外源C添加对增温及免耕土壤N矿化和硝化的影响

论文总字数：17814字

目 录

摘要： 1

Abstract：. 2

前言 3

1 材料与方法 4

1.1试验地概况 4

1.2 实验设置 4

1.3 实验处理 5

1.4 结果计算 5

1.5 数据处理 5

2 结果与分析 5

2.1 不同处理下4种土壤铵态氮和硝态氮含量的变化 5

2.2 不同处理下4种土壤矿化速率和硝化速率的变化 7

2.3 不同处理下土壤氮矿化量的变化 9

2.4 不同处理下土壤硝化量的变化 9

3 讨论 10

参考文献 12

致谢 14

增温及免耕条件下外源C对农田土壤N矿化和硝化的影响

刘凤凤

Abstract: A field experiment was conducted in Agro-Meteorological station of Nanjing University of Information Science and Technology to study the effects of exogenous C addition on mineralization and nitrification rate, from 2011 to 2015. The experiment was consisted of two treatments: the application of distilled water and glucose in four kinds of soil : ambient temperature with traditional tillage, nighttime warming with traditional tillage, ambient temperature with no-tillage, and nighttime warming with no-tillage,respectively. The results showed that the application of exogenous C affected the accumulation of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in soil. Compared with the application of glucose, the accumulation of mineralization and nitrification in the soil was lower than that of the application of distilled water. To some extent, the application of exogenous C was not conducive to soil organic nitrogen mineralization process, and reduced the mineralization and nitrification rate in soil. Nighttime warming promoted the accumulation of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen, while no tillage measures promoted the accumulation of ammonium nitrogen, and both of them have an orthogonal function on the mineralization of nitrogen. In climate warming background of future, no-tillage measures will benefit the mineralization process of organic nitrogen in soil, and the application of exogenous carbon could regulate mineralization of organic nitrogen, which is of great significance on the improvement of the utilization efficiency of nitrogen fertilizer and the reduction of nitrogen loss.

Key words: Exogenous C; Nighttime warming; No-tillage; Nitrogen mineralization; Nitrification

前言

氮是构成地球上所有生命体的必要大量元素，是土壤肥力的重要构成组分，也是农业生产和发展的重要限制因素之一。氮素在土壤氮转化过程中每一个细小的变化或微小的失衡都可能改变与之相关的物质和能量交换，影响其他元素在土壤的正常循环转化，甚至是引起土壤理化性质的改变。氮与农业、生产生活密切相关，在农业生产中，氮作为植物的大量营养元素，作物所需要的氮素含量较高，土壤缺氮将引起农作物产量下降、品质降低，为了提高土壤氮素水平，提高农作物产量，速效氮的存在无疑也就变得十分重要了。为了迅速提高土壤的速效氮含量，为作物补充充足的氮素，人们广泛会使用大量的氮素化肥。目前，中国是全球氮年均用量最多的国家之一^[1-2]。然而，氮肥在大量使用的同时加剧氮素损失^[3]。据报道，中国氮肥利用率仅为施用量的30%~50%^[4]。有相当一部分的氮肥因为各种原因损失掉，无法被植物吸收利用，而这些没有被吸收的氮素会通过各种渠道，流入水体湖泊，或是以其他氮氧化物的形式散逸到大气中，污染水体，破坏空气质量。毫不夸张的说，氮素的更加合理有效地利用，与农业生产生活息息相关。因此，为了可以在增加农作物产量、提高农作物品质的同时防止缺氮土壤补充速效氮元素时对作物和生态环境造成的二次伤害，研究农田土壤氮素转化作用以及它的相关影响因素就变得十分重要了。

氮素，很大一部分是以有机氮的形式存在。在土壤中所占比例至少可以达到92%，甚至是98%的有机态氮，无法供作物直接吸收利用。植物可以直接进行利用的是占比例极小、主要为铵态氮和硝态氮的无机态氮。矿化作用将占比例极大有机态氮转化为可以被作物吸收利用的无机态氮，为作物生长发育提供所需氮素。而土壤生物进行硝化作用时，氨的逸散流失随着氨态氮的被利用而减少，但却因为生成极其容易流失的硝态氮容易导致湖泊等的灾难。土壤中大部分无机氮，可以为作物迅速补充氮素，但同样也是氮流失源头^{[ 5]}。目前，氮肥的施用量大幅度的提升，但作物吸收的N中，土壤有机氮的矿化至少可以占一半。然而，这一比例不会因氮肥的增施而有所降低^[6]。

土壤中氮素的转化过程受到很多因素的影响，其中包括有机质对土壤氮素的转化的影响。土壤氮转化与有机质的种类、数量等都存在显著相关。氮的同化和固定都受到有效碳源的影响^[7]。添加外源物质，如补充外源C，能够抑制土壤有机氮的矿化和固定，影响土壤的矿化速率^[8]。外源C的添加能调控矿化作用，促进土壤氮肥施用效率的上升、降低土壤氮素损失、促进农业生产快速发展。全球温度上升已经被大量报道确认。地球晚上增温的幅度大于白昼，北纬地区大于南纬。存在着明显的昼夜、地域不相称性。气温日较差也较以前减小。温度作为一个极其关键的作物生长发育指标，对作物-土壤系统的结构和功能的重要性不言而喻。这种不同寻常的增温，必然会影响土壤氮矿化和硝化过程的进行，而作物的生长和品质产量也一定会被这种特殊温度变化的影响。因此，研究夜间增温对农田生态系统的影响和调控，在评估农业生态系统应对气候变化上有着关键性的作用。近些年，全球气候变化极大，除了每年全球的年降雨率各地区分布严重不均，差异极大，极端的天气也是频频出现。为了可以更好的发展农业生产，免耕作为保护性耕作中的一种，以具有减少水土流失、提高土壤团聚性，增强土壤蓄供水养分能力和利用率、加速有机质积累，改善土壤肥力，可缓冲耕层土壤温度剧烈波动特点备受关注。而免耕农田系统可以通过影响土壤有机碳含量、土壤微生物量含量，对土壤氮素转化过程产生深刻影响。

土壤中，氮矿化和硝化过程在为植物提供生长所必须营养元素方面发挥着重要作用。目前为止，国内对添加外源C和增温、免耕土壤结合进行田间实验分析的报道很少。本研究采用田间开放式增温系统的定位试验，探讨添加外源C下增温及免耕条件对土壤氮素转化过程的影响，揭示农田生态系统土壤氮素矿化和硝化过程对夜间增温以及免耕措施的响应机制，根据未来气候变化，阐明添加外源C下免耕对农田生态系统影响的机理，减少农田土壤氮素损失，并为农业生产方面上推广免耕技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1　试验地概况

本试验在2011-2015年于农业气象试验站(32.16°N，118.86°E)进行。实验小区土壤类型为潴育型水稻土，供试的耕层土壤质地为壤质黏土。表1为实验小区采集土壤的理化性质。

表 1 实验小区土地土壤理化性质

1.2 实验设置

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