氧气浓度对小麦-玉米轮作农田土壤剖面N2和N2O产生的影响

摘要：

反硝化过程是集约化农田土壤剖面硝态氮(NO-3-N)去除的重要途径.但对土壤剖面反硝化氮气(N2)产生速率的准确定量很难,尤其不同深度的土壤氧气(O2)浓度状况如何影响土壤N2的产生仍不清楚.本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0～2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O2浓度和温度状况,设置不同O2浓度水平(15.0％、12.0％、2.5％和0)和培养温度(26℃和20℃),采用氦培养-直接测定N2法测定3个不同深度(0～0.2、0.5～0.7 m和2.0～2.2 m)土壤N2O和N2产生速率.结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N2和N2O的产生均表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5％～15.0％O2)土壤N2产生速率(以N计)为5.3～7.1μg·h-1·kg-1(0.2 m)和0.5～2.3μg·h-1·kg-1(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧下速率的93.0％～93.7％.同样地,有氧条件下N2O产生速率(以N计)为1.1μg·h-1·kg-1(0.2 m)和<0.2μg·h-1·kg-1(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧条件下速率的84.0％～99.1％.原位观测的土壤O2浓度>2.5％(0.2 m和0.5 m)和>14.0％(2 m),表明在无氧条件下的观测会高估土壤真实条件下的N2和N2O产生速率.无氧显著增加深层土壤的N2O/(N2O+N2)值,这可能是由于深层土壤的碳更加缺乏,不利于N2O被进一步还原.基于有氧条件下观测的N2和N2O产生速率,估算得到玉米生长季(按120 d计)剖面0～2.0 m土体的反硝化(N2+N2O)损失量可达219 kg·hm-2,表明土壤对其剖面累积的NO-3-N具有很强的脱氮能力,从而极大地减少了包气带累积NO-3-N进一步向地下水迁移的风险.

关键词：土壤剖面、反硝化、N2、N2O、O2浓度、NO-3-N含量

所属期刊栏目：42

分类号：S512.11;S513(禾谷类作物)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家重点研发计划

在线出版日期：2023-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：227-236