水稻土反硝化产物的垂直分布外文翻译资料

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

毕业论文

英文翻译

原文标题 Vertical distribution of denitrification end-products in paddy soils

译文标题 水稻土反硝化产物的垂直分布

水稻土反硝化产物的垂直分布

要点

1. 淋溶液间接排放的N₂O与IPCC的测量值基本一致。
2. 如果仅注重表层水稻土中反硝化过程氮的损失，那么水稻土中通过反硝化过程损失氮的数量的估计值将会偏低。并且偏低的程度会受到有机碳施用量的影响。

摘要

了解水稻土不同深度的反硝化过程及其最终产物对于我们研究其对活性氮的固定和和间接排放氧化亚氮(N₂O)是非常重要的。本研究在中国东南部地区水稻季进行了长期田间蒸散试验，测定了水稻土四个不同深度的反硝化过程最终产物。试验包括三种处理：(1)化肥(NPK)；(2)NPK 猪粪(NPKM)；(3)NPK 秸秆(NPKS)。各处理结果均表明，土壤中溶解的N₂O浓度随土壤深度的增加而增加，在0.2m处氮气(N2)浓度最高，溶解性有机碳(DOC)含量也最高。在水稻土垂直层次上，反硝化作用使硝酸盐含量减少了大约48-54%，尤其是在0.2m深度(68%~88%)时更高，然而在更深层土壤（0.6和0.8m）NO₃^-的损失降低（17%-44%），使得深层土壤中NO₃^-的浓度比浅层更高。我们的研究结果表明，DOC是抑制深层土壤反硝化作用的主要因子。猪粪的施用显著地增加了表层土壤中DOC的含量，增强了表层土壤中的反硝化作用速率，而秸秆的加入对反硝化作用影响不大。N₂O的间接排放系数( EF5 - g，0.001 - 0.006 )与政府气候变化专业委员会报告的默认值( 0.0025 )相当。产生的N2O少可能是因为N₂O被完全还原成了N₂，因此水稻土垂直层次中的N₂O/（N₂ N₂O）比值较低。虽然表层土壤一直被认为是反硝化作用发生的主要场所，但在三种处理的深层土壤中都观察到大量过剩的N₂。因此我们得出结论，如果仅考虑表层土壤的作用而忽视深层土壤，那么通过反硝化作用损失的氮的估计值将会显著偏低。

1. 介绍

硝酸盐（NO₃^-）对地下水的污染是全球关注的问题，它不仅危害环境，还损害人体健康。小溪、湖泊和河流中高浓度的NO₃^-会使地表水更易富营养化。地表水和地下水受到NO₃^minus;的污染是以农业活动为主的流域普遍存在的现象，主要是集约化农业的扩散污染所致。据报道，在中国稻麦轮作系统中NO₃^-通过淋溶的方式进入耕地下的地下水中。现在已经确定多种硝酸盐动态变化的过程，例如反硝化作用和硝酸盐异还原成铵（DNRA）作用，但水稻土中高浓度NO₃^-的减少主要还是由反硝化作用导致的。

反硝化作用包含多个生物化学反应，可以使NO₃^-转化成亚硝酸根（NO₂^-），一氧化氮（NO），氧化亚氮（N₂O）和氮气（N₂）。反应主要在厌氧环境中发生。必须满足四项要求反硝化作用才能发生。除了要有NO₃^minus;存在作为底物外，还需要有厌氧环境、电子供体和反硝化细菌存在。由于耕地中NO₃^minus;和反硝化细菌普遍存在，因此反硝化作用能否发生主要取决于厌氧环境是否存在和是否有可利用的电子供体。湿地、草地和旱地土壤垂直层次中的反硝化作用已经得到了广泛的研究。结果表明土壤氧化还原条件和溶解有机碳(DOC)的存在是影响旱地土壤反硝化作用的主要因素。例如，在中国半湿润的农田中，土壤垂直层次中的NO₃^-积累量很高，这是由于氧气的存在和碳源的缺乏，NO₃^-不能被反硝化。但是在湿地土壤和地下水等淹水环境中，反硝化速率主要与DOC含量有关。许多研究发现上层土壤层(0-0.2米)的反硝化速率最高，其程度取决于水分含量。然而，也有报道称，深层(0.15-0.3米)的反硝化速率高于表层土壤(0-0.15米)。现在有越来越多的证据表明，深层土壤中也存在着显著的反硝化作用，并且它已经被看做是NO₃^-淋溶到地下水或者随地表径流流失前的一种很重要的NO₃^-损失途径。

中国的水稻土广泛分布于华南和东北地区。水稻生长时较长一段时间内处于0.03-0.07米水深当中，这就导致根层以下形成了还原层。由于地势低平、母质由壤土变为粘土，以及长期的水稻栽培，形成了独特的有利于反硝化作用进行的水稻土垂直分布。因此，水稻土垂直层次上的反硝化过程与旱地土壤中的反硝化过程不同，旱地土壤的反硝化过程受氧气存在的限制，水稻土不受。尽管因为氮气浓度尚未确定而使得证据不充分，但根据淋溶液中极低的N₂O浓度和淋溶时硝酸盐浓度降低，可以推断出水稻土垂直层次上发生彻底的反硝化作用。我国农业用地的高氮投入导致了严重的环境问题，因此必须要了解影响反硝化过程的因素和N₂O/(N₂ N₂O)比值的影响因素，这对我们清晰的掌握水稻土垂直层次上通过反硝化作用损失的NO₃^-的程度至关重要。由于直接量化反硝化终产物的方法很困难，因此对水稻土垂直层次反硝化作用的研究很少。

在土壤垂直层次反硝化定量方面存在两个已知的困难。第一，由于大气中N₂的背景值本身就很高，因此难以确定反硝化的最终产物。冷冻。第二，在自然条件下，控制深层土壤反硝化作用的因子：O₂、NO₃^-和DOC可以从上层土壤中扩散或淋溶到深层。这使得其测量值与背景值有很大差异，尤其是水稻土。因此，很难研究不同层次土壤中的反硝化作用。又由于不知道特定区域的反硝化率是高还是低，阻碍了对该地区反硝化全过程过程中氮素流失的准确量化。

N₂O是反硝化过程中的特有的中间产物，N₂是该过程的最终产物。因此，溶解的N₂O和过量N₂的定量化可以作为研究反硝化作用的指标。 膜进样质谱法(MIMS)可通过自动分离水样中的气体来测量大量水样中溶解的气体的值，并且它几乎不受大气中N₂高背景值的影响。因此，它可以以较低成本来定量研究原位反硝化作用，并且已经用于研究水体(包括地下水和沉积物)的反硝化作用。

本研究用MIMS法测定处于淹水环境水稻土垂直层次中产生的N₂。虽然氨的厌氧化(Aanammox)、化学脱氮和Feammox(铵氧化耦合铁还原)等各种过程都可产生N₂，但在水稻土中，反硝化作用被认为是产生N₂的主要过程。因为在此类研究中不可能从不同的过程中分离和量化各个过程产生的氮气。因此，反硝化过程和其它过程中产生的N₂不做区分，而且为了简单起见，所有N₂都认为是反硝化过程产生的。我们假设水稻土中的NO₃^-在淋溶到地下水或随地表径流流失前，反硝化作用可以显著的减少它的含量，深层土壤N₂O/(N₂O N₂)比值受上层土壤NO₃^-和DOC的有效性影响。本研究的目的是(1)通过测定水稻土不同垂直深度的N₂O和过量N₂浓度来研究水稻土中反硝化作用的分布。(2)将反硝化终产物与生物地球化学参数联系起来。

1. 材料和方法
   1. 研究地点

本试验于2015年6月23日至10月23日在中国科学院常熟农业生态试验站(31°32lsquo;N，120°41rsquo;E)进行了长期田间蒸散试验。这里的土壤为水稻土；2015年6月1日对试验区的表层土壤(0-20厘米)进行了取样，以确定其物理和化学性质，其结果列于表1。该地区年平均气温25.6°C，年平均降水量1054 mm。夏季地下水位低于0.5米，冬季低于0.8米。

• 1. 试验处理与管理措施

长期田间测渗仪于1998年建成，试验包括三个处理：(1)NPK(化肥N、P和K)；(2)NPKM(化肥 每季15t新鲜猪粪)；(3)NPKS(化肥 干重为2.25 t ha^-1 的收割水稻/秸秆)。每个测渗仪占地包括4平方米(2times;2米)面积和1米土深。侧壁高出土壤表面0.25米。所有处理均采用随机区组设计，三个重复样本。这个长期实验在水稻-小麦轮作系统下进行。稻季基肥施用后，田间测渗仪一般连续淹水一个月。之后有一周的排水期，随后是间歇灌溉，直到水稻收获。麦季所需水分仅通过降水提供。在水稻季，NPK和NPKS处理的小区，尿素的施用量为300 Kg N ha^-1；NPKM处理的小区，尿素施用量为225 Kg N ha^-1。所有处理基肥、分蘖肥和穗肥的施用比例分别为4：3：3。NPKM处理的小区， 施用75 kg N ha^minus;1的猪粪作为基肥。三个处理都施用P2O5 60 kg ha^minus;1磷肥和 K2O 120 kg ha^minus;1钾肥作为基肥。水稻（南梗42号）于2015年6月23日进行移栽，并于2015年11月11日采收。

• 1. 取样测定

在前期修建过程中，将淋溶液收集箱(0.1times;0.15times;0.1m)分别安置于深度为0.2、0.6和0.8m的测渗仪中(图1)。用一根不锈钢管（直径为1厘米）连接到每个箱子上，用来取样。然后通过与不锈钢连接的医用输液管(直径0.4厘米)提取淋溶液样本。地表水样本是用蠕动泵(BT 100 M，中国保定市创瑞精密泵有限公司)采集的。在施用基肥后，每天进行一次取样，为期10天(从6月24日至7月2日)，之后每月两次，直到水稻收获为止。每次以较低的速度(50 mL min^minus;1)采集三份样品，以避免采样过程中样品中溶解气体挥发损失。为了测定样品中溶解的N₂和Ar的含量，我们用7毫升的玻璃瓶采集样品，采集过程速度缓慢，大约溢出约15毫升的多余样品水后采集完成。样品中加入100mu;L的饱和HgCl₂溶液，用于抑制其中微生物活性，然后立即密封玻璃瓶，保证其顶部空间没有气泡。还需要在塑料瓶中收集100 mL样品，用于测定溶解N₂O、DOC、NO₃^-和NH₄ 的含量。地表水和淋溶液的温度、pH值、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)用YSI Exo 1型多参数探针在野外测定。

样品中溶解的N₂和Ar使用高精度的MIMS仪器测定。该仪器曾用于水稻土反硝化作用和河网除氮能力的测定。根据Weymann等人所描述的方法用过量N₂的量计算反硝化氮。

X （过量 N₂） = X_N2T minus; X_N2EA minus; X_N2EQ （1）

其中X表示参数的摩尔浓度，X_N2T表示水样中溶解的总N₂的摩尔浓度，X_N2EA是源自过剩空气的N<su

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</su

资料编号：[21096]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word