土壤学报

作者：金科，魏志军，马小芳，李承霖，单军，颜晓元

单位：金科，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院常熟农业生态实验站, 江苏常熟 215555；,魏志军，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院常熟农业生态实验站, 江苏常熟 215555；,马小芳，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;南京大学环境学院, 南京 210023；,李承霖，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院大学, 北京 100049;中国科学院常熟农业生态实验站, 江苏常熟 215555；,单军，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院常熟农业生态实验站, 江苏常熟 215555；shanjun@issas.ac.cn,颜晓元，土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;中国科学院常熟农业生态实验站, 江苏常熟 215555；,

关键词：水稻土;反硝化;硝酸根异化还原成铵;¹⁵N同位素示踪;膜进样质谱仪

基金：国家自然科学基金项目（U20A20113、42177303）和国家重点研发计划课题（2021YFD1700802）共同资助

以五常、常熟和雅安水稻土为研究对象，通过室内泥浆培养，利用基于膜进样质谱仪（Membrane Inlet Mass Spectrometer，MIMS）的15N示踪技术，探究温度、pH、NO3–浓度、C/N、Fe2+和S2–浓度对三种水稻土反硝化和硝酸根异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）速率及二者占硝酸根还原过程相对贡献的影响。结果表明，在所研究的稻田土壤中，反硝化是NO3–异化还原过程的主导途径，占比87.97%～91.73%，而DNRA仅占8.27%～12.03%。反硝化和DNRA速率随温度升高均呈指数增长，且DNRA占NO3–异化还原的比例（RDNRA）也随温度升高呈增长趋势。反硝化和DNRA速率分别在pH为7或者8.5时最高，相对于碱性环境（4.92%～14.67%），酸性环境中RDNRA（6.24%～15.56%）更高。反硝化和DNRA速率与NO3–浓度之间关系符合米氏方程，且反硝化的最大速率（Vmax）和米氏常数（Km）均大于DNRA。与未加碳源对照组相比，C/N为2.5时，反硝化速率显著提高了22%～35%；C/N大于2.5时，DNRA速率显著提高了74%～199%。三种土壤中，Fe2+添加和S2–添加处理中呈现出类似的趋势，均在低浓度电子供体（即Fe2+和S2–浓度分别为300～500µmol·L–1和50～62.5µmol·L–1）时呈现出最高的反硝化速率，而DNRA速率达到峰值则需要更高浓度的电子供体（即Fe2+和S2–浓度分别为800～1 000µmol·L–1和100～125µmol·L–1）。综上可知，环境因子可显著影响NO3–异化还原过程的速率及分配，其中高温、高C/N、高浓度Fe2+和S2–有利于更多的NO3–分配给DNRA过程，而高浓度NO3–会提高NO3–向反硝化过程的分配。上述研究结果深化了对水稻土NO3–异化还原过程分配的认识，对于探寻潜在农学措施提高DNRA过程的分配比例，进而提高土壤中氮素的固持和提高稻田氮肥利用率具有重要的科学意义。

来源：2023年第4期

《土壤学报》期刊编辑部

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