模拟氮在稻田中循环和转移的概要性模型

模拟氮在稻田中循环和转移的概要性模型中国水稻研究所朱德峰浙江丽水农业学校谢海松稻田生态系统中营养元素的循环与平衡逐渐受到学者们的注意。国内外在这一领域的研究报告已有不少公开发表，且主要集中于氮、磷、钾主要元素的研究。稻田生态系统，特别是我国的稻田生态...     

黑土生态系统氮循环研究进展

黑土是我国重要的土地资源,近年来黑土肥力日益退化,而黑土肥力的退化必然影响土壤氮循环。文章根据黑土区生态系统氮素输入、转化与输出及其影响因素,分析氮循环模式通过降水、人工施用含氮化肥、作物根及秸杆还田输入黑土生态系统氮素,土壤中氨化作用、硝化作用对黑土生态系统氮素转化,以及反硝化作用、淋失、作物产出等氮素输出阐述黑土区生态系统氮循环特点。     

论土壤氮素循环研究现状及发展前沿

氮素循环是陆地生态系统物质循环的重要组成部分,氮素在土壤中的迁移转化状况既影响着土壤的供氮能力,又与大气、水体的氮素污染紧密相关,因此相关内容一直为国际国内研究的热点.本文在简述土壤氮形态和氮循环各环节概念的基础上,就目前研究的热点和前沿进行了综述,以期能为以后的研究提供一定的思路.     

酸性矿山废水对稻田土壤中磷形态及磷有效性的影响

选择我国西南典型喀斯特地区的稻田土壤为研究对象,通过模拟不同污染浓度酸性矿山废水(AMD)的污灌试验,分析稻田土壤磷酸铁类化合物(Fe-P)、磷酸钙类化合物(Ca-P)、磷酸铝类化合物(Al-P)、闭蓄态磷(O-P)等不同矿物形态磷及土壤总磷和有效磷的变化,并初步探讨AMD中主要污染因子pH值、Fe3+对稻田土壤磷释放的作用,评价AMD持续污染对稻田土壤不同磷形态及磷有效性的影响.结果表明:在AMD添加比例小于50％时,随着AMD污染浓度的持续增加,稻田土壤中Fe-P呈显著升高的趋势(P=0.0001),在AMD添加比例为50％～75％时土壤中Fe-P趋于稳定,并在无机磷总量中占绝对优势;而Ca-P、O-P、Al-P在AMD 0.1％～1％极低污染水平下含量显著升高,而在AMD大于1％后又均呈显著降低的趋势(PCa-P=0.0003、PO-P=0.0001、Pl-P=0.0001);土壤有效磷和Ca-P、O-P、A1-P有基本一致的变化趋势,说明较高AMD污染程度可造成稻田土壤有效磷的显著淋失.土壤有机磷含量在0％～10％ AMD浓度范围内先小幅上升,在AMD浓度10％～75％范围内趋于平稳,当AMD浓度大于75％时,土壤有机磷含量与AMD浓度呈显著负相关(P=0.030).稻田土壤中总磷的含量随着AMD污染程度的增加呈先小幅上升后持续降低的趋势,但总体变化不明显.对应AMD相应比例下的pH值和Fe3+浓度,单独的pH值降低对土壤中磷(Ca-P)溶出效果不明显,而结合铁的添加可显著增加土壤中磷(Ca-P)的溶解.综上,酸性矿山废水污染可显著改变稻田土壤中磷的存在形态及有效性,其中AMD中高含量的Fe3+污染造成的影响最大.     

4种菊科植物与土壤间碳氮循环的初步研究

从植物一土壤碳氮循环入手,对比研究外来入侵种飞机草、紫茎泽兰,土著种泽兰、佩兰与土壤间碳氮循环的差异,结果表明,飞机草和紫茎泽兰极大改变了生态系统中的碳、氮流,有利于加速被入侵生态系统的养分循环;且显著甚至极显著增大了生态系统中的植物碳、氮库,对土壤碳、氮库有影响但不显著;因此加快了生态系统的碳、氮循环,且这种改变对其自身有正反馈效应,这可能是其入侵成功的机制之一。     

土壤氮素循环及其对土壤氮损失的影响

在土壤生态系统中，氮循环物质循环的基础并影响和控制其它物质或养分循环过程。循环过程中氮素的流失，不仅会使参与再循环的氮素数量逐渐减少，而且还会对环境产生潜在的影响，氮素流失已成为农田非点源污染的重要途径。文章拟通过分析土壤氮素转化、植物吸氮能力对土壤氮损失的重要作用，以期为西藏农牧业生产过程中合理利用氮肥，进一步降低土壤氮损失、减轻环境污染提供理论依据。     

洞庭湖区稻麻土壤生态系统养分平衡状况的研究

通过对沅江洞庭湖区稻田、麻园土壤生态系统的轮作制度、施肥情况、作物产量及秸杆还田的调查分析,研究了湖区不同土壤生态系统的养分平衡状况,结果表明:湖区稻田土壤生态系统的氮素、磷素输入输出基本平衡,钾素严重亏缺,麻园土壤生态系统氮索盈余,磷素、钾素基本平衡,因有机质矿化作用较强,土壤有机质和全氮含量比稻田土壤偏低,而碱解氮和有效磷、钾养分高于稻田稻田土壤。同时,稻田、麻田土壤大量施用氮、磷肥,也影响到钾素及微量元素锌的平衡和有效性。     

秸秆还田对稻田氮循环微生物及功能基因影响研究进展

土壤微生物对土壤变化的反应极为敏感,秸秆还田对土壤微生物产生的影响对维持稻田系统氮素循环极其重要。秸秆还田通过对土壤微生态环境的改变影响氮素在土壤中的生物化学转化过程,进而影响水稻生产的氮素管理策略。在查阅近年来发表的相关研究论文基础上,对秸秆还田下水稻土壤氮素转化过程中相关功能微生物的作用以及关键功能基因驱动机制等研究进行综述,以期厘清秸秆还田后稻田生态系统中微生物介导的氮素循环转化机制,为稻田科学施用氮肥提供理论依据。     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

氮流失形成的面源污染及防控措施研究

氮素是化肥中使用量最大的营养元素,其循环过程产生的氮损失是形成面源污染的主要原因。论述了农业生态系统氮循环过程中氮的输入与输出,氮流失造成面源污染的原因及途径,提出具体的防控措施,以期减少农业生态系统中的氮流失。     

SOIL NITROGEN CYCLING AND ENVIRONMENTAL IMPACTS IN THE SUBTROPICAL HILLY REGION OF CHINA: EVIDENCE FROM MEASUREMENTS AND MODELING

The subtropical hilly region of China is a region with intensive crop and livestock production, which has resulted in serious N pollution in soil, water and air. This review summarizes the major soil N cycling processes and their influencing factors in rice paddies and uplands in the subtropical hilly region of China. The major N cycling processes include the N fertilizer application in croplands, atmospheric N deposition, biological N fixation, crop N uptake,ammonia volatilization, N₂     

Characteristics of Heavy Metal Circulation in Biosphere

In order to control heavy metal pollution effectively, this paper reviews heavy metal source and transport characteristics in heavy metal circulation in bio- sphere, including geochemical cycle and biological cycle of heavy metals. The inter- body of geochemical cycle of heavy metals includes soil, gas as well as water body, and the interbody of biological cycle of heavy metals includes environment, plant, microorganisms and animals. As to macro-cycle, transportation character in each interbody is different. Heavy metal circulation in different interbody interacts with each other and is in dynamic balance. Heavy metals in soil include two parts, i.e. active and inert forms, which are in dynamic equilibrium. This equilibrium may be affected by different physicochemical factors. Heavy metal content at different soil depth reflects historical accumulation level of heavy metal. In contrast to agri- cultural eco-system itself, industrial and urban activities are of great menace. Fluvial transport and atmospheric input are significant pathways of heavy metal circulation. Sludge plays an accumulative role of heavy metals, and can release its heavy met- als to water body causing secondary pollution. Balance of heavy metal immobiliza- tion and release is interrupted by physicochemical characters and microbial activity. Temperature can influence atmospheric heavy metal content, and volatile heavy meal precipitation is an indLspensable source in soil and water body. In regard to micro-cycle, plants is the main part in heavy metal cycle, microorganisms play roles in accelerator and animals in recipient. Specific transportation and assigned location of heavy metal in plants are adopted to keep internal heavy metal equilibrium.     

水稻田渗漏对农田生态环境的影响及监测、调控方法研究

水稻田的渗漏对水稻的产量有显著影响,同时还会引发土壤养分淋失,造成水体的污染,因此,在农业生产过程中,应加强对水稻田渗漏的调控。该文分析了水稻田渗漏对农田生态系统的影响,介绍了水稻田渗漏量的常用测定方法,并对水稻田渗漏的改善措施提出了合理化建议,以期达到水稻田增产、节肥、控污的目的。     

大气沉降对我国土壤中污染分布及元素循环的影响

大气沉降是污染物进入土壤的重要途径,也是土壤中污染物的主要来源。同时,大气沉降和土壤元素循环息息相关。本文综述了大气沉降对我国土壤中污染物分布以及元素循环的影响。结果表明,重金属沉降依赖于长期的干湿混合沉降,有机污染物沉降依赖于干沉降,氮硫磷等元素的沉降依赖于湿沉降。同时,季风和人为活动会影响大气污染物的迁移和沉降。本文的结论为污染物大气沉降的防控和土壤污染治理提供了思路。     

典型农林复合系统氮素平衡污染与管理研究

采用田间试验、定位监测和参与式农户调查等方法，研究了农林复合系统氮素平衡和非点源污染特征。结果表明，目前早地和整个农田子系统氮素略有盈余，水稻田和复合系统有少量亏缺，林地亏缺较大，而20世纪60年代农田氮素严重亏缺，水土流失是产生亏缺的主要原因，模型评价表明，旱地和水稻田目前的氮素平衡基本合理，但化肥施用的剧增已导致农田气态氮素释放以及地表水和地下非点源污染风险的增加，研究显示，林地极大地减轻了系统水土流失，促进了氮素在各系统间的合理分配，合理施肥，保护林地，实施水保耕作和完善养分管理政策体系是减少农业氮素非点源污染的重要途径。     

稻田镉砷污染阻控原理与技术应用

我国农田土壤重金属污染治理已成为重大国家需求;水稻是重金属超标最为严重的粮食作物;镉/砷污染稻田是农田重金属污染治理的重点与难点。以农产品安全为目标,以定向调控重金属的活性、阻隔其转移的阻控技术,是农田重金属污染治理的新思路,对解决稻田重金属污染治理难题具有重大意义。铁是稻田中最为重要的活性元素,稻田铁循环是连接养分循环与镉/砷行为的枢纽;调控铁与碳/氮循环的耦合过程,可降低土壤中镉/砷向水稻根系迁移的活性,从而减少水稻植株吸收积累镉/砷。硅与硒等营养元素与水稻镉/砷吸收转运密切相关,外源施加硅/硒养分可降低水稻吸收、转运镉/砷的功能基因表达,提高其解毒功能基因表达,从而抑制镉/砷从水稻根系向籽粒的转运。基于以上原理研发了硅/硒营养调控的生理阻隔技术、铁循环调控的钝化技术,并研制了相应的产品。大田试验结果表明,生理阻隔和土壤钝化技术单独应用或组合应用,均可有效降低稻米中镉/砷含量,从而提高稻米的安全性,具有广阔的应用前景。     

湖南省主要蔬菜土壤的肥力特征与蔬菜硝酸盐污染现状研究

通过典型区域调研,全面查明了湖南省主要蔬菜基地的主要肥力特征与环境硝酸盐的污染现状,阐明了土壤硝态氮和地下水硝酸盐的分布特点与成因,发现菜园土硝态氮的含量主要与距施氮时间长短密切相关;系统分析各类蔬菜硝酸盐的污染现状及其分布特征,探明了蔬菜硝酸盐的污染与其施氮水平和生态环境等的关系及其发展趋势,指出叶菜类的硝酸盐污染最为严重,是蔬菜硝酸盐污染防控研究的重点。     

四川盆地水稻产量对基础地力与施肥的响应

【目的】四川盆地是中国主要的单季稻种植区之一。研究四川盆地稻田土壤基础地力、养分供应能力和施肥效果,评价土壤基础地力和施肥对水稻产量的影响,为四川盆地稻田地力的保育培肥和区域合理施肥提供依据。【方法】依托2005年以来在四川盆地布置的474个水稻田长期定位试验点,选取对照（不施肥CK）、磷钾（PK）、氮钾（NK）、氮磷（NP）和氮磷钾（NPK）5个处理,测定水稻产量和养分吸收量,分析四川盆地稻田土壤基础地力现状、土壤养分供应能力和施肥效果及其之间的关系,基于水稻产量评价不同基础地力稻田的施肥效果及产量稳定性和可持续性。同时通过调研四川盆地水稻研究结果,分析30多年来稻田基础地力的变化趋势。【结果】文献调研表明,四川盆地田基础地力稳定提升,2000年以来稻田基础地力产量在5.6-6.4 t·hm^-2,比二十世纪八九十年代提高了1.5 t·hm^-2,地力贡献率也上升6.7%。田间试验表明,基础地力和肥料对产量的贡献率分别为67.4%-75.9%和24.1%-32.6%。四川盆地稻田土壤氮、磷、钾养分供应量分别为103-120、23.2-27.5和139-185 kg·hm^-2,土壤养分对产量的平均贡献率达到78.2%、88.8%、90.8%,而施肥对产量的贡献率低于30%,且氮肥的增产效果高于磷肥和钾肥。四川盆地不同生态区土壤基础地力和养分供应能力均表现为成都平原＞盆地中部浅丘区＞盆地周边丘陵区＞盆地东部丘陵区;土壤基础地力越高越容易实现水稻高产,土壤基础地力与土壤贡献率呈显著正相关,而与肥料贡献率呈显著负相关;土壤基础地力越高,产量可持续性和稳定性越高。【结论】提高稻田土壤基础地力可促进水稻高产稳产,降低高产对肥料的依赖性,有利于水稻的可持续生产。