科研进展

SBB: 高频动态定量田间土壤N2排放的方法研究取得新进展

  人类活动导致活性氮过量增加,造成一系列环境问题。生态系统的氮气(N2)排放代表着全球活性氮的汇(即活性氮形态转变成惰性氮形态N2的过程和速率)。没有生态系统N2排放的准确定量,就难以评估活性氮在地球环境中的滞留时间及其调控方案有效性,更难以验证氮循环模型中这个关键环节的模拟是否正确,尤其难以在氮循环过程模拟中正确地维持质量守恒。但是,由于大气中N2占78%,准确测量旱地土壤乃至各种生态系统的N2排放,长久以来,一直是科学家们力图攻克的难题。

 

  本研究以在半干旱或半湿润地区广泛分布的石灰性农田土壤为例,基于前期工作中为氦环境土柱培养-N2直接测量系统(GFSC)创建的“三阶段培养法”(Wang et al.,2011,2013),依据阿伦尼乌斯动力学和米氏动力学联合机制理论,构建起N2O/(N2O+N2)比值随土壤环境变化的参数化方程,建成采用该方程并结合N2O排放和土壤环境变量观测来高频动态定量田间土壤N2排放的方法。所建方法可用于定量评估石灰性土壤农田的N2排放,其中的参数化方程适用性已得到独立实验样本验证。为解决陆地生态系统氮收支研究中准确定量N2排放的难题,本研究进展提供了可行方法。

 

 

  本研究得到科技部重点研发专项(2017YFD0200100)、国家自然科学基金(41877333,41830751)、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目(ZDBS-LY-DQCOO7)和德国科学基金(BU 1173/17-2)的共同支持。研究成果发表在Soil Biology and Biochemistry杂志(王睿博士为第一作者,郑循华研究员和巨晓棠教授为共同通讯作者)。

  文章链接:

  Wang, R., Pan, Z., Zheng, X., Ju, X., Yao, Z., Butterbach-Bahl, K., Zhang, C., Wei, H., Huang, B., 2020. Using field-measured soil N2O fluxes and laboratory scale parameterization of N2O/(N2O+N2) ratios to quantify field-scale soil N2 emissions. Soil Biology and Biochemistry 148, 107904. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107904

  Wang, R., Willibald, G., Feng, Q., Zheng, X.H., Liao, T.T., Bruggemann, N., Butterbach-Bahl, K., 2011. Measurement of N2, N2O, NO, and CO2 emissions from soil with the Gas-Flow-Soil-Core technique. Environmental Science and Technology 45, 6066-6072. https://doi.org/10.1021/es1036578

  Wang, R., Feng, Q., Liao, T.T., Zheng, X.H., Butterbach-Bahl, K., Zhang, W., Jin, C.Y., 2013. Effects of nitrate concentration on the denitrification potential of a calcic cambisol and its fractions of N2, N2O and NO. Plant and Soil 363, 175-189. https://doi.org/10.1007/s11104-012-1264-x

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