环境地球化学国家重点实验室知识库

NH3是陆地生态系统氮循环过程的重要产物，其挥发损失是氮素气态损失的重要途径。NH3挥发不仅造成土地关键营养元素的流失和农业经济效益的低下，而且危害生态环境。我国天然草地面积约近4亿公顷，约占国土面积的40%。其NH3挥发通量的观测研究迄今未见研究报导。另一方面，作为一个农业大国，我国农业施肥所造成的NH3挥发量每年约2亿吨。认识农业生产技术和方法对NH3挥发的影响及其地球化学机理，对提高氮肥利用率具有重要意义。基于上述分析，本文对中国北方干旱-半干旱地区天然草地NH3挥发通量进行了昼夜原位观测研究，及生物炭技术在贵州喀斯特地区农田生态系统应用中对NH3挥发作用的影响进行了原位观测，并对其地球化学机理进行了认识。研究发现： 1. 中国北方干旱-半干旱地区天然草地土壤NH3的释放通量较小，并且多表现为对大气NH3的吸收。干旱少雨的气候背景决定了在众多影响因素中降水对土壤的湿润作用是影响土壤NH3释放通量的最主要因素，它掩盖了诸如pH值、温度和相对湿度等对NH3释放通量的影响。降水的湿润促进土壤NH3释放，而干旱少雨抑制NH3释放。根据干旱和半干旱地区降水量较小的事实推测，中国北方干旱-半干旱地区天然草地土壤NH3交换通量应以大气NH3的沉降为主。NH3的挥发不可能构成我国北方天然草地氮循环的主要影响因素。 2. 对贵州开阳县喀斯特地区石灰土旱作农田土壤NH3挥发的生物炭实验观测研究显示，土壤NH3挥发通量存在较大的季节变化和昼夜变化，NH3通量不仅受农田氮肥施用量和施用方式的影响，还显著地受到秸秆等生物质的燃烧对大气NH3浓度增加作用的控制，由此而大大削弱了土壤pH值和温度等因素对NH3挥发的影响。不同的生物炭施用量在个别情况下与土壤NH3挥发通量的差异有关，但总体上没有发现不同生物炭施用量之间NH3挥发通量的系统差异。 3. 室内土壤培养实验显示，生物炭的施用提高土壤的pH值、提高土壤田间持水量、大幅度降低土壤氮素的淋失量。通过对这些土壤理化性质的影响而提高了土壤NH3挥发的潜力。对此机理的认识被室内土壤NH3挥发通量的实测结果所证实：随生物炭施用量的增加，NH3的挥发通量相应增加。但NH3挥发通量具有很强的时间变化性，在本研究的实验条件下，不同生物炭施用土壤在尿素施用10天之后NH3的挥发通量即降低到接近相同的水平，80天后所有土壤处理均变为对大气NH3的吸收，NH3吸收通量随生物炭施用量的增加而增加。上述结果与野外观测结果的不一致之处进一步说明了影响土壤NH3挥发的条件存在轻重与层次之分，因而将在一地区研究中获得的认识机械地应用到另一地区是不恰当的。