土壤中羥胺和亞硝態(tài)氮非生物過程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)

1、土壤中羥胺和亞硝態(tài)氮非生物過程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41425005,41401279）和土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所）開放基金（Y412201422）資助Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 41425005, 41401279) and the Research Fund of the State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing Institute of

2、Soil Science, Chinese Academy of Science (No. Y412201422) 馬 蘭1,2 李曉波3,1 李博倫1,2 顏曉元1 通訊作者Corresponding author，E-mail：yanxy作者簡(jiǎn)介：馬 蘭（1988-），女，山東臨沂人，博士研究生，主要研究碳氮循環(huán)與全球變化。E-mail： malan年-月-日； （1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008） （2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049) （3中國(guó)科學(xué)院華南植物園，退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510650）羥胺（NH2

3、OH）和亞硝態(tài)氮（NO2-N）均可以通過非生物過程產(chǎn)生N2O，但是同一土壤中其對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)尚不明確。本文采用高壓滅菌和室內(nèi)培養(yǎng)方法，測(cè)定了采自6個(gè)不同地點(diǎn)的農(nóng)業(yè)利用土壤在滅菌和非滅菌條件下添加NH2OH或NO2-N后N2O的排放量，以研究土壤中NH2OH和NO2-N非生物過程對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)及其關(guān)鍵因子。結(jié)果表明，供試土壤中，NH2OH非生物過程產(chǎn)生的N2O貢獻(xiàn)介于6%73%， NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O占的比例為3%236%；在pH < 7的衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤中，添加NO2-N后非生物過程產(chǎn)生N2O比例大于添加NH2OH的處理，但是在pH &

4、gt; 7的常熟果園和封丘旱地土壤中則相反；pH是影響NH2OH和NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O的關(guān)鍵因子，添加NH2OH處理中非生物過程產(chǎn)生N2O占N2O總排放量的比例與土壤pH呈正相關(guān)（p < 0.05），而在添加NO2-N處理中呈負(fù)相關(guān)（p < 0.01）。上述結(jié)果說明，NO2-N在偏酸性土壤中可能主要通過非生物過程產(chǎn)生N2O，而在偏堿性土壤中主要通過生物過程；NH2OH則與之相反。氧化亞氮（N2O）；羥胺（NH2OH）；亞硝態(tài)氮（NO2-N）；非生物-生物過程S154.1 AN2O是一種重要的溫室氣體，不僅能導(dǎo)致全球變暖，而且會(huì)破壞平流層中的臭氧層1-3。在100年的時(shí)間尺

5、度內(nèi)，N2O的相對(duì)增溫潛勢(shì)是CO2的300多倍4。2011年大氣中N2O濃度已由工業(yè)革命前的270 ppb增至324 ppb5，并且以每年0.25%的速度遞增6。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是N2O的主要來源之一，約占人為排放源的60%7。深入了解土壤N2O排放機(jī)制，對(duì)于提出合理的農(nóng)田N2O減排措施具有十分重要的意義。硝化和反硝化作用在自然和耕作土壤中產(chǎn)生的N2O約占全球N2O排放量的70% 1，但是其他產(chǎn)生途徑（如化學(xué)反硝化）對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)還尚不明確8-9。NH2OH和NO2-N 作為硝化作用的中間產(chǎn)物，其中后者也是反硝化過程的中間產(chǎn)物，均可以通過化學(xué)途徑產(chǎn)生N2O8。Venterea 10研究發(fā)現(xiàn)NO2-

6、N通過非生物過程產(chǎn)生的N2O占總排放量的31%75%。但我們前期的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)11：潮土中以NO2-N為底物的化學(xué)過程對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)不到1.1%，這可能與所選用的土壤理化性質(zhì)不同有關(guān)。NO2-N在土壤中的穩(wěn)定性與土壤pH密切相關(guān)。在pH < 5.5 的土壤中容易自發(fā)分解產(chǎn)生NO和N2O等氣態(tài)化合物12，然而在pH較高的堿性土壤中NO2-N能夠大量累積13。早在1980年Bremner等14發(fā)現(xiàn)NH2OH 可以通過化學(xué)分解產(chǎn)生大量N2O。最近研究表明在滅菌農(nóng)田土壤中添加的NH2OH約有49%轉(zhuǎn)化為N2O，而且NH2OH產(chǎn)生的N2O量與土壤pH呈正相關(guān)15。根據(jù)上述研究結(jié)果，可以看出土壤

7、pH對(duì)NH2OH和NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O均有影響，但是這兩個(gè)過程在同一土壤中對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)及其影響因子研究相對(duì)較少。在前人的研究基礎(chǔ)上，本文擬探討以下科學(xué)問題：1）同一土壤中NH2OH或NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O的貢獻(xiàn)；2）不同土壤中NH2OH和NO2-N非生物過程對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)；3）NH2OH和NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O的影響因子。為此，本文選用我國(guó)6種非淹水的代表性農(nóng)業(yè)利用土壤作為研究對(duì)象，采用高壓滅菌和室內(nèi)培養(yǎng)方法，研究不同土壤中以NH2OH和NO2-N為底物的非生物過程對(duì)N2O排放的相對(duì)貢獻(xiàn)及其主控因子，從而為進(jìn)一步研究土壤N2O排放規(guī)律及尋求有效的農(nóng)田

8、溫室氣體減排措施提供科學(xué)依據(jù)。1 材料與方法1.1 供試土壤供試土壤采自6個(gè)不同地點(diǎn)的農(nóng)業(yè)利用土壤，包括4種農(nóng)業(yè)利用方式（茶園、果園、菜地和農(nóng)田）。茶園位于浙江省衢州市（29°03´N, 119°17´E），種植年限為50 a，土壤類型為黃壤。果園和菜地位于江蘇省常熟市（31°56´N, 120°65´E），果園種植葡萄，年限為12 a；菜地1 a種植57茬蔬菜，年限為5 a，改種自稻麥輪作農(nóng)田，土壤類型均為烏柵土。農(nóng)田分別采自中國(guó)科學(xué)院野外農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站的黑龍江省海倫站（47°47´N, 12

9、6°99´E），河南省封丘站（35°04´N, 114°42´E）和江西省鷹潭站（28°26´N, 117°07´E），土壤類型分別為黑土、潮土和紅壤。采樣深度為020 cm，隨機(jī)設(shè)置5個(gè)1m1m樣方，以“S”形采樣法用土鉆在每個(gè)樣方內(nèi)采15次，剔除土壤中的石塊和動(dòng)植物殘?bào)w，將土樣混合均勻后壓碎過2 mm篩，一部分放在密封的保鮮袋中于4 °C保存?zhèn)溆?，另一部分在室溫下風(fēng)干，測(cè)定土壤理化性質(zhì)。供試土壤的基本性質(zhì)見表1。表1 供試土壤基本理化性狀Table 1 Basic properti

10、es of the soils used in the experiment 采樣點(diǎn)Sampling sitepHC/N全氮Total N(%)全碳Total C(%)鈣Ca(mg kg-1)鎂Mg(mg kg-1)鐵Fe(mg kg-1)錳Mn (mg kg-1)黏粒Clay(%)粉粒Silt(%)砂粒Sand(%)衢州茶園 QZ4.5010.920.151.6136.017.9194.709.1342.2030.0027.80鷹潭旱地 YT5.1110.000.101.0337.326.807.790.9533.7019.3047.00常熟菜地 CS15.139.720.272.66539

11、.08101.4871.259.2030.5033.4036.10海倫旱地 HL5.6513.080.192.51218.5854.1919.895.1325.6036.1038.30常熟果園 CS27.629.580.242.29849.54200.32100.8821.8127.6027.8044.60封丘旱地 FQ7.9216.720.101.69126.0013.542.436.5713.2011.7075.10注：表中QZ、YT、CS1、HL、CS2和FQ分別表示各土壤樣品的采樣點(diǎn)，分別代表衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地、海倫旱地、常熟果園和封丘旱地土壤。下同Note：QZ, YT,

12、CS1, HL, CS2 and FQ represents soil samples collected from a tea garden in Quzhou, an upland field in Yingtan, a vegetable garden in Changshu, an upland field in Hailun, an orchard in Changshu and an upland field in Fengqiu, respectively. The same below1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)選用6種不同pH的農(nóng)業(yè)利用土壤，設(shè)置6個(gè)處理, 分別為：1）滅菌+對(duì)照（CK，

13、不施氮）；2）非滅菌+CK；3）滅菌+NH2OH（添加鹽酸羥胺）；4）非滅菌+NH2OH；5）滅菌+NO2-N（添加亞硝酸鈉）；6）非滅菌+ NO2-N。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。稱取相當(dāng)于20 g 烘干土的鮮土樣置于250 ml三角瓶中，25 °C恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)36 h。預(yù)培養(yǎng)期間，將滅菌處理的培養(yǎng)瓶放于121 °C高壓滅菌鍋中，滅菌1 h，反復(fù)3次。預(yù)培養(yǎng)后，NH2OH和NO2-N以2 ml溶液的形式加入到土壤中，加氮量為100 mg kg-1干土。然后調(diào)節(jié)土壤含水量至65% WHC，蓋上封口膜（parafilm），扎3個(gè)孔，保證通氣。繼續(xù)于25 °C恒溫培養(yǎng)箱

14、中培養(yǎng)7 d，每隔23 d采用差減法補(bǔ)充水分。分別在培養(yǎng)開始后2 h、1、3、5和7 d采集氣體樣品。每次采集氣樣將三角瓶敞口置于室內(nèi)與大氣交換30 min使N2O濃度與大氣濃度平衡，并采集培養(yǎng)瓶上部空氣氣體樣本，作為初始?xì)怏w濃度，記錄采樣時(shí)間。隨后置于25 °C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h后用連有三通閥的10 ml一次性螺口式注射器采集第二針氣體。每次抽取氣樣前用注射器反復(fù)抽提瓶?jī)?nèi)氣體3次以混勻氣體。1.3 分析測(cè)定方法土壤pH值（水土比2.5:1）采用pH計(jì)（Sartorius，PB-10）測(cè)定。土壤全氮、全碳含量采用CNS元素分析儀（Vario MAX）測(cè)定。Ca、Mg、Fe和Mn含

15、量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Optima 8000）測(cè)定16。土壤質(zhì)地采用激光粒度儀（Beckman Coulter）測(cè)定。氣體樣品N2O濃度采用帶電子捕獲（ECD）檢測(cè)器的氣相色譜（安捷倫7890A）測(cè)定。N2O由前置柱和分析柱分離，色譜柱為80/100目Porapak Q填充柱，柱箱和檢測(cè)器溫度分別為55和330 °C。1.4 數(shù)據(jù)處理N2O排放速率根據(jù)密閉4 h前后測(cè)定的三角瓶?jī)?nèi)氣體N2O濃度差值計(jì)算。計(jì)算公式如下： F=dcdt MVmV273273+T1m, （1）式中，F(xiàn)為氣體的排放速率，g kg-1 h-1；dc/dt 為單位時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)氣體濃度增加量，g L-

16、1 h-1；Vm為氣體的摩爾體積，22.4 L mol -1；M為N2O中 N的質(zhì)量，28 g mol -1 (N2O N)；V為培養(yǎng)瓶中氣體的有效空間體積，L；T為培養(yǎng)時(shí)的溫度，°C；m為置于培養(yǎng)瓶中烘干土重，kg。培養(yǎng)期間N2O累積排放量為前后2次采樣測(cè)定的排放通量平均值與時(shí)間間隔乘積的累加17。N2O排放系數(shù)（EF，Emission factor），計(jì)算公式如下： EF=S-S0/1000N×100% （2）式中，S為加氮處理中N2O累積排放量（7 d），g kg-1；S0為不加氮處理中N2O累積排放量（7 d），g kg-1；N為相應(yīng)處理的加氮量，均為100 mg

17、kg-1。通過預(yù)培養(yǎng)試驗(yàn)，滅菌后1 d土壤CO2排放速率呈下降趨勢(shì)，說明土壤微生物活性已被有效抑制。因此，采用滅菌后1 d的N2O累積排放量來代表非生物過程N(yùn)2O排放量，而非滅菌土壤中排放的N2O為非生物-生物過程聯(lián)合產(chǎn)生的N2O總排放量。滅菌和非滅菌土壤中添加NH2OH和NO2-N后N2O累積排放量進(jìn)行比較時(shí)，已扣除相應(yīng)對(duì)照組中的N2O排放量。非生物過程產(chǎn)生的N2O相對(duì)貢獻(xiàn)R（%），計(jì)算公式如下： R=S1S2×100% （3）式中，S1為添加NH2OH或NO2-N的滅菌土壤中N2O累積排放量（1 d），g kg-1；S2為相應(yīng)施氮處理的非滅菌土壤中N2O累積排放量（1 d），g

18、kg-1。不同處理間比較采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析（one-way ANOVA），采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（ = 0.05），采用Spearman rank（2-tailed）法對(duì)N2O排放量和土壤理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析。采用Origin 8.6繪圖。2 結(jié) 果2.1不同處理下土壤N2O排放特征不同土壤中添加NH2OH或NO2-N后N2O排放通量的動(dòng)態(tài)變化如圖1所示。同一氮肥處理在各土壤中N2O排放動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致（圖1）。不管是在滅菌還是非滅菌土壤中，添加NH2OH或NO2-N后N2O排放通量均迅速增加，然后逐漸下降。添加NH2OH后2 h時(shí)各土壤中N2O排放通量達(dá)到觀測(cè)

19、期間的峰值，其中在常熟果園土壤中排放速率最大，為1 585 g kg-1 h-1，在鷹潭旱地紅壤中最?。? 031 g kg-1 h-1），添加NO2-N后2 h時(shí)各土壤中N2O排放通量介于6.4261.28 g kg-1 h-1之間。在培養(yǎng)初期，添加NH2OH后N2O排放通量明顯高于添加NO2-N處理（圖1）。圖1不同處理下不同土壤中N2O排放速率的變化（S：滅菌處理；N-S：非滅菌處理，下同）Fig.1 N2O flux from soil relative to treatment and type of the soil (S: Sterilized; N-S: Non-sterili

20、zed, the same below)通過對(duì)非滅菌條件下土壤N2O累積排放量進(jìn)行方差分析（圖2），結(jié)果表明：1）添加NH2OH的不同土壤中，鷹潭旱地紅壤中N2O累積排放量最高（35 950 g kg-1），明顯高于其他土壤（p < 0.05），其次是衢州茶園土壤（29 337 g kg-1）；添加NO2-N的不同土壤中，常熟菜地土壤中N2O累積排放量最高（2 363 g kg-1)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他土壤（p < 0.01），封丘旱地潮土最低 （204.96 g kg-1）；2）在同一土壤中，NH2OH處理的N2O累積排放量顯著高于NO2-N處理，其中封丘旱地潮土在培養(yǎng)7 d 后N2O

21、累積排放量約為添加等量NO2-N處理的74倍；與對(duì)照相比，施用NO2-N均顯著增加了各土壤中N2O排放。注：不同小寫字母表示同一土壤不同處理間差異顯著（p < 0.05），不同大寫字母表示同一施氮處理不同土壤間差異顯著（p < 0.05）。下同Note：Different lowercase letters mean significant difference between soil samples different in treatment, but the same in sampling site (p < 0.05) and different uppercas

22、e letters mean significant difference between soil samples different in sampling site, but the same in treatment (p < 0.05). The same below圖2非滅菌條件下添加NH2OH或NO2-N后不同土壤中N2O累積排放量（7 d）的比較Fig.2 Comparison between unsterilized soil samples spiked with NH2OH and NO2-N in 7-day total N2O emission從表2可以看出，在

23、不同土壤中，添加NH2OH處理的N2O排放系數(shù)均顯著高于添加NO2-N處理。對(duì)于同一土壤而言，非滅菌條件下添加NH2OH后N2O的排放系數(shù)介于18.63%35.95%之間，是添加NO2-N處理的10.03倍76.46倍，其中在鷹潭旱地紅壤中添加NH2OH后N2O排放系數(shù)最高為35.95%，封丘旱地潮土中最低（15.15%）。在非滅菌條件下，常熟菜地土壤中添加NO2-N后N2O排放系數(shù)最高為2.29%，其次是海倫旱地黑土（1.21%）。表2 不同處理土壤N2O排放系數(shù)Table 2 Soil N2O emission coefficient relative to treatment采樣點(diǎn)Sam

24、pling siteN2O排放系數(shù) N2O Emission factor (%)滅菌Sterilized非滅菌Non-sterilizedCKNH2OHNO2-CKNH2OHNO2-衢州茶園 QZ4.43±0.14b0.96±0.06A29.33±0.83a0.50±0.07B鷹潭旱地 YT8.39±0.07b0.98±0.06A35.95±0.38a0.72±0.03B 常熟菜地 CS19.18±0.36b1.68±0.02B22.94±0.27a2.29±0.04A海倫

25、旱地 HL13.94±0.56b1.43±0.01A19.14±0.39a1.21±0.03B 常熟果園 CS212.36±0.43b0.19±0.01B18.63±0.99a1.14±0.07A封丘旱地 FQ11.70±0.36b0.02±0.01B15.15±0.48a0.20±0.02A注：同一行不同小寫字母表示添加NH2OH的土壤不同處理間差異顯著（p < 0.05），同一行不同大寫字母表示添加NO2-N的土壤不同處理間差異顯著（p < 0.05）。Not

26、e：Different lowercase letters in the same row mean significant difference between soil samples spiked with NH2OH but different in treatment (p < 0.05), and different uppercase letters in the same row mean significant difference between soil samples spiked with NO2- -N, but different in treatment

27、(p < 0.05). 2.2 非生物過程的N2O排放特征非生物過程對(duì)N2O排放量的影響因土壤類型和施氮種類而異（圖3）。通過對(duì)添加NH2OH和NO2-N后各土壤在滅菌和非滅菌條件下N2O排放量和排放系數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果表明：（1）添加NH2OH的不同土壤中，滅菌大幅度減少了N2O排放量（p < 0.05，圖3），其中衢州茶園土壤滅菌減少的N2O排放比例最大，達(dá)到94%；（2）在添加NO2-N的衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤中，滅菌處理后N2O累積排放量明顯高于非滅菌土壤，而在封丘旱地和常熟果園土壤中，滅菌顯著減少了N2O累積排放量（p < 0.05，圖3），但是從

28、N2O排放系數(shù)來看，添加NO2-N的衢州茶園、鷹潭旱地和海倫旱地土壤滅菌后N2O排放系數(shù)顯著高于非滅菌處理，而在常熟菜地、果園和封丘旱地土壤中則相反（表2）。根據(jù)滅菌和非滅菌土壤中N2O累積排放量計(jì)算各土壤中非生物過程產(chǎn)生的N2O的相對(duì)貢獻(xiàn)（圖4），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）在不同土壤中，添加NH2OH后，非生物過程產(chǎn)生的N2O占N2O總排放量比例介于6%73%, 其中在封丘旱地土壤中非生物過程產(chǎn)生的N2O相對(duì)貢獻(xiàn)最大，約為73%，其次是海倫旱地土壤；添加NO2-N后非生物過程產(chǎn)生的N2O比例除了在常熟果園和封丘旱地土壤中小于100%之外，但在其他土壤中滅菌條件下N2O排放量大于非滅菌條件（p <

29、 0.05）；（2）NH2OH和NO2-N處理中非生物過程產(chǎn)生N2O比例也是因土壤而異的，在pH < 7的衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤中，添加NO2-N后非生物過程產(chǎn)生N2O比例大于添加NH2OH的處理，但是在pH > 7的常熟果園和封丘旱地土壤中則相反（圖4）。圖3 滅菌對(duì)不同土壤N2O累積排放量（1 d）的影響（A: NH2OH; B: NO2-N）Fig.3 Effects of sterilization on N2O emissions (1 d) relative to type or sampling site of the soil NH2OH (A)

30、 or NO2-N (B)圖4 不同土壤中非生物過程產(chǎn)生N2O占N2O總排放量的比例Fig.4 Contribution, in terms of proportion, of abiotic processes to the total N2O emission relative to type or sampling site of the soil3 討 論3.1 NH2OH或NO2- -N添加對(duì)土壤N2O排放的影響Heil等15報(bào)道3種不同生態(tài)系統(tǒng)土壤中添加NH2OH后N2O排放速率與土壤pH、C/N和Mn含量之間具有很好的相關(guān)性（p < 0.05）。大量研究12,18指出NO2

31、- -N的化學(xué)反硝化作用也受土壤環(huán)境因子（如pH、Fe2+、有機(jī)質(zhì)等）的干擾，因此，土壤中pH值、金屬離子濃度以及有機(jī)質(zhì)含量均會(huì)影響NH2OH或NO2-N的N2O排放量，導(dǎo)致該試驗(yàn)中添加NH2OH或NO2-N后N2O排放系數(shù)因土壤而異（表2）。同一土壤中添加NH2OH后N2O排放系數(shù)顯著高于NO2-N處理（表2），這與前人的研究結(jié)果相一致14，其原因可能與NH2OH和NO2-N產(chǎn)生N2O機(jī)制不同有關(guān)。NH2OH能夠與土壤中的Fe3+或Mn4+迅速進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生N2O 14,18-19，但是NO2-N除了通過化學(xué)反硝化產(chǎn)生N2O之外，還有可能在亞硝化氧化細(xì)菌作用下進(jìn)一步氧化為NO3-N或者通過

32、異養(yǎng)反硝化損失8-9。值得注意的是，本實(shí)驗(yàn)中添加NH2OH后N2O排放系數(shù)遠(yuǎn)高于田間實(shí)際值，主要原因在于本實(shí)驗(yàn)中直接添加了100 mg kg-1的NH2OH。Liu等20在挪威云杉森林土壤中測(cè)得的NH2OH濃度在0.334.8 µg kg-1之間，而在農(nóng)田土壤中尚未檢測(cè)到NH2OH8,18。但是，同森林和草地土壤相比，添加NH2OH的農(nóng)田土壤N2O排放量最大，即使在滅菌處理中也有大量排放15，說明NH2OH對(duì)N2O排放的貢獻(xiàn)在硝化能力強(qiáng)的農(nóng)田土壤中可能廣泛存在，其機(jī)制還有待于深入研究。3.2 非生物過程對(duì)不同土壤N2O排放的貢獻(xiàn)在不同土壤中，添加NH2OH后非生物過程產(chǎn)生N2O占N2

33、O總排放量比例均小于100%, 說明NH2OH通過生物和非生物過程共同作用產(chǎn)生N2O。除封丘和海倫旱地土壤外，本研究其他土壤中非生物過程產(chǎn)生N2O的比例均小于50%，可能是因?yàn)獒橹莶鑸@、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤的pH較低（4.505.65）。已有研究報(bào)道15,21NH2OH在酸性條件中比堿性中穩(wěn)定，當(dāng)pH < 5.95時(shí)容易被質(zhì)子化（NH3OH+），不利于N2O的產(chǎn)生。相關(guān)分析結(jié)果表明添加NH2OH后土壤中非生物過程產(chǎn)生的N2O比例與土壤pH呈正相關(guān)（p < 0.05，表3），說明NH2OH在偏堿性土壤中可能主要通過非生物過程產(chǎn)生N2O。本研究中封丘潮土非生物過程產(chǎn)生的N2

34、O相對(duì)貢獻(xiàn)最大，占73%，說明潮土比其他土壤更有利于NH2OH通過非生物過程產(chǎn)生N2O，可能是其pH較大（7.92）導(dǎo)致的。硝化作用是潮土N2O產(chǎn)生的主要途徑22-23。硝化作用強(qiáng)烈，有利于NH2OH的產(chǎn)生，而NH2OH容易快速化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生N2O18-19，所以，潮土中可能有大量的N2O是由NH2OH生成的，該結(jié)果能夠?yàn)橄趸种苿┰谵r(nóng)田土壤N2O減排推廣應(yīng)用方面提供理論依據(jù)。目前，施用硝化抑制劑是一項(xiàng)公認(rèn)的減少N2O排放的有效措施24，其作用機(jī)理在于其能夠抑制氨單加氧酶的活性25-26，即抑制了硝化反應(yīng)的第一步，也就避免了NH2OH及NO2-N 的大量累積，從而減少了二者通過非生物過程產(chǎn)生的N

35、2O。表3非生物過程產(chǎn)生N2O比例與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of proportion of the N2O generated via abiotic processes with soil chemical properties氮源N sourcespHC/N全氮TN全碳TC鈣Ca鎂Mg鐵Fe錳Mn黏粒Clay粉粒Silt砂粒SandNH2OH0.88*0.720.020.380.290.27-0.330.25-0.94*-0.300.73NO2-N-0.94*-0.31-0.08-0.14-0.55-0.510.09-0.490.7

36、70.54-0.76注：*和*分別表示相關(guān)分析顯著水平達(dá)P < 0.05和P < 0.01Note：*and*denotes significance level at 0.05 and 0.01, respectively, according to the correlation analysis在衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤中，滅菌處理添加NO2-N后N2O排放量顯著高于非滅菌處理（圖3）。該現(xiàn)象的成因可能有以下兩個(gè)：首先，在非滅菌土壤中，除了通過非生物過程產(chǎn)生N2O以外，NO2-N可能被微生物吸收或通過諸多生物過程（硝化細(xì)菌反硝化、異養(yǎng)反硝化以及亞硝化氧化細(xì)菌

37、硝化等8-9）轉(zhuǎn)化成N2等其它形態(tài)的氮氧化物，使得N2O比例偏低。其次，滅菌土壤中微生物的吸收、利用可能降低，而且滅菌會(huì)對(duì)土壤部分理化性質(zhì)造成一定的影響（比如說pH值降低，可溶性有機(jī)質(zhì)含量增加等）27，使得N2O生成的比例增加。尤其是在低pH值條件下，添加NO2-N處理中非生物過程產(chǎn)生N2O的比例與土壤pH呈負(fù)相關(guān)（p < 0.01，表3），而這4種供試土壤的pH范圍在4.505.65之間，從而有利于NO2-N化學(xué)反硝化生成N2O10。另外，pH > 7的常熟果園和封丘旱地土壤，非生物過程產(chǎn)生的N2O分別僅占N2O總排放量的8%和3%，進(jìn)一步說明在偏酸性土壤中，NO2-N可能主要通

38、過非生物過程產(chǎn)生N2O；而在偏堿性土壤中，主要通過生物過程。4 結(jié) 論 供試土壤中，NH2OH非生物過程產(chǎn)生N2O相對(duì)貢獻(xiàn)范圍是6%73%, NO2-N非生物過程N(yùn)2O占的比例為3%236%；在pH < 7的衢州茶園、鷹潭旱地、常熟菜地和海倫旱地土壤中，添加NO2-N的非生物過程對(duì)N2O的相對(duì)貢獻(xiàn)大于添加NH2OH處理的，而在pH > 7的常熟果園和封丘旱地土壤中則反之；添加NO2-N后土壤中非生物過程產(chǎn)生的N2O比例與土壤pH呈正相關(guān)（p < 0.05），而在添加NH2OH處理中呈負(fù)相關(guān)（p < 0.01），可見土壤pH是影響NH2OH和NO2-N非生物過程產(chǎn)生N2O

39、的關(guān)鍵因子。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以預(yù)期，在偏酸性土壤中，NO2-N產(chǎn)生N2O的主要途徑為非生物過程，而NH2OH主要為生物過程；在偏堿性土壤中則相反。參 考 文 獻(xiàn)1 Butterbach-Bahl K, Baggs E M, Dannenmann M, et al. Nitrous oxide emissions from soils: how well do we understand the processes and their controls? Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Bi

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