Mechanisms behind soil N dynamics following cover restoration in degraded land in subtropical China

Purpose

Nitrogen (N) is an important nutrient for re-vegetation during ecosystem restoration, but the effects of cover restoration on soil N transformations are not fully understood. This study was conducted to investigate N transformations in soils with different cover restoration ages in Eastern China.

Materials and methods

Soil samples were collected from four degraded and subsequently restored lands with restoration ages of 7, 17, 23, and 35 years along with an adjacent control of degraded land. A ¹⁵N tracing technique was used to quantify gross N transformation rates.

Results and discussion

Compared with degraded land, soil organic carbon (SOC) and total N (TN) increased by 1.60–3.97 and 2.49–5.36 times in restoration land. Cover restoration increased ammonium and nitrate immobilization, and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) by 0.56–0.96, 0.34–2.10, and 0.79–3.45 times, respectively, indicating that restoration was beneficial for N retention. There were positive correlations between SOC content and ammonium and nitrate immobilization and DNRA, indicating that the increase in soil N retention capacity may be ascribed to increasing SOC concentrations. The stimulating effect of SOC on ammonium immobilization was greater than its effect on organic N mineralization, so while SOC and TN increased, inorganic N supply did not increase. Autotrophic and heterotrophic nitrification increased with increasing SOC and TN concentrations. Notably, heterotrophic nitrification was an important source of NO₃^??N production, accounting for 47–67% of NO₃^??N production among all restoration ages.

Conclusions

The capacity of N retention was improved by cover restoration, leading to an increase in soil organic carbon and total N over time, but inorganic N supply capacity did not change with cover restoration age.

     

除草剂对不同种植年限柑橘园土壤氮转化过程及温室气体排放的影响

为探讨除草剂施用对柑橘园土壤氮转化及温室气体排放的影响,在实验室培养条件下,研究了0年(林地)、种植10年和30年的柑橘园土壤中分别添加除草剂草甘膦和丁草胺后,尿素态氮含量、硝化和反硝化作用以及温室气体排放的变化。研究结果表明,橘园土壤中尿素第1 d的水解率、氮肥硝化率、反硝化作用损失总量以及N_2O和CO_2排放量显著高于林地土壤(P0.05)。与10年橘园土壤相比,30年橘园土壤显著增加了尿素的水解速率、氮肥硝化率和CO_2排放量(P0.05),但二者的反硝化损失量没有显著差异。施用草甘膦和丁草胺都显著促进了林地土壤的尿素水解(P0.05),第1 d尿素态氮含量分别降低11.20%和12.43%;但对3种土壤氮肥的硝化率均没有明显影响。施用丁草胺显著降低了林地土壤的CO_2排放量(P0.05),对两种橘园土壤的CO_2排放没有明显影响,但明显增加了两种橘园土壤的N_2O排放总量(P0.05),分别比不施除草剂增加56.27%和85.41%;施用草甘膦对3种土壤的N_2O和CO_2排放均没有明显影响。可见,草甘膦和丁草胺的施用不会对柑橘园土壤的氮转化过程产生影响,但丁草胺显著增加了柑橘园土壤的N_2O排放。     

西瓜基质栽培智能灌溉系统的研究

设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的西瓜基质栽培智能灌溉系统。该系统由环境信息采集装置、信息处理系统和灌溉执行结构3部分组成。环境信息采集装置主要采集影响西瓜水分需求的基质相对湿度和空气相对湿度;信息处理系统对数据进行分析与处理,判断是否驱动灌溉执行机构对西瓜进行灌溉。综合考虑西瓜在不同生长阶段基质相对湿度、空气相对湿度对西瓜需水量的影响,建立了模糊控制规则库,利用MATLAB进行仿真,证明灌溉策略的有效性。结果表明,智能灌溉系统能根据智能灌溉策略适时、适量地进行灌溉,控制基质相对湿度与西瓜生长阶段相适应,伸蔓期将基质相对湿度控制在62.82%~67.25%,开花坐果期将基质相对湿度控制在68.05%~72.18%,膨瓜期将基质相对湿度控制在72.23%~77.15%,成熟期将基质相对湿度控制在58.36%~62.13%,所测得的基质相对湿度与最佳基质相对湿度之间的误差在2%左右,满足西瓜基质栽培的灌溉需求。     

橡胶树气刺割胶技术新进展

总结2009年全国垦区气刺微割新技术示范的成效和经验．提出气刺微割新技术目前要解决完善配套研究、形成技术体系、产业化发展等主要问题。     

不同园龄果园土壤硝化与反硝化活性及N2O排放（英文）

[目的]评价硝化反硝化作用在果园土壤氮素损失中的贡献率以及N2O的排放量和排放特性。[方法]在室内培养条件下比较研究了3种不同园龄果园土壤及未开垦土壤之间硝化反硝化活性的差异。[结果]培养26天的未开垦土壤、5年、12年和20年园龄果园土壤的氮肥硝化率分别为6.85%、10.26%、13.29%和12.90%。4种土壤硝化活性均相对较低,但随种植年限的延长呈提高趋势,而且与土壤有机质和铵态氮含量呈显著正相关关系(P<0.05),与全氮含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤碳氮比呈显著负相关关系(P<0.05),与pH值呈极显著负相关关系(P<0.01)。3种果园土壤N2O排放量显著高于未开垦土壤(P<0.05),其中硝化作用产生的N2O排放量占施氮量的0.03%～0.08%。硝化过程产生的N2O排放量与土壤有机质、全氮、铵态氮含量呈显著正相关关系(P<0.05),而与土壤碳氮比呈显著负相关系(P<0.05),与pH值呈极显著负相关关系(P<0.01)。不同园龄果园土壤之间氮肥的反硝化活性差异显著,表现为20年>12年>5年>未开垦土壤,反硝化损失氮量占施氮量的0.01%～3.11%,与土壤有机质含量呈显著正相关关系(P<0.05)。[结论]我国南方果园土壤硝化水平相对较低,但随种植年限的延长呈提高的趋势;而土壤反硝化水平相对较高,而且随种植年限的延长显著提高。     

用于土壤侵蚀试验的降雨模拟器研究进展

述评悬线式、针头式、管网式、喷头式4种降雨模拟器的特性及其应用现状与前景。悬线式和针头式降雨模拟器具有降雨强度下限低、均匀性好等优点,但在模拟降雨时,控制面积小,雨滴粒径偏大而且单一,所以应用渐少。管网式与喷头式降雨模拟器所产生的雨滴粒径与能量分布与天然降雨更为接近,广泛应用于土壤侵蚀试验研究中。目前,智能化、自动化、大型化的降雨模拟大厅不断涌现,同时根据雨滴发生基本原理搭建的手控、简易的降雨模拟器仍有其强大的生命力。     

城市透水面集水效应现场试验

现场试验是获得城市透水面雨水下渗特性的重要手段。为了探索和验证城市透水面集水效应的现场试验方法,并初步率定嵌草砖铺装路面的渗流特性,通过城市嵌草砖铺装路面的降雨模拟现场试验,观测试验面出口的径流过程。结果证实：1）该试验系统的降雨模拟装置可移动性好,节水显著;径流观测装置对试验区周围地貌改变微小,其灵敏度和可操作性符合试验要求。2）嵌草砖铺装路面初期产流量较小,其主要原因是高出地面的嵌草及低于地面的水坑阻挡了地表径流;试验场出口径流过程曲线有波动,造成这种现象的主要原因是流场中嵌草的起伏和摆动。3）当地表充分湿润、降雨强度为1.19 mm/min时,嵌草砖铺装路面的渗流率约为0.42。     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

葛根素对松辽黑猪前体脂肪细胞成脂分化的影响

为探究葛根素对松辽黑猪前体脂肪细胞成脂分化的调控作用,在细胞诱导液中分别添加0、10、20、40、60和80 μmol/L葛根素进行成脂诱导分化,用油红O染色法和甘油三酯酶法检测脂肪细胞分化过程中脂滴聚集情况和甘油三酯含量以考察脂质沉积和分化效果,并确定葛根素的最佳添加浓度;用实时荧光定量PCR检测对照组(0 μmol/L)和最佳葛根素浓度添加组成脂标志基因细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)、CCAAT-增强子结合蛋白α(C/EBPα)及成脂分化基因乙酰辅酶A羧化酶(ACC)、脂肪酸结合蛋白(FABP4)、应激蛋白(TRIB)和叉头框蛋白O1 (FOXO1)的mRNA的表达水平,用Western blotting检测PPARγ和C/EBPα的蛋白表达水平。结果表明,与对照组相比,20、40和60 μmol/L葛根素均显著增加脂滴和甘油三酯含量(P<0.05),且40 μmol/L葛根素效果最佳;实时荧光定量PCR结果表明,与对照组相比,40 μmol/L葛根素显著上调成脂标志基因PPARγ、C/EBPα及成脂分化基因ACC、FABP4、FOXO1和TRIB的表达(P<0.05);Western blotting结果显示,与对照组相比,40 μmol/L葛根素显著增加PPARγ蛋白表达(P<0.05)。综上所述,40 μmol/L葛根素能够促进松辽黑猪前体脂肪细胞的成脂分化和脂质沉积。     

实验地貌的动态观测装置

实验地貌的动态观测对于研究沟坡的侵蚀过程和发生机制具有重要意义.在介绍实验地貌动态观测装置——MX - 2010 -G型地貌仪的基础上,采用传统钢尺+水准仪观测方法以及地貌仪测量方法,测量同一坡体的体积,以率定地貌仪的观测精度.结果表明:对于5组不同坡度、体积约为2.4万cm3的沟坡模型,地貌仪测量的体积相对误差可以控制在±10％以内,其中绝对值最大相对误差为9.0％,绝对值最小误差为-0.4％;对于120 cm×140 cm范围内的坡面,10个检查点空间坐标在x、y、z 3个方向上的均方误差平均值分别为0.99、0.84和0.42 cm;在6个断面测点系列高程值线性回归分析中,回归系数6与相关系数R2值均接近于1.结果表明,该地貌仪能够对沟坡微地貌的变化过程进行精确的观测.