土壤孔隙特征对氧化亚氮排放和硝态氮释放的影响
摘要
土壤孔隙结构对土壤水、气运输至关重要。田间管理措施对土壤孔隙结构造成不同影响。在微尺度土壤结构中,土壤孔隙分布以及孔隙连通性等在氮转化过程中扮演着重要角色。土壤孔隙结构的恶化导致了温室气体排放和作物减产等环境问题和经济效益问题。探究不同土壤结构特征与氮转化过程的关系有助于明确氮肥供给的关键因素,对农田养分管理和合理耕层构建具有指导意义。本文在三种不同长期施肥土壤(Control不施肥、NPK单施化肥、OM单施有机肥)基础上设计了三种物理扰动:1原状、2过筛、3压实,模拟形成不同土壤孔隙结构,对不同土壤孔隙结构下的氮转化过程进行了深入研究。完成的主要研究工作和成果总结如下:1)X-ray CT扫描结果表明,长期施用有机肥提高了土壤大孔隙度(直径>50μm孔隙);而长期施用无机肥显著降低了孔隙连通性。过筛处理增加了土柱下部的大孔隙度,同时降低了直径大于1000μm的孔隙度。压实处理恶化了的大孔隙结构,减少了总孔隙度、大孔隙度、平均直径、全局连通性、紧密度、限制层孔隙度并增加了相对欧拉数。土壤田间持水量与大孔隙平均直径呈负相关关系,土壤导气性与大孔隙特征显著正相关。2)在长期施用有机肥土壤中,过筛和压实处理均增加了N2O排放。充水孔隙度和土壤有机碳含量与N2O排放正相关。N2O排放速率与p H正相关,与土壤有机碳含量负相关。N2O的排放显著受土壤有机碳含量和充水孔隙度的影响,在高有机碳含量土壤中,增加土壤充水孔隙度的田间扰动不利于减少N2O排放。3)长期施用有机肥增加氨氧化细菌含量;长期施用无机肥增加氨氧化古菌含量,同时降低了微生物碳、氮含量。在长期施用无机肥和有机肥条件下,压实处理显著减缓了来源于土壤本身以及肥料中的硝态氮释放;在长期施无机肥条件下和在不施肥条件下,过筛处理分别加速了来源于土壤本身的和来源于肥料的硝态氮释放。土壤孔隙特征与来源于土壤本身的以及施入肥料中的硝态氮释放有关。其中直径为100-500μm的孔隙、孔隙连通性、导气性与硝态氮潜在释放量和释放速率均显著相关。土壤有机碳含量与肥料中硝态氮潜在释放量呈显著负相关关系。土壤有机碳与土壤大孔隙特征共同决定了肥料中硝态氮潜在释放量。展开▼
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