异而各不相同,与土壤pH的关系尤其密切。发育良好的亚热带地带性土壤,土壤性质与其所处的自然环境相一致,通常呈酸性,具有较强的土壤氮素保持能力。相反,非地带性亚热带土壤如中和碱性的紫色土,则具有较高的硝化速率,土壤以硝态氮为主导,易遭受淋溶和径流损失。本研究以江西(JX,pH 5.26)和四川(SC,pH 7.62)两种典型亚热带地带性和非地带性土壤为研究对象,通过室内培养和盆栽试验,研究了不同措施对亚热带地带性和非地带性土壤氮转化过程、N20排放和氮肥利用率的影响及其作用机理。通过15N示踪试验结合模型数值优化分析方法,研究了硝化抑制剂三氯甲基吡啶、水稻秸秆及其生物炭在添加的初始阶段(24 h)对亚热带土壤氮素形态变化的影响。结果表明,添加水稻秸秆可影响NH4+和NO3-产生与消耗所涉及的所有过程,显著降低地带性土壤(JX)和非地带性土壤(SC)的净矿化和硝化速率。三氯甲基吡啶通过影响不同氮转化过程降低两种土壤的净硝化速率。在SC土壤中,三氯甲基吡啶通过抑制初级自养硝化过程而降低净硝化速率,而在JX土壤中,初级自养硝化速率可忽略,三氯甲基吡啶通过刺激异化还原为铵(DNRA)过程的速率,从而降低净硝化速率。生物炭可显著促进两种土壤的初级矿化、NH4+同化、自养硝化以及DNRA速率,但是对土壤净矿化和净硝化速率均无显著影响。调控措施对氮转化的调控效果与土壤氮转化特点密切相关,在选择合适的调控管理措施时,应予以考虑。为进一步验证秸秆对土壤氮转化过程的影响,通过15N示踪试验,对比研究了苜蓿、水稻秸秆和甘蔗渣3种秸秆在分解的不同阶段(12 h、3个月和6个月)对JX和SC 土壤氮转化过程的影响。结果表明,在分解培养12 h时,3种秸秆均可刺激两种土壤的初级矿化速率,但降低了其净矿化速率,并且影响程度随秸秆性质不同而不同,其中水稻秸秆的作用效果最强。秸秆通过抑制初级自养硝化速率及刺激NO3-同化速率而降低了 SC土壤的净硝化速率,尤其是添加水稻秸秆,作用最为强烈(添加12 h时净硝化速率由对照组的16.72 mg N kg-1 d-1降为-29.42 mg N kg-1 d-1)。然而,秸秆并未改变JX 土壤的初级自养硝化速率。秸秆的作用效果在6个月时几乎消失,但甘蔗渣则表现出最为持久的效果。结果表明,秸秆对氮转化过程的影响,及其影响的时间模式,均与土壤性质及秸秆性质有关。通过室内培养试验,研究了添加硝化抑制剂(三氯甲基吡啶)、秸秆和生物炭对JX和SC两种土壤N20排放的影响。结果表明,在添加的初期阶段,三氯甲基吡啶可显著降低两种土壤N2O的排放,尤其是SC 土壤,抑制程度可达62%。生物炭的添加可显著增加JX 土壤的N2O排放,但在SC 土壤中虽有升高却不显著。添加秸秆对土壤N20排放的影响与秸秆类型与性质、土壤质地和理化性质、以及添加的时长有关。短时条件内,苜蓿和水稻秸秆可显著增加SC 土壤N2O排放,而添加甘蔗渣后虽有增加但不显著;JX 土壤中添加水稻秸秆可显著刺激N2O排放,但苜蓿和甘蔗渣则显著降低其排放。添加秸秆较长时间后,苜蓿和水稻秸秆对土壤N2O排放的影响程度下降,而甘蔗渣在6个月后仍能显著降低SC 土壤N20的排放。研究表明,在对土壤进行调控时,若以减少N20排放为目的,应当根据土壤类型和性质选择合适的措施。采用盆栽试验,研究了施肥、施肥并添加三氯甲基吡啶、水稻秸秆和甘蔗渣对碱性紫色土玉米生长和氮肥利用的影响。结果表明,添加秸秆在玉米生长的初期阶段可导致土壤无机氮被微生物同化,使得玉米初期长势极弱,虽在后期因秸秆分解供氮而有所缓解,但因前期营养受限,氮肥利用率仍然最低。三氯甲基吡啶的添加对紫色土中玉米的氮肥利用率也并无积极作用。综上,在需要采取调控措施对土壤氮转化过程进行调控时,应当根据不同土壤性质和氮转化特点,以及需要达到的调控目的,选择合适的调控管理手段,实现对土壤氮转化过程的定向调控。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S153
【部分图文】：

中则有１．９３￣２．３７?ｍｇＮ?ｋｇ＿１的含量来源于小麦結秆。??忽略不同无机氮浓度的土壤的氮损失，植物残体对土壤无机氮的直接影响如??图１．３所示。当植物残体返还于土壤中，植物残体氮的矿化有利于土壤无机氮库，??其贡献程度取决于植物残体的品质。尽管有许多关于植物残体对土壤有机氮矿化??影响的研究，但研究结果并未达成一致。然而，由植物残体所导致的氮素非生物??固定能够降低土壤易矿化有机氮的浓度。由于外加的无机氮能够转化成为微生物??氮，因而植物残体可增加微生物残体氮以及随后的再矿化速率。但是，植物残体??对无机氮直接转化为土壤有机氮的影响仍未可知。??肥料??无机氮??体氮．主〒魅死亡隱??土壤?卩生物转化??有机氮；或其他涂径??图１．３植物残体对土壤无机氮的直接影响机制（Ｃｌｉｅｎｔｃｚ／．，２０１４）??Ｆｉｇ?１．３?Ｔｈｅ?ｄｉｒｅｃｔ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｏｆ?ｃｒｏｐ?ｒｅｓｉｄｕｅｓ?ｏｎ?ｓｏｉｌ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?（Ｃｈｅｎ?ｅｔ??ａ／．，?２０１４）??１１??

??当加入ＮＨ４１５Ｎ０３处理，ＮＨ４＋库１５Ｎ丰度的升高表明Ｎ０３－被还原为ＮＨ４＋（图２．４Ｇ），??与此同时，ｎｏ３＿库１５Ｎ丰度的下降表明自然丰度或低丰度的Ｎ０３？进入了该氮库??（图２．４Ｈ）。然而，ＪＸ?土壤中无机氮中１５Ｎ丰度的变化（图２．４Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ）??并不明显（除ＮＳ处理以外），并且变化率低于ＳＣ?土壤。??入?垂?Ｂ??５０?－老?＾?＾?４０?■?■??？??．．．．．．．ｒｒｒｒ＾ｒｒｒｒｒｐ??＿Ｊ°?？?３０．??％３０?ｔ??三?＝２０??ｆ?—?■＇５＾〇３?ｇ?１〇．??１０???□?ｎｈ４，５ｎｏ３??〇?１???１???１???１?１???１??〇?１?■?＇???＊???１?＊?１???＇????＼?ｃ?Ｄ??５０?■?——，???ｆ?４０?■?■?Ｔ??４０－???§?＾＾??产?３０－??Ｔ??－＾３０?ｔ??Ｉ?＾?２０－??＝?ｚ??２！〇．?１０??Ｑ??■?ｉ?．?ｉ??ｉ?■?ｉ??ｉ?．?〇?ｉ?ｉ?■?；?．?ｔ?，?ｉ?．?ｉ?．?（?

??和ＮＢ处理下可忽略不计（图２．６ＣｈＳＣ?土壤的初级Ｎ０３－同化速率高于ＪＸ?土壤。??ＳＣ?土壤的初级?Ｎ０３－同化速率为?ＣＫ?（２．５５?ｍｇ?ｋｇ－１?ｄ－１）?＜?ＮＢ?（５．２７?ｍｇ?ｋｇ－１?ｄ－１）?＜?ＮＣ??（７．４２?ｍｇ?ｋｇ－１?ｄ－１）?＜ＮＳ?（５５．８１?ｍｇ?ｋｇ－１?ｄ－１），并且四者间差异显著（ｐ＜０．０５）（图?２．６Ｃ）。??ＪＸ?土壤ＣＫ处理的ＤＮＲＡ速率可被忽略，然而ＮＣ、ＮＳ和ＮＢ处理分别为０．７８，??１．１０?和?Ｏｊｌｍｇｋｇ－Ｍ－１，均显著高于?ＣＫ?（ｐ＜０．０５）（图?２．６Ｆ）。在?ＳＣ?土壤的?ＮＳ??和ＮＢ处理中
【参考文献】

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本文编号：2844586