豆类作物生长对土壤氧化亚氮排放的影响机理探讨

The nitrous oxdie is not only a greenhouse gas, but also is the destructor of ozonosphere in stratosphere. Agricultural production is an important soure of air nitrous oxide. The investigation of the effect mechanism of growing crops on soil nitrous oixde emission is vital to control and diminish the greenhouse gas emission in agriculture. Howenver, the mechanism of nitrous oxide emission from soil under growing palnt, especially leguminous plants has not been clarified. This project is intended to study the characteristics of soil nitrous oxide emission during growing luguminous and non-leguminous crops and the effects of symbiotic nitrogen fixation and fertilizers on soil nitrous oxide emission and growing crops on nitrificantion and denitrificantion using the modern methods such as gas chromatography and isotopic mass spectrometer to determine the soil nitrous oxide emission, the values of δ15N and the activities of nitrification and denitrificanton. In this project, the role of symbiotic nitrogen fixation in soil nitrous oxdie emission will be explained and the mechanism of soil nitrous oxide emission during growing leguminous and non-legumingous crops will be clarified. All these will be beneficial to control and alleviate the soil nitrous oxide emission in agricultural production, and to accelerate the production of leguminous crops, the utilization of symbiotic nitrogen fixation and the development of sustainable agriculture.

氧化亚氮不仅具有强烈温室效应，而且还会破坏大气臭氧层，农业生产是大气氧化亚氮的重要源，研究植物生长对土壤氧化亚氮排放的影响机理对于控制和减少农业生产中的温室气体平排放十分重要，但是植物生长下尤其是豆类植物生长下土壤氧化亚氮排放机理的尚不清楚。本项目利用气相色谱和同位素质谱等现代技术手段，通过对不同作物生长下土壤氧化亚氮排放、氮15同位素和根际硝化与反硝化活性的分析，研究豆类和非豆类作物生长下土壤氧化亚氮的排放特征，共生固氮和肥料氮对土壤氧化亚氮排放的影响和作物生长对土壤硝化和反硝化作用的影响，分析共生固氮在土壤氧化亚氮排放中的作用，阐明豆类和非豆类作物生长下土壤氧化亚氮的排放机理，为合理控制和减轻农业生产中的土壤氧化亚氮排放提供科学支撑，对促进豆类植物生产及其共生固氮的利用和农业可持续发展具有重要的理论和实践意义。

通过盆栽实验、根际模拟实验和室内培养实验研究了豆类和非豆类作物生长土壤N2O的排放特征和作物生长对土壤环境的影响，以解释豆类作物生长对土壤N2O排放的影响机理。.盆栽实验表明，种作物土壤的N2O排放数量低于裸土，而且不同时期排放量对排放总量的贡献不同，而裸土在不同时期的贡献相对均匀。大豆土壤苗期和成熟衰老期的土壤N2O速率高，旺盛生长期的土壤N2O排放速率低，而棉花土壤在前一半生长时间里的土壤N2O排放速率高，后一半生长时间里的排放速率低。裸土、大豆土和棉花土的N2O排放速率与气温各不相同。.大豆土壤的N2O排放总量和平均速率高于相同条件的玉米土壤，大豆土壤和玉米土壤N2O排放速率的季节变化的差异主要在衰老期，大豆衰老期的根系腐烂显著促进了土壤N2O排放。氮肥用量增加，对裸土N2O的促进作用更强。.分析盆栽实验后的土壤表明，作物生长降低了土壤硝态氮、无机氮和总有效氮的含量，增加了水解有机氮的含量，同时也降低硝态氮和无机氮占总有效氮比例，增加了铵态氮和水解有机氮占有效氮的比例。大豆比棉花、玉米和高粱等非豆类作物更能促进水解有机氮的比例，降低铵态氮的硝化率，提高铵态氮肥的转化率和利用率。.根际模拟实验表明，作物根际土壤的理化性质不同于非根际土壤，种作物土壤的理化性质也不同于裸土。大豆根际土壤与非根际土壤在有效氮构成、pH、腐殖质含量与构成、过氧化氢酶活性、脲酶活性、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性等方面均与棉花、玉米、高粱等非豆类作物不同。.后茬土培养实验表明，在不添加氮素的情况下，大豆后茬土的N2O排放高于裸土，而玉米土的排放低于裸土。在添加氮肥的情况下，大豆和玉米后茬土促进了土壤N2O排放，添加硝态氮的情况下大豆后茬土的促进作用更强。四种肥料在玉米后茬土的排放模式与裸土相同，表明玉米后茬土不改变肥料的N2O排放模式，大豆后茬土不仅改变肥料在土壤中N2O排放数量，也改变其排放模式。