摘要
集约化农田土壤剖面累积的过量硝态氮(NO3-)会导致地下水污染及氧化亚氮(N2O)的间接排放,但对土壤剖面NO3-的去除过程——反硝化氮气(N2)损失的定量存在很大难度。以往的研究大多基于无氧条件下的测定,而剖面不同深度土壤氧气(O2)浓度状况如何影响各层土壤N2的产生仍不清楚。本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0~2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O2浓度和温度状况,设置不同O2浓度水平(15%、12%、2.5%和0%)和培养温度(26 °C和20 °C),采用氦培养-直接测定N2法测定三个不同深度(0~0.2、0.5~0.7 m和2.0~2.2 m)土壤N2O和N2产生速率。结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N2和N2O的产生表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5%~15% O2)土壤N2产生速率为5.3~7.1(0.2 m)和0.5~2.3(0.5 m和2 m)μg·h-1·kg-1(以N计),显著低于无氧下速率的11~26倍。同样地,有氧下N2O产生速率为1.1(0.2 m)和<0.22(0.5 m和2 m)μg·h-1·kg-1,显著低于无氧下的6~257倍。因原位观测的土壤O2浓度>2.5%(0.2 m和0.5 m)和>14%(2 m),这表明在无氧条件下的观测会高估土壤真实条件下的N2和N2O产生速率。而且,无氧显著增加深层土壤的N2O/(N2O+N2)值,这可能是由于深层土壤的碳更加缺乏,不利于N2O被进一步还原。进一步基于有氧条件下观测的N2和N2O产生速率,估算了玉米生长季(按120天计)剖面0~2 m土体的反硝化N2+N2O损失量可达219 kg·hm-2,表明土壤对其剖面累积的硝态氮具有很强的脱氮能力,极大的减少了包气带累积硝态氮进一步向地下水迁移的风险。
- 单位