亚热带丘陵茶园土壤N2O排放研究

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氧化亚氮(N2O)是除二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)以外的第三大温室气体,具有巨大温室效应的增温潜能,逐渐成为了国际社会的焦点。亚热带丘陵地区茶园生态系统大量氮肥投入为茶园土壤提供了丰富的氮源,促进了茶园鲜叶采摘量,同时,氮肥大量投入加剧茶园土壤酸化,充足氮肥和土壤酸化为N2O的产生与排放创造了有利条件条件下,茶园可能具有较大的N2O排放风险,而对我国亚热带丘陵地区茶园土壤N2O长期野外田间定点观测排放研究较少。本文研究以亚热带丘陵茶园为代表,通过野外田间试验与室内培养实验,室内分析土壤样品与气体样品,研究茶园N2O排放在不同施肥管理方式下排放强度以及主要驱动因子,探明了在典型旱季和雨季中茶园土壤N2O排放的时间分布特征,并对茶园土壤N2O排放因子进行逐步回归方程计算,旨在解释茶园N2O排放的环境因子,主要研究结果如下:1.野外原位观测结论(1)茶园土壤在不同施肥管理方式下,土壤中两种不同形态的矿态氮季节变化与年际变化既有相似性,但又存在差异性。相似性表现在土壤中NH4+-N春夏季节含量高,秋冬季节含量低,且春夏季节变化程度大于秋冬季节。从2014年——2016年观测期间内,差异性表现在生态工程处理(EE)方式下土壤中NH4+-N含量高于高量生物质炭处理(BC40),且EE处理下,NH4+-N峰值出现时间为四月初到四月底,较BC40处理延后半个月左右。两种处理方式下土壤中NO3--N含量变化的相似性与差异性差异性大致与NH4+-N相同,但土壤中NH4+-N含量远高于NO3--N。(2)观测年限内,BC40处理具有提高茶园土壤可溶性有机碳的能力,减少土壤中DOC变化幅度,但随着时间的增长,这种能力会逐渐降低;EE处理下土壤中DOC的含量都大于BC40处理,但DOC在土壤中的含量季节变化与年内变化都要大于BC40处理。(3)在整个野外实验年限内,BC40处理下土壤含水量(SWC)比EE处理高,但EE处理方式下土壤含水量年际与年内变化程度比BC40处理小;BC40处理方式下N2O排放速率高于EE处理,因此BC40处理茶园土壤N2O排量大于EE处理,结合茶园产量研究结果,表明EE处理能够在保证茶园产量的前提下,减少茶园N2O排放量,实现经济与环境的双赢。2.不同管理方式下茶园土壤N2O排放主控因子分析在BC40与EE处理中N2O排放与土壤中矿态氮含量、土壤含水量以及土壤表层5cm温度均呈现极显著相关关系,在BC40处理中,土壤中可溶性有机碳与N2O排放同样呈现极显著相关关系,但在EE处理下,土壤中可溶性有机碳与N2O排放同样呈现显著相关关系。雨季时期,BC40与EE处理下,土壤中矿态氮(NH4+-N和NO3--N)、含量、土壤含水量(SWC)与N2O排放呈现显著相关关系,与土壤可溶性有机碳呈显著相关关系,但与表层5cm温度相关关系上,BC40处理中呈现显著负相关关系,EE处理下呈现微弱正相关关系;旱季时期,EE处理下土壤中NH4+-N含量与N2O排放呈现显著相关关系,而BC40处理下相关关系不明显;BC40和EE处理下,土壤中NO3--N含量、DOC含量与N2O排放相关关系不明显,SWC与N2O排放均呈显著负相关关系,表层5cm温度与N2O排放均呈现极显著正相关关系。通过对选取的五项指标进行逐步回归方程计算,表明:五项指标在BC40处理中能够解释59.2%N2O排放的原因,而在EE处理中只能解释55.7%。3.室内茶园土壤培养实验在不添加氮肥处理(M0)与添加200mg N kg-1的硝酸铵(NH4NO3)(M2)两种处理中,土壤的N2O累积排放量均和土壤含水量呈现极显著指数相关关系,在土壤含水量在80%的条件下,N2O的排放发生剧烈变化,M2处理下,随着土壤含水量的增加显著促进了N2O排放量,且变化剧烈。在土壤含水量为100%时,M0与M2处理N2O累积排量最大。在未用风干土壤进行预培养的情况下,培养开始添加溶液后出现明显一个干湿交替过程,导致出现激发效应,使得在培养初始时间出现了一个N2O排放高值。因此,在之后的培养实验中应当进行土壤预培养,以避免出现这种现象。
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