Effects of urease and nitrification inhibitors on the soil mineral nitrogen dynamics and nitrous oxide (N2O) emissions on calcareous soil

脲酶和硝化抑制劑對石灰性土壤中礦質(zhì)氮動態(tài)和氧化亞氮排放的影響

來源: Environmental Science and Pollution Research, Volume 25, 2018, Pages 9155-9164

《環(huán)境科學與污染研究》，第25卷，2018年，第9155-9164頁

 

摘要

摘要闡述了本研究通過盆栽實驗和田間實驗，探討脲酶抑制劑和硝化抑制劑在滴灌系統(tǒng)下對石灰性土壤中氮動態(tài)和N2O排放的影響。研究發(fā)現(xiàn)，添加抑制劑如NBPT（脲酶抑制劑）和nitrapyrin（硝化抑制劑）能延遲尿素水解，減少銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度，并降低N2O排放。抑制劑組合使用在田間實驗中使N2O通量減少約30%，并提高土壤氮有效性。結(jié)果表明，抑制劑能有效減少氮損失和溫室氣體排放。

 

研究目的

研究目的是評估脲酶抑制劑和硝化抑制劑在滴灌條件下對土壤氮轉(zhuǎn)化和N2O排放的調(diào)節(jié)作用。具體目標包括：探索抑制劑對氮動態(tài)的影響；確定雙抑制劑組合對N2O排放的減少效果；驗證N2O產(chǎn)生的可能途徑，特別是在石灰性土壤中。

 

研究思路

研究思路包括進行盆栽實驗和田間實驗。盆栽實驗設(shè)置對照、單施尿素和尿素加NBPT處理，在控制條件下培養(yǎng)土壤，實時監(jiān)測N2O排放和氮動態(tài)。田間實驗在小麥田中進行，設(shè)置對照、單施尿素和尿素加NBPT及nitrapyrin處理，通過滴灌施肥，在不同生長階段采樣測量氮形態(tài)和N2O通量。使用高分辨率技術(shù)如ZrO-Chelex DGT和Peeper測量土壤氮，并通過相關(guān)分析探討N2O排放與氮形態(tài)的關(guān)系。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 土壤氮動態(tài)數(shù)據(jù)：包括尿素-N、NH4+-N和NO3--N濃度變化，數(shù)據(jù)來自圖1和表1、表2。研究意義是評估抑制劑對尿素水解、銨態(tài)氮積累和硝化過程的抑制效果，幫助理解氮循環(huán)調(diào)控機制。

 

 

 

2 N2O排放數(shù)據(jù)：包括N2O通量和濃度變化，數(shù)據(jù)來自圖2。研究意義是量化抑制劑對溫室氣體排放的減少作用，為農(nóng)業(yè)減排措施提供依據(jù)。

 

3 酶活性數(shù)據(jù)：包括脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和羥胺還原酶活性，數(shù)據(jù)來自圖4。研究意義是揭示抑制劑對氮轉(zhuǎn)化關(guān)鍵酶的影響，解釋N2O產(chǎn)生的生物化學途徑。

 

4 抑制率數(shù)據(jù)：包括脲酶抑制率和硝化抑制率，數(shù)據(jù)來自表1和表2。研究意義是直接衡量抑制劑效率，優(yōu)化施用策略。

 

結(jié)論

1 添加NBPT能延遲尿素水解，維持較高尿素-N濃度，脲酶抑制率在培養(yǎng)14天時達27.5%。

2 雙抑制劑組合（NBPT+nitrapyrin）顯著抑制硝化過程，硝化抑制率在小麥抽穗期和灌漿期分別達47.7%和63.9%，減少NO3--N濃度。

3 N2O排放在小麥生長階段減少30-33%，表明抑制劑能有效降低溫室氣體排放。

4 路徑分析顯示NO3--N是N2O排放的主要驅(qū)動因子，表明反硝化是石灰性土壤中N2O產(chǎn)生的主要途徑。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（如N2O-R迷你傳感器和N2O-100微傳感器）測量N2O數(shù)據(jù)具有重要研究意義。這些電極提供實時、高精度監(jiān)測，檢測限低至0.0028 mg N2O-N·L?1，能捕捉N2O濃度的動態(tài)變化，如晝夜波動和排放峰值。在盆栽實驗中，電極數(shù)據(jù)顯示N2O濃度在施肥后第5天達到峰值，并揭示抑制劑處理下排放延遲（圖2a、2b）。這種實時監(jiān)測能力有助于理解N2O產(chǎn)生的瞬時過程，如溫度和水分變化的影響。此外，電極數(shù)據(jù)與土壤氮形態(tài)結(jié)合，通過相關(guān)分析驗證了NO3--N與N2O排放的強相關(guān)性（圖3），為反硝化主導的排放機制提供證據(jù)。總之，Unisense電極的高靈敏度和連續(xù)性增強了數(shù)據(jù)可靠性，對研究溫室氣體動態(tài)和評估減排措施有重要價值。