强还原方法改良退化设施蔬菜地土壤的氮硫还原产物研究

High fertilization application and the unreasonable rotation in greenhouse vegetable cultivation easily induce soil degradation (e.g., NO3- and SO42- accumulation, acidification, salinization and serious soil-borne diseases), which can considerably affect vegetable yield and sustainable development of vegetable cultivation in China. In the incubation, plot and field experiments, incorporating with different kinds and applications of organic material and alkaline matter under flooding condition will be used to improve the degraded vegetable soil. The removal of NO3- and SO42-, gaseous products and other physical, chemical and biological properties will be investigated using routine analysis and 15N tracing technique. The purposes of this study are to 1) select the suitable organic material, alkaline matter and application to optimize strong reductive approach, 2) explicit the removal efficiency and interactive effect of NO3- and SO42- and DNRA (dissimilatory NO3- reduction to NH4+) rate under flooding condition, 3) elucidate the emission fluxes and regularity of nitrogenous, volatile sulfur gases. These results will provide the theory basis for the improvement of degraded vegetable soil and reducing environmental pollution in greenhouse vegetable ecosystem.

设施蔬菜地大量施用化肥及不合理轮作易引起土壤硝态氮和硫酸根累积、酸化和土传疾病的发生，导致土壤退化，影响蔬菜产量和蔬菜种植的可持续发展。本项目采用强还原方法改良退化设施蔬菜地土壤，通过实验室培养、盆栽和田间试验，淹水添加不同种类和用量的有机物料和碱性物质，设置不同还原处理，采用常规分析方法和15N同位素标记法，测定强还原条件下设施蔬菜地土壤硝态氮和硫酸根的含量变化和气态产物及其它理化性质和微生物学性质，筛选合适有机物料和碱性物质及其施用量，优化强还原方法。明确强还原条件下土壤硝态氮和硫酸根的去除效率和交互作用、异化还原成铵(DNRA)速率和影响因素，并探讨强还原条件下土壤氮氧化物和挥发性硫气体的排放通量和规律，为退化设施蔬菜地土壤的改良，降低负面环境影响提供理论依据。

本项目采用强还原方法(reductive soil disinfestation, RSD)改良退化设施蔬菜地土壤，通过实验室培养、盆栽和田间试验，淹水添加不同种类和用量的有机物料及石灰和硫酸根(SO42-)，设置不同还原处理，采用常规分析方法和15N同位素示踪技术，测定强还原条件下设施蔬菜地土壤硝态氮(NO3-)和SO42-含量和气态产物及其它理化性质变化。主要结果：.1)与不淹水不加有机物料处理(CKd)和淹水不加有机物料处理(CKf)相比，淹水添加有机物料加速土壤Eh下降，有效消除土壤积累的NO3-，降低SO42-含量，显著提高土壤pH，其变化幅度随有机物料添加量的增加而增大。.除稻草和鸡粪添加量为7%处理外，各有机物料处理黄瓜长势和产量均高于CKd和CKf处理。有机物料对退化土壤的改良效果表现为黑麦草>稻草>鸡粪，而有机物料添加量增大，并不显著改善黄瓜长势和提高产量。.2) RSD处理过程中，添加石灰加快NO3-去除，随用量增加，NO3-下降越快。15N示踪结果表明，添加石灰抑制土壤NO3-的异化还原成铵和微生物同化过程，约有0.46―1.20%和3.11―9.48%的NO3-分别转化为NH4+和有机氮，N2O仅占0.80―2.29%，表明退化设施蔬菜地经RSD处理后土壤积累的NO3-主要以N2形态损失掉。.3) RSD降低土壤SO42-含量，主要转化为有机硫形态。施用石灰也加快SO42-含量下降，主要转化为不溶态。淹水添加紫花苜蓿只测定到H2S、COS和DMS气体，同时添加紫花苜蓿和石灰另有CS2、CH3SH和DMDS产生，只有不到0.006%的总硫转化为挥发性硫气体。.添加SO42-提高NO3-转化为NH4+和有机氮的比例， SO42-含量增加利于有机硫形成，减少含硫气体排放。土壤晾干后有机硫再次快速转化为SO42-，RSD方法对总硫去除效果有限。.4)退化设施蔬菜地经RSD方法改良后，土壤无机氮的应氮能力和途径发生明显变化。土壤NH4+的微生物同化、自养硝化和异养硝化速率显著提高，NO3-周转速率加快，异养硝化占无机氮总供应过程(矿化+异养硝化过程)的比例由改良前的5.4%提高到56.1%。淹水添加有机物料主要通过消除土壤积累的NO3-、酸化和盐渍化降低了自养硝化和异养硝化过程中NO和N2O的产生比例而减少其排放。