设施和露天栽培下有机菜地土壤氮素矿化和硝化作用的比较研究

矿化作用和硝化作用是土壤氮素转化的主要途径,通过室内培养试验,对设施和露天栽培方式下有机菜地土壤氮素的矿化与硝化作用进行了比较研究。结果表明,除培养第1d外,设施有机菜地土壤氮素矿化量、矿化率在整个培养期间都显著高于露天有机菜地土壤;设施有机菜地土壤硝化量、硝化率在培养前两周内高于露天有机菜地土壤;设施有机菜地土壤矿化与硝化作用总体比露天有机菜地土壤强烈。矿化作用可能与全氮、C/N、微生物活性关系密切,而硝化作用强弱可能与微生物活性有关。无论施肥与否,设施有机菜地土壤N2O排放速率在培养期间总体高于露天有机菜地土壤,前者N2O累积排放量显著高于后者,这可能与土壤C/N有关。     

两种水稻土氮初级矿化和硝化速率及其与氮肥利用率的关系

摘　要 　高氮肥施用量和低氮肥利用率是我国水稻生产可持续性发展面临的问题之一。氮肥损失途径与肥料进入土壤后的转化过程息息相关。了解水稻土中氮素转化过程并进行定量描述有助于提高人们对稻田氮素损失途径的认识水平。为此,本研究开展了连续2年的大田实验,测定了稻麦轮作条件下江苏淮安碱性水稻土（潮黄土,pH=8.3）和宜兴中性水稻土（黄泥土,pH=6.2）作物氮肥利用效率;同时采用15N同位素稀释方法,开展室内好氧培养实验,估算了两种土壤中的氮素初级矿化和硝化速率,以此解释田间试验中氮肥利用率差异的原因。田间试验结果表明,在获得相似的水稻或小麦产量的情况下,淮安潮黄土氮肥需用量高于宜兴中性水稻土,而氮肥利用率却低于宜兴黄泥土。15N室内培养实验结果表明,供试潮黄土氮素初级矿化和硝化速率均较黄泥土高,其较高的pH可能是主要原因。 潮黄土中相对较高的初级矿化和硝化速率可能会导致更多的NO3--N 在土壤中短暂累积,不能被作物及时吸收利用的NO3--N 便可通过各种途径损失掉。这可能是造成两种稻田土壤田间氮肥利用率差异的原因之一。     

乙炔抑制方式对潮土硝化和矿化作用的影响

在土壤最大持水量60%和温度28?C的实验室培养条件下,研究了乙炔的不同抑制方式(短时前期暴露/连续灌注法)对潮土硝化、矿化作用的影响。结果显示,连续14天灌注10 ml/L或100 ml/L浓度乙炔完全抑制了供试潮土的硝化作用,而将土样短时前期暴露于乙炔12 h后驱散乙炔,仅能保持48 h的抑制效果,驱散乙炔后第3天土样的硝化作用开始恢复,培养结束时土样的硝化率仍可达到99%。本研究的结果还显示,培养结束时,加入乙炔的4个施N处理其净矿化量为负值,乙炔连续抑制方式下土样净矿化量低于乙炔短时前期暴露方式下土壤的净矿化量。因此,采用乙炔抑制技术进行研究时应当考察所采集的供试土壤在乙炔抑制方式下的硝化活性恢复速率和矿化过程,以保证相关试验方法设计的合理性。对培养期较长的试验,采用连续灌注乙炔,并将通风时间控制在硝化活性恢复点以前的方式是区分硝化类型较为适用的实验室方法。     

硝化抑制剂类型和剂量对不同类型土壤硝化抑制作用机理的研究

氮肥配施硝化抑制剂是提高氮肥利用率、减少活性氮损失和降低环境代价风险的有效措施。为探讨不同硝化抑制剂类型和剂量对不同类型土壤硝化作用的机理,采用室内土壤培养试验,对3种硝化抑制剂[双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(NP)]设置不同剂量,研究其对我国不同区域典型土壤(红壤、水稻土、潮土)硝化过程无机氮含量、土壤pH值及土壤表观硝化率变化特征的影响。结果表明,与单施硫酸铵处理相比,3种硝化抑制剂均能抑制水稻土和潮土中铵态氮向硝态氮的转化,且对潮土铵态氮向硝态氮转化抑制效果优于水稻土,而对红壤硝化作用的抑制效果均不明显,3种土壤pH值差异是影响硝化抑制剂作用效果的主因。此外,DCD和NP随着用量的增加,对水稻土和潮土的硝化抑制效果越明显,而DMPP对2种土壤硝化抑制作用无明显的剂量效应。在水稻土中,NP的抑制效果强于DMPP和DCD;在潮土中,DCD的抑制效果优于NP和DMPP,这可能是由于不同硝化抑制剂类型硝化抑制机理性的差异以及其自身特性的差异导致的。综上,针对特定土壤类型筛选适宜的硝化抑制剂类型和用量对农业优化氮肥管理、提高氮肥利用率尤为重要。     

长期不同化肥氮用量对设施菜地土壤氮素矿化和硝化作用的影响

为揭示长期施用不同化肥氮对设施菜地土壤供氮能力的影响，选取连续种植15年不同化肥氮用量下的设施菜地土壤，采用好气密闭培养法研究长期不同化肥氮用量对设施菜地土壤氮素矿化和硝化作用的影响。供试土壤为5个氮施用水平，分别为：不施化肥氮（CK），常规化肥氮（100% N），常规化肥氮上减氮20%（80% N）、40%（60% N）、60%（40% N）。结果表明：与初始矿质氮量相比，培养结束后CK、40% N、60% N、80% N和100% N处理土壤矿质氮变化量分别为38.9、44.7、20.6、-32.7、-87.6 mg/kg；CK、40% N和60% N处理土壤矿质氮变化量分别占各自土壤全氮量的2.7%、2.5%和1.0%，80% N和100% N处理土壤矿质氮量与初始矿质氮量相比下降1.3%和3.1%；CK、40%、60% N、80% N和100% N处理土壤硝化速率分别为19.3、11.2、4.9、5.2、1.2 mg/（kg·d）。长期高量化肥氮（80% N和100% N）投入下，设施菜地土壤氮素矿化和硝化速率显著降低，土壤供氮能力下降，土壤pH降低可能是导致土壤矿化和硝化作用受到抑制的原因之一。鉴于此，设施蔬菜种植体系在现有施氮水平上应减少化肥氮投入，科学优化施肥，维持土壤的供氮能力，确保设施土壤的可持续利用。     

菜地和旱作粮地土壤氮素矿化和硝化作用的比较

采用室内培养试验研究了南京郊区菜地和早作粮地土壤氮素矿化和硝化作用的特征,其菜地土壤是20年前从粮食作物改种为蔬菜的。结果表明,菜地土壤氮素矿化量和矿化率都显著高于相应的粮地土壤。改制对硝化作用没有固定的影响,其硝化作用是增强还是减弱主要取决于土壤pH是上升或下降。土壤氮素的矿化和硝化速率受土壤速效磷、速效钾、有机质含量和pH的影响。     

硝化抑制剂与硫磺对三种水稻土旱作条件下尿素肥料硝化作用的影响

本文对加入硝化抑制剂和硫磺的尿素肥料在我国三种水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用过程进行研究。研究表明尿素中单加硝化抑制剂对三种供试水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用均有抑制,但抑制的强度与土壤类型有较大关系;而尿素中同时加入硝化抑制剂与硫磺在pH为5. 16的红壤和pH 6. 05黄泥土上都表现出对氮肥硝化过程的抑制作用;硫磺对pH为7. 06的乌珊土上的硝化过程无抑制作用。本试验研究可为硝化抑制剂肥料和硫包尿素肥料的设计与使用提供一定的基础资料。     

红壤水稻土微生物生物量氮与总氮矿化的关系

通过田间采样并布置室内培育试验,研究了红壤水稻土微生物生物量N和总N的矿化动态及其相互关系。结果表明,红壤水稻土微生物生物量N矿化速率和矿化量随培养时间延长而降低,随水稻土肥力水平提高而增加。12周培养期内,红壤水稻土微生物生物量N的一半以上被矿化,其中约1/2的矿化量出现在前4周;不同熟化程度红壤水稻土的累积矿化N量为73.0～127.8mg/kg,平均矿化速率为6.09～10.7mg/(kg·wk)。用双指数方程和一级动力学方程可以很好地模拟红壤水稻土微生物生物量N和总N的矿化过程。微生物生物量N和总N的矿化过程均可分为快速和缓慢2个阶段,培养的前8周是快速矿化阶段。2个模拟方程参数的比较表明,微生物生物量N矿化量占总N矿化量的比例为10.8%～49.5%,其矿化潜力大,持续矿化时间长,对保证土壤N素的持续供应有积极作用。     

不同菜地土壤硝化与反硝化活性

硝化作用和反硝化作用是氮素气态损失的主要途径,在实验室培养条件下,研究了3种菜地土壤之间硝化反硝化活性的差异,反硝化作用利用乙炔抑制培养法对其进行测定。结果表明,培养33d后红泥土、灰沙土和灰泥土的氮素硝化率均很高,分别为96．1％、88.3％和70．4％,其中红泥土与灰泥土的硝化率差异达到了极显著水平（P〈0．01）,而灰沙土与红泥土、灰泥土之间的差异不显著（P〉0．05）。pH值最高和最低的菜地土壤其硝化率分别表现出最高和最低,值得注意的是,在pI-14．61条件下灰泥土的硝化率可达70．4％。氮肥的施用显著或极显著增加了3种土壤硝化过程的N2O排放量,占施氮量的0．59％-0．70％。3种菜地土壤之间氮肥的反硝化活性表现为灰泥土〉红泥土〉灰沙土,其差异也极显著（P〈0．01）,氮肥的反硝化损失量占施氮量的-0．02％-0．20％。土壤硝化和反硝化氮素损失累积量随时间t的变化均符合修正的Elovich方程：y=bln（t）＋a。     

长期施用化肥和秸秆对水稻土碳氮矿化的影响

以长期定位试验的土壤为供试材料,通过室内培养试验,研究了长期施用化肥和秸秆对水稻土?C、N矿化和微生物生物量的影响。结果表明长期施用化肥和秸秆增加了土壤?C?矿化量,但降低了可矿化?C?在土壤有机?C?中的比例。长期施用化肥能够增加土壤?N?矿化量,而且增加了可矿化?N?在土壤全?N?中的比例,但配施秸秆不能继续增加?N?矿化量。长期施用化肥和秸秆能够显著增加土壤微生物生物量?C、N?含量,但微生物量在土壤中的比例变化不大。     

Nitrification activities and N mineralization in paddy soils are insensitive to oxygen concentration

Oxygen concentration is considered to be the most important factor influencing nitrification and mineralization rates in agricultural soils. However, the sensitivities of nitrification and N mineralization in paddy soils to oxygen concentrations are not well known. We examined nitrification activities and N mineralization rates of six paddy soils with pH ranging from 5.23 to 7.83 and incubated at 25°C and 60% water-holding capacity in laboratory after ammonium was added at concentrations of 10, 30 and 50?mg?N?kg^?1 of soil and the headspace gases were replaced with stock gases whose oxygen concentrations were 20%, 10% and 2%, respectively. The tested paddy soils had a very wide range of nitrification activities so that the nitrate ratio in inorganic N varied from >?95% after 1 day incubation to?相似文献   

土地利用方式对湿润亚热带土壤硝化作用的影响

在土壤最大持水量60%和30℃条件下对采自江西的自然土壤(森林和灌丛)和农业利用土壤(稻田、旱地和茶园)进行了实验室培养,研究土地利用对硝化作用的影响。结果表明,由于土壤呈酸性(pH4.2～6.3,平均为4.9),供试土壤的硝化作用很弱甚至缺失。当无外加铵态氮时,土壤的硝化速率与有机氮矿化速率呈显著的线性关系(p<0.01),而与土壤pH无关;当外加铵态氮使基质饱和时,硝化速率与土壤pH显著相关(p<0.01)。农业利用显著提高土壤的硝化作用能力,绝大部分自然土壤(78%)的净硝化速率小于净矿化速率,无机氮以铵态氮为主,而绝大部分农业利用土壤(74%)的净硝化速率大于净矿化速率。农业利用通过提高土壤pH、氮肥施用刺激硝化作用及改善土壤磷素供应状况等途径促进土壤的硝化作用。农业利用土壤硝化作用能力的提高增加了氮肥以硝态氮形态淋失的风险。     

苏打盐碱化稻田土壤氮素矿化和硝化特征及其影响因子

  【目的】  为探明土壤盐碱化对氮素转化的影响,研究了不同盐碱化条件下氮素的矿化和硝化特征以及这些特征与土壤盐分、养分含量的关系,为盐碱化土壤养分的科学管理提供理论依据和数据支撑。  【方法】  随机采集了30个不同盐碱化程度的稻田土壤 (0—20 cm)样品,根据盐碱化程度将采集的土壤样品划分为轻度(含盐量0.1%～0.3%,碱化度5%～15%)、中度(含盐量0.3%～0.5%,碱化度15%～30%)和重度(含盐量0.5%～0.7%,碱化度30%～45%)盐碱土3类,每个类别中依据最小归类样品数选取盐碱化程度接近的3个土样作为3次重复,进行氮素矿化和硝化室内培养试验(25℃,24 h光照)。于培养的第0、3、6、9、15、21天取样测定土壤铵态氮、硝态氮含量及脲酶和碱性蛋白酶活性。通过相关性分析研究土壤各指标与氮素矿化、硝化过程间的相关关系,采用逐步回归分析筛选影响氮素矿化和硝化过程的主要因子。  【结果】  随着土壤盐碱化程度的加剧,氮素矿化和硝化作用显著下降(P<0.05)。与轻度盐碱土相比,中度和重度盐碱土的氮素最大净矿化速率分别低12.7%和29.8%,累积矿化氮量分别低15.7%和25.2%,最大净硝化速率分别低15.4%和23.1%,累积硝化氮量分别低15.4%和23.1%,最大脲酶活性分别低16.0%和34.8%,最大碱性蛋白酶活性分别低6.0%和15.6%。逐步回归分析表明,土壤电导率(EC)、pH、CO₃2–、Na+、全氮和有机质是影响土壤氮素矿化作用的主要因子,EC、pH、CO₃2–、Na+和有机质是影响土壤氮素硝化作用的主要因子。  【结论】  随着土壤盐碱化程度的增加,土壤氮素净矿化速率、净硝化速率、累积矿化氮量、累积硝化氮量、脲酶和碱性蛋白酶活性不断下降,土壤盐碱化显著抑制了氮素的矿化和硝化作用。     

林地改为茶园对土壤净硝化速率及N2O排放的影响

以我国江南茶区(安徽、浙江)和华南茶区(福建)典型茶园土壤及各自相邻的林地土壤为研究对象,在25oC和60%田间持水量条件下,通过28 d的室内培养试验,研究了林地改为茶园后对土壤净硝化速率及N_2O排放规律的影响。结果表明:安徽地区林地改种茶园显著抑制了净硝化速率;与安徽地区的林地和茶园土壤相比,浙江和福建地区林地和茶园土壤净硝化速率很低(N,0.2 mg/(kg·d)),且林地改为茶园后对土壤净硝化速率没有显著影响。安徽地区植茶年限超过10 a的茶园土壤N_2O累积排放量均显著低于邻近的林地土壤,而植茶年限为10 a的茶园土壤与邻近的林地土壤差异不显著。浙江和福建茶园土壤N_2O累积排放量均高于各自对照的林地土壤。安徽地区土壤的N_2O累积排放量与p H呈显著的正相关关系,这表明林地改为茶园后,随着植茶年限的增加和氮肥的施用,p H降低抑制了净硝化速率,进而降低N_2O排放。     

添加葡萄糖对不同肥力黑土氮素转化的影响

氮是作物生长必需的大量营养元素,增施化学氮肥,是农业生产采取的主要增产措施之一。我国的氮肥消费量已占世界总消费量的约30%,但我国农业中氮素的生产效率趋于下降,而带来的农业环境污染则趋于加重。提高氮素利用率,降低其对环境的负面影响,在保障粮食安全的同时兼顾生     

Nitrogen mineralization and nitrifier activity in limed and urea‐treated soils

Abstract

The effect of liming on mineralization and soil nitrifier activity (NA) was investigated with Brookston clay (pH 5.7) and Haldimand clay (pH 4.7). Liming increased the rate of mineralization in both soils but at a rate about 4‐times greater in Haldimand clay than Brookston clay. A significant increase in N mineralization due to liming occurred in both soils only when pH was raised above 6.0. The rate of mineralization was greater than nitrification in the Haldimand soil resulting in NH₄ ⁺ accumulation. Nitrifier activity increased with liming of Brookston clay, but decreased in Haldimand clay after 15 days of incubation. There was a significant increase in nitrifier activity due to liming from 15 to 60 days in Haldimand clay. After 60 days nitrifier activity in limed treatments increased by five times over the unlimed control.

The nitrification of urea powder (1000 mg N.kg^‐1) mixed into the soil was also studied in several soils incubated at 15°C for 28 days. There was evidence up to 14 days that nitrification of urea was correlated with initial nitrifier activity. Between 14 and 28 days, other factors such as soil pH and possible ammonia toxicity in coarser textured soils as well as nitrifier activity were important. Accumulation of nitrite occurred mainly in soils with a pH above 7.0 up to 28 days especially where nitrifier population enrichment was not done.     

安太堡煤矿区不同复垦年限和复垦模式土壤氮矿化及硝化特征

为揭示煤矿复垦区土壤氮素内循环中的矿化及硝化特征,探索不同复垦模式与不同复垦年限下复垦土壤的氮素转化效率,采集山西安太堡露天煤矿中复垦3年、9年、21年苜蓿地及3年荞麦地表层（0~20 cm）土壤,并以3年自然恢复和未复垦新排土为对照,采用间歇淋洗好气培养法与恒温培养法研究各采样地土壤矿化与硝化过程,利用一级反应动力学模型与Logistic方程对有机氮素的矿化与硝化数据进行拟合。结果表明,3年苜蓿地的矿化速率最高,21年苜蓿地的矿化速率最低,且土壤氮素快速矿化主要在培养前7 d,之后逐渐平缓,并在28 d趋于稳定。经一级动力学方程拟合可知,氮矿化势（N_o）的变化范围为89.28~124.51 mg·kg^-1,21年苜蓿地 > 3年自然恢复地 > 3年苜蓿地 > 3年荞麦地 > 未复垦新排土 > 9年苜蓿地;矿化速率常数（k）的变化范围为0.022 6~0.051 9,3年苜蓿地 > 9年苜蓿地 > 未复垦新排土 > 3年自然恢复地 > 3年荞麦地 > 21年苜蓿地。氮矿化势与土壤有机质含量显著正相关（r=0.91）。复垦区各土壤随培养时间的延长硝态氮含量大致为"S"型曲线且可分为3个阶段：前期阶段（0~5 d）-上升阶段（5~14 d）-稳定阶段（14~28 d）;Logistic方程拟合结果显示：复垦年限显著影响硝化高峰出现的时间（不同复垦年限苜蓿地最大相差6.85 d）,21年苜蓿地硝化过程剧烈而短促,3年自然恢复地的硝化过程缓慢而漫长;耕地较草地有更大的硝化速率与更长的硝化时间。长期的种植苜蓿复垦显著提高了土壤的氮库容量,矿化过程更为平稳。     

液体培养研究不同土壤中硝化活性

A red soil, a fluvo-aquic soil and a permeable paddy soil were used in a long-term investigation to study changes in nitrification with treatments: 1) soil incubation, 2) liquid incubation inoculated with soil samples, and 3) liquid incubation inoculated with ammonia-oxidizing bacteria (AOB) from the soils. There were significant differences (P < 0.001) in nitrification rates among the three soils when measured for 28 days by adding (NH4)2SO4 at the rate of 154 mg N kg-1 dry soil to fresh soil. However, the amounts of nitrifying bacteria in the three soils were not related to soil nitrification capacity. When the soil samples or the isolates of AOB enriched from the corresponding soil were incubated in liquid with pH 5.8, 7.0 and 8.0 buffers and 10 mmol L-1 ammonium nitrogen, there were no significant nitrification differences in the same soil type at each pH. The ability to oxidize ammonia through AOB from different types of soils in a homogeneous culture medium was similar, and the soil nitrification capacity could reflect the inherent properties of a soil. Altering the culture medium pH of individual soil type also showed that acidification of an alkaline fluvo-aquic soil decreased nitrification capacity, whereas alkalinization of the acidic red soil and permeable paddy soil increased their nitrification. For a better insight into factors influencing soil nitrification processes, soil properties including texture and clay composition should be considered.