南方稻田土壤N2O产生机制的研究方法及控制策略技术

本发明专利技术涉及了一种南方稻田土壤N2O产生机制的研究方法及控制策略。本发明专利技术通过采集不同时期不同深度的稻田土壤，利用ZnCl2区分非生物和生物过程产生的N2O；采用培养法测定N2O产生速率；同时使用稳定同位素示踪技术量化区分不同途径对N2O产生的相对贡献；结合土壤理化性质，评价驱动N2O产生的影响因素。多种技术手段结合应用，从多角度揭示了稻田土壤N2O产生机制。稻田N2O产生主要来自于耕作层生物过程，由异养反硝化过程主导，其贡献率随氮肥施加量增加而降低，因此我们基于研究结果提出一种减少氮肥施加量后，异养反硝化贡献率增加，进而通过添加反硝化抑制剂减少异养反硝化产生N2O从而控制稻田土壤N2O产生的方案。O产生的方案。O产生的方案。

【技术实现步骤摘要】
南方稻田土壤N2O产生机制的研究方法及控制策略


[0001]本专利技术属于稻田生态系统温室气体减排
，具体为南方稻田土壤N2O产生机制的研究方法。

技术介绍

[0002]N2O是第三大温室气体，也是最大的臭氧消耗物质，其在大气中的存在时间长达120年。 1990
‑
2010年期间，全球人为N2O净排放量增加了33％。稻田覆盖了全球1.65亿公顷的面积，占全球农业土地面积的3％，然而稻田N2O排放量却占全球农业N2O排放量的11％。为了节约用水以及增加稻田土壤通气性，稻田常采用干湿交替的灌溉管理方式，引发大量的N2O排放，因此，减少稻田土壤N2O排放对于缓解温室效应以及臭氧损耗具有重要意义。
[0003]土壤中N2O产生分为生物过程与非生物过程，其中生物过程包含硝化细菌硝化过程 (NN)、硝化细菌反硝化过程(ND)、与硝化过程耦合的反硝化过程(NCD)和异养反硝化过程(HD)。前三种过程以氨氮为底物，统称为氨氧化过程(AOPs)。然而以往的研究没有对氨氧化过程进行具体划分，对N2O产生过程没有明确的区分与量化。耕作、根系生长导致剖面O2分布有差异，以及NH
4+
在土壤剖面上分布的差异，使得不同深度产生N2O的程度和机制不尽相同。区分稻田剖面上不同时期微生物产生N2O过程从而制定合理的减排方案，是减少稻田N2O产生的有利方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种稻田土壤N2O产生机制的研究方法，进而通过机制提出一种 N2O减排方案，以解决稻田土壤N2O产生机制不明确导致N2O减排方式不确定的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为:
[0006]本专利技术通过采集稻田不同时期不同深度的土壤，研究稻田土壤N2O产生机制，包括如下步骤：
[0007]S01、采集不同时期稻田土壤分层样品，进行理化性质测定；
[0008]S02、研究稻田土壤N2O产生速率；
[0009]S03、研究稻田土壤各个N2O产生过程贡献率；
[0010]S04、根据数据计算与统计分析得到影响N2O产生过程的关键影响因素。
[0011]优选的，稻田不同时期为夏季休耕期、水稻种植期、冬季休耕期。选取不同时期的土壤有利于增加研究机制的覆盖度。
[0012]优选的，稻田剖面土壤采集分为0
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5cm、5
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10cm、10
‑
20cm、20
‑
30cm、30
‑
40cm、40
‑ꢀ
60cm。通过研究不同深度的N2O产生机制，使结果更全面。表层土壤是微生物活跃区域，为了得到更详尽的机制结果，因此表层土壤采样划分更为详细。
[0013]优选的，步骤S01种所述测定的土壤理化性质包括铵态氮(NH
4+
‑
N)、硝态氮(NO
3— N)、含水率、pH、总有机质(TOM)、总碳(TC)、总氮(TN)、总磷(TP)。
[0014]所述步骤S02的研究方法包括如下步骤：
[0015](1)称取5g混匀过筛后的新鲜稻田土壤至50mL密封血清瓶中，排出瓶中空气并置换入氩气，根据测定的土壤O2含量计算出需要加入瓶中的O2体积，并置换出等体积的氩气；
[0016](2)处理i为空白对照组，处理ii加入7mol/L的ZnCl2，每个处理均加入(NH4)2SO4和 KNO3至终浓度均为50mg N/kg，每个处理设置三个平行；
[0017](3)样品在原位温度条件下恒温培养，并于0、4、8、12、24、48、72小时使用气密针从瓶中取出25mL顶空气体转移至真空Labco瓶(Labco Limited,Lampeter,UK)中，使用气相色谱测定气体样品的N2O浓度；
[0018](4)用N2O气体浓度与时间进行线性拟合，直线斜率即为稻田土壤N2O产生速率，其中处理i为总N2O产生速率，包括生物N2O产生速率与非生物N2O产生速率，处理ii为非生物N2O产生速率，处理i的速率减去处理ii的速率可以得到生物过程产生N2O速率。
[0019]所述步骤S03区分N2O产生过程包括如下步骤：
[0020](1)称取5g混匀过筛后的新鲜土壤至50mL密封血清瓶中，排出瓶中空气并置换入氩气，根据测定的土壤O2含量计算出需要加入瓶中的O2体积，并置换出等体积的氩气。
[0021](2)处理I添加1.0％原子百分超的
18
O
‑
H2O，处理II添加1.0％原子百分超的
18
O
‑
NH4NO3，处理III加入10.0％原子百分超的
15
N
‑
NaNO3，处理IV加入10.0％原子百分超的
15
N
‑
(NH4)2SO4, 处理V为空白对照，所有处理均需加入(NH4)2SO4与KNO3至终浓度为50mg N/kg。每个处理设置三个平行。
[0022](3)原位温度培养4天后，用气密针从每个瓶中取出25mL顶空气体移至真空Labco瓶中，利用同位素比质谱仪对N2O气体中
18
O/
16
O以及
15
N/
14
N比值进行测定，前四个处理的比值测定结果需减去空白对照比值后进行后续计算。
[0023](4)将培养结束后的样品用2mol/L的KCl浸提，并测定其中的
15
NH
4+
和
15
NO3‑
的丰度值。
[0024](5)通过计算得到N2O产生过程贡献率。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1.稻田土壤N2O产生主要来自于耕作层土壤，主要由微生物过程产生，且种植中的N2O产生速率最大。
[0027]2.稻田土壤生物N2O主要由异养反硝化过程产生，其次为硝化细菌反硝化过程。其中异养反硝化过程对于N2O贡献率在夏季休耕期小于水稻种植期小于冬季休耕期，随着种植过程增加。
[0028]3.NH
4+
‑
N与氨氧化过程贡献率呈现正相关关系，是驱动稻田土壤生物产N2O过程变化的主要驱动因素。
[0029]4.提出一种在水稻种植时期减少施加氮肥量，减少氨氧化过程对于N2O产生贡献率，之后通过控制反硝化过程N2O排放，进而使稻田土壤N2O排放量显著减少的方案。
附图说明
[0030]图1为本专利技术结构示意图；
[0031]图2为不同时期土壤剖面生物与非生物N2O产生速率；
[0032]图3为不同N2O产生过程贡献率。
具体实施方式
[0033]实施例：
[0034]稻田土壤样品采集包括如下步骤：用直径为5cm的土钻，分别按0
‑
5cm、5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种南方稻田土壤N2O产生机制的研究方法，其特征在于，包括如下步骤：S01、采集不同时期稻田土壤分层样品，进行理化性质测定；S02、研究稻田土壤N2O产生速率；S03、研究稻田土壤各个N2O产生过程贡献率；S04、根据数据计算与统计分析得到影响N2O产生过程的关键影响因素。2.按照权利要求1所述的研究方法，其特征在于，步骤S01测定的土壤理化性质包NH
4+
‑
N、NO3‑
‑
N、含水率、pH、总有机质、总碳、总氮、总磷。3.按照权利要求1所述的研究方法，其特征在于，采集不同时期包括夏季休耕期、水稻种植期、冬季休耕期和不同深度包括0
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5cm、5
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10cm、10
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20cm、20
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30cm、30
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40cm、40
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60cm的稻田分层土壤。4.按照权利要求1所述的研究方法，其特征在于，步骤S02的研究方法包括如下步骤：称取5g混匀过筛后的新鲜稻田土壤至50mL密封血清瓶中，排出瓶中空气并置换入氩气，根据测定的土壤O2含量计算出需要加入瓶中的O2体积，并置换出等体积的氩气；处理i为空白对照组，处理ii加入7mol/L的ZnCl2，每个处理均加入(NH4)2SO4和KNO3至终浓度均为50mg N/kg，每个处理设置三个平行；在原位温度条件下恒温培养，并于0、4、8、12、24、48、72小时使用气密针从瓶中取出25mL顶空气体，使用气相色谱测定气体样品的N2O浓度；用N2O气体浓度与时间进行线性拟合，直线斜率即为稻田土壤N2O产生速率，其中处理i为总N2O产生速率，包括生物N2O产生速率与非生物N2O产生速率，处理ii为非生物N2O产生速率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝贵兵，秦瑜，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：