2o排放机制和影响因素探究'-- 农田n2o排放机制和影响因素探究

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1、2O排放机制和影响因素探究’>农田N2O排放机制和影响因素探究　　摘要：指出了土壤产生N2O主要机理是硝化和反硝化作用，土壤的物理化学性质以及农田管理措施等因素对N2O的产生和排放有显著影响。重点阐述了农田N2O的排放机制，并分析了土壤质地、pH值、温度、含水量、肥料类型、施肥方式以及作物和耕作制度等对农田土壤产生和排放N2O的影响。关键词：硝化作用；反硝化作用；N2O排放；农田土壤中图分类号：X16文献标识码：A文章编号：16749944（2013）100169031引言N2O是重要的温室气体之一，它的辐射吸收能力大约为CO2的150～20

2、0倍，其温室效应贡献率占4%～6%[1]。除此之外，N2O还参与平流层臭氧的破坏过程，导致人类产生皮肤癌，增加其他疾病的发病率[2]。其浓度已从工业化前的约270×10-6V/V增加到2005年的319×10-6V/V，预计到2050年其浓度将增加到350～400×10-6V/V。目前，大气中的N2O每年仍以0.2%～0.3%的速率在增加[3]。据估计，大气中90%的N2O14来自地表生物源，土壤特别是农田土壤，是全球最主要的N2O排放源。最新的IPCC报告也指出，全球大气N2O浓度的增加主要来自于农业，占总排放量的80%[4]。本文根据中外

3、发表的研究成果重点总结了农田N2O的排放机制，并分析了其主要影响因素。2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，此外，硝化-反硝化途径对N2O的生成也有较大贡献[5]。硝化作用主要指土壤中硝化菌将铵盐氧化为硝酸盐的过程，包括自养硝化作用和异养硝化作用。自养硝化作用是指由化能自养硝化细菌利用CO2作为C源，将NH4+氧化成NO2-和NO3-的过程，此过程分两个阶段：第一阶段是在亚硝化细菌的作用下，将NH4+氧化成NO2-；第二阶段是在硝化细菌的作用下，将NO2-氧化成NO3-；异养硝化作用是

4、指由化能异养硝化细菌在好氧条件下，以有机碳作为C源和能源，将NH4+或有机化合物氧化成NO2-和NO3-的过程，N2O在硝化过程中是以中间产物存在。反硝化作用是指在通气不良的条件下，由土壤微生物将硝酸盐还原成N2或中间产物NO和N2O的过程。硝化-反硝化作用是指在某些微生物的作用下硝化作用和反硝化作用的中间产物NO2-被继续分解生成N2O和N2的过程，例如，亚硝化单胞菌能够进行反硝化作用将NO2-转化为N2O。硝化和反硝化作用是农田氮素循环的重要途径，其产生N2O的过程可表示如下：143农田土壤N2O排放的影响因素土壤的质地、含水量、pH值、

5、温度等理化性质通过影响微生物生长和改变土壤物理性质而影响农田N2O的排放。3.1土壤质地土壤质地直接影响土壤通透性和水分含量，进而影响土壤硝化作用、反硝化作用，有机质氧化分解和还原过程的相对强弱，N2O的产生及其在土壤中的扩散。硝化作用易在轻质土壤中发生，而反硝化作用偏爱于重质土，与粗质地土壤相比，细质地土壤因为较低的充气孔隙率以及较大的O2扩散阻力而具有较低的氧化还原电位[6]，因此细质地土壤具有更高的N2O产生潜力。徐华等[7]研究发现，土壤质地明显影响小麦和棉花田N2O排放量，壤质土壤排放的N2O高于砂质和粘质土壤。杨云等[8]发现菜地

6、N2O季节性排放总量与土壤粘粒含量呈显著负相关，与土壤砂粒含量呈显著正相关。而刘连杰等[9]研究认为在相同的培养条件下，不同质地土壤的N2O排放通量不同，总体表现为粘土类>粘壤土>粘砂质壤土>砂质土壤，即重质地土壤的N2O排放通量高于轻质地土壤。3.2土壤pH值14土壤pH值是农田土壤N2O排放过程中一个重要而复杂的影响因素，它通过直接或间接影响土壤反硝化和硝化微生物及不同作用阶段的酶活性来影响N2O的排放[10]。硝化和反硝化细菌最适pH值范围分别7.0～8.0和6.0～8.0，而反硝化作用最适宜pH值在7.0～8.0，硝化作用的最适pH值

7、范围在8.5左右[11]。土壤pH值10时硝化作用受阻；当pH值降为6时，反硝化速率随pH值的下降而降低，而对于硝化作用，pH值在3.4～8.6范围内，N2O的释放量与土壤pH值呈负相关关系[12]。而于克伟等[13]认为pH值在3.4～6.8内，硝化作用与土壤pH值呈正相关。Nagele等[14]证实反硝化过程产生的N2O，随着土壤pH值的下降而递增。BisahlKS等[15]发现在土壤pH值为3时，N2O排放量和土壤N2O浓度都明显降低。3.3土壤含水量14土壤含水量影响土壤的通气状况和氧化还原状况，并且通过影响硝态氮和氨态氮在土壤中的分

8、布及其对微生物的有效性，作用于土壤中的硝化作用和反硝化作用，从而对土壤N2O的排放产生影响。当土壤含水量较低时，土壤处于充氧状态，硝化作用占主导地位，但硝化作用和反