减氮对麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性的影响

探究减氮对华北地区麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性影响,为华北地区麦玉轮作农田氮肥管理提供技术支持,本研究以不施氮为对照（CK）,设置 2个施氮量,分别为常规施氮量（纯氮 300 kg·hm^-2,N2）、减氮 20%（纯氮 240 kg·hm^-2,N1）,提取土壤DNA,用nirS（细胞色素cd1-亚硝酸还原酶）、nirK（Cu-亚硝酸还原酶）引物扩增后采用MiSeq PE300测序技术,研究施氮量对麦玉轮作农田土壤性状及nirS、nirK反硝化细菌群落结构及多样性的影响。结果表明,3个处理nirS、nirK反硝化细菌α-多样性指数无显著差异,nirS反硝化细菌α-多样性高于nirK。减氮显著影响nirS、nirK反硝化细菌物种组成。减氮对nirS、nirK反硝化细菌门水平及nirK纲水平物种组成无显著影响,但显著降低了nirS反硝化细菌Deltaproteobacteria（δ-变形菌纲）相对丰度;减氮显著影响nirS、nirK属水平物种组成。硝态氮、速效磷、pH值是影响土壤nirS反硝化细菌属水平群落结构主要环境因子;pH值是影响土壤nirK反硝化细菌属水平群落结构的主要环境因子。研究表明,适量减氮不影响反硝化细菌α-多样性,但显著影响反硝化细菌属水平群落组成和群落结构,减氮主要是通过影响土壤性状及微生物群落结构进而影响农田土壤N₂O排放。     

不同轮作休耕模式对稻田土壤有机碳及其组分的影响

为了优化筛选双季稻田绿色高效的复种轮作休耕模式,通过连续2 a的田间试验,研究不同轮作休耕模式对稻田土壤有机碳及其组分的影响。结果显示：“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式2 a 的总生物量高出休耕模式以外的其他处理31.68%~65.91%。2018-2019年,“油菜-甘蔗||春大豆”和“紫云英-春大豆-秋大豆”模式更有利于土壤全碳的积累,复种轮作模式和休耕模式较连作模式更有利于土壤活性有机碳的积累,以“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“油菜-甘蔗||春大豆”模式表现最好。“油菜-甘蔗||春大豆”模式更有利于土壤可溶性有机碳、微生物量碳的积累。2019年“油菜-甘蔗||春大豆”的碳库活度、碳库活度指数和土壤碳库管理指数均达到最大,且分别显著高出其他处理59.46%~84.38%、59.06%~84.47%和52.81%~71.40%（P<0.05）,轮作模式更有利于提高碳库活度、碳库活度指数和土壤碳库管理指数,尤其是“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“油菜-甘蔗||春大豆”模式表现较好。在当地土壤肥力条件下,复种轮作模式能提高土壤有机碳及其组分的含量,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力,5种模式中“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”复种轮作模式表现最佳。     

巢湖流域种植模式改变对养分表观平衡及土壤化学性质的影响

为明确巢湖流域内的农田养分平衡状况,制定面源污染防控措施,本研究以巢湖流域传统休耕-水稻种植模式（n=26）作为参照,选取该区域典型的大棚番茄-水稻轮作模式（由休耕-水稻种植模式转变而来,n=26）为研究对象,探究不同种植模式下的养分盈亏状况,并分析种植模式改变对土壤化学性质的影响。结果表明,休耕-水稻种植模式下氮盈余34.02 kg·hm^-2·a^-1,其盈余率为16.7%;磷和钾分别亏损2.96、13.71 kg·hm^-2·a^-1,两者亏损率分别为9.1%和19.7%。大棚番茄-水稻轮作模式下氮、磷、钾盈余量分别为589.27、194.93、144.22 kg·hm^-2·a^-1,三者盈余率分别为61.5%、66.4%、26.9%。长期大量施肥下,大棚番茄-水稻轮作导致土壤积累的硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量分别为休耕-水稻种植模式土壤的50.05、7.05、1.95倍和1.72倍。对比休耕-水稻种植模式,大棚番茄-水稻轮作模式下过量施用氮肥导致土壤pH平均下降了0.83个单位,电导率平均增加了0.73 mS·cm^-1,该模式下土壤呈明显的酸化和盐渍化趋势。研究表明,当前巢湖流域大棚番茄-水稻轮作模式下的养分收支呈盈余状态,土壤积累了大量速效养分,存在一定的流失风险。     

灌溉与生物质炭对土壤硝化反硝化功能微生物的影响

为研究不同灌溉方式下生物质炭添加对土壤硝化及反硝化微生物的调控效应，本研究采用田间小区试验，通过在不同灌溉方式下（常规地表漫灌、滴灌、喷灌和微喷灌）添加不同量生物质炭（0、10、20 t·hm^-2），结合实时荧光定量PCR技术，研究了灌溉方式与生物质炭对华北地区冬小麦拔节期土壤硝化及反硝化微生物相关功能基因的影响。结果表明：与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌显著降低了土壤NH₄⁺-N含量，降幅分别为49.30%~68.25%、30.22%~57.19%和43.63%~56.83%（P<0.05），但在一定程度上增加了土壤NO₃^--N含量，增幅分别为5.14%~62.39%、0~173.50%和0~87.90%。由于滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉方式的灌水量远低于常规漫灌方式（约为漫灌灌水量的50%），因而会产生有利于硝化反应而抑制反硝化反应的环境，增加土壤硝化微生物功能基因AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，且均表现为微喷灌>喷灌>滴灌>漫灌。同时，在各灌溉方式下，添加生物质炭可增加AOA-amoA和AOB-amoA的基因丰度，这可能主要归因于生物质炭发达的孔隙结构和良好的水肥吸附能力。与漫灌相比，滴灌、喷灌、微喷灌均降低了土壤反硝化微生物nosZ基因丰度。但在各灌溉方式下，添加生物质炭，尤其是高量生物质炭（20 t·hm^-2）可提高反硝化微生物nosZ基因丰度，从而降低土壤反硝化过程的N₂O损失风险。综上所述，节水灌溉方式与生物质炭互作可促进拔节期土壤硝化作用，并通过影响反硝化微生物活动调节土壤反硝化过程，微喷灌方式下添加20 t·hm^-2生物质炭可有效促进小麦对氮素的吸收利用。     

长江中游典型稻田种植模式的资源利用率及综合效益

为探究长江中游稻田不同种植模式的综合效益,筛选适合长江中游地区利用的高效种植模式,选取紫云英-早稻-晚稻（CK,CRR）、紫云英-早稻-甘薯||晚大豆（CRI）、油菜-早稻-晚稻（RRR）、油菜-早稻-甘薯||晚大豆（RRI）和马铃薯-早稻-晚稻（PRR） 5种长江中游典型稻田种植模式,通过2018年9月至2020年12月连续的田间试验,比较长江中游典型种植模式的资源利用率和综合效益,结果显示：2 a间,各处理的年总光能利用率均高于对照处理,除2020年油菜-早稻-晚稻外,各处理的年总光能利用率显著高出对照处理10.98%~35.37%和22.22%~50.00%（P<0.05）。2 a间,油菜-早稻-甘薯||晚大豆的周年光能生产效率和年总光能利用率较高,其次是紫云英-早稻-甘薯||晚大豆。2 a间,除CRI外,其余3个处理的周年积温生产效率均显著高出对照处理8.28%~25.44%（2019年）和21.09%~26.78%（2020年）（P<0.05）。冬种紫云英处理（CRR、CRI）的年有效积温利用率均较高,处理CRI和处理CRR（紫云英-早稻-晚稻）表现较好,提高了积温利用率。连续2 a均是处理CRI的综合效益加权关联度最大,分别为0.75和0.81,综合效益最优。在综合考虑产量、温室气体排放、土壤质量、资源利用效率和综合效益的情况下,紫云英-早稻-甘薯||晚大豆模式表现较好。     

小麦蚕豆间作对根际土壤氮转化微生物的影响

通过田间小区试验,采用磷脂脂肪酸（PLFA）、实时荧光定量PCR研究了小麦蚕豆间作不同生育期对根际土壤微生物群落的变化、氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）以及反硝化细菌中亚硝酸还原酶（nirK）、一氧化氮还原酶（norB）和氧化亚氮还原酶（nosZ）基因拷贝数以及土壤酶活性和土壤硝态氮、铵态氮含量的影响。结果表明：与单作相比,小麦蚕豆间作显著提高了根际土壤中总的PLFAs生物量、细菌、真菌、放线菌和好氧菌的生物量。土壤样品中的amoA基因拷贝数在10⁵～10⁶范围内AOB的amoA基因数量高于AOA。在不同的生育期,根际土壤中nirK的基因拷贝数都是间作高于单作;在拔节期,间作蚕豆的norB基因显著高于其他种植模式（P<0.05）;在拔节期、抽穗期,nosZ基因均是间作显著高于单作（P<0.05）,并随着生育期呈现降低的趋势。间作降低了根际土壤NO₃^--N的含量,提高了NH₄⁺-N的含量（P<0.05）。说明小麦蚕豆间作后改变了根际土壤的微环境,使得土壤微生物群落结构发生改变,这种改变在一定程度上能够对土壤氮素的有效保蓄和供应、同时防止氮素损失和污染起到积极作用,为间作增产提供了氮素营养保障。     

甲酸盐和葡萄糖对两种土壤N2O排放的刺激作用

为初步探究某些根系分泌物对土壤N₂O排放的影响,采用室内培养的方法,以甲酸盐和葡萄糖为外加碳源（0、0.5、1 μmolC·g^-1）,测定了其对菜地和稻田土壤N₂O排放的影响。结果表明,无外加有机碳源情况下,菜地土壤的N₂O-N（2.65~2.69 μg·kg^-1）排放量显著小于稻田土壤（6.19~11.79 μg·kg^-1）（P<0.01）;添加葡萄糖的情况下,菜地土壤的N₂O-N（2.47~3.44 μg·kg^-1）排放量也显著小于稻田土壤（9.55~13.34 μg·kg^-1）（P<0.01）;但在甲酸盐（1 μmol C·g^-1）的刺激下菜地土壤N₂O-N排放量（54.86 μg·kg^-1）显著高于稻田土壤（42.40 μg·kg^-1）（P<0.01）;增加施氮量并没有显著增加土壤中N₂O排放。荧光定量PCR结果表明,稻田土壤微生物拷贝数（包括真菌、细菌、反硝化细菌）是菜地的3~8倍。进一步通过高通量测序分析发现,反硝化真菌在菜地中的相对丰度（53.8%）,远远高于其在稻田土壤中的丰度（6.6%）。有报道指出,反硝化真菌能够有效地利用甲酸盐产生N₂O,我们的研究也发现小分子有机物质的微量添加可以显著刺激土壤N₂O排放;微生物群落结构可以显著地影响土壤N₂O排放对不同有机碳源添加响应;甲酸盐添加下的菜地土壤中,大量反硝化真菌很可能是N₂O的主要贡献者。     

施肥处理对旱地红壤反硝化潜势的影响

为探究土壤反硝化潜势与施肥之间的关系，对长期定位试验地采用4种不同施肥处理：不施肥（CK）、施用氮磷钾肥（NPK）、施用有机肥（OM）、施用氮磷钾肥加有机肥（NPKOM），采用田间取样与实验室分析相结合的方法，测定了4种施肥处理下土壤的反硝化潜势，并结合土壤基本理化性质，比较分析不同施肥处理下土壤反硝化潜势的差异及其与环境因子之间的内在关系。结果显示：施用有机肥的土壤反硝化潜势最高，施用氮磷钾肥的土壤反硝化潜势最低。影响土壤反硝化潜势的主要因素有pH、有机质、全磷和速效磷。施用有机肥在提高土壤pH值的同时会提高土壤反硝化潜势，增加土壤N₂O的排放。氮磷钾肥会降低土壤的pH值导致土壤反硝化潜势降低。氮磷钾肥加有机肥混合施用提高土壤pH值的同时可以降低单施有机肥土壤反硝化潜势，并降低土壤N₂O的排放。     

冬季作物-双季稻轮作模式资源利用效率及经济效益比较研究

湖南省是长江中游双季稻主产区,冬季作物-双季稻轮作模式是该区重要的三熟种植制度。为优化种植模式、促进资源高效利用及农民增收,开展了13年的长期冬季作物-双季稻轮作种植定位试验,分析比较冬闲-双季稻、马铃薯-双季稻、黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻5种轮作模式的光热资源利用效率、NPK养分资源利用效率及经济效益。结果表明：马铃薯-双季稻模式年总光能利用率显著高于其他模式;马铃薯-双季稻模式轮作周年光能生产效率比黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻模式分别显著提高了0.16、0.18、0.21 g·MJ^-1（P<0.05）,轮作周年积温生产效率比黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻模式分别显著提高了1.24、1.36、1.52 kg·hm^-2·℃^-1·d^-1（P<0.05）。各模式轮作周年P养分干物质生产效率差异不显著（P>0.05）;各轮作模式周年N养分干物质生产效率大小依次为马铃薯-双季稻（73.23） > 冬闲-双季稻（69.84） > 油菜-双季稻（68.30） > 黑麦草-双季稻（65.47） > 紫云英-双季稻（60.99）;各轮作模式周年K养分干物质生产效率大小依次为紫云英-双季稻（70.63） > 冬闲-双季稻（66.10） > 油菜-双季稻（57.58） > 黑麦草-双季稻（56.37） > 马铃薯-双季稻（47.91）。各轮作模式的早、晚稻NPK偏生产力差异不显著（P>0.05）,晚稻NPK收获指数差异显著（P<0.05）。各轮作模式经济效益大小依次为马铃薯-双季稻>油菜-双季稻>黑麦草-双季稻>紫云英-双季稻>冬闲-双季稻。马铃薯-双季稻模式为高投入高产出型,黑麦草-双季稻和油菜-双季稻模式为低投入中产出型,紫云英-双季稻模式为低投入低产出型。综合来看,马铃薯-双季稻模式适合在湖南双季稻区推广应用。     

红壤旱地以玉米为主体的不同种植模式对土壤碳库管理指数的影响

为揭示红壤旱地种植模式对土壤有机碳库组分及碳库管理指数的影响差异,以有效反映种植模式与土壤质量的关系,以紫云英-玉米为对照（CK）,设置马铃薯-玉米||大豆、“三花”混播（紫云英×油菜×肥田萝卜）-玉米||花生（TMP）、蚕豆-玉米||甘薯（BMS）、油菜-玉米||大豆（RMS）5种以玉米为主体的种植模式,分析了第1、2季收获后土壤有机碳及碳库管理指数的变化。结果显示：第2季间作玉米收获后,与CM处理（CK）相比,PMS、TMP、BMS、RMS的活性有机碳分别提高53.67%、67.89%、11.01%、57.80%;PMS、TMP、RMS处理的碳库活度、碳库活度指数与对照相比分别显著提高了52.63%~89.47%和53.49%~93.80%（P<0.05）,土壤碳库管理指数显著高于对照59.24%、60.71%、80.91%（P<0.05）。土壤碳库管理指数与活性有机碳含量呈极显著正相关（P<0.01）。玉米间作产量均高于单作,且不同种植模式经济产量都高于对照。综合分析认为,红壤旱地以玉米为主体的不同种植模式有利于提高活性有机碳含量及碳素有效率、土壤碳库管理指数,也有利于提高玉米产量;马铃薯-玉米||大豆处理经济产量最高,三花-玉米||花生处理最有利于提高碳库管理指数,油菜-玉米||大豆处理次之。     

氮缺乏与过剩症对烟草的影响

简述了氮对烟草的营养作用，氮缺乏与过剩症对烟草的影响以及防治对策，介绍了在田间就地操作的简便，快速氮素分析法。     

应用15N示踪技术测定作物氮素的利用率及分配研究进展

氮肥施用对农作物增产具有重要作用,同时也会对环境造成污染,因而如何提高氮肥利用率,减少氮肥对环境的污染一直是研究的热点问题1。5N示踪技术作为氮素研究的有效工具被广泛应用于多种作物上。采用15N示踪技术,了解大豆、水稻、烟草、小麦等对肥料氮和土壤氮的利用率,不同来源氮在其体内的吸收、分配和运转规律,从而为各作物的合理施肥提供科学依据,对研究如何减少氮肥施用、提高氮肥利用率、提高作物产量具有重要的作用和意义。     

郑州市农用地畜禽粪便氮负荷估算及利用途径探讨

从资源利用的角度,以土壤植物营养学原理为指导,结合前人的研究成果,估算了郑州市土壤最大氮承载量和2009年畜禽粪便氮负荷量,同时对其环境风险进行分析评价,最终提出了畜禽粪便的利用途径。结果表明:郑州市单位面积土壤最大氮承载量为144.9kg/hm2,2009年郑州市畜禽粪便氮负荷量为88.0kg/hm2。在农作物秸秆还田的基础上,对畜禽粪便进行发酵、堆肥等无害化处理之后,将其全部施入郑州市农田不会造成环境污染。从局部来看,郑州市不同区域土地对畜禽粪便的消化能力不同,其中消纳畜禽粪便能力最强的是中牟县,单位面积土壤最大承载量高达200.4kg/hm2。     

不同基因型大豆植株氮素积累变化动态研究

为了探明大豆品种间氮素积累及运转规律,以东农42、黑农35、垦丰9号、东农46和秣食豆为材料,研究不同基因型大豆氮素积累分配差异。结果表明:不同基因型大豆品种叶片和茎秆氮素含量呈降—升—降的变化趋势;荚皮氮素含量呈下降趋势;籽粒氮素含量呈上升趋势。各营养器官氮素含量表现为荚皮叶片茎秆。不同基因型大豆叶片和茎秆氮素积累量变化动态基本一致,呈单峰曲线。荚皮中氮素积累量呈先升高后下降的趋势;籽粒氮素积累量呈持续增长趋势。成熟时全株氮素含量表现为秣食豆黑农35东农42东农46垦丰9号。高蛋白品种的营养体氮素积累峰值、氮素运转量及运转效率显著高于蛋白质含量低的品种,但氮收获指数相差很小。不同器官的氮素运转量和运转效率对籽粒的贡献率均表现为叶片茎秆荚皮。     

氮肥施用期及施用量对稻米品质的影响

通过连续3a的试验发现；齐穗期喷施尿素溶液能改善稻米加工品质，适当提高直链淀粉含量，延长胶稠度，但对垩白发生有一定促进作用，早稻早季种植形成较优米质的最佳氮肥用量大于晚季种植，增氮的同时应注意选择垩白小的品种，以扬其改善加工，蒸煮，营养品质之长，避增加垩白之短，重施基肥吻合早季种植水稻生育期短，灌浆快的特点，使其尽早吸收，充分利用氮素营养，故能形成较优的米质，而重施穗肥吻合晚季种植水稻生育期长，灌浆平缓的特点，在生育后期集中向籽粒供氮，利于优良米质的形成，施氮时期及施氮量调控优质稻米的形成与适应不同类型品种或不同季节水稻的生长发育特点有关，但伴随加工，蒸煮，营养等品质改善的同时，垩白总是增加，因此选择小晋白品种是运用氮肥调控米质的基础，各米质指标中，加工品质与垩白受影响最大，直链淀粉含量，胶稠度受影响次之，粒长及粒形受影响较小，糊化温度几乎不受影响，施氮越多，施用时期越晚，蛋白质含量越高，但由于国家标准中未涉及蛋白质含量与米质的关系，因此对米质的影响是好是坏有待进一步研究。     

氮素不同底追比例对冬小麦品质和产量的影响

在池栽条件下研究了氮素 3个不同底追比例处理对 2个小麦品种品质和产量的影响。结果表明 ,适当增加追氮比例 ,籽粒品质改善 ,产量提高 ,在本试验土壤肥力条件下 ,氮素以 1/3底施、2 /3追施为兼顾品质与产量的最佳方案     

应用^15N对稻田生态系中氮素淋失和去向的研究

应用１５Ｎ研究了化学氮肥单施及其与有机肥配施条件下稻田生态系统中肥料氮和土壤氮淋失的数量、形态及肥料氮的去向。明确了配施有机肥比化学氮肥单施氮素淋失率大,且淋失的形态均以ＮＯ３－Ｎ为主。但土壤残留氮前者为后者的２倍多,而气态损失氮后者为前者的４倍左右。肥料氮的淋失量与土壤残留氮及气态损失氮相比,其数量极其微小,因此从农业持续发展着眼,应该选择有机肥和化学肥料配合施用。     

光、氮及其互作对作物碳氮代谢的影响研究进展

在综述前人研究成果的基础上,讨论了氮素、光照在作物生长中的作用,认为其主要体现在对作物光合作用及氮素利用的影响上,并着重分析了氮素、光照两因素互作对作物碳、氮代谢的影响。     

植烟黄壤供氮特征研究

【目的】研究烤烟生长期间植烟黄壤的氮素矿化及供氮特征,为烟草氮素营养调控提供理论依据。【方法】选择两块有机质含量存在差异的黄壤试验田,每块试验田设休闲、植烟不施氮、植烟施氮90kg·hm-2、植烟施氮120kg·hm-24个处理,采用埋袋法进行田间原位培养。【结果】在烤烟生长期间,不施肥植烟土壤氮矿化存在两个高峰,一是在烤烟旺长期(烤烟移栽后42d左右),二是在烤烟打顶后(烤烟移栽后77d左右)。在烤烟生长期间,随着时间的推进矿化氮累积量增加,至烤烟移栽91d左右,矿化氮累积量趋于平缓。有机质含量为15.5和23.7g·kg-1的不施肥植烟土壤累积矿化量分别为80.4和88.5kg·hm-2,打顶后土壤矿化氮量占其矿化氮总量的58%、65%。土壤有机质含量对土壤氮素矿化动态影响不显著,肥料氮的施用导致土壤氮矿化动态波动幅度增大,在烤烟生长前期形成净固定,对烤烟生长后期土壤净矿化产生显著正激发效应。【结论】调控烟草生长后期土壤氮素矿化,能够减少烟草生长后期土壤氮素供应;减少烟草生长前期土壤无机氮固定,促进烟草生长前期无机氮释放,也能在一定程度上缓解烟草生长后期土壤氮素供应过量的问题。     

双季水稻精确施氮参数的确定与验证

根据多年试验结果,得出基于Standford方程的江西南昌地区双季水稻精确施氮参数。在不施氮条件下,双季早、晚稻生产100 kg稻谷的需氮量分别为1.5 kg和1.37 kg,基础地力产量分别为5 039.49 kg/hm2和5 347.49 kg/hm2,氮肥当季利用率分别为40%和45%。所确定的参数与大田验证试验结果基本一致,可用于指导江西南昌地区双季水稻精确施氮。