| 题名 | 土壤氧化亚氮产生机理及影响因子的研究 |
| 作者 | 朱霞 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 吴宁 ; William R Horwath |
| 关键词 | (Nh4)2so4 Kno3 铁 田间持水量 偏最小二乘法 硝化过程 尿素 15n 18o 农田土壤 Feammox |
| 学位专业 | 植物学 |
| 英文摘要 | 大气中N2O浓度持续增长是目前全球关注的焦点问题。土壤N2O产生有多条途径，但是这些途径之间的相对重要性及其与氮肥来源，有机堆肥管理措施和土壤中氧气状况之间的相关性目前尚不清楚。农业上常见的管理措施如施用有机堆肥、氮肥和灌溉能够显著地影响农田土壤N2O排放。为了进一步全面的阐明这些管理措施在不同土壤类型上影响N2O产生排放的机理，我们采集了十种不同类型的农田土壤，进行室内培养实验。研究工作的主要结果如下：1、农田管理措施如施用有机堆肥避免在土壤无机氮本底值含量很低的土壤上进行，并避免在田间水分含量很高时结合施用铵态氮肥，可减少农田土壤N2O排放。铁在农田土壤N2O产生过程中具有重要作用，是调控土壤N2O产生的重要因子。 研究不同水分条件（50%、100%田间持水量）下施用有机堆肥与氮肥[((NH4)2SO4 and KNO3)对十种不同类型的农田土壤N2O排放的影响。经过15天室内培养后，结果表明有机堆肥、氮肥与水分处理对土壤总N2O排放量无显著交互作用影响，但是处理与不同土壤类型间交互作用显著。在100%田间持水量条件下，施用(NH4)2SO4肥所产生的N2O量是施用KNO3肥所产生的3-44倍。这表明了在氧气不足的条件下，氨氧化过程是N2O产生的主要途径。N2O排放总量的统计分析过程表明氮素形态而不是氮总量对N2O产生量具有更强的影响力。施用有机堆肥只促进了土壤无机氮本底值低于6 μg g-1的土壤N2O排放量。与此同时，施用有机堆肥增加了土壤pH值和DOC含量，降低了土壤无机氮含量。由偏小二乘法统计分析结果表明，影响土壤N2O排放的最重要的五个因素分别为土壤铁本底值（OFe）>处理改变的pH值（?pH）>土壤无机氮本底值OIN>处理改变的DOC值(?DOC)>土壤可溶性碳本底值（ODOC）。值得一提的是，铁对N2O的贡献值远远高于其他土壤性状如pH、DOC和土壤质地, 暗示了以后的研究更应关注铁在N2O产生过程中的作用。2、低氧条件下氨氧化过程与硝化细菌反硝化过程是土壤N2O和NO产生的主要途径。 研究氮肥与氧气条件对N2O产生途径的影响是制定相应的农田土壤减排措施的关键科学依据。本文对在不同氧气浓度条件(21, 3, 1, 0.5, 0%) 下施用不同形态氮肥（尿素， ((NH4)2SO4）对三种农田土壤（壤土，粘壤土和砂壤土）N2O和NO产生途径进行了研究。利用乙炔抑制法 （0.01%v/v）区分氨氧化过程产生的N2O、NO和反硝化细菌反硝化过程产生的N2O、NO。为了进一步区分在氨氧化过程中的硝化细菌硝化过程、硝化细菌反硝化过程以及硝化过程协同反硝化过程产生的N2O，我们使用双同位素（15N,18O）标记法进行研究。研究结果表明，当氧气浓度从21%降低到0.5%时，壤土、粘壤土和沙壤土中氨氧化过程产生的N2O分别增加了5、327和22倍，但是反硝化细菌反硝化过程产生的N2O无显著增加。与此同时，硝化速率降低，而生成每单位NO3-所产生的N2O量显著增加。在0%氧气条件下，反硝化细菌反硝化过程是N2O和NO产生的唯一途径，与0.5%氧气浓度条件相比，N2O增加了7-20倍。土壤施用尿素后所产生的N2O显著高于施加 (NH4)2SO4 。本研究结果表明维持土壤通气性的农田管理措施如通过减少耕作和施加有机肥来增强土壤结构等，应该在农田推广使用从而达到减少农业生态系统中N2O和NO的排放量。3、不同土壤中铁还原细菌种类不同，因此不同碳源对厌氧条件下N2O或者N2产生的另一新途径——铵氧化协同铁还原这一过程的影响各异。 厌氧条件下铵氧化协同铁还原过程被称为Feammox。本研究利用同位素标记法进行室内培养研究了该过程在季节性淹水土壤（peat、Biggs）上的发生过程以及影响因子。结果表明，铵态氮浓度与碳源对三价铁还原过程具有显著影响。在Biggs土壤中，高浓度铵态氮抑制了土壤铁还原细菌的活性。与此同时，无机碳处理中的土壤三价铁减少速率高于有机碳处理，表明在该种土壤中铁还原细菌属自养型细菌。但是，在peat土壤中，铵态氮浓度对土壤铁还原过程无显著影响。由于有机碳处理中二价铁含量显著高于无机碳处理，表明在peat土壤中铁还原细菌属异养型细菌。无15N标记的N2在气体中被检测到，这是因为N2从Feammox过程产生后，随即被氮固氮细菌利用固定。本研究表明，关于铁在N2O产生途径中的作用地位，以及富铁淹水型生态系统中铁、碳源与N2O产生途径三者之间的关系需要更进一步的探索研究。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 生态研究 |
| 产权排序 | 1 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.75.237.14/handle/351003/28743]  |
| 专题 | 成都生物研究所_生态研究 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱霞. 土壤氧化亚氮产生机理及影响因子的研究[D]. 中国科学院大学. 2013. |
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