土壤微域氧化还原电位空间异质性对土壤N2O汇的调控机制

Previous multi-year field monitoring of soil N2O flux confirms that the rain-fed agricultral soil in the Taihang mountains is a significant sink of N2O. So far, there is few thorough studies focused on the regulating mechanisms of N2O sink in soils with low water content. The study on this aspect will provide theoretical basis for the accurate evaluation of N2O flux from agricultural soils. The purpose of the project is to illustrate the mechanisms of soil N2O sink regulated by Eh spatial heterogeneity in soil microzone. Based on the laboratorial control experiment and the long-term rain-fed agriculture field experiment, we will determine the frequencies of soil semi-anaerobic and anaerobic microzones to monitor the Eh spatial heterogeneity in soil microzone, using the miniaturized Eh probe system. We will focus on the dynamic pattern of soil microzone Eh during the conversion from wet to dry and its regulation on soil N2O flux. The results of the project will provide theoretical basis for establishing N2O mitigation strategies.

在前期工作中，我们通过连续多年田间观测发现：太行山低氮旱作农田土壤为显著的N2O汇。目前对干旱土壤N2O汇的调控机制还缺乏深入研究，这方面的研究可为农田土壤N2O排放通量的准确评估提供理论依据。本项目以太行山低山丘陵区旱作低氮农田为研究对象，以阐明土壤微域氧化还原电位（Eh）空间异质性对土壤N2O汇的调控机制为目标，依托中科院太行山实验站旱作雨养农田长期定位实验，利用Eh微电极探测系统，通过测定土壤半厌氧微域与厌氧微域的分布频度来表征土壤微域Eh空间异质性，重点研究土壤由湿变干过程中土壤微域Eh空间变异规律及其对土壤N2O通量的调控机制，为制定合理的农田管理措施、减少农田生态系统N2O排放提供理论依据。

本项目以旱作低氮农田土壤为研究对象，以揭示农田土壤氧化亚氮汇/源转换机制为研究目标，综合运用土壤微电极系统、土壤气体自动采样与分析系统（Robot系统）与土壤酶学检测技术，研究土壤氧化亚氮还原过程对氧化还原电位、氧气含量、土壤硝酸盐含量、可溶性有机碳含量等的响应机制。研究成果包括：（1）探明了不同土壤含水量条件下土壤氧化还原电位的变化规律；（2）明确了土壤氧化亚氮还原酶活性对pH 、温度、底物浓度等环境条件的响应规律并在此基础上建立了测定土壤氧化亚氮还原酶活性的方法；（3）明确了长期不同氮肥管理对土壤氧化亚氮还原酶活性的调控机制；（4）证实了好氧条件下土壤氧化亚氮还原作用的存在以及好氧氧化亚氮还原作用在土壤氮循环过程中的作用。上述研究成果为理解低氮旱地土壤氧化亚氮汇的形成机制提供了新的理论依据，为农田土壤温室气体氧化亚氮减排提供了新的认识。以上部分核心研究成果已经在Soil Biology & Biochemistry等土壤及环境领域JCR二区以上期刊发表标注SCI论文5篇，获得授权专利两项。在项目执行期间，项目主持人获得河北省杰出青年科学基金资助，入选中国科学院青年创新促进会会员，入选福建省引进高层次人才与福建农林大学金山学者特聘教授。