土壤改良剂影响盐渍土NH3 挥发和N2O排放的研究进展.pdf

河 南 农 业 科 学 2 0 2 2 5 1 1 0 1 8 J o u r n a l o f H e n a n A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s d o i 1 0 1 5 9 3 3 j c n k i 1 0 0 4 3 2 6 8 2 0 2 2 1 0 0 0 1 土 壤 改 良 剂 影 响 盐 渍 土NH 3 挥 发 和 N 2 O 排 放 的 研 究 进 展 高 攀 攀 1 李 国 瑜 2 刘 若 薇 1 位 宇 婧 1 冯 浩 杰 1 娄 燕 宏 1 王 会 1 杨 全 刚 1 诸 葛 玉 平 1 潘 红 1 1 土 肥 高 效 利 用 国 家 工 程 研 究 中 心 山 东 农 业 大 学 资 源 与 环 境 学 院 山 东 泰 安 2 7 1 0 1 8 2 泰 安 市 农 业 科 学 院 山 东 泰 安 2 7 1 0 1 8 摘 要 土 壤 盐 渍 化 影 响 氮 素 循 环 转 化 制 约 氮 素 供 应 影 响 作 物 产 量 添 加 改 良 剂 是 盐 渍 土 壤 改 良 的 重 要 手 段 综 述 了 生 物 炭 石 膏 有 机 物 料 3 种 盐 渍 土 改 良 剂 的 作 用 原 理 及 其 对 盐 渍 土 壤 N H 3 挥 发 N 2 O 排 放 的 影 响 从 氮 素 转 化 的 角 度 对 改 良 剂 的 施 用 提 出 建 议 并 对 改 良 剂 的 未 来 应 用 研 究 作 出 展 望 以 期 对 盐 渍 化 土 壤 的 高 产 高 效 利 用 提 供 理 论 参 考 关 键 词 生 物 炭 石 膏 有 机 物 料 硝 化 反 硝 化 N H 3 挥 发 N 2 O 排 放 盐 渍 化 土 壤 中 图 分 类 号 S 1 5 6 4 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1 0 0 4 3 2 6 8 2 0 2 2 1 0 0 0 0 1 0 8 收 稿 日 期 2 0 2 2 0 6 2 1 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 子 课 题 2 0 2 1 Y F D 1 9 0 0 9 0 1 0 1 山 东 省 重 大 科 技 创 新 工 程 项 目 2 0 1 9 J Z Z Y 0 1 0 7 2 3 作 者 简 介 高 攀 攀 1 9 9 9 男 山 东 济 宁 人 在 读 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 盐 渍 化 土 壤 改 良 E m a i l 1 7 8 6 1 5 0 8 3 2 7 1 6 3 c o m 通 信 作 者 诸 葛 玉 平 1 9 6 9 男 山 东 泰 安 人 教 授 博 士 主 要 从 事 退 化 土 壤 修 复 土 壤 生 态 过 程 与 机 制 研 究 E m a i l z h u g e y p s d a u e d u c n 潘 红 1 9 9 0 女 山 东 泰 安 人 副 教 授 博 士 主 要 从 事 土 壤 分 子 微 生 物 生 态 学 研 究 E m a i l p a n h o n g 6 2 3 9 1 6 3 c o m E f f e c t s o f D i f f e r e n t M o d i f i e r s o n N H 3 V o l a t i l i z a t i o n a n d N 2 O E m i s s i o n i n S a l i n e S o i l s G A O P a n p a n 1 L I G u o y u 2 L I U R u o w e i 1 W E I Y u j i n g 1 F E N G H a o j i e 1 L O U Y a n h o n g 1 W A N G H u i 1 Y A N G Q u a n g a n g 1 Z H U G E Y u p i n g 1 P A N H o n g 1 1 N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r f o r E f f i c i e n t U t i l i z a t i o n o f S o i l a n d F e r t i l i z e r C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y T a i a n 2 7 1 0 1 8 C h i n a 2 T a i a n A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s T a i a n 2 7 1 0 1 8 C h i n a A b s t r a c t S o i l s a l i n i z a t i o n a f f e c t s n i t r o g e n c y c l e t r a n s f o r m a t i o n r e s t r i c t s n i t r o g e n s u p p l y a n d a f f e c t s c r o p y i e l d A d d i n g a m e n d m e n t s i s a n i m p o r t a n t m e a n s o f s a l i n e s o i l i m p r o v e m e n t T h e a c t i o n p r i n c i p l e s o f t h r e e s a l i n e s o i l c o n d i t i o n e r s b i o c h a r g y p s u m a n d o r g a n i c m a t e r i a l s a n d t h e i r e f f e c t s o n N H 3 v o l a t i l i z a t i o n a n d N 2 O e m i s s i o n i n s a l i n e s o i l s w e r e r e v i e w e d T h e a p p l i c a t i o n o f c o n d i t i o n e r s w a s s u g g e s t e d f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f n i t r o g e n t r a n s f o r m a t i o n a n d t h e f u t u r e a p p l i c a t i o n s t u d y o f a m e n d m e n t s w a s p r o s p e c t e d i n o r d e r t o p r o v i d e t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r h i g h y i e l d a n d h i g h e f f i c i e n c y u t i l i z a t i o n o f s a l i n e s o i l K e y w o r d B i o c h a r G y p s u m O r g a n i c f e r t i l i z e r N i t r i f i c a t i o n D e n i t r i f i c a t i o n N H 3 v o l a t i l i z a t i o n N 2 O e m i s s i o n S a l i n e s o i l 我 国 人 口 众 多 人 均 耕 地 不 足 粮 食 生 产 还 不 能 完 全 满 足 人 口 内 消 盐 碱 地 是 宝 贵 的 耕 地 储 备 资 源 我 国 盐 碱 地 面 积 约 为 9 9 1 1 0 7 h m 2 约 占 全 世 界 盐 碱 地 总 面 积 的 1 0 其 中 可 开 发 利 用 的 面 积 约河 南 农 业 科 学 第 5 1 卷 占 3 6 1 2 盐 渍 化 一 方 面 会 影 响 土 壤 有 机 质 水 分 有 效 性 和 养 分 转 化 以 及 土 壤 微 生 物 群 落 组 成 另 一 方 面 高 盐 土 壤 会 抑 制 植 物 生 长 因 此 土 壤 盐 渍 化 是 农 业 生 态 系 统 的 主 要 制 约 因 素 之 一 威 胁 全 球 粮 食 安 全 3 施 用 土 壤 改 良 剂 是 盐 渍 土 高 效 利 用 的 重 要 手 段 改 良 剂 主 要 包 括 有 机 和 无 机 改 良 剂 无 机 改 良 剂 主 要 包 括 石 膏 等 有 机 改 良 剂 主 要 有 生 物 炭 有 机 物 料 等 均 可 以 达 到 改 良 土 壤 理 化 性 质 和 微 生 物 生 态 环 境 的 目 的 4 6 氮 是 制 约 作 物 品 质 及 产 量 的 关 键 因 素 合 理 施 用 氮 肥 可 达 到 增 产 改 土 的 效 果 土 壤 中 氮 素 绝 大 部 分 以 有 机 氮 的 形 态 存 在 而 植 物 可 直 接 吸 收 利 用 的 氮 主 要 是 无 机 态 氮 5 氮 素 施 入 土 壤 后 通 常 会 发 生 挥 发 硝 化 与 反 硝 化 等 一 系 列 的 转 化 与 反 应 传 统 硝 化 作 用 分 为 两 步 氨 气 N H 3 在 氨 氧 化 微 生 物 的 作 用 下 氧 化 为 亚 硝 酸 盐 再 经 亚 硝 酸 盐 氧 化 菌 氧 化 为 硝 酸 盐 氨 氧 化 过 程 是 硝 化 过 程 的 第 一 步 也 是 限 速 步 骤 由 编 码 氨 单 加 氧 酶 基 因 a m o A 基 因 的 氨 氧 化 细 菌 A O B 和 氨 氧 化 古 菌 A O A 完 成 7 8 土 壤 反 硝 化 作 用 是 硝 态 氮 N O 3 N 在 厌 氧 条 件 下 逐 步 还 原 为 亚 硝 态 氮 N O 2 N 一 氧 化 氮 N O 和 氧 化 亚 氮 N 2 O 最 终 还 原 为 氮 气 N 2 的 生 物 化 学 过 程 N 2 O 还 原 为 N 2 的 过 程 是 由 编 码 氧 化 亚 氮 还 原 酶 基 因 n o s Z 基 因 的 细 菌 完 成 由 于 有 些 反 硝 化 细 菌 缺 少 该 基 因 致 使 N 2 O 成 为 反 硝 化 过 程 的 终 产 物 9 在 氮 素 转 化 过 程 中 还 会 有 部 分 氮 素 可 能 会 通 过 径 流 淋 溶 N H 3 挥 发 等 进 入 水 体 和 大 气 导 致 农 田 氮 肥 利 用 率 降 低 4 土 壤 盐 渍 化 会 通 过 影 响 土 壤 氮 素 的 转 化 规 律 和 动 态 迁 移 改 变 各 形 态 氮 的 比 例 和 含 量 进 而 加 重 氮 素 损 失 降 低 作 物 吸 收 效 率 李 红 强 等 3 认 为 土 壤 盐 分 对 硝 化 过 程 的 影 响 因 土 壤 盐 分 离 子 组 成 p H 值 N H 4 N 与 N O 3 N 比 值 微 生 物 丰 度 与 活 性 等 因 素 而 异 同 时 提 出 土 壤 盐 分 过 高 会 增 加 N H 3 挥 发 抑 制 氮 素 矿 化 硝 化 反 硝 化 我 国 十 四 五 全 国 农 业 绿 色 发 展 规 划 提 出 加 强 耕 地 质 量 建 设 加 强 退 化 耕 地 治 理 的 时 代 要 求 如 何 利 用 改 良 剂 提 高 盐 渍 土 壤 氮 素 利 用 效 率 提 高 农 产 品 有 效 供 给 成 为 当 前 热 点 问 题 3 因 此 拟 就 盐 渍 化 土 壤 常 用 改 良 剂 生 物 炭 石 膏 有 机 物 料 的 添 加 对 N H 3 挥 发 N 2 O 排 放 以 及 相 关 功 能 微 生 物 的 影 响 方 面 展 开 论 述 以 期 为 盐 渍 土 壤 生 态 系 统 中 氮 肥 可 持 续 管 理 提 供 理 论 依 据 1 生 物 炭 对 盐 渍 土 壤 N H 3 挥 发 和 N 2 O 排 放 的 影 响 生 物 炭 又 名 生 物 质 炭 指 的 是 生 物 质 在 高 温 7 0 0 和 厌 氧 条 件 下 生 成 的 一 类 结 构 性 质 稳 定 的 富 炭 产 物 7 在 物 理 性 质 上 生 物 炭 表 面 具 有 较 高 的 比 表 面 积 孔 隙 度 表 面 电 荷 持 水 性 8 在 化 学 性 质 上 生 物 炭 表 面 具 有 大 量 的 官 能 团 盐 基 离 子 且 本 身 具 有 较 高 的 灰 分 含 量 9 此 外 生 物 炭 进 入 土 壤 后 会 耦 合 很 多 生 物 化 学 物 理 过 程 从 而 形 成 新 型 的 土 壤 生 态 位 这 一 过 程 被 称 为 炭 际 效 应 该 过 程 能 改 善 土 壤 结 构 增 加 土 壤 保 水 透 气 性 吸 附 截 留 有 机 污 染 物 和 重 金 属 增 加 养 分 固 持 提 高 微 生 物 活 性 促 进 作 物 生 长 在 环 境 修 复 和 土 壤 改 良 方 面 效 果 明 显 1 0 1 3 生 物 炭 对 盐 渍 土 硝 化 作 用 的 影 响 因 气 候 带 和 土 壤 类 型 不 同 表 现 出 促 进 1 4 或 抑 制 1 5 效 应 P R O M M E R 等 1 4 通 过 在 奥 地 利 酸 性 土 壤 上 复 配 施 用 氮 肥 和 生 物 炭 发 现 生 物 炭 刺 激 了 硝 化 作 用 该 结 果 与 之 前 B A L L 等 1 3 对 森 林 土 壤 的 研 究 一 致 其 认 为 在 森 林 土 壤 中 添 加 生 物 炭 会 刺 激 硝 化 作 用 而 在 盐 渍 化 土 壤 中 Y A O 等 1 6 通 过 研 究 改 良 剂 和 土 壤 盐 分 对 土 壤 尿 素 水 解 和 净 硝 化 速 率 的 交 互 作 用 发 现 生 物 炭 抑 制 硝 化 作 用 而 且 抑 制 效 果 随 生 物 炭 施 用 量 的 增 加 而 加 剧 这 可 能 是 生 物 炭 和 氮 肥 联 合 施 用 降 低 了 盐 渍 土 壤 硝 化 潜 能 和 潜 在 硝 化 速 率 延 长 了 硝 化 持 续 时 间 1 6 1 8 推 测 生 物 炭 对 硝 化 作 用 的 抑 制 机 制 1 生 物 炭 通 过 提 高 土 壤 p H 值 促 进 N H 3 挥 发 降 低 N H 4 N 的 生 物 有 效 性 来 延 缓 硝 化 作 用 1 9 2 生 物 炭 表 面 的 反 应 性 官 能 团 C O O 和 O 以 及 自 由 基 降 低 了 驱 动 氨 和 亚 硝 酸 盐 氧 化 过 程 的 A O B 和 亚 硝 酸 盐 氧 化 菌 N O B 的 丰 度 2 0 此 外 生 物 炭 显 著 增 加 盐 渍 土 中 n i f H 基 因 固 氮 基 因 和 固 氮 菌 丰 度 1 5 1 6 因 此 从 氮 素 周 转 的 角 度 讲 适 量 施 用 生 物 炭 可 以 维 持 土 壤 微 生 物 活 性 促 进 氮 素 形 态 周 转 减 缓 N O 3 N 形 成 降 低 氮 素 淋 失 风 险 有 利 于 盐 渍 化 土 壤 氮 肥 的 可 持 续 管 理 1 9 2 2 石 玉 龙 2 3 等 通 过 对 滨 海 盐 渍 土 添 加 生 物 炭 发 现 生 物 炭 的 施 加 水 平 在 5 t h m 2 a 和 1 0 t h m 2 a 时 能 够 降 低 盐 渍 土 N 2 O 排 放 量 生 物 炭 减 少 N 2 O 排 放 的 机 制 生 物 炭 具 有 吸 附 性 能 吸 附 硝 化 和 反 硝 化 底 物 抑 制 硝 化 和 反 硝 化 的 进 行 减 少 N 2 O 排 放 2 3 生 物 炭 能 促 进 基 因 转 录 产 生 更 多 的 氧 化 亚 氮 还 原 酶 使 得 N 2 O 还 原 成 分 子 氮 7 生 物 炭 表 面 含 有 大 量 含 氧 官 能 团 为 反 硝 化 作 用 提 供 电 子 受 体 使 2第 1 0 期 得 反 硝 化 作 用 能 够 进 行 完 全 但 也 有 学 者 研 究 发 现 生 物 炭 可 增 加 N 2 O 的 排 放 例 如 陈 晨 2 0 等 的 研 究 发 现 生 物 炭 能 促 进 土 壤 氮 素 矿 化 形 成 氨 态 氮 增 加 硝 化 作 用 的 底 物 进 而 促 进 硝 化 和 反 硝 化 刺 激 N 2 O 的 排 放 王 月 玲 等 2 1 通 过 在 塿 土 土 壤 添 加 果 树 枝 条 生 物 炭 发 现 较 少 的 生 物 炭 2 0 4 0 t h m 2 添 加 能 降 低 N 2 O 的 排 放 而 施 用 相 对 较 多 的 生 物 炭 6 0 8 0 t h m 2 则 会 增 加 N 2 O 的 排 放 这 可 能 是 由 于 土 壤 中 施 用 大 量 生 物 炭 后 生 物 炭 本 身 养 分 及 其 疏 松 的 结 构 使 得 好 氧 细 菌 大 量 繁 殖 形 成 厌 氧 环 境 加 之 生 物 炭 吸 附 的 硝 态 氮 刺 激 了 反 硝 化 作 用 使 得 N 2 O 排 放 增 加 2 1 2 2 由 此 可 见 生 物 炭 对 盐 渍 土 壤 N 2 O 排 放 的 刺 激 或 抑 制 与 其 添 加 量 有 关 因 此 选 择 合 适 的 炭 用 量 可 能 对 盐 渍 化 土 壤 温 室 气 体 N 2 O 减 排 至 关 重 要 生 物 炭 的 高 阳 离 子 交 换 量 C E C 特 性 使 其 可 以 吸 收 大 量 的 阳 离 子 为 补 偿 电 荷 平 衡 导 致 H 释 放 出 来 同 时 也 将 盐 渍 土 壤 中 的 盐 基 离 子 置 换 出 来 从 而 降 低 土 壤 p H 值 2 1 2 3 但 由 于 生 物 炭 本 身 p H 值 较 高 2 4 因 此 一 直 以 来 研 究 者 对 于 生 物 炭 的 研 究 主 要 集 中 于 酸 性 土 的 改 良 此 外 大 量 的 生 物 炭 施 入 土 壤 可 能 会 吸 附 土 壤 团 粒 进 而 破 坏 土 壤 结 构 2 5 Z H A N G 等 2 6 也 发 现 随 着 生 物 炭 施 用 量 增 加 微 生 物 的 数 量 和 丰 度 呈 现 负 响 应 过 量 的 生 物 炭 会 抑 制 土 壤 微 生 物 多 样 性 生 物 炭 在 生 产 过 程 中 经 过 高 温 热 解 会 产 生 有 毒 物 质 同 时 也 会 吸 附 土 壤 中 的 污 染 物 和 重 金 属 离 子 从 而 影 响 土 壤 结 构 抑 制 微 生 物 活 性 和 植 物 生 长 2 7 在 与 磷 肥 共 同 施 入 土 壤 后 生 物 炭 会 降 低 磷 的 有 效 性 从 而 影 响 植 物 产 量 2 8 过 量 生 物 炭 还 会 抑 制 盐 分 胁 迫 下 作 物 的 抗 氧 化 系 统 使 幼 苗 表 现 出 生 理 损 伤 2 9 综 上 所 述 国 内 外 将 生 物 炭 作 为 改 良 剂 施 入 盐 渍 土 壤 中 对 氮 素 影 响 的 研 究 虽 然 取 得 一 定 进 展 但 相 关 结 果 依 然 存 在 争 议 其 潜 在 影 响 机 制 尚 不 明 确 鉴 于 生 物 炭 作 为 盐 渍 土 改 良 剂 仍 存 在 争 议 且 生 物 炭 调 控 盐 渍 土 氮 素 转 化 的 影 响 因 素 复 杂 多 样 盐 渍 化 程 度 土 壤 盐 基 离 子 类 型 土 壤 肥 力 生 物 炭 用 量 生 物 炭 种 类 土 层 深 度 施 用 时 间 长 短 等 因 此 生 物 炭 对 盐 渍 土 壤 氮 素 转 化 的 影 响 还 需 要 进 一 步 研 究 2 石 膏 对 盐 渍 土 壤 N H 3 挥 发 和 N 2 O 排 放 的 影 响 脱 硫 石 膏 改 良 盐 碱 土 技 术 原 理 主 要 包 括 盐 类 转 化 和 离 子 置 换 2 种 类 型 化 学 反 应 其 中 盐 类 转 化 是 将 土 壤 中 对 植 物 毒 害 较 大 的 碳 酸 盐 和 重 碳 酸 盐 转 化 为 毒 害 相 对 较 小 的 硫 酸 盐 离 子 置 换 是 将 土 壤 交 换 性 离 子 N a K 和 M g 2 转 化 为 水 溶 性 离 子 再 通 过 灌 排 措 施 将 盐 分 离 子 从 土 壤 表 层 淋 洗 至 底 层 或 排 出 土 体 从 而 实 现 土 壤 降 碱 和 脱 盐 由 于 成 本 低 产 量 高 石 膏 被 广 泛 用 作 盐 碱 土 壤 改 良 剂 3 0 施 用 石 膏 可 降 低 土 壤 盐 分 碱 化 度 E S P 和 p H 值 改 善 土 壤 的 物 理 性 质 增 加 作 物 产 量 此 外 石 膏 作 为 钙 硫 和 镁 的 肥 料 来 源 有 利 于 植 物 生 长 3 1 3 5 盐 碱 土 壤 中 施 用 石 膏 其 含 有 的 钙 离 子 与 铵 根 离 子 发 生 置 换 减 少 了 氨 挥 发 损 失 3 6 同 样 Z I A 等 3 7 通 过 比 较 施 用 石 膏 和 不 施 用 石 膏 处 理 下 土 壤 N H 3 挥 发 量 发 现 施 用 石 膏 显 著 减 少 了 N H 3 挥 发 损 失 石 膏 减 少 盐 渍 土 N H 3 挥 发 的 原 因 可 能 在 于 石 膏 较 低 的 p H 值 减 少 了 土 壤 中 的 碱 性 基 团 3 7 3 8 Z H U 等 3 8 通 过 在 不 同 盐 渍 化 程 度 土 壤 中 添 加 石 膏 也 发 现 石 膏 可 降 低 土 壤 p H 值 p H 值 降 低 会 减 少 N H 4 向 N H 3 的 转 化 从 而 减 少 N H 3 挥 发 石 膏 含 有 大 量 的 硫 酸 盐 施 入 土 壤 能 显 著 增 加 土 壤 的 电 导 率 E C 含 盐 量 的 增 加 会 加 重 盐 分 对 硝 化 作 用 的 抑 制 3 9 L I 等 4 0 报 道 了 添 加 石 膏 显 著 降 低 硝 化 功 能 基 因 的 拷 贝 数 这 与 Z H U 等 3 8 在 石 膏 处 理 中 发 现 较 低 的 N O 3 N 和 较 高 的 N H 4 N 结 果 一 致 石 膏 对 N H 3 挥 发 的 影 响 取 决 于 降 低 p H 值 和 抑 制 硝 化 作 用 之 间 的 净 作 用 曾 东 萍 4 1 研 究 发 现 施 加 石 膏 渣 会 对 稻 田 N 2 O 排 放 产 生 明 显 抑 制 这 可 能 是 石 膏 增 大 了 土 壤 硫 氮 比 缓 解 了 不 同 氮 还 原 酶 之 间 的 电 子 竞 争 降 低 了 生 成 N 2 O 的 底 物 浓 度 从 而 降 低 了 N 2 O 积 累 4 2 也 有 研 究 者 发 现 在 热 带 酸 性 土 中 石 膏 和 石 灰 复 混 施 用 能 降 低 牧 草 根 际 和 非 根 际 土 壤 中 n i r K 亚 硝 酸 还 原 酶 基 因 和 n o s Z 基 因 的 丰 度 减 少 N 2 O 排 放 4 3 S U N 等 4 4 通 过 田 间 试 验 发 现 只 添 加 石 膏 对 N 2 O 排 放 的 影 响 并 不 显 著 但 石 膏 与 腐 植 酸 和 氮 肥 复 配 施 用 显 著 降 低 了 N 2 O 排 放 这 说 明 石 膏 与 其 他 物 料 配 施 可 大 幅 度 优 化 施 用 效 果 相 反 有 研 究 者 发 现 大 量 石 膏 可 能 刺 激 N 2 O 排 放 贺 坤 等 4 5 发 现 施 用 量 大 于 4 5 t h m 2 时 能 显 著 降 低 土 壤 p H 值 局 部 土 壤 酸 化 会 导 致 更 多 的 土 壤 氮 素 转 化 为 N 2 O 4 6 同 时 大 量 的 石 膏 施 用 也 会 破 坏 土 壤 结 构 恶 化 土 壤 性 质 影 响 土 壤 氮 素 转 化 降 低 土 壤 氮 素 有 效 性 4 7 此 外 石 膏 含 有 大 量 作 为 第 二 信 使 的 C a 2 能 改 变 碱 性 土 壤 微 生 物 细 胞 质 C a 2 分 布 和 增 大 A T P 酶 活 性 为 植 物 和 微 生 物 的 各 种 生 物 化 学 过 程 提 供 能 量 增 高 攀 攀 等 土 壤 改 良 剂 影 响 盐 渍 土 N H 3 挥 发 和 N 2 O 排 放 的 研 究 进 展 3河 南 农 业 科 学 第 5 1 卷 加 N 2 O 排 放 潜 力 4 8 就 目 前 研 究 来 看 石 膏 对 盐 渍 土 壤 氮 素 转 化 主 要 是 通 过 影 响 土 壤 酸 碱 度 和 盐 基 离 子 进 而 间 接 作 用 于 氮 素 转 化 过 程 盐 渍 程 度 土 壤 类 型 农 田 用 途 和 作 物 种 植 的 差 异 也 会 对 氮 素 转 化 带 来 影 响 此 外 大 量 的 石 膏 施 用 不 利 于 盐 渍 土 改 良 和 土 壤 氮 素 利 用 且 石 膏 的 单 一 施 用 效 果 并 不 显 著 3 8 3 9 在 实 际 生 产 中 应 该 选 择 合 适 的 用 量 和 搭 配 组 分 才 能 达 到 预 期 效 果 3 有 机 物 料 对 盐 渍 土 壤 N H 3 挥 发 和 N 2 O 排 放 的 影 响 有 机 物 料 不 仅 能 为 土 壤 微 生 物 提 供 丰 富 的 养 分 增 加 微 生 物 数 量 还 能 改 善 土 壤 结 构 和 环 境 增 强 土 壤 保 肥 保 水 性 与 有 机 物 料 相 比 无 机 肥 可 在 短 期 内 提 高 作 物 产 量 但 矿 物 盐 的 长 期 积 累 会 加 剧 土 壤 盐 碱 化 降 低 土 壤 质 量 和 作 物 产 量 污 染 环 境 有 机 物 料 腐 解 产 生 的 酸 性 物 质 和 酸 性 基 团 可 有 效 降 低 盐 碱 土 壤 p H 值 同 时 促 进 土 壤 保 水 和 盐 分 脱 离 绿 色 可 持 续 发 展 农 业 要 求 减 少 无 机 肥 的 用 量 采 用 有 机 和 微 生 物 肥 料 部 分 代 替 化 肥 以 改 良 沿 海 盐 渍 土 增 强 土 壤 微 生 物 系 统 的 抗 性 和 复 原 力 而 不 影 响 环 境 因 此 盐 渍 土 施 用 有 机 物 料 可 达 到 修 复 土 壤 提 高 资 源 利 用 效 率 的 目 的 有 机 物 料 与 化 肥 相 比 可 以 持 续 释 放 养 分 被 认 为 是 无 机 肥 的 有 效 替 代 品 4 9 5 1 在 土 壤 全 盐 量 为 1 7 3 7 9 g k g 时 盐 渍 土 壤 N H 3 挥 发 会 随 着 土 壤 含 盐 量 增 加 而 加 剧 5 2 周 慧 等 5 3 通 过 探 究 有 机 肥 替 代 部 分 无 机 肥 对 田 间 土 壤 N H 3 挥 发 的 影 响 发 现 土 壤 电 导 率 在 0 4 5 1 4 0 d S m 时 有 机 肥 替 代 无 机 肥 大 于 5 0 时 有 机 肥 会 增 加 土 壤 盐 分 进 而 促 进 土 壤 N H 3 挥 发 损 失 但 在 S H I 等 1 8 的 报 道 中 加 入 有 机 肥 降 低 了 盐 渍 土 的 p H 值 使 得 A O B 数 量 增 加 加 速 了 氨 氧 化 过 程 导 致 有 机 肥 抑 制 N H 3 挥 发 有 机 肥 对 农 田 土 壤 N 2 O 排 放 是 刺 激 或 抑 制 目 前 尚 有 异 议 L I U 等 5 4 研 究 发 现 施 用 有 机 物 料 后 土 壤 N 2 O 排 放 量 明 显 高 于 施 用 化 学 肥 料 这 可 能 是 因 为 有 机 物 料 除 为 作 物 提 供 大 量 养 分 外 还 为 土 壤 硝 化 细 菌 和 反 硝 化 细 菌 增 加 底 物 浓 度 刺 激 了 N 2 O 排 放 5 5 S H I 等 1 8 研 究 发 现 有 机 肥 施 用 1 2 d 后 显 著 提 高 了 A O B a m o A 和 n i r K 基 因 的 拷 贝 数 这 可 能 是 N 2 O 排 放 通 量 显 著 增 加 的 主 要 原 因 有 机 物 料 也 可 能 通 过 增 加 土 壤 中 N H 4 浓 度 和 微 生 物 数 量 刺 激 硝 化 作 用 进 而 产 生 N 2 O 5 6 5 7 据 此 推 测 有 机 物 料 促 进 N 2 O 排 放 的 机 制 1 有 机 物 料 含 有 丰 富 的 养 分 为 硝 化 和 反 硝 化 提 供 大 量 底 物 促 进 了 硝 化 和 反 硝 化 产 生 N 2 O 同 时 有 机 物 料 中 的 酸 类 物 质 能 降 低 盐 渍 土 的 p H 值 还 为 微 生 物 提 供 充 足 的 养 分 和 适 宜 的 生 活 环 境 导 致 微 生 物 大 量 繁 殖 争 夺 氧 气 产 生 厌 氧 环 境 促 进 反 硝 化 作 用 5 8 6 0 2 有 机 物 料 能 提 高 A O B a m o A 和 n i r K 基 因 的 拷 贝 数 促 进 硝 化 和 反 硝 化 以 及 硝 化 细 菌 的 反 硝 化 等 过 程 的 发 生 6 1 相 反 关 于 有 机 物 料 施 用 降 低 N 2 O 排 放 的 研 究 则 认 为 生 物 炭 配 施 有 机 物 料 导 致 n i r S 基 因 拷 贝 数 的 减 少 和 n o s Z 拷 贝 数 的 增 加 使 N 2 O 排 放 减 少 1 4 土 壤 水 分 也 是 影 响 N 2 O 排 放 的 重 要 因 素 当 施 入 有 机 物 料 后 盐 渍 土 的 保 水 能 力 增 强 水 分 过 多 导 致 嫌 气 环 境 的 形 成 和 扩 散 条 件 的 减 弱 延 长 了 N 2 O 在 土 壤 中 的 存 留 时 间 进 一 步 促 进 N 2 O 向 N 2 的 转 化 使 其 排 放 减 弱 6 0 另 外 有 机 物 料 施 用 对 氮 素 转 化 及 N 2 O 排 放 的 影 响 与 有 机 肥 自 身 的 C N 和 土 壤 条 件 有 关 高 C N 条 件 下 施 用 有 机 物 料 后 有 机 质 分 解 慢 分 解 微 生 物 与 氮 素 转 化 微 生 物 争 夺 氮 素 导 致 土 壤 硝 化 反 硝 化 的 底 物 减 少 造 成 N 2 O 排 放 减 少 6 2 盐 渍 土 中 有 机 物 料 对 N 2 O 排 放 的 影 响 还 要 考 虑 盐 渍 程 度 周 慧 等 5 3 通 过 研 究 有 机 无 机 肥 配 施 对 N 2 O 排 放 的 影 响 发 现 轻 度 盐 渍 土 上 1 2 0 k g h m 2 化 肥 配 施 1 2 0 k g h m 2 有 机 肥 中 度 盐 渍 土 施 用 2 4 0 k g h m 2 有 机 肥 N 2 O 排 放 最 少 作 物 的 产 量 最 高 究 其 原 因 在 较 小 含 盐 量 时 施 入 适 量 的 有 机 物 料 能 显 著 改 善 微 生 物 生 存 环 境 有 利 于 土 壤 微 生 物 对 氮 的 固 持 同 时 促 进 了 完 全 反 硝 化 反 应 的 进 行 使 N 2 O 排 放 降 低 6 3 盐 含 量 较 高 时 盐 分 抑 制 了 N O B 的 活 性 使 硝 化 过 程 受 阻 增 加 了 硝 化 过 程 产 生 N 2 O 的 可 能 同 时 高 盐 分 抑 制 了 n o s Z 活 性 加 大 了 N 2 O 排 放 因 此 需 施 入 高 量 有 机 物 料 有 利 于 减 少 异 养 反 硝 化 过 程 N 2 O 排 放 盐 渍 化 土 壤 施 用 有 机 物 料 既 要 考 虑 本 身 的 C N 还 要 综 合 考 虑 土 壤 性 质 从 减 少 氮 素 损 失 增 加 作 物 产 量 的 角 度 讲 盐 渍 化 程 度 是 确 定 有 机 物 料 用 量 的 重 要 依 据 之 一 4 研 究 展 望 盐 渍 土 是 我 国 宝 贵 的 耕 地 储 备 资 源 开 发 和 合 理 利 用 盐 渍 土 是 人 类 可 持 续 发 展 的 重 要 保 障 盐 渍 化 是 周 期 性 动 态 变 化 的 过 程 对 盐 渍 土 改 良 材 料 进 行 研 究 和 提 高 盐 渍 土 产 能 是 当 前 的 热 点 目 前 针 对 生 物 炭 石 膏 和 有 机 物 料 等 改 良 材 料 对 盐 渍 土 4第 1 0 期 壤 氮 素 转 化 的 研 究 已 经 取 得 一 定 的 进 展 后 续 对 改 良 材 料 的 选 择 优 化 和 规 模 化 推 广 等 方 面 还 需 要 进 一 步 探 究 1 生 物 炭 的 多 孔 结 构 并 不 具 有 特 异 选 择 性 过 量 的 生 物 炭 施 入 土 壤 除 能 吸 附 土 壤 污 染 物 外 也 能 吸 收 土 壤 本 身 养 分 加 重 土 壤 负 荷 生 物 炭 是 高 温 裂 解 的 产 物 在 高 温 生 产 中 会 产 生 一 些 有 毒 物 质 过 量 施 用 可 能 会 导 致 有 毒 物 质 积 累 另 外 生 物 炭 属 于 高 温 产 生 的 惰 性 稳 定 产 物 其 在 土 壤 中 调 控 氮 素 转 化 的 机 制 需 要 长 期 试 验 探 索 这 导 致 了 很 多 短 期 试 验 结 果 有 偏 差 且 国 内 外 大 量 文 献 多 注 重 生 物 炭 对 微 生 物 群 落 丰 度 的 影 响 而 忽 视 对 氮 素 转 化 的 功 能 微 生 物 和 功 能 基 因 的 探 究 未 来 应 深 入 研 究 功 能 基 因 的 表 达 机 制 和 功 能 微 生 物 的 响 应 机 制 不 同 材 料 和 不 同 温 度 烧 制 的 生 物 炭 性 质 和 功 能 上 也 有 差 异 因 此 应 对 生 物 炭 进 行 全 方 位 多 方 面 深 层 次 的 研 究 同 时 对 其 生 产 和 用 途 制 定 相 关 行 业 标 准 2 石 膏 因 成 本 低 富 含 C a 2 已 被 广 泛 应 用 于 盐 渍 土 改 良 目 前 大 多 数 研 究 认 为 石 膏 对 盐 渍 土 壤 氮 素 转 化 主 要 是 通 过 影 响 p H 值 和 交 换 性 盐 基 离 子 间 接 对 土 壤 氮 素 有 效 性 和 微 生 物