温度对农田黑土氮初级转化速率的影响

为探讨不同温度下土壤氮素的供应、固持和消耗损失过程,从而为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以黑龙江省农田黑土为对象开展室内培养试验(15、25、35℃,60%WHC),采用15N同位素成对标记技术(~(15)NH_4NO_3和NH415NO3,15N标记丰度为5atom%,氮浓度为60 mg N·kg~(-1))及FLUAZ数值优化模型研究土壤氮初级矿化速率、初级固定速率和初级硝化速率对温度变化的响应。结果表明:在15～35℃范围内,土壤氮初级矿化速率随培养温度的增加显著增加,但25～35℃范围内的增幅小于15～25℃。在15～25℃范围内,土壤氮初级固定速率和初级硝化速率随培养温度的增加显著增加,而在25～35℃范围内土壤氮初级固定速率和初级硝化速率随培养温度的增加显著降低,但仍然显著高于15℃处理。15℃和25℃处理土壤氮初级矿化速率与初级固定速率比值(gm/gi)以及初级硝化速率与初级铵态氮固定速率比值(gn/ia)均稍大于1,两处理间没有显著差异,而35℃处理的gm/gi值和gn/ia值均远大于1。研究表明,温度在15～25℃范围内,土壤有机氮的矿化与固定过程耦联相对紧密,硝态氮累积及淋溶风险较小;而35℃高温条件下土壤有机氮矿化速率和硝化速率均显著大于铵态氮的生物固定速率,表明硝化作用是铵态氮的主要消耗过程,可能会增加硝态氮的累积、反硝化和淋溶风险。     

添加玉米秸秆及其生物质炭对砖红壤N2O排放的影响

为比较秸秆和生物质炭对土壤氧化亚氮排放的影响,利用室内培养试验研究生物质炭、秸秆添加对土壤性质、硝化作用及N_2O排放的影响。试验设生物质炭、秸秆和空白3个处理,试验培养条件为30℃和75%田间持水量。结果表明,添加秸秆和生物质炭显著提高土壤pH、有机碳和速效K含量,其中秸秆对土壤pH的增加作用更为突出。与对照(1 604.82±168.93μgN_2O-N·kg~(-1))相比,添加秸秆和生物质炭减少N_2O排放量分别为58.0%和65.6%,但二者减排机理不同;秸秆对N_2O的减排因生物的氮固定,降低了硝化反应底物的有效性,生物质炭对N_2O减排可能源于硝化过程中较低的N_2O产生比例。由于生物质炭显著促进土壤硝化速率,而产生较多的NO_3~-,使得热带地区砖红壤硝态氮的淋失风险增大。     

硝化抑制剂对紫色土硝化作用及N2O排放的影响

为探讨硝化抑制剂对紫色土硝化作用及N_2O排放的抑制效果,通过室内培养试验,研究在25℃,60%最大田间持水量条件下,4种硝化抑制剂[双氰胺(DCD)、3,4-甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin)、对羟基苯丙酸甲酯(MHPP)]对四川地区石灰性紫色土无机氮含量、硝化速率及N_2O产生速率变化特征的影响,并以酸性紫色土作对比。结果表明,与对照处理相比,4种硝化抑制剂均能抑制两种土壤中NH_4~+向NO_3~-的转化,同时降低N_2O的排放,但是抑制效果存在差异。其中,对石灰性紫色土硝化速率的抑制效果为MHPP(93%～193%)Nitrapyrin(91%～191%)DMPP(9%～58%)DCD(6%～14%),对酸性紫色土硝化速率的抑制效果为MHPP(76%～116%)Nitrapyrin(62%～109%)DCD(59%～75%)DMPP(26%～43%)。硝化抑制剂对石灰性紫色土和酸性紫色土N_2O产生总量的抑制效果分别为46%～76%和32%～54%。总体而言,相较DCD和DMPP,Nitrapyrin和MHPP两种硝化抑制剂对供试土壤硝化速率和N_2O产生速率均表现出较强的抑制效果。     

干湿交替和模拟氮沉降对巴音布鲁克高寒湿地土壤CO2排放的影响

为探讨干湿交替和模拟氮沉降对高寒湿地土壤CO_2排放的规律,以新疆巴音布鲁克高寒湿地土壤为研究对象,通过室内模拟控制试验,研究水分变化下[100%、70%、50%、40%和25%WFPS(土壤充水孔隙度Water filling soil porosity)]氮添加N0(0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、N10(10 kg·hm~(-2)·a~(-1))和N100(100 kg·hm~(-2)·a~(-1))处理对巴音布鲁克高寒湿地土壤CO_2排放的影响。研究结果表明:土壤CO_2排放速率及累积排放量随WFPS值及氮添加量的增大而增加。一个循环,土壤由干到湿的过程中,初期土壤CO_2排放速率最高,随后随着水分减少,土壤CO_2排放速率呈降低趋势;首次干湿循环土壤CO_2累积排放量最大。土壤TN、NO_3~--N、NH_4~+-N、SOC含量均随土壤水分和氮添加量的增加而增加,而土壤SON随土壤水分和氮添加量的增加而减少。水分与土壤CO_2排放速率呈极显著正相关,氮添加与CO_2排放亦呈正相关。除了土壤SON、SOC含量与土壤CO_2排放速率呈负相关关系外,土壤TN、NO_3~--N、NH_4~+-N与CO_2排放都呈现出正相关关系。     

不同水分对砂壤土初级氮转化速率的影响

为探讨黑龙江省半干旱地区土壤初级氮转化速率对水分含量变化的响应,以深入认识不同水分条件下土壤中氮素的产生、消耗和损失过程,为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以该地区的农田砂壤土为对象,利用;N同位素双标记技术结合FLUAZ数值优化模型开展室内培养试验,研究60%WHC(田间最大持水量)、100%WHC和淹水条件下土壤初级氮转化速率。结果表明:60%WHC水分条件下土壤初级氮矿化速率、初级氮固定速率、初级硝化速率和初级反硝化速率分别为1.87、1.16、2.84 mg·kg¹·d¹和0.01 mg·kg¹·d¹,水分含量增加至100%WHC对土壤初级氮转化速率没有显著影响。淹水后土壤初级氮矿化速率和初级氮固定速率分别增加至2.45 mg·kg¹·d¹和2.15 mg·kg¹·d¹,初级硝化速率降低至1.13 mg·kg¹·d¹,初级反硝化速率增加至0.65 mg·kg¹·d¹,与60%WHC处理差异显著。60%WHC和100%WHC处理土壤初级硝化速率与初级铵态氮固定速率比值(gn/ia)以及初级氮矿化速率与初级氮固定速率比值(gm/gi)都大于1,而淹水处理的gn/ia值小于1(0.55),gm/gi值接近1(1.14)。非饱和水分条件下,砂壤土的氮素供应和固持能力较低,容易发生硝态氮的积累和淋溶损失。砂壤土淹水后促进了反硝化作用的发生,但氮矿化和固定过程紧密偶联,提高了土壤氮的供应和周转能力;同时硝化作用受到抑制,减少了硝态氮淋溶损失的风险。     

松嫩平原盐碱土区不同土地利用方式对土壤碳、氮及酶活性的影响

【目的】探究不同土地利用方式对盐碱地土壤肥力及微生物活性的影响,旨在为盐碱地改良及生态修复提供科学依据。【方法】以吉林西部松嫩平原为例,分析农耕水田(N_1)、农耕旱田(N_2)、湿地(S)、草地(C)等4种土地利用方式土壤中有机碳、全氮、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶的变化特征及相互关系。【结果】不同土地利用方式的土壤有机碳含量为N_1:9.70～16.27 g·kg~(-1)、N_2:3.85～11.58 g·kg~(-1)、S:2.14～2.97 g·kg~(-1)、C:5.25～11.24 g·kg~(-1);全氮含量为N_1:1.83～2.32 g·kg~(-1)、N_2:0.45～0.76 g·kg~(-1)、S:0.34～1.28 g·kg~(-1)、C:0.88～2.04 g·kg~(-1);碳氮比为N_1:2.29～7.11、N_2:8.89～15.28、S:2.00～6.42、C:4.20～5.97,不同土地利用方式的土壤酶活性均表现为脲酶(60.64～286.49μmol·d~(-1)·mg~(-1))碱性磷酸酶(9.22～48.05μmol·d~(-1)·mg~(-1))过氧化氢酶(9.14～9.68μmol·d~(-1)·mg~(-1))蔗糖酶(0.06～7.82μmol·d~(-1)·mg~(-1)),并呈现出伴随土层加深土壤酶活性逐渐降低的趋势。相关分析结果表明,土壤蔗糖酶与碳氮比呈显著相关(P0.05),脲酶与碳氮比呈极显著相关(P0.01),碱性磷酸酶与有机碳呈极显著相关(P0.01)、与全氮呈显著相关(P0.05),过氧化氢酶与全氮呈极显著相关(P0.01)、与碳氮比呈显著相关(P0.05)。冗余分析结果表明,土壤蔗糖酶、脲酶主要受土壤pH值和容重调控,土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶主要受土壤含水量和电导率调控。【结论】土壤有机碳、全氮含量及酶活性在不同土地利用方式间具有较明显的差异,在垂直土层上呈现表层土壤高于深层土壤的规律性分布;农耕水田土地利用方式的土壤有机物质累积量和肥力优于农耕旱田、湿地和草地,证明种植水稻在一定程度上可改善盐碱土壤的肥力及微生物活性,有利于生态环境的改善和修复。     

施氮量对石灰性潮土锌吸附和解吸特性的影响

采用吸附等温线法,设置8个锌水平(0、0.5、1、5、10、50、100、1 000 mg·L~(-1))和3个氮水平(0、20、40 mg·L~(-1)),研究不同施氮量对石灰性潮土锌的吸附、解吸动力学特性的影响。结果表明,土壤锌的吸附曲线在3个施氮处理下与Langmuir等温吸附方程都吻合,其决定系数R~2分别为0.967 8、0.944 7和0.992 7。而土壤锌的吸附曲线采用Freundlich等温吸附方程拟合,R~2分别为0.939 1、0.934 1和0.761 0,其适应性随着施氮水平的增加而降低,在N_(40)处理下不适宜采用Freundlich方程拟合。3个施氮水平下,随着平衡液锌质量浓度的增加,土壤锌的吸附量逐渐增加,在Zn_(1000)水平下达到最大值(1 232～1 693 mg·kg~(-1)),而锌吸附率则先增加后降低,在Zn_(10)水平下达到最大值(98.0%～99.1%)。3个施氮处理下,土壤锌的最大吸附量Q_m分别为1 662.4、1 513.2和1 262.1 mg·kg~(-1),吸附强度因子K_L分别为0.069 1、0.053 5和0.041 6 L·mg~(-1),表明与不施氮(N_0)处理相比,2个施氮处理(N_(20)和N_(40))的Q_m和K_L降低了。同时,N_(20)处理下的吸附平衡常数K_F(244.6 (mg·kg~(-1))·(L·mg~(-1))~(1/n))和n(3.52)也低于N_0处理下的K_F(276.7 (mg·kg~(-1))·(L·mg~(-1))~(1/n))和n(3.56)。N_(20)和N_(40)处理也降低了不同施锌水平下的吸附量和吸附率。3个施氮水平下,土壤锌的解吸量和解吸率均随着平衡液锌质量浓度的增加呈先增加后降低再增加的趋势,最大解吸量(472～553 mg·kg~(-1))和解吸率(32.0%～44.5%)均出现在Zn_(1000)水平下。N_(20)和N_(40)处理对土壤锌的解吸量和解吸率的影响取决于施锌水平。3个施氮水平下,土壤对锌的解吸量均随吸附量的增大而增加,且锌解吸量小于锌吸附量。因此,施氮可以抑制土壤对锌的吸附,影响土壤对锌的解吸,进而提高土壤锌的有效性。     

模拟氮沉降对不同含水量土壤氮素矿化的影响

以喀什地区泽普县荒漠河岸林土壤为研究对象,采用室内模拟方法,研究氮沉降对不同含水量土壤氮素矿化的影响,以期为新疆喀什荒漠区土壤氮素及水分合理施用提供理论依据。结果表明,氮沉降处理土壤矿质氮含量高于CK(不添加外源氮素的处理),培养7 d时,两处理土壤矿质氮含量均达到最大值。土壤含水量为40%时,氮沉降处理土壤净硝化速率最大;培养28 d时,土壤净硝化速率最大(土壤含水量为0的处理除外)。土壤含水量为20%时,氮沉降处理土壤净矿化速率最大;培养7 d时,氮沉降处理土壤净矿化速率最大。     

模拟氮沉降对常绿阔叶林土壤有效氮形态和含量的影响

【目的】研究不同氮沉降处理对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤NH_4~+-N和NO_3~--N分布及其含量的影响。【方法】设置对照(CK,0g/(m~2·年))、低氮(L,5g/(m~2·年))、中氮(M,15g/(m~2·年))和高氮(H,30g/(m~2·年))4个氮沉降水平,从2013年11月开始,每15d进行1次模拟氮沉降,于2014年5月和11月采集0~20cm土层土样,并测定土壤铵态氮、硝态氮含量和pH值等理化指标,分析不同氮沉降处理土壤NH_4~+-N和NO_3~--N与其他理化指标的相关性。【结果】无氮沉降背景下(CK),华西雨屏区常绿阔叶林土壤无机氮含量为14.66~16.97mg/kg,NO_3~--N占无机氮含量的59.46%。夏季土壤中NH_4~+-N含量较高,而冬季土壤中NO_3~--N含量较高。模拟氮沉降降低了土壤的pH值,并且随着氮沉降量的增加,pH下降作用更明显。各处理不同土层土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量随着氮沉降量的增加而增大,表现为CKLMH。模拟氮沉降促进了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N的累积,且0~10cm土层累积作用明显高于10~20cm土层。各氮沉降处理土壤NO_3~--N、NH_4~+-N与全氮、有机质、体积含水量之间均存在显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关性。【结论】模拟氮沉降使华西雨屏区常绿阔叶林土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,土壤pH值减小。     

同步硝化反硝化菌（Alcaligenes faecalis WT14）养殖污水脱氮效果研究

为探究溶氧(Dissolved orygen,DO)控制对异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌脱氮效力的影响,本文从绿狐尾藻人工湿地底泥基质中分离出高效HN-AD菌Alcaligenes faecalis WT14,通过室内和反应器装置试验,较系统地研究了WT14的HN-AD性能和不同DO条件对其NH_4~+-N、NO_3~--N去除能力的影响,并建立两级DO控制固定床反应器,通过DO控制分析了菌株WT14对养殖废水的处理效果。氮平衡试验表明,菌株WT14具有高效的同步硝化-反硝化能力,92.10%的NH_4~+-N以气态形式被去除,4.16%的NH_4~+-N被菌株WT14同化为胞内氮,同时NH_4~+-N的存在会促进NO_3~--N的还原。DO控制试验表明,菌株WT14的NH_4~+-N和NO_3~--N去除能力与DO浓度显著相关,低DO条件会抑制其NH_4~+-N去除能力,但是会促进NO_3~--N去除能力,且符合Boltzmann模型,其脱氨脱硝活性的半数DO抑制浓度分别为2.53 mg·L~(-1)和5.40 mg·L~(-1),最大NH_4~-N去除率和NO_3~--N去除率分别为94.0%和98.4%。在两级好氧(DO 4.00±0.30 mg·L~(-1))条件下,WT14对养殖废水的NH_4~+-N、TN和COD的去除率分别为99.3%、90.5%和97.5%,存在NO_3~--N和NO_2~--N的积累,而在连续好氧(DO 4.00±0.30 mg·L~(-1))-微氧(DO 0.50±0.10mg·L~(-1))条件下,WT14对养殖废水的NH_4~+-N、TN和COD的去除率分别为99.3%、97.6%和98.2%,且无NO_3~--N和NO_2~--N的积累。研究表明,两级DO控制中连续好氧-微氧显著促进了同步异养硝化-好氧反硝化菌WT14对NO_3~--N和NO_2~--N的还原,且不影响NH_4~+-N和COD的去除,提高了TN去除率。