植物根系氮吸收过程的研究进展

氮对植物的生长发育有着重要的作用,氮素也是植物根系从土壤中吸收最多的元素之一。因此,了解根系吸收氮素的机理和过程对检测生态系统的结构与功能有着重要的意义。土壤中的氮大体上可分为无机态和有机态两大类,植物能够吸收的有机态氮主要是氨基酸,而植物能够吸收利用的无机态氮主要是NO3-和NH4+。本研究较全面地总结了植物根系对氮的吸收和调控的机理,并在此基础上对该方面的研究进行了展望。     

贝加尔针茅草原土壤无机氮含量对氮素添加的响应

土壤无机氮是可以直接被植物根系吸收的氮素形态,也是表征土壤肥力的重要参数。基于内蒙古贝加尔针茅草原长期氮素添加(NH4NO3)试验平台,本研究选取4个氮素添加水平,分别是0(CK)、30(N30)、50(N50)和100 kg N·hm-2·a-1(N100),探究氮素添加对土壤无机氮的影响。于2015年生长季(6—10月)每月中旬分别采集0~10、10~20、20~30、30~40 cm四个土层深度的土壤样品,测定土壤铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量。结果表明:贝加尔针茅草原0~40 cm土壤中,CK、N30和N50处理的土壤铵态氮含量较土壤硝态氮含量高,N100处理中,二者几乎各占一半,生长季内无机氮含量的变化趋势与硝态氮一致;各处理土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量在土层间的关系均表现为:0~1010~2020~3030~40 cm,且都随氮素添加水平增加而增加。经方差分析表明,氮素添加、取样时间、土层深度及三者交互作用对土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量均有极显著影响;本试验中,在自然水热条件下,N100处理有明显的硝态氮累积,达"氮饱和点"。     

土壤中的氮素与氮肥

土壤中的氮素与氮肥１土壤中的氮素以哪几种形态存在？土壤中的氮素大致可分为有机态氮和无机态氮两大类。有机氮化合物主要有蛋白质、尿素、尿酸、胺化物等；无机态氮主要有铵态氮和硝态氮两种。土壤中总的含氮量称为全氮量。２土壤中不同形态的氯是如何转化的：随着土壤...     

不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响

氮沉降增加已成为全球变化的重要现象之一，已显著影响草地土壤氮素循环。以内蒙古额尔古纳草甸草原为研究对象，进行了6年不同形式氮添加试验，设置无机氮和有机氮比例分别为：10∶0 （N₁），7∶3 （N₂），5∶5 （N₃），3∶7 （N₄），0∶10 （N₅）和对照处理0∶0 （CK）。通过土壤有机质物理分组及室内矿化培养的方法，从氮素形态、氮素组分及氮素潜在矿化三方面研究不同比例有机、无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响。结果表明，土壤全氮含量未受氮素添加形式的影响；氮添加显著提高了0~20 cm土层矿质氮含量，尤其是土壤硝态氮，其中N₄（无机氮∶有机氮=3∶7）混合氮肥处理下硝态氮含量增幅最大，较对照处理增加1332%。不同形式氮添加没有影响氮素在土壤颗粒态有机氮（轻组）及矿物结合态有机氮（重组）中的占比；N₁（无机氮∶有机氮=10∶0）处理显著提高了0~10 cm土层颗粒态有机氮（轻组）及0~20 cm土层矿物结合态有机氮（重组）中的氮素相对含量，较对照分别增加了91%和44%。氮添加增加了10~20 cm次表层土壤硝化速率的同时降低了氨化速率，但土壤净氮矿化速率不受氮添加形式的影响。因此，有机/无机氮添加比例变化对草原土壤氮素形态和周转的影响也更加复杂。     

外源氮素添加对高寒草甸植物-土壤养分月际变化的影响

为了探究氮素添加下植物及土壤养分随月际变化的关系。本研究以玉树州称多县高寒草甸为研究对象,设置0(N0),15 g·Nm^-2(N1),30 g·Nm^-2(N2),45 g·N m^-2(N3),60 g·Nm^-2(N4)5个氮素添加水平,测定土壤及植物中铵态氮、硝态氮、速效氮、有机碳、全氮、全钾、全磷等指标。结果表明：在氮素添加下随月际变化植物地上部分全钾含量、根系全磷、土壤有机碳含量呈增加的趋势;根系硝态氮、速效氮含量,土壤速效氮含量呈先增加后降低的趋势;根系全氮含量,土壤铵态氮、全氮含量呈先降低后增加的趋势;植物地上部分速效氮和全氮含量、根系铵态氮和有机碳含量呈降低的趋势。植物与土壤养分间存在显著正相关及负相关性(P<0.05),但随月际变化规律并不一致。以上结果说明氮素添加下植物养分利用策略及土壤养分供给能力会受到月际变化的影响,且在不同月份变化下植物及土壤养分间的关联性是不同的。     

黄土高原半干旱区覆膜玉米农田氮变化动态研究

为了进一步明确黄土高原半干旱区覆膜农田氮素循环变化动态及其机理,以夏玉米为研究对象,采用大田试验研究了覆膜管理对植株氮素(全氮)和土壤氮素(无机氮、全氮)变化动态的影响。试验结果表明:1)覆膜和不覆膜处理土壤NO₃^--N含量随玉米生育期的推进表现出近似斜“N”的变化规律。2)相对于不覆膜处理而言,覆膜处理地上部分氮素积累量表现出倒“V”型变化趋势。成熟期不覆膜处理茎叶中氮素残留较多,即将氮素更多地用于营养生长;而覆膜能使植株吸收的氮素更多地转移到籽粒中去,更多地用于生殖生长。3)对于不同土壤剖面不覆膜处理土壤全氮含量而言,覆膜处理随玉米生育期的推进表现出相似的“W”型变化规律。且随土壤深度增加,变化规律有所延迟。三叶期至拔节期由于植物根系长度限制出现下降趋势;拔节期至籽粒形成期,由于覆膜能够改善土壤水热状况进而影响土壤中氮素分布,故出现上升趋势;籽粒形成期至成熟期变化规律与植物地上部分总氮含量恰好相反,说明该阶段土壤中全氮变化与玉米的生长状况密切相关。根据本研究结果,覆膜对玉米生育前期土壤氮素变化影响较大,生育后期土壤氮素变化主要与玉米生长状况密切相关,且覆膜有助于提高玉米的产量和营养品质。     

无机氮处理对矿山生态型水蓼氮积累及根系形态的影响

氮肥的过量施用,导致土壤中过量的氮易随渗漏、径流等方式进入水体,造成水体的富营养化加剧。矿山生态型水蓼为前期试验筛选的氮磷修复植物,明确根系形态变化对无机氮处理的响应特征可以为矿山生态型水蓼对氮素的吸收积累机理提供一定理论基础。采用砂培试验,以氮磷富集植物矿山生态型水蓼为研究对象,设置不同铵态氮浓度(25、50、75 mg·L~(-1))和硝态氮浓度(25、50、75 mg·L~(-1)),研究了矿山生态型水蓼植株氮积累以及根系形态各参数的变化。结果表明,矿山生态型水蓼生物量和氮积累量均在供氮50 mg·L~(-1)时达到最大值。供氮浓度为50和75 mg·L~(-1)时,矿山生态型水蓼生物量表现为硝态氮处理显著高于铵态氮处理。矿山生态型水蓼氮含量和氮积累量均表现为铵态氮处理高于硝态氮处理。随着铵态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼的根长、根表面积和根体积均显著减小;随着硝态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼根长、根表面积、根体积均在供氮50 mg·L~(-1)时最大。在供氮为25 mg·L~(-1)时,矿山生态型水蓼根系形态各参数表现为铵态氮处理大于硝态氮处理,在供氮50和75 mg·L~(-1)时则表现为硝态氮处理显著大于铵态氮处理。适宜浓度硝态氮能促进矿山生态型水蓼的生长和侧根发育,从而促进对氮素的吸收。而铵态氮浓度过高会抑制矿山生态型水蓼的根系生长,但并不抑制其对氮素的吸收积累能力,这可能与矿山生态型水蓼根系的抗逆性有关。     

无机氮处理对矿山生态型水蓼氮积累及根系形态的影响

氮肥的过量施用,导致土壤中过量的氮易随渗漏、径流等方式进入水体,造成水体的富营养化加剧。矿山生态型水蓼为前期试验筛选的氮磷修复植物,明确根系形态变化对无机氮处理的响应特征可以为矿山生态型水蓼对氮素的吸收积累机理提供一定理论基础。采用砂培试验,以氮磷富集植物矿山生态型水蓼为研究对象,设置不同铵态氮浓度(25、50、75 mg·L^-1)和硝态氮浓度(25、50、75 mg·L^-1),研究了矿山生态型水蓼植株氮积累以及根系形态各参数的变化。结果表明,矿山生态型水蓼生物量和氮积累量均在供氮50 mg·L^-1时达到最大值。供氮浓度为50和75 mg·L^-1时,矿山生态型水蓼生物量表现为硝态氮处理显著高于铵态氮处理。矿山生态型水蓼氮含量和氮积累量均表现为铵态氮处理高于硝态氮处理。随着铵态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼的根长、根表面积和根体积均显著减小;随着硝态氮浓度的增加,矿山生态型水蓼根长、根表面积、根体积均在供氮50 mg·L^-1时最大。在供氮为25 mg·L^-1时,矿山生态型水蓼根系形态各参数表现为铵态氮处理大于硝态氮处理,在供氮50和75 mg·L^-1时则表现为硝态氮处理显著大于铵态氮处理。适宜浓度硝态氮能促进矿山生态型水蓼的生长和侧根发育,从而促进对氮素的吸收。而铵态氮浓度过高会抑制矿山生态型水蓼的根系生长,但并不抑制其对氮素的吸收积累能力,这可能与矿山生态型水蓼根系的抗逆性有关。     

东祁连山不同退化程度高寒草甸土壤氮素与团聚体特征及关系研究

为探明高寒草甸土壤团聚体与氮素的关系，本试验研究了祁连山东段不同退化程度的高寒草甸上的不同土层土壤氮素和团聚体的变化特征，探讨了团聚体与土壤氮素的关系。结果表明：随着土层的加深和退化程度的加重，全氮、非颗粒有机氮、颗粒有机氮、铵态氮、硝态氮含量逐渐减小，有机氮含量降低75.82%，无机氮含量降低59.36%，说明与无机氮相比有机氮对草地退化的响应更敏感；随着退化程度的加重，土壤大团聚体数量降低91.09%，小团聚体数量增加70.62%，团聚体组分由大团聚体向小团聚体转变为主；随着退化程度的加重，有机氮含量降低影响土壤团聚体的形成，土壤团聚体平均重量直径逐渐降低，土壤团聚体分形维数逐渐增大，土壤团聚体稳定性逐渐下降，降低团聚体对氮素的固定能力，从而导致氮素流失，进而影响土壤氮库的储量。     

玛曲高寒草地不同利用方式下土壤氮素含量特征

在玛曲高寒草地,选取不同利用方式下的围封5年的草地、轻度退化与人工修复草地、中度退化草地、重度退化黑土滩型草地、沙化草地以及栽培的燕麦草地为研究对象,分析其土壤氮素含量特征。结果表明,草地的开垦与退化使得可供植物利用的有机碳(SOC)、全氮、无机氮(NH₄⁺-N+NO₃^--N)与铵态氮含量明显降低,轻度退化与人工修复草地的SOC、无机氮及铵态氮含量均最高,分别为8.78g/kg,49.44mg/kg,42.71mg/kg;重度退化黑土滩型草地中硝态氮含量最高,达13.21mg/kg。土壤全氮及无机氮与有机碳之间呈显著正相关(P<0.01),土壤硝态氮及铵态氮与土壤全氮之间也均呈显著正相关(P<0.01),且均表现为线性关系;SOC是影响玛曲不同利用方式下草地土壤氮素含量的重要因素。     

饲用玉米根际促生菌资源筛选及其特性研究

为获得玉米根际促生菌(PGPR)菌株并明确其功能特性;以玉米根系及根际土壤为材料,利用选择性培养基分离筛选溶磷菌与固氮菌,测定所选菌株溶磷能力和固氮酶活性,并测定其产IAA的能力,从中筛选综合性能优良的菌株,在此基础上,运用生理生化鉴定和16SrDNA分子生物学鉴定相结合的方法鉴定优良菌株的种属。结果表明:玉米根际有大量PGPR菌,分布特征表现出根表(RP)根表土(RS)远根土(NRS)根内(HP)的数量分布规律,呈根际效应。最终获得262株PGPR菌,其中固氮菌48株,溶解无机磷细菌108株,溶解有机磷细菌106株,有分泌IAA能力的菌株15株。筛选出综合性能优良、有进一步开发应用潜力的菌株7株。经鉴定其中3株为Pseudomonas fluorescens;2株为Bacillus subtilis;Klebsiella oxytoca和Bacillus megaterium各1株。     

不同施肥方式对饲用玉米产量及品质的影响

本试验旨研究不同施肥方式对饲草产量及品质的影响。试验共设化肥、有机肥和有机无机配方肥3个处理,各处理按等N量324 kg/hm²等量折算化肥、有机肥和有机无机配方肥,生长期采用滴灌方式进行灌溉。研究结果表明,施用有机无机配方肥株高（3.08 m）,较施用化肥差异不显著（P＞0.05）,较施用有机肥差异显著（P＜0.05）;施用有机无机配方肥单株重（1.52 kg）,鲜草产量（84.53 t/hm²）和干草产量（32.01 t/hm²）均为最高,显著高于施用化肥和有机肥（P＜0.05）;施用有机无机配方肥DM（37.87%）、Starch（38.47%）含量最高,较施用化肥差异不显著（P＞0.05）,较施用有机肥差异显著（P＜0.05）。施用有机无机配方肥饲草NDF（33.90%）和ADF（20.90%）含量最低,较施用化肥和有机肥差异显著（P＜0.05）。综上所述,在干旱半干旱地区滴灌种植饲用玉米,施用有机无机配方肥可以提高饲草产量和品质,适宜在当地或者同类地区推广应用。     

秸秆还田与施氮对水稻根系分泌物及氮素利用的影响研究

秸秆还田及适宜的施氮水平,对于提高资源的利用效率及减少环境污染有着重要的意义,本研究以徐稻3号为材料,在盆栽条件下设置3种氮肥水平与2种秸秆处理,研究了秸秆与氮肥处理下水稻根际分泌特性的差异及其与养分吸收利用的关系。结果表明,在同一秸秆处理下,中氮(NN)增加结实期氮素的累积,提高氮(N)素的吸收利用率,同时,NN处理下根系分泌物中苹果酸、琥珀酸、有机酸总量、氨基酸的含量及根系活性上升。在同一氮肥处理下,秸秆还田提高N素吸收累积,增加根系分泌物中苹果酸、琥珀酸及草酸的含量,降低柠檬酸的含量,根系分泌物中有机酸总量、氨基酸含量及根系活性在秸秆还田后明显上升。相关分析表明,结实期根系分泌物中有机酸总量、苹果酸、琥珀酸、氨基酸的含量以及根系活性与氮素累积量及氮素吸收利用率呈显著或极显著的正相关。     

中国草地样带植物根系N、P元素特征及其与地理气候因子的关系

在横穿内蒙古和青藏高原长达4000 km的中国草地样带中,设置了132个采样样地,采集到120个植物根系样品,对样品进行了化学元素测定。在此基础上,分析了植物根系N、P元素的基本特征,空间分布格局以及其与气候因子的关系。研究结果表明,草地植物根系P元素含量的变异系数大于N元素,而青藏高原地区植物根系N、P含量的变异系数均高于内蒙古地区。植物根系N和P元素含量之间的相关性明显,同时,P与N/P的相关关系比N与N/P的相关关系更为明显。在草地类型上,高寒草甸类植物根系的N含量最低,而温性草原最高。在与生境因子的关系上,草地植物根系N含量具有随着海拔增加而降低,随年均温的增加而增加,随年均降水量的增加而降低的趋势,但其相关程度都较弱,这说明植物根系的元素含量可能受到植被组成、环境因素等多方面的综合影响。对草地植物根系元素化学计量学特征的研究,有助于为全球气候变化条件下草地的C、N、P元素循环研究以及草地生态系统对全球气候变化的响应和适应研究提供依据,同时也可为相关生态模型提供基础数据。     

氮沉降对陆地生态系统关键有机碳组分的影响

土壤有机碳不仅可以为植物生长提供营养元素,维持土壤良好的物理结构,而且库容巨大,其储量的微弱变化会导致大气圈中CO₂浓度发生较大变化,从而直接影响全球碳平衡格局。氮是影响陆地生态系统植物生长的首要营养元素,大气氮沉降以及人为氮肥施入作为陆地生态系统氮的重要来源,其变化会深刻改变陆地生态系统的植物生长和净初级生产力,并进而影响全球碳循环和其他生态系统过程。欧美等国的生态学者近20年来就氮输入对不同生态系统碳库的影响进行了广泛而深入的研究,我国学者近年来也逐渐开始关注氮输入对陆地碳循环相关过程的定量研究,并取得了一系列的研究进展。但尽管如此,氮沉降以及人为氮输入对陆地生态系统碳循环的影响效应与作用强度依然是目前四大碳汇机制研究最为薄弱的一个环节。鉴于此,本文综述和分析了近年来氮沉降对陆地生态系统土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)、微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)等不同土壤碳组分影响的相关研究结果,并针对目前氮沉降增加对陆地生态系统土壤碳库影响研究存在的问题提出了几点展望,以期对我国未来相关领域研究的进一步开展起到一定的参考作用。     

氮和磷添加对草原群落特征及有关生态过程的影响

该文系统综述了氮、磷添加对天然草原生产力、植物多样性以及氮利用策略、根系周转等有关生态过程的影响。多数研究表明氮添加提高了温性草原的生产力、降低了其物种多样性,但氮添加对高寒草甸生产力的影响不尽相同。单独磷添加对物种生产力和丰富度无显著性影响;氮、磷同时添加对于提高生产力存在互作效应。另外,同一功能群植物在不同生态系统中对氮、磷添加响应也不同。当土壤氮含量发生变化时,不同植物对氮的利用形态存在明显的生态位分离,进而影响生产力和物种组成。典型草原和高寒草甸植物叶片氮、磷含量以及回收量对氮、磷添加的响应结果并不一致。氮添加能够提高细根的寿命,磷添加能够提高地下根系的生物量,而氮、磷同时添加对生产力尤其是细根形态的变化和周转产生显著影响。但目前的研究多以野外观测为主,缺乏长期生态过程和机理的研究,尤其是关于地下生态过程的研究。另外磷添加如何影响主要植物和群落对氮利用形态的生态位分离等过程和机理的研究有待进一步加强。     

运动场草坪根系层土壤组成及特性研究

文章从沙的特性及含量、无机改良剂、有机改良剂、土壤加固材料等土壤组成对运动场草坪根系层土壤物理性质的影响以及根系层土壤主要物理性状标准等方面进行了综述,并对当前运动场草坪根系土壤研究存在的问题及今后的发展趋势进行了分析.     

运用微根管技术研究草地植物细根的进展

微根管(minirhizotron, MR)技术自出现以来,因其方便、简洁、省时省力和能够原位观察的特点而在植物细根(直径<2 mm)研究中发挥重要作用。草地植物细根在土壤养分循环和草地可持续发展中起到关键作用。本研究综述了国内外学者运用微根管技术研究草地植物细根的进展,主要集中在草地植物根系产量、寿命及周转速率对气候变化、草地管理与利用以及土壤生物的响应等方面。多数研究认为CO₂浓度升高和气候变暖会增加植物细根根长、根数量或生物量,降低根系寿命;春季发生的细根寿命相对秋季发生的细根较短。刈割和人工施加氮肥对天然草地植物根系没有显著影响,但会成倍增加草地地上生物量,减少物种丰富度。植物细根寿命与直径呈正相关关系,周转速率与直径呈负相关关系。微根管技术在今后研究的重点可围绕4个方面:1)放牧、草地利用与管理以及土壤生物与草地植物细根的相互关系;2)根系寿命或周转速率对土壤碳库或养分库的影响;3)气候变化或人类活动引起草地植物根系发生变化的机制。通过综述,以期更好地利用微根管技术服务于草地根系研究,促进草地农业生态系统根系研究的发展。     

不同氮效率型苜蓿氮素吸收差异与根系形态的关系及其对氮的响应

以高效型苜蓿（‘龙牧806’‘肇东苜蓿’）和低效型苜蓿（‘公农1号’‘陇东苜蓿’）为试验材料，采用营养液砂培法，在4个供氮量下（2.1，21，210和420 mg·L^-1），研究紫花苜蓿苗期氮素吸收、分配的氮效率型差异及其与根系形态之间的关系。结果表明高效型苜蓿品种的株高、地上生物量、根重、总根长和根体积均显著高于低效型品种（P<0.05）；供氮量较低时（2.1和21 mg·L^-1），高效型向根系分配了较大比例的氮素，而低效型则向地上部分配了较大比例的氮素，根系形态参数与总氮量呈显著正相关（P<0.05），且根重对氮素吸收的直接作用较大，直接通径系数是1.230和1.102。因此，在氮胁迫下，根系形态对氮吸收效率起重要作用，尤其是根系形态中的根重对其影响较大。