论文部分内容阅读
[目的]氧化亚氮(N2O)是一种重要的温室气体,它不仅参与各种光化学反应,破坏臭氧层,使地表辐射增加;同时也会产生温室效应引起全球气候变暖,因此备受国内外学者关注。研究不同灌溉水盐度和施氮量处理下硝化/反硝化作用对N2O排放的相对贡献,探讨咸水滴灌棉田土壤N2O排放规律及其影响因素,揭示硝化/反硝化微生物与N2O排放之间的内在联系,为干旱区滴灌农田水氮管理及减少N2O排放提供科学依据。[方法]本研究由田间定位试验和室内培养试验两部分组成。田间定位试验于2014-2015年进行,试验设置灌溉水盐度和施氮量两个因素,其中灌溉水盐度(电导率,EC)设置三个水平:0.35、4.61、8.04 d S m-1(分别用FW、BW和SW表示);施氮量设0、360 kg N hm-2两个水平(分别用N0和N360表示)。田间定位试验主要研究咸水滴灌棉田土壤N2O排放规律及其影响因素,硝化/反硝化菌丰度及酶活性等。室内培养试验于2014年进行,设置灌溉水盐度和氮肥处理两个因素。其中,灌溉水盐度与田间试验相同;氮肥处理包括:不施氮(CK)、15NH4NO3处理、NH415NO3处理。室内培养试验主要探讨不同灌溉水盐度和氮肥处理下硝化/反硝化作用对N2O排放的相对贡献。[主要结果](1)室内培养试验结果表明:在15天的培养期间,前4天土壤铵态氮和硝态氮变化幅度较大,铵态氮降低,硝态氮增加;4天后铵态氮和硝态氮的变化均较为平缓。各处理的土壤N2O排放通量在培养后第9天达到最大,且随着灌溉水盐度的增加而增加,表现为微咸水、咸水>淡水。好气培养条件下,土壤中的硝化与反硝化作用同时发生,但硝化作用对N2O排放的相对贡献率随灌溉水盐度的增加呈降低趋势,而反硝化作用对N2O排放的相对贡献率则呈增加趋势。(2)随灌溉水盐度的增加,土壤含水量、土壤盐分、铵态氮含量显著增加;有机质、全氮、硝态氮和速效磷含量以及p H值显著降低。施用氮肥可增加土壤无机氮、全氮及有机质含量。(3)一个灌水施肥周期内(6天),灌溉施肥显著促进土壤N2O排放,N2O在灌水施肥后的前3天有较高的排放量:不施氮处理下,第1、2、3天的N2O排放量分别占灌水施肥周期内总排放量的13.5%23.2%、19.8%29.8%和16.4%20.3%;施氮后则分别占19.5%26.3%、42.0%48.6%和10.1%21.6%。整个观测期间,土壤N2O累积排放量在0.130.41 kg hm-2之间,施氮后土壤N2O累积排放量较不施氮处理增加173%。灌溉水盐度显著影响土壤N2O排放通量和累积排放量,在不施氮条件下,土壤N2O排放通量和累积排放量表现为:咸水>微咸水>淡水;施氮后表现为:微咸水>咸水>淡水。(4)相关性结果表明,N2O排放通量与土壤含水量、铵态氮、硝态氮以及速效磷含量呈显著正相关关系,与土壤p H、土壤盐分及速效钾含量无明显相关性。(5)施用氮肥可显著增加土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、硝化/反硝化酶活性、氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)以及nir K和nir S型反硝化细菌丰度。但是随着灌溉水盐度的增加,土壤MBC、MBN、硝化/反硝化酶活性以及nir K和nir S型反硝化细菌丰度均显著降低。AOA和AOB丰度受灌溉水盐度与施氮量的交互作用影响显著。在不施氮条件下,AOA和AOB丰度随灌溉水盐度的增加而增加;施用氮肥后,微咸水灌溉处理的AOA丰度最高,淡水灌溉处理的AOA丰度最低,AOB丰度则随着灌溉水盐度的增加而降低。(6)土壤盐分与MBC、MBN、羟胺还原酶(HYR)、亚硝酸还原酶(NIR)、硝酸还原酶(NR)以及nir K和nir S型反硝化细菌丰度呈显著负相关。N2O排放通量与土壤MBN、HYR、NR、AOA、AOB以及nir K和nir S型反硝化细菌丰度呈显著正相关。[结论]长期咸水灌溉改变了土壤理化性质,显著促进棉田土壤N2O排放。咸水微咸水灌溉后AOA丰度显著增加,nir K和nir S型反硝化细菌丰度显著降低。土壤N2O排放与AOA、AOB以及nir K和nir S型反硝化细菌丰度呈显著正相关关系,说明咸水滴灌棉田土壤N2O是由硝化和反硝化作用共同产生的。但咸水灌溉增加反硝化作用对N2O排放的相对贡献率,降低硝化作用对N2O排放的相对贡献率。