【摘要】：保護(hù)性耕作是我國東北地區(qū)大力推廣的耕作方式,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。本研究以保護(hù)性耕作試驗(yàn)田黑土為研究對(duì)象,采用田間微區(qū)試驗(yàn)、室內(nèi)分析、同位素示蹤等方法,明晰土壤氮轉(zhuǎn)化影響因素(土壤理化性質(zhì)、氮轉(zhuǎn)化功能微生物、氮轉(zhuǎn)化速率)對(duì)免耕的響應(yīng),探討肥料氮在土壤-植物中的分配、利用和損失,為合理施肥、提高產(chǎn)量、減少環(huán)境污染,優(yōu)化黑土土壤管理及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明:(1)土壤氮庫含量的變化與耕作措施密切相關(guān),與秋翻(MP)相比,長期免耕(NT)顯著提高了土壤表層的全氮、顆粒性有機(jī)氮(PON)、微生物氮(MBN)和水溶性有機(jī)氮(WSON)含量。對(duì)于酸解有機(jī)氮組分,免耕顯著增加了0-10 cm酸解總氮、酸解銨態(tài)氮、酸解氨基糖態(tài)氮和酸解氨基酸態(tài)氮含量,增加了0-5 cm酸解未知態(tài)氮含量。對(duì)于土壤無機(jī)氮,免耕下0-5 cm和5-10 cm的硝態(tài)氮含量顯著高于秋翻,銨態(tài)氮含量是0-5cm顯著高于常規(guī)耕作。總之免耕增加了土壤表層(0-10 cm)全氮、活性氮、硝態(tài)氮和有機(jī)氮組分含量,有利于提高土壤氮素供應(yīng)能力。(2)在長期實(shí)施免耕后,土壤理化性質(zhì)發(fā)生明顯不同的變化。免耕降低了土壤地溫,增加了土壤水分。免耕與秋翻相比增大了耕層0-20 cm的土壤容重,增加了表層土壤硬度,免耕減小了土壤總孔隙度。免耕較秋翻增加了表層土壤有機(jī)碳、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量。土壤全氮含量與土壤土壤溫度、含水量、容重、硬度呈負(fù)相關(guān)。土壤全氮含量與孔隙度、有機(jī)碳、堿解氮、速效磷含量呈顯著正相關(guān)。土壤全氮含量與速效鉀含量無相關(guān)性。(3)采用16S rDNA高通量測序技術(shù)16S rRNA高通量測序、Real-time PCR技術(shù)研究免耕對(duì)黑土微生物群落及氮轉(zhuǎn)化功能微生物的影響,結(jié)果表明耕作只是影響了土壤微生物群落豐富度和功能多樣性,對(duì)群落結(jié)構(gòu)沒有影響。免耕增加了土壤的微生物群落多樣性,參與氮循環(huán)的菌屬相對(duì)豐度較高一些。免耕下土壤氮轉(zhuǎn)化功能微生物中的固氮菌(nifH)、氨氧化菌(AOB)、古細(xì)菌(AOA)相對(duì)豐度都顯著高于秋翻,秋翻下土壤的反硝化菌(nosZ)的相對(duì)豐度顯著高于免耕。土壤含水量、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、FAD水解酶是影響氮轉(zhuǎn)化微生物的主要土壤性狀。(4)長期免耕使農(nóng)田黑土的氮轉(zhuǎn)化速率發(fā)生了顯著變化。免耕提高了易分解有機(jī)氮礦化速率(M_(Nlab))占總礦化速率的比值,并使土壤的總礦化速率發(fā)生了明顯分層。由于較小的微生物同化速率,免耕土壤的凈礦化速率顯著大于常規(guī)耕作。免耕促進(jìn)了0-5 cm土壤的自養(yǎng)硝化過程的發(fā)生,但也抑制了所有土層的異養(yǎng)硝化過程。長期免耕土壤可以為玉米生長提供了更多的有效氮。相關(guān)分析顯示土壤的總礦化速率與有機(jī)碳含量、全氮之間有顯著的正相關(guān)關(guān)系。土壤的自養(yǎng)硝化速率與總礦化速率、有機(jī)碳含量、全氮呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。(5)采用~(15)N示蹤技術(shù)研究免耕和秋翻下的肥料利用率,結(jié)果表明:免耕和秋翻下土壤0-5 cm殘留~(15)N肥料氮的量差異顯著,表現(xiàn)為免耕小于秋翻,其余土層差異不顯著。免耕和秋翻下土壤顆粒有機(jī)氮中和輕組有機(jī)氮中肥料氮量差異顯著,表現(xiàn)為免耕顯著大于秋翻。除了5-10 cm土層,秋翻各土層重組有機(jī)氮中肥料氮的含量顯著大于免耕。免耕下的產(chǎn)量、吸氮量、吸收肥料~(15)N的量、對(duì)肥料的利用率顯著大于秋翻,免耕和秋翻下~(15)N標(biāo)記氮肥在植株各器官中的分布規(guī)律相同,都是籽粒葉鞘莖苞葉穗,籽粒優(yōu)先分配。(6)采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對(duì)免耕和秋翻下的N_2O進(jìn)行采集,結(jié)果表明,秋翻下土壤N_2O的平均排放量、累計(jì)排放量都顯著大于免耕。秋翻下土壤肥料~(15)N-N_2O的平均排放量、累計(jì)排放量也顯著大于免耕。平均有0.1%-0.16%的肥料氮以N_2O形式損失掉。
【圖文】：

12.5%左右(謝瑞芝等，2007)。張萌等通過 10 年保護(hù)性耕作下的玉米連作研究表明，免耕秸稈還田的玉米產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作增產(chǎn) 1012.5 kg hm-2,增產(chǎn)率為 17.6%（張萌等，2013）�；诤幽鲜� 6 年田間定位實(shí)驗(yàn)，丁晉利等研究發(fā)現(xiàn)，在免耕條件下，冬小麥產(chǎn)量顯著增加，尤其在干旱年份增產(chǎn)更明顯(丁晉利等，2018)；吳金芝、張麗華也得到相同結(jié)論（吳金芝等，2001；張麗華等，2008）。1.3.2 土壤氮素轉(zhuǎn)化過程氮循環(huán)(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮單質(zhì)和含氮化合物之間相互轉(zhuǎn)換過程的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（圖 1-1）。氮循環(huán)是全球生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。氮循環(huán)是指氮在自然界中的循環(huán)轉(zhuǎn)化過程，是生物圈內(nèi)基本的物質(zhì)循環(huán)之一，如大氣中的氮經(jīng)微生物等作用而進(jìn)入土壤，為動(dòng)植物所利用，最終又在微生物的參與下返回大氣中，如此反復(fù)循環(huán)，以至無窮。

形態(tài)氮素之間互的相轉(zhuǎn)化，對(duì)于有效氮的供應(yīng)強(qiáng)度和容量有重要意義（Luxhci etal., 2006）。土壤中的有機(jī)態(tài)氮是很復(fù)雜的有機(jī)化合物，，必須要經(jīng)過各種礦化過程，轉(zhuǎn)變?yōu)闉橐兹艿男螒B(tài)，才能被植物吸收利用，有機(jī)態(tài)氮的礦化量和礦化速率就成為決定土壤供氮能力的非常重要的因素（Ilungate et al., 2003）。土壤中氮素的遷移轉(zhuǎn)化過程主要包括土壤中銨的吸附、氨揮發(fā)、礦物固定、氮的淋溶與徑流、有機(jī)氮礦化、無機(jī)氮的微生物固持、硝化、反硝化等。其中有機(jī)氮礦化、硝化和氨化作用均是土壤中氮素轉(zhuǎn)化最為關(guān)鍵的過程（Luo et al., 2004）（圖 1-1）。有機(jī)氮的礦化作用是有機(jī)態(tài)氮如蛋白質(zhì)、核酸、氨基糖等在微生物酶的作用下,水解為氨基酸,再分解為氨,也稱為氨化作用。多種微生物參與了有機(jī)氮的礦化，如細(xì)菌、真菌、放線菌等。土壤氮素的礦化過程受許多因素的影響，如土壤性質(zhì)、水熱條件和植物生長等。硝化作用是土壤銨態(tài)氮在亞硝化和硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過程。參與轉(zhuǎn)化過程中的微生物受土壤、水分、溫度以及通氣條件的影響。反硝化作用是在厭氣的條件下,反硝化細(xì)菌首先將 NO3-還原為 NO2-,再繼續(xù)還原成 N2O 或 N2等氣體，反硝化作用不僅使土壤氮素受到損失,而且產(chǎn)生氮氧化物還可能對(duì)大氣的臭氧層產(chǎn)生破壞作用（白軍紅等，2005）。
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S513;S153

【參考文獻(xiàn)】

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