农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

氮输入对纳帕海沼泽湿地土壤氨挥发和反硝化的影响

选取纳帕海常见湿地植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）]及其生长土壤为对象,通过培养实验,研究了3个不同氮输入水平[0g-m^2（对照,NO）、20g-m^2（N20）、40g-m^2。（N40）]对茭草和水葱湿地土壤氨挥发和反硝化的影响。结果表明：氮输入促进了茭草和水葱湿地土壤氨挥发化作用,增加了湿地土壤氨挥发的累积量。适量的氮输入对湿地土壤氨挥发促进显著。在培养前期适量氮输入下的氨挥发积累量高于高水平氮输入的,随着培养时间的延长,后期适量氮输入下的积累量明显下降;而高水半氮输入处理下氨挥发积累量的明显增加,适量氮输入下茭草氨挥发积累大于水葱。氮输入增强了菱草和水葱湿地土壤反硝化作用,加快了反硝化N2O的排放。适量的氮输入促进茭草反硝化作用和反硝化损失量增加明显,培养的前期的适量氮输入处理下的反硝化作用和反硝化N2O的排放增强不明显,随着培养时间的延长,高水平氮输入处理下的反硝化损失量越明显,并且水葱较茭草更为明显。后期适量氮输入下的反硝化损失速率和反硝化损失量高于高水平氮输入,适量氮输入较高水平氮输人促进明显,高水平的氮输入限制了反硝化损失,反硝化N2O的排放总量下降,土壤中氮富集增大。     

土壤反硝化田间原位测定方法的研究进展

土壤中的反硝化作用由于直接影响到肥料氮的利用率和环境问题，仍然是氮素研究领域的热点和难点之一，而反硝化作用研究的进展在很大程度上依赖与土壤反硝化的田间测定方法的建立。文章就目前反硝化研究领域常用的15N平衡差值法、15N示踪气体通量法、乙炔抑制气室法、乙炔抑制土柱法的原理、气体样的采集、测定和计算作了综述，以期为土壤反硝化的研究提供依据。     

基于变化阶段特点的亚热带红壤硝化模式及其影响因素分析

在土壤最大持水量60%和温度30℃的实验室培养条件下,对采自江西的15个第三纪红砂岩母质发育的自然土壤（灌丛和林地）和农业利用土壤（茶园、旱地和水稻）进行了56 d实验室培养,研究了土壤NO3--N含量随时间的变化过程及阶段特点。结果显示,发生净硝化作用的14个土样NO3--N质量分数随时间的变化表现＂J＂型增长和＂S＂型增长2种模式。＂J＂型增长模式的6个土样,67%为自然土壤,其NO3--N质量分数增长具有15~35 d的延滞期,符合指数方程N=N0e kt（P〈0.001）,N0值与有效磷质量分数呈显著的指数关系（P〈0.05）。＂S＂型增长模式的8个土样,88%为农业利用土壤,NO3--N累积无明显延滞期,符合Logistic修正模型N=Np/（1＋e2.e-rt）（延滞期td=0,P〈0.001）,由模型获得的土样最大硝化速率vm与土壤全氮质量分数和全碳质量分数具有极显著的正相关关系（P〈0.001）,达到最大硝化速率所需的时间tm与风干土的NO3--N质量分数呈显著正相关（P〈0.05）。上述结果表明,农业利用措施,特别旱作种植可消除亚热带土壤硝化作用的延滞期,从而使铵态氮肥施入土壤后快速转化成为硝态氮,增大硝态氮淋失的风险。     

热带亚热带土壤氮素反硝化研究进展

热带亚热带独特的土壤性质可能使得反硝化机理有别于温带土壤.文章综述了热带亚热带地区土壤氮素生物反硝化的研究进展,试图更好地了解该地区土壤反硝化在全球氮（N）循环以及在全球环境变化和生态系统响应互作中的角色.热带亚热带土壤反硝化强度普遍较温带地区弱,且随着土地利用方式和耕作管理措施的不同而呈现较大的时空变异性.影响土壤水分状况和土壤碳（C）、N 转化特性和速率的因素即为区域和农田尺度上的反硝化影响因素.湿润型热带亚热带土壤由于含有丰富的氧化物而致使土壤氧化还原势较高,这也是导致该地区土壤反硝化势较温带地区较低的关键土壤因素之-.然而土壤pH 值不是该地区土壤反硝化势较低的主要限制因素.有机C 矿化过程较土壤全氮含量和土壤C/N 比在决定湿润型亚热带土壤反硝化势方面更为重要.愈来愈多的证据表明热带亚热带土壤反硝化的生态环境效应不同于温带地区,热带亚热带地区土壤反硝化对全球变暖的贡献应综合考虑其对其它温室气体（如CH4,CO2）排放和氮沉降的影响.热带亚热带土壤生态系统具有-些防止土壤氮素反硝化损失的机制和保氮策略.然而,热带亚热带生态系统对全球变化的响应机制及其生物地球化学调控机制仍然不清楚,这些研究对于反硝化和其它同时发生的氮转化过程模型的精确构建至关重要.     

填埋场渗滤液灌溉对粘壤土N2O释放的影响

以生活垃圾填埋场渗滤液和粘壤土为实验材料,研究了不同的渗滤液灌溉量、灌溉后土壤中矿物氮含量和反硝化酶活性对粘壤土N2O释放的影响.结果表明:渗滤液灌溉可促进土壤中N2O的释放,投加渗滤液的土壤样品N2O的释放通量是投加(NH4)2SO4溶液的2-3倍.粘壤土含水率为25%并且保持氧含量的条件下,渗滤液灌溉土壤后,土壤中N2O主要在硝化过程中产生.相关性统计分析表明:N2O释放通量与NO-2和渗滤液灌溉量呈显著正相关(分别为r=0.928,p＜0.001;r=0.425,P<0.05),而与土壤中NO-3和反硝化酶活性无显著相关性.     

不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响

采用田间试验研究不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响。结果表明,N2O释放量随着耕层土壤硝态氮含量增加而上升。不同施肥处理对N2O排放量影响不同,低氮处理(N1)排放量(整个玉米生育期按185d计算)为1.18kg·hm-2,高氮处理(N2)为2.39kg·hm-2。随着施氮量的增加,反硝化作用加强,N2O排放量上升,以N2O形式损失加剧。相同施氮水平条件下,随着有机肥施入量的增加土壤N2O排放量上升,其中以高氮高有机肥处理(M2N2)N2O排放量最高,达到了7.05kg·hm-2,占所投入氮肥的2.34%。相同氮素供应水平条件下增施磷、钾肥,也会增加N2O排放量。整个玉米生育时期通过N2O排放损失的肥料占投入氮肥比例为0.99%～2.46%。     

氨氮废水的厌氧氨氧化生物脱氮研究

利用从厌氧污泥中筛选和驯化的厌氧氨氧化（Anammox）菌直接启动UASB反应器,通过缩短水力停留时间（HRT）提高系统运行负荷,探讨水力停留时间对模拟废水脱氮性能的影响。结果表明,（1）富含Anammox菌的颗粒污泥能够快速启动反应器（只需14d）。（2）连续91d的HRT测试期间,系统具有良好的脱氮性能,且随着HRT的缩短,系统的脱氮效率具有波动上升的特点。NH4＋-N、NO2--N和TN（总氮）的平均去除率超过70.0%。（3）系统总氮容积负荷（TNLR）和总氮去除负荷（TNRR）最大值（以N计）分别为2.04kg·m-3·d-1和1.56kg·m-3·d-1。（4）系统能够比较好的遵循Anammox生物脱氮的理论途径：NH4＋-N、NO2--N的去除速率与NO3--N的生成速率的比例为1？1.15？0.22,与其相应理论值（1？1.32？0.26）非常接近。     

不同水分管理模式下水稻土氮素形态转化与N2O释放的关系

在实验室培养条件下,对稻田土壤在4种水分管理模式下施用尿素后N素形态转化和N2O的释放情况进行测定。结果表明,N2O的释放峰值与NH4+-N浓度峰值同时出现,即尿素迅速水解为NH4+-N的同时N2O就大量释放。且不同水分管理模式都迅速达到N2O释放的高峰,但不同模式的峰值存在明显差异,其顺序为:干湿交替>临界饱和水>淹水管理>旱作管理。研究结果还表明,NO2--N浓度在第7天达到峰值时并没有出现相应的N2O释放峰,这可能与土壤的较高pH有关。60%WFPS处理以及干湿交替培养的落干期NO3--N浓度会持续增加,并随着NO3--N浓度峰值的出现,N2O的释放也出现一个峰值。     

秸秆与氮肥配施对辽西旱区土壤酶活性与土壤养分的影响

通过田间试验研究了玉米（Zea mays L.）秸秆与氮肥配施对耕层土壤酶活性及土壤养分的影响。试验设4个秸秆还田量水平,2个施氮量水平。结果表明：在秸秆配施氮肥条件下,耕层土壤中性磷酸酶、脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性以及有机质和全氮质量分数均表现为随着玉米秸秆还田量的增加而提高,而硝态氮（3NO-N）和铵态氮（＋4NH-N）质量分数则表现为随着玉米秸秆还田量的增加而减少,4种土壤酶活性与土壤有机质和全氮质量分数均呈显著正相关,与土壤硝态氮和铵态氮质量分数则呈显著负相关。玉米秸秆还田量9 000 kg.hm-2配施氮肥量420 kg.hm-2是辽西风沙半干旱区效果较好的技术措施。     

白洋淀水陆交错带N20还原酶基因（nosE）与反硝化活性的垂直分布研究

为深入剖析水陆交错带N2O释放热区的机理,选择白洋淀一处典型水陆交错带为研究对象。通过对其纵剖面（0～80cm）分层土壤样品的理化指标、反硝化速率（DNR）、N2O产生速率及N2O还原酶基因（NosZ）丰度和多样性的分析发现,在水陆交错带陆域纵剖面中,表层土壤（0～10cm）的反硝化速率（DNR）和N2O产生速率均最高,分别为65．8和9．41nmol·g^-1·h^-1（以N及dw计）;表层（0～10cm）和亚表层（10～20cm）土壤的nosZ基因丰度最高（分别为1．00×10^10genecopies·g^-1dw和9．23×10^9genecopies·g^-1dw）且没有显著性差异（p〈0．05）。生物多样性指数表明,表层土壤的nosZ基因生物多样性高于底层;在系统发育树中,表层和底层土壤的nosZ基因序列并没有明显的界限。Pearson相关性分析表明,在典型水陆交错带陆域纵剖面中,nosZ基因丰度与N2O／N2O＋N2）呈负相关关系（r=0．766,p〈0．05）,表明在水陆交错带区域nosZ基因丰度是N2O转化的指示指标。     

双氰胺在四川3种主要土壤上的硝化抑制作用

采用室内培养试验方法,在不同浓度双氰胺(DCD)处理条件下,对四川3种主要土壤(紫色土、黄壤、灰潮土)的N2O释放量,NH4+-N及NO3--N含量动态变化进行了研究.结果表明,DCD对3种土壤N2O释放及土壤NO3--N含量有明显抑制作用,随DCD浓度增加,其抑制效果越显著.DCD同时能推迟NO3--N含量达到高峰,使土壤NH4+-N含量在较长时间保持相对较高水平,提高氮肥利用率,减少氮素流失.DCD在3种土壤上硝化抑制效果存在差异,表现为紫色土＞灰潮土＞黄壤.同时提出DCD在3种土壤上的适宜添加量,紫色土上为普通碳铵施入量的0.5%,黄壤和灰潮土上为0.3%.     

碳源与底物对不同层次土壤产生N2O能力的影响

底层土壤的反硝化作用是土壤排放N_2O的重要来源,同时也是影响浅层地下水硝酸盐含量的重要因素.通过一系列室内培养试验.研究了一种农用土壤不同土层在碳源和NO_3含量不同情况下产生N_2O的能力。结果表明,试验用土壤的不同土层均具有进行反硝化作用产生N_2O的能力.底层土壤产生N_2O的能力大于根区土壤:单独添加葡萄糖、NO_3或同时添加葡萄糖和NO_3.对土壤N_2O和CO_2释放的影响与土壤层次和观测时间有关;向土壤添加葡萄糖和NO_3,各个土层释放N_2O的能力均显著提高;从产生N_2O和CO_2能力的角度而言,不同层次土壤的微生物区系间存在较大差异。采用短期(24h之内)饱和泥浆好气培养法,可以区分土壤微生物区系在产生N_2O方面的差异。     

种植蔬菜地与裸地氧化亚氮排放差异比较研究

采用大型原状土柱试验研究了种植蔬菜地与未种植蔬菜裸地土壤氧化亚氮（N2O）排放的差异。试验结果表明,施肥但未种植蔬菜的裸地土壤N2O排放量远大于种植蔬菜地的土壤N2O排放量,裸地土壤N2O平均排放通量为193μg.m-2.h-1,而种植蔬菜后土壤N2O平均排放通量减少至60μg.m-2.h-1;相应地,裸地的N2O排放总量也要远高于种植蔬菜地的N2O排放总量。同时,低施氮量（N1,500 kg.hm-2）下裸地的N2O排放量要比高施氮量（N2,750 kg.hm-2）且种植蔬菜时裸地的N2O排放量大,如2007年10月至2008年9月试验期间,N1处理下裸地总N2O-N排放量为9.54 kg.hm-2,而N2处理（种植蔬菜）下总N2O-N排放量仅为4.21 kg.hm-2。此外,未种植蔬菜时裸地土壤N2O排放系数远大于种植蔬菜时,如N1种植蔬菜时为0.39%,但未种植蔬菜的裸地土壤排放系数为1.76%。研究说明种植作物与否对土壤N2O排放有重要影响,因此在估算农田土壤N2O排放温室气体量时,需考虑裸地的贡献能力。     

硝化反硝化过程中N_2O释放影响因素

结合N2O的产生机理,分析温度、含水率、NO2--N和底物质量浓度、pH和碱度、O2以及基质等因素对N2O释放的影响,试图探讨不同因素对N2O释放的影响规律,以期对生化过程中N2O的控制提供理论和技术支持。N2O的释放是温度、含水率、C/N、O2浓度、反应底物质量浓度、基质以及传输过程交互作用的结果。含水率、C/N、基质及温度等可通过不同途径影响溶解氧的质量浓度而影响N2O释放量;pH、NO2--N、NH3-N及温度等通过影响硝化、反硝化细菌的活性或对各阶段酶的抑制作用而影响N2O释放;土壤利用类型、植被种类、污水脱氮过程各参数等,会间接影响硝化和反硝化过程从而影响N2O的释放。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。