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水分对氧化亚氮在土壤中的扩散与还原过程的影响

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目录

1 引言

1.1研究背景和意义

1.1.1 全球气候变化

1.1.2 大气中N2O的源与汇

1.1.3 立项背景与意义

1.2 土壤中N2O产生过程

1.3 影响土壤N2O排放的环境因子

1.3.1 土壤中的水分含量

1.3.2 土壤质地

1.3.3 土壤温度

1.3.4 土壤pH

1.3.5 土壤氮素

1.3.6 土壤有机质和微生物碳氮比

1.4 研究目的与意义

1.5 技术路线

2 不同水分条件下表层土壤N2O扩散过程及还原潜势研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 研究区域概况

2.2.2 室内培养实验供试土壤性质及样品采集

2.2.3 室内培养实验设计

2.2.4 实验结束后剩余N2O的测定

2.2.5 统计分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 N2O通量测定及分析

2.3.2 N2O还原分析

2.3.3 N2O排放的动力学过程

2.4 结论

3不同水分条件下土壤氮素对N2O扩散、还原过程的响应

3.1前言

3.1.1土壤中的氮库

3.1.2 土壤中氮素的转化

3.1.3 水分对土壤中氮素及N2O排放影响

3.2 材料与方法

3.3 统计分析

3.4 结果与讨论

3.4.1 N2O通量测定及分析

3.4.2 N2O还原潜势分析

3.4.3 土壤理化性质测定

3.4.4 结果与分析

3.4.5 结论

4 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 存在的问题与展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢

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摘要

大气中的氧化亚氮(N2O)是重要的温室气体之一,农田土壤是大气N2O主要的排放源。定量分析土壤剖面中N2O的还原量及扩散量,强化土壤中N2O向N2的还原过程并削弱N2O在土壤剖面中的扩散是减少农田N2O排放的重要途径。近年来,国内外学者对于农田生态系统中土壤N2O排放的研究屡见不鲜,然而对于土壤N2O还原量测定的研究还是较少。本文设计了测定土壤中N2O扩散与还原过程的实验装置,并定量分析了在不同水分条件下N2O在土壤表层的扩散与还原过程研究。其中实验一设定四种水分梯度W1(WFPS30%)、W2(WFPS50%)、W3(WFPS60%)、W4(WFPS80%)。结果表明:在室内温湿度恒定条件下,不同水分设计与 N2O处理之间,N2O排放通量均呈多峰的日变化趋势且具有随机性;在不加入 N2O处理中,随着水分的增加,N2O排放通量加大。其中,在设计水分含量较高(WFPS80%)条件下,N2O日排放通量最高;在较低(WFPS30%)水分条件下,土壤的通气状况较好,扩散通量最大;在水分适中(WFPS60%与 WFPS50%)条件下的日排放通量与日扩散通量变化差异不明显。N2O累积通量结果表明:WFPS80%N2O累积排放通量最高,当加入N2O后,其累积扩散通量最低,这表明在高含水量环境下,土壤通气性是影响N2O扩散的重要因素;WFPS60%的N2O累积排放通量及累积扩散通量均高于WFPS50%和WFPS30%。这表明:水分含量在WFPS60%时,N2O在土壤剖面中更易发生扩散与还原过程,且N2O的累积通量及扩散通量最大。总体而言,N2O的还原量与土壤水分含量呈线性关系,随水分增加,N2O还原量增大;其中WFPS80%水分条件下的还原率达60.79%,WFPS30%水分条件下的N2O还原率为44.03%。从化学动力学角度而言,WFPS60%的表观速率最高,进一步说明最适宜排放N2O的水分条件为WFPS60%。
  为了进一步研究不同水分条件下土壤氮素对表层N2O的扩散与还原过程的影响,在实验一基础上重新设计三组差异明显的水分梯度WFPS30%、WFPS75%和WFPS100%,结果为:土壤微生物生物量测定结果表明不同水分处理条件下,微生物碳氮含量不同,随着水分的增加微生物含碳量大体呈上升趋势;在不同N2O处理条件下,相同水分之间土壤微生物碳含量大体相近,在WFPS100%水分设计中,土壤中微生碳含量几乎是最高的,然而微生物氮含量在不同处理之间的变化相对较小;土壤中NH4+-N和NO3--N的测定结果表明:在三种水分处理中WFPS100%水分含量最高,虽在0-10天土壤中硝态氮含量高,反硝化细菌可利用底物进行反硝化作用产生中间产物N2O,但由于水分缘故,产生的N2O不易通过土壤孔隙到达土壤表面;培养过程中,氧化还原电位电极和氧电极测定结果表明:WFPS100%环境阻碍了氧气进入土壤及土壤中的扩散,同时土壤呼吸作用消耗大量的氧气使得土壤环境处于低氧环境,低氧环境严重影响土壤硝化细菌的代谢活动,从而影响硝化作用,相对于干旱及湿润环境(WFPS30%WFPS75%)土壤透气性较差,土壤氮源以铵态氮为主。而相较于WFPS100%的淹水环境,WFPS30%和WFPS75%的硝态氮在同化过程中消耗的能量要比铵态氮多;土壤中pH测定结果表明:随着水分的增加,pH值相对增加,并且还可以看出,不加N2O处理比加入N2O处理的pH值要高,可能由于加入氧化亚氮后改变了土壤原有的pH条件;土壤中矿质氮含量测定结果表明:不同水分处理条件及不同 N2O处理之间下土壤氮净硝化趋势不同。因而,了解N2O在土壤中的转化机理及产生过程,从源头上遏制土壤剖面中 N2O产生是减少农田N2O排放的重要过程。

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