土壤氮碳循环与农业环境.pptVIP

土壤碳氮循环与农业和环境的基础科学问题 姚 槐 应 土壤碳氮循环与农业和环境的基础科学问题 Ⅰ土壤碳氮循环 Ⅱ土壤碳氮与农业 Ⅲ土壤碳氮与环境 Ⅳ土壤碳氮与农业和环境的热点研究课题 Ⅱ 土壤碳氮与农业 Ⅱ-1 现代农业必须在持续农业、环境保护和经济效益种种矛盾中作出选择 生产—生活—生态（三生农业） 高产—高效—高质（三高农业） WTO—全球经济一体化 成功的调控土壤C、N及氮素肥料是提高作物产量，改善品质的主要手段 1949 1998 2030 总产 1.13亿吨 5.12亿吨 6.4亿吨 单产 1.0t/ha 4.5t/ha 5.6t/ha Ⅱ-3 矿化作用（过程）—物质循环重要环节 概念：在微生物作用下，有机碳、氮、磷、硫转变为矿质态的过程 有机碳→CO2+H2O+能量 →嫌气CO2、CH4等 有机氮→NH4+，NO3- 有机磷→H3PO4 有机硫→SO42- →嫌气H2S 适度的土壤有机碳、氮矿化作用如何调控？ Ⅱ-4腐殖质化作用（过程）—物质循环重要环节 概念：土壤腐殖物质的形成过程，一系列复杂过程总称，是由微生物为主导的生物化学过程 腐殖质形成的阶段—途径—产物及产物转化等仍只了解它的一般轮廓，其内容很不清楚 Ⅲ土壤碳氮与环境 Ⅲ-1土壤氮与水体氮污染（径流、淋失、渗滤） 七大水系：黄河、珠江、淮河、海河、辽河、长江、松花江主要河段—N污染 湖泊：131个主要湖泊调查，N、P造成富营养化67个：滇池巢湖洪泽湖太湖洞庭湖 赤潮: 1970年前共3次,1972-1994共256次,1998年 22次 饮用水: 苏浙沪 76个井调查,硝、亚硝超标38.2%,57.9%;京津唐 69个井调查,硝、亚硝超标50%以上,高达300mg/L(国家环境公报1997,1998) Ⅲ-2土壤碳氮与“温室气体”效应(反硝化、挥发) 农业活动(土壤)对“温室气体”的贡献 10—20% CO2 70% CH4 90% N2O Ⅲ-3 “温室气体”组成 贡献量：CO2CH4N2O 增温势：1：56：280 Ⅳ.土壤 碳氮与农业 和环境的前沿研究 Ⅳ-1.1 土壤碳氮周转的微生物学机理研究 土壤碳氮周转:进入土壤的有机质在微生物作用下,经过一系列生物和化学转化所构成的物质流称为土壤有机碳氮周转. 水稻土壤的碳氮周转、循环在国际更是日益升温. 水稻土壤与旱地土壤的本质区别—淹育环境. Ⅳ-1.2土壤碳氮周转的微生物学机理研究 水稻土壤碳氮周转的传统观点－有机碳氮积累＞分解量(与旱地土壤比较)水稻土有机碳分解速率下降,利于积累的解释是－ 土壤微生物数量少,且生长速度慢. 氧化还原反应的电子受体主要是有机质本身降解产物和无机体系中的Fe3+、Mn4+、SO42-、CO2等.氧化还原过程中释放能量低,提供微生物合成的能量自然亦少. 糖酵解产物不是通过三羧循环氧化CO2,而是通过积累的有机酸、醇类、H2S等,这些物质对微生物有抑制作用 Ⅳ-1.3 水稻土碳氮周转的生物学机理研究 水稻土碳氮周转的新看法-淹水土壤有机碳分解量高于好气土壤分解量.温室排放研究也发现CO2排放随稻田淹水延长而上升. 为什么会得到截然相反的结论,问题出在何处?是实验方法、技术?是理论推导?还是其它? 一是有机碳本身 二是土壤碳氮周转驱动力-微生物 Ⅳ1.4土壤碳氮周转的微生物学机理研究 Ⅳ1.5土壤碳氮周转的微生物学机理研究 研究的总体思路 土壤淹水过程中氧化还原稳定性(pH-pE) 土壤微生物群落结构、功能多样性和活性的动态变化 土壤有机碳在各碳库中的分配、流通,尤其是活性碳库中的分配、流通情况. Ⅵ-2.1土壤硝化、反硝化过程与亚硝酸盐积累研究 土水环境的亚硝酸（NO2-）污染. 来源: 硝化作用:NH4+→NO2→NO3 反硝化作用:NO3→NO2→N2O→N2 水质标准: 地表水质0.06mgNO2--N/L(中国) 淡水鱼类保护标准0.003.0.09mg/L(欧盟) 环境积累 传统认为亚硝酸盐不会在陆地生态系统中积累,近 年研究表明:在河流、地下水湖泊、海湾中大量积累. 污染状况(中国): 北方地表水严重.18断面检测到68.5%受污 染,最高2.365mgNO2-N/L. 南方地下水污染严重,太湖76口