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1、土壤碳氮循环与农业和环境的 基础科学问题姚槐应土壤碳氮循环与农业和环境的 基础科学问题Ⅰ土壤碳氮循环Ⅱ土壤碳氮与农业Ⅲ土壤碳氮与环境Ⅳ土壤碳氮与农业和环境的热点研究课题Ⅰ土壤碳氮循环Ⅰ-1土壤—植物—大气系统中的碳氮循环固定矿化分解淋洗水循环碳循环氮循环土壤光合作用呼吸作用生物碳分解腐殖质形成关键过程降水蒸发入渗径流大气土壤碳氮循环.土壤腐殖质的分离(P46) .土壤有机质在肥力上的作用(P50)Ⅰ土壤碳氮循环Ⅰ-2土壤碳氮循环过程微生物（原动力、推进器和转换器）土壤碳库（稳定性）物理化学环境因子(
2、P40)矿质化腐殖质过程Ⅰ-3土壤氮素循环有机氮矿化NH4+微生物吸收或同化成腐殖质植物吸收转移NH4,NO3工、农业副产品(NH4+,NO2,有机N)化肥（NH4+,NO3-,尿素）降雨（NH4,NO3)生物转化NO3-N氨挥发NH4+—NH3矿物固铵NH4+硝态氮淋洗NO3-生物氧化NH4+—NO3-作物残留生物固氮侵蚀，径流地表水矿质化腐殖化释放固定硝化作用反硝化Ⅱ土壤碳氮与农业Ⅱ-1现代农业必须在持续农业、环境保护和经济效益种种矛盾中作出选择生产—生活—生态（三生农业）高产—高效—高质（三高
3、农业）WTO—全球经济一体化成功的调控土壤C、N及氮素肥料是提高作物产量，改善品质的主要手段194919982030总产1.13亿吨5.12亿吨6.4亿吨单产1.0t/ha4.5t/ha5.6t/haⅡ-2氮素转化、去向及利用土壤是作物生产的氮素供应库.不同土壤、作物氮素生产效率与土壤供氮效率是变量土壤生产效率=单位面积作物产量单位面积作物N收获量产量kg/Nkg氮素生理生产效率=施氮区产量—无氮区产量施氮区N收获量—无氮区收获量产量kg/Nkg氮素利用效率=施氮区N收获量—无氮区N收获量单位面积施
4、氮量产量kg/Nkg氮素农田生产效率=施氮区产量—无氮区产量单位面积施氮量产量kg/NkgⅡ-3矿化作用（过程）—物质循环重要环节概念：在微生物作用下，有机碳、氮、磷、硫转变为矿质态的过程有机碳→CO2+H2O+能量→嫌气CO2、CH4等有机氮→NH4+，NO3-有机磷→H3PO4有机硫→SO42-→嫌气H2S适度的土壤有机碳、氮矿化作用如何调控？Ⅱ-4腐殖质化作用（过程）—物质循环重要环节概念：土壤腐殖物质的形成过程，一系列复杂过程总称，是由微生物为主导的生物化学过程腐殖质形成的阶段—途径—产物及
5、产物转化等仍只了解它的一般轮廓，其内容很不清楚植物残体在微生物作用下转化氨基化合物多酚木质素分解产物糖类木质素醌醌腐殖物质Ⅲ土壤碳氮与环境Ⅲ-1土壤氮与水体氮污染（径流、淋失、渗滤）七大水系：黄河、珠江、淮河、海河、辽河、长江、松花江主要河段—N污染湖泊：131个主要湖泊调查，N、P造成富营养化67个：滇池>巢湖>洪泽湖>太湖>洞庭湖赤潮:1970年前共3次,1972-1994共256次,1998年22次饮用水:苏浙沪76个井调查,硝、亚硝超标38.2%,57.9%;京津唐69个井调查,硝、亚硝超标
6、50%以上,高达300mg/L(国家环境公报1997,1998)Ⅲ-2土壤碳氮与“温室气体”效应(反硝化、挥发)农业活动(土壤)对“温室气体”的贡献10—20%CO270%CH490%N2OⅢ-3“温室气体”组成贡献量：CO2>CH4>N2O增温势：1：56：280Ⅳ.土壤碳氮与农业和环境的前沿研究Ⅳ-1.1土壤碳氮周转的微生物学机理研究土壤碳氮周转:进入土壤的有机质在微生物作用下,经过一系列生物和化学转化所构成的物质流称为土壤有机碳氮周转.水稻土壤的碳氮周转、循环在国际更是日益升温.水稻土壤与旱地
7、土壤的本质区别—淹育环境.Ⅳ-1.2土壤碳氮周转的微生物学机理研究水稻土壤碳氮周转的传统观点－有机碳氮积累＞分解量(与旱地土壤比较) 水稻土有机碳分解速率下降,利于积累的解释是－土壤微生物数量少,且生长速度慢.氧化还原反应的电子受体主要是有机质本身降解产物和无机体系中的Fe3+、Mn4+、SO42-、CO2等.氧化还原过程中释放能量低,提供微生物合成的能量自然亦少.糖酵解产物不是通过三羧循环氧化CO2,而是通过积累的有机酸、醇类、H2S等,这些物质对微生物有抑制作用Ⅳ-1.3水稻土碳氮周转的生物学机
8、理研究水稻土碳氮周转的新看法-淹水土壤有机碳分解量高于好气土壤分解量.温室排放研究也发现CO2排放随稻田淹水延长而上升.为什么会得到截然相反的结论,问题出在何处?是实验方法、技术?是理论推导?还是其它?一是有机碳本身二是土壤碳氮周转驱动力-微生物Ⅳ1.4土壤碳氮周转的微生物学机理研究土壤有机碳(氮)库(NCSOIL)土壤有机质微生物生物量库Ⅰ活性有机碳库库Ⅱ稳定性有机碳库库Ⅲ碳、氮在三个库中是怎样转化、流通的？怎样表征活性有机碳库的指标？微生物生物量碳、氮（SMBC，
