施氮下潮土团聚体温室气体排放特征及其影响因素

朱翰绅; 徐聪; 杨紫琦; 李韦婕; 纪程; 艾玉春; 孙丽; 李冠霖; 汪吉东; 张永春

文章摘要

施氮下潮土团聚体温室气体排放特征及其影响因素

Greenhouse gases emission from aggregates and its influencing factors under nitrogen application in a fluvo-aquic soil

投稿时间：2024-02-19

DOI：10.13254/j.jare.2024.0099

中文关键词: 团聚体潮土氧化亚氮二氧化碳甲烷

英文关键词: soil aggregate fluvo-aquic soil nitrous oxide carbon dioxide methane

基金项目:江苏省优秀青年基金项目（BK20230076）；江苏省重点研发计划项目（BE2021378）；江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（23）1019）

作者	单位	E-mail
朱翰绅	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013
徐聪	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095	cxu@jaas.ac.cn
杨紫琦	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013
李韦婕	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095
纪程	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013
艾玉春	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014
孙丽	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014
李冠霖	江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013
汪吉东	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095
张永春	江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/国家农业环境六合观测实验站, 南京 210014 江苏大学环境与安全工程学院, 江苏镇江 212013 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095

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中文摘要:

为研究团聚体尺度下温室气体排放特征及其影响因素，本研究以黄淮海平原潮土为研究对象，针对不同粒径团聚体开展培养试验，探究团聚体的 N₂O、CH₄和 CO₂排放规律及其与土壤理化、生物性状的关系。结果表明，大团聚体（≥2 mm）和小团聚体（0.25~<2 mm）的CO₂和N₂O排放通量显著高于其他粒径团聚体，其中N₂O对全土总排放的贡献率达71.78%。大团聚体和小团聚体的总氮、NO₃^--N和NH₄⁺-N含量分别是微团聚体（0.053~<0.25 mm）和粉-黏颗粒（<0.053 mm）的1.16~1.50倍，且其总有机碳及可利用碳（易氧化有机碳和可溶性有机碳）含量均高于微团聚体和粉-黏颗粒。小团聚体中驱动反硝化过程的nirK基因丰度显著高于微团聚体和粉-黏颗粒。结构方程模型显示，团聚体平均颗粒直径、CO₂排放、易氧化有机碳含量和nirK基因丰度是影响团聚体 N₂O 排放的关键因素。粉-黏颗粒 CH₄累积排放量为正值（27.39 μg·kg^-1），其余粒径团聚体 CH₄累积排放量为负值（-34.63~-12.45 μg·kg^-1），表明粉-黏颗粒为CH₄的排放源，而其他粒径团聚体为CH₄的汇。综上，在改良土壤团粒结构的同时，提升大团聚体和小团聚体中反硝化作用的完成度是实现温室气体减排的关键。

英文摘要:

To investigate the characteristics of greenhouse gas emissions at the soil aggregate scale and their influencing factors, this study focused on the fluvo-aquic soils of the Huang-Huai-Hai Plain and conducted incubation experiments on aggregates with different sizes to explore the emission patterns of N₂O, CH₄, CO₂ and their relationships with soil physicochemical and biological properties. The results indicated that CO₂ and N₂O emission fluxes from large macroaggregates（≥2 mm）and small macroaggregates（0.25-<2 mm）were significantly higher than those from aggregates with smaller sizes. N₂O emissions contributed 71.78% to the total from the bulk soil. The contents of total nitrogen, NO₃^-- N, and NH₄⁺-N in large and small macroaggregates were 1.16-1.50 times higher than those of microaggregates （0.053-<0.25 mm）and silt-clay particles（<0.053 mm）. Additionally, their contents of total organic carbon and available organic carbon （easily oxidizable organic carbon and soluble organic carbon）were also higher than those in microaggregates and silt-clay particles. The abundance of the nirK gene, which drives the denitrification process, was significantly higher in small macroaggregates compared with microaggregates and silt-clay particles. A structural equation model revealed that the average diameter of aggregates, CO₂ emissions, the content of easily oxidizable organic carbon, and the abundance of the nirK gene were key factors affecting N₂O emissions from aggregates. The cumulative CH₄ emission from silt-clay particles was positive（27.39 μg·kg^-1）, while that of the other size aggregates was negative （-34.63--12.45 μg·kg^-1）, indicating that silt-clay particles are a source of CH₄ emissions, while other size aggregates acted as a sink for CH₄. In summary, improving the structure of aggregates in simultaneously with enhancing the completion of denitrification in large and small macroaggregates are essential for mitigating greenhouse gas emissions.

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