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。     

土壤辐照灭菌对土壤中铵态氮和硝态氮行为的影响

拟通过土壤辐照灭菌的方法,研究土壤微生物对硝态氮和铵态氮在土壤中的相互转化、固持及损失的影响,为提高作物氮肥利用率提供理论依据。采用土壤纯培养的方法,通过外源添加~(15)N标记铵态氮肥[(~(15)NH_4)_2SO_4]和硝态氮肥(Na~(15)NO_3),结合γ辐照灭菌的方法,培养30 d后,测定分析了灭菌和未灭菌土壤中总的、来自于肥料的和来自于土壤的铵态氮和硝态氮含量,并定量评价了肥料氮在土壤中的残留、固持和损失情况。结果表明:灭菌显著抑制铵态氮向硝态氮的转化,激发土壤铵态氮的释放,对铵态氮在土壤中的残留、固持和损失没有显著影响;灭菌对土壤硝态氮转化为铵态氮的过程没有影响,降低了硝态氮在土壤中的残留和固持,增加了硝态氮的损失;与外源添加硝态氮相比,外源添加铵态氮促进了土壤自身无机氮的释放,外源添加的铵态氮在土壤中残留低、固持高、损失高。因此,总体来看,灭菌有利于土壤铵态氮的积累,却降低土壤硝态氮的积累。虽然外源铵态氮较外源硝态氮更能激发土壤无机态氮的释放,并更易被土壤固持,但是铵态氮肥较硝态氮肥在土壤中残留少、损失多。     

围垦年限及施氮对滨海湿地CH4好氧氧化过程的影响

本试验选取崇明东滩的光滩湿地和芦苇湿地为对照，比较研究不同围垦年限(19、27、51、86 a)的围垦区稻田耕层土壤CH₄好氧氧化的速率和固碳量以及对氮肥的响应特征。结果表明，围垦稻田土壤有机碳(SOC)含量随围垦年限增长而显著增加，而湿地土壤的酸碱度(pH)、硫酸根离子(SO₄^2–)浓度和电导率(EC值)则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。围垦稻田的CH₄好氧氧化速率存在显著差异，其中围垦27 a稻田最高，为32μg/(g·d)，但远低于芦苇湿地(82μg/(g·d))。CH₄好氧氧化驱动的固碳净增量(¹³C-SOC)介于10.3～19.6μmol/g，与CH₄氧化速率显著正相关。围垦86 a稻田CH₄好氧氧化的固碳效率(¹³C-SOC净增量/¹³CH₄转化量)为61%，显著高于围垦19 a和27 a稻田。添加3种氮肥(NH₄     

添加硝态氮对红壤净氨化和净矿化速率的影响

针对武夷山红壤施加不同水平的硝态氮(CK:N 0 mg kg-1,LN:N 50 mg kg-1,NN:N 100 mg kg-1,HN:N 150 mg kg-1)开展培养实验,研究硝态氮对土壤氮转化的影响。结果表明:随硝态氮添加,红壤氨化速率显著升高,而矿化速率在高氮(NN:N 100mg kg-1,HN:N 150 mg kg-1)情况下没有显著升高。硝态氮添加显著影响土壤硝态氮和铵态氮的关系,由CK处理下的显著负相关,逐渐转为HN处理的正相关,结果表明,随硝态氮添加,尤其在HN处理下促进了硝态氮的固定和铵态氮的形成,而对于其转化的机理还有待进一步研究。随硝态氮添加,土壤可溶性有机氮(SON)含量增加,其所占比例(39.0%~45.7%)降低,而SON的变化速率与矿化速率成显著负相关,表明较高硝态氮处理(NN和HN)下SON的变化速率较大,为揭示高氮沉降下硝态氮转化的机理提供了思路。     

不同土壤湿度下多菌灵的连续施用对土壤氮矿化速率与脲酶动力学的影响

明确在不同土壤水分环境下农药多菌灵对土壤氮循环和生物学属性的影响,对于评价多菌灵对土壤氮循环与生态环境的影响有重要意义。研究了在不同土壤湿度下连续添加不同浓度的多菌灵对土壤氮矿化、几丁质酶活性、土壤脲酶动力学参数以及微生物生物量的影响。结果表明:多菌灵添加量对土壤铵态氮、硝态氮、几丁质酶活性和微生物生物量氮具有显著影响;土壤湿度和多菌灵添加量的交互作用对铵态氮、硝态氮、矿化速率、脲酶酶促反应初速度(Vmax/Km)值以及微生物生物量氮有显著影响。在60%土壤最大持水量(WHC)条件下,5 mg·kg-1多菌灵的连续添加显著增加了铵态氮含量;在不同土壤湿度条件下,25 mg·kg-1多菌灵的连续添加显著增加了硝态氮含量。在60%WHC条件下连续添加10 mg·kg-1多菌灵的处理矿化速率显著高于不添加多菌灵的处理,但在90%WHC条件下添加10和25 mg·kg-1多菌灵处理的矿化速率显著低于不添加多菌灵的处理。在不同土壤湿度条件下,几丁质酶活性随多菌灵施用量增加而降低。在60%WHC条件下连续添加25 mg·kg-1多菌灵处理的脲酶Vmax/Km值显著低于连续添加10 mg·kg-1多菌灵的处理。多菌灵添加量可以通过影响土壤矿质氮含量与生物学属性从而影响土壤脲酶动力学的参数。     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

砖红壤不同温度、水分及碳氮源条件下硝化和反硝化特征

采用气压分离技术,研究了海南橡胶林砖红壤土壤总硝化速率和反硝化速率对温度、水分及碳氮源的响应。结果表明,在10~30℃的土壤温度范围内,温度的升高促进了土壤总硝化速率,反硝化速率随着温度的升高呈现先增加后降低的趋势。随着土壤水分的升高,土壤总硝化速率和反硝化速率均呈线性增加。当土壤孔隙度水达到70%后,总硝化速率呈下降趋势,却进一步地促进了反硝化速率。添加硝态氮抑制了总硝化速率;在N 0~40 g m~(-2)的范围内,除低量硝态氮的添加(N 1 g m~(-2))降低了反硝化速率外,反硝化速率大致随硝态氮浓度的增加而增加。低量铵态氮的添加(N 0.5 g m~(-2))促进了总硝化速率,高量铵态氮(N 4、20和40 g m~(-2))则抑制了总硝化速率;除低量铵态氮的添加(N 1 g m~(-2))抑制了反硝化速率外,添加铵态氮对反硝化速率影响不大。添加C(C 10~40 g m~(-2))激发了土壤总硝化速率和反硝化速率,碳源的缺乏可能是橡胶林酸性砖红壤限制土壤硝化和反硝化速率的主要因素。     

菌肥与有机无机肥配施对石灰性土壤不同形态氮素的影响

利用不同施肥处理对山西省晋中市石灰性土壤几种不同形态氮素含量的变化及其相关性进行研究。结果表明:每个施肥处理施入等量的氮(N)、磷(P2O5),土壤的铵态氮、硝态氮及微生物氮含量都在逐年增加,其中有机肥+化肥+菌肥处理对提高土壤铵态氮作用明显;单施有机肥处理对提高土壤硝态氮效果显著,与有机肥+化肥+菌肥、有机肥+化肥处理效果差异性不显著;有机肥+化肥+菌肥处理对土壤微生物氮效果最明显,有机肥+化肥效果次之,两处理差异显著。土壤铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关;微生物氮与铵态氮、硝态氮含量相关性都不好;菌肥与有机无机肥配施后,菌肥对于提高土壤微生物氮最显著(10.09%),铵态氮次之(6.24%),硝态氮不明显(2.05%),因此虽然添加了菌肥,但是没有完全改变"有机肥+化肥+菌肥"仍然是"有机肥+化肥处理"的本质属性。     

炭输入及生化调控对设施菜田土壤N_2O排放的影响

本研究以河北永清蔬菜基地设施菜田土壤为研究对象,控制温度(25±1)℃和土壤含水量(70%WFPS),采用静态培养方法,通过监测培养期间土壤N_2O排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的变化情况,研究炭输入及生化调控对设施菜田N_2O排放及氮素转化的影响。结果表明,土壤添加尿素后,N_2O排放峰值达到644.11μg N·kg~(-1)·d~(-1),添加双氰胺(DCD)和石灰氮(CaCN_2)的土壤N_2O排放峰值分别为101.47μg N·kg~(-1)·d~(-1)和36.74μg N·kg~(-1)·d~(-1),对于N_2O减排效果好,且能有效抑制亚硝态氮的产生;施用控释尿素、添加黑炭或有机肥能减少N_2O排放,而添加石灰氮闷棚显著增加了N_2O排放。控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和CaCN_2均对铵态氮向硝态氮的转化有一定抑制作用,施加石灰氮或有机肥有助于减少硝态氮向亚硝态氮的转化。相关分析表明,土壤中硝态氮和亚硝态氮含量增加,有助于反硝化过程的进行,增加了N_2O排放的风险。     

添加不同外源氮对长期秸秆还田土壤中氮素转化的影响

【目的】秸秆还田能够改变土壤中各活性氮库的含量与比例,进而影响土壤氮素供应能力。本文研究了长期秸秆还田条件下添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的影响,旨在明确长期秸秆还田土壤活性氮库的含量差异。【方法】长期定位施肥试验点位于湖南省望城县(112°80′N、28°37′E,海拔高度100 m)。试验开始于1981年,供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土,轮作制度为稻—稻—冬闲。2014年晚稻收获后,采集单施化肥和长期秸秆还田配施化肥两个处理的耕层土壤样品,开展室内培养试验。每个土壤样品设置灭菌和不灭菌两组主处理,在主处理下设:对照(CK)、添加尿素(N 150 kg/hm^2,U)、添加秸秆(N 150 kg/hm^2,S)和添加尿素和秸秆(N 300 kg/hm^2,U+S)四个副处理,4次重复。在25℃下恒温培养5、10、20、30、50、90、130天时,分析土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量。【结果】1) U、S和U+S处理均显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,高低顺序为U> U+S> S> CK。非灭菌条件下,U处理的土壤铵态氮含量较其他处理高出90.8%~288%。2)灭菌后土壤铵态氮长期维持在较高水平,其向硝态氮转化过程受阻。在培养90天内,土壤硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量均处于较低水平。3)而不灭菌条件下,各处理土壤硝态氮均在培养50天后迅速增加,至培养结束土壤硝态氮达最大值(117.43~243.17 mg/kg)。4)土壤微生物氮和可溶性有机氮分别于培养20天(106.72~244.01 mg/kg)和30天(95.76~140.63 mg/kg)时达到最大值。5)至培养结束,灭菌条件下长期NPKS土壤中U+S处理可溶性有机氮显著高于其他处理,较U和S处理分别提高51.55%和29.96%。【结论】添加不同外源氮有利于提高长期秸秆还田土壤中活性有机氮的含量,尤其是添加秸秆和尿素处理,能够显著提高土壤氮素的供应能力。