地膜覆盖对南方湿润地区包气带中氮的形态及迁移转化影响研究

Plastic film mulching is widely used in agriculture in China. Nitrogen is an essential nutrient for agricultural production, and it is also an increasing factor of environmental pollution. Plastic film mulching changes the physiochemical properties of soil and should affect the form and mobility of nitrogen in soil. While the present research about the soil nitrogen after mulching mostly based on arid and semi-arid areas in northern China. Due to the difference of soil texture, rainfall condition and groundwater level, the form and mobility of nitrogen after mulching in the South should be different from the arid and semi-arid areas in northern China. The project will conduct research on the impact of plastic mulching on the form and mobility of nitrogen in the vadose zone based on the field mulching experiments in Yancheng, Jiangsu Province.The research will reveal the transformation among organic nitrogen, NH4+ -N, NO3- -N induced by mulching, find the law of nitrogen transport and transformation in vadose zone and the controlling factors; establish soil water and solute transport model in the condition of mulching to predict the trend of nitrogen after mulching, which could provide the basis for water and fertilizer management and groundwater nitrate pollution control.

地膜覆盖在我国农业生产中被广泛采用。氮是农业生产不可缺少的营养元素，也是日益增长的环境污染因子。覆膜改变了包气带土壤的理化性质，进而对土壤中氮的形态及迁移转化产生影响。而目前相关研究都基于北方干旱半干旱地区，由于南北方多种条件的差异，现有的研究成果不足以阐述覆膜对南方湿润地区包气带中氮的迁移转化的影响。本项目以江苏省盐城野外地膜覆盖蔬菜种植试验基地为例，拟研究地膜覆盖对南方湿润地区包气带中氮的形态及迁移转化的影响，揭示覆膜后包气带土壤中氮迁移转化过程和控制机理，实现覆膜条件下包气带中氮的迁移转化精细数值模拟，预测覆膜后包气带中氮的迁移转化规律，为南方覆膜种植的水肥管理及其可能带来的地下水硝酸盐污染防治提供依据。

覆膜种植技术是我国设施农业中一项广泛应用的技术，是在田间搭建拱形棚，并覆盖一层塑料薄膜。覆膜可以抑制膜内空间水分和热量散失，提高土壤温度和湿度，增加作物产量。覆膜提高的土壤温度和水分，可以影响土壤氮转化和微生物丰度，调控无机氮含量。现有研究大多从宏观角度评价覆膜对土壤氮矿化的效应，少有从微生物的角度揭示覆膜影响无机氮含量的微观机制。阐明覆膜条件下土壤氮转化微生物丰度变化对氮矿化的影响，可以说明覆膜对土壤肥力的作用，为覆膜技术应用推广提供一定指导。.本研究在南京地区农田中开展了三期分别为期六周的覆膜试验，设置覆膜种植蔬菜与未覆膜种植蔬菜两组处理。原位测定土壤温度、体积含水量和电导率，实验室内测定土壤pH及全氮、铵态氮和硝态氮含量，以及氮转化微生物的丰度。本文探讨了覆膜条件下土壤温度和水分变化对氮矿化和氮转化微生物丰度的影响，揭示了覆膜影响氮矿化的微观机制。主要研究结果如下：（1）覆膜处理可以提高土壤温度和含水量。与对照相比，覆膜平均增温2.7℃；而且随着植物生长，覆膜的增温效应减弱：增温从6.0℃降至0.9℃。与对照相比，覆膜提高了土壤含水量6.7v%：覆膜的平均土壤含水量为32.4v%，未覆膜的平均土壤含水量为25.7v%。.（2）覆膜处理总体上促进了土壤氮矿化，提高了土壤无机氮含量。整个实验期内，覆膜土壤铵态氮减少量为34.5 mg·kg-1，对照土壤铵态减少量为47.7 mg·kg-1。覆膜下硝态氮增量为79.4 mg·kg-1，远高于对照的增量6.5 mg·kg-1。.（3）覆膜处理促进了土壤氨化细菌丰度的增长。覆膜下土壤氨化细菌群落丰度从19.36%增至24.45%，而对照土壤的氨化细菌总丰度没有明显变化。覆膜处理提高的土壤温度和水分对优势氨化细菌Myxococcales、Sphingomonadales、Chitinophagales和Xanthomonadales相对丰度具有正向效应，这可以加快土壤有机质氨化过程，使得实验期内覆膜下土壤产生的铵态氮高于对照产生的铵态氮。.（4）覆膜处理提高了土壤硝化菌与反硝化细菌相对丰度的比值。覆膜覆膜处理提高了土壤硝化菌与反硝化细菌相对丰度的比值。覆膜处理下土壤硝化菌与反硝化细菌相对丰度的比值从5.7升到6.6，而对照下的比值从9.3降至4.3。