论文部分内容阅读
我国是传统的茶叶种植大国,2015年我国茶叶总种植面积约占世界茶园面积的70.2%。茶树是典型的喜酸好铝作物,生长于pH3.0~6.8的土壤中,其最适宜pH为4.5~5.5。茶树喜铵厌硝,易于吸收铵态氮。随植茶年限增加,土壤不断酸化。茶树这些特性无疑决定其与其他生态系统存在不同的微生物功能以及氮循环特性。然而,当前对土壤氮素循环的研究主要集中在粮食作物,尤其是四大粮食作物中的水稻、小麦和玉米,鲜有研究报道茶园土壤氮素周转机制。茶树是喜铵植物,硝化过程不利于茶树对氮的吸收,反而会提高氮素以硝态氮形态向水体的迁移能力,不利于土壤对氮的保持。因此,开展茶园土壤硝化特征的研究将有助于我们采取针对性的措施控制茶园土壤硝化和酸化。本研究以我国典型茶园土壤为研究对象,探究林地改种为茶园对土壤净硝化速率以及N2O排放的影响、探究茶园土壤硝化途径、明确氮肥品种对茶园土壤净硝化速率以及气体排放的影响、阐明生物质炭施入对茶园土壤净硝化速率以及气体排放的影响,研究结果将为茶园合理施肥、茶园可持续发展、以及采取针对性的措施控制茶园土壤硝化和酸化提供理论依据和技术支持。本研究以我国江南茶区(安徽、浙江)和华南茶区(福建)典型茶园土壤及各自相邻的林地土壤为研究对象,在25℃和60%田间持水量(WHC)条件下,通过28 d的室内培养试验,研究了林地改为茶园后对土壤净硝化速率及N2O排放规律的影响。结果表明,安徽地区林地改种茶园显著抑制了净硝化速率。与安徽地区的林地和茶园土壤相比,浙江和福建地区林地和茶园土壤净硝化速率很低(<0.2mg N/(kg·d)),且林地改为茶园后对土壤净硝化速率没有显著影响。安徽地区植茶年限超过10年的茶园土壤N2O累积排放量均显著低于邻近的林地土壤,而植茶年限为10年的茶园土壤与邻近的林地土壤差异不显著。浙江和福建茶园土壤N2O累积排放量均高于各自对照的林地土壤。安徽地区土壤的N2O累积排放量与pH值呈显著的正相关关系,这表明林地改为茶园后,随着植茶年限的增加和氮肥的施用,pH降低抑制了净硝化速率,进而降低N2O排放。硝化过程主要分为自养硝化和异养硝化。茶园土壤呈酸性,极易发生异养硝化;而长期施肥又刺激自养硝化,但目前尚不明确茶园土壤究竟是自养硝化还是异养硝化占主导地位,其相对贡献是多少亦不清楚。为明确茶园土壤的硝化途径,本研究以不同植茶年限的安徽茶园土为研究对象,在25 ℃和60%WHC条件下,通过4d的室内15N-NO3标记试验,研究了茶园土壤的硝化途径。结果发现,安徽茶园土壤的自养硝化和异养硝化的相对贡献分别为100%和0,这表明安徽茶园土壤硝化全部来自于自养硝化。林地改为茶园和植茶年限的增加均没有改变土壤的硝化途径。植茶10年(AH10)、植茶20年(AH20)、植茶30年(AH30)和植茶40年(AH40)土壤初级硝化速率分别为0.56、0.58、0.58和0.55 mg N/(kg d),与对照林地土壤(AHCK) ( 0.76 mg N/(kg·d))没有显著性差异,植茶60年(AH60)土壤初级硝化速率最高,为1.67mg N/(kg·d),为AHCK的2.2倍。相关性分析表明,土壤初级硝化速率与pH值间无显著相关。为了明确氮肥品种对茶园土壤硝化作用及N2O和NO排放的影响,本研究选取宜兴茶园土为研究对象,在25℃和60%WHC条件下,通过35 d的室内培养试验,探讨添加不同品种的氮肥(碳酸氢铵、尿素和硫酸铵)对茶园土壤硝化作用及N2O和NO排放的影响。本研究结果表明,施用碳酸氢铵和尿素会显著提高茶园土壤pH和净硝化速率,而施用硫酸铵则显著降低茶园土壤pH和净硝化速率。施用氮肥后茶园土壤的净硝化速率与培养2 d后土壤pH值呈显著的正相关关系,这表明不同品种的氮肥是通过改变茶园土壤pH值来影响土壤硝化作用。碳酸氢铵和硫酸铵加入对茶园土 N2O排放无显著影响。而施入200 mg N/kg尿素对宜兴茶园土 N2O排放有显著刺激作用。培养35 d后,施入200 mg N/kg硫酸铵(HS)处理的NO累积排放量最低,为102.8μgN/kg,与不施氮(CK)处理(116.1μg N/kg)相比有显著性差异,其他施氮处理的NO累积排放量与CK处理均无显著差异,均在106.6~126.0μgN/kg之间。相关性分析表明,宜兴茶园土壤NO累积排放量与培养2 d后pH值和净硝化速率均呈显著的正相关关系。当前,茶园土壤酸化日趋严重,生物质炭施入可能是缓解茶园土壤酸化的途径之一,但是生物质炭改良茶园土壤后对其土壤硝化作用及N2O和NO排放的影响鲜有报道。为了探讨施加生物质炭对茶园土壤硝化作用及N2O和NO排放的影响,本研究选取宜兴茶园土为研究对象,在25 ℃和60%WHC条件下,通过9d的室内培养试验,探讨不同的生物质炭处理(1%生物质炭(1%BC)、2%生物质炭(2%BC)、5%生物质炭(5%BC)、10%生物质炭(10%BC)、10%生物质炭+0.27%硝化抑制剂(2-氯-6-(三氯甲基)吡啶)(10%BC+0.27%CP))对茶园土壤硝化作用及N2O和NO排放的影响。结果表明,在宜兴茶园土施入生物质炭后,显著提高了土壤pH值,施入1%BC、2%BC、5%BC和10%BC分别使茶园土壤pH提高0.28、0.35、0.68和0.84个pH单位。而土壤净硝化速率、N2O和NO排放均受不同程度地影响,施加1%BC、2%BC和5%BC处理的土壤净硝化速率与CK处理相比均无显著性差异,而施加10%BC则显著抑制了茶园土壤的净硝化速率。在10%BC基础上施加0.27%CP则进一步抑制了茶园土壤的净硝化速率,其净硝化速率仅为0.29mgN/(kg·d)。施加1%BC和2%BC对茶园土壤N2O累积排放没有影响,而施加5%BC和10%BC显著刺激茶园土壤N2O累积排放。施入10%BC的茶园土壤中,加入0.27%CP则显著抑制了 N2O累积排放。施入生物质炭对茶园土壤NO累积排放量无影响。各处理的NO/N2O累积排放量比值均大于1。