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。     

花椒叶黄酮含量的变化及其与气象因子的关系研究

采用超声波辅助提取法和紫外分光光度法分析测定了狮子头、美凤椒、秦安1号花椒叶片5-9月总黄酮含量。结果表明，不同品种的花椒叶片总黄酮含量存在差异（P＜0.05），表现出狮子头＞美凤椒＞秦安1号。花椒叶总黄酮存在显著的季节变化和年际变化（P＜0.05）。在生长季，6-8月总黄酮含量较高，狮子头、美凤椒和秦安1号平均含量分别为18.02、15.35、12.06 mg·g^-1。同时，花椒叶总黄酮含量与日照百分率、降水量和空气湿度相关显著（P＜0.05），与当月的日照百分率呈负相关，与上月的降水量和当月的空气湿度呈正相关。     

基于VLF/LF三维闪电探测系统的贵州省全闪分布特征分析

为进一步加强云闪分布特征分析，增强对雷暴云内物理过程的认识，利用2015—2017 年VLF/LF三维闪电探测系统的数据资料对贵州省闪电特征进行空间和时间分布特征分析。结果表明：无论云闪还是地闪，均以负闪为主；闪电发生主要集中在夏季，冬季闪电最少，闪电月际分布主要为单峰型，仅冬季Z比率大于1；闪电主要发生时段为16 时至次日凌晨2 时，Z比率与全闪频数随时间的变化呈正相关，相关系数0.618；全省闪电密度整体呈西高东低趋势，年均闪电密度为5.07 次/(a ·km2)；云闪主要发生在高度2k~7 km，全年云闪高度呈下降趋势；雷电强度主要分布在5k~45 kA，平均陡度为7.34 kA/μs。本研究有利于对闪电特征开展更全面的探究和分析，同时对强对流天气监测和预警也有重要意义和价值。     

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。     

不同施氮水平下灌浆期高温对水稻贮藏蛋白积累及其合成代谢影响

【目的】 揭示不同施氮水平下灌浆结实期高温对稻米贮藏蛋白积累及其组分的影响,明确不同温氮处理组合下稻米贮藏蛋白合成积累过程与籽粒氮代谢关键酶及相关基因表达间关系。 【方法】 以2个主栽常规晚粳品种（秀水134和秀水09）为材料,利用盆栽土培试验,在水稻穗分化期设低氮（每盆0.5 g尿素）和高氮（每盆2.0 g尿素）2个氮水平,继而通过在水稻灌浆结实期的人工气候箱控温试验,设置高温（日均温度30℃,日最高温和最低温分别为34℃和26℃）和常温（日均温度23℃,日最高温和最低温分别为26℃和20℃）,构成低氮-常温（LN-NT）、低氮-高温（LN-HT）、高氮-常温（HN-NT）、高氮-高温（HN-HT）4个处理组合,并结合水稻籽粒灌浆不同时期取样,探讨氮素穗肥对水稻高温灌浆过程贮藏蛋白积累和主要蛋白组分含量影响及其与籽粒氮代谢关键酶及相关基因表达间关系。 【结果】 氮素穗肥和灌浆期高温均会导致稻米粗蛋白相对含量上升,但在高温处理下单位籽粒中粗蛋白的绝对量却呈降低趋势,以13 kD醇溶蛋白亚基组分在高温处理下的下降幅度最大,从而引起籽粒谷蛋白/醇溶蛋白质比值的上升,其原因主要是由于编码水稻13 kD醇溶蛋白合成基因（Pro13, Pro14和Pro17）在高温处理下的下调表达所致。与之相比,增施氮素穗肥（HN-NT和HN-HT）在引起稻米粗蛋白相对含量提升的同时,单位籽粒中的粗蛋白总量、谷蛋白和醇溶蛋白含量均显著增加,但对贮藏蛋白谷/醇比的影响不明显,且谷蛋白组分中的37 kD酸性亚基和22 kD碱性亚基在不同氮处理水平下的相对比例也基本保持稳定;氮素穗肥可增强灌浆籽粒中的谷氨酰胺合酶（GS）、谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）活性,但HN-HT处理下的籽粒GS、GOT和GPT活性显著低于HN-NT处理,高温胁迫对水稻灌浆中后期籽粒器官中的氮转运代谢具有抑制作用。此外,在不同氮素水平下,灌浆期高温均可引起稻米整精米率的明显下降和垩白度的显著上升,但HN-HT处理的千粒重、结实率、产量水平、整精米率却高于LN-HT处理,且前者的稻米垩白度显著低于后者,氮素穗肥不足加剧了高温胁迫对千粒重、结实率、整精米率和垩白度等产量和品质性状的负面影响。 【结论】 氮素穗肥对水稻高温灌浆过程贮藏蛋白合成积累起重要调节作用,增施氮素穗肥虽然对水稻籽粒灌浆过程中的谷蛋白和醇溶蛋白质合成具有促进作用,并导致稻米贮藏蛋白相对量与绝对量增加,但对于高温灌浆下13kD醇溶蛋白亚基合成及其组分含量下降具有一定程度的缓解效应,有利于维持贮藏蛋白谷/醇比相对稳定。     

长期秸秆还田和地下水位对土壤镉积累及有效性的影响

以1982年开始的长期定位试验为对象,研究了2个地下水位(高水位-20 cm和低水位-80 cm)下3种施肥方式(高量秸秆还田HS、常量秸秆还田MS、化肥CF)对水稻土镉积累及有效性的影响。结果表明:高水位条件下,长期秸秆还田可增加土壤总镉及有效态镉含量,HS和MS处理分别较CF处理提高21.8%、59.9%和9.8%、49.2%。低水位条件下,HS处理土壤总镉及有效态镉含量高于CF处理,较CF处理分别提高11.2%和31.6%; MS处理土壤总镉及有效态镉含量低于CF处理,较CF处理分别下降8.8%和14.3%。2012年,在保证原定位试验有足够重复的前提下,变更高水位条件下的部分试验处理。当HS处理变更为CF处理5 a后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前下降2.5%和5.7%;CF处理变更为MS处理后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前增加16.5%和58.9%。相同施肥处理,高水位土壤总镉含量高于低水位土壤。在MS处理下,高水位土壤有效态镉含量也高于低水位土壤,而在HS和CF处理下,低水位土壤有效态镉含量高于高水位土壤。土壤镉含量和土壤基本理化性质的相关分析表明,土壤总镉与土壤有机质、络合态铁含量极显著正相关,与pH显著负相关;土壤有效态镉与土壤pH、游离氧化铁极显著负相关。研究表明,施肥方式和地下水位是通过改变土壤的基本性质影响土壤镉的积累及其有效形态。     

石灰石砂砾负载铁膜及其强化除磷效果

为研究探讨出一种成本低、适用于农村生活污水处理的人工湿地填料负载铁膜方法,通过室内小试比较了石灰石砂砾、普通河沙砂砾2种材料,以及FeCl_3溶液、FeSO_4溶液、Fe(OH)_3胶体溶液3种含铁溶液,并比较了不同的工艺条件,包括4种加液方式:载体浸泡在溶液中不捞出、浸泡2 h后捞出、浸泡1 min后立即捞出和喷淋,3种干燥方式:105℃烘干、太阳晒干和室内自然晾干;同时构建了铁膜石灰石砂砾小型人工湿地,考察了其实际运行效果。试验优选出的负载铁膜方法为:石灰石砂砾浸泡在浓度为1.5 mol·L~(-1)的FeSO_4溶液中,使石灰石砂砾与溶液充分接触1 min后捞出,再将捞出后的石灰石砂砾室内通风自然晾干。铁膜石灰石砂砾对生活污水总磷的静态吸附去除率从普通石灰石砂砾的22.7%提高到80.6%;将其应用于小型人工湿地,总磷去除率比普通石灰石砂砾湿地提高了10%～15%。     

不同施肥和保水措施对油茶土壤N2O排放的影响

为探究不同施肥和保水措施对油茶土壤N_2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置对照(B0CK)、氮肥(N,0.13 g N·kg~(-1))、磷肥(P,0.065 g P·kg~(-1))、氮磷肥(NP,0.13 g N·kg~(-1)+0.065 g P·kg~(-1))、低复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B1,每盆13.65 g炭+1.35 g聚丙烯酰胺)、高复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B2,每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺)、低复合保水材料和N(NB1)、高复合保水材料和N(NB2)、低复合保水材料和P(PB1)、高复合保水材料和P(PB2)、低复合保水材料和NP(NPB1)、高复合保水材料和NP(NPB2),共12个处理,进行不同施肥和保水措施下土壤N_2O排放的差异比较。结果表明,N、P添加均显著增加土壤N_2O的累积排放量,NP添加与对照无差异。施加复合保水材料抑制土壤N_2O的排放,随着复合保水材料施用量的增加,土壤N_2O的排放显著降低,与对照相比,B1和B2处理N_2O减排50%以上。N添加条件下,与对照相比,添加复合保水材料NB1、NB2的N_2O累积排放显著降低。P与复合保水材料无交互作用。N、P和复合保水材料对土壤N_2O累积排放量具有显著作用,在NP同施时,与对照相比,添加复合保水材料NPB1、NPB2的N_2O累积排放分别降低了1.18%、30.69%。因此,高复合保水材料类型的施肥措施对减少油茶土壤N_2O排放具有重要意义,从而对缓解全球气候变化具有重要影响。     

水生植物对不同氮磷水平养殖尾水的综合净化能力比较

为了筛选适用于不同氮磷浓度畜禽养殖尾水的生态浮岛优势物种，选取水芹、凤眼莲、鸢尾、再力花、黄菖蒲5种挺水植物和狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物，通过模拟实验考察了这8种植物在不同氮磷浓度条件下的生长特征及其对水中氨氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）、COD的去除效率，并对其进行曲线回归及主成分分析，综合评价不同水生植物对畜禽养殖废水中氮磷的净化功能。结果表明：凤眼莲、再力花在较低氮磷水平（NH₄⁺-N 80~120 mg·L^-1，TP 8~16 mg·L^-1）下的去除能力明显高于其他水生植物；水芹和黄菖蒲在较高氮磷水平（NH₄⁺-N 180~220 mg·L^-1，TP 30~35 mg·L^-1）下的去除效果较好，并具有良好的适应能力；沉水植物中狐尾藻净化效果较好，生物量增长显著（P<0.05）；凤眼莲在实验过程中虽净化能力良好，但易引发次生环境问题，应谨慎选择，因地制宜。