干旱内陆区高盐度抑制沟渠系统脱氮效率的机制研究

本文通过2.5年田间试验和室内培养实验，首次揭示了盐渍化农田沟渠系统反硝化速率（DENR）和速率常数（k）的时空变异特征。研究发现夏季施肥和温度使DENR达到峰值，冬季灌溉水携带土壤残留氮素为反硝化创造有利条件。研究建立了首阶动力学模型（k=0.204-0.370 d-1），证实溶解有机碳（DOC）促进而电导率（EC）抑制反硝化，盐分（特别是Na+和SO42-）通过破坏微生物群落结构降低脱氮效率（盐渍区脱氮率仅0.9-16.2% vs 非盐渍区34.8-90.0%）。

　　

Highlight

研究发现沟渠系统接收来自盐渍化农田的大量养分，通过淋溶、侧渗和地表径流增加了排水中的氮负荷和盐分含量（Abulaiti et al., 2024）。高氮负荷刺激反硝化作用向大气释放N₂，特别是在稻田排水口附近表现显著。

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研究区域

本调查在典型干旱灌区——中国西北的青铜峡灌区（QID）进行（图1）。该地区年降水量180-220 mm，蒸发量1100-1600 mm，年均温10.5-11.9°C。主要种植粮食作物（小麦、玉米和水稻）和经济作物。

理化性质的时空变化

夏季和冬季NO₃^--N浓度峰值分别为1.89和1.37 mg L^-1，总氮（TN）分别为3.58和3.55 mg L^-1。夏季水相溶解有机碳（DOC）含量最高（均值6.22 mg L^-1），冬季次之（5.20 mg L^-1）。其他理化性质季节差异不显著（P>0.05）。

沟渠系统反硝化速率（DENR）的时空变异

空间上（图3a），稻田邻近沟渠因频繁施肥灌溉呈现高DENR。沿水流方向从旱田沟渠（FDs）到主沟渠（MDs），DENR逐渐升高。首阶动力学模型显示不同类型沟渠的反硝化速率常数k介于0.204-0.370 d^-1之间。

Conclusion

本研究表明农业沟渠是反硝化作用的热点区域。夏季施肥等农事活动提升沟渠DENR，空间上稻田邻近沟渠因养分有效性高而呈现高DENR。氮去除动力学遵循首阶反应模型，盐分（特别是硫酸钠）通过干扰微生物群落抑制脱氮效率。