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(chǎn)生的重要生物學(xué)過(guò)程，也是生態(tài)系統(tǒng)中氮素?fù)p失的潛在途徑。不同土壤理化性質(zhì)、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(guò)程。比較分析不同農(nóng)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(jī)制，有助于分析土壤氮的轉(zhuǎn)化速率和預(yù)測(cè)農(nóng)田溫室氣體的排放。
　　 本文利用氣壓過(guò)程分離法BaPS系統(tǒng)測(cè)定并分析不同農(nóng)業(yè)用地類型土壤硝化和反硝化作用過(guò)程；監(jiān)測(cè)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(zhì)對(duì)其影響，利用氣相色譜儀同步監(jiān)測(cè)了大棚蔬菜地和露天蔬菜地實(shí)驗(yàn)期間BaPS系統(tǒng)內(nèi)N2O濃度；測(cè)定上海浦江不同用地類型包括城鎮(zhèn)用地類刑在內(nèi)的土壤硝化作用和反硝化作用及其N2O濃度；測(cè)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(jī)制，及其對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)率。
　　 本文的

3、主要研究結(jié)果為：
　　 (1)不同農(nóng)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(nóng)業(yè)用地類型的2～3倍和1～2倍。
　　 不同農(nóng)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(guān)，土壤總硝化速率與土壤含水量、全氮、C/N、NO3--N密切相關(guān)，土壤反硝化速率與土壤含水量、NO3--N、全氮密切相關(guān)。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(jìn)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(fù)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(jìn)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(nèi)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(fù)相關(guān)，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(guān)，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(zhì)如土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值、容重對(duì)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?fù)p失中土壤總硝化作用和反硝化作用的貢獻(xiàn)率分別

6、為39.6％、60.4％，反硝化作用強(qiáng)。園藝林總硝化速率與土壤溫度呈顯著性正相關(guān)，與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這可能與園藝土壤含水量較高，抑制了土壤硝化作用有關(guān)。園藝林土壤總硝化速率與土壤有機(jī)質(zhì)呈著性負(fù)相關(guān)，與硝態(tài)氮呈極顯著性正相關(guān)。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(wú)顯著性相關(guān)。
　　 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(guān)。大棚蔬菜氮損失中，土壤總硝化作用和反硝化作用的貢獻(xiàn)率分別為40.68％、59.32％，反硝化作用較強(qiáng)。大棚蔬菜地土壤總硝化和反硝化速率與土壤有機(jī)質(zhì)

8、、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值均無(wú)顯著相關(guān)性，這與大棚環(huán)境相對(duì)密閉，棚內(nèi)溫度、濕度較高，土壤環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，土壤硝化和反硝化細(xì)菌活性較為穩(wěn)定有關(guān)。
　　 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?fù)p失貢獻(xiàn)率分別為66.3％、33.7％，總硝化作用是土壤N2O排放的主要來(lái)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(guān)，與土壤容重呈顯著性負(fù)相關(guān)，與土壤含水量相關(guān)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(guān)。其它土壤理化性質(zhì)如溫度、土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、總氮、碳氮比、pH值對(duì)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(nóng)業(yè)用地土壤偏酸性，城鎮(zhèn)建設(shè)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(yuǎn)高于其它用地類型，有明顯硝態(tài)氮積累現(xiàn)象。農(nóng)用地類型土壤有機(jī)質(zhì)含量因有機(jī)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(jī)質(zhì)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(jī)物質(zhì)來(lái)源比較豐富有關(guān)。
　　 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(shè)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(nóng)用地類型土壤反硝化速率低，農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)建設(shè)用地土壤反硝化速率差異不顯著，說(shuō)明城鎮(zhèn)土壤反硝化作用活動(dòng)較強(qiáng)。城市化過(guò)程中土壤壓實(shí)和土壤性質(zhì)的改變?cè)谀撤N

12、程度上促進(jìn)了土壤反硝化作用。因子分析結(jié)果表明，土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮均對(duì)農(nóng)業(yè)用地反硝化作用有顯著影響，而城鎮(zhèn)土壤理化性質(zhì)中只有pH對(duì)土壤反硝化作用有顯著影響，城市土壤堿化促進(jìn)了反硝化作用進(jìn)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(shè)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(dá)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(nóng)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(yīng)該予以關(guān)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(jié)果表明，土壤容重利硝態(tài)氮含量對(duì)大棚蔬菜地土壤總硝化速率