瀋陽生態所在東北旱作農田土壤氣態氮損失的研究中取得進展

農田大量氮肥的施用新增了土壤N2O和NO的排放。此外,現時開展的土壤NO和N2O排放速率原位觀測的研究網站十分有限,且主要採用人工間歇式手動採樣法,這種低頻率採樣不僅忽略了各氣體排放的日變化規律,還會錯過短時間內的脈衝排放事件,導致氣態氮損失的量化具有很大不確定性。研究結果有助於加深對農田土壤氣態氮損失及其控制因素的理解。

農田土壤是大氣氧化亞氮(N2O)和一氧化氮(NO)的重要排放源。其中N2O是重要的溫室氣體,也是破壞平流層臭氧的重要底物;而NO化學活性强,極易被對流層臭氧和氫氧自由基氧化,是大氣細顆粒物中硝酸鹽形成的前體物質。農田大量氮肥的施用新增了土壤N2O和NO的排放。東北地區是我國重要的糧食產區之一,該區域60%以上的農田為旱地。前期研究報導該區域農田氮肥利用率不足40%,約20%的氮肥可能通過氣態氮的形式損失,但對各含氮氣體的損失量、排放的時空動態規律和控制因數仍缺乏瞭解。此外,現時開展的土壤NO和N2O排放速率原位觀測的研究網站十分有限,且主要採用人工間歇式手動採樣法,這種低頻率採樣不僅忽略了各氣體排放的日變化規律,還會錯過短時間內的脈衝排放事件(如降雨、灌溉和施肥等),導致氣態氮損失的量化具有很大不確定性。

基於此,中科院瀋陽應用生態研究所穩定同位素生態學團隊在遼寧瀋陽農田生態系統國家野外觀測研究站建立了高頻率連續同步測定土壤N2O和NO排放速率的自動採樣和測定系統(圖1),對該網站玉米旱田土壤N2O和NO的排放通量進行了連續兩年的觀測(2017 - 2019)。研究發現,在第一年,NO和N2O的排放量分別為8.9和2.4 kg N ha-1,分別占氮肥施用量的5.9%和1.5%;第二年為2.3和1.8 kg N ha-1,分別占氮肥施用量的1.9%和1.2%。排放的年際差別主要受施肥後降雨量和分配差异的影響,第一年排放較高與施肥後長時間乾旱有關。生長季內,土壤NO和N2O的排放呈現相同的季節動態(圖2),主要受土壤溫度和無機氮含量的控制。此外,該研究還發現春季凍融過程產生的NO和N2O對全年NO和N2O的貢獻非常有限。該研究指出氣候變化(比如乾旱)可能新增該區域旱作農田土壤氮素的氣態損失(尤其是NO);長期和高解析度的觀測有助於更好地瞭解NO和N2O排放速率的晝夜、季節和年際變化。研究結果有助於加深對農田土壤氣態氮損失及其控制因素的理解。

相關研究成果以“Temporal patterns of N2O fluxes from a rainfed maize field in Northeast China”和“Interannual and seasonal variabilities in soil NO fluxes from a rainfed maize field in the Northeast China”為題分別於2021年4月22日發表於Frontiers in Environmental Science和2021年5月5日發表於Environmental Pollution。瀋陽生態所特別研究助理宿晨霞為第一作者,方運霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計畫、中國科學院前沿重點研究專案、國家自然科學基金委員會和中科院盧嘉錫國際團隊等項目的支持。

圖1土壤NO和N2O排放速率自動採集和測定系統

圖2研究期間土壤溫濕度、無機氮含量、NO和N2O日排放速率的季節變化動態(黑色向下箭頭表示施肥日期)

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資料標籤: 科學 科普
本文標題: 瀋陽生態所在東北旱作農田土壤氣態氮損失的研究中取得進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656062200739016
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