农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展doc

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1、翟胜等：农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展2493农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展翟胜1,2，高宝玉1，王巨媛3，董杰2，张玉斌41.山东大学环境科学与工程学院，山东济南252059；2.聊城大学环境与规划学院，山东聊城252059；3.聊城大学农学院，山东聊城252059；4.吉林大学农学部植物科学学院，吉林长春130062摘要：农田土壤通过微生物呼吸、植物根系呼吸和土壤动物呼吸，释放大量温室气体，成为大气中主要温室气体（CO2、CH4和N2O）的重要来源。文章在阐述土壤温室气体产生机制的基础上，着重从土壤生物、土壤

2、理化性质（主要包括温湿度、有机质、pH、Eh、土壤质地等）、水肥管理及耕作措施等角度对农田土壤温室气体释放的影响进行了综述，对土壤温室气体的减排措施进行了总结，并就今后农田土壤温室气体的研究重点和方向进行了展望。关键词：农田土壤；温室气体；产生机制；影响因素；减排措施；研究展望中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）06-2488-06翟胜等：农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展2493大气中CO2、CH4和N2O对温室效应的贡献率占了近80%[1]，是温室效应的主要贡献者。其中CO2对增强温室效

3、应的贡献率最大，约占56%，是最重要的温室气体[2]。其次是CH4，其温室效应潜能是CO2的23倍，对温室效应的贡献率约占15%[3]。据估计，大气中每年有5%~20%的CO2、15%~30%的CH4、80%~90%的N2O来源于土壤[3]。而农田又是土壤生态系统温室气体释放的重要来源[4]。为此，通过了解农田土壤温室气体产生机理及影响因素，可为温室气体减排措施制订提供理论依据。1农田土壤温室气体产生机制1.1农田土壤CO2的产生机理农田生态系统CO2的排放来源于土壤呼吸，包括三个生物学过程即植物活根呼吸、土壤微生物呼吸、土壤动物呼吸和

4、一个非生物学过程即含碳物质化学氧化作用。土壤呼吸强度主要取决于土壤中有机质的数量及矿化速率、土壤微生物类群的数量及活性、土壤动植物的呼吸作用等。土壤CO2排放实际是土壤中生物代谢和生物化学过程等所有因素的综合产物[5]。1.2农田土壤CH4的产生机理大气中CH4浓度的增加主要源于土壤生物过程的排放，即在厌氧环境下，土壤有机物、根系分泌物、死亡的作物根系或作物残茬、死亡的土壤动物及微生物、施入的有机肥等有机物在厌氧细菌的作用下逐步降解为有机酸、醇、CO2等小分子化合物，然后，产CH4菌再将小分子化合物转化为CH4。土壤CH4的排放主要受土

5、壤含水量、有机质含量、酸碱性等土壤理化特性的影响。如天然湿地、水稻田、废弃物的堆积处理场等均是CH4的排放源，其中水稻田是农田土壤CH4的主要排放源，约占全球总排放量的12%[6]。1.3农田土壤N2O的产生机理土壤中N2O的产生主要是在微生物的参与下，通过硝化和反硝化作用完成的[7]。硝化和反硝化作用是农田氮素循环的重要过程，其机理如下：N2ONO3-NO2-[X]NONH4+NO[HNO]NH2OHNO硝化过程：NO3-NO2-NON2ON2反硝化过程：硝化过程是在通气条件下，亚硝化和硝化微生物将铵盐转化为硝酸盐的过程；反硝化过程则

6、是在厌气条件下，由反硝化细菌将硝酸盐或硝态氮还原成氮气（N2）或氧化氮（N2O和NO）的过程。2农田土壤温室气体排放的影响因素研究表明，影响土壤呼吸的因素很多，土壤理化性质如温度、含水量、有机质含量、pH、氧化还原电位（Eh）、土壤质地等因素直接影响土壤微生物种类、数量及其生理生化过程，进而影响温室气体排放[8-10]。此外，水肥管理以及耕作措施等通过改变土壤理化性质及呼吸底物来影响温室气体排放[11-13]。2.1生物因素土壤主要温室气体（CO2、CH4、N2O翟胜等：农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展2493）的产生无不与土

7、壤微生物、作物根系、土壤动物和各种真菌的数量及活性有关，即与生物因素密切相关[5-7]。其中6种菌群（发酵细菌、产氢产乙酸细菌、产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌、反硝化细菌）与CH4和N2O释放密切相关[14]。研究发现，80%以上的CH4是通过甲烷产生微生物（甲烷产生菌）和甲烷营养微生物（甲烷氧化菌）相互作用产生的[15-16]。不同碳素、氮素物质和土壤理化特性对这些菌群的种类、数量和活性产生重要影响，进而影响温室气体的产生与排放[17-18]。水稻田土壤中甲烷氧化菌种群数量对土壤氧化甲烷速率有显著影响，随着外源甲烷的加入，可刺激土壤

8、中的甲烷氧化菌增殖，进而诱导甲烷氧化速率达到最大[19]。此外，农作物的种类、生育时期等对土壤温室气体的排放具有重要作用[20]。研究发现，玉米植株能通过其根系的作用增加土壤向大气排放N2O[21]；旱田大