土壤氮素内循环对生态覆被变化响应的研究进展

随着人口增长对粮食需求的不断提高,人类对自然生态系统扰动频繁,生态覆被/土地利用变化伴随着土壤活性氮库、氮形态组分及氮素内循环过程的改变,直接影响生态系统的持续与稳定,进而引起全球气候变暖,生物多样性减少等诸多生态环境问题。生态覆被/土地利用变化是全球生态系统变化的重要内容。本综述探讨了活性氮的基本概念及其引发的环境效应,国内外自然生态系统中森林与草地间转换、自然生态系统开垦为农田、弃耕撂荒或退耕还林还草、城市化发展等生态覆被/土地利用变化对土壤氮库消长、氮矿化产物形态变化以及影响氮循环的关键土壤微生物影响等,并探讨了制约氮循环的土壤微生物研究进展。指出农业开垦或农田弃耕撂荒会导致土壤全氮大幅度下降,同时引起土壤硝态氮(NO3--N)增加,造成环境活性氮增加的风险;退耕还林修复生态覆被过程中氮库完全恢复需要漫长的时间;运用现代微生物分子生态学的前沿技术是研究土壤氮循环对生态覆被/土地利用变化响应机理的关键。本综述为自然生态系统的保护与开发利用、退化生态系统的修复与重建以及人工生态系统的科学规划等提供了理论依据。     

基于meta分析的放牧压力对内蒙古高原草地生态系统的影响

放牧是最主要的草地利用模式，直接或间接地影响草地物质循环和能量流动，放牧强度对草地的健康状况和演替方向起决定作用。本文基于40篇内蒙古草原放牧相关文献数据，通过meta分析探讨温带草原对放牧强度的响应特征。结果表明，与未放牧草地相比，轻度放牧草地对群落植物地上、地下生物量和土壤全氮和全磷含量无显著影响，而土壤有机碳、微生物生物量碳、细菌和真菌数量分别显著上升3.60%、7.80%、11.40%和10.83%（P<0.05）；中度放牧下群落植物地下生物量和土壤微生物数量无显著变化，而地上生物量和土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量氮含量分别显著降低21.62%、4.44%、2.15%、8.35%和6.76%（P<0.05）；重度放牧下群落植物地上和地下生物量，土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳含量，细菌和放线菌数量分别显著下降39.72%、16.30%、7.62%、6.46%、8.03%、8.76%、12.92%和18.27%（P<0.05）。以上结果表明轻度放牧有利于土壤肥力和草地生产力的保持和提升，而当放牧干扰超出一定的限度时，草地各项功能均显著下降而发生退化。本研究可为内蒙古温带草原的合理利用和适应性管理提供理论基础。     

国内外有机肥标准对比及风险评价

中国是人口最多的发展中国家，生产生活中产生的有机废弃物数量巨大，堆制有机肥是降低有机废物污染风险的重要方式，而有机肥标准则是防止有机肥成为新的土壤污染源，规范有机肥产业健康发展的重要保障。目前我国有机肥不合格现象时有发生，针对有机堆肥的标准仅有一个8年前的行业标准（NY 525—2012）的现状，本文对比了中国、日本、澳大利亚、欧盟、美国有机肥标准的重要指标，对存在的重金属残留、抗生素污染、病原体污染、营养富集及土壤盐渍化等有机肥质量安全风险问题进行分析，为我国有机肥行业未来绿色、健康、可持续发展提出建议。尽管我国现有有机肥质量标准，在具体指标要求方面优于美国，但和欧盟相比还有差距，比如我国重金属Cu、Zn、Ni限量缺失，对Cd等重金属限值要求不够严格，长期施用会导致土壤重金属含量超过风险筛选值，严重影响农作物安全；同时，由于部分畜禽养殖业不合理使用抗生素，加之有机肥生产企业技术的欠缺，农户施用时缺乏指导，监管部门执法不严等因素，我国有机肥施用过程存在较大风险隐患。因此，进一步完善有机肥标准体系，强化对原料中有毒有害物质的限制，要求选用原料批批检，加大准入和过程的落实力度，才能保障我国有机肥产业有序健康发展。     

不同管理措施下土壤含水量和渗透阻力的时间变异性

分析了8种土壤管理措施下渗透阻力(Pr)和土壤含水量(W)的变化。在2014—2015年的4个时期(12月、2月、4月和6月),对4种耕作制度和4种土壤管理措施在废弃地上进行了W和Pr的试验测定。试验共采集64份土壤样品,分析了在4个时间内W的时间变化。研究表明,Pr和W受土壤管理措施和耕作制度的影响,此外,Pr和W随着时间的变化而变化。在不同处理下,Pr与土层深度之间具有相关性。在压实土壤上的耕作导致在所有测量时间和两种土层深度的Pr降低。一般情况下,在所调查的各处理中,给定的测量时间内,各处理间W的变化较低。研究发现,土壤管理措施和土层深度对W具有显著影响,但在所测的各时段内,土壤管理措施和土层深度的交互作用均不显著。土壤管理措施和土层深度之间的交互作用对Pr的影响极显著(P<0.01)。此外,土壤管理措施和时间以及它们之间的相互作用对Pr和W均有显著的影响(P<0.01)。     

长期秸秆配施化肥对土壤养分及小麦产量、品质的影响

以40年长期定位试验为平台,系统分析了不同施肥处理对暗棕壤土壤碳氮磷含量和小麦产量及品质的影响,为探讨长期施用秸秆条件下土壤肥力演变规律提供理论依据。试验设4个处理,分别为单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为隔年麦秸还田,用量为3 000 kg/hm~2,化肥N、P用量为N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2。结果表明:1)与NP处理相比,秸秆配施化肥处理(S+NP)显著增加了0～20 cm土壤有机碳含量和有效磷含量;秸秆还田条件下,S+1/2NP和S+1/4NP处理0～20 cm土壤中碳氮磷含量均低于S+NP处理,而对于20～40、40～60 cm土层养分含量差异表现不一致。2)不同施肥处理对春小麦产量及其构成因素有显著的影响,各施肥处理综合表现为:S+NPNPS+1/2NPS+1/4NP,即以S+NP处理春小麦产量最高;不同施肥处理对春小麦籽粒容重、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、延伸率和拉伸面积等品质指标影响不显著。综合分析各处理,结果表明:S+NP处理(即在秸秆还田条件下,施用N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2)相对其他处理,其保障小麦产量和提升(或维持)土壤肥力的效果最佳。     

华南荔枝园土壤 pH状况及荔枝生长适宜的土壤 pH

针对我国土壤酸化普遍、华南土壤酸性较强的问题，研究华南荔枝园土壤 pH状况，并进一步探讨荔枝生长最适 pH，为荔枝园土壤 pH改良的程度和范围提供理论依据和数据支持。采集华南荔枝主产区 458个荔枝园土壤样本，研究比较主产区土壤 pH状况。另外，采集华南典型荔枝园赤红壤(pH 4.20)，以不添加改良剂为对照，添加硫磺(0.5g·kg -1)和不同用量石灰(0.5、1、2、4g·kg -1)调节土壤pH，形成6个土壤 pH处理，进行 120 d土壤培养和 300 d荔枝盆栽试验，研究土壤 pH对土壤性质及荔枝生长的影响。华南荔枝园土壤 pH在3.85～ 7.82之间，平均为 4.64，整体为酸性，其中以广西荔枝园土壤总体酸性最强。强酸性、酸性、弱酸性、中性和弱碱性荔枝园分别占45.7%、48.0%、5.0%、1.1%和0.2%。培养试验表明，土壤 pH在 3.84～ 8.03范围内，碱解氮、速效钾、有效镁含量及脲酶、酸性磷酸酶活性与土壤 pH呈显著负相关，有效磷、钙和铜与 pH为显著正相关，有效锌、铁和锰与 pH关系不密切。盆栽试验显示，施用 1 g·kg -1石灰处理荔枝叶片光合作用强，不同时期叶片数、叶面积、茎粗均不同程度高于其他处理，收获时生物量增量及增幅也显著高于其他处理。初步认为荔枝生长适宜的土壤 pH为 5.03。如土壤 pH ≤ 4.64或 ≥ 6.46，荔枝生长显著变差。如以 pH为 5.03作为最适宜的土壤 pH来初步衡量，则华南有 62.0%的荔枝园土壤 pH可能显著抑制荔枝生长，pH需提高平均 0.68个单位。这表明华南荔枝园土壤 pH改良任务十分迫切。     

杜马斯燃烧法和凯氏定氮法在土壤全氮检测中的比较研究

选用 6组不同全氮含量的土壤样品(梯度为 0%～0.06%、0.06%～0.1%、0.1%～0.2%、0.2%～0.3%、0.3%～ 0.4%和 0.4%～ 0.5%)和 4份土壤有效态成分分析标准物质为试验材料，分别采用杜马斯燃烧法和凯氏定氮法测定其全氮含量，并对两种方法测定结果的精密度、准确度和相关性及检测成本进行了比较分析。对土壤有效态成分分析标准物质全氮含量的检测，两种方法测定结果都接近于真实值，比较两种方法的相对标准偏差(RSD)和相对误差(RE)值，可确定杜马斯燃烧法精密度更高，且准确度更好；对于含氮量范围为 0%～ 0.06%的样品，两种方法的测定值之比(D/K)为 0.692～ 0.965，杜马斯燃烧法测定结果的变异系数为 0.00%～ 9.96%，测定结果不稳定，两种方法的测定值间存在显著的线性相关，但 R2仅为 0.9049；而含氮量大于 0.06%的样品，两种方法的测定值之比(D/K)为 0.940～ 1.104，变异系数均小于 5%，测定结果间存在显著的线性相关(R2=0.9979)。在检测成本方面，完成相同数量样品检测，杜马斯燃烧法所需时间和人力都约是凯氏定氮法的1/2。因而，杜马斯燃烧法是一种环保、高效的土壤全氮检测方法，对于含氮量范围为 0%～ 0.06%的土壤样品，凯氏定氮法的测定结果更接近于真实值，而对于含氮量大于 0.06%的土壤样品，杜马斯燃烧法更加适用。     

流动分析仪快速测定土壤全磷含量

土壤经碱熔法消解，对连续流动分析仪和钼锑抗比色法所测土壤全磷含量进行比较分析，探讨流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的可行性。结果表明，两种方法测定结果经 t检验，双尾 P(T ≤t)=0.5254，无显著性差异。回归直线方程y(流动分析仪-P)=1.0606x(钼锑抗比色法-P)-0.0191， R=0.9900。流动分析仪测定碱熔法土壤全磷的加标回收率在 98.09%～ 102.89%，3个样品重复测定 5次的相对标准偏差为 1.20%～ 2.07%。流动分析仪精密度与准确性高，试剂用量少，检测效率高，适用于批量土壤全磷的检测分析。     

沙土灭菌对盐地碱蓬种子萌发、幼苗生长及根系形态的影响

采用沙土灭菌的方式,研究沙土灭菌对盐地碱蓬种子萌发、幼苗生长及根系形态的影响。结果表明,自然沙土中盐地碱蓬种子萌发较快,7 d萌发率达到90.5%,高于灭菌沙土;灭菌处理后,盐地碱蓬幼苗生长受到抑制,株高和叶片数低于自然沙土;种植60 d后,自然沙土中盐地碱蓬的根长、根系表面积、根系体积、根系平均直径及总根尖数均显著高于灭菌沙土。因此,土壤微生物在盐地碱蓬种子萌发、幼苗生长和根系形态发育中均发挥重要作用,是促进滨海湿地耐盐植物生长的潜在生物菌肥资源。     

生物炭连续施用对农田土壤氮转化微生物及N2O排放的影响

【目的】研究连续添加生物炭6年后对农田土壤氮转化相关微生物功能基因的影响,揭示生物炭影响作物产量和N₂O排放的微生物学机制,并为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】通过在潮土农田设置0（BC0,对照)、2.25（BCL,低量）、6.75（BCM,中量）和11.25 t·hm^-2（BCH,高量）4个秸秆生物炭量处理的田间定位试验,采用田间观测、化学分析、荧光定量PCR（qPCR）技术,系统研究施用生物炭对氧化亚氮（N₂O）排放、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸还原酶（nirK、nirS）、氧化亚氮还原酶（nosZ）基因丰度及夏玉米产量的影响。【结果】与对照BC0处理相比,施用生物炭可显著提高夏玉米籽粒产量,且BCM处理籽粒产量达到最大值10 811 kg·hm^-2,显著降低夏玉米生育期N₂O累积排放量,并以BCM处理减少N₂O排放效果最优。研究还发现,在夏玉米多个生育时期,与对照比较,生物炭施用可以显著提高耕层土壤无机氮储量和土壤含水量。此外,随着生物炭施用量增加,土壤氨氧化古菌（AOA）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期均表现为先上升后下降趋势,且两个时期均以BCM处理最高,而氨氧化细菌（AOB）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期分别为BCH处理和BCM处理最高。与对照相比,中、高量生物炭施用（BCM、BCH处理）可显著提高夏玉米大喇叭口期和成熟期土壤反硝化作用功能相关基因（nirK、nirS、nosZ）拷贝数。相关性分析表明,夏玉米成熟期土壤N₂O排放通量与土壤硝态氮、土壤含水量、AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ呈显著负相关关系。【结论】施用生物炭通过增加土壤微生物氮转化功能基因丰度进而降低土壤N₂O排放,通过增加土壤耕层无机氮储量和土壤水分含量进而提高作物产量,并以中等用量（6.75 t·hm^-2）施用效果最优。