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氮動態和氧化亞氮排放的影響

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

《環境科學與污染研究》，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下對石灰性土壤中氮動態和N2O排放的影響。研究發現，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，減少銨態氮和硝態氮濃度，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化和N2O排放的調節作用。具體目標包括：探索抑制劑對氮動態的影響；確定雙抑制劑組合對N2O排放的減少效果；驗證N2O產生的可能途徑，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。盆栽實驗設置對照、單施尿素和尿素加NBPT處理，在控制條件下培養土壤，實時監測N2O排放和氮動態。田間實驗在小麥田中進行，設置對照、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和N2O通量。使用高分辨率技術如ZrO-Chelex DGT和Peeper測量土壤氮，并通過相關分析探討N2O排放與氮形態的關系。

 

測量的數據及研究意義

1 土壤氮動態數據：包括尿素-N、NH4+-N和NO3--N濃度變化，數據來自圖1和表1、表2。研究意義是評估抑制劑對尿素水解、銨態氮積累和硝化過程的抑制效果，幫助理解氮循環調控機制。

 

 

 

2 N2O排放數據：包括N2O通量和濃度變化，數據來自圖2。研究意義是量化抑制劑對溫室氣體排放的減少作用，為農業減排措施提供依據。

 

3 酶活性數據：包括脲酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和羥胺還原酶活性，數據來自圖4。研究意義是揭示抑制劑對氮轉化關鍵酶的影響，解釋N2O產生的生物化學途徑。

 

4 抑制率數據：包括脲酶抑制率和硝化抑制率，數據來自表1和表2。研究意義是直接衡量抑制劑效率，優化施用策略。

 

結論

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排放的主要驅動因子，表明反硝化是石灰性土壤中N2O產生的主要途徑。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

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數據具有重要研究意義。這些電極提供實時、高精度監測，檢測限低至0.0028 mg N2O-N·L?1，能捕捉N2O濃度的動態變化，如晝夜波動和排放峰值。在盆栽實驗中，電極數據顯示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）。這種實時監測能力有助于理解N2O產生的瞬時過程，如溫度和水分變化的影響。此外，電極數據與土壤氮形態結合，通過相關分析驗證了NO3--N與N2O排放的強相關性（圖3），為反硝化主導的排放機制提供證據。總之，Unisense電極的高靈敏度和連續性增強了數據可靠性，對研究溫室氣體動態和評估減排措施有重要價值。