化学和生物硝化抑制剂对菜地综合温室效应的影响研究
摘 要：采用静态暗箱-气相色谱法，通过连续近两年的大田试验，对比研究了化学硝化抑制剂（DCD）和生物硝化抑制剂（SI）对南京菜地土壤N2O和CH4排放及综合温室效应的影响。结果表明，施用化学硝化抑制剂DCD并没有显著影响N2O和CH4的排放及综合温室效应；而在蔬菜周围间种高粱，利用其根部分泌的生物硝化抑制剂则能够显著显著减少N2O排放，不影响CH4发排放，显著减少综合温室效应8.2%、增产6.6%、减少温室气体强度23%。因此可知生物硝化抑制剂是一种低成本的、能保证蔬菜产量又能减少温室气体排放的有效措施。
目录
摘要3
关键词3
Abstract 3
Key words 3
引言（或绪论） 3
1材料与方法 4
1.1试验地点 4
1.2试验设计 4
1.3气样采集与分析 5
1.4综合温室效应计算 5
1.5数据处理 5
2结果与讨论 6
2.1各处理N2O、CH4排放通量的动态变化 6
2.2不同处理N2O和CH4的累积排放量 7
2.3不同处理对菜地综合温室效应、蔬菜产量和温室气体强度影响7
3结论和展望8
致谢 8
参考文献 8
化学和生物硝化抑制剂对南京菜地综合温室效应的影响研究
引言
氮素对于植物的生长和健康至关重要，并且往往是农业增产的限制因素[1]。我国是农业生产大国，氮肥消费量也是世界最高的国家，但是氮肥利用率却只有30%35%[24]。蔬菜地是一种特殊的农业旱地生态系统，具有灌溉频繁、复种指数高、尤其是施肥量大等特点。在菜地生态系统中，农民为了提高蔬菜的产量获得更高的利益而过量的施用氮肥[5]。然而氮肥的过量施用并没有有效的提高蔬菜的产量，氮肥施用量越高氮肥的利用率却急剧下降，因为大部分氮素会通过径流、淋失或挥发等方式释放到环境中，造成对土壤、水体或大气的严重污染[67]。特别是在集约化种植的蔬菜生态系统中，过量的氮肥施用以及频繁的灌溉导致硝态氮的严重淋失和温室气体的大量排放[89]。近年来随着我国蔬菜
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
生产的快速发展，这些因其造成的各种环境问题也变的尤其严峻[10]。
随着科学的发展，人们已经提出了各种各样的新的管理措施和技术用来促进氮利用效率和减轻环境污染.。其中硝化抑制剂的应用被认为是最有效的减少氮肥损失，提高氮肥利用率和作物产量的技术措施[1112]。硝化抑制剂在进入土壤后能够影响土壤的微环境，调节土壤酶活性，可以非常有效的抑制微生物的硝化作用和后续的反硝化作用，从而使得土壤中的氮素更多的以铵态氮的形态存在，从而减少硝态氮的淋失和温室气体的排放[1314]。
迄今发现能够起到硝化抑制作用的化合物已有数百种，但能够用于农业生产实践的并不多，其中最常用的硝化抑制剂是DCD（双氰胺）、DMPP和脲酶抑制剂。目前，已应用于农业生产中的硝化抑制剂双氢胺（DCD）具有挥发性弱, 低于施氮量10%剂量下在土壤中无毒性残留等优点而更易被人接受。然而这些硝化抑制剂大多都是的化学合成物，对于农民来讲，使用这些硝化抑制剂会显著提高他们的生产成本，同时由于其缺乏成本效益和在土壤中的很多不确定因素，这些硝化抑制剂也并没有被很广泛地应用于农业生产[15]。最近的研究已经发现，某些植物可以通过根部释放硝化抑制来剂抑制土壤硝化作用，这种硝化抑制剂被称为生物硝化抑制，目前，科学家用BNI( biological nitrification inhibitor) 来描述植物根系分泌的对土壤硝化细菌有特定抑制效果的有机分子或化合物及其抑制能力，在所评估的作物中，高粱显示出显著的BNI能力[16]。因此开发植物天然形成的BNI 功能以抑制土壤硝化作用，不但可以降低生产实施的成本，而且是提高作物生产过程中氮素利用效率的一个重要方向。
为此，本研究以江苏南京市郊区集约化大棚蔬菜地土壤为研究对象，进行两年多的蔬菜轮作体系种植，研究在相同施氮量的情况下增施化学硝化抑制剂（DCD）和生物硝化抑制剂（SI）对蔬菜地生态系统N2O和CH4两种温室气体排放的影响，以及综合温室效应（GWP）和温室气体强度(GHGI)的影响，在保证作物稳产的基础上达到降低土壤中温室气体排放的目的，为粮田合理施肥提高氮素利用率、降低农业污染提供合理依据和技术支撑。
1. 材料与方法
1.1试验地点
试验地点位于江苏省南京市高桥门镇上坊村(32°01′N，118°52′E)。该区地处长江中下游地区，属亚热带湿润性季风气候，年均降水量1107 mm，年平均温度15.4℃，。此地区集约化种植蔬菜的历史长达数十年。通过在寒冷季节使用塑料大棚进行增温，一年可以种植3~5茬蔬菜，是南方集约化蔬菜生产的典型代表。试验土壤质地为粘土，耕作层（0～20cm）土壤理化性质: 有机碳15.6 g kg1，总氮1.9 g kg1，pH值5.5，容重1.2 g cm3，阳离子交换量为31.2 cmol kg1，质地为粘土，粘粒（＜0.002mm）、粉粒（0.02～0.002mm）和砂粒（2～0.02 mm）含量分别为30.1% 、64.7%和5.2%。
1.2试验设计
田间试验设3个处理，分别为单施尿素、尿素+CP ( DCD用量为尿素量的5%)、尿素+SI(该处理在其周围种植高粱，SI即认为是高粱根系在土壤中分泌的生物硝化抑制剂)，文中依次用N、DCD和SI表示，各处理施用氮素水平一致，施用量根据当地农民常规施肥水平来确定。每个处理分别设置3个重复，小区面积3m × 2.5m．试验期间共连续种植7种蔬菜，翻耕和灌溉水平、方法及时间等都按照当地管理措施进行，具体轮作、施肥和耕作制度见表1。
表1蔬菜种类、轮作制度、农事活动以及氮、磷和钾肥的施用
Table 1 Vegetable species, rotation system, agricultural activities and fertilizer application of N, P2O5 and K2O
蔬菜种类
Vegetable species
时间
Date
农事活动
Agricultural activities
氮肥（kg ha1）
N (kg ha1)
磷肥（kg ha1）
P2O5 (kg ha1)
钾肥（kg ha1）
K2O (kg ha1)
苋菜
04/14/2012
目录
摘要3
关键词3
Abstract 3
Key words 3
引言（或绪论） 3
1材料与方法 4
1.1试验地点 4
1.2试验设计 4
1.3气样采集与分析 5
1.4综合温室效应计算 5
1.5数据处理 5
2结果与讨论 6
2.1各处理N2O、CH4排放通量的动态变化 6
2.2不同处理N2O和CH4的累积排放量 7
2.3不同处理对菜地综合温室效应、蔬菜产量和温室气体强度影响7
3结论和展望8
致谢 8
参考文献 8
化学和生物硝化抑制剂对南京菜地综合温室效应的影响研究
引言
氮素对于植物的生长和健康至关重要，并且往往是农业增产的限制因素[1]。我国是农业生产大国，氮肥消费量也是世界最高的国家，但是氮肥利用率却只有30%35%[24]。蔬菜地是一种特殊的农业旱地生态系统，具有灌溉频繁、复种指数高、尤其是施肥量大等特点。在菜地生态系统中，农民为了提高蔬菜的产量获得更高的利益而过量的施用氮肥[5]。然而氮肥的过量施用并没有有效的提高蔬菜的产量，氮肥施用量越高氮肥的利用率却急剧下降，因为大部分氮素会通过径流、淋失或挥发等方式释放到环境中，造成对土壤、水体或大气的严重污染[67]。特别是在集约化种植的蔬菜生态系统中，过量的氮肥施用以及频繁的灌溉导致硝态氮的严重淋失和温室气体的大量排放[89]。近年来随着我国蔬菜
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生产的快速发展，这些因其造成的各种环境问题也变的尤其严峻[10]。
随着科学的发展，人们已经提出了各种各样的新的管理措施和技术用来促进氮利用效率和减轻环境污染.。其中硝化抑制剂的应用被认为是最有效的减少氮肥损失，提高氮肥利用率和作物产量的技术措施[1112]。硝化抑制剂在进入土壤后能够影响土壤的微环境，调节土壤酶活性，可以非常有效的抑制微生物的硝化作用和后续的反硝化作用，从而使得土壤中的氮素更多的以铵态氮的形态存在，从而减少硝态氮的淋失和温室气体的排放[1314]。
迄今发现能够起到硝化抑制作用的化合物已有数百种，但能够用于农业生产实践的并不多，其中最常用的硝化抑制剂是DCD（双氰胺）、DMPP和脲酶抑制剂。目前，已应用于农业生产中的硝化抑制剂双氢胺（DCD）具有挥发性弱, 低于施氮量10%剂量下在土壤中无毒性残留等优点而更易被人接受。然而这些硝化抑制剂大多都是的化学合成物，对于农民来讲，使用这些硝化抑制剂会显著提高他们的生产成本，同时由于其缺乏成本效益和在土壤中的很多不确定因素，这些硝化抑制剂也并没有被很广泛地应用于农业生产[15]。最近的研究已经发现，某些植物可以通过根部释放硝化抑制来剂抑制土壤硝化作用，这种硝化抑制剂被称为生物硝化抑制，目前，科学家用BNI( biological nitrification inhibitor) 来描述植物根系分泌的对土壤硝化细菌有特定抑制效果的有机分子或化合物及其抑制能力，在所评估的作物中，高粱显示出显著的BNI能力[16]。因此开发植物天然形成的BNI 功能以抑制土壤硝化作用，不但可以降低生产实施的成本，而且是提高作物生产过程中氮素利用效率的一个重要方向。
为此，本研究以江苏南京市郊区集约化大棚蔬菜地土壤为研究对象，进行两年多的蔬菜轮作体系种植，研究在相同施氮量的情况下增施化学硝化抑制剂（DCD）和生物硝化抑制剂（SI）对蔬菜地生态系统N2O和CH4两种温室气体排放的影响，以及综合温室效应（GWP）和温室气体强度(GHGI)的影响，在保证作物稳产的基础上达到降低土壤中温室气体排放的目的，为粮田合理施肥提高氮素利用率、降低农业污染提供合理依据和技术支撑。
1. 材料与方法
1.1试验地点
试验地点位于江苏省南京市高桥门镇上坊村(32°01′N，118°52′E)。该区地处长江中下游地区，属亚热带湿润性季风气候，年均降水量1107 mm，年平均温度15.4℃，。此地区集约化种植蔬菜的历史长达数十年。通过在寒冷季节使用塑料大棚进行增温，一年可以种植3~5茬蔬菜，是南方集约化蔬菜生产的典型代表。试验土壤质地为粘土，耕作层（0～20cm）土壤理化性质: 有机碳15.6 g kg1，总氮1.9 g kg1，pH值5.5，容重1.2 g cm3，阳离子交换量为31.2 cmol kg1，质地为粘土，粘粒（＜0.002mm）、粉粒（0.02～0.002mm）和砂粒（2～0.02 mm）含量分别为30.1% 、64.7%和5.2%。
1.2试验设计
田间试验设3个处理，分别为单施尿素、尿素+CP ( DCD用量为尿素量的5%)、尿素+SI(该处理在其周围种植高粱，SI即认为是高粱根系在土壤中分泌的生物硝化抑制剂)，文中依次用N、DCD和SI表示，各处理施用氮素水平一致，施用量根据当地农民常规施肥水平来确定。每个处理分别设置3个重复，小区面积3m × 2.5m．试验期间共连续种植7种蔬菜，翻耕和灌溉水平、方法及时间等都按照当地管理措施进行，具体轮作、施肥和耕作制度见表1。
表1蔬菜种类、轮作制度、农事活动以及氮、磷和钾肥的施用
Table 1 Vegetable species, rotation system, agricultural activities and fertilizer application of N, P2O5 and K2O
蔬菜种类
Vegetable species
时间
Date
农事活动
Agricultural activities
氮肥（kg ha1）
N (kg ha1)
磷肥（kg ha1）
P2O5 (kg ha1)
钾肥（kg ha1）
K2O (kg ha1)
苋菜
04/14/2012
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