本文關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)管理方式對(duì)亞熱帶土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤氮素是地球生物化學(xué)循環(huán)中最重要的營(yíng)養(yǎng)元素,土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程與氮素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和氮肥利用率息息相關(guān)。農(nóng)業(yè)耕作改變土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性,影響土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程,破壞土壤的保氮機(jī)制,提高氮素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在高溫多雨的氣候條件下,亞熱帶地區(qū)土壤保氮機(jī)制的破壞可能帶來(lái)更為嚴(yán)峻的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。然而,農(nóng)業(yè)管理方式對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響及土壤保氮機(jī)制的破壞過(guò)程仍不夠明確。開(kāi)展農(nóng)業(yè)管理方式對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程影響的相關(guān)研究,一方面可以為減少氮肥損失和制定提高氮肥利用率的對(duì)策提供依據(jù),另一方面可為氮肥使用的環(huán)境安全性評(píng)價(jià)提供參考；無(wú)論從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度,還是從環(huán)境保護(hù)的角度都具有十分重要的意義。為了明確農(nóng)業(yè)耕作對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響,本研究以亞熱帶地區(qū)不同種植年限果園土壤為研究對(duì)象,以相鄰林地土壤為對(duì)照,在室內(nèi)培養(yǎng)條件下分別采用Bremner有機(jī)氮分級(jí)方法和15N穩(wěn)定同位素稀釋法,結(jié)合Markov Chain MonteCarlo優(yōu)化數(shù)值模型(MCMC模型),研究不同種植年限果園土壤有機(jī)氮組分結(jié)構(gòu)及氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的變化特征。結(jié)果表明,(1)耕作30年范圍內(nèi)果園土壤有機(jī)碳和全氮含量隨種植年限的延長(zhǎng)而顯著增加,增加的氮量在酸解未知態(tài)氮、非酸解性氮、氨態(tài)氮、氨基酸氮和氨基糖氮中的分配比例分別為38.9%、25.7%、20.5%、9.9%和4.9%；隨著種植年限的延長(zhǎng),土壤有機(jī)氮組分中非酸性氮比例呈上升趨勢(shì),氨態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮比例呈下降趨勢(shì),各有機(jī)氮組分比例的大小順序也隨之發(fā)生變化。(2)雖然果園土壤有機(jī)碳(SOC)和全氮(TN)含量隨種植年限的延長(zhǎng)而提高,但由于土壤酸化,降低難礦化有機(jī)氮礦化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率,導(dǎo)致土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力(NS)并沒(méi)有隨有機(jī)碳和全氮含量的提高而增強(qiáng),造成有機(jī)碳和全氮含量較高的果園土壤仍需要施用大量的化學(xué)氮肥來(lái)維持果樹(shù)產(chǎn)量和水果品質(zhì)。林地開(kāi)墾為果園后,農(nóng)業(yè)耕作刺激土壤氨氧化細(xì)菌(AOB)和古菌(AOA)生長(zhǎng),開(kāi)墾后前10年amoA基因拷貝數(shù)隨種植年限的延長(zhǎng)而顯著增加,并導(dǎo)致土壤硝化能力(總硝化速率和總礦化速率的比值)以米氏方程增長(zhǎng)方式隨種植年限的延長(zhǎng)而提高。這種刺激效應(yīng)開(kāi)墾后前10年最為明顯,而后逐漸降低,但持續(xù)到30年仍然存在。由于硝化能力的提高,林地土壤中無(wú)機(jī)氮以銨態(tài)氮為主,開(kāi)墾為果園后變?yōu)橐韵鯌B(tài)氮為主,硝態(tài)氮的淋失(或流失)風(fēng)險(xiǎn)隨之提高。農(nóng)業(yè)耕作過(guò)程中最顯著的特征是化學(xué)肥料和有機(jī)肥的大量施用。因此,肥料施用可能是土壤有機(jī)氮組分和氮轉(zhuǎn)化過(guò)程隨種植年限變化的主要原因。為了明確施肥與土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的關(guān)系,本研究以30年不同施肥處理定位試驗(yàn)土壤(水稻)為研究對(duì)象,調(diào)查施肥措施對(duì)土壤有機(jī)氮組分和氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)始于1983年,4個(gè)處理分別為不施肥(CK)、單施化肥(NPK)、牛糞與化肥配施(NPKM)和稻草與化肥配施(NPKS)。結(jié)果表明,與CK處理相比,長(zhǎng)期施用不同肥料均提高耕層土壤全氮和有機(jī)碳含量。牛糞/稻草與化肥配施處理土壤全氮含量顯著高于NPK處理,但是不同種類有機(jī)肥與化肥配施所增加有機(jī)氮的組分有明顯差異；其中NPKM處理所增加的有機(jī)氮有60.0%為酸解性氮,而NPKS處理中所增加的有機(jī)氮有71.7%為非酸解性氮。與此相對(duì)應(yīng),NPKM處理刺激易礦化有機(jī)氮庫(kù)礦化過(guò)程,NPKS處理提高難礦化有機(jī)氮礦化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率。有機(jī)氮異養(yǎng)硝化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率很低,土壤無(wú)機(jī)氮主要由有機(jī)氮礦化過(guò)程提供。NPKM和NPKS處理均提高土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力,NPKM處理中易礦化有機(jī)氮庫(kù)礦化過(guò)程是產(chǎn)生無(wú)機(jī)氮的主要途徑,其貢獻(xiàn)率達(dá)到81.9%；而NPKS處理土壤中71.5%的無(wú)機(jī)氮由難礦化有機(jī)氮庫(kù)產(chǎn)生。各處理的氨氧化細(xì)菌amoA基因拷貝數(shù)沒(méi)有明顯差異,但NPKM處理的氨氧化古菌amoA基因拷貝數(shù)顯著高于NPKS處理。氨氧化古菌amoA基因拷貝數(shù)與自養(yǎng)硝化速率呈極顯著線性關(guān)系。與CK處理相比,NPKM處理顯著提高土壤自養(yǎng)硝化速率,增加土壤硝態(tài)氮流失風(fēng)險(xiǎn)；而NPKS處理促進(jìn)土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng),抑制土壤硝化過(guò)程,降低硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)。綜合上面2個(gè)氮轉(zhuǎn)化過(guò)程分析試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著SOC和TN含量的提高,果園土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力并沒(méi)有隨之變化,而水田土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力顯著提高。果園土壤與水田土壤最大的區(qū)別在于水分管理方式不同。因此,我們假設(shè),不同水分管理方式下土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)施肥措施的響應(yīng)不同。為了驗(yàn)證以上假設(shè),本研究以水-旱輪作系統(tǒng)定位試驗(yàn)土壤為研究對(duì)象,采集旱作季和淹水季土壤,分別在好氧和厭氧條件下,采用15N同位素示蹤技術(shù)研究不同水分含量條件下土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的差異。結(jié)果表明,與旱作條件相比,淹水條件改變土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率,形成水田土壤獨(dú)特的內(nèi)在保氮機(jī)制。淹水提高土壤有機(jī)氮礦化和銨態(tài)氮同化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率；礦化過(guò)程為水稻生長(zhǎng)提供充足的銨態(tài)氮,較高的銨態(tài)氮同化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率又可將多余的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮,保存于土壤中。此外,淹水條件降低土壤銨態(tài)氮硝化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率,提高土壤硝態(tài)氮異化還原過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率,將多余硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮,并通過(guò)銨態(tài)氮同化過(guò)程轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮保存于土壤中,減少無(wú)機(jī)氮流失風(fēng)險(xiǎn)。為了驗(yàn)證室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果,評(píng)估氮轉(zhuǎn)化過(guò)程在土壤無(wú)機(jī)氮流失過(guò)程中的調(diào)控作用,本研究在田間原位條件下監(jiān)測(cè)水-旱輪作系統(tǒng)中不同施肥措施土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮流失規(guī)律。結(jié)果表明,旱作季土壤硝態(tài)氮流失量隨施氮量的增加而提高,且與土壤銨態(tài)氮自養(yǎng)硝化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率呈顯著正相關(guān),與銨態(tài)氮同化過(guò)程初級(jí)轉(zhuǎn)化速率呈顯著負(fù)相關(guān)。這一結(jié)果說(shuō)明銨態(tài)氮硝化和同化過(guò)程是旱作季土壤硝態(tài)氮流失的內(nèi)在控制因素,而淹水季無(wú)機(jī)氮流失與土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程關(guān)系不明顯。綜上所述,土地利用方式、化肥和有機(jī)肥、水分管理方式等農(nóng)業(yè)管理措施是土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的主要影響因素。其中林地開(kāi)墾為農(nóng)業(yè)用地、化肥和牛糞施用等措施刺激土壤銨態(tài)氮自養(yǎng)硝化過(guò)程,提高土壤硝態(tài)氮流失風(fēng)險(xiǎn)。旱作土壤中銨態(tài)氮硝化和同化過(guò)程是硝態(tài)氮流失的內(nèi)在調(diào)控因素；與旱作土壤相比,水田土壤具有較好的內(nèi)在保氮機(jī)制。
【關(guān)鍵詞】：Markov Chain Monte Carlo優(yōu)化數(shù)值模型 氮素初級(jí)轉(zhuǎn)化速率 保氮機(jī)制 種植年限 有機(jī)肥 氮素徑流損失
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S153
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-19
• 第1章 緒論19-41
• 1.1 引言19-21
• 1.2 文獻(xiàn)綜述21-37
• 1.2.1 翻耕對(duì)土壤有機(jī)氮含量的影響21
• 1.2.2 土壤有機(jī)氮含量及其組分結(jié)構(gòu)特征與氮轉(zhuǎn)化速率的關(guān)系21-22
• 1.2.3 土地利用方式對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響22-25
• 1.2.4 有機(jī)肥對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響25-29
• 1.2.5 氮肥對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響29-30
• 1.2.6 水分管理方式對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響30-31
• 1.2.7 土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)氮損失的調(diào)控作用及其影響因素31-33
• 1.2.8 土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程研究方法33-37
• 1.3 本研究概述37-41
• 1.3.1 本研究切入點(diǎn)37-38
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容38-40
• 1.3.3 本研究技術(shù)路線40-41
• 第2章 果園土壤有機(jī)氮組分隨種植年限的變化特征41-48
• 摘要41
• 2.1 前言41
• 2.2 材料與方法41-43
• 2.2.1 研究區(qū)域概況41-42
• 2.2.2 土壤樣品采集42
• 2.2.3 樣品分析方法42
• 2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析42-43
• 2.3 結(jié)果與分析43-45
• 2.3.1 果園土壤有機(jī)氮組分隨種植年限的變化規(guī)律43-44
• 2.3.2 不同耕作年限果園土壤有機(jī)氮組分結(jié)構(gòu)變化規(guī)律44-45
• 2.4 討論45-46
• 2.5 結(jié)論46-48
• 第3章 果園土壤氮轉(zhuǎn)化隨種植年限的變化特征48-62
• 摘要48
• 3.1 前言48-49
• 3.2 材料與方法49-51
• 3.2.1 研究區(qū)域概況及土壤樣品采集方法49
• 3.2.2 ~(15)N同位素示蹤試驗(yàn)49
• 3.2.3 樣品分析方法49-51
• 3.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析51
• 3.3 結(jié)果與分析51-58
• 3.3.1 種植年限對(duì)果園土壤理化性質(zhì)的影響51-53
• 3.3.2 種植年限對(duì)土氨氧化細(xì)菌(AOB)和古菌(AOA)的影響53-54
• 3.3.3 不同種植年限果園土壤NH_4~+產(chǎn)生與消耗過(guò)程變化特征54-56
• 3.3.4 種植年限對(duì)果園土壤NO_3~-產(chǎn)生與消耗過(guò)程的影響56-58
• 3.4 討論58-61
• 3.4.1 不同種植年限果園土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力變化規(guī)律58-60
• 3.4.2 種植年限對(duì)果園土壤硝化過(guò)程的影響60-61
• 3.5 結(jié)論61-62
• 第4章 長(zhǎng)期施肥模式對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響62-69
• 摘要62
• 4.1 前言62-63
• 4.2 材料與方法63
• 4.2.1 試驗(yàn)處理63
• 4.2.2 土壤樣品采集與分析63
• 4.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析63
• 4.3 結(jié)果與分析63-66
• 4.3.1 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤全氮、酸解性氮和非酸解性氮的影響63-65
• 4.3.2 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤酸解性氮組分的影響65-66
• 4.4 討論66-67
• 4.5 結(jié)論67-69
• 第5章 長(zhǎng)期施肥模式對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化速率的影響69-79
• 摘要69
• 5.1 前言69-70
• 5.2 材料與方法70-71
• 5.2.1 研究區(qū)域概況70
• 5.2.2 ~(15)N同位素示蹤試驗(yàn)70
• 5.2.3 樣品分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法70-71
• 5.3 結(jié)果與分析71-75
• 5.3.1 不同施肥處理對(duì)土壤理化性狀的影響71
• 5.3.2 不同施肥處理對(duì)土壤氨氧化細(xì)菌和古菌的影響71-73
• 5.3.3 不同施肥處理對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響73-75
• 5.4 討論75-78
• 5.4.1 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力的影響75-77
• 5.4.2 長(zhǎng)期施用不同肥料對(duì)土壤硝化過(guò)程的影響77-78
• 5.5 結(jié)論78-79
• 第6章 水分管理方式對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化速率的影響79-93
• 摘要79
• 6.1 前言79
• 6.2 材料與方法79-82
• 6.2.1 研究區(qū)域概況79-81
• 6.2.2 土壤樣品采集81
• 6.2.3 ~(15)N同位素示蹤試驗(yàn)81
• 6.2.4 樣品分析方法81
• 6.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析81-82
• 6.3 結(jié)果與分析82-89
• 6.3.1 不同水分管理方式對(duì)土壤理化性狀的影響82-85
• 6.3.2 不同水分含量條件下土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)施肥處理的響應(yīng)85-86
• 6.3.3 不同水分含量對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響86-89
• 6.4 討論89-92
• 6.4.1 不同水分含量條件下土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)施肥措施的響應(yīng)89-90
• 6.4.2 淹水條件下土壤的保氮機(jī)制90-92
• 6.5 結(jié)論92-93
• 第7章 土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)無(wú)機(jī)氮損失的調(diào)控作用93-101
• 摘要93
• 7.1 前言93-94
• 7.2 材料與方法94-95
• 7.2.1 研究區(qū)域概況94
• 7.2.2 樣品采集94
• 7.2.3 樣品分析方法94
• 7.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析94-95
• 7.3 結(jié)果與分析95-99
• 7.3.1 不同施肥處理對(duì)土壤氮地表徑流損失的影響95-97
• 7.3.2 不同施肥處理氮流失與土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的關(guān)系97-99
• 7.4 討論99-100
• 7.5 結(jié)論100-101
• 第8章 全文總結(jié)101-104
• 8.1 全文總結(jié)101-102
• 8.2 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)102
• 8.3 本研究的不足與展望102-104
• 8.3.1 本研究的不足之處102-103
• 8.3.2 展望103-104
• 參考文獻(xiàn)104-125
• 附錄125-126
• 在讀期間獲得資助的斜研項(xiàng)目126-127
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果127-128
• 致謝128-129

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：454385