沈陽生態(tài)所在東北旱作農(nóng)田土壤氣態(tài)氮損失的研究中取得進(jìn)展
農(nóng)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(xué)活性強(qiáng),極易被對(duì)流層臭氧和氫氧自由基氧化,是大氣細(xì)顆粒物中硝酸鹽形成的前體物質(zhì)。農(nóng)田大量氮肥的施用增加了土壤N2O和NO的排放。東北地區(qū)是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)之一,該區(qū)域60%以上的農(nóng)田為旱地。前期研究報(bào)道該區(qū)域農(nóng)田氮肥利用率不足40%,約20%的氮肥可能通過氣態(tài)氮的形式損失,但對(duì)各含氮?dú)怏w的損失量、排放的時(shí)空動(dòng)態(tài)規(guī)律和控制因子仍缺乏了解。此外,目前開展的土壤NO和N2O排放速率原位觀測的研究站點(diǎn)十分有限,且主要采用人工間歇式手動(dòng)采樣法,這種低頻率采樣不僅忽略了各氣體排放的日變化規(guī)律,還會(huì)錯(cuò)過短時(shí)間內(nèi)的脈沖排放事件(如降雨、灌溉和施肥等),導(dǎo)致氣態(tài)氮損失的量化具有很大不確定性。
基于此,中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在遼寧沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測研究站建立了高頻率連續(xù)同步測定土壤N2O和NO排放速率的自動(dòng)采樣和測定系統(tǒng)(圖1),對(duì)該站點(diǎn)玉米旱田土壤N2O和NO的排放通量進(jìn)行了連續(xù)兩年的觀測(2017 - 2019)。研究發(fā)現(xiàn),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后降雨量和分配差異的影響,第一年排放較高與施肥后長時(shí)間干旱有關(guān)。生長季內(nèi),土壤NO和N2O的排放呈現(xiàn)相同的季節(jié)動(dòng)態(tài)(圖2),主要受土壤溫度和無機(jī)氮含量的控制。此外,該研究還發(fā)現(xiàn)春季凍融過程產(chǎn)生的NO和N2O對(duì)全年NO和N2O的貢獻(xiàn)非常有限。該研究指出氣候變化(比如干旱)可能增加該區(qū)域旱作農(nóng)田土壤氮素的氣態(tài)損失(尤其是NO);長期和高分辨率的觀測有助于更好地了解NO和N2O排放速率的晝夜、季節(jié)和年際變化。研究結(jié)果有助于加深對(duì)農(nóng)田土壤氣態(tài)氮損失及其控制因素的理解。


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