土壤微生物生物量氮研究综述

简述了土壤微生物生物量N的含量及其影响因素、土壤微生物量N的生物有效性、影响土壤无机氮生物固定的因素及土壤微生物量N的测定，明确了土壤微生物量N在土壤N素循环转化过程中的重要作用。土壤微生物量N是土壤N素转化的重要环节，也是土壤有效氮活性库的主要部分。土壤微生物量N对作物N素的供应起着重要调节作用。土壤无机氮的生物固定对减少N素损失，提高N肥利用效率和保护环境具有积极的作用。     

森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

大气中氧化亚氮（N2O）浓度的上升加剧了全球变暖。森林土壤在调节大气N2O浓度中发挥着至关重要的作用。近年来,氮（N）输入对森林土壤N2O通量的影响备受关注。然而,森林土壤N2O排放对N输入响应的机制,尤其是植物和微生物对N2O通量的调控作用尚缺乏系统研究。因此,本文综述了N输入如何通过森林植被（根系N吸收、凋落物分解和形成丛枝菌根）和土壤微生物（微生物量和群落组成）调控N2O产生途径从而影响森林土壤N2O排放。结果表明,植物的竞争性氮吸收能降低氮输入对N2O排放的促进作用,其作用大小可能主要取决于土壤“氮饱和”状态。植物凋落物主要通过分解过程中的养分归还和次生代谢产物释放来影响氮输入背景下的森林土壤N2O排放,前者具有促进作用,而后者具有抑制作用。丛枝菌根主要通过吸收有效氮和水分、促进团聚体形成以及改变N2O相关功能基因群落调控森林土壤N2O通量。N输入导致的土壤酸化或养分限制,通常会降低微生物量和/或改变微生物群落组成,从而控制N2O排放。N输入对N2O不同产生途径也会造成影响,受土壤湿度、N2O底物浓度以及N2O相关功能基因丰度（AOB、 AOA、nirK、 nirS和nosZ）的调控。未来在模型预测中,需要将植物氮吸收、凋落物分解、菌根以及N2O产生途径充分纳入模型,以提高模型预测准确性,为全球变化背景下制订森林管理政策和温室气体减排措施提供支持。     

宝天曼自然保护区森林土壤碳氮储量分布格局分析

森林土壤碳氮储量是森林生态系统物质循环的基础,关系着全球的气候变化。为了认识宝天曼森林土壤碳氮储量的分布格局,以内乡宝天曼自然保护区森林土壤为研究对象,采用土壤剖面调查方法,分析比较了内乡宝天曼土壤碳氮储量和碳氮比与海拔、林龄和土壤类型的关系。结果表明:该区域森林土壤碳储量为14.24～137.97 t/hm²,平均值为82.05 t/hm²,土壤氮储量在0.75～6.89 t/hm²范围,平均值为3.98 t/hm²;土壤碳氮储量与海拔和林龄符合正相关的线性关系,随着海拔的升高和林龄的增大而升高,变化趋势明显,碳氮比保持在20左右;土壤碳氮储量在不同林型间的差异很大;不同土壤类型之间,山地棕壤的碳氮储量极显著高于山地黄棕壤和山地褐土（p<0.01）。该研究揭示了宝天曼自然保护区森林土壤碳氮储量的空间分布规律,对于宝天曼自然保护区森林应对气候变化、森林植被恢复及森林生态系统的管理和保护具有重要的指导意义。     

15N同位素稀释技术和示踪技术在森林土壤N素研究中的应用

森林土壤N素形态、N库动态及其运移转化特征备受关注。采用稳定性~(15)N同位素稀释技术和示踪技术测定森林土壤总N转化速率和~(15)N回收率,可以揭示森林土壤N素特别是无机N的运移转化规律和持留机制。由此可见,稳定性~(15)N同位素技术在森林土壤N循环研究中的作用举足轻重。基于此,介绍~(15)N同位素稀释技术测定土壤总N转化速率的基本原理和~(15)N同位素示踪技术研究土壤N素运移规律的基本思路,并简要列举了稳定性~(15)N同位素技术和示踪技术在森林土壤N素转化、运移和持留机制研究中的应用实例,同时指出此法的不足和应用前景。     

森林土壤氧化亚氮排放对大气氮沉降增加的响应研究进展

森林土壤N2O来源于土壤氮素的氧化还原反应,硝化、反硝化、硝化细菌反硝化以及化学反硝化是其产生的四个关键过程。当前,氮素富集条件下森林土壤N2O排放存在硝化和反硝化主导作用之争,对大气氮沉降增加的响应模式以及微生物驱动机制尚不清楚。综述了森林土壤N2O来源的稳定性同位素拆分,森林土壤总氮转化和N2O排放对增氮的响应规律,增氮对N2O产生菌群落活性和组成的影响,并指出研究的薄弱环节与未来的研究重点。总体而言,森林土壤N2O排放对大气氮沉降增加的响应呈现非线性,包括初期无明显响应、中期缓慢增加和后期急剧增加三个阶段,取决于森林生态系统"氮饱和"程度。施氮会引起森林土壤有效氮由贫氮向富氮的转变,相应地改变了土壤硝化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成,进而影响土壤N2O排放。由于森林土壤N2O排放监测、土壤总氮转化和N2O产生菌群落动态研究多为独立进行的,难以阐明微生物功能群与N2O排放之间的耦合关系。未来研究应该有机结合15N-18O标记和分子生物学技术,准确量化森林土壤N2O的来源,揭示森林土壤N2O排放对增氮的非线性响应机理。     

土壤氮素内循环对生态覆被变化响应的研究进展

随着人口增长对粮食需求的不断提高,人类对自然生态系统扰动频繁,生态覆被/土地利用变化伴随着土壤活性氮库、氮形态组分及氮素内循环过程的改变,直接影响生态系统的持续与稳定,进而引起全球气候变暖,生物多样性减少等诸多生态环境问题。生态覆被/土地利用变化是全球生态系统变化的重要内容。本综述探讨了活性氮的基本概念及其引发的环境效应,国内外自然生态系统中森林与草地间转换、自然生态系统开垦为农田、弃耕撂荒或退耕还林还草、城市化发展等生态覆被/土地利用变化对土壤氮库消长、氮矿化产物形态变化以及影响氮循环的关键土壤微生物影响等,并探讨了制约氮循环的土壤微生物研究进展。指出农业开垦或农田弃耕撂荒会导致土壤全氮大幅度下降,同时引起土壤硝态氮(NO3--N)增加,造成环境活性氮增加的风险;退耕还林修复生态覆被过程中氮库完全恢复需要漫长的时间;运用现代微生物分子生态学的前沿技术是研究土壤氮循环对生态覆被/土地利用变化响应机理的关键。本综述为自然生态系统的保护与开发利用、退化生态系统的修复与重建以及人工生态系统的科学规划等提供了理论依据。     

太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征

为探究太白山土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量垂直分布特征,阐明土壤C、N、P生态化学计量学特征对海拔梯度的响应规律,在秦岭太白山1 700~3 500 m区域以100 m海拔间隔进行研究。结果表明:(1)不同海拔高度下土壤有机碳、全氮、全磷变化范围分别是23.56~83.59g kg-1、2.00~5.77 g kg-1、0.32~0.47 g kg-1。土壤有机碳与全氮含量随海拔梯度升高先增后降,土壤全磷含量空间变异较小;(2)土壤C∶N、C∶P、N∶P范围分别为7.17~18.41、60.61~190.4、5.81~12.26。随海拔增加,土壤C∶N在阔叶林带呈降低趋势,针叶林带时转变为增加趋势。土壤C∶P随海拔梯度的变化趋势与土壤C∶N类似,N∶P随海拔梯度增加先升后降,至3 200 m有所升高;(3)两个阔叶林带(辽东栎林带和桦木林带)与高山草甸的土壤C、N含量及生态化学计量比高。冷杉林带C、N含量及其生态化学计量比最小;(4)温度、含水量、海拔和植被对土壤C、N、P化学计量特征具有重要影响,通过冗余分析揭示每个因素分别可解释系统变异信息的25.0%、24.3%、11.1%和6.9%,合计为67.3%。可见这些环境因素直接决定了土壤养分及生态化学计量特征。结果可为探明森林土壤养分供应状况和限制因素及太白山生态系统的保护、森林土壤质量评价等提供基础。     

大气CO2与植物氮素营养的关系

大气CO2浓度升高对植物吸收氮素，以及对植物和土壤中的氮浓度，C／N比和氮循环都存在着影响。大气CO2浓度与植物氮素营养之间存在着交互作用。大气CO2浓度升高对植物氮素营养物结果与氮浓度，氮形态等因素有关。     

森林枯落物分解研究进展

森林枯落物是森林生态系统的重要组成部分,其分解过程是维持土壤有机质形成、林地物质与养分循环以及森林生态系统生产力的重要生态过程.研究枯落物分解过程及影响因素对于认识森林生态系统碳氮循环动态过程具有重要意义.多年以来,枯落物分解研究取得了一些突破性进展,但是,近5年来却很少见到有关枯落物分解研究的系统性综述,这极大地阻碍...     

漓江流域喀斯特森林土壤碳氮磷储量分布特征及其影响因素

以探明漓江流域喀斯特森林土壤的碳氮磷储量分布为目的，为保护漓江流域脆弱的喀斯特生态系统提供理论依据。在漓江上中下游各流域段的典型喀斯特森林共设置20 m×20 m的15块天然林样方，对森林植被进行每木检尺调查，采用五点采集法采集0—20,20—40 cm土层土壤，分析土壤碳氮磷储量空间分布情况及驱动因子作用途径，量化各类生物和非生物因子对区域喀斯特森林土壤养分储量分布格局形成的作用贡献。结果表明：(1)漓江流域喀斯特森林土壤碳氮磷储量平均分布表现为上游>下游>中游，在漓江流域喀斯特森林土壤中碳、氮、磷储量分别为55.8～192.0,3.1～14.8,6.0～12.0 kg/m²。在同一流域土壤中，0—20 cm土层碳氮含量均显著高于同流域20—40 cm土层，磷元素在漓江流域不同深度土层中未表现出显著差异。(2)碳储量与C/P、N/P、森林物种多样性Shannon-Wiener指数和Simpson指数均呈现出显著正相关关系；氮储量与C/P、N/P、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均呈现显著正相关关系，与C/N呈现显著负相关关系；磷储...     

施氮对春玉米氮素利用及农田氮素平衡的影响

田间试验研究了玉米对不同土壤氮素供应水平下作物氮素吸收利用、土壤氮素供应以及农田氮素平衡的影响。结果表明,玉米产量随施氮量的增加而显著提高,当施氮量高于N 240 kg/hm2时,产量有减少趋势;氮素当季利用率随施氮量的增加逐渐降低。土壤中硝态氮含量在玉米整个生育时期呈现先迅速下降后缓慢升高的趋势;玉米成熟期,施氮处理的各层土壤中硝态氮含量显著高于不施氮处理,各层硝态氮含量基本随施氮量的增加而升高。适量施氮促进玉米对氮素的吸收和利用,进而提高玉米生物量和产量;过量施氮导致硝态氮在土壤中大量累积,提高了硝态氮淋溶风险。施氮处理显著提高了收获后土壤中残留无机氮(Nmin),土壤残留Nmin随施氮量的增加而增加;当施氮量高于N 240 kg/hm2时,残留Nmin有下降趋势。氮素表观损失随施氮量的增加而增加。在本试验条件下,综合产量、氮肥利用率和土壤硝态氮累积情况考虑,合理施氮量应控制在N 1802~40 kg/hm2左右。     

可矿化氮与各有机氮组分的关系

用通气培养法测定了6种肥力36个不同土层土壤的可矿化氮,用Bremner法测定了各有机氮组分,采用相关分析、多元回归分析和通径分析确定可矿化氮与各有机氮组分之间的关系。结果表明,酸解氮与可矿化氮有较密切的正相关关系。在酸解氮中,酸解未知态氮与可矿化氮不相关;而氨基酸态氮、铵态氮、氨基糖态氮的多少与可矿化氮相互平行,相关系数均较高,似乎对可矿化氮皆有贡献。但多元回归分析表明,氨基糖态氮在方程中不显著;逐步回归分析更肯定了这一结果。通径分析进一步表明氨基酸态氮和铵态氮对可矿化氮有很高的通径系数,表明了它们有着直接重大贡献,而氨基糖态氮直接通径系数甚低。这些结果说明,可矿化氮主要来自酸解氮,特别是氨基酸态氮和铵态氮,后两者是其产生的主要来源。     

长期施肥对土壤氮矿化的影响

Two field experiments were conducted in Jiashan and Yuhang towns of Zhejiang Province, China, to study the feasibility of predicting N status of rice using canopy spectral reflectance. The canopy spectral reflectance of rice grown with different levels of N inputs was determined at several important growth stages. Statistical analyses showed that as a result of the different levels of N supply, there were significant differences in the N concentrations of canopy leaves at different growth stages. Since spectral reflectance measurements showed that the N status of rice was related to reflectance in the visible and NIR （near-infrared） ranges, observations for rice in 1 nm bandwidths were then converted to bandwidths in the visible and NIR spectral regions with IKONOS （space imaging） bandwidths and vegetation indices being used to predict the N status of rice. The results indicated that canopy reflectance measurements converted to ratio vegetation index （RVI） and normalized difference vegetation index （NDVI） for simulated IKONOS bands provided a better prediction of rice N status than the reflectance measurements in the simulated IKONOS bands themselves. The precision of the developed regression models using RVI and NDVI proved to be very high with R2 ranging from 0.82 to 0.94, and when validated with experimental data from a different site, the results were satisfactory with R2 ranging from 0.55 to 0.70. Thus, the results showed that theoretically it should be possible to monitor N status using remotely sensed data.     

施氮水平对水稻氮肥利用率和径流负荷的影响

氮肥的过量施用导致显著的氮素损失,降低了环境质量。减少氮肥投入使其与作物需求相匹配对于保持农业生产的可持续发展具有至关重要的作用。为了评估不同施氮水平对水稻生产过程中的氮肥利用率和径流负荷的影响,利用长期实验基地开展了相关研究,实验共设置了4个施氮水平,即0、100、200和300 kg/hm~2。结果显示,随着施氮量的增加,粮食产量显著提高,而农学效率和偏肥生产力却呈相反趋势。作物地上部氮肥回收率则呈先增加后减少的趋势,并在200 kg/hm~2时达到峰值;氮素径流损失随施氮量的增加而增加。     

N Mineralization as Affected by Long-Term N Fertilization and Its Relationship with Crop N Uptake.

A field experiment established in 1997 was conducted to study the effect of long-term N fertilizer application on N mineralization in a paddy soil determined using a laboratory anaerobic incubation followed with a field incubation and to measure the relationship between in situ N mineralization and crop N uptake. To estimate N mineralization in the laboratory, soil samples were collected from plots with N application at different rates for six years and were incubated. Soils treated with fertilizer N mineralized more N than unfertilized soils and mineralization increased with N application rates. Also, the fraction of total N mineralized increased with increasing N fertilizer application. These findings meant that a substantial portion of previously applied N could be recovered slowly over time in subsequent crops. The field incubation of the plot receiving no fertilizer N showed that the NH4^＋-N concentration varied greatly during the rice-growing season and seasonal changes of N mineralization were due more to accumulation of NH4^＋-N than NO3^-N. Hice N uptake increased up to a maximum of 82 kg N ha^-1 during the season. The close agreement found between in situ N mineralization and rice N uptake suggested that the measurement of in situ N mineralization could provide useful recommendations for adequate fertilizer N application.     

不同施氮量对夏玉米产量、氮肥利用率及氮平衡的影响

通过田间小区试验研究了不同施氮量对夏玉米产量、氮肥利用率、硝酸盐淋溶及氮平衡的影响。结果表明，施氮对夏玉米子粒有显著的增产作用，但随施氮量的增加产量变化不大。氮肥利用率在9．2％-22．6％之间，随施氮量的增加而降低。施氮可明显提高0-160cm剖面土壤NO3^--N含量，而且随深度的增加NO3^--N含量呈降低趋势，累积峰主要在20—60cm之间。玉米收获后，随着施氮量的增加氮素的损失量增加，各施氮处理的硝态氮残留量在121～221kg／hm^2之间，以N250处理的残留量最高，残留率近65％。     

不同施氮量对夏玉米产量、氮肥利用率及氮平衡的影响

通过田间小区试验研究了不同施氮量对夏玉米产量、氮肥利用率、硝酸盐淋溶及氮平衡的影响。结果表明,施氮对夏玉米子粒有显著的增产作用,但随施氮量的增加产量变化不大。氮肥利用率在9.2%~22.6%之间,随施氮量的增加而降低。施氮可明显提高0~160 cm剖面土壤NO3--N含量,而且随深度的增加NO3--N含量呈降低趋势,累积峰主要在20~60 cm之间。玉米收获后,随着施氮量的增加氮素的损失量增加,各施氮处理的硝态氮残留量在121~221 kg/hm2之间,以N250处理的残留量最高,残留率近65%。     

化肥氮对冬小麦氮素吸收的贡献和土壤氮库的补偿

  【目的】  小麦对氮素的吸收消耗了土壤氮库,土壤中残留的化肥氮则可补偿土壤氮库的消耗,综合考虑这两方面的影响,核算施氮量和秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。  【方法】  收集1980年以来国内报道的小麦15N示踪试验的研究结果,分析化肥氮和土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献,小麦当季氮吸收、化肥氮的去向、土壤氮库的盈亏分别与施氮量之间的关系,以及秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。  【结果】  施氮量与化肥氮对小麦当季氮吸收的贡献之间呈显著正相关 (P = 0.029),而与土壤氮的贡献之间呈显著负相关 (P = 0.031)。小麦当季氮素吸收源于土壤的比例约为2/3,源于化肥的比例约为1/3,追施氮对小麦氮吸收的贡献约是基施氮的1.5倍。施氮量与氮肥有效率 (氮肥利用率+氮肥残留率) 之间呈极显著负相关 (P = 0.004),而与氮肥损失率之间呈极显著正相关 (P < 0.001)。在秸秆不还田和还田条件下,小麦季土壤氮库的盈亏均与施氮量之间呈极显著正相关 (P ≤ 0.001)。  【结论】  在施氮量为N 60～500 kg/hm2时,小麦吸收的氮素1/3来自化肥,2/3来自土壤。冬小麦季化肥氮的3个去向为:地上部吸收、土壤残留和损失,其所占比例分别约为36%、33%和31%。在秸秆不还田和还田条件下,土壤氮库达到平衡的施氮量分别为N 308和233 kg/hm2。     

Kinetics of C and N mineralization, N immobilization and N volatilization of organic inputs in soil

C and N mineralization data for 17 different added organic materials (AOM) in a sandy soil were collected from an incubation experiment conducted under controlled laboratory conditions. The AOM originated from plants, animal wastes, manures, composts, and organic fertilizers. The C-to-N_AOM ratios (η_AOM) ranged from 1.1 to 27.1. Sequential fibre analyses gave C-to-N ratios of soluble (η_Sol), holocellulosic (η_Hol) and ligneous compounds (η_Lig) ranging from 1.1 to 57.2, 0.8 to 65.2, and 3.5 to 25.3, respectively. Very different patterns of net AOM-N mineralization were observed: (i) immobilization for four plant AOM; (ii) moderate mineralization (4-15% AOM-N) for composts; (iii) marked mineralization (11-27% AOM-N) for 1 animal AOM, 1 manure and 2 organic fertilizers; and (iv) high rates of transformations with possible gaseous losses for some N-rich AOM.The Transformation of Added Organics (TAO) model proposed here, described AOM-C mineralization (28 °C, 75% WHC) from three labile (L′), resistant (R) and stable (S) compartments with the sole parameters P′_L and P_S=fractions of very labile and stable compounds of AOM, respectively. Dividing the C-compartments by their C-to-N estimates supplied the remaining N_AOM fraction (RAONF). A P_im parameter split the TAO nitrogen fraction (TAONF=added N-RAONF) into two compartments, immobilized (imN) and inorganic (inorgN) N. A P_im>0 value meant that all the TAONF plus a fraction (P_im−1) of native soil inorganic N was immobilized. Additional N mineralization was predicted when necessary from imN by first order kinetics (constant k_remin). The TAO version with two parameters P_im and k_remin allowed us to predict very different patterns of N mineralization and N immobilization. In a few cases, a further first order kinetic law (constant k_v) was added to predict N volatilization from inorgN. Two hypotheses were tested: (i) η_L′, η_R, η_S (C-to-N of L′, R and S)=η_Sol, η_Hol, η_Lig, respectively, (ii) η_L′=η_R=η_S=η_AOM. The first hypothesis was validated by these data, and the second was a good approximation of the former one. In all the cases, predictions were in good agreement with measured values.     

Availability of N from Casuarina residues and inorganic N to maize, using 15N isotope techniques

 The contribution of N from Casuarina equisetifolia (casuarina) residues to maize with inorganic N (ammonium sulphate) supplementation was studied in a pot experiment using ¹⁵N labelling techniques. A single rate of N application of 100 mg N kg^–1 soil was applied as N-ammonium sulphate in combination with casuarina residues in the proportions 100 : 0; 75 : 25; 50 : 50; 25 : 75 and 0 : 100, respectively. The directly ¹⁵N-labelled casuarina residue and indirect labelling (unlabelled casuarina + ¹⁵N soil) were compared to estimate the proportion and amount of N derived from the residue and fertilizer. The application of ammonium sulphate at a high rate significantly affected shoot dry matter (P<0.05) and likewise reduced the contribution of soil-derived N compared to residues. Total recoveries by maize of residue N and applied fertilizer N averaged 11% and 24%, respectively. Residue and fertilizer use efficiencies were not influenced by the addition of different rates of fertilizer or residue. The estimation of the contribution of N from different sources showed that direct measurement of the ¹⁵N-labelled organic source was more reliable. Received: 10 September 1997