臭氧浓度升高对农田土壤呼吸、硝化及反硝化作用的影响

Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2017, 6(1), 11-21 Published Online January 2017 in Hans. http://www.77cn.com.cn/journal/ccrl http://www.77cn.com.cn/10.12677/ccrl.2017.61002

文章引用: 石侃. 臭氧浓度升高对农田土壤呼吸、硝化及反硝化作用的影响[J]. 气候变化研究快报, 2017, 6(1): 11-21. http://www.77cn.com.cn/10.12677/ccrl.2017.61002

Effects of Elevated Ozone Concentration on Soil Respiration, Nitrification and Denitrification in a Farmland

Kan Shi

Hami Meteorological Bureau, Hami Xinjiang

Received: Dec. 28th , 2016; accepted: Jan. 14th , 2017; published: Jan. 18th

, 2017 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://www.77cn.com.cn/licenses/by/4.0/

Abstract

Since the spring of 2010, we used open-top chamber for ozone (OTC) field experiment in Nanjing Uni-versity of Information Science & Technology agriculture experiment stations; the ozone automatic generation and regulation system was used to simulate the environment of rising ozone concentration, to measure soil respiration rate, nitrification and denitrification rate. Meanwhile, we observed soil temperature and soil moisture, and discussed the effect of rising ozone concentration on soil respira-tion, nitrification and denitrification in winter wheat field. The results showed that rising ozone con-centration had no significant effect on the change rule of soil respiration rate in winter wheat field during growth period, but it would lower the soil respiration in winter wheat field. At the same time, rising ozone concentration would limit the effect of soil temperature in winter wheat field on soil res-piration. With ozone concentration increasing, Q 10 value would decrease, which lowered the tempera-ture sensitivity of soil respiration in winter wheat field and decreased the effect of soil temperature in winter wheat field on soil respiration as well, but the rising of ozone concentration might lower nitri-fication rate and denitrification rate of winter wheat field soil, yet not significant reduction extent. Keywords

Ozone Concentrations, Soil Respiration, Nitrification and Denitrification

臭氧浓度升高对农田土壤呼吸、硝化

及反硝化作用的影响

石 侃

Open Access

石侃

12 新疆维吾尔自治区哈密地区气象局，新疆 哈密市

收稿日期：2016年12月28日；录用日期：2017年1月14日；发布日期：2017年1月18日

摘 要

自2010年春季，于南京信息工程大学农业气象试验站采用开顶式气室(OTC)大田试验，利用臭氧自动发生和调控系统模拟臭氧浓度升高环境，测定土壤呼吸速率、硝化与反硝化速率，同时观测土壤温度和土壤湿度，探讨臭氧浓度升高对冬小麦农田土壤呼吸、硝化及反硝化作用的影响。结果表明，臭氧浓度升高对冬小麦农田土壤呼吸速率的生育期内的变化规律无显著影响，但会降低冬小麦农田土壤呼吸，同时臭氧浓度升高会限制冬小麦农田土壤温度对土壤呼吸的影响，随着臭氧浓度升高，Q 10值减小，降低了冬小麦农田土壤呼吸的温度敏感性，也会减小冬小麦农田土壤湿度对土壤呼吸的影响，而臭氧浓度升高可能降低了冬小麦农田土壤硝化速率和反硝化速率，但降低幅度均不显著。

关键词

臭氧浓度升高，土壤呼吸，硝化，反硝化作用

1. 引言

臭氧是一种在地球对流层自然产生的光化学氧化剂，其背景浓度认为在0.025~0.05μmol∙mol −1。自工业革命以来，由于人类活动和工业生产的迅猛发展，地面向大气排放的污染物种类和数量不断增加，臭氧就是其中一种重要的污染气体。一些地区，臭氧浓度在过去一个世纪里明显升高，而且地面臭氧浓度大概每年升高0.3%~2% (Thompson, 1992; Vingarzan, 2004)。

自1958年Richards 等[1]首次报道臭氧胁迫会伤害植物之后，学者们纷纷研究农作物、林木等的响应，发现臭氧可直接作用于植物叶片，促使气孔导度下降、光合作用受到抑制、叶面出现伤害等，进而导致生物量与生产力下降、作物减产[2]。目前已有文献报道高臭氧浓度对光合作用，产量具有影响，但关于臭氧浓度升高对农田土壤呼吸及硝化–反硝化作用影响的研究还是较少。事实上，臭氧浓度升高对农田土壤呼吸及硝化、反硝化作用的影响的研究非常有意义。

全球每年由于土壤呼吸(即土壤CO 2排放)作用向大气中释放的碳的估算值约为68~80 Pg (Raich and Potter, 1995)，农田系统的排放贡献占很大一部分。土壤呼吸是指土壤产生并向大气释放CO 2的过程，它包括三个生物学过程，即土壤微生物呼吸、植物根系呼吸和土壤动物呼吸，和一个非生物学过程即含碳矿物质氧化与分解释放[3] [4]。土壤呼吸受到多种因素的影响，有非生物的：土壤温度、土壤水分、土壤养分、土壤有机质等；有生物的：地面植被、土壤微生物、土壤动物的组成、活性和功能等[5]。土壤呼吸具有明显的季节和日变化动态，而影响其的主导影响因子包括气候因子、土壤因子、植被和地表覆被物、大气CO 2浓度以及人为干扰等[6]。其中温度是影响土壤呼吸的主要因素之一[7]。但是关于臭氧对土壤呼吸的影响现在有的研究较少。

农田土壤和热带地区的土壤，同样是全球最主要的N 2O 排放源，贡献率高达70% (Bouwman, 1989)，N 2O 是重要的温室气体，对全球气候变暖的贡献是CO 2的200倍[8]，进入大气后还能破坏高 …… 此处隐藏：14526字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……