石灰性土壤固碳对N2O排放及产生机制的影响

Low carbon agriculture means reducing the net CO2 emission to the lowest level during crop production and fixing more carbon into soil-crop system. Soil carbon sequestration includes the increase in the numbers of soil organic carbon and the changes of carbon quality. The mitigation effect of carbon sequestration may be offset by the increase of soil N2O emission caused by the variation in soil organic carbon, and this tradeoff effect may be difference in different ecosystems and soil condition. Always we can not reveal the combined effect of agriculture soil carbon sequestration on greenhouse effect because lack experiment studies on the impacts of soil carbon sequestration on N2O emission from unit of N fertilizer and the quantitative relation of them at home and abroad. Meanwhile it is still not clear for the mechanism of N2O production under different carbon quantity and quality. The objectives of this study are to research the effect of calcareous soil carbon sequestration on the processes and rates of N2O production, and comprehensive evaluate the impacts of calcareous soil carbon sequestration on greenhouse effect by the mothods of static culture-gas chromatography, Robot automatic culture system and gas chromatography-mass spectrometer using the soils from a seven years long-term field trail with different carbon and nitrogen treatments, high carbon and nitrogen input greenhouse vegetables and conventional croplands in Shouguang, Shandong Province, and other long-term field experiment in calcareous soil region which soil organic carbon substantial changes.

低碳农业就是把农业生产中的净CO2排放降低到最低限度，使土壤-作物体系贮存更多的碳。土壤固碳包括有机碳数量的增加和质量的改变。两方面都可能促进土壤N2O的排放，抵消土壤固碳的减排效应，这种tradeoff效应在不同生态系统和土壤条件下可能表现不同。一直以来国内外缺乏用实验方法研究土壤有机碳增加对单位氮肥投入而引起的N2O排放影响及二者之间的数量关系，不能揭示农田固碳对温室效应的综合影响。同时不同土壤有机碳数量和质量条件下N2O的产生机理还不清楚。本课题拟通过连续7年的长期定位试验不同碳氮处理、山东寿光高碳氮投入日光温室蔬菜及传统粮田、其它长期定位试验有机碳变化较大的石灰性潮土，在有机碳数量和质量已发生明显变化的条件下，采用静态培养-气相色谱法、Robot自动培养系统及气-质谱仪，研究石灰性土壤有机碳数量和质量变化对N2O产生量及机制的影响，综合评价石灰性土壤固碳对温室效应的影响。

土壤有机碳固定被认为是减缓气候变化的有效措施。但有机碳的增加可能会促进土壤N2O的排放，同时适宜条件下可能会改变N2O的产生过程。N2O排放的增加会抵消土壤固碳减排效应。华北平原石灰性潮土土壤有机碳增加是如何影响土壤N2O排放，N2O排放能够抵消多少SOC的固定研究未见报道。本研究以北京上庄、河北曲周、山东寿光三个地区有机碳差异较大的土壤为研究对象，分别研究不同有机碳土壤N2O排放对添加氨态氮和硝态氮的响应，在此基础上选取土壤有机碳差异较大的土壤进行好氧条件下不同形态氮素和硝化抑制剂添加对N2O、NO、N2排放和O2、CO2浓度放影响的robot培养实验，并分析含氮气体气态产无比。选取不同有机碳土壤进行好氧添加氨态氮和无氧条件下添加硝态氮的robot培养实验，研究不同气体排放变化。研究结果表明：（1）华北平原石灰性潮土有机碳的增加未改变土壤N2O的产生过程，SOC的增加会促进土壤氨态氮添加后的N2O排放，但当SOC增加到一定程度后，会降低氨态氮添加后土壤N2O的排放。说明有机碳含量对土壤N2O的排放的影响可能存在拐点，但由于本研究培养实验数据点较少，无法定量土壤固碳与N2O排放之间的数量关系。（2）对河北曲周高低有机碳土壤好氧条件下添加不同形态氮和硝化抑制剂robot培养实验进一步证明了华北平原石灰性潮土N2O排放来自氨态氮肥施用后的硝化作用，添加硝化抑制剂能够显著降低土壤N2O排放。（3）robot培养实验N2O/(N2O+N2)%与N2O规律一致，H-NH4+、H-NH4++DCD及L-NH4+三处理N2O/(N2O+N2)%比值在0-1.39%之间，显著高于其他处理。（4）对河北曲周不同有机碳土壤好氧和无氧条件下分别添加氨和硝态氮robot培养实验研究表明，好氧条件下，三种有机碳土壤添加氨态氮均能促进土壤N2O排放，N2排放无明显增加。无氧条件下，添加硝态氮后N2O、NO和N2的排放均有明显增加，N2排放增加说明反硝化作用的发生，但同时伴有N2O和NO的排放，说明土壤并未完全处于厌氧状态，这可能与土壤空隙O2有关。本项目的意义在于发现了目前华北平原土壤有机碳的增加会促进氨态氮肥施用后土壤N2O排放，抵消其固碳减排效应，但不会改变其产生过程，田间条件下可通过改变氮肥形态或氨态氮混合硝化抑制剂降低N2O排放。