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Helgason B, Reimer J C, Arcand M M. Soil denitrification response to increased urea concentration constrains nitrous oxide emission factor in a simulated cattle urine patch[J]. 2022.
https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1894776/v1
研究背景
牛尿沉積到土壤上會(huì)通過增加有效氮濃度和改變土壤物理和化學(xué)條件,從而影響土壤中的微生物群落,并最終影響N2O排放。尿液沉積對(duì)N2O排放的影響程度不僅取決于環(huán)境條件,還取決于尿液氮濃度。牛在膳食中增加氮的攝入量,可以更快地增加尿氮含量,在某些情況下還呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。雖然牛尿主要的氮形態(tài)仍是尿素,占尿液總氮的52-94%。因此,牛尿氮的變化主要以尿素形式排泄到土壤中。增加土壤中的尿素氮輸入可能會(huì)增加氮循環(huán)微生物的活性,進(jìn)而通過硝化和反硝化過程影響N2O的土壤通量。
尿液沉積以多種方式影響土壤微生物群落,包括改變pH值和增加滲透壓力。尿液沉積后,尿素水解可導(dǎo)致土壤pH值短期升高,增加液體NH3的形成。在高濃度下,會(huì)抑制微生物活性。高尿素氮濃度的滲透脅迫可以抑制硝化活性,特別是在干燥土壤中。高尿素氮的濃度最初抑制了反硝化和硝化細(xì)菌,延遲了N2O的產(chǎn)生。隨著微生物活性和凈生長(zhǎng)增加,尿液沉積的最初抑制作用也會(huì)隨著減弱。因此,尿液沉積可以通過抑制微生物群落活動(dòng)來改變N2O的生成速率。
研究結(jié)果表明,反芻動(dòng)物尿液中反硝化細(xì)菌種群大小的變化可能會(huì)長(zhǎng)期影響氮?jiǎng)討B(tài)。
研究目的
本研究的目的是確定畜尿是影響土壤中N2O的短期微生物來源,量化尿液中尿素含量增加對(duì)N2O排放的影響,并確定尿液沉積如何影響產(chǎn)生N2O的微生物群落的豐度和活性。為了實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo),用尿液處理牧場(chǎng)土壤,尿液中加入15N13C雙同位素標(biāo)記的低濃度和高濃度尿素,定量分析了氣體樣品中的N2O、CO2和同位素豐度,并在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤中的硝化和反硝化基因和轉(zhuǎn)錄豐度。
研究方法
將預(yù)處理后的自然豐度尿液、15N13C尿素標(biāo)記尿液或H2O(對(duì)照)進(jìn)行培養(yǎng),并做了平行對(duì)照組進(jìn)行了培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。通過向尿液中添加15N13C尿素,制備雙同位素標(biāo)記尿液,使尿液中的尿素-C和尿素-N達(dá)到四倍的自然豐度水平。將等量的未標(biāo)記尿素添加到自然豐度尿液中。通過240小時(shí)的溫室氣體(GHG)采樣和破壞性土壤采樣。實(shí)驗(yàn)使用15N13C尿素、天然豐度尿素尿或等量蒸餾水作為對(duì)照。將準(zhǔn)備樣品密封在1L罐中,并以1L / min的速率用零空氣沖洗7分鐘。所有樣品在24°C的暗室中培養(yǎng)240小時(shí)。
上圖:用同位素標(biāo)記的13C 15N不同濃度尿素處理的培養(yǎng)樣品的累積通量13CO2(A)和15N2O(B)。
實(shí)驗(yàn)中同位素檢測(cè),使用Picarro CRDS分析儀進(jìn)行分析:δ13CO2使用Picarro G2201-i 測(cè)定,δ15N2O使用了Picarro G5131-i進(jìn)行測(cè)定。
研究結(jié)論
牛尿的沉積刺激了土壤中N2O的排放,主要是通過反硝化作用。高尿素土壤排放更多的15N2O,但尿素氮排放因子和總N2O排放量在不同濃度尿素處理之間沒有差異。盡管最初AOB豐度有所下降,但尿液應(yīng)用最終增加了AOB的豐度和活性。本研究表明,尿液氮含量的增加,包括非膨大豆類的潛在增加,不會(huì)導(dǎo)致初始N2O排放量增加。
本文儀器簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)使用PicarroCRDS分析儀測(cè)量了同位素標(biāo)記的尿素源, Picarro G2201-i測(cè)定δ13CO2, Picarro G5131-i測(cè)定δ15N2O。同位素標(biāo)記樣品中15N和13C的豐度使用通用同位素混合方程確定尿素產(chǎn)生的總N2O和CO2通量。
本文編輯:吳闖
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