上海城郊土壤硝化、反硝化作用及其影響因素研究.pdf

1、土壤硝化作用和反硝化作用是溫室氣體N2O產生的重要生物學過程，也是生態(tài)系統(tǒng)中氮素損失的潛在途徑。不同土壤理化性質、不同用地類型、不同管理方式均影響土壤硝化和反硝化作用過程。比較分析不同農業(yè)用地類型、不同城鎮(zhèn)用地類刑土壤硝化和反硝化作用，探究其影響機制，有助于分析土壤氮的轉化速率和預測農田溫室氣體的排放。
　　 本文利用氣壓過程分離法BaPS系統(tǒng)測定并分析不同農業(yè)用地類型土壤硝化和反硝化作用過程；監(jiān)測桃園、同藝林、大棚蔬菜地、露天

2、蔬菜地土壤硝化作用和反硝化作用的季節(jié)變化，分析溫度等環(huán)境因子及土壤理化性質對其影響，利用氣相色譜儀同步監(jiān)測了大棚蔬菜地和露天蔬菜地實驗期間BaPS系統(tǒng)內N2O濃度；測定上海浦江不同用地類型包括城鎮(zhèn)用地類刑在內的土壤硝化作用和反硝化作用及其N2O濃度；測定比較上海郊區(qū)如寶山區(qū)、崇明縣、南匯區(qū)、奉賢區(qū)、浦江鎮(zhèn)大棚蔬菜地土壤硝化作用和反硝化作用，目的是探討土壤硝化作用和反硝化作用發(fā)生的機制，及其對N2O排放的相對貢獻率。
　　 本文的

3、主要研究結果為：
　　 (1)不同農業(yè)用地類刑土壤總硝化和反硝化速率存在顯著性差異，總硝化速率表現(xiàn)為人棚蔬菜地＞露天蔬菜地＞園藝林地＞桃園地＞葡萄園地，反硝化速率表現(xiàn)為大棚蔬菜地＞露天蔬菜地＞園藝林地＞葡萄園地＞桃園地，其中大棚蔬菜地總硝化速率和反硝化速率最高，分別為422.43Nug·kg-1·h-1和466.59 Nug·kg-1·h-1，是其它農業(yè)用地類型的2～3倍和1～2倍。
　　 不同農業(yè)用地類型土壤總硝化速率

4、與反硝化速率之間顯著相關，土壤總硝化速率與土壤含水量、全氮、C/N、NO3--N密切相關，土壤反硝化速率與土壤含水量、NO3--N、全氮密切相關。土壤水分狀況是影響土壤總硝化速率與反硝化速率的重要因素，中等土壤含水量有利于土壤硝化和反硝化作用的進行，但影響土壤硝化作用、反硝化作用的環(huán)境因子趨于多樣和復雜化。土壤通氣條件的適度改善有利于硝化作用和反硝化作用的進行。
　　 (2)桃園土壤總硝化速率、反硝化速率季節(jié)性變化存在顯著性差異

5、，在15℃～35.5℃溫度范圍內土壤溫度與桃園土壤總硝化速率和反硝化速率呈極顯著性負相關，桃園土壤總硝化速率、反硝化速率與土壤含水量呈極顯著正相關，土壤水分和溫度是影響其季節(jié)變化的主要因素，其它土壤理化性質如土壤有機質、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值、容重對桃園土壤總硝化速率、反硝化速率的季節(jié)變化影響弱。
　　 園藝林土壤總硝化速率的季節(jié)性變化差異顯著，反硝化速率差異性不顯著。園藝林氮素損失中土壤總硝化作用和反硝化作用的貢獻率分別

6、為39.6％、60.4％，反硝化作用強。園藝林總硝化速率與土壤溫度呈顯著性正相關，與土壤含水量呈極顯著負相關，這可能與園藝土壤含水量較高，抑制了土壤硝化作用有關。園藝林土壤總硝化速率與土壤有機質呈著性負相關，與硝態(tài)氮呈極顯著性正相關。園藝林土壤反硝化速率與溫度、土壤含水量、總氮、碳氮比等無顯著性相關。
　　 大棚蔬菜土壤總硝化、反硝化速率季節(jié)性變化差異顯著。09年春季土壤總硝化和反硝化速率山現(xiàn)最高值，分別為1122.17Nug·

7、kg-1·h-1、1725.03Nug·kg-1·h-1，09年秋季土壤總硝化和反硝化速率出現(xiàn)低值，分別為191.15 Nug.kg-1.h-1、231.57 Nug．kg-1·h-1。大棚蔬菜地土壤N2O排放速率在O9年春季排放最多，土壤N2O排放速率與土壤總硝化、反硝化速率呈極顯著性相關。大棚蔬菜氮損失中，土壤總硝化作用和反硝化作用的貢獻率分別為40.68％、59.32％，反硝化作用較強。大棚蔬菜地土壤總硝化和反硝化速率與土壤有機質

8、、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值均無顯著相關性，這與大棚環(huán)境相對密閉，棚內溫度、濕度較高，土壤環(huán)境相對穩(wěn)定，土壤硝化和反硝化細菌活性較為穩(wěn)定有關。
　　 露天蔬菜地土壤總硝化、反硝化速率差異顯著，09年春季土壤總硝化和反硝化速率出現(xiàn)最高值，分別為610.79Nug·kg-1·h-1、697.18Nug·kg-1·h-1，09年夏季土壤總硝化和反硝化速率出現(xiàn)低值，分別為129.96 Nug·kg-1·h-1和129.39Nug·kg

9、-1·h-1。露天蔬菜地土壤N2O排放速率在09年春季排放最多，土壤總硝化和反硝化作用氮素損失貢獻率分別為66.3％、33.7％，總硝化作用是土壤N2O排放的主要來源。露天蔬菜地土壤總硝化速率和土壤總孔隙度呈顯著性正相關，與土壤容重呈顯著性負相關，與土壤含水量相關性不顯著。露天蔬菜地土壤反硝化速率和土壤含水量呈顯著性正相關。其它土壤理化性質如溫度、土壤有機質、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值對露天蔬菜地土壤總硝化速率、反硝化速率影響不明顯。

10、
　　 (3)用地類型土壤pH變異范圍在4.71～8.23之間，農業(yè)用地土壤偏酸性，城鎮(zhèn)建設用地土壤偏堿性。與城鎮(zhèn)土壤相比，除桃園、園藝林外，其它用地類型，如露天蔬菜、大棚蔬菜和葡萄園，土壤硝態(tài)氮含量明顯較高，特別是大棚蔬菜用地，其土壤硝態(tài)氮含量遠高于其它用地類型，有明顯硝態(tài)氮積累現(xiàn)象。農用地類型土壤有機質含量因有機肥施用量、植被類型而有差異。與城鎮(zhèn)土壤相比較，居民區(qū)土壤有機質含量高，土壤硝態(tài)氮含量也明顯高于其它城鎮(zhèn)用地類型，這

11、與居民區(qū)土壤的施肥管理和培育以及有機物質來源比較豐富有關。
　　 各用地類型土壤反硝化速率差異顯著，其大小依次為大棚蔬菜、露天蔬菜地、工業(yè)區(qū)、葡萄園、浦江森林公園、居民區(qū)、桃園、商業(yè)區(qū)、陳行公園、交通建設用地、園藝林地。除大棚蔬菜和露天蔬菜外，各城鎮(zhèn)用地類型土壤反硝化速率并不比其它農用地類型土壤反硝化速率低，農業(yè)用地和城鎮(zhèn)建設用地土壤反硝化速率差異不顯著，說明城鎮(zhèn)土壤反硝化作用活動較強。城市化過程中土壤壓實和土壤性質的改變在某種

12、程度上促進了土壤反硝化作用。因子分析結果表明，土壤含水量、有機質、硝態(tài)氮均對農業(yè)用地反硝化作用有顯著影響，而城鎮(zhèn)土壤理化性質中只有pH對土壤反硝化作用有顯著影響，城市土壤堿化促進了反硝化作用進行。
　　 不同用地類刑土壤N2O排放速率值的大小依次為：大棚蔬菜地＞露天蔬菜地＞商業(yè)區(qū)＞居民區(qū)＞工業(yè)區(qū)＞園藝林地＞葡萄園＞交通建設用地＞陳行公園＞桃園＞浦江森林公園，大棚蔬菜地N2O排放速率值最高，達11.88 ug·kg·h-1，但城鎮(zhèn)

13、用地類型中商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等綠地土壤N2O排放速率高于桃園等農業(yè)用地類型土壤N2O排放速率，城鎮(zhèn)用地類型土壤N2O的排放也應該予以關注。
　　 (4)不同區(qū)大棚蔬菜地土壤總硝化速率、反硝化速率差異性顯著(p＜0.01)。不同區(qū)大棚蔬菜地土壤總硝化速率由大到小依次為：寶山＞崇明＞南匯＞浦江＞奉賢。不同區(qū)大棚蔬菜地土壤反硝化速率由大到小依次為崇明、寶山、奉賢、南匯、浦江。因子分析結果表明，土壤容重利硝態(tài)氮含量對大棚蔬菜地土壤總硝化速率