添加碳对累积硝态氮的固持及减少损失的机制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31172033
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
巨晓棠
依托单位：
中国农业大学
学科分类：
C1513.肥料与养分管理
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
陆星；黄涛；高兵；季加敏；高超；李红莉；
关键词：
累积硝态氮碳源有效性硝态氮固持碳源添加比例反硝化

项目摘要

我们前期研究发现，华北平原土壤具有很强硝化与矿化能力、很弱固持和反硝化能力，导致土壤容易累积大量硝态氮，可能是因为碳投入低，微生物不能有效地将无机氮转化到有机氮库中。本项目拟采用15N示踪、室内培养、Robot连续自动培养、田间长期定位试验和室内分析相结合的方法研究：（1）碳源有效性及与无机氮比例对累积硝态氮向土壤有机氮库转化的数量和形态；（2）碳源有效性及添加比例对转化过程中反硝化气体损失量和产物组成（N2O, NO, N2）的影响；（3）田间条件下碳氮投入比例对培育土壤有机氮库和减少淋洗与N2O排放的影响机理。在理论上阐明像华北平原这种典型农田土壤（高pH、高硝化潜势、低NH4+-N浓度和低有效碳含量），通过添加碳源促使累积硝态氮转化为土壤有机氮库，同时避免产生大量温室气体（N2O）的机制。为降低累积硝态氮淋洗或反硝化损失，促进农田累积硝态氮固持和有机氮提升，减少其环境风险提供理论依据

结项摘要

我们前期研究发现，像华北平原典型农田土壤（高pH、低NH4+-N浓度和低有机碳含量），具有很强的硝化与矿化能力、很弱的固持和反硝化能力，导致土壤中容易累积大量的硝态氮。能否通过给土壤添加不同有效性碳源，使硝态氮固定在有机氮库中，在作物生长期又通过矿化供氮，应该是减少硝态氮累积和淋洗的重要途径。但该过程可能伴随着反硝化损失增加的风险。这两个有利和有弊相反过程的强度大小及控制条件是值得研究的科学问题。本项目应用15N标记培养实验、Robot自动培养系统及田间长期定位试验，主要研究：（1）碳源有效性对累积硝态氮向土壤有机氮库转化和N2O排放的影响；（2）碳与无机氮比例对累积硝态氮转化和N2O排放的影响；（3）碳源有效性及添加比例对累积硝态氮转化过程中气体损失的影响及机理;（4）碳氮投入比例对培育土壤有机氮库和减少淋洗与N2O排放的影响机制。结果表明，碳源添加增加了微生物活性，提高了SMBN和SMBC含量；明显促进了NO3-N向SON转化，葡萄糖添加处理较玉米秸秆更能促进NO3-N向SON的固定(25.0 Vs 9.4 mg kg-1)，但葡萄糖添加处理也显著促进了N2O的排放，随碳源有效性的增加，N2O排放量增强。不同小麦秸秆添加量(C:NO3-N分别为10:1、25:1、50:1)的培养试验表明，随着碳源数量的增加，NO3-N转化为SON的数量也显著增加，N2O-N的总排放量也增加，但C:N为50:1的N2O-N排放量与25:1之间的差异不显著。增加碳源数量降低了土壤中NO3-N含量和丰度，提高了NH4-N丰度。碳源添加量和有效性显著影响累积硝态氮固持过程中反硝化气体损失量和产物组成，加C会消耗O2，且加C越多，O2消耗越多；O2的消耗会促进NO3-的反硝化作用，导致N2O的大量产生，且在高C/NO3-比土壤中，反硝化作用使得NO3-最终大量生成能被环境所接受的N2；碳源添加比例越高，N2O转化为N2的时间越早；加C同时会促进NO3-的DNRA过程，从而增加了累积硝态氮向铵态氮的转化。因此，可通过向土壤添加难分解的碳源（如禾本科作物秸秆），能以最小的环境代价促进华北平原高累积NO3-N固定在有机氮库中，在作物生长期又通过矿化作用为作物供氮，从而显著降低硝态氮淋洗和N2O排放。研究结论能够为土壤有机氮库的培育及减少环境污染提供理论依据。