草地硝化,反硝化微生物功能群研究进展

在全球气候变化的背景下,对于草地土壤中氮素循环的研究更加迫切和重要。温室气体氧化亚氮（N2O）在土壤中主要来自硝化反硝化过程,都由相应地微生物功能群所驱动。为了揭示土壤N2O产生的微生物机制,笔者从近年来草原硝化、反硝化过程相关微生物功能群入手,归纳了全球不同草原生态系统中硝化反硝化微生物功能群的数量,组成及相应的影响机制和地理格局,总结了N2O产生过程的研究进展,分析指出了未来草地土壤微生物研究的热点方向,并对草地N2O产生的微生物机制研究做出了展望。     

堆肥过程中氮素转化及保氮措施研究进展

堆肥过程中氮素损失既降低堆肥质量,又污染环境。为了深入研究堆肥过程中的氮素转化及合理的堆肥保氮措施,笔者归纳总结了堆肥中氮素的氨化作用、氨同化作用、硝化作用、反硝化作用以及形成鸟粪石沉淀等过程,分析了与氮素损失密切相关的堆体的C/N比、pH值、温度、通风与氧气供应等因素,指出可通过调节C/N比、接种微生物菌剂、添加吸附剂和化学物质、控制通风等措施控制氮素损失。今后有必要从基于堆料碳氮组成形态的C/N比、氮素转化的微生物学机理以及适合规模化堆肥生产的保氮技术等方面进一步开展研究。     

用两室根箱系统法对土壤氮素转化的空间变异及N2O的产生之初探

用特制的带有9根采气管的两室根箱系统,采集和分析根箱中9个不同部位土壤空气中N2O的浓度,结合使用具有选择性的硝化抑制剂（包括低浓度的C2H2和DCD）,研究在不同铵态氮水平下的硝化过程及其对N2O气体释放的贡献;结合使用高浓度的C2H2,抑制反硝化过程中N2O到N2的还原,研究在不同铵态氮水平下的反硝化过程及其对N2O气体释放的贡献。同时还研究铵态氮、硝态氮转化及其释放N2O气体的时间和空间变异性和植物对它们的影响。结果表明,根箱系统结合使用抑制剂的方法,是一种研究土壤氮素转化过程、N2O气体释放及植物对前两者影响的有效方法。     

尿素深施后模拟水田系统中氮素的迁移转化途径

为探究尿素深施入土壤后氮素在土-水系统中的迁移转化途径,采用自制装置模拟水田并测定土壤及表层水中氮素浓度及相关指标的变化,以此对氮素的迁移途径进行研究。结果表明：尿素深施方式下,氮素在表层水中发生的反应以氨挥发和硝化反应为主,在土壤中主要进行反硝化反应;尿素深施入土壤15天后系统中氮素损失量占总施肥量的14.86%,其损失来源于氨挥发和生物反硝化作用,分别约占总损失量的68.95%和31.05%。尿素深施方式下水田中氮素迁移转化过程十分复杂,通过分析土-水系统中存在的反应和氮素迁移转化途径可为合理施肥及控制农田面源污染提供技术参考。     

草地硝化和反硝化微生物功能群研究进展

在全球气候变化的背景下,对于草地土壤中氮素循环的研究更加迫切和重要。温室气体氧化亚氮(N_2O)在土壤中主要来自硝化反硝化过程,都由相应地微生物功能群所驱动。为了揭示土壤N_2O产生的微生物机制,笔者从近年来草原硝化、反硝化过程相关微生物功能群入手,归纳了全球不同草原生态系统中硝化反硝化微生物功能群的数量,组成及相应的影响机制和地理格局,总结了N_2O产生过程的研究进展,分析了未来草地土壤微生物研究的热点方向,并对草地N_2O产生的微生物机制研究做出了展望。     

南京土壤所首次从水稻中鉴定到新型生物硝化抑制剂

<正>硝化作用是农田氮素转化的主要途径,与氮素损失和利用有非常密切的关系。维持氮素以NH-_4~+的形式存在是提高作物氮素利用率的关键之一。由于合成硝化抑制剂价格昂贵,在不同土壤类型中性能不稳定,而且存在生态环境和食品的安全隐患等,开发植物源的生物硝化抑制剂(BNIs)显得十分必要。迄今为止,BNIs只从Brachiaria humidicola和高粱中报道过。     

菜地氮素循环途径及其环境效应综述

菜地生态系统氮肥投入量大,氮素循环强度高,损失途径多,损失量大。氮素除被作物吸收外,易造成土壤硝酸盐累积,引起土壤质量下降,进而通过剖面淋洗、地表径流和硝化、反硝化等途径损失,造成地下水硝酸盐污染、地表水富营养化以及大气污染．同时土壤中过量的硝酸盐累积引起蔬菜对硝酸盐过量吸收,造成蔬菜硝酸盐超标。水体和蔬菜硝酸盐超标对人体健康存在直接的负面作用。然而菜地复种指数高,在今后仍是增加农民收入的重点产业。菜地大量氮肥的施用引起的环境问题日益突出。综述了氮素循环途径及其环境效应。     

减量施氮对玉米-大豆套作系统土壤氮素氨化、硝化及固氮作用的影响

土壤氮素氨化、硝化及固氮作用是影响作物氮素吸收及氮肥损失的主要因素, 为揭示氮肥减量下玉米-大豆套作系统的土壤氮素转化特性及排放规律, 利用大田定位试验研究了3种模式(玉米单作MM、大豆单作MS、玉米-大豆套作IMS)和3种施氮水平(不施氮NN: 0; 减量施氮RN: 180 kg hm ^-2; 常量施氮CN: 240 kg hm ^-2)对土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用及氨挥发、N₂O排放、NO₃ ^--N累积的影响。结果表明, IMS较相应单作提高了土壤硝化和氨化作用, IMS的氨挥发损失率和N₂O损失率较MM降低21.6%和29.7%; IMS下玉米土壤的NO₃ ^--N积累量显著高于MM, 而大豆土壤的NO₃ ^--N积累量显著低于MS。各施氮处理间, RN较CN降低了玉米土壤的氨化与硝化作用, 增加了大豆土壤的硝化和固氮作用。IMS下RN的玉米、大豆全生育期固氮作用较CN增加29.7%和32.0%, 年均氨挥发总量和N₂O排放量较CN降低37.2%和41.0%。玉米-大豆套作系统在减量施氮下通过提高土壤氮素氨化、硝化与固氮作用, 减少氮素排放损失, 增强耕层土壤NO₃ ^--N积累, 为作物氮素吸收提供了充足氮源。     

稻田的氮肥管理

稻田氮素化肥的大量损失,主要是由于氨的挥发、反硝化作用、氮的生物固定以及淋溶损失等原因引起的。农作物一般只能利用总施氮量的25—30％。据土壤科学家们的研究,采用通过特殊处理的肥料和采取不同的施肥时间与施肥方法,能够提高氮肥的利用率。     

干旱地区农田生态系统土壤温室气体排放机制

CO2、CH4和N2O是目前几种最主要的温室气体,在对全球气候变暖贡献中,农业作为重要的温室气体排放源对其有不可低估的作用。一般而言,旱地农田生态系统是大气CO2和N2O的排放源,黄土高原等旱地是CH4的吸收汇。CO2排放主要包括植物呼吸作用和土壤呼吸作用;CH4排放包括有机物的还原和氧化吸收两个过程;N2O排放包括硝化作用和反硝化作用两个过程。土壤微生物、土壤水分、土壤温度、土壤质地、施肥等均从不同角度影响着温室气体的释放与吸收。近些年,免耕、秸秆还田、地膜等保护性耕作技术在干旱地区农田生态系统中得到广泛应用。其中免耕可以减少CO2和N2O的排放量,增加土壤对CH4的吸收量;秸秆还田和覆膜对N2O排放的影响结果尚未统一,但秸秆还田促进CO2排 放抑制CH4吸收,而覆膜促进CH4吸收抑制CO2排放。加强且更深入更全面的研究旱地农田生态系统温室气体排放应该作为今后重点研究领域,为全球气候变暖提供更为准确的理论基础。     

根系分泌物对根际土壤关键氮转化过程的影响

根系分泌物是影响土壤氮素转化、N₂O排放和植株氮肥利用率的重要因素之一,也是土壤学、植物营养学、作物生理生态与耕作栽培学、环境科学等学科的重要关注点。为全面认识根系分泌物在土壤氮循环中的作用,综述了根系分泌物的种类和测定方法,介绍了根系分泌物影响土壤关键氮转化过程及N₂O排放的机理,根系分泌物对土壤硝化和反硝化过程及N₂O排放的抑制作用,并对该领域未来的研究方向进行了展望。为土壤氮素转化的土壤–植物–微生物互作机制研究提供一定参考,以进一步提高氮肥利用率,减少氮肥引起的环境污染。     

Modelling crop growth and biomass partitioning to shoots and roots in relation to nitrogen and water availability, using a maximization principle. II. Simulation of crop nitrogen balance

This study analysed of the ability of a crop model to simulate crop nitrogen (N) balance. The model was originally developed to serve as a foundation to develop a decision-making tool to analyse the impact of water management and nitrogen fertilization on crop yield. The model included a dynamic parameter for allocation of dry matter between root and shoot allowing root to shoot ratio to vary according to differing environmental conditions. The new allocation parameter was introduced in order to make the model more applicable under water and nitrogen limited growing conditions. Two wheat (Triticum aestivum L.) data sets were used to test the model simulations. Generally, the model simulations agreed well with the recorded data on crop N uptake. The relationship between the actual and simulated amount of N taken up by the crop was close in the calibration treatments of a greenhouse experiment. The coefficient of determination (r²) of the regression line (simulated value = independent variable, measured value = dependent variable) was 0.90. The r² was 0.83 for the validation data. In the field experiments, the r² values were 0.91 for the calibration data and 0.82 for the validation data. In field data, the model underestimated in some cases the crop N uptake during the period when actual shoot dry weight increased exponentially in spring. Therefore, methods used in computation of nitrogen uptake have to be analysed further. Plant organ N content was simulated satisfactorily for both greenhouse and field data. However, the range over which the simulated values varied was larger than in the actual data.

The results from the study indicate that our model is capable of simulating the crop N balance and we suggest that the model could be used when developing an N application decision tool for field crops. However, the availability of N and soil water were provided as inputs in the present study. Thus, the model should be integrated with models simulating below ground processes in the future. Moreover, the model should be further validated with actual field data.     

高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量

选用大穗型小麦品种兰考矮早八, 研究了施氮水平对小麦籽粒产量、蛋白质含量、氮素利用及氮平衡的影响。结果表明, 适量增施氮肥有利于提高籽粒产量, 且以180 kg hm^-2 (N3)、360 kg hm^-2 (N4)处理的产量最高, 且在N4条件下, 继续增施氮肥仍能显著提高籽粒蛋白质含量。随施氮量的增加, 植株地上部氮积累量提高。氮平衡分析结果表明, 未被当季作物利用的氮主要以氮表观损失和残留无机氮的形式损失, 且随施氮水平的增加, 氮表观损失量和土壤残留量均随之增多。通过环境经济学的Coase原理和边际收益分析, 综合考虑蛋白质含量、籽粒产量、经济和生态效益, 确定202~239 kg hm^-2为兰考矮早八兼顾多目标适宜的氮肥用量, 其相应的产量水平为8 628~8 680 kg hm^-2, 蛋白质含量为14.6%~14.8%。     

不同氮肥管理条件下设施黄瓜硝态氮淋失量研究

以黄瓜为研究对象,在日光温室内采用小区试验的方法,研究不同供氮水平下硝态氮淋失特征。结果表明,处理OM+N1PK黄瓜产量最高,且黄瓜植株和果实中氮吸收量最高,达253.56 kg/hm²;0.9 m深处设施黄瓜硝态氮淋失量的大小顺序为,NPK＞OM+N1PK＞OM+NPK＞OM＞CK。施用化肥硝态氮淋失量最高,达205.52 kg/hm²,施用有机肥的处理硝态氮淋失量分别降低11.39%、21.98%、42.27%;1 m土体的硝态氮累积量处理OM+N1PK明显高于其他处理,且表层0~20 cm累积量最高,高达389.66 kg/hm²,可为下茬作物提供氮素营养。总体来看,有机肥与化肥配合施用处理OM+N1PK提高了黄瓜产量和氮吸收量,提高了土壤对硝态氮的吸附能力,增加了表层土壤中硝态氮累积量,降低了硝态氮的淋溶损失,减低了环境风险。     

氮素营养诊断技术的发展及其在马铃薯生产中的应用

合理使用氮肥,提高氮肥利用效率,降低环境风险,是实现农业可持续发展的重要环节,氮素营养诊断技术的研究和应用是合理氮素管理的前提。本文介绍了氮素营养诊断的方法、特点以及发展,并在此基础上综述了马铃薯氮素营养诊断的研究进展,分析了在我国马铃薯生产深入开展氮素营养诊断的必要性和重要意义。最后提出了马铃薯营养诊断需解决的关键问题。     

长期施用不同剂量氮肥对高粱产量、氮素利用特性和土壤硝态氮含量的影响

本研究于2015—2019年以晋杂34、辽杂27、晋饲2号、晋糯3号和汾酒粱1号为研究对象,设0(N0)、75(N75)、150(N150)、225(N225)、300(N300)、450 kg hm^-2(N450)6个氮素水平,调查其对产量性状、淀粉含量和土壤硝态氮以及氮素利用特性指标的影响,以探讨高粱合理的氮素施用方案。结果表明,高粱的产量、穗粒数及植株地上部氮素累积量,随施氮水平的增加呈先增加后趋于稳定的趋势,其中以N75处理增幅最大,较N0处理最大增幅分别可达23.68%、48.05%和51.86%;籽粒淀粉含量、5年叠加氮肥利用率、5年叠加氮肥农学效率和氮素5年叠加表观回收率随施氮水平的增加都存在不同程度的降低,其中N75处理下5年叠加氮肥利用率为63.01%,较N150处理提高了76.91%;籽粒淀粉产量则随施氮水平的增加呈先增加后降低的趋势。连续施氮4~5年后,施氮量≥225 kg hm^-2,残留的硝态氮在60~200 cm土层逐年累积,且在0~200 cm土层存在明显的累积峰,硝态氮淋失风险加剧。施氮量75~150 kg hm^-2之间,在满足高粱植株基本生长需求的同时,可以弥补了土壤氮库的消耗,有效降低了土壤硝态氮的淋失,亦有利于高粱产量和籽粒淀粉产量的形成。     

水稻氮高效吸收利用机制及栽培调控措施

氮素的大量施用不仅会造成资源的浪费还会造成环境的污染。水稻氮素的高效利用是实现资源高效利用,建立环境友好型农业的关键。从氮素高效吸收与利用的机制及其调控途径等角度进行阐述,一是根系对氮素的高效吸收,包括形态特征和生理特性对氮高效的响应;二是地上部对氮素的高效利用,包括光氮分布、氮代谢相关酶和氮代谢相关激素等方面;三是提高水稻氮高效的栽培调控途径,如秸秆还田、实地养分管理新技术和轻干湿交替灌溉等措施。并讨论分析目前氮素高效吸收面临的问题以及今后研究的重点。     

长期施用不同剂量氮肥对高粱产量、氮素利用特性和土壤硝态氮含量的影响

To determine a suitable nitrogen fertilizer application rate, an experiment was conducted using Jinza 34, Liaoza 27, Jinsi 2, Jinnuo 3, and Fenjiuliang 1 with six nitrogen (N) fertilization levels, including 0 (N0), 75 (N75), 150 (N150), 225 (N225), 300 (N300), and 450 kg hm^-2 (N450). The effects of long-term nitrogen fertilization with different levels on sorghum grain yield, nitrogen use characteristics and soil nitrate nitrogen distribution were investigated. The grain yield, grain number and N accumulation of sorghum increased initially and then tended to be stabile with the increase of nitrogen fertilizer application. Among them, the maximum increase of sorghum under N75 treatment compared with that under N0 treatment was 23.68%, 48.05%, and 51.86%, respectively. With the increase of nitrogen fertilizer application, the grain starch content decreased, while the grain starch yield increased firstly and then decreased. Nitrogen apparent recovery rate, nitrogen fertilizer agronomic efficiency and nitrogen use efficiency which were accumulated for five years were reduced significantly with the increase of nitrogen fertilizer application. Compared with the N150 treatment, nitrogen use efficiency accumulated for five years under N75 treatment, which was 63.01%, was increased by 76.91%. When nitrogen fertilizer application was beyond 225 kg hm^-2, after four to five years later, nitrate nitrogen residue was increased rapidly in the 60-200 cm soil layer year by year, NO₃^--N accumulation peaks distributed in the 0-200 cm soil layer and the risk of nitrate nitrogen leaching was increased. In view of the yield, starch yield, nitrogen utilization and environmental benefit, the reasonable nitrogen fertilizer application for sorghum was between 75 kg hm^-2 and 150 kg hm^-2.     

施氮量和底追比例对小麦氮素吸收转运及产量的影响

应用¹⁵N示踪技术研究了高产麦田中施氮量和底施与追施氮肥的比例对小麦氮素吸收转运及籽粒产量的影响。共设7个处理,对照为不施氮肥(N0);在施纯氮量为168和240 kg/hm²条件下,各设底肥氮量与追肥氮量比例（底追比例）为1∶1 (N1和N4)、1∶2 (N2和N5)、0∶1(N3和N6)。结果表明,播种至拔节期植株积累的底施氮占植株全生育期积累底施氮总量的78.04%~89.67%;小麦植株对追肥氮的利用率显著高于对底肥氮的利用率,适当增加追施氮肥的比例可提高氮肥利用率,其中N2处理的最高。在相同底追比例下,不同施氮量处理相比较,植株与籽粒中的氮素积累量均无显著差异;施氮量相同,随追施氮肥比例的增加,开花前贮存氮素的转运量和转运效率呈先增加后降低的趋势,N2和N5的转运量及转运效率最高;开花后氮素的同化量及对籽粒的贡献率则随追施氮比例的增加而提高;籽粒氮素积累量在N2、N3、N5和N6处理间无显著差异,但显著高于N1和N4。适量施氮并增加追施氮肥的比例可显著提高籽粒产量、蛋白质含量,N2、N5和N6均效果较好。在本试验条件下,施氮量为168 kg/hm²及底追比例为1∶2的处理是兼顾产量、品质和效益的最佳氮肥运筹方式。