控释氮肥对玉米秸秆腐解及潮土有机碳组分的影响

施肥影响秸秆还田效果,研究不同形态氮肥对秸秆腐解及土壤有机碳组分的影响可为秸秆还田下氮肥合理施用提供科学依据。以10年小麦-玉米轮作定位施肥试验为基础,采用尼龙网袋田间填埋法,研究了控释掺混尿素和普通尿素不同用量(纯氮120,240,360 kg/hm~2)对潮土中玉米秸秆腐解及土壤有机碳组分的影响。结果表明:与普通尿素相比,控释掺混尿素具有促进秸秆腐解的趋势;在秸秆腐解后期,控释掺混尿素处理较普通尿素显著促进了秸秆氮、磷的释放,而不同氮肥处理对秸秆中钾素的释放影响并不显著。在秸秆腐解后期,相同施氮量条件下,常规施氮量和增施氮量的控释掺混尿素处理较普通尿素显著增加土壤水溶性和热水溶性有机碳含量。在增加土壤微生物量碳、氮含量方面,在秸秆腐解的某些阶段控释掺混尿素处理的促进作用显著高于普通尿素处理。综合来看,与普通尿素相比,控释掺混尿素在秸秆腐解和增加土壤有机碳组分方面具有较好的促进作用。     

Modern wheat cultivars have greater root nitrogen uptake efficiency than old cultivars

The availability of nitrogen (N) contained in crop residues for a following crop may vary with cultivar, depending on root traits and the interaction between roots and soil. We used a pot experiment to investigate the effects of six spring wheat (Triticum aestivum L.) cultivars (three old varieties introduced before mid last century and three modern varieties) and N fertilization on the ability of wheat to acquire N from maize (Zea mays L.) straw added to soil. Wheat was grown in a soil where ¹⁵N‐labeled maize straw had been incorporated with or without N fertilization. Higher grain yield in three modern and one old cultivar was ascribed to preferred allocation of photosynthate to aboveground plant parts and from vegetative organs to grains. Root biomass, root length density and root surface area were all smaller in modern than in old cultivars at both anthesis and maturity. Root mean diameter was generally similar between modern and old cultivars at anthesis but was greater in modern than in old cultivars at maturity. There were cultivar differences in N uptake from incorporated maize straw and the other N sources (soil and fertilizer). However, these differences were not related to variation in the measured root parameters among the six cultivars. At anthesis, total N uptake efficiencies by roots (total N uptake per root weight or root length) were greater in modern than in old cultivars within each fertilization level. At maturity, averaged over fertilization levels, the total N uptake efficiencies by roots were 292?336 mg N g^?1 roots or 3.2?4.0 mg N m^?1 roots for three modern cultivars, in contrast to 132?213 mg N g^?1 roots or 0.93?1.6 mg N m^?1 roots for three old cultivars. Fertilization enhanced the utilization of N from maize straw by all cultivars, but root N uptake efficiencies were less affected. We concluded that modern spring wheat cultivars had higher root N uptake efficiency than old cultivars.     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

施氮量对农田土壤有机氮组分及酶活性的影响

【目的】探讨不同施氮量条件下土壤氮素转化酶活性和有机氮组分含量的变化规律,并分析氮素转化酶活性与各有机氮组分之间的关系,为陇中黄土高原旱作农业区合理制定施肥量和施肥方案提供参考依据。【方法】基于设置在陇中黄土高原定西市李家堡镇麻子川村的不同施氮量（0（CK）、52.5（N1）、105（N2）、157.5（N3）、210（N4）kg N·hm^-2）春小麦长期定位试验,收获后使用Bremner法测定0—40 cm土层中有机氮组分含量,以及4种氮素转化相关酶的活性。【结果】土壤有机氮组分分配比例顺序为氨基酸态氮>酸解铵态氮>酸解未知态氮>氨基糖态氮,同一土层随着施氮量的增加土壤有机碳、全氮、酸解总氮、氨基酸态氮、酸解铵态氮和脲酶活性、蛋白酶活性均呈先增大后降低的趋势,除全氮外其余都在N2处理时最大,全氮含量在N3处理时达到最大;同一处理不同土层间均随土层加深而降低。冗余分析结果表明,全氮含量和蛋白酶活性是影响陇中黄土高原农田有机氮组分分布与转化的关键因子;碳氮比与所有有机氮组分均呈负相关,蛋白酶、有机碳和脲酶与氨基酸态氮呈极显著正相关。【结论】综合而言,N2处理土壤供氮潜力最高,全氮和蛋白酶是影响该区春小麦土壤有机氮组分转化的关键因子。氮肥合理施用能明显提高土壤有机氮含量,不同施氮量条件下土壤有机氮组分变化差异明显,改变了氮素相关转化酶的活性。     

梨幼树到结果初期春施15N–尿素的利用及其在土壤的残留与损失

2014—2016年,以‘黄冠’梨为材料,采用15N示踪技术研究了从幼树期到结果初期梨树对春季施用氮素的吸收利用及土壤残留与损失情况。研究结果表明,幼树期(2014—2015年)梨树生长以中心干和粗根等树体骨干结构建立为主,生长量相对较小;进入结果初期(2016年)后树体生长表现为树体骨干结构建立为主,枝梢等营养器官生长与产量形成并存,生长量大幅增加。整个试验期间,树体贮藏器官的标记氮素吸收量较大,其中幼树期中心干吸收量最大,结果初期粗根吸收量最大。0~100 cm土层标记氮素残留量随土层深度和施用年限增加逐渐降低,其中,施用标记氮素后第1年(2014年),土壤标记氮素残留量较高,残留率达63.61%,梨幼树对标记氮素利用率仅为3.25%。随后两年(2015—2016年)土壤残留量较低,树体对标记氮素利用率仅为0.51%和0.80%。试验结束时,幼树期到结果初期梨树对标记氮素的累计利用率为4.57%,土壤标记氮素残留量为20.34%,损失率达75.07%。     

Biochar addition mitigates nitrogen loss induced by straw incorporation and nitrogen fertilizer application

Biochar has been shown to be potentially beneficial for enhancing yields and soil properties, and diminishing nitrogen (N) losses. However, it remains unclear how biochar regulates soil carbon (C) and N to mitigate N losses induced by straw mixing with N fertilizer in dryland soils. Therefore, we investigated the effects of straw mixing (S₁), S₁ with biochar (SB) and no straw inputs (S₀), and routine urea application rates (N₁) and 70% of routine rates (N_0.7) on yields and N losses, and identify the relationship between N losses and soil C and N compounds. Results showed that N_0.7 and N₁ were suitable for the maize and wheat seasons, respectively, contributing to mitigating N losses without reducing crop yields. Moreover, in the maize season, N_0.7-SB significantly mitigated the straw-induced NH₃-N and N₂O-N emissions by 106% and 81%, respectively. In the wheat season, N₁-SB reduced the straw-induced NH₃-N and N₂O-N emissions by 35% and 66%, respectively. In addition, N_0.7-SB sharply reduced soil inorganic N (SIN) storage in the maize season. Furthermore, the NH₃-N and N₂O-N emission rates were negatively correlated with dissolved organic carbon/SIN content (0–20 cm) (DOC/SIN_0-20). N losses (N₂O-N and NH₃-N emissions and SIN storage) were positively correlated with SIN_0-20, but negatively correlated with soil organic carbon / SIN_0-20 (SOC/ SIN_0-20). This study provides further evidence that biochar with an appropriate N application rate decreased SIN_0-20 and increased DOC/SIN_0-20, thus reducing SIN storage and the straw-induced gaseous N emissions without decreasing crop yields.     

林木氮素吸收偏好性及其形成机制研究进展

森林土壤中可被林木吸收利用的氮（N）素主要以铵态氮（NH₄+-N）和硝态氮（NO₃--N）的形态存在。受全球气候变暖、氮沉降和人类活动等因素的影响，NH₄+和NO₃-的分布存在很大的时间波动性和空间异质性，且NH₄+-N和NO₃--N亏缺已成为限制林地生产力的主要因素。在森林土壤N亏缺和N异质分布的逆境中，在林木长期进化过程中形成了对不同形态N素的吸收偏好，且这种吸收偏好会随生长环境条件而发生改变。特别是对于NH₄+和NO₃-这2种主要形态的偏好选择性已被证明是决定林木生产力、竞争、共存和生态演替的重要因素之一。对不同树种在N异质分布环境下的N吸收偏好和形成机制的研究，是揭示林木N素营养遗传特性和提高林地N素利用效率的关键。文中从森林土壤中N的主要形态及其分布特征、林木对不同形态N素的吸收偏好和形成机制、林木N吸收偏好的影响因素3个方面进行总结阐述，并对未来研究方向进行展望，以期为我国人工林培育中不同树种的造林配置和合理N素施肥技术提供理论依据和参考。     

高寒区施肥和混播对燕麦人工草地土壤碳氮储量及垂直分布特征的影响

了解高寒地区燕麦人工草地在燕麦品种、施肥措施和混播水平下土壤碳氮储量潜力及垂直分布动态，为高寒地区燕麦人工草地建植提供理论依据。采用4个燕麦品种（A1：青燕1号，Avena sativa cv. Qingyan No.1；A2：林纳，A. sativa cv. Lena；A3：青海444，A. sativa cv. Qinghai 444；A4：青海甜燕麦，A. sativa cv. Qinghai）、4个施肥水平（B1：不施任何肥料，CK0；B2：尿素75kg/hm2+磷酸二铵150kg/hm2，IM；B3：有机肥1500 kg/hm2，OM；B4：尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2，IM+OM）和4个箭筈豌豆混播水平（C1：0 kg/hm2；C2：45 kg/hm2；C3：60 kg/hm2；C4：75 kg/hm2）的三因素四水平正交试验设计[L16(45)]，在燕麦拔节期、抽穗期、开花期、乳熟期和收获后期研究了3个因素对高寒区燕麦人工草地土壤C、N储量的影响极其垂直分布特征，为高寒区燕麦人工草地土壤固C、固N潜力评估提供理论依据。品种、施肥和混播均显著影响了燕麦人工草地土壤C、N储量。3个因素在作物生长期对土壤C储量的积累的影响大小表现为施肥＞混播＞品种，收获后期表现为混播＞施肥＞品种；各时期对土壤N储量的影响大小均表现为施肥＞混播＞品种。采用尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2的施肥处理，混播75 kg/hm2箭筈豌豆建植的燕麦人工草地土壤C、N储量最高。施肥措施造成燕麦人工草地各时期不同土层间土壤C、N储量的差异。在3种措施影响下燕麦人工草地0~50cm土层土壤C、N储量潜力分别为176.78 t/hm2和11.78 t/hm2。土壤C、N随着土层的加深而逐渐下降，0~20cm土层土壤C、N储量显著高于其它土层。