Effects of artificial drainage on soil mineral nitrogen dynamics in winter wheat on the southern piedmont

Abstract

Excess soil moisture is believed to cause reduced levels of soil mineral N and crop production in winter wheat on the Southern Piedmont. Artificial subsurface drainage was used to relieve excess soil moisture and soil mineral N levels, mineralization, nitrification, denitrification and a group of soil properties were analyzed in both drained and undrained treatments. Drainage increased rates of mineralization and nitrification and decreased rates of denitrification, leading to higher levels of soil mineral N in drained plots than in undrained plots. Wheat yields were not affected by drainage, probably because the rate of N applied in spring (80 kg‐N/ha) was high enough to counteract the effects of decreased soil mineral N levels in undrained treatments.     

有机肥与无机肥配施对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

该研究采用同位素自然丰度法,通过室内培养试验研究北京地区菜地有机肥和无机肥配施对土壤释放N2O及同位素位嗜值SP（site preference）的影响,以期获得不同肥料及其配比下土壤N2O的来源及变化规律。结果表明：施用无机肥释放的N2O显著高于有机肥,其累积排放量是有机肥的6.63倍,且无机肥施用比例越高,排放量越大;各肥料组合在施用后7天内均以反硝化作用生成N2O为主,贡献最高达到78.89%,SP为6.97‰,之后硝化作用逐渐增强并成为主要途径,最高占比达76.48%,SP为25.24‰;培养期内施用无机肥可以促进反硝化作用,平均占比52.98%,SP为15.52‰,而有机肥会使硝化作用增强,平均占比71.35%,SP为23.55‰。因此,在北京潮褐土地区菜地土壤施用有机肥对N2O有良好的减排效果,可为蔬菜生产中肥料的合理应用提供科学依据。     

不同施肥量对设施菜地N2O排放通量的影响

为明确北京地区设施菜地的N2O排放特征,寻求既能减少N2O排放又使蔬菜增产或保持原有产量的切实有效措施,该研究采用静态箱/气相色谱法对北京地区设施菜地的黄瓜进行了全生长季N2O排放通量的观测,并分析了不同施肥量对N2O排放量、蔬菜产量和经济效益的影响。结果如下：土壤N2O排放通量的季节变化有明显的时间变异性,试验初期受基肥的影响,N2O排放量较大,随着时间的推移,土壤N2O排放量有所减少并保持稳定;试验后期由于追肥,出现一次排放高峰,且持续时间较长。各处理土壤N2O排放总量的次序是：T4（常规施肥量+鸡粪）＞T3（3/4常规施肥量+鸡粪）＞T1（1/4常规施肥量+鸡粪）＞T2（1/2常规施肥量+鸡粪）＞Tn（鸡粪）＞T0（无肥处理）,各处理之间N2O排放量差异达到极显著水平。综合考虑施肥量、N2O排放量和黄瓜产量,研究认为T3（3/4常规施肥量+鸡粪）的施肥量比较合理,可以为合理施肥、降低农民生产成本以及估算中国农田温室气体排放量和编制温室气体排放清单提供 依据。     

不同秸秆还田模式与氮肥施用量对土壤N2O排放的影响

以山东省桓台县为试验地点,分析在高产条件下,不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田N2O排放的影响.试验结果表明,氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤N2O排放的重要因素;小麦秸秆还田可以大大降低土壤N2O的排放,施用有机粪肥是影响N2O排放的另一重要因素.     

Carbon-iron coupling reduced N2O emissions via promoting the conversion to N2 in paddy soils

The influence of redox reactions involving carbon-iron coupling (organic carbon and iron oxides) on nitrous oxide (N₂O) production in paddy soils remains poorly understood. In this study, two microcosm experiments were conducted to investigate the effects of carbon-iron coupling on N₂O emissions, and the underlying mechanisms were verified using quantitative denitrification functional genes (nirS, nirK, nosZI and nosZII) and high-throughput sequencing. The results showed that ferrihydrite (iron) significantly promoted N₂O-N emissions (p < 0.05) after adding ammonium nitrogen, while glucose (carbon) significantly inhibited N₂O-N emissions (p < 0.05). Carbon-iron coupling significantly decreased N₂O-N emissions (p < 0.05) but did not affect soil total nitrogen loss and increased nitrogen (N₂) emissions. After adding high concentrations of acetylene (10% C₂H₂), the N₂O-N emissions from carbon-iron coupling treatment increased significantly from 6.4 to 11.9 mg N kg⁻¹ (p < 0.05), which confirmed that the carbon-iron coupling reduced the N₂O emissions by promoting the conversion of N₂O to N₂. The mechanisms behind carbon-iron coupling promoting complete denitrification and reducing N₂O emissions were attributed to glucose promoting iron reduction and carbon-iron coupling enhancing the abundance of nosZI (42.7%) and nosZII (16.6%).     

不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响

为了解华北潮土区不同土壤肥力水平下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响,采用15N标记氮肥和15N标记玉米秸秆的双标记方法,在两种肥力水平土壤上进行盆栽试验,研究了玉米秸秆全量直接还田对冬小麦地上部氮素累积量、氮素分配和氮肥回收率的影响。结果表明:（1）等氮肥用量条件下,与不配施玉米秸秆相比,施用玉米秸秆则显著降低了冬小麦地上部氮素累积量;高肥力土壤的子粒氮素累积量高于低肥力土壤,冬小麦秸秆氮素累积量则以低肥力土壤为高;氮肥配施玉米秸秆使得氮肥回收率下降9.6%～15.7%,土壤残留率增加12.2%～16.4%。（2）氮肥用量为N 150和300 kg/hm2时,玉米秸秆氮素的当季回收率达到22.8%～33.1%,冬小麦子粒氮素约7%～10%来源于还田的玉米秸秆。（3）等氮肥用量和相同土壤肥力条件下,氮肥配施玉米秸秆对冬小麦子粒产量影响不显著,在氮肥用量为N 150和300 kg/hm2条件下,影响冬小麦子粒产量主要是土壤肥力水平,该试验结果还有待于田间进一步验证。     

水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

Dinitrogen and N2O emissions in arable soils: Effect of tillage, N source and soil moisture

A laboratory investigation was performed to compare the fluxes of dinitrogen (N₂), N₂O and carbon dioxide (CO₂) from no-till (NT) and conventional till (CT) soils under the same water, mineral nitrogen and temperature status. Intact soil cores (0-10 cm) were incubated for 2 weeks at 25 °C at either 75% or 60% water-filled pore space (WFPS) with ¹⁵N-labeled fertilizers (100 mg N kg⁻¹ soil). Gas and soil samples were collected at 1-4 day intervals during the incubation period. The N₂O and CO₂ fluxes were measured by a gas chromatography (GC) system while total N₂ and N₂O losses and their ¹⁵N mole fractions in the soil mineral N pool were determined by a mass spectrometer. The daily accumulative fluxes of N₂ and N₂O were significantly affected by tillage, N source and soil moisture. We observed higher (P<0.05) fluxes of N₂+N₂O, N₂O and CO₂ from the NT soils than from the CT soils. Compared with the addition of nitrate (NO₃⁻), the addition of ammonium (NH₄⁺) enhanced the emissions of these N and C gases in the CT and NT soils, but the effect of NH₄⁺ on the N₂ and/or N₂O fluxes was evident only at 60% WFPS, indicating that nitrification and subsequent denitrification contributed largely to the gaseous N losses and N₂O emission under the lower moisture condition. Total and fertilizer-induced emissions of N₂ and/or N₂O were higher (P<0.05) at 75% WFPS than with 60% WFPS, while CO₂ fluxes were not influenced by the two moisture levels. These laboratory results indicate that there is greater potential for N₂O loss from NT soils than CT soils. Avoiding wet soil conditions (>60% WFPS) and applying a NO₃⁻ form of N fertilizer would reduce potential N₂O emissions from arable soils.     

冬小麦施用控释氮肥增产效应研究初报

冬小麦施用 2种控释N肥田间小区试验研究结果表明 ,不同灌水量、等N量下冬小麦施用乐喜施控释N肥 (F2 )和众品控释N肥 (F3 )均比施用普通尿素 (F1)显著提高产量 ,产量结构明显改善 ,N素利用效率分别提高 3%～ 5 % (W1)和 2 %～ 6 % (W2 ) ,经济效益F3 处理增收 10 82元 /hm2 ,而F2 处理平均减收 6 32 7元 /hm2 ,收获期耕层土壤所保持的N量较多。     

氮肥分配对冬小麦-夏玉米轮作产量和氮肥效率的影响

通过田间小区试验研究了控制氮肥总量(N 420 kg/hm2)条件下氮肥分配对冬小麦/夏玉米轮作体系内的作物生物量、产量、纯收益、农学效率及肥料利用率的影响,结果表明,氮肥在冬小麦/夏玉米轮作体系的分配量及比例显著影响冬小麦/夏玉米轮作的产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55％ (N 231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45％ (N 189 kg/hm2)时,获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其它分配方式均有所提高,是晋南地区冬小麦/夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例.就单季小麦而言,施N 189 kg/hm2可以获得较高的产量和较高的氮肥效率.值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦/夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均表现较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8％.     

肥料减量深施对土壤N2O排放和冬油菜产量的影响

为揭示肥料深施条件下减量施肥对土壤N2O排放及作物产量的影响,提出有效的减氮减排及增产增效措施,该研究以冬油菜为对象,设置肥料深施条件下当地推荐缓释肥量（750 kg/hm2,N-P2O5-K2O:25-7-8）的100%（DF100）、80%（DF80）和60%（DF60）3个施肥水平,以地表撒施当地推荐缓释肥量（BF100）和不施肥（F0）为对照,共5个处理;采用静态箱-气相色谱法对N2O排放进行原位监测,分析不同施肥处理对土壤N2O排放、土壤充水孔隙率（Water-Filled Pore Space, WFPS）、土壤温度及冬油菜产量的影响。结果表明：较地表撒施相比,肥料深施土壤N2O排放量增加了13.3%,但不显著（P>0.05）;冬油菜产量显著增加了20.1%,肥料偏生产力（Partial Factor Productivity,PFP）和农学利用率（Agronomic Efficiency,AE）分别显著提高了20.1%和31.9%（P<0.05）。减量施肥显著减小了土壤N2O排放、冬油菜产量及肥料利用率（P<0.05）,DF100处理较DF80、DF60和F0处理土壤N2O排放量分别增加了22.7%、42.5%和153.7%;DF100处理冬油菜产量分别是DF80、DF60和F0处理的1.30、2.24和3.24倍;DF100处理较DF80和DF60处理PFP分别增加了3.8%和34.5%且AE分别增加了19.7%和201.3%。综合考虑产量和温室效应,在深施当地推荐缓释肥施用量的基础上能够适当减量施肥,但需高于600 kg/hm2。该研究为冬油菜区N2O减排及油菜机械化直播种植合理施肥提供参考。     

长期施用EM生物有机肥对冬小麦生产的影响

施用不同肥料处理十年后，通过小区对比试验，分析EM生物有机肥、普通堆肥、化肥、不施肥对小麦生产的效果差异。结果表明，EM生物有机肥比普通堆肥增产8.4%～8.9%，比化肥增产17.2%～32.4%。分析产量差异的原因，得到：EM生物有机肥土壤的有效氮、磷、钾含量显著提高，充足的肥料供给使植株的N、P、K含量增加，机体的功能得到改善，小麦功能叶片的叶绿素含量和光合速率提高。光合作用的增强促使植株干物质积累量增加，孕穗期小麦植株干物质积累量比其他处理高1.5%～194.2%。前期良好的干物质积累和灌浆期的光合能力强，为灌浆打下坚实的基础，与其他处理相比小麦籽粒平均灌浆速率提高6.6%～16.4%。此外，在品质方面，小麦籽粒粗蛋白含量提高4.9%～19.9%。综合来看，长期施用EM生物有机肥不但可以提高冬小麦的产量，还能有效地改善品质。     

氮素形态和光照强度对水稻表土及根际 N2O 排放的影响

【目的】 稻田生态系统是 N₂O 的重要排放源,本研究旨在探讨氮素形态和光照对水稻根际、叶际 N₂O 排放作用及其机制。 【方法】 试验采用水培方法,在小型光控培养箱内进行,供试作物为水稻。将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室和外室,用气相色谱法测定水稻根、叶界面排放的 N₂O 量。首先进行了弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux;18:00～22:00, 0 Lux) 和供氮量一致条件下 (N 90 mg/L),NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 3 种氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。在此基础上,进行了不同光照条件下 [弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux)、强光 (8:00～18:00, 8000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux) 和自然光]不同氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。 【结果】 1) 相同供氮水平、弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃、NH₄+-N 处理的水稻分蘖期叶际及根际 N₂O 排放速率分别为 6.37、5.03、0.46 μg/(pot·h) 和 16.30、15.71、1.31 μg/(pot·h),开花结实期及成熟衰老期亦获得相似的结果。NO₃–-N、NH₄NO₃ 处理水稻根际、叶际 N₂O 排放量显著高于 NH₄+-N ( P < 0.05)。 2) 弱光照条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻开花结实期叶际 N₂O 平均排放速率分别为 10.47、3.70、0.26 μg/(pot·h),强光照条件下分别为 20.83、10.82、2.08 μg/(pot·h),两种光照条件下 3 种氮源处理之间 N₂O 平均排放速率差异显著,自然光照条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻叶际 N₂O 排放差异不显著。 3) 在弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻根际 N₂O 排放速率分别为 27.76、5.19、0.30 μg/(pot·h),强光条件下分别为 32.83、16.41、1.27 μg/(pot·h),自然光条件下分别为 16.49、20.21、1.74 μg/(pot·h)。NH₄NO₃ 处理水稻根际 N₂O 排放随光照增强而增加,自然光条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻根际 N₂O 排放差异不显著,但弱光条件下差异显著; 4) 叶际 N₂O 排放速率 ( Y) 与根际 N₂O 排放速率 ( X) 间呈极显著正相关, Y = 1.963 + 0.444 X ( R2 = 0.661, P < 0.01)。 【结论】 不论光照条件强弱,供应 NO₃–-N 均显著提高水稻根、叶界面的 N₂O-N 排放,NH₄NO₃ 次之。光照越强,排放就越明显。叶际 N₂O 排放可以反映出根际的排放,因此,水稻施肥应尽量选用铵态氮肥,避免使用硝态氮以及含有硝态氮的肥料。      

长期施用EM生物有机肥对冬小麦生产的影响

施用不同肥料处理十年后,通过小区对比试验,分析EM生物有机肥、普通堆肥、化肥、不施肥对小麦生产的效果差异。结果表明,EM生物有机肥比普通堆肥增产8.4%~8.9%,比化肥增产17.2%~32.4%。分析产量差异的原因,得到:EM生物有机肥土壤的有效氮、磷、钾含量显著提高,充足的肥料供给使植株的N、P、K含量增加,机体的功能得到改善,小麦功能叶片的叶绿素含量和光合速率提高。光合作用的增强促使植株干物质积累量增加,孕穗期小麦植株干物质积累量比其他处理高1.5%~194.2%。前期良好的干物质积累和灌浆期的光合能力强,为灌浆打下坚实的基础,与其他处理相比小麦籽粒平均灌浆速率提高6.6%~16.4%。此外,在品质方面,小麦籽粒粗蛋白含量提高4.9%~19.9%。综合来看,长期施用EM生物有机肥不但可以提高冬小麦的产量,还能有效地改善品质。     

腐植酸与氮肥配施对冬小麦氮素吸收利用及产量的影响

研究腐植酸与氮肥配施对冬小麦产量、氮素吸收及经济效益的影响,可为提高氮肥的增产效益,减少氮肥对生态环境的污染提供理论指导。在河南褐土区冬小麦-夏玉米轮作制度下,于2014年开始在河南省南阳市卧龙区开展田间定位试验,共设置单施磷钾肥、常规施肥、单施腐植酸、常规施肥+腐植酸、常规施肥减氮15%+腐植酸、常规施肥减氮30%+腐植酸6个处理,分析不同氮肥与腐植酸配施下冬小麦产量和氮肥利用的特征。结果表明,腐植酸与氮肥配施可以有效提高冬小麦的产量及其构成要素,促进植株对氮素的累积,提高氮肥利用率。其中,常规施肥减氮15%+腐植酸处理下冬小麦产量、籽粒氮含量、籽粒氮累积量、地上部总氮累积量、氮肥利用效率和纯收益均增加,与常规施肥相比,冬小麦产量增加4.96%,氮肥利用效率增加23.42%,纯收益增加2.18%。常规施肥减氮30%+腐植酸条件下冬小麦产值和收益降低。因此,在施用腐植酸的基础上,配施适量氮肥才能获得较高的产值和收益。常规施肥减氮15%+腐植酸是本研究区域最佳的施肥模式,对实现现代化农业生产的高产高效、资源节约和生态环境保护具有重要意义。     

氮肥品种对亚热带土壤N2O排放的影响

以亚热带湿热地区红壤性旱地(SU),灌丛(GB),林地(QF)为研究对象,通过在30℃和60%WHC水分条件下,35 d的培养试验,研究了外源铵态氮输入对土壤N2O排放的影响。结果表明,对于pH较高的土壤SU(pH=6.27),施用硫铵、尿素和碳酸氢铵后,硝态氮累积量和N2O排放量均高于未施氮的处理,且随施N量增加而增加。对于酸性土壤GB(pH=4.82)和QF(pH=4.46),施用硫铵明显地抑制硝化作用,但却极大地促进N2O排放;施用尿素和碳酸氢铵对硝化作用有微弱的促进作用或无明显的影响,N2O的排放则略低于对照或无明显差异。酸性土壤中,加入不同类型的氮肥后,N2O排放量与硝态氮含量的比例与加入氮肥后测定的土壤pH具有显著的负相关关系。氮肥品种影响N2O排放量与硝态氮产生量比例的机理值得进一步研究。     

Effects of phosphorus addition on N2O and NO emissions from soils of an Acacia mangium plantation

Abstract

An incubation experiment was conducted to examine the effects of the phosphorus (P) application on nitrous oxide (N₂O) and nitric oxide (NO) emissions from soils of an Acacia mangium plantation in Indonesia. The soils were incubated with and without the addition of P (Ca[H₂PO₄]₂; 2 mg P g soil)^?1) after adjusting the water-filled pore space (WFPS) to 75% or 100%. The P addition increased N₂O emissions under both WFPS conditions and NO emissions at 75% WFPS. Some possible mechanisms are considered. First, the P addition stimulated nitrogen (N) cycling, and N used for nitrification and/or denitrification also increased. Second, the P addition could have relieved the P shortage for nitrifying and/or denitrifying bacteria, producing N₂O and NO. Our results suggest that the application of P fertilizer has the potential to stimulate N₂O and NO emissions from Acacia mangium plantations, at least when soils are under relatively wet conditions.     

氮肥施用对西南地区紫色土冬小麦N_2O释放和反硝化作用的影响

N2O是重要的温室气体之一,由此引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今重要的环境问题。采用遮光密闭箱和气相色谱法研究了氮肥施用对小麦地N2O释放和反硝化作用的影响。结果表明,小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理N2O平均排放通量分别为2.71、2.42、1.97 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均N2O排放通量分别为2.42、2.14、3.13 gN.hm-2.d-1。小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理平均反硝化速率分别为4.91、4.50、1.67 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均反硝化速率分别为4.50、3.68、5.29 gN.hm-.2d-1。氮肥施用明显促进了土壤-植物系统中N2O排放通量和反硝化作用,氮肥施用量水平和N2O排放通量、反硝化作用呈正相关。硝酸钾对N2O排放通量和反硝化作用贡献最大,硫酸铵最小。研究还表明,小麦地N2O释放和反硝化作用与季节有一定相关性,温度较高季节排放量及反硝化作用明显,反之则较弱。     

不同秸秆还田模式和施氮量对农田CO2排放的影响

以山东省桓台县高产农田为试验对象,分析在高产条件下,不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田CO2排放的影响。结果表明,氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO2排放的重要因素,玉米秸秆和小麦秸秆全部还田的处理土壤CO2排放通量高于其它中低氮处理,而小麦秸秆还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO2排放通量普遍高于其它处理。