湿地土壤的硝化-反硝化作用及影响因素

硝化-反硝化作用与土壤的供氮能力及氮气态损失密切相关,其对于湿地氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤硝化-反硝化作用的研究方法、影响因素及模型表征的研究动态。当前湿地土壤硝化-反硝化作用的研究主要集中在净硝化/反硝化能力方面,而模型研究仅停留在一般概念模型和动力学模型的表征上。影响湿地土壤硝化-反硝化作用的因素主要包括温度条件、水分条件、土壤理化性质及生物区系等。鉴于当前湿地土壤硝化-反硝化作用研究内容的不均衡性和不深入性,其在今后研究中应亟需加强的领域包括:(1)硝化-反硝化作用驱动机制;(2)概念模型与应用模型表征;(3)全球变暖、降水改变及碳、氮输入等对硝化-反硝化作用的影响;(4)人类活动对硝化-反硝化作用的影响。     

土壤有机氮组分研究进展

有机氮组分作为土壤氮素的重要组成,是土壤中有效态氮的源和库,在氮素矿化、固定、迁移以及为植物生长供氮过程中起到至关重要的作用。总结近年来国内外土壤有机氮组分的研究进展,详述了土壤有机氮组分的组成、功能及其影响因素。结果表明,土壤有机氮组分与土壤供氮能力紧密相关,其中酸解铵态氮和酸解氨基酸氮为土壤有机氮组分的主要组成,一定程度上可作为土壤供氮潜力的表征。最后,对未来的研究重点—同位素标记技术和分子生物学技术等在土壤有机氮组分研究的应用进行展望,以期为深入开展土壤氮素循环和供氮能力的研究提供一定的理论参考。     

植烟黄壤氮素矿化动态模拟研究

研究不同温度和水分条件下植烟土壤有机氮的矿化动态,为田间土壤氮素矿化的预测提供依据。采用好气间歇淋洗方法,探求不同温度培养模式[恒温20℃,恒温35℃,变温(5、10、15、20、25、30、35、30、25、20℃)],不同温度(5~40℃)与不同土壤含水量(风干土~53%)交互作用下的土壤有机氮矿化动态,并建立回归方程。运用田间土壤氮素矿化数据,进行模型验证。结果显示,变温培养下土壤氮素矿化动态与恒温培养显著不同,变温下土壤矿化氮的累积动态以积温模型的拟合效果最好;指数模型能够较好描述土壤有机氮矿化对土壤水分含量的反应。在土壤氮素矿化积温模型和水分函数的基础上,建立了变化温度与水分条件下的土壤氮素矿化模型。田间实测矿化数据验证了此模型的可行性。因此,可以利用有效积温和土壤含水量来估测田间土壤氮素矿化量。     

土壤氮矿化-固持周转(MIT)研究进展

土壤氮矿化-固持周转(MIT)过程与土壤供氮力及氮素损失间存在密切关系。本文概述了近年来MIT过程的研究方法及其相应的模型;对土壤温度、土壤水分、土壤理化性质、植物生长状况以及有机、无机肥的施用等影响MIT过程的主要因素进行了较详尽地阐述,并展望了今后主要的研究方向。     

不同恢复年限内陆盐沼湿地土壤氮含量的差异性分析

以向海自然保护区内的自然芦苇湿地为对照、以不同恢复年限芦苇湿地为研究对象,用野外采集土壤样本和室内化验分析的方法获取土壤数据,通过数据分析,探讨了三种不同恢复年限湿地土壤氮素含量差异性及其影响因素,并对相关机理进行了阐释。研究结果表明:(1)土壤全氮含量取自地表向下40 cm深度土层的平均值,恢复1 a、恢复3 a、恢复5 a湿地及自然湿地土壤全氮含量取5月、7月和9月的平均值,分别为312.04、526.22、1305.57和1992.45 mg kg-1,随着恢复年限的增长土壤氮含量增加并且逐渐接近于自然湿地,恢复5年的湿地土壤氮含量与自然湿地间差异已不明显;(2)季节之间比较,7月土壤氮含量最高,9月次之,5月最低;(3)同一土层剖面不同深度土层比较,0～20 cm土层土壤氮素含量最高,越向下层含量越低;(4)湿地土壤氮含量恢复年限间变异性高于垂直剖面土层间变异性,恢复年限间变异系数介于35.77%至81.63%之间,垂直剖面土层间变异系数介于19.15%至48.76%之间。     

保护性耕作对土壤氮组分影响研究进展

土壤氮组分虽性质各异,但均是土壤氮库不可缺少的成分,关系到土壤肥力、作物氮素利用以及土壤氮素损失。保护性耕作是气候智慧型的农田管理措施之一,对土壤氮库及其组分有重要的影响。目前关于保护性耕作对土壤氮库影响的研究较多,且呈上升趋势,但研究主要是针对土壤全氮或有机氮,而关于土壤氮组分的研究还相对较少。该文综述了国内外关于保护性耕作对土壤氮组分影响的相关研究,分析认为颗粒氮、轻组氮含量对土壤耕作措施变化响应敏感,在保护性耕作下,这些活跃态氮组分含量较高。此外,保护性耕作可改变土壤微生物量氮、潜在矿化氮含量,进而影响植物氮素吸收,亦可改变土壤溶解性有机氮、提取态有机氮含量,进而控制农田土壤氮素损失。然而,研究主要集中在保护性耕作对土壤氮组分含量的影响,而关于其对土壤氮组分影响的原因以及氮组分与作物的关系尚不完全清楚。在此基础上,提出未来中国保护性耕作对土壤氮组分影响方面的重点研究方向:结合土壤生物学性状(如微生物活性、酶活性),进一步揭示保护性耕作对土壤氮组分的影响机制;基于同位素标记,以土壤-作物系统为研究对象,深入研究保护性耕作对土壤氮素矿化及作物氮素吸收的影响,分析土壤氮组分与作物氮素吸收的关系。     

黄土区几种土壤培养过程中可溶性有机氮的变化及其与土壤矿化氮的关系

研究了黄土高原12种土壤(农地和林地)35 d好气培养过程中可溶性有机氮(SON)含量及其占可溶性全氮(TSN)的比例,以及SON与土壤矿化氮间的关系。结果表明,随着培养过程的进行,不同类型土壤SON的含量均呈明显增加;土壤SON占TSN的比例在培养的前3 d内明显下降,随后这一比例基本保持在24%左右。根据总可溶性氮确定的供试土壤氮素矿化势No平均为45.8 mg/kg,较由矿化的无机氮确定的土壤氮素矿化势No(平均36.5 mg/kg)高约1/4左右;培养过程中土壤SON含量与利用无机氮拟合得到的土壤氮素矿化势No间的相关性未达显著水平。研究表明,评价土壤氮素矿化特性时仅仅测定矿化的无机氮数量,可能会低估土壤氮素矿化潜力和氮素损失的数量和效应。     

影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素 及其对供氮量的响应

砂姜黑土是我国典型的中低产田土壤类型,研究其在土壤微生物驱动下的氮素转化过程及其机制,可为定向调控土壤氮素转化过程,提高氮素利用效率并减少其负面效应提供科学依据。试验设置0 kg·hm~(-2)、120 kg·hm~(-2)、225 kg·hm~(-2)和330 kg·hm~(-2) 4个供氮量,分别于冬小麦越冬期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期测定小麦根际土壤氮转化相关微生物作用(氨化作用、硝化作用和反硝化作用)强度和土壤氮素转化相关酶(脲酶、蛋白酶)活性,土壤净氮素矿化速率、土壤硝态氮和铵态氮含量的变化,研究影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素及其对不同供氮量的响应。结果表明,土壤氮素转化微生物及酶活跃时期为拔节到灌浆期,灌浆期之后土壤氨化作用强度、硝化作用强度、脲酶及蛋白酶活性降低;土壤净氮素矿化速率与土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性的活跃期较为一致,在开花前后达到最高。除脲酶活性随供氮量增加持续上升外,土壤氮素转化微生物作用强度及蛋白酶活性均随供氮量的增加,在225 kg·hm~(-2)处理下达到最高,进一步增加供氮量至330 kg·hm~(-2),微生物作用强度及酶活性均表现出不同程度的下降。可见,砂姜黑土土壤氮素转化的活跃期与小麦需氮高峰期基本一致,有利于冬小麦的生长。但由于砂姜黑土中土壤硝化作用强度较低,土壤硝化能力有限,从而降低了氮素可利用性,且增加了土壤氨挥发损失的潜在风险。在一定范围内增加供氮量,有利于土壤氮素的转化,但供氮过多(330 kg·hm~(-2))则不利于砂姜黑土供氮能力的提高。     

苏打盐碱化稻田土壤氮素矿化和硝化特征及其影响因子

  【目的】  为探明土壤盐碱化对氮素转化的影响,研究了不同盐碱化条件下氮素的矿化和硝化特征以及这些特征与土壤盐分、养分含量的关系,为盐碱化土壤养分的科学管理提供理论依据和数据支撑。  【方法】  随机采集了30个不同盐碱化程度的稻田土壤 (0—20 cm)样品,根据盐碱化程度将采集的土壤样品划分为轻度(含盐量0.1%～0.3%,碱化度5%～15%)、中度(含盐量0.3%～0.5%,碱化度15%～30%)和重度(含盐量0.5%～0.7%,碱化度30%～45%)盐碱土3类,每个类别中依据最小归类样品数选取盐碱化程度接近的3个土样作为3次重复,进行氮素矿化和硝化室内培养试验(25℃,24 h光照)。于培养的第0、3、6、9、15、21天取样测定土壤铵态氮、硝态氮含量及脲酶和碱性蛋白酶活性。通过相关性分析研究土壤各指标与氮素矿化、硝化过程间的相关关系,采用逐步回归分析筛选影响氮素矿化和硝化过程的主要因子。  【结果】  随着土壤盐碱化程度的加剧,氮素矿化和硝化作用显著下降(P<0.05)。与轻度盐碱土相比,中度和重度盐碱土的氮素最大净矿化速率分别低12.7%和29.8%,累积矿化氮量分别低15.7%和25.2%,最大净硝化速率分别低15.4%和23.1%,累积硝化氮量分别低15.4%和23.1%,最大脲酶活性分别低16.0%和34.8%,最大碱性蛋白酶活性分别低6.0%和15.6%。逐步回归分析表明,土壤电导率(EC)、pH、CO₃2–、Na+、全氮和有机质是影响土壤氮素矿化作用的主要因子,EC、pH、CO₃2–、Na+和有机质是影响土壤氮素硝化作用的主要因子。  【结论】  随着土壤盐碱化程度的增加,土壤氮素净矿化速率、净硝化速率、累积矿化氮量、累积硝化氮量、脲酶和碱性蛋白酶活性不断下降,土壤盐碱化显著抑制了氮素的矿化和硝化作用。     

黄河口典型湿地土壤氮素的季节动态及转化过程研究

于2008年10月、2009年5月和8月对黄河口湿地进行了3次野外调查和室内及野外模拟实验,研究了湿地土壤中各形态氮素的季节变化及转化过程,结果表明:农业种植区表层土壤氮素含量明显高于自然湿地,自然湿地全氮的含量低于1 000 mg/kg,铵态氮含量小于10 mg/kg,硝态氮含量小于3 mg/kg,研究区土壤氮素含量处于低营养水平。土壤中氮素的含量8月份最低,其中无机氮的季节变化较有机氮明显;0-10 cm表层土壤氮素含量明显高于下层土壤,10 cm以下氮含量无显著垂直变化。在氮素的转化过程中,氮的反硝化能力最强,硝态氮的最大损失量达到23.44 g/(m3.d),这与研究区域土壤中硝态氮含量较低相吻合;矿化能力较弱,有机氮的最大转化量仅为0.91 g/(m3.d);氮的硝化过程中铵态氮的最大转化量为12.77 g/(m3.d)。芦苇枯落物在分解过程中发生了氮素的净释放,夏季淹水环境芦苇枯落物氮素的日均归还量最高,达到0.039 g/(m2.d),冬季最低,芦苇枯落物分解对土壤氮库的储量有一定影响。     

Using a nitrogen mineralization index will improve soil productivity rating by artificial neural networks

ABSTRACT

In the Pampas, nitrogen fertilization rates are low and soil organic matter impacts crop yield. Wheat (Triticum aestivum L.) yield was related to total soil nitrogen (total N) and to nitrogen mineralization potential (mineralized N) to determine whether the effects of organic matter may be attributed to its capacity to act as a nitrogen source or to the improvement of the soil physical condition. Data of 386 sites from throughout the region comprised in a recent soil survey were used, in which climate and soil properties to 1 m depth were determined. Artificial neural networks were applied for total N and mineralized N estimation using climate and soil variables as inputs (R² = 0.59–0.70). The models allowed estimating total N and mineralizable N at county scale and related them to statistical yield information. Neural networks were also used for yield prediction. The best productivity model fitted (R² = 0.85) showed that wheat yield could be predicted by rainfall, the photothermal quotient, and mineralized N. The soil organic matter effect on crop yield seems to be mainly related to its nitrogen mineralization capacity. Using mineralized N as predictor would be a valuable tool for rating soil productivity.     

Relationship between mineralization and immobilization of nitrogen influenced by various conditions of submerged soils

The relationship between mineralization of soil nitrogen and immobilization of added nitrogen in submerged soils were studied under various soil conditions in a laboratory experiment. Selected factors which constituted soil conditions were content of soil organic nitrogen, quantity of nitrogen addition, temperature, soil drying, puddling, and period of incubation. Each factor contained some treatments in it.

The ratio of mineralization to immobilization, M/I, was relatively constant under various soil conditions. The values of M/I were around 2 except the soil drying treatments, indicating that the amount equivalent to about half of mineralized nitrogen is immobilized simultaneously under nitrogen added condition. Even so, if considered in detail, treatments that stimulate the microbial activities were observed to have increasing effect on M/I.

The ratio of additional mineralization caused by nitrogen addition to immobilization, ΔM/I, is considered to be an index to know the influence of nitrogen addition on the quantitative change of soil nitrogen level. This value was around 1 in the soil without any application of organic matters, and around 0.6 in the soil receiving straw compost for 10 years. Factors that have close relations with the value of ΔM/I were soil organic nitrogen level, temperature, soil drying, and period of incubation.     

自然生长和人为影响下土壤碳氮含量差异及影响因素

[目的]深入探讨环青海湖区近30年未变动放牧草地和耕地土壤碳氮含量影响因素,以期为该区土地利用优化管理提供参考。[方法]基于有幸在该区找到未变动放牧草地和耕地,采用前期研究工作中的多个指标,利用一元和多元回归模型进一步分析土壤碳氮含量主导因素。[结果]该区草地和耕地土壤理化指标基本以30 cm土层深度为界发生明显变化; 从回归模型中可以看出,由于受到人类活动影响,耕地土壤碳氮含量受土壤理化指标影响较小,而草地土壤作为未扰动土壤,在自然发育背景下土壤碳氮主导因素明显多于耕地。[结论]土地利用变化显著影响了土壤性状,在该区减少土地扰动能有效减缓土地荒漠化进程。     

澜沧江流域水土流失及防治对策

该文根据大量的水文及监测数据，分析了澜池江流域水土流失的现状及水土流失的原因，得出以下结论：（１）澜沧江流域水土流失从总体上看较轻，但局部地区较严重；（２）澜沧江流域局部地区水土流失呈发展趋势，其主要原因，是人为破坏，根据上述结论、提出了防治水土流失的对策。     

有机物料对植烟土壤氮素矿化及微生物性质的影响

采用稻草、油菜、黑麦草和菜籽饼等4种有机物料,采集高有机质含量(68.2 g·kg^–1)烟-稻轮作土壤和低有机质含量(17.2 g·kg^-1)旱地植烟土壤,在等氮(100 mg·kg^-1)投入条件下通过室内培育实验,分析了不同培育时段土壤无机氮(NO3-、NH4+)矿化动态、土壤酶活性以及微生物功能多样性的变化。结果表明:植烟土壤矿化氮动态特征与施用有机物料碳氮比(C/N)密切相关,高有机质植烟土壤中添加稻草、油菜和黑麦草显著降低土壤净矿化氮水平,而低C/N的菜籽饼添加显著促进了土壤净矿化速率,引起土壤无机氮积累。在低有机质植烟土壤添加各有机物料明显提升了土壤硝化速率,但稻草和油菜添加显著降低了培养前期土壤无机氮浓度;而菜籽饼添加显著促进了土壤的净矿化速率,在短期培养内(7 d)土壤铵态氮浓度较对照土壤增加了3.3倍~3.7倍。施入高C/N的有机物料显著提升了土壤微生物功能多样性,引起土壤酶活性增高;但不同物料添加下土壤微生物群落变异不同,诱导了对碳源利用类型不同的微生物种群变化。因此,烟-稻轮作区的高有机质植烟土壤上合理施用稻草是改善烤烟品质重要措施,而对旱地植烟土壤应更加重视高氮源有机肥料的施用,以实现不同植烟区提质增效的目标。     

安太堡煤矿区不同复垦年限和复垦模式土壤氮矿化及硝化特征

为揭示煤矿复垦区土壤氮素内循环中的矿化及硝化特征,探索不同复垦模式与不同复垦年限下复垦土壤的氮素转化效率,采集山西安太堡露天煤矿中复垦3年、9年、21年苜蓿地及3年荞麦地表层（0~20 cm）土壤,并以3年自然恢复和未复垦新排土为对照,采用间歇淋洗好气培养法与恒温培养法研究各采样地土壤矿化与硝化过程,利用一级反应动力学模型与Logistic方程对有机氮素的矿化与硝化数据进行拟合。结果表明,3年苜蓿地的矿化速率最高,21年苜蓿地的矿化速率最低,且土壤氮素快速矿化主要在培养前7 d,之后逐渐平缓,并在28 d趋于稳定。经一级动力学方程拟合可知,氮矿化势（N_o）的变化范围为89.28~124.51 mg·kg^-1,21年苜蓿地 > 3年自然恢复地 > 3年苜蓿地 > 3年荞麦地 > 未复垦新排土 > 9年苜蓿地;矿化速率常数（k）的变化范围为0.022 6~0.051 9,3年苜蓿地 > 9年苜蓿地 > 未复垦新排土 > 3年自然恢复地 > 3年荞麦地 > 21年苜蓿地。氮矿化势与土壤有机质含量显著正相关（r=0.91）。复垦区各土壤随培养时间的延长硝态氮含量大致为"S"型曲线且可分为3个阶段：前期阶段（0~5 d）-上升阶段（5~14 d）-稳定阶段（14~28 d）;Logistic方程拟合结果显示：复垦年限显著影响硝化高峰出现的时间（不同复垦年限苜蓿地最大相差6.85 d）,21年苜蓿地硝化过程剧烈而短促,3年自然恢复地的硝化过程缓慢而漫长;耕地较草地有更大的硝化速率与更长的硝化时间。长期的种植苜蓿复垦显著提高了土壤的氮库容量,矿化过程更为平稳。     

麦秸配施纤维素降解细菌对果园土壤有机碳库及生化特性的影响

  目的  研究果园土壤有机碳库及生化性质对小麦秸秆还田配施不同纤维素降解细菌的响应特点。  方法  以豫北碱性果园土壤为研究对象,采用室内培养法,以不添加麦秸及纤维素降解菌为对照（CK）,研究仅添加麦秸（S）及麦秸分别配施尼氏芽孢杆菌（Bacillus nealsonii,S + B）、科恩氏菌（Cohnella,S + C）、灿烂类芽孢杆菌（Paenibacillus lautus,S + P）处理对土壤有机碳含量、酶活性、速效养分含量及盐碱性的影响。  结果  培养100 d内有机碳矿化速率呈现先升高后下降的趋势,且与一级动力学模型高度拟合。麦秸配施纤维素降解菌处理的土壤有机碳矿化速率、累计矿化量及潜在可矿化碳含量均高于S处理。S + B处理的土壤总有机碳、微生物量碳、水溶性有机碳和易氧化有机碳含量分别比S处理提高10.14%、35.53%、26.27%和24.34%。麦秸配施纤维素降解菌提高土壤碳库管理指数和土壤酶活性,其中S + B处理的纤维素酶、碱性磷酸酶及脱氢酶活性均显著高于S处理。与仅添加麦秸相比,麦秸配施纤维素降解菌显著增加土壤速效氮、磷、钾及可交换性镁含量,降低可交换钙含量和pH值。土壤速效氮、磷及微生物量碳是影响有机碳矿化的主要因素。  结论  麦秸配施纤维素降解菌显著提高土壤有机碳库活度及含量,改善土壤生化性质,以尼氏芽孢杆菌的促进作用相对较高。     

西藏高原日光温室菜地土壤碳、氮矿化特征研究

采用室内培养方法, 以西藏拉萨地区选取的草地、农田为对照, 测定并比较日光温室土壤碳、氮矿化特征, 揭示草地和粮田转变为日光温室菜地后土壤矿化演变过程, 为西藏高原设施菜地土壤管理提供科学依据。结果表明, 草地、农田、1年温室、5年温室土壤有机碳矿化速率均在培养前期(0~7 d)日均矿化量最快, 且草地土壤显著高于农田和5年温室土壤(P<0.05), 温室土壤间无差异(P>0.05); 在培养28 d后, 农田土壤有机碳矿化释放的CO₂-C累积量高于草地, 草地高于1年温室和5年温室, 但不同类型土壤碳矿化释放的CO₂-C累积量间差异不显著(P>0.05)。无论是草地、农田还是温室, 4种土壤氮矿化都主要发生在培养的前期(0~3 d), 之后随着培养时间的延长, 不同利用类型土壤氮素转化以氮素的固定为主; 至培养结束时, 草地、农田、1年温室、5年温室土壤无机氮含量分别为培养0 d的29.04%、75.94%、66.86%、65.70%, 说明草地土壤氮素矿化能力较农田和温室强, 而温室土壤氮素矿化能力随着温室利用年限的延长而不显著升高, 农田氮矿化能力最弱。方差分析表明, 土壤氮矿化能力因土壤类型而异但矿化过程不因土壤类型而存在差异。