施氮量和土壤含水量对黑麦草还田红壤氮素矿化的影响

目标 氮素矿化是决定土壤供氮能力的重要生态过程,养分添加和水分在调节土壤的氮转化方面起着重要的作用。探讨施氮和土壤水分对黑麦草还田过程中土壤氮素矿化的影响有利于进一步优化红壤旱地作物生产的水肥管理。 【方法】 通过室内培养试验,研究了施氮量 (0、60、120 mg/kg) 和土壤含水量 (15%、30%、45%) 对红壤旱地黑麦草还田过程中土壤净硝化量、氨化量和氮矿化量的影响。 【结果】 土壤含水量15%时,施氮有利于提高黑麦草还田初期土壤净硝化量,施氮量120 mg/kg抑制了黑麦草还田后期土壤硝化作用。在30%土壤含水量时,施氮量120 mg/kg明显抑制了黑麦草还田后期土壤硝化作用。土壤含水量45%抑制了黑麦草还田初期不同施氮水平下土壤净硝化量,但增加了黑麦草还田91 d时土壤净硝化量,且施氮量60 mg/kg下的净硝化量显著高于120 mg/kg水平下的。土壤净氨化量在整个黑麦草还田过程中均为正值,且呈现多次升高-降低的往复动态变化。土壤净氨化量在三种土壤含水量下均表现为施氮条件下的显著高于不施氮处理。土壤含水量的增加有利于提高施氮量120 mg/kg下黑麦草还田初期土壤的氨化作用,但降低了黑麦草还田后期土壤净氨化量。相比不施氮,三个含水量条件下的施氮处理在黑麦草还田过程中的大部分阶段都显著增加了土壤净氮矿化量,土壤含水量30%条件下土壤净氮矿化量的变化最大。相比土壤含水量15%,30%含水量促进了黑麦草还田中期 (13～57 d) 土壤净氮矿化量的增加,45%含水量抑制了黑麦草还田后期 (73～91 d) 土壤净氮矿化量。 【结论】 红壤区旱地黑麦草还田时应合理施入化学氮肥 (60 mg/kg),在黑麦草还田初期保持较高的土壤含水量 (45%) 能够抑制土壤的氮矿化作用,还田中后期适当降低土壤含水量 (30%)有利于增加土壤氮素的矿化。      

几种土壤剖面的硝化作用及其动力学特征

选用陕西省六种主要耕作土壤及其剖面不同层次23个土样,在实验室培养条件下,研究其硝化作用的特点,并选用dN/dt=bN(B-N)/B方程（式中,N为硝态氮的累积量,t为试验培养时间,B耿硝态氮累积量的渐进值）,描述硝化作用过程中硝态氮含量随时间的累积,获得定量描述硝化作用强弱的两个指标（Kmx和td)。结果表明耕层土壤由北向南硝化作用强度逐渐减弱,硝化作用的最大速率（Kmx)变幅为2．70－16．58mg/kg.d,陕北的黑垆硝化作用进行最快,陕南的黄泥巴最慢,在不同土壤剖面中,硝化作用由上到下呈现减弱趋势,硝化作用的最大速率（Kmx)随土层深度增加而下降,迟缓期（td)随土层深度增加而延长,在粘化层和粘重土层中,硝化作用非常微弱或基本不发生硝化作用,这些不同土壤及剖面层次硝化作用的较差与土壤的物理,化学特性有关。     

水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

土壤次生盐渍化与微生物数量及土壤理化性质研究

次生盐渍化已成为制约设施栽培农业发展的主要障碍因子,为揭示次生盐渍化对土壤微生物和理化性质的影响,对上海市南汇区和崇明区设施栽培大棚土壤酶活性和微生物活性进行研究.结果表明:随着栽培时间的增加,土壤表层(0-5 cm)有机质变化不明显;而土壤中硝态氮和总盐量增加,连续栽培15年土壤的硝态氮(94.23 mg/kg)是露地表层土的14.8倍,EC值是露地的14.9倍;从第5年起土壤出现酸化现象.次生盐渍化越严重,对土壤脲酶、磷酸酶和呼吸强度的抑制越明显,连续栽培15年土壤脲酶活性受抑制率达到71.8%.EC值、总盐、硝态氮与放线菌、细菌数量都呈极显著负相关,与真菌数量呈显著负相关,最高相关系数达到-0.957.次生盐渍化对于深层土(15-20 cm)的影响没有表层土明显.     

13种土壤硝化过程中亚硝态氮的累积与土壤性质的关系

通过室内培养（土壤水分60％WHC,温度25℃）方法对不同土壤（13种）硝化过程中亚硝态氮的累积进行了研究,并用通径分析方法探讨了土壤亚硝态氮峰值浓度和累积总量与土壤性质的关系,为加强氮素管理、减少亚硝态氮的累积提供理论依据。结果表明,在培养过程中,各供试土壤亚硝态氮的峰值浓度相差较大,且均出现在施肥5-7d,以褐土最高为146．09mg·kg^-1,其次是淤灌土为114．03mg·kg^-1;黑土、黄壤和棕壤在培养过程中几乎未检测到亚硝态氮。亚硝态氮累积总量以褐土、淤灌土最大,分别为350．82和334．51mg·kg^-1;水稻土和砖红壤最小,分别为7．58和13．06mg·k^-1。土壤pH、粘粒、无定形铁通过直接和间接效应成为影响土壤亚硝态氮峰值浓度、累积总量的主要因素,而土壤脲酶活性对这两个因变量的作用均很微弱;就通径分析的直接效应而言,有机质和全氮对土壤亚硝态氮峰值浓度、累积总量的影响最为显著,但其直接效应在很大程度上被其他因素的间接效应所抵消;土壤CEC对土壤亚硝态氮峰值浓度的作用也非常显著。此外,土壤络合态铝、络合态铁虽然对这两个因变量的直接效应不明显,但通过其他因素的综合作用也对这两个因变量起到了一定的影响作用。     

参与土壤氮素循环的微生物功能基因多样性研究进展

土壤氮素循环是生物地球化学循环的重要组成部分, 不但影响着土壤生产力和可持续发展, 还影响着全球环境变化.土壤微生物在土壤氮循环中发挥着不可替代的作用, 参与了包括固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等重要生态过程.近十年中, 分子生物学技术的发展为从功能基因角度研究与土壤氮循环密切相关的微生物功能群结构、组成和丰度的变化提供了新的契机.本文综述了参与土壤氮循环的微生物功能基因多样性研究进展, 并展望了未来发展方向.     

氮素形态对中后期小麦根际土壤氮转化微生物及酶活性的影响

采用盆栽方法研究了硝态氮、铵态氮和酰胺态氮对豫麦34不同生育期根际土壤氮素转化相关微生物及酶活性的影响。结果表明,土壤氮素转化不同微生物生理类群活性及酶活性差异显著,其活性大小顺序为:反硝化细菌硝化细菌脲酶蛋白酶亚硝化细菌氨化细菌。反硝化细菌、硝化细菌、蛋白酶、亚硝化细菌及氨化细菌活性从拔节期开始逐渐升高,于花后14天达到最大值,之后开始下降;脲酶活性在拔节期最高,逐渐降低,至花后14天最低,之后又略有回升。氮素形态对小麦根际土壤氮素转化微生物及酶活性的影响因生育期、微生物生理类群而异。综合比较分析表明,铵态氮促进土壤有机氮的分解利用,促进氨转化为NO3-,抑制反硝化作用引起的氮素损失,酰胺态氮次之,硝态氮最差。     

添加硝化抑制剂DMPP对红壤水稻土硝化作用及微生物群落功能多样性的影响

通过室内培育试验,研究了不同施氮水平下添加硝化抑制剂(DMPP)处理对红壤水稻土NH4+-N、NO3–-N含量、微生物生物量碳及微生物群落功能多样性的影响。结果表明:56天培养期内,不同处理的NH4+-N含量总体呈下降趋势,而NO3–-N含量呈上升趋势。随施氮水平提高,培养期内NH4+-N平均含量从0 mg/kg处理的24.10 mg/kg增加到400 mg/kg处理的412.10 mg/kg,NO3–-N平均含量从0 mg/kg处理的41.88 mg/kg增加到400 mg/kg处理的99.83 mg/kg。添加DMPP显著抑制硝化作用进行,抑制效果随施氮量增加而提高,400 mg/kg施氮水平下,添加DMPP硝化率和硝化速率比不添加DMPP处理分别下降了29.0%和44.3%,下降幅度远大于其他施氮水平处理。施氮水平也影响土壤微生物生物量碳和微生物群落功能多样性。施氮量从0 mg/kg增加到400 mg/kg,土壤微生物生物量碳下降了12.5%,AWCD值下降了78.4%,Shannon指数下降了22.3%;与不添加DMPP处理相比,添加DMPP处理的土壤微生物生物量、AWCD值、Shannon指数分别提高了2.1%、23.9%、7.8%,尤其在400 mg/kg施氮水平下,提高的幅度更加明显。     

亚热带主要耕作土壤硝态氮淋失特征试验研究

本文选取红壤、水稻土、潮土、黄棕壤和紫色土等我国亚热带地区的主要耕作土壤为研究对象,采用土柱模拟试验,研究了在这些土壤中,氮素累积与硝态氮迁移的动态特征,并对氮素的淋失风险进行了定量评价和预测。结果表明,硝态氮在土壤中的淋失过程可分为两个明显的阶段:高浓度快速降低阶段和低浓度缓慢降低阶段。硝态氮淋失过程存在明显的拐点,该点对应的累积入渗量（拐点入渗量）变化范围为38.1 - 219.7 mm,且随土壤硝态氮含量的增加呈幂函数关系增加,表明随硝态氮含量的增高,其淋失风险呈加速增大的趋势。硝态氮淋失强度随土壤硝态氮含量的增加呈显著的线性变化趋势。初步估测,我国亚热带地区年降水入渗量700 mm和土壤硝态氮累积水平为N 20 mg /kg条件下,表层土壤（0-20cm）的硝态氮年平均淋失量为N 484.9 kg /hm2,土壤间的变异系数（CV）分别为26.5%。土壤硝态氮含量是影响硝态氮淋失强度的决定性因素,其它土壤性质的影响均相对较小,因此,控制土壤氮素累积和化肥施用水平是降低其淋失风险的关键环节。     

土霉素及镉污染对土壤呼吸及酶活性的影响

随着饲料工业以及畜禽养殖业的规模化发展,抗生素和重金属在土壤环境中同时存在的几率不断增大。为了分析抗生素和重金属对土壤微生物生态系统的影响,以土霉素(OTC)与镉(Cd)为污染物,采用室内培养法,研究了土霉素(OTC)与镉(Cd)单一处理及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响。结果表明,10mg/kg重金属镉单独污染对土壤微生物呼吸表现为先抑制后激活作用,且显著抑制了土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,对3种酶活性平均抑制率从大到小依次为:蔗糖酶磷酸酶脲酶;1mg/kg土霉素显著激活土壤微生物呼吸,50和200mg/kg土霉素对土壤微生物呼吸的影响呈现出先抑制后激活的规律。各处理浓度下的土霉素对蔗糖酶和脲酶活性均主要表现为抑制作用,对磷酸酶活性的影响呈现出一定的波动性;当土霉素的浓度为1和200mg/kg时,其与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响主要为拮抗作用,但当土霉素的浓度为50mg/kg时,与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响则主要为协同作用。微生物呼吸对土霉素与镉胁迫更为敏感,最高抑制率和激活率分别可达98.98%和300.82%,土壤酶活性受土霉素和镉污染的影响要弱于它们对土壤微生物呼吸的影响。     

放牧对羊草草原土壤氮素循环的影响

研究了放牧对内蒙古羊草草原土壤中N素分解细菌以及固N作用、氨化作用和硝化作用的影响,结果表明,轻度放牧使土壤中4类N素转化细菌的数量显著增加,也显著加强了土壤中的固N作用、氨化作用和硝化作用。促进了土壤中的N素循环;随放牧强度的增加,重度放牧则导致草原土壤中4类N素转化细菌数量均显著降低。显著抑制土壤中的固N作用和氨化作用,会阻碍土壤中的N循环的进程。放牧强度对N素转化细菌以及N循环中的固N作用、氨化作用和硝化作用的季节性变化规律无明显影响。     

Effectiveness of Chloride Compared to 3,4-Dimethylpyrazole Phosphate on Nitrification Inhibition in Soil

Microbial oxidation of ammonium to nitrate may impose dangers to ecosystem functioning through soil and atmosphere contamination with end products or intermediate gases. A wide range of chemicals can inhibit nitrification under soil and laboratory conditions. In the present study, the effectiveness of chloride compared to 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) as a standard nitrification inhibitor was evaluated. The results showed that DMPP (especially with double concentrations) inhibited nitrification for a longer time, until the end of incubation period. Chloride in the form of ammonium chloride (NH₄Cl) or potassium chloride (KCl) also significantly inhibited nitrification compared to the control during the 7-week incubation period. This inhibition was positively correlated with applied chloride concentrations in soil. During a 5-week incubation period, the strongest concentration (500 mg/kg soil) showed more inhibition than concentrations of 250 or 100 mg/kg soil, particularly when compared to control. The results suggest that beside commercial nitrification inhibitors, chloride can significantly inhibit microbial nitrification in soil. Therefore, when chloride is not a soil problem, the chloride form of nitrogen fertilizers (e.g., ammonium chloride) could be a proper nitrogen fertilizer.     

温度和水分对华中地区菜地土壤氮素矿化的影响

为研究华中地区菜地土壤的矿化特征和矿化规律,拟定菜地土壤合理的氮肥施用量,本文以华中地区两种典型菜地土壤——黄棕壤和潮土为研究对象,利用室内连续培养试验研究了温度、水分对菜地土壤矿化的影响。结果表明,黄棕壤的矿化速率和氨化速率均随着温度的升高而升高;硝化速率在15%和25%含水量下随温度的升高而升高,而在35%含水量下随温度的升高而降低。潮土矿化速率在15%含水量时随温度的升高而升高,而在25%和35%含水量下随温度的升高先增加后减小;硝化速率在15%和35%含水量时随温度的升高而增加,25%含水量时随温度的升高先增加后降低;氨化作用随温度的升高而降低。黄棕壤的矿化量在含水量为25%、温度35℃时高达34.9 mg.kg 1;潮土的矿化量在含水量为25%、温度为25℃时最高,为63.9mg.kg 1。不同温度下潮土矿化量均大于黄棕壤。黄棕壤的氨化速率随含水量的增加而增加,硝化速率随含水量的增加而降低,矿化速率则在含水量25%时最大。潮土的氨化、硝化和矿化作用随水分变化不明显。本研究还发现,25%的含水量是黄棕壤微生物活性的水分临界点,潮土的水分临界点不明显。通过对土壤氮素的矿化速率与水分含量和温度之间的函数关系模拟发现,黄棕壤模拟效果好于潮土。     

生物质炭对土壤理化性状及氮素转化的研究进展

生物质炭因其具有的特殊理化性质施入到农田中能够改良土壤、提高土壤肥力及促进作物生长,已经成为农业减排和土壤微生态系统生物氮素地球化学循环领域的研究热点。生物质炭作为土壤的外来物质,直接或间接地参与到土壤氮素的周转过程中,进而对土壤中氮素的存在状态和供应能力等产生长远的影响。本文综述了土壤中施入生物质炭后,氮素循环的变化及响应机制,重点分析了生物质炭施入农田引起土壤理化性质变化后由土壤微生物驱动的固氮反应、氨化反应、硝化反应及反硝化反应等生物化学反应过程的响应及相关机理。在此基础上,对今后生物质炭的研究方向进行展望。     

A proposed use of ion exchange resins to measure nitrogen mineralization and nitrification in intact soil cores

Abstract

A procedure is proposed for measuring nitrogen mineralization and nitrification in intact soil cores. The method relies on ion exchange resins to trap ammonium and nitrate entering and leaving cores of soil otherwise open at the top and bottom. Changes in soil concentrations plus an accounting of ions trapped by the lower resin after field incubations, indicate rates of nitrogen reactions. Using this technique, we estimated net ammonification rates from 0–36 mg N/kg/mo and nitrification rates from 0–16 mg N/kg/mo for the surface of a sandy, low nutrient soil under pine cultivation in north Florida; higher rates occurred after urea fertilization. The procedure has potential advantages over others, but must be more fully evaluated under a variety of conditions.     

镉胁迫系统中土壤氮循环微生物活性随大豆生育期变化的动态效应研究

The potential influences of cadmium （Cd） on the biochemical processes of the soil nitrogen （N） cycle, along with the dynamics of ammonification, nitrification, and denitrification processes in the rhizosphere and non-rhizosphere （bulk soil）, respectively, were investigated in a Cd-stressed system during an entire soybean growing season. In terms of Cd pollution at the seedling stage, the ammonifying bacteria proved to be the most sensitive microorganisms, whereas the effects of Cd on denitrification were not obvious. Following the growth of soybeans, the influences of Cd on ammonification in the bulk soil were： toxic impacts at the seedling stage, stimulatory effects during the early flowering stage, and adaptation to the pollutant during the podding and ripening stages. Although nitrification and den itrification in the bulk soil decreased throughout the entire growth cycle, positive adaptation to Cd stress was observed during the ripening stage. Moreover, during the ripening stage, denitrification in the bulk soil under high Cd treatment （20 mg kg^-1） was even higher than that in the control, indicating a probable change in the ecology of the denitrifying microbes in the Cd-stressed system. Changes in the activity of microbes in the rhizosphere following plant growth were similar to those in the non-rhizosphere in Cd treatments; however, the tendency of change in the rhizosphere seemed to be more moderate. This suggested that there was some mitigation of Cd stress in the rhizosphere.     

农肥和化肥对黑土农田生态系统氮素循环与平衡影响的研究

在不同施肥处理条件下,分别定量测定了玉米田土壤氮素自生固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化损失、氨挥发、NO3--N淋溶损失等氮素循环转化途径。研究结果表明,不施肥的土壤生态系统每年土壤全氮将减少-110.5kg/hm2。施肥能够有效地提高土壤氮素转化能力,农肥的氮素转化作用明显高于化肥的氮素转化作用。各处理反硝化损失的氮量为7.26～21.66kg/hm2,淋溶损失量为0.09～0.21kg/hm2,氨挥发损失的氮量为0～15.23kg/hm2。玉米田施肥处理总的氮素平衡处于盈余状态,不施肥处理的氮素平衡处于亏缺状态。单施农肥的盈余量高于单施化肥及农肥化肥配比处理的盈余量,低量施肥模式土壤中氮素的输入和输出基本处于平衡状态,高量施肥模式土壤中氮素处于盈余状态,虽有利于培肥地力,但却造成了肥料的浪费。     

Short‐term effects of polyacrylamide and dicyandiamide on C and N mineralization in a sandy loam soil

The soil conditioners anionic polyacrylamide (PAM) and dicyandiamide (DCD) are frequently applied to soils to reduce soil erosion and nitrogen loss, respectively. A 27‐day incubation study was set up to gauge their interactive effects on the microbial biomass, carbon (C) mineralization and nitrification activity of a sandy loam soil in the presence or absence of maize straw. PAM‐amended soils received 308 or 615 mg PAM/kg. Nitrogen (N)‐fertilized soils were amended with 1800 mg/kg ammonium sulphate [(NH₄)₂SO₄], with or without 70 mg DCD/kg. Maize straw was added to soil at the rate of 4500 mg/kg. Maize straw application increased soil microbial biomass and respiration. PAM stimulated nitrification and C mineralization, as evidenced by significant increases in extractable nitrate and evolved carbon dioxide (CO₂) concentrations. This is likely to have been effected by the PAM improving microbial conditions and partially being utilized as a substrate, with the latter being indicated by a PAM‐induced significant increase in the metabolic quotient. PAM did not reduce the microbial biomass except in one treatment at the highest application rate. Ammonium sulphate stimulated nitrification and reduced microbial biomass; the resultant acidification of the former is likely to have caused these effects. N fertilizer application may also have induced short‐term C‐limitation in the soil with impacts on microbial growth and respiration. The nitrification inhibitor DCD reduced the negative impacts on microbial biomass of (NH₄)₂SO₄ and proved to be an effective soil amendment to reduce nitrification under conditions where mineralization was increased by addition of PAM.