硝化抑制剂对毛竹林土壤N_2O排放和氨氧化微生物的影响

为了探索硝化抑制剂在毛竹生产中的施用技术,通过培养试验研究3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)两种硝化抑制剂对毛竹林施用尿素后土壤N2O排放、氮素转化和相关氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)群落结构和丰度的影响。试验设(1)对照(CK)、(2)单施尿素(Urea)、(3)尿素+1%DMPP(DMPP占总N的1%,下同);(4)尿素+1.5%DMPP;(5)尿素+10%DCD;(6)尿素+15%DCD等6个处理,测定N2O的排放动态以及气体排放转折点时的土壤特征指标。结果表明:与单施尿素相比,160 d的时间内两种DMPP用量处理的土壤N2O累积排放减排幅度均为54%,而10%DCD和15%DCD处理的土壤分别减少28%和41%。DMPP和DCD处理50 d和90 d时土壤的NH4+-N含量均显著高于(p0.05)单施尿素处理,而NO3--N含量和表观硝化率则恰好相反,但两种抑制剂间无差异。DMPP处理的AOB群落结构的变化从10 d开始显现,至50 d和90 d时仍保持明显的抑制状态,而DCD处理则至90 d时抑制作用基本消失。单施尿素AOB功能基因(amo A)的丰度均显著高于硝化抑制剂处理(90 d时尿素+10%DCD处理除外);在整个培养期内,尿素和对照土壤的AOA群落结构相似,硝化抑制剂反而增加了AOA功能基因的丰度,表明硝化抑制剂对AOA丰度无明显抑制作用。即两种硝化抑制剂主要通过抑制AOB起作用;调节土壤p H至中性范围,并在1%DMPP施用条件下,硝化抑制剂的抑制效果最显著。     

脲酶/硝化抑制剂对沿淮平原水稻产量、氮肥利用率及稻田氮素的影响

添加氮素抑制剂是提高水稻氮肥利用率的有效途径之一。采用大田试验,探讨了氮素抑制剂(脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)及其组合)对沿淮平原水稻产量、氮肥利用率及稻田氮素的影响,旨在为优化沿淮稻田生态系统氮素养分管理,减少氮素损失提供科学依据。以"常糯1号"为供试材料,于2018年6—10月在安徽省怀远县(沿淮平原典型水稻种植区)进行试验。试验设5个处理:不施氮肥(CK);尿素(U);尿素+硝化抑制剂(U+DMPP);尿素+脲酶抑制剂(U+NBPT);尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(U+NBPT+DMPP)。结果表明:尿素配施NBPT或者DMPP均有利于提高水稻产量、植株吸氮量和氮素利用效率,NBPT效果优于DMPP,NBPT和DMPP联合施用表现出协同增效作用。尿素配施抑制剂的3个处理U+NBPT、U+DMPP和U+NBPT+DMPP较单独施用尿素U处理的产量分别增加6.8%,4.3%,8.6%,植物吸氮量分别增加9.6%,6.5%,12.2%,与U处理之间差异达显著水平(P0.05)。尿素单独配施NBPT或者NBPT+DMPP组合均显著提高了氮肥吸收利用率(NRE)、氮肥农学利用率(NAE)、氮素吸收效率(NUP)和氮肥偏生产力(NPFP)(P0.05),而尿素单独配施DMPP也有不同程度的提高,但差异未达到显著水平(P0.05)。另外,尿素单独配施DMPP或者DMPP+NBPT组合均显著提高了水稻成熟期土壤铵态氮(NH_4~+-N)和微生物量氮(SMBN)的含量,降低了硝态氮(NO_3~--N)的含量,提高了土壤中铵/硝比,而尿素单独配施NBPT对水稻成熟期土壤NH_4~+-N、NO_3~--N和SMBN无显著影响。总体认为,在沿淮平原稻作种植体系中,尿素配施NBPT或者DMPP可以有效地增加水稻产量,促进水稻对氮素的吸收利用,提高氮素利用效率,NBPT和DMPP联合施用效果最理想。     

水稻生育期内红壤稻田氨氧化微生物数量和硝化势的变化

利用荧光定量PCR(Real-timePCR)技术,通过特异引物检测amoA基因拷贝数分析了水稻不同生育期红壤稻田土壤中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量变化,并测定了土壤潜在硝化势。结果显示:红壤稻田土壤中AOA数量显著高于AOB,二者比例在1.6～120.7之间;红壤稻田根层土中AOA数量显著高于表土,随水稻生长根层和表土中AOA数量均逐渐增加,且根层土中增加幅度更大;在水稻生长前期表土中AOB数量较多,孕穗期后根层土中AOB数量显著增加且高于表土。水稻生长期内土壤潜在硝化势也具有逐渐增加趋势,且根层土潜在硝化势增加幅度更大。根层土中潜在硝化势与AOB和AOA数量均呈显著正相关,而表土中潜在硝化势只与AOA数量存在显著正相关。研究表明,红壤稻田土壤中AOA数量更为丰富,且与硝化作用的关联程度更为密切,证实了氨氧化微生物在红壤稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田氨挥发的影响

采用密闭室间歇通气法和15N标记技术研究了尿素施入稻田后氨挥发损失特征以及脲酶抑制剂(N-丁基硫代磷酰三胺,NBPT)和硝化抑制剂(3, 4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)对稻田氨挥发损失的影响。结果表明,稻田施用尿素后第4天氨挥发速率达到峰值,氨挥发损失主要发生在施肥后21天内。与单施尿素处理相比,添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%,累积氨挥发损失量降低21.65%;NBPT与DMPP配施时,氨挥发速率峰值降低12.95%,累积氨挥发损失量降低13.58%;而添加DMPP时,氨挥发速率峰值增加23.61%,累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。相关性分析表明,地表水中铵态氮浓度和pH值与氨挥发速率均达极显著正相关,说明二者是影响氨挥发速率的主要因素,而气温、 地温和水温与氨挥发速率的相关性不显著。与单施尿素相比,添加脲酶抑制剂可显著增加稻谷产量。脲酶抑制剂与硝化抑制剂配合施用可更有效地提高氮肥的回收率。综合降低氨挥发、 提高水稻产量及地上部氮肥回收率的效果,添加脲酶抑制剂以及脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施的两个处理效果较为理想,硝化抑制剂不宜单独添加。     

硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

【目的】硝化微生物在农田土壤氮转化过程发挥重要作用，深入开展团聚体中硝化微生物分布研究，有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。【方法】选取旱地黄棕壤为研究对象，比较了玉米连作（M-M）和玉米/花生轮作（M-P）两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势（NP）的变化，并通过荧光定量PCR和高通量测序研究了团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。【结果】与M-M相比，M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳（TC）含量。M-P使NP显著提高，但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌（AOB）amoA基因丰度在M-P中高于M-M，且在较小粒级团聚体中分布更多，而氨氧化古菌（AOA）和全程氨氧化细菌（Comammox）amoA基因的分布模式与AOB大致相反，表明AOB更能适应较小团聚体环境，而AOA和Comammox倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外，与M-M相较，M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小，表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析，结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和Candidatus Nitrosocosmicus属AOA的占比，降低了Nitrospira属NOB的占比，对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOB amoA基因丰度显著正相关，与AOA amoA基因丰度负相关。但在群落组成上，Nitrosospira属AOB，Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。【结论】土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布，然而，不同硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异，该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。     

长期偏施氮肥对桑园土壤氨氧化微生物的影响

氮肥能够影响土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度和种群结构。利用实时荧光定量PCR(RT-PCR)和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究不同氮肥施用年限(4年,4Y;17年,17Y;32年,32Y;0年,0Y)桑园土壤氨氧化微生物丰度及种群结构变化。结果发现,长期施用氮肥导致桑园土壤酸化,与4Y土壤相比,32Y土壤p H降低0.88。4Y处理土壤AOB amoA基因的拷贝数最高,而在32Y土壤中AOA amoA基因拷贝数最高。各处理AOB amoA基因拷贝数为每克干土6.46×10~5～8.32×10~7,明显高于AOA amoA基因拷贝数每克干土1.70×10~4～1.20×10~5。AOB种群丰度与潜在硝化速率(PNR)呈显著正相关,而AOA种群丰度与土壤pH和PNR的相关性不显著,表明AOB在硝化作用中发挥更为重要的作用。DGGE条带分析表明,氮肥施用年限对AOB种群结构影响较大,而对AOA种群结构影响较小。结果表明,桑园中AOB种群在氮循环中占主导地位,并且长期施用氮肥对桑园土壤AOB丰度和种群结构影响较大,而对AOA影响最小。     

三种硝化抑制剂抑制土壤硝化作用比较及用量研究

【目的】硝化抑制剂是调控土壤氮素转化与硝化作用微生物群落结构的有效途径。本文通过室内模拟试验对3种硝化抑制剂在不同剂量下的硝化抑制效果进行研究,旨在筛选出效果最佳的剂型与剂量,为石灰性土壤硝化抑制剂的合理应用提供依据。 【方法】培养试验在生长箱内进行,25℃黑暗条件培养;盆栽试验在温室内进行。供试硝化抑制剂为双氰胺（DCD）、3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）和2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin）,DCD和DMPP用量均设定为纯氮（N）量的0（CK）、1.0%、2.0%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、6.0%和7.0%;Nitrapyrin用量分别为纯氮量的0、0.1%、0.125%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%和0.5%,三种硝化抑制剂均设10个水平,每个水平3次重复。盆栽试验氮加入量为每公斤风干土0.50 g,三种硝化抑制剂用量分别为纯氮用量的5%、1%、0.648%。调查比较了三者的硝化抑制效果及对土壤氮素转化的影响及其对小青菜鲜重的生物学效应;采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）法分析了不同硝化抑制剂对土壤AOA、AOB群落结构的影响。 【结果】DCD、DMPP、Nitrapyrin均可显著抑制土壤硝化作用（P＜0.05）,各硝化抑制剂处理土壤的NH₄+-N含量分别较对照提高了46.2~256.1 mg/kg、291.8~376.7 mg/kg、3.68~372.9 mg/kg。DCD与DMPP处理的硝化抑制率分别为49.3%~79.4%和96.4%~99.4%,DCD表现出明显的剂量效应,但DMPP在1%~7%浓度范围内的剂量效应不明显。Nitrapyrin在0.1%~0.2%浓度范围内有明显的剂量效应。0.25%~0.5% Nitrapyrin的硝化抑制率为98.9%~99.9%,其硝化抑制效果与DMPP处理相同。DCD、DMPP、Nitrapyrin处理的小青菜地上部分鲜重分别比氮肥处理（ASN）提高了12.7%、11.1%、17.6%。施用硝化抑制剂可改变土壤AOA和AOB群落结构,且对AOA群落结构的影响大于AOB,不同硝化抑制剂之间对AOA和AOB群落结构的影响无差异。 【结论】3种硝化抑制剂的硝化抑制效果表现为Nitrapyrin≥DMPP>DCD,均对AOA与AOB群落结构产生明显影响。各硝化抑制剂处理均可提高小青菜地上部鲜重、叶片Vc含量及可显著提高小青菜叶片氨基酸含量（P＜0.05）。综合比较,Nitrapyrin硝化抑制效果好于DMPP,DCD效果最差,推荐用量为基于纯氮0.25%的Nitrapyrin添加量。     

水氮耦合对设施农田土壤自养和异养硝化作用的影响

水氮措施影响设施土壤氮素的转化及硝化微生物活性,但水氮耦合对设施土壤自养和异养硝化作用差异的影响尚不明确。以连续8年设施水氮耦合田间定位试验土壤为研究对象,控制不同土壤田间持水量(WHC)(40%WHC、60%WHC和80% WHC)进行室内微宇宙培养试验,通过添加乙炔抑制剂抑制自养硝化途径,研究水氮耦合对设施土壤自养和异养硝化速率及参与自养硝化的氨氧化微生物的影响,分析氨氧化微生物氨氧化古细菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)对自养硝化作用的贡献。结果表明,水氮耦合下,不同硝化途径NH4+-N、NO^3--N含量以及参与自养硝化的AOA amoA和AOB amoA基因拷贝数均有显著差异。无乙炔培养7 d后,NO^3--N含量显著增加,而NH4+-N含量显著降低,AOA amoA和AOB amoA的基因丰度显著增加。添加乙炔后,NO^3--N、NH4+-N含量基本保持恒定,AOA amoA和AOB amoA基因丰度显著减少。水氮耦合显著影响自养和异养硝化速率,冗余分析(RDA)表明,NH4+-N含量、AOB amoA、NO^3--N-C2H2、AOA amoA可分别解释自养和异养硝化速率变异的68.9%、34.9%、32.8%和24.4%。设施土壤存在自养硝化和异养硝化两种途径,60%～80%WHC各施氮处理均以自养硝化为主,占总硝化速率的65%～86%;仅40%WHC下,氮纯养分量300和525 kg·hm-2处理以异养硝化为主,占总硝化速率的61%～77%。AOB和AOA共同驱动自养硝化,且AOB贡献更大。     

青藏高原三种典型生境中硝化微生物分布和群落结构

以青藏高原3种典型生境(荒漠草地、湿地和盐碱地)为研究对象，通过amoA功能基因qPCR和16SrRNA基因扩增子测序，研究了其氨氧化古菌(ammonia-oxidizingarchaea,AOA)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和完全硝化细菌(complete ammonia oxidizer,CMX)的分布与群落结构特征。qPCR结果表明，荒漠草地和盐碱地中3种氨氧化微生物，其丰度顺序为AOA>CMX>AOB，而在湿地中则为CMX≥AOA>AOB。各生境中AOA主要类群为土壤类群(即group 1.1b)，且其中约半数属于Nitrosocosmicus属分支，该分支在北极冻土中也有分布。荒漠草地和湿地中AOB主要为亚硝化螺菌属(Nitrosospira spp.,71.21%～100%)，而盐碱地主要为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas spp.,75.51%～88.71%)。3种生境中NOB主要类群均为硝化螺菌属(Nitrospira ...     

硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响

【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验 (25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1) 不施肥 (CK);2) 单施尿素 (Urea);3) 尿素 + 双氰胺 (Urea + DCD);4) 尿素 + 3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (Urea + DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N₂O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N₂O排放量,其中85%的N₂O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea + DMPP处理土壤NH₄+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N₂O减排率为78.3%,Urea + DCD处理为21.6%。Urea + DMPP处理排放系数为0.05%,Urea + DCD为0.18%,Urea + DMPP处理显著低于Urea + DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌 (AOB) 数量显著增加而氨氧化古菌 (AOA) 数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea + DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea + DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirK和nirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N₂O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N₂O排放、提高肥料利用率的作用。     

长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化微生物是氨氧化过程的主要驱动者,氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤对氮循环具有重要作用。本研究以沈阳农业大学棕壤含氯化肥长期定位试验的土壤为研究对象,探讨了连续34年施用高氯和低氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响。【方法】该长期试验在等量氮、磷、钾条件下,设置高氯和低氯处理,共8个处理:T1(不施肥);T2(单施尿素);T3(尿素+氯化钾);T4(尿素+过磷酸钙);T5(尿素+过磷酸钙+氯化钾);T6(尿素+磷酸一铵+氯化钾);T7(尿素+氯磷铵+氯化钾);T8(硝酸磷肥+过磷酸钙+氯化钾),T7为高氯处理。采集0—20cm土壤样品,利用荧光定量PCR技术测定氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度,并结合土壤硝化潜势和基本化学性质,分析长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物丰度的影响及影响氨氧化微生物丰度的主要环境因素。【结果】长期施肥降低了土壤pH值,高氯处理降低得最多,显著低于其他处理;高氯处理的土壤硝化潜势也显著低于其他处理,且除高氯处理外,配施磷肥的处理土壤硝化潜势显著高于不施磷处理。各处理土壤中AOA丰度均显著高于AOB,高氯处理土壤中AOA、AOB丰度均显著低于其他处理,土壤硝化潜势与AOA和AOB均呈显著正相关关系。【结论】连续施用高氯化肥34年显著降低了棕壤AOA和AOB丰度,抑制了硝化潜势。该结果可为通过含氯化肥的合理施用来调节土壤AOA和AOB,进而调控土壤氮素循环提供参考。     

添加NBPT/DMPP/CP的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的施用效应

  【目的】  研究添加脲酶/硝化抑制剂的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的作用效果,为科学合理选择抑制剂提供科学依据。  【方法】  以春玉米为试材,采用东北典型的黑土和褐土进行盆栽试验。供试抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT)、3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、2-氯-6 (三氯甲基)-吡啶 (CP)。试验设不施氮肥 (U0)、施普通尿素 (U),和在尿素中添加NBPT、DMPP、CP、NBPT+DMPP、NBPT+CP、DMPP+CP,共8个处理。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期取样,测定土壤尿素态氮、NH₄+-N和NO₃–-N含量,计算硝化抑制率,玉米抽雄吐丝后测定棒三叶叶面积和叶绿素含量,收获后测定玉米生物量、氮素含量等指标。  【结果】  1) 与普通尿素 (U) 相比,黑土上添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理玉米苗期土壤中NH₄+-N含量分别提高1.32、0.96倍,NO₃–-N含量分别降低1.35、1.04倍,玉米叶面积增加,叶片叶绿素含量增高。褐土中,添加DMPP+CP处理在玉米苗期土壤NH₄+-N含量提高3.09倍,NO₃–-N含量降低1.49倍,玉米叶绿素含量提高1.61倍,显著高于对照和单一抑制剂处理。2) 在黑土中,与普通尿素相比,添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理的玉米籽粒产量分别增加1.64和2.18倍;氮素表观利用率分别提高3.02和3.34倍,高于其他处理。褐土添加DMPP+CP处理的籽粒产量增加1.41倍,氮素表观利用率提高4.98倍,高于其他处理。  【结论】  在黑土中,尿素配施NBPT+DMPP、NBPT+CP可以有效抑制NH₄+-N向NO₃–-N的转化,增加玉米氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而获得较高的产量,是黑土栽培玉米施用氮肥的最佳选择。褐土中,DMPP+CP的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,有效抑制铵态氮的硝化作用,减少氮素损失,增加玉米氮素吸收量,从而使玉米高产,因此,添加DMPP+CP是制备褐土玉米专用高效稳定性尿素的最好选择。     

紫云英与稻秸还田对稻田土壤硝化潜势的影响

  【目的】  种植利用绿肥和稻秸还田是水稻土培肥的重要措施。硝化作用是氮循环中的关键过程,我们研究了绿肥与稻秸还田对土壤硝化作用的影响,以明确紫云英–稻秸联合还田下的稻田硝化作用机制。  【方法】  水稻盆栽试验共设8个处理,分别为:对照(CK)、单独紫云英(MV)、单独稻秸(RS)、紫云英+稻秸(MV+RS)、单施氮肥(N)、紫云英+氮肥(MV+N)、稻秸+氮肥(RS+N)、紫云英+稻秸+氮肥(MV+RS+N)。研究了在不施氮和施氮条件下,紫云英、稻秸不同利用方式对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献。  【结果】  MV+RS+N处理提高了土壤全氮和有机质含量,降低了碱性水稻土的pH。在早稻分蘖期,MV+RS+N处理显著提高了土壤中铵态氮和硝态氮含量。早稻移栽前,MV+RS 处理显著增加了土壤硝化潜势(NP), 而MV处理相较CK降低了NP。早稻分蘖期,氮肥添加显著提高了NP。早稻拔节期和晚稻收获期,RS和MV+RS处理均降低了NP。早稻移栽前,MV+RS处理同时降低了土壤恢复硝化强度(RNP),以及AOA和AOB在恢复硝化强度中的贡献(RNP_AOA和RNP_AOB),并降低了RNP_AOB在RNP中的占比。早稻分蘖期,CK和N处理,MV+N处理提高了RNP_AOB,而在早稻拔节期,MV+RS+N处理相比MV+RS处理提高了土壤RNP及RNP_AOB。早稻收获期,MV、RS及MV+RS处理均降低了稻田土壤RNP。在不同生育期中,早稻分蘖期的NP与硝态氮含量显著正相关,其他时期相关不显著。土壤NP与土壤 pH 和硝态氮含量呈显著正相关,与土壤微生物量碳 (SMBC) 和土壤微生物量氮 (SMBN) 含量呈显著负相关。RNP_AOA与土壤pH和铵态氮含量呈显著正相关。  【结论】  紫云英–稻秸联合还田降低了碱性水稻土pH,并在水稻生育早期显著提高而在生育后期显著降低了土壤硝化潜势。硝化潜势与土壤pH和硝态氮含量呈显著正相关。早稻分蘖期和早稻拔节期以RNP_AOB占主导,紫云英–稻秸联合利用较CK降低了RNP_AOB;早稻和晚稻收获期则以RNP_AOA占主导,紫云英–稻秸联合还田相较于单独还田提高了RNP_AOA。     

减氮配施抑制剂及鸡粪提高尿素氮在稻田土壤中的转化及利用

  【目的】  探究氮肥减量配施氮肥抑制剂和鸡粪的情况下土壤及肥料氮素供应和利用状况,及其对土壤肥力和水稻产量的影响,为我国东北地区水稻生产中提高氮肥利用效率、实现节肥增效提供理论基础。  【方法】  采用15N同位素示踪技术,盆栽试验设不施氮肥处理 (CK)、常规氮肥 (15N示踪尿素) 处理 (N)、80%尿素氮+20%鸡粪氮处理 (NM)、80%尿素氮+抑制剂处理 (NI)、80%尿素氮+抑制剂+20%鸡粪氮处理 (NIM)。测定不同生长时期来自于土壤及肥料中的铵态氮、微生物量氮含量及植株含氮量,收获时测定水稻产量。  【结果】  1) NI处理在土壤及肥料来源的铵态氮供应能力方面与N处理相当,抑制剂添加对氮肥减施有一定的补偿作用。在分蘖期和灌浆期,NM处理供氮能力优于无机氮肥处理。NIM处理在铵态氮和硝态氮供应能力方面效果最好。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期和灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了19.2%、66.3%和36.5%,硝态氮含量分别提高了13.9%、12.7%和17.3%,15NH₄+-N含量在分蘖期增加了14.59 mg/kg。2) 无机氮肥处理 (N、NI) 对土壤微生物量碳含量无显著影响,但添加鸡粪处理 (NM、NIM) 显著提高了返青期和灌浆期土壤微生物量氮含量 (P < 0.05)。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期、灌浆期和成熟期土壤微生物量碳含量分别提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%,微生物量氮含量分别提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%,15N-微生物量氮含量在分蘖期增加了约22.56 mg/kg。3) 抑制剂及鸡粪添加均提高了水稻产量和生物量,NIM处理的水稻生物量、产量和吸氮量较N处理分别提高了83.59%、124.18%和46.66% (P < 0.05),土壤中肥料氮的残留量显著增加了56.48%,肥料氮的损失减少了约78.7%。NIM处理的氮素吸收利用率、氮肥农学效率等显著高于其他处理,抑制剂与鸡粪在提高肥料氮素利用率方面存在显著交互作用。  【结论】  在我国北方棕壤水稻土上,在尿素中添加抑制剂 (1%PPD+1%NBPT+2%DMPP) 或者用鸡粪替代20%的尿素均能改善土壤氮素供应,氮肥减量20%配施抑制剂和鸡粪不仅不会减产,还会在提高水稻产量的同时提高肥料利用率。从肥料氮释放及水稻吸收利用的角度综合考量,减少20%尿素投入,添加氮肥抑制剂,以及添加氮肥抑制剂的同时,用鸡粪替代20%的尿素的效果较好。     

双季稻田添加脲酶抑制剂NBPT氮肥的最高减量潜力研究

【目的】添加脲酶抑制剂（Urease inhibitor, UI）是提高肥料利用率的有效途径,在尿素（Urea,U）中添加1%的脲酶抑制剂NBPT（N-丁基硫代磷酰三胺）是目前研究使用证明效果最可靠的添加比例。针对当前稻田氮肥施用水平过高的问题,本文采用田间小区试验研究了目前脲酶抑制剂添加比例下稻田氮肥的减施潜力以及脲酶抑制剂的节肥增效机理。【方法】本试验在我国长江中下游的双季稻田进行,脲酶抑制剂用量NBPT为尿素用量的1%。尿素用量设五个水平为N 90、 112.5、 135、 157.5 和180 kg/hm2,分别依次记为U1、 U2、 U3、 U4和U5, 7个处理为CK（不施氮肥）、 U1+UI、 U2+UI、 U3+UI、 U4+UI、 U5+UI、 U5（U5为传统施氮量, N 180 kg/hm2为农民习惯施氮量）,三次重复。U1~U5处理施氮量分别是在农民习惯施氮量的基础上降低50%、 37.5%、 25%、 12.5%、 0%。通过取样分析水稻分蘖期和孕穗期各处理对土壤脲酶活性、 硝酸还原酶活性、 土壤铵态氮含量、 硝态氮含量以及微生物量碳、 氮的含量,研究NBPT对水稻两个主要生育期土壤氮素供应的影响,比较各处理的产量以及氮肥利用率来得出氮肥的减施潜力,在此基础上通过逐步回归分析研究以上各指标对产量的影响,探明脲酶抑制剂（NBPT）在双季稻田的增效机理。【结果】 1) 在双季稻田,添加NBPT后,施氮量为N 135 kg/hm2的籽粒产量达到最高。与传统施氮（单施尿素N 180 kg/hm2）处理相比,早、 晚稻可分别增产8.54%和12.87%,氮肥当季利用率分别提高6.78%和9.46%,可节约氮肥25%; 2)与传统施氮相比,添加NBPT显著降低了水稻分蘖期的土壤脲酶活性和铵态氮含量,显著提高了孕穗期的铵态氮含量,而对此时期的脲酶活性无显著影响,NBPT对两个时期的硝酸还原酶活性、 硝态氮含量及微生物量碳、 氮含量均无明显影响,可见基施的NBPT主要是降低尿素水解速率方面效果显著,并且NBPT具有时效性,其主要是在水稻孕穗期之前起作用,在生态上较为安全; 3) 从各项土壤指标与水稻产量相关性的逐步回归分析结果来看,水稻分蘖期与孕穗期稻田土壤中铵态氮含量对水稻产量影响显著,而且孕穗期的影响大于分蘖期,其余指标则对产量无明显影响。【结论】由于脲酶抑制剂NBPT减缓了分蘖期尿素的水解作用,提高了孕穗期土壤中的铵态氮含量,为水稻后期生长提供充足的氮肥,在双季稻减肥方面具有显著的效果。在本试验土壤条件下,尿素中添加1% 的NBPT,可在提高产量的同时,将传统施氮肥量减少25%,是适于稻田应用的脲酶抑制剂。     

有机和无机肥配比对黄褐土硝化和反硝化微生物丰度及功能的影响

【目的】 土壤硝化与反硝化作用是氮循环的两个关键环节,本文研究不同比例的有机、无机肥配施对硝化和反硝化进程产生的影响,为高效施肥提供理论基础。 【方法】 在安徽农业大学农翠园试验基地的黄褐土上进行了小麦–玉米轮作田间试验。试验以不施氮肥为对照 (CK),在小麦、玉米总施氮量相同的条件下,设置5个处理,分别为单施无机肥 (T1)、无机肥∶有机肥 = 2∶1 (T2)、无机肥∶有机肥 = 1∶1 (T3)、无机肥∶有机肥 = 1∶2 (T4)、单施有机肥 (T5)。在小麦拔节期,取0—20 cm土壤样品,利用荧光定量PCR技术测定反硝化和氨氧化微生物丰度,并结合反硝化能力、N₂O/(N₂O+N₂) 产物比、土壤呼吸、硝化势和氨氧化细菌 (AOB) 与古菌 (AOA) 对硝化势相对贡献率的测定,分析江淮地区长期有机和无机肥配施对黄褐土硝化、反硝化微生物丰度及其功能的影响。 【结果】 单施无机肥或有机肥处理的硝化势均高于不同配比处理。与添加有机肥相比,增施无机肥会显著增加AOA的丰度和硝化贡献率。在反硝化方面,反硝化能力和土壤呼吸随着有机肥投入量的增加而增加,单施有机肥处理显著高于其它处理。nirS和nosZ型反硝化菌丰度随着有机肥的增加而增加,而nirK型反硝化菌丰度呈减少趋势。相关分析表明,反硝化能力与nirS型、nosZ型反硝化菌丰度、有机质和可溶性有机碳含量极显著正相关,与nirK相关性不强。 【结论】 与单施无机肥或有机肥处理相比,有机和无机肥适当配施可降低土壤硝化势,并能调控AOA和AOB在硝化过程中的作用,有效地降低土壤反硝化损失。      

Effects of 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) on the abundance of ammonia oxidizers and denitrifiers in two different intensive vegetable cultivation soils

Purpose

Nitrification and denitrification in the N cycle are affected by various ammonia oxidizers and denitrifying microbes in intensive vegetable cultivation soils, but our current understanding of the effect these microbes have on N₂O emissions is limited. The nitrification inhibitor, 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP), acts by slowing nitrification and is used to improve fertilizer use efficiency and reduce N losses from agricultural systems; however, its effects on nitrifier and denitrifier activities in intensive vegetable cultivation soils are unknown.

Materials and methods

In this study, we measured the impacts of DMPP on N₂O emissions, ammonia oxidizers, and denitrifying microbes in two intensive vegetable cultivation soils: one that had been cultivated for a short term (1 year) and one that had been cultivated over a longer term (29 years). The quantitative PCR technique was used in this study. Three treatments, including control (no fertilizer), urea alone, and urea with DMPP, were included for each soil. The application rates of urea and DMPP were 1800 kg ha^?1 and 0.5% of the urea-N application rate.

Results and discussion

The application of N significantly increased N₂O emissions in both soils. The abundance of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) increased significantly with high rate of N fertilizer application in both soils. Conversely, there was no change in the growth rate of ammonia-oxidizing archaea (AOA) in response to the applied urea despite the presence of larger numbers of AOA in these soils. This suggests AOB may play a greater role than AOA in the nitrification process, and N₂O emission in intensive vegetable cultivation soils. The application of DMPP significantly reduced soil NO₃^?-N content and N₂O emission, and delayed ammonia oxidation. It greatly reduced AOB abundance, but not AOA abundance. Moreover, the presence of DMPP was correlated with a significant decrease in the abundance of nitrite reductase (nirS and nirK) genes.

Conclusions

Long-term intensive vegetable cultivation with heavy N fertilization altered AOB and nirS abundance. In vegetable cultivation soils with high N levels, DMPP can be effective in mitigating N₂O emissions by directly inhibiting both ammonia oxidizing and denitrifying microbes.