2023-04-23 阅读数：6979
成果名称：15N双标记量化亚热带红壤氮素转化关键过程的机理研究
主要完成人（单位）： 续勇波(云南农业大学) 蔡祖聪(南京师范大学)
张金波(南京师范大学)
王慎强（中国科学院南京土壤研究所）
成果简介：
近十余年来，项目组在国家自然科学基金“间作优势的地下部机理解析——根分泌物-微生物-氮转化过程互作”（31260503）和云南省科技计划项目“不同利用方式对亚热带土壤氮关键转化过程的影响”（2010ZC083）等项目的大力支持下，对我国湿润亚热带地区不同利用方式土壤氮转化开展了系统研究。采用15N稳定同位素成对标记方法结合优化数值模型计算多个同时发生的土壤氮转化过程的初级转化速率，系统地阐明了不同利用方式下亚热带土壤氮转化规律、影响因素、作用机理及其生态环境意义，填补了在温带土壤研究基础上建立的土壤氮素生物地球化学循环理论的不足，丰富了对亚热带土壤氮转化过程的认识，为根据土壤氮循环特点制定氮肥管理措施，提高氮肥利用率，减少氮素向环境的扩散，科学评估氮肥施用的生态环境效应提供了重要科学依据。获得的重要科学发现如下。
1. 阐明亚热带土壤不同成土母质和利用方式下氮素反硝化特性和影响因素
通过大样本量采样研究，阐明了我国湿润亚热带土壤第四纪红土、第三纪红砂岩和花岗岩三种成土母质和稻田、茶园、林地、灌丛和旱地五种利用方式下的土壤氮素反硝化特性、影响因素和生态环境意义。发现亚热带土壤较温带地区土壤具有反硝化普遍较弱但变异较大的特性，土壤有机碳和氮的有效性是决定母质间和土地利用方式间反硝化速率存在显著差异的关键因素，而土壤有机质矿化是反硝化的主要驱动因子，土壤pH值不是该地区反硝化主要影响因素。
2. 构建反硝化过程中N2O产生和还原速率计算模型
建立了反硝化过程中可同时计算N2O产生速率和还原速率的模型，突破了以往孤立静止地分别研究N2O的产生和还原在方法上的局限，实现了在N2O产生和进一步还原为N2的自然连续进程中，同时测定N2O生成速率和还原速率，为正确评估亚热带土壤反硝化N2O净生成量及全球氮收支平衡提供了科学依据。
3. 阐明湿润亚热带森林土壤保氮机理和供氮机理
从土壤氮素关键转化过程的初级转化速率的角度，阐明了在强烈风化和淋溶的湿润亚热带高温多雨环境条件下，酸性森林土壤的供氮和保氮机理，即通过削弱自养硝化、总硝化作用和反硝化作用，同时增强硝态氮同化、DNRA、和铵态氮同化作用从而使无机氮以铵态氮为主，降低淋溶风险和反硝化损失的同时避免了酸性土壤环境下铵态氮挥发损失，从而实现亚热带酸性森林土壤活性氮的有效保持和富集；通过增强异养硝化和有机氮周转速率实现植物生长所需无机氮的充分供应。科学地解答了湿润亚热带地区风化淋溶强烈，而移动性较大的氮却能在土壤中处于饱和状态的机理。
4. 阐明土地利用方式的变化对氮转化的影响及农业土壤削弱保氮能力的机理
揭示了亚热带土地利用方式的变化（林地开垦为农田）对土壤氮初级转化速率的影响，阐明了亚热带农业利用激发土壤自养硝化过程，同时明显抑制硝态氮同化能力，导致土壤以硝态氮为主，增加淋溶、径流和反硝化损失风险，削弱亚热带自然土壤保氮能力的机理。
项目发表论文29篇，其中SCI论文7篇，EI论文1篇，SCI累计影响因子18.806，SCI被引总次数184次，SCI他引153次。主编出版《热带亚热带土壤氮素反硝化及其环境效应》、《高原农田养分高效利用理论与实践》和《农田土壤碳氮管理理论与实践》专著3部。授权实用新型专利4项。