冻融过程土壤N2O产排机制研究

N2O作为一种重要的温室气体，同时参与多种光化学反应而破坏臭氧，因此N2O的排放广受关注。土壤是大气N2O的主要排放源，众多学者围绕作物生长季已经开展了全面、深入的研究。近年发现冻融期土壤N2O的排放不容忽视，甚至占年排放总量的50%，然而对该过程的研究较少，缺少理论认识。本项目以土壤学的理论和方法为基础，结合微生物分子生态学PCR-DGGE、克隆-测序、土壤氨基糖和乙炔抑制等技术，以东北、西北、华北冻融区典型地带性土壤黑土、黑垆土、潮土为研究对象，通过样品采集、冻融模拟、气体测定和微生物种群鉴定，探索各环境因子对土壤N2O产排的作用机制及主导因子；阐明冻融过程（初冻期、稳定冻结期、融化期）土壤微生物群落组成变化规律；揭示硝化和反硝化作用途径对冻融过程中土壤N2O产排的贡献。不仅能为调控冻融过程土壤N2O产排奠定基础，还可以进一步丰富土壤学、冰冻圈和全球变化领域的研究内容和理论体系。

本课题研究了三种地带性土壤冻融循环过程速效养分和土壤酶活性变化特征，不同外源氮浓度、形态，外源有机碳，土壤粒径等环境因子对冻结过程土壤氧化亚氮排放通量特征，分析了该过程影响氧化亚氮排放的主导因子，并通过微生物群落结构变化分析了微生物学作用机制。课题的试验结果对于控制冻结过程土壤氧化亚氮提供一定理论支撑。重要结论如下：.1.冻融循环促进黑土、潮土和黄土NO3--N含量增加，并造成3种土壤NH4+-N含量减少。且黑土速效磷含量显著增加，冻融循环增强了过氧化氢酶活性，却降低了脲酶活性。冻结温度对耕作土壤速效养分和酶活性影响不显著。.2. 室温培养条件下，适量的外源氮素（硝态氮、铵态氮、酰胺态氮）添加的黑土和潮土N2O的排放通量均比不添加处理明显增加，但高浓度外源氮抑制N2O的排放；随冻结的持续进行黑土和潮土N2O排放通量逐渐降低直至接近零排放，并且N2O排放通量降低的速度逐渐变缓。室温-冻结过程外源硝态氮、铵态氮和酰胺态氮添加的黄土N2O排放通量在-30.27–26.84、-48.59–20.62、-20.62–18.19μg/(m2•min)范围内，变化范围和排放通量数值均较小；甚至出现负排放现象。.3. 室温培养条件下土壤N2O排放通量呈现潮土>黑土>黄土的趋势，外源碳添加后土壤N2O排放通量呈现黑土>潮土、黄土的趋势；外源有机碳添加显著促进黑土N2O排放，并抑制了潮土N2O排放，外源有机碳添加与否与添加量对黄土N2O排放无明显影响。随冻结过程的持续进行，黑土和无外源碳添加的潮土N2O排放通量逐渐降低，并最终稳定在零排放速率；外源有机碳添加的潮土和黄土N2O排放通量始终保持零排放速率。.4. 较细的研磨土样虽然通过破坏土壤团聚体而释放微生物可利用的易分解有机碳，而暂时增加土壤N2O排放通量，但较粗粒径的土壤在冻结和融化过程产生较多的N2O。整个冻融过程粗粒径土壤N2O排放量较细粒径土壤多41.23%。.5. 冻融过程可显著降低潮土土壤细菌群落结构的多样性，如使氨氧化细菌群落组成趋于单一，而对黑土与黄土则影响不大。.冻融过程土壤N2O排放主要决定于土壤类型，而土壤pH和C/N是重要的影响因子。反硝化是冻融过程中土壤N2O排放的首要途径。