外源NH4+在热带亚热地区酸性土壤的转化、迁移及其环境后果

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ding7881
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本文从探讨热带亚热带地区酸性土壤对NH4+输入增加的响应这一目标出发,紧紧围绕输入NH4+在酸性土壤上的硝化作用展开,通过室内封闭培养(只有空气交换)和土柱模拟淋洗培养试验研究了NH4+加入对不同类型酸性土壤硝化、氮素和盐基离子淋溶、土壤和淋出液酸化等的影响。并以亚热带耕地土壤为材料,通过回填土柱在连续种植作物情况下,综合观测了输入NH4+的转化产物向环境的迁移(氮素淋失、氨挥发和氧化亚氮排放)。   在第一组封闭培养试验,采用发育于第四纪下蜀黄土和第四纪红粘土的pH分别为6.74和5.24的亚热带旱地黄棕壤(YS)和红壤(RS)样本为供试材料。加入625mg N kg-1。硫酸铵进行为期56天的培养。试验结果表明,硫酸铵加入可极大促进YS硝化,在一定程度提高RS硝化。伴随着硝化,两种土壤均表现出不同程度酸化。硝化过程中出现明显的氮同位素分馏效应。RS和YS基于NH4+含量变化的表观氮同位素分馏系数分别为1.036和1.016。δ15NH4+值与NO3--N含量呈极显著正相关关系(P<0.01),而与NH4+-N含量呈显著负相关关系(P<0.01)。   在第二组封闭培养试验,采用pH值较低的发育于第四纪红粘土的亚热带旱地红壤样本RU(pH4.28)和林地红壤样本RF(pH4.78),以及发育于第四纪下蜀黄土的旱地黄棕壤样本YU(5.78)为试验材料。研究了硫酸铵或尿素常量水平(250 kgN ha-1)加入56天内对土壤硝化和酸化影响。结果表明,NH4+加入对三种土壤硝化和酸化影响因土壤和加入氮的类型而异。对于林地土壤RF,其自身硝化作用非常弱,NH4+加入并未提高其硝化,也未引起土壤进一步酸化。对于旱地土壤YU,其自身硝化能力很强,NH4+加入在不同程度促进其硝化,并引起明显土壤酸化。对于旱地土壤RU,硫酸铵加入轻微提高其硝化,而尿素明显促进了硝化作用,但酸化作用并不明显。   在土柱模拟淋洗培养试验,采用热带地区花岗岩发育的林地砖红壤(HR,海南五指山)和玄武岩发育的林地砖红壤(YR,云南勐养)、亚热带地区第四纪红粘土发育的旱地红壤(RU,江西鹰潭)和第四纪下蜀黄土发育的旱地黄棕壤(YU,江苏江宁)为研究对象,加入尿素0和300mg N kg-1,进行为期123天的淋洗培养。试验结果表明,尿素加入提高了氮素淋失。氮素淋失形态因土壤类型而异。HR硝化作用很弱,尿素输入后主要以可溶性有机氮(DON)和NH4+形态淋失。YU硝化作用强烈,氮素淋失以NO3-为主。YR和RU土壤硝化作用相对较弱,因此氮素淋失N03-、NH4+和DON兼而有之。培养结束时,四种土壤上加入氮的淋失率可达80%以上。各土壤15N残留及15NO3-淋失量数据也支持这一结果。盐基离子总淋失量与NO3-淋失显著正相关,但各盐基离子淋失由于离子本性和土壤性质的差异并不完全一致。Ca2+在缓冲外源氮硝化致酸和平衡NO3-淋失所带负电荷过程中起重要作用。由于各土壤阳离子交换量和盐基离子含量不同,外源NH4+输入在土壤的硝化和淋失对土壤及淋出液酸化影响存在差异。在阳离子交换量小、盐基含量低的土壤,如RU,外源NH4+的硝化和淋失不仅引发盐基离子淋失,而且导致NH4+、甚至是H+淋失。本研究结果也表明外源NH4+在热带亚热带酸性土壤的硝化和淋失,还会导致Al3+溶出。   在土柱试验,利用亚热带地区分别发育于第四纪红粘土(R)和第四纪下蜀黄土(Y)的四种旱地(U)和水稻土(P)在2007年8月至2009年5月期间进行四个作物季的连续观测,第四季观测仍在进行中。结果表明,四种土壤尿素氮施入后的活性氮损失因土壤类型和作物生长季而异。对旱地土壤而言,YU氮素淋洗、氨挥发和氧化亚氮排放要大于RU;相同土壤上,夏季作物季活性氮损失要高于越冬作物季。对于水稻土,氨挥发RP高于YP,氮素淋洗则相反;水稻生长季氧化亚氮排放RP高于YP,小麦生长季则相反。由于水稻土不同作物生长季的水分管理措施不同,使得土壤物理、化学和生物特性存在很大差异,由此导致肥料氮在土壤中的迁移和转化也有很大不同。同一水稻土,氨挥发以水稻生长季较高,而氧化亚氮排放则以小麦生长季较高。
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