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应用^(15)N自然丰度值揭示不同氮源对设施土壤氨挥发的贡献
2024年
【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为期40天的番茄盆栽培养试验,供试土壤为棕壤,未施过肥也未种植过作物,供试作物为番茄。试验设置4个处理,即不施氮肥(CK)和等量施氮(N3 g/pot)条件下单施鸡粪有机肥(M)、单施尿素(U)、有机肥半量替代尿素(MU)处理。利用被动采样器测定了土壤NH_(3)挥发速率和累积排放量,并借助^(15)N自然丰度方法估算肥料和土壤氮对NH_(3)挥发的贡献。【结果】基肥施用后3~6天内,NH_(3)挥发速率迅速增加并达到高峰,之后逐渐降低,直至第33天恢复到施肥前水平。与MU和U处理相比,M处理的净NH_(3)挥发累积量分别显著降低了60.8%和63.1%(P<0.05),MU较U处理的NH_(3)减排效果不显著(4.62%),相应的NH_(3)挥发系数分别为1.37%(U)、1.29%(MU)及0.51%(M)。施肥处理中,δ^(15)N-NH_(3)值随NH_(3)挥发的进行而迅速降低,然后逐渐增加至施肥前水平,M处理的δ^(15)N-NH_(3)均值高于MU和U处理。^(15)N同位素混合方程计算显示,在番茄生产中肥料对NH_(3)挥发的贡献比例为:M处理中鸡粪贡献30.5%,U处理中尿素贡献53.1%,MU处理中鸡粪和尿素分别贡献28.6%和56.6%。【结论】等量施氮条件下,单施鸡粪产生的NH_(3)挥发量远低于尿素,鸡粪和尿素等量氮配施对NH_(3)挥发的减排效果不显著。根据同位素分馏效应计算结果,单施鸡粪、尿素对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为30.5%、53.1%,鸡粪和尿素配施时二者对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为28.6%、56.6%,贡献比例与单施差异不大。因此,控制化肥氮施用量是减少NH_(3)挥发的关键。
田峪萍双睿辰刘原庆王立刚孟凡乔
关键词:氨挥发
二氧化碳倍增对植物叶片^(15)N自然丰度的影响
2024年
大气CO_(2)浓度上升通常会提高植物生产力并伴随叶片氮含量的下降。然而大气CO_(2)如何影响叶片^(15)N丰度及其相关机理还不清楚。以小麦和向日葵为实验材料,测定了两个CO_(2)浓度(410与820μmol•mol^(-1))处理下叶片的氮同位比值(δ^(15)N)和氮含量。结果表明:小麦和向日葵叶片氮含量随CO_(2)浓度升高呈下降趋势,然而δ^(15)N对CO_(2)浓度倍增的响应存在差异。在高CO_(2)浓度处理下小麦叶片δ^(15)N显著下降6.5‰,而向日葵叶片δ^(15)N小幅上升2.1‰,且叶片和地上部生物量显著增加。基于此,小麦的氮营养特征符合氮同化受限假说,而向日葵符合稀释效应假说。小麦叶片δ^(15)N随叶龄或者细胞年龄的增加而显著下降,因此在利用^(15)N来研究植物氮代谢时需要区分叶龄的影响。整合分析结果表明,CO_(2)浓度升高导致非豆科C_(3)植物的δ^(15)N显著下降达0.3‰,与小麦的研究结果相符。综上所述,限制硝态氮同化是CO_(2)影响植物氮代谢和^(15)N丰度的重要机制。
李蕾吴明君林冰艳孙嫣然徐艺宁汪旭明巩晓颖
关键词:氮同化叶龄氮利用效率
不同土地利用类型氨挥发氮同位素自然丰度特征被引量:2
2022年
为了探讨不同土地利用类型下氨(NH_(3))挥发氮同位素自然丰度特征,采集3种土地利用类型(果园、菜地和林地)土壤,在可控条件下采用海绵吸收法开展了为期15 d的室内培养试验,测定了不同土地利用类型下土壤NH_(3)挥发全过程δ^(15)N值及其变化规律。培养期间,3种土地利用类型下的土壤NH_(4)^(+)-N浓度均呈现先上升后下降的趋势;果园和菜地土壤NO_(3)^(-)-N浓度均呈现出持续增加的趋势;土壤pH均呈现先升高后下降再升高的趋势,峰值出现在施入尿素后的第1天。菜地和果园土壤δ^(15)N-NH_(4)^(+)值随培养时间延长持续升高,林地土壤δ^(15)N-NH_(4)^(+)值呈现先降低后升高的趋势。果园、菜地和林地土壤NH_(3)挥发过程δ^(15)N值变化范围分别为-27.98‰--13.29‰、-29.26‰--18.52‰和-9.85‰-10.22‰。不同土地利用类型下土壤NH_(3)挥发过程δ^(15)N-NH_(3)均值水平表现为菜地<果园<林地。土壤pH、土壤NH_(4)^(+)-N浓度和土壤NH_(3)挥发累积量是影响上述结果的重要因素。果园和菜地的土壤pH、果园土壤NH_(4)^(+)-N浓度以及菜地和林地的土壤NH_(3)挥发累积量对土壤NH_(3)挥发δ^(15)N-NH_(3)值有显著影响;源解析模型显示,不同土壤NH_(3)挥发δ^(15)N-NH_(3)值会导致土壤NH_(3)挥发对大气NH_(3)的贡献存在较大的变化,进一步指出使用不同的土壤NH_(3)挥发δ^(15)N-NH_(3)值会导致溯源结果存在较大的差别。
白潇遆超普颜晓元颜晓元陶莉敏李淼周伟
关键词:土地利用氨挥发源解析
草甸草原土壤与植物系统自然丰度氮稳定同位素的年际变化及其指示作用被引量:1
2022年
氮是陆地生态系统生产力的首要限制性养分,利用自然丰度δ^(15)N(^(15)N/^(14)N)可以有效指示生态系统氮循环过程。本试验研究了内蒙古草甸草原土壤与植物系统自然丰度δ^(15)N、土壤净氮矿化潜势的年际变化。结果表明:2017-2020年,土壤NO_(3)^(-)-N含量(9.83~^(14).79 mg·kg^(-1))均显著高于NH_(4)^(+)-N含量(3.92~5.00 mg·kg^(-1));土壤NH_(4)^(+)的δ^(15)N值(13.3‰~18.3‰)显著高于NO_(3)^(-)的δ^(15)N值(3.76‰~6.^(14)‰),土壤NO_(3)^(-)的δ^(15)N值与土壤NO_(3)^(-)含量呈显著负相关;干旱年NH_(4)^(+)的δ^(15)N值相对较高,降水较高或较低年NO_(3)^(-)的δ^(15)N值显著降低。干旱年土壤净氮矿化速率、净氨化速率显著高于湿润年,而土壤硝化速率与年降水量无显著相关性。植物δ^(15)N值与土壤δ^(15)N值无显著相关性,但与植物N含量呈显著负相关;豆科植物与非豆科植物δ^(15)N值、N含量均呈显著正相关,在一定程度上表明豆科植物对非豆科植物的N吸收具有促进作用。研究结果可为草原土壤-植物系统氮循环过程及其对降水变化的响应提供数据支撑。
王斌王汝振张英顾柏滔李甜张玉革姜勇
关键词:氮矿化草原生态系统
自然丰度法与同位素稀释法测定植物固氮能力的比较被引量:1
2022年
生物固氮是生态系统有效氮的重要来源,目前存在多种测定和计算方法。以青藏高原高寒草原豆科植物团垫黄芪(Astragalus arnoldii)为对象,对比自然丰度法和同位素稀释法的差异,探讨4种计算方法、4种参考植物和2个取样时间对团垫黄芪生物固氮百分率(%Ndfa)评估的影响。结果表明:参考植物的δ15N在自然生长状态下与7月份相比,8月份均显著降低(P<0.05);施加(^(15)NH_(4))2SO_(4)后,4种参考植物紫花针茅(Stipa purpurea)、高山嵩草(Kobresia pygmaea)、矮火绒草(Leontopodium nanum)和青藏苔草(Carex moorcroftii)24 h取样的测定值高于30 d后取样的测定值(P<0.05)。无论标记与否,团垫黄芪的^(15)N丰度在2个采样时间都无明显差异,采用原子百分超和原子百分差这2种计算方法得到的%Ndfa也没有显著差异。除矮火绒草外,以其他3种植物以及4种植物的平均值作为参考时,采用自然丰度法计算的%Ndfa都显著高于同位素稀释法(P<0.05)。取样时间不同自然丰度法的测定结果差异显著(F=89.906,P<0.01),标记后取样时长对同位素稀释法影响显著(F=496.712,P<0.01)。
李润富牛海山孔倩刘强
关键词:生物固氮同位素稀释法青藏高原高寒草原
一种可用于氮同位素自然丰度测定的土壤氨气测定方法
一种可用于氮同位素自然丰度测定的土壤氨气测定方法,培养瓶中加入(NH<Sub>4</Sub>)<Sub>2</Sub>SO<Sub>4</Sub>溶液或氮同位素标准液,用注射器向培养瓶中加入NaOH溶液后NH<Sub>3...
李淼遆超普白潇陶莉敏王慧勇彭凌云黄静文颜晓元王曦孟磊
长白山天然次生林优势树种山杨和白桦15N自然丰度对氮添加的响应
植物和土壤氮同位素可以帮助了解氮输入对生态系统氮循环的影响,对不同树种对N添加响应的差异进行研究可以帮助更好的了解树种对N的偏好性。本试验在消除环境差异和氮源差异的条件下进行研究,对长白山天然次生林优势树种白桦(Betu...
陈佳琪
利用^(13)C标记和自然丰度三源区分玉米根际CO_(2)释放被引量:4
2021年
石灰性土壤中,根际土壤释放的CO_(2)有三个来源,即根源呼吸、土壤有机碳(SOC)分解和土壤无机碳(SIC)溶解,三源区分土壤释放的CO_(2)是量化土壤碳平衡的前提。分别在玉米拔节期、抽穗期和灌浆期进行7 h的^(13)O_(2)脉冲标记,经过27 d示踪期后破坏性取样,测定^(13)标记与自然丰度处理中,玉米地上部、根系、土壤和土壤CO_(2)的碳含量和δ^(13)值,利用^(13)示踪并结合自然丰度法区分玉米土壤CO_(2)的来源。研究结果显示,随着玉米生长,根源呼吸对土壤CO_(2)的贡献呈降低趋势,从拔节期的66.7%降低至灌浆期的25.8%。整个玉米旺盛生育期内(从拔节期到生育期末),根源呼吸和土壤总碳释放对土壤CO_(2)具有同等贡献,SOC和SIC释放对土壤总碳释放的贡献率分别为30%和20%。玉米生长对土壤的碳输入(根系+根际沉积物)超过土壤总碳(SIC+SOC)的释放,总体表现为土壤碳汇。研究表明,SIC溶解对全球碳库稳定性和调节CO_(2)浓度的影响非常重要,若忽视石灰性土壤中SIC溶解,则会高估SOC的分解,进而影响SOC激发效应以及土壤碳平衡的评估。
孙昭安张保仁何敏毅王开永胡正江陈清孟凡乔
关键词:土壤有机碳土壤无机碳
基于稳定同位素自然丰度技术的土壤氧化亚氮产生与排放过程研究进展
2021年
氧化亚氮(N_(2)O)是主要的温室气体之一,并且对平流层臭氧层分解起到重要作用。土壤中N_(2)O的产生和排放过程复杂多样,对其进行精准溯源与过程区分有助于制定减排策略。稳定同位素自然丰度技术利用N_(2)O的同位素值δ^(15)N^(bulk)(N_(2)O中15N在整体水平上的同位素特征值)、δ^(18)O(N_(2)O中18O在整体水平上的同位素特征值)以及δ^(15)N^(sp)(N_(2)O分子内15N的位点特异性同位素值),可以示踪N_(2)O来源、指示N_(2)O产生的微生物作用途径,在N_(2)O转化过程溯源中已取得重要进展。而同位素分馏效应是稳定同位素自然丰度技术应用的理论基础,其中微生物过程及其导致的同位素分馏是需要重点关注的问题。本研究概述了同位素分馏效应在N_(2)O的产生、排放过程中的研究进展及其主要影响因素,梳理了同位素特征值δ^(15)N^(bulk)、δ^(18)O和δ^(15)N^(sp)在分析N_(2)O来源的研究进展,并且提出了影响准确区分过程的因素。因素包括单一产生路径的同位素特征值范围广、不同产生路径的同位素特征值范围的重叠、反应底物同位素组成的变化以及与N_(2)O还原相关的分馏因子的可变性等问题。明确了今后需加强δ^(15)N^(sp)等N_(2)O同位素特征值分馏效应的测定,利用组合同位素特征值及先进手段进行全面的N_(2)O溯源研究。
黄瑾余龙飞李文娟黄平
关键词:氧化亚氮稳定同位素土壤微生物
可用于氨气同位素自然丰度测定的酸性溶液吸收方法
可用于氨气同位素自然丰度测定的酸性溶液吸收方法,将NH<Sub>3</Sub>吸收液对同位素标准物质吸收24h,所述NH<Sub>3</Sub>吸收液为0.1mol L<Sup>‑1</Sup> H<Sub>2</Sub...
遆超普王曦陶莉敏颜晓元
文献传递

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遆超普
作品数:27被引量:360H指数:11
供职机构:中国科学院南京土壤研究所
研究主题:自然丰度 氨挥发 源解析 氮同位素 沉降量
曹亚澄
作品数:58被引量:429H指数:10
供职机构:中国科学院南京土壤研究所
研究主题:N 丰度 氮同位素 同位素比值 稳定同位素
颜晓元
作品数:146被引量:1,801H指数:26
供职机构:中国科学院南京土壤研究所
研究主题:反硝化 N 进样 氮 土壤
张金波
作品数:87被引量:612H指数:17
供职机构:南京师范大学地理科学学院
研究主题:土壤 尖孢镰刀菌 丰度 稳定同位素 N
杨宏伟
作品数:11被引量:34H指数:3
供职机构:中国科学院南京地理与湖泊研究所
研究主题:湖泊 湖水 自然丰度 太湖 底栖藻类