成都平原旱作土壤N2O和CO2排放及土壤微生物特性研究

采用静态箱气相色谱法，研究了成都平原旱作农业生态系统两种不同种植模式（小麦、油菜）下，土壤N2O和CO2排放通量的季节变化规律及其影响因素，试验设置三种处理：（1）常规施肥处理（Nu），（2）无氮处理（N0），（3）空闲处理（Np常规施肥无作物）。在研究供试土样土壤酶活性、土壤微生物量碳、氮的基础上，进一步采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）研究了不同处理土壤微生物遗传多样性的特征，以期从微观上揭示N2O和CO2排放的影响因素。现将实验结果分述如下。 1)土壤N2O、CO2排放具有明显的季节变化特征，随着温度的升降和作物的生长周期变化而上下波动。油菜和小麦地常规处理土壤N2O排放通量的变化幅度分别为0.01～0.48 mg·m-2·h-1和0.02～0.24 mg·m-2·h-1；其CO2排放通量变化幅度分别为121.42～1585.80 mg·m-2·h-1和142.39-1246.19 mg·m-2·h-1。小麦播种和油菜移栽的初期（11、12、1月），各处理的N2O、CO2排放通量波动不大，日平均排放量较低，第二年开春（2、4月）后，随着温度的上升，N2O、CO2排放通量不断增大，到作物盛花期时，达到整个作物生长周期中N2O、CO2排放通量的最大值。在成熟收获阶段，N2O、CO2排放通量又重新回到一个较低点。 2)在整个作物的生长周期内，各处理（包括无作物生长的空闲处理）的N2O、CO2排放通量与5 cm土壤温度在P＜0.01水平下显著正相关，呈较好的指数函数相关关系。而与土壤湿度呈负相关（R=-0.478**，P＜0.01）。土壤N2O、CO2排放通量，以常规处理高于无氮处理，说明氮肥施用促进了土壤N2O、CO2排放通量。油菜地各处理的土壤N2O、CO2排放通量高于小麦地相应处理，常规处理和无氮处理的土壤N2O、CO2排放通量高于空闲地处理，说明作物的生长促进了土壤温室气体的排放。 3)DGGE技术对各土壤样品微生物多样性分析结果表明，两种不同作物种植方式下，油菜和小麦地常规处理的土壤样品细菌Shannon指数分别为1.59、1.58，空闲处理的土壤样品细菌Shannon指数分别为1.68、1.66，空闲处理土壤样品多样性指数高于常规处理；真菌多样性指数具有相同的规律。空闲地土壤具有相对较高的微生物多样性，而两种不同作物常规处理之间微生物多样性差异不明显。 4)常规处理土壤微生物量碳均高于无氮处理和空闲处理，油菜地各个处理的土壤微生物量氮分别高于小麦地相对应的处理。而两种种植方式下，不同处理土壤微生物量氮高低顺序表现为：空闲处理＞常规处理＞无氮处理，表明土壤微生物量氮与土壤的 有效氮含量有关。 5)两种种植方式下，土壤过氧化氢酶、土壤转化酶活性高低顺序为常规处理＞无氮处理＞空闲处理；油菜地各处理土壤过氧化氢酶活性高于小麦地相对应处理，而不同作物种植方式对土壤转化酶影响不明显。空闲处理和常规处理的土壤脲酶活性均高于无氮处理土壤，土壤中施入尿素明显增大了土壤脲酶的活性。