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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

研究目的：阐明夜间增温和免耕条件下添加外源c对农田土壤矿化和硝化速率的变化规律，揭示添加外源c条件下夜间增温免耕对矿化过程和硝化过程的影响效应；解析添加外源c条件下夜间增温和免耕对土壤矿化过程和硝化速率的影响机理，建立添加外源c条件下增温和免耕与土壤矿化和硝化速率的连接关系；明确添加外源c条件下夜间增温及免耕对土壤矿化过程和硝化过程速率变化的规律及其影响因素，揭示农田生态系统土壤氮素矿化和硝化过程对添加外源c、夜间增温以及免耕措施的响应机制，阐明夜间增温和免耕对农田生态系统影响的机理，为研究气候变化对我国农田生态系统的影响以及农业如何应对气候变化提供科学依据。

研究意义：土壤中氮素的转化受到有机质的影响，有机质的种类和数量都与土壤氮转化存在显著相关。添加外源物质如添加葡萄糖补充外源c，能够改变土壤有机氮的矿化进程和矿化速率, 影响土壤有机氮的固定。葡萄糖对土壤有机氮的矿化具有调控作用, 这对于提高农田土壤氮素利用率、减少氮素损失具有重要意义。已被广泛证实的全球变暖存在着明显的昼夜不对称性，即夜间增温幅度大于白天，导致气温日较差减小。这种昼夜非对称性温度变化必然对农作物的生长发育和经济产量产生深刻影响。温度是农作物生长发育的关键气象要素，夜间增温必然对作物-土壤系统的结构和功能产生重要影响。因此，研究夜间增温对农田生态系统的影响机制，对于评估农业生态系统应对气候变化具有重要的科学意义。近年来，极端天气频发和降水量年变率的增加，保护性耕作技术已在国内得到大面积推广，其中，少免耕措施以其可缓冲耕层土壤温度剧烈波动、显著提高土壤肥力而备受关注。因此，在模拟气候变暖背景下，深入研究农业管理措施如免耕对农作物生长发育及产量的影响，可以为制定应对未来全球变暖的农业管理措施提供科学依据。

2. 研究的基本内容

1.添加外源c对土壤矿化速率的影响

根据培养期间无机氮含量变化与培养时间计算矿化速率，利用氮矿化含量在不同处理下的变化趋势，揭示添加外源c条件对矿化过程的影响效应。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：本实验参照陈金^[18]等田间开放式被动增温的方法，利用反光膜将地面所发出的长波辐射反射回地表，从而减少热量的损失，以达到夜间土壤增温的目的。增温装置由支架，反光膜和温度记录仪等组成，反光膜材质为铝铂玻纤布，反射率达97%以上，能够满足增温需求。本试验采集夜间增温与免耕相结合的四种土壤：常温 翻耕（ck）、夜间增温 翻耕（w）、常温 免耕（nt）、夜间增温 免耕（wnt）。每种土壤重复采集3次，共12个小区。夜间增温小区中的反光膜每天下午19：00展开进行增温，次日早晨7:00卷起。为保证每个实验小区的水分条件的一致性以及避免增温装置损坏，在雨雪和大风天气时不进行盖膜处理。同时为了避免增温装置对光照的影响，常温对照组也架设增温装置，但无反光膜。翻耕处理为旋耕机翻耕20cm，进行2次，耕后人工整平，进行播种。免耕处理为整个农作物生产过程中不进行常规耕作、直接播种作物。试验农作物为冬小麦-大豆轮作方式。试验小区随机分布，小区为34m²，其中有效增温区域为23m²。整个试验设置从2011年秋季开始一直持续到2015年，拟揭示长期增温及免耕对农田土壤氮素转化关键过程的影响效应。

进度：在2011-2015年冬小麦生长季，用土钻在每个小区采集0-20cm新鲜土壤样品，测定无机氮（nh₄ 和no₃^-）含量的季节动态。铵态氮测定采用kcl浸提蒸馏法，硝态氮测定采用酚二磺酸比色法。在小麦收获后，从每个小区采集0-20cm的新鲜土壤样品，风干后过1mm筛。采用培养法测定土壤n净矿化速率和硝化速率。称取30g风干土放入150ml三角瓶中，加蒸馏水至田间持水量（whc）的40%，用保鲜膜包住瓶口。放入25℃的恒温培养箱中进行预培养7d，以激活土壤微生物。预培养结束后，进行空白( ck )、单施葡萄糖处理两种处理。其中， 葡萄糖加入量(以c计) 为1.0 mg c g^-1。预培养1周后，分别在0、7、14、21、28天时采样分析。

净矿化速率根据培养期间无机氮含量变化与培养时间计算；土壤氮素矿化量为土壤培育后与培育前的矿质氮量（[nh₄ -n] [no₃^--n]）之差。硝化率为加硫酸铵培养后土壤中硝态氮占矿质态氮的百分含量，即：硝化率（%）=[no₃^--n]/（[nh₄ -n] [no₃^--n])100%。净硝化速率根据培养期间硝态氮含量变化与培养时间计算。

4. 参考文献

[1] stanford g， pol r a v， dzienia s. denitrification rates in relation to total and extractable soil carbon. soil science society of america proceedings，1975，39: 284-289.

[2] colbourn p， iqbal m m， harper i w. estimation of the total gaseous nitrogen losses from clay soils under laboratory and field conditions.journal of soil science，1984，35: 11-22.

[3] singh b， ryden j c， whitehead d c. some relationships between denitrification potential and fractions of organic carbon in air-dried and field-moist soils. soil biology and biochemistry，1988，20(5): 737-741.