Ammonia oxidizer abundance in paddy soil profile with different fertilizer regimes

Studies about ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA) are often focused on topsoil, but little is known about their activity and distribution in subsoil. A long-term fertilizer experiment was conducted to assess the effects of different fertilizer treatments on AOB and AOA in vertical soil profiles of paddy soil plots that received no nitrogen fertilizer control (CK), NPK chemical fertilizers (CF), organic–inorganic mixed fertilizer (OIMF) and organic fertilizer (OF). Soil properties, potential nitrification rate (PNR) and amoA gene abundance of AOB and AOA were measured and analyzed by two-way ANOVA and correlation analysis. Quantitative PCR analysis of amoA genes showed that AOA were more abundant than AOB in all the soil samples. AOB declined sharply with soil depth. Compared with CK and OF treatments, CF and OIMF treatments had higher abundance of AOB throughout the soil profiles. However, AOA tend less responsive to soil depth and fertilizers compared to AOB. This caused the AOA/AOB ratios in subsoil higher than in topsoil, and in CK and OF higher than in CF and OIMF treatments. These results suggest that AOA are more abundant and can be better adapted to nutrient-poor subsoils than AOB, and autotrophic nitrification could likely be determined by a complex suite of environmental factors in vertical profiles of the paddy soil tested.     

Effect of P stoichiometry on the abundance of nitrogen-cycle genes in phosphorus-limited paddy soil

Previous studies have shown that phosphorus addition to P-limited soils increases gaseous N loss. A possible explanation for this phenomenon is element stoichiometry (specifically of C:N:P) modifying linked nutrient cycling, leading to enhanced nitrification and denitrification. In this study, we investigated how P stoichiometry influenced the dynamics of soil N-cycle functional genes. Rice seedlings were planted in P-poor soils and incubated with or without P application. Quantitative PCR was then applied to analyze the abundance of ammonia-oxidizing (amoA) and denitrifying (narG nirK, nirS, nosZ) genes in soil. P addition reduced bacterial amoA abundance but increased denitrifying gene abundance. We suggest this outcome is due to P-induced shifts in soil C:P and N:P ratios that limited ammonia oxidization while enhancing P availability for denitrification. Under P application, the rhizosphere effect raised ammonia-oxidizing bacterial abundance (amoA gene) and reduced nirK, nirS, and nosZ in rhizosphere soils. The change likely occurred through greater C input and O₂ release from roots, thus altering C availability and redox conditions for microbes. Our results show that P application enhances gaseous N loss potential in paddy fields mainly through stimulating denitrifier growth. We conclude that nutrient availability and elemental stoichiometry are important in regulating microbial gene responses, thereby influencing key ecosystem processes such as denitrification.

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The effects of slope and fertilizer rates on nitrogen losses in runoff from red soil and paddy soil during simulated rainfall

Journal of Soils and Sediments - Runoff and soil erosion reflect the interactions of soil properties and rainfall. However, few researchers have investigated the forms of nitrogen lost, the first...     

落干对表层水稻土氮素转化及关键功能微生物丰度的影响

落干过程中稻田土壤氮素转化发生显著变化,但表层土壤不同层次的氮素转化特征及相关机制尚不清楚。通过室内土壤培养试验,探讨了落干过程中(9 d)上表层(0～5 cm)和下表层(5～10 cm)水稻土氧化还原电位(Eh)、土体氧化亚氮(N2O)浓度和排放通量等的动态变化特征,并利用实时荧光定量PCR测定氨氧化基因(古菌amoA和细菌amoA)和硝酸盐还原酶基因(narG和napA)的丰度变化。结果表明,经9 d落干上表层水稻土Eh由-200 mV上升至500 mV左右,而下表层在-200～0 mV之间波动。上表层水稻土NH4+-N含量下降速率和NO^3--N含量上升速率分别是下表层的2.8和1.8倍。落干过程中,上表层水稻土氨氧化作用可能是由氨氧化细菌(AOB)主导的,而驱动硝酸盐还原作用可能以含napA基因反硝化微生物为主。     

过氧化钙及硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果研究

【目的】潜育化水稻土是我国最主要的低产水稻土类型,长期渍水导致的土壤缺氧及活性还原物质过度积累是其最主要特征,这严重影响了水稻的根系发育和产量提高。本研究以鄱阳湖区潜育化稻田土壤为对象,通过田间试验研究过氧化钙和硅钙肥单施或配施对潜育化稻田土壤的改良效果,旨在为探索潜育化稻田的轻简化改良方法提供理论依据。【方法】田间试验于2012 2013年在鄱阳湖区潜育化双季稻田进行,试验设单施化肥(T1)、化肥+硅钙肥(T2)、化肥+过氧化钙(T3)和化肥+硅钙肥+过氧化钙(T4)4个处理。通过2年4季的田间试验研究了过氧化钙和硅钙肥单施或配施对鄱阳湖区潜育化稻田水稻产量、土壤还原物质总量及土壤物理化学性质的影响,分析了过氧化钙和硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果和应用前景。【结果】过氧化钙和硅钙肥单施或配施均可以提高潜育化稻田的水稻产量,二者配施每季可以提高水稻产量1.06 t/hm22.06 t/hm2,并可促进磷、钾养分向籽粒转移。施硅钙肥对土壤还原物质总量没有明显影响,而施过氧化钙可以显著降低土壤还原物质总量,二者配施可以减少耕层土壤还原物质总量1 cmol/kg以上。随着土层的加深,土壤还原物质总量呈增加的趋势。硅钙肥与过氧化钙配施可以明显提高小于10 mm的中小团聚体的含量。施硅钙肥或过氧化钙对土壤养分含量没有明显影响,但二者配施可以明显提高土壤有机碳、速效磷的含量,但对腐殖质碳、速效钾和全氮含量影响不明显。【结论】施用硅钙肥可以提高潜育化稻田的水稻产量,但对土壤还原物质总量没有明显影响。施用过氧化钙既可以提高水稻产量,又可以降低潜育化稻田的潜育化程度。而硅钙肥和过氧化钙配施不仅可以明显提高水稻产量、降低潜育化稻田的潜育化程度,还可以改善土壤养分供应状况和土壤结构。因此,施用过氧化钙和硅钙肥可以作为改良鄱阳湖区潜育化稻田土壤的一种参考方法。     

增氧型复混肥提高土壤氧化还原电位促进水稻养分吸收

  【目的】   稻田长期淹水所导致的土壤通气性差妨碍水稻的生长。探索增氧型复混肥对改善土壤通气状况的作用,为水稻专用肥研发提供理论依据。   【方法】   在复混肥制造过程中,添加特制的粘结剂和3.6%、4.8%、6.1%的过氧化钙制成具有增氧功能的复混肥OCF1、OCF2、OCF3。以Q681 (全两优681) 和EK1 (鄂科1号) 两种常规中稻品种为试材进行盆栽试验。设淹水 (WL)、增氧灌溉 (MBWI) 和分次增施过氧化钙 (FCP) 为对照,一次性基施OCF1、OCF2、OCF3 3个处理,在水稻主要生育期,测定土壤氧化还原电位、无机氮含量和pH,测定水稻叶片光合作用、水稻产量及氮磷钾养分含量。   【结果】   增氧措施OCF2和OCF3处理均能不同程度地提高移栽期、分蘖期、齐穗期和乳熟期土壤的氧化还原电位。与WL、MBWI和FCP处理相比,OCF1、OCF2和OCF3处理的土壤在分蘖期和齐穗期保持较高的氧化还原电位,其中以OCF2和OCF3的作用最明显;整个生育期,对照和各处理的土壤pH没有显著差异,与WL处理相比增氧型复混肥还可提高齐穗期土壤过氧化氢酶的活性。所有增氧处理均能够保持或显著提高耕层土壤铵态氮含量,其中OCF2和OCF3表现最明显。与WL处理相比,各增氧处理均不同程度地提高水稻叶片的光合速率,其中OCF3处理增幅最大,提高了11%以上,高于或显著高于增氧灌溉和分次增施过氧化钙处理 (MBWI和FCP)。OCF3处理的有效穗数、千粒重和产量比淹水灌溉WL处理分别提高25%、38%和107%,比MBWI和FCP处理提高29%～58%。   【结论】   增氧型复混肥能较长时间提高土壤通气性和土壤的氧化还原电位,有利于水稻对土壤养分的吸收利用。与分次追施过氧化钙和增氧灌溉相比,肥料制作过程中添加过氧化钙制备增氧型复混肥提高水稻土通气性的效果更好,操作更加方便,是提高水稻专用肥效益的有效途径。     

氮肥、土壤湿度和温度对稻田土壤甲烷氧化的影响

Effects of nitrogen fertilizer,soil mosture and temperature and temperature on methane oxidation in paddy soil were investigated under laboratory conditions.Addition of 0.05 g N kg^-1 soil as NH4Cl strongly inhibited methane oxidation and addition of the same rate of KCl also inhibited the oxidation but with more slight effect,suggesting that the inhibitory effect was partly caused by increase in osmotic potential in microorganism cell,Not only NH4^ but also NO3^- greatly affected methane oxidation.Urea did not affect methane oxidation in paddy soil in the first two days of incubation,but strong inhibitory effect was observed afterwards.Methane was oxidized in the treated soil with an optimum moisture of 280 g kg^-1 ,and air-drying inhibited methane oxidation entirely.The optimum temperature of methane oxidation was about 30℃ in paddy soil.while no methane oxidation was observed at 5℃or 50℃。     

氮肥对绿洲稻田土壤硝态氮动态的影响及其生物学效应

我国氮肥的利用率一般只有30%左右,氮素损失约占30%～50%[1].其中,土壤硝态氮的淋洗是重要的损失途径,一直受到广泛关注[2-4].硝态氮在土壤中很少被土壤颗粒所吸持,主要以溶质的形式存在于土壤溶液中,从而成为评价地下水水质好坏的重要指标之一.     

不同施肥处理对长期不施肥区稻田土壤微生物生态特性的影响

采用室内恒温培养方法,研究了不同施肥处理对水稻长期肥料试验中不施肥区（CK）和全肥区（NPK）土壤酶活性及微生物群落结构的变化。结果表明,施肥处理（单施化肥、施猪粪和施秸杆）可以显著提高土壤的微生物量碳以及脲酶、酸性磷酸酶的活性,施用有机肥的效果明显大于单施化肥; 有机肥在无肥区（CK）的施用效果与在全肥区（NPK）的效果接近。PLFA分析表明,施肥使无肥区（CK）土壤微生物群落结构发生了显著的变化,施用有机肥显著增加了土壤微生物群落结构的多样性。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥主要增加了细菌和真菌的特征脂肪酸如不饱和脂肪酸、环状脂肪酸cy19∶0等的相对含量,而降低了放线菌标记性脂肪酸10Me18∶0的相对含量。     

Influence of different litter quality on the abundance of genes involved in nitrification and denitrification after freezing and thawing of an arable soil

Due to disruption of soil aggregates and cell lysis and the subsequent release of organic C and N, increased microbial N transformation processes can be observed after freeze–thaw cycles. In a microcosm study, we investigated the influence of plant residues with different C/N ratios (lucerne-clover-grass-mix and wheat straw) on N transformations and the abundance pattern of the corresponding functional genes in an arable soil after freezing and thawing. Unfrozen soil samples, continuously incubated at 10°C, served as control. Concentration of soil NH₄⁺, NO₃⁻, and water-extractable organic C (WEOC) as well as genes involved in nitrification and denitrification, quantified by real-time PCR, were determined before freezing and 1, 3, and 7 days after thawing. The amounts of inorganic N and WEOC as well as the investigated gene abundance pattern did hardly differ between control samples and samples subjected to freezing and thawing that have been amended with straw. In contrast, clear alterations of the measured parameters and abundances were observed after freezing and thawing in samples being amended with the lucerne-clover-grass-mix compared to the control samples.     

施肥对稻田温室气体排放及土壤养分的影响

【目的】农业活动引起的温室气体排放对全球变暖的影响日益得到关注,本试验研究不同施肥处理对稻田温室气体排放、 产量和土壤养分的影响,以期为农田可持续利用和温室气体减排提供依据。【方法】在长江中下游地区稻麦轮作区进行田间试验,设置不施氮肥(CK)、 当地习惯施肥(FP)、 推荐N肥(OPT)、 有机无机配施(OPT+M)、 秸秆还田(OPT+S)5个处理,采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了稻季CH4、 N2O和CO2的排放情况,调查了不同施肥措施对稻田温室气体增温潜势以及产量,测定了土壤养分,并综合产量和增温潜势对温室气体排放强度进行分析,提出该区域稻田减排增产的合理施肥措施。【结果】 1) 不同处理CH4季节排放总量为OPT+SOPT+M FP OPT CK,排放量为99.02~143.69 kg/hm2; N2O季节排放量为FPOPT+MOPT OPT+S CK,排放量范围为0.95~3.57 kg/hm2; CO2排放顺序与CH4季节排放趋势一致,排放量为7231.64~13715.24 kg/hm2。2)根据稻季CH4和N2O季节排放量以及在100年尺度上的CO2当量计算,不同处理温室气体全球增温潜势大小顺序为OPT+SOPT+M FP OPT CK。在CK、 FP、 OPT、 OPT+M和OPT+S的全球增温潜势中,N2O占的比重分别为10.31%、 26.39%、 21.51%、 22.91% 和11.58%,CH4所占比重分别为89.69%、 73.61%、 78.49%、 77.09%和88.42%。稻田N2O的排放量很少,排放以甲烷为主,因此不同施肥措施所排放的N2O对综合温室效应的贡献远低于CH4。相对于当地习惯施肥处理,OPT、 OPT+M和OPT+S 3种优化施肥措施均在减少化肥施用量的情况下增加了水稻产量,增产率分别为3.6%、 14.3%和 8.5%,其中以有OPT+M处理增产效果最明显。3)不同施肥处理下,CO2排放强度为FP(0.56)OPT+S(0.52) OPT(0.50)OPT+M(0.49),OPT和OPT+M显著低于当地习惯施肥处理,OPT+M CO2排放强度最低。4)有机碳、 全氮、 速效磷和速效钾含量均在OPT+S处理中最高。【结论】不同施肥措施影响稻季温室气体排放,施用有机肥和氮肥均增加了CO2、 CH4、 N2O的排放,秸秆还田增加了CO2和CH4排放,减少了N2O排放。稻田减排应以减少CH4排放为主,推荐氮肥量配施有机肥为碳强度评价体系下最优处理。秸秆还田对土壤养分的改善趋势明显,虽然增加了CO2排放,但考虑到其可避免因焚烧造成大量CO2的排放,总体上依然减少了CO2的排放,但对秸秆还田的适宜量需要进一步研究。     

配施有机肥对潜育化水稻土的培肥效果

为探索潜育化水稻土的培肥措施,通过田间试验研究了有机无机肥配施对潜育化低产水稻土产量和土壤养分有效性的影响。结果显示:连续2季施用有机肥后,潜育化水稻土产量显著提高,以早稻配施紫云英-晚稻配施猪粪处理的产量最高。添加有机肥降低了潜育化水稻土耕层土壤p H值。早稻配施紫云英,晚稻配施猪粪处理的有机质提高明显,比NPK处理提高了15.22%;早稻配施紫云英,晚稻配施猪粪处理的潜育化水稻土全氮含量比单施化肥处理提高4.19%;早稻配施紫云英,晚稻单施化肥处理的潜育化水稻土有效磷含量提高最多,比NPK处理提高了4.92%;相比于NPK处理,早稻配施紫云英,晚稻单施化肥处理的土壤速效钾含量比两季均单施化肥处理提高了13.2%。因此,潜育化水稻土适当配施有机肥可以提高土壤养分有效性,增加水稻产量,可以作为培肥改良潜育化水稻土的参考方法。     

基于土壤肥力质量综合指数评价化肥与有机肥配施对红壤稻田肥力的提升作用

[目的]准确评价有机肥料提高农田土壤肥力的效果,是正确选择土壤培肥措施的基础.通过比较两种土壤肥力质量综合指数的计算方法评价有机肥培肥效果的可行性.[方法]3年田间定位试验(2015—2017)在长江中下游的红壤双季稻田进行.共设7个处理:不施肥(CK),等氮磷钾投入量下的单施化肥(CF)和一半化肥氮配施一半的牛粪(+...     

长期施肥对氨氧化古菌丰度及群落结构的影响

【目的】氨氧化古菌对土壤氮素转化有着重要的作用。本研究以长期定位施肥黄泥田土壤为研究对象探讨了长期不同施肥模式对土壤氨氧化古菌数量和多样性的影响,为制定合理的施肥制度提供理论基础。【方法】试验在福建省农科院试验站上进行,以30年长期定位施肥的红壤性水稻土为研究对象采用荧光定量PCR和克隆文库技术,研究了长期不同施肥模式对氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰度及群落结构的影响。试验设4个处理:1)不施肥(CK);2)单施氮磷钾肥(NPK);3)氮磷钾肥配施牛粪(NPKM);4)氮磷钾肥配施秸秆(NPKS)。小区面积为12 m~2每个处理设3个重复。土样采集时间为2012年10月份(水稻收获后),测定土壤养分和氨氧化古菌的数量及多样性。【结果】1)与CK相比,NPKM和NPKS处理显著增加了土壤有机质含量,NPKM和NPKS处理之间无显著差异。2)与CK相比施肥均能提高土壤全氮含量;NPKM和NPKS处理能够显著提高土壤全磷含量,NPKM处理全磷含量最高;仅NPKS处理能显著增加全钾含量。3)与CK相比,长期施肥均能提高土壤有效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量,并且NPKM处理AN和AP含量最高,NPKS处理中AK含量最高。4)与CK相比,长期施肥均对土壤pH值无显著影响。5)与CK处理相比,NPKM和NPKS处理的amoA基因拷贝数显著增加增加幅度分别为168.4%和95.7%;单施化肥处理与CK无显著差异。土壤氨氧化古菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关,与土壤全磷、有效氮、速效磷和速效钾含量呈极显著正相关。6)长期不同施肥处理影响土壤氨氧化古菌的种群结构,单施化肥增加了土壤AOA的多样性,而化肥配施有机肥则降低了AOA的多样性。7)本试验中得到的土壤氨氧化古菌amoA基因序列均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeote)和奇古菌(Thaumarchaeote)。本试验所得氨氧化古菌绝大多数与来自土壤、沉积物的amoA基因克隆非常相似,少数与水体环境相似。【结论】不同培肥模式下,土壤中氨氧化古菌均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeota)和奇古菌(Thaumarchaeota),然而水稻土壤养分和氨氧化古菌丰度及群落结构变化显著。单施化肥的作用不明显,有机无机肥配施有利于土壤有机质和养分的积累以及氨氧化古菌的生长增加了氨氧化古菌优势菌群的比例。     

施磷对水稻土硅素吸附与解吸特性的影响

研究了水稻土中施磷 (P)对硅 (Si)吸附与解吸特性的影响。结果表明 ,由于土壤中Si、P元素化学性质和结构相似 ,存在着竞争性吸附 ,施P降低了土壤中Si的吸附量 ,同时增加了土壤Si的解吸量 ,提高土壤Si的解吸率。表明P在降低土壤Si吸附量的同时 ,也由于降低了土壤对Si的吸附结合能 ,从而增加了Si的解吸量。P的存在对Si的吸咐具有一种外推作用。连续解吸试验进一步证实了上述的观点。     

施硅对水稻土磷素吸附与解吸特性的影响研究

研究了水稻土中施Si对P吸附与解吸特性的影响。结果表明 ,由于土壤中Si、P存在着竞争性吸附 ,当Si施入土壤时 ,它必然占据一部分Si、P共用的吸附点位 ,降低了土壤中P的吸附量。施Si对P解吸量的影响比较复杂 ,在低P浓度 (10、20、30mg/kg)时 ,施Si增加了P的解吸量 ;在高磷浓度 (40mg/kg)时 ,施Si后P的解吸量变化不大 ,而P浓度为 50mg/kg时 ,P的解吸量随Si的施加呈下降趋势。表明Si减少P吸附量的同时 ,也由于降低了土壤对P的吸附结合能 ,而增加了易解吸P的含量。施Si明显的提高了土壤P的解吸率     

稻田种植秋大豆施肥效应及用量研究初报

稻田种植秋大豆氮磷及氮磷钾配施比单施氮产量效益高。在磷钾用量一致的基础上每公顷配施氮 75kg的产量和纯收入最高 ,磷肥是每公顷施 N 75kg配施 P2 O536kg的产量和收益高 ,钾肥不同比例用量的产量和效益差异不明显。稻田种秋大豆氮磷钾肥用量以每公顷施 N75kg、P2 O53 6kg和 K2 O37.5kg为最佳经济施用量     

控释氮肥在淹水稻田土壤上的去向及利用率

通过土壤渗漏装置、微区和田间小区试验,研究了15N标记控释氮肥在淹水稻田土壤上氮素的去向和利用率。结果表明,施用控释氮肥能明显地降低氨挥发、淋失和硝化—反硝化的损失。控释氮肥处理的氨挥发量比尿素降低54.0%,氮淋失量降低32.5%。尿素的硝化—反硝化损失量占施入氮量的34.5%,而控释氮肥的只占2.0%;控释肥料与尿素氮在0—80cm土层中的残留率相近。控释氮肥一次性全量作基肥施入土壤,水稻的氮肥利用率平均为65.6%,比尿素(基肥+追肥)高出32.2个百分点。控释氮肥的农学效率显著地高于尿素。