稻田转为菜地初始阶段温室气体排放特征

【目的】近年来,随着我国社会经济的快速发展和人们生活水平的提高及膳食结构的改善,越来越多的稻田被转为蔬菜种植,影响了土壤碳氮转化过程及其引起的温室气体排放。因此有必要探究稻田转为蔬菜种植,特别是该土地利用方式转变初始阶段的温室气体（CH₄和N₂O）排放特征及其关键影响因素。【方法】试验选取了长期种植水稻的双季稻田,将其中一部分转为蔬菜种植,另一部分继续种植水稻,每个处理设置了3个重复,按照当地常规模式进行管理。采用静态暗箱—气相色谱法连续3年进行田间原位观测,比较分析稻田和由稻田转变的菜地CH₄和N₂O排放特征及其年际变化差异,明确稻田转为菜地初始阶段CH₄和N₂O排放的关键影响因素。【结果】稻田是重要的CH₄排放源,其第一年的排放强度（183.91 kg CH₄-C·hm^-2?a^-1）明显低于后续两年（241.56—371.50 kg CH₄-C·hm^-2?a^-1）,这主要归功于后两年降雨量的增加引起了土壤水分含量的升高。稻田转为菜地显著减少了CH₄排放,减少量相当于稻田CH₄年累积排放量的83%—100%。菜地第一年的CH₄累积排放量（31.22 kg CH₄-C·hm^-2）显著高于第二年（0.45 kg CH₄-C·hm^-2）和第三年（0.89 kg CH₄-C·hm^-2）,表明稻田转菜地对CH₄排放的影响具有时间滞后效应。稻田是弱的N₂O排放源（1.35—3.49 kg N₂O-N·hm^-2?a^-1）,其转为菜地显著增强了N₂O排放。菜地第一年的N₂O累积排放量（95.12 kg N₂O-N·hm^-2）显著高于第二年（38.28 kg N₂O-N?hm^-2）和第三年（40.07 kg N₂O-N·hm^-2）。菜地土壤异养呼吸对N₂O排放的影响在第一年明显高于第二、三年,表明稻田转为蔬菜种植的第一年,有机质矿化对N₂O排放有重要贡献。在100年尺度CO₂当量下,稻田转为蔬菜种植第一和第二年的综合增温潜势（GWP）相对于稻田分别显著增加了390%和98%,主要是由于增加的N₂O增温潜势超过了减少的CH₄增温潜势。但是,稻田转为菜地的第三年,菜地的GWP（(16.72±3.25) Mg CO₂-eq·hm^-2）与稻田（(14.84±1.39) Mg CO₂-eq·hm^-2）相比无显著差异,主要是由于减少的CH₄ 增温潜势完全抵消了增加的N₂O增温潜势。这些研究结果表明稻田转菜地对GWP的影响主要集中在该土地利用方式转变的第一年。【结论】稻田转为菜地显著减少了CH₄排放,增加了N₂O排放,增强了菜地第一和第二年的综合增温潜势。有机质矿化过程对新转菜地第一年较高的N₂O排放有重要贡献。这些研究结果表明了评价土地利用方式转变初始阶段温室气体排放特征的重要性,便于及时采取有效管理措施缓解温室气体排放,实现环境友好型农业可持续生产。     

新型尿素对冬小麦产量及氮素吸收利用的影响

为明确新型尿素在冬小麦的应用效果，采用田间试验，研究了普通尿素（Urea）、控失尿素（LC Urea）、海藻酸尿素（H Urea）、聚能网尿素（N Urea）、含锰尿素（Mn Urea）、控失尿素一次施肥（LC Urea 1）、普通尿素+等量锰（Urea+Mn）和不施肥（CK）对冬小麦产量、叶片SPAD、叶片光合生理特性和氮素吸收利用的影响。结果表明，LC Urea和H Urea处理较Urea处理的小麦拔节期叶片SPAD分别显著提高1500%和1300%，灌浆期净光合速率分别显著增加3304%和2076%，气孔导度分别显著提高2609%和2174%，氮素积累量分别显著增加1439%和1236%，氮肥利用率分别提高4575%和3902%。N Urea和Mn Urea处理与Urea处理的产量无显著差异，LC Urea和H Urea处理较Urea处理显著增产1449%和1333%。控失尿素和海藻酸尿素能够有效提高穗数，改善冬小麦光合生理特性，促进氮素吸收利用，提高冬小麦产量和氮肥利用率，可在豫北潮土区推广应用。     

依据显微结构及光合特性探讨蝴蝶兰花芽分化的时期

以蝴蝶兰‘大辣椒’为试验材料，对花芽分化进程及期间光合特性和碳水化合物、可溶性蛋白及激素含量的变化进行研究。结果表明：花芽长度为0、2、4、8、16和24 cm时，分别处于花芽分化初始期、花序原基分化期、花原基分化期、萼片原基分化期和花瓣原基分化期（16和24 cm）。蝴蝶兰叶片的净CO2吸收速率在花芽发育前期（0 ~ 4 cm）没有显著变化，花芽8 cm时显著降低。花芽中的碳水化合物和可溶性蛋白的含量显著高于叶片，碳水化合物在花芽长度为4 cm时达到稳定水平，可溶性蛋白含量在花芽8 cm时达到叶片与花芽的平衡；赤霉素（GA）的含量在花芽2 cm时达到最大值，生长素（IAA）含量在花芽4 cm时显著升高，玉米素（ZT）含量在花芽8 cm时显著降低，而ABA含量在花芽发育的过程中并没有显著变化。由此可知，当蝴蝶兰花芽开始分化萼片原基（8 cm）时，光合生理及生化物质基本达到一个相对稳定的水平，此阶段的蝴蝶兰花芽已彻底完成成花分化。     

温室茄子氮、磷、钾素最大利润施用量研究

为了研究温室茄子氮、磷、钾素最大利润施用量,为茄子合理施肥和安全生产提供参考,在甘肃省张掖市甘州区党寨镇温室内,采用田间小区试验方法,进行了温室茄子氮、磷、钾素最大利润施用量研究。结果表明:随着氮、磷、钾素施用量梯度的增大,茄子产量逐渐增加,边际产量、边际产值和边际利润均呈递减趋势,其中边际利润最终出现负值。根据最大利润施用量计算公式求得茄子氮、磷、钾素最大利润施用量分别为0.62、0.41、0.29 t/hm~2,进而得出最大利润施用量的理论产量分别为95.58、96.04、95.35 t/hm~2。     

无机碳源对零价铁介导的自养脱氮序批式反应器处理高氨氮废水的影响

无机碳源作为自养微生物的能量来源,是影响自养脱氮细菌富集的重要因素。文章通过添加不同量的KHCO3作为ZVI介导的自养脱氮体系中无机碳源,研究反应体系的脱氮效果影响趋势以及适宜的无机碳源添加量。结果如下:1)KHCO3作为无机碳源可以显著提高NH^+4-N去除率,KHCO3添加量越多,其NH^+4-N去除率越高。KHCO3添加量分别为2 g,1 g,0.5 g的SBR反应器R2,R1,R0.5的NH^+4-N去除率分别为98.39%,65.18%,44.56%,相较不添加KHCO3的R0分别提高86.5%,53.29%,32.67%。ZVI的添加会降低KHCO3对NH^+4-N氧化的促进作用。2)KHCO3可明显提高TIN去除效果,促进总氮脱除的高低顺序是R1>R0.5>R2,SBR反应器R2,R1,R0.5的平均TIN去除率分别为19.01%,32.04%,27.62%,相较于空白组R0分别提高了10.60%,23.63%,19.21%。3)KHCO3可中和硝化反应产生的H^+,对反应体系具有缓冲作用,可使微生物处于较适宜的酸碱环境中,更有利于反应器的稳定运行。4)适量的无机碳源KHCO3可以促进氨氧化细菌和厌氧氨氧化细菌的活性。该研究探讨了无机碳源在零价铁脱氮体系中的影响趋势,为铁型脱氮技术提供了理论支撑。     

淡水养殖环境中氨氧化微生物的研究进展

随着水产养殖业的快速发展,养殖水体氮素污染日益突出,硝化微生物在水产养殖环境氮循环中具有重要作用。本文主要综述我国淡水养殖环境中硝化微生物的多样性、作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究进展,并展望今后的研究工作:(1)淡水养殖水域硝化作用和氨氧化微生物的时空分布特征及影响因子;(2)淡水养殖环境氨氧化微生物及其他氮素转化关键微生物的过程与机理;(3)深入研究特定生态系统中如池塘生态系统、氮循环的各个过程,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为完善淡水池塘生态系统氮循环理论、水产养殖环境的氮素污染治理和生态修复提供参考。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤氮素转化的影响

【目的】本研究旨在阐明脲酶抑制剂(urease inhibitor,UI)和硝化抑制剂(nitrification inhibitor,NI)对稻田土壤氮素转化的影响,探讨抑制剂提高稻谷产量以及氮肥利用率的机理。【方法】本试验设在我国南方红壤稻田,共5个处理:1)不施氮肥(CK);2)尿素(U);3)尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4)尿素+硝化抑制剂(U+NI);5)尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI);脲酶抑制剂采用N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂采用3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)。在水稻分蘖期和孕穗期测定土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、土壤铵态氮含量、硝态氮含量以及微生物碳、氮的含量,分析NBPT与DMPP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,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与硝化抑制剂DMPP在稻田的增效机理。【结果】1)与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施均显著提高稻谷产量与地上部氮素回收率,两个处理分别增产6.56%与8.24%,氮素回收率提高幅度为19.4%与23.7%。2)与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施,显著降低水稻分蘖期的土壤脲酶活性和铵态氮含量,显著提高孕穗期的铵态氮含量,而对此时期的脲酶活性无显著影响,所有处理对两个时期的硝态氮含量、硝酸还原酶活性、微生物量碳、氮含量均无显著影响;因此,NBPT对于抑制脲酶活性以及提高铵态氮含量的作用主要在孕穗期之前,而单施DMPP没有显著效应。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显著影响。【结论】脲酶抑制剂NBPT以及NBPT与硝化抑制剂DMPP配施显著提高孕穗期土壤中的铵态氮含量,显著提高稻谷产量以及地上部氮素回收率,证明了生产上氮肥后移的重要意义。     

不同施氮水平下缓释氮肥配施对机插稻氮素利用特征及产量的影响

【目的】在高施氮水平和常规施氮水平下,研究缓释氮肥配施对机插稻氮素利用和产量的影响及其生理机制,为机插稻的氮肥高效利用提供依据。【方法】以中迟熟杂交籼稻川谷优7329为材料,采用二因素裂区设计,设置不同的施氮水平及5种缓释氮肥与常规氮肥(尿素)配施处理,并设置不施氮处理,分析不同施氮水平下缓释氮肥与常规氮肥配施对机插稻氮素利用和产量的影响及其生理机制,并探讨氮素利用和产量与生理响应之间的关系。【结果】结果表明,施氮水平、缓释氮肥与常规氮肥配施对机插稻氮素利用特征及产量均存在显著或极显著的影响,机插稻拔节、抽穗及结实期对氮素的吸收利用以及结实期茎鞘的氮素转运量与干物质量、氮素积累量、氮肥表观利用率、每穗实粒数及最终产量显著或极显著正相关(r=0.38*~0.69**)。与常规氮肥运筹相比,缓释氮肥与常规氮肥配施、全缓释氮肥施用处理的机插稻成熟期干物质积累量、氮素积累总量、光合势、叶面积指数、氮肥表观利用率及穗部氮素增加量均显著提高,进而促进增产。【结论】据产量及氮素利用效率表现,机插稻产量在180 kg/hm2施氮水平下较高,且在缓释氮肥与常规氮肥配施比例为7∶3一次性施用时产量最高,较其他氮肥运筹产量高0.84%~26.59%,氮肥表观利用率高0.28%~47.02%,为最优氮肥运筹模式。但不同施氮水平下,随着缓释氮肥配施比例的降低,群体叶面积指数、光合势及物质积累等指标也降低,且在施氮处理为全常规氮肥时最低,均不利于机插稻氮肥利用效率及最终产量的提高。     

Soil physical changes and maize growth in a structurally fragile tropical soil due to mulching and duration between irrigation intervals

Under tropical meteorological conditions, the volume of soil explored by plant roots is crucial for crop growth as it allows increased water and nutrient use efficiency. We hypothesized that, under different irrigation intervals, leguminous mulch can extend the duration between irrigation events but maintain crop performance, because decreased evaporative fluxes also reduce constraints to root exploration imposed by mechanical stress. We evaluated the combined effects of leguminous mulch and irrigation intervals on soil physical properties to determine whether the growth and productivity of maize were modified in a structurally fragile tropical soil. The experiment involved the following treatments: 4‐day irrigation intervals with soil mulched (4C) or bare (4S), 6‐day irrigation intervals with soil mulched (6C) or bare (6S), 8‐day irrigation intervals with soil mulched (8C) or bare (8S) and 10‐day irrigation intervals with soil mulched (10C) or bare (10S). Mulch decreased soil penetration resistance and increased to 4 days the favourable time for root development in drying soil. Relative to bare soil, mulch with a 6‐day irrigation interval almost doubled nitrogen uptake post‐tasselling, which decreased nitrogen remobilization and increased the crop growth rate during this stage. These conditions had a positive effect on the transpiration rate and stomatal conductance as well as on the growth and yield of maize. A 6‐day irrigation interval with mulch compared to 4 days with bare soil resulted in similar conditions for root development, but greater uptake of nitrogen (102.73–78.70 kg/ha) and better yield (6.2–5.3 t/ha), which means greater efficiency in nitrogen and water use.     

Rate-specific responses of prokaryotic diversity and structure to nitrogen deposition in the Leymus chinensis steppe

Serious nitrogen (N) deposition in terrestrial ecosystems causes soil acidification and changes the structure and function of the microbial community. However, it is unclear how these changes are dependent on N deposition rates, other factors induced by N (e.g., pH), and their interactions. In this study, we investigated the responses of soil prokaryotic community structure and stability after a 13-year N addition in the semi-arid Leymus chinensis steppe in Inner Mongolia, China. Our results demonstrated that the prokaryotic community structure changed at the low N addition rate of 1.75 g N m⁻² yr⁻¹; however, dramatic changes in microbial abundance, respiratory quotient, and prokaryotic diversity occurred at N addition rates of more than 5.25 g N m⁻² yr⁻¹ when the soil pH dropped below 6.0. The two patterns indicated the difference in driving forces for different microbial properties. The N-driven and pH-driven processes are likely the most important mechanisms determining the responses of bacterial community to N. Some copiotrophic/oligotrophic bacteria, e.g., Proteobacteria and Acidobacteria, changed their relative abundances with the N addition continuously even at a low rate, indicating that they were more sensitive to N directly. Some bacterial groups significantly changed their relative abundance at a high N addition rate when pH dropped below 6.0, e.g., Verrucomicrobia and Armatimonadetes, indicating that they were more sensitive to pH below 6.0. N addition altered the prokaryotic community structure through enrichment of copiotrophic bacteria (species adjustment) at low N addition rates and through enrichment of nitrophilous taxa and significant loss of diversity at high N rates. The results also demonstrated that a high N addition diminished the stability of the prokaryotic community structure and activity through reduction in species diversity and bacterial interaction. Overall, this study supported the hypothesis that the responses of prokaryota to N were dependent on deposition rates, and N-driven and pH-driven processes were the important mechanisms to control the shift of the prokaryotic community.