湿地土壤的硝化-反硝化作用及影响因素

硝化-反硝化作用与土壤的供氮能力及氮气态损失密切相关,其对于湿地氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤硝化-反硝化作用的研究方法、影响因素及模型表征的研究动态。当前湿地土壤硝化-反硝化作用的研究主要集中在净硝化/反硝化能力方面,而模型研究仅停留在一般概念模型和动力学模型的表征上。影响湿地土壤硝化-反硝化作用的因素主要包括温度条件、水分条件、土壤理化性质及生物区系等。鉴于当前湿地土壤硝化-反硝化作用研究内容的不均衡性和不深入性,其在今后研究中应亟需加强的领域包括:(1)硝化-反硝化作用驱动机制;(2)概念模型与应用模型表征;(3)全球变暖、降水改变及碳、氮输入等对硝化-反硝化作用的影响;(4)人类活动对硝化-反硝化作用的影响。     

土壤硝化-反硝化作用研究进展

硝化－反硝化作用是氮素循环的重要环节，涉及到气态氮的损失和污染生态环境的影响，是当今氮素研究的热点之一。本文综述了近年来土壤硝化－反硝化作用损失量，机理研究方法及控制对策等方面的研究进展和展望。     

土壤熏蒸剂对土壤硝化、反硝化作用的影响

采用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,以大田威百亩、棉隆、溴甲烷、硫酰氟熏蒸100 d土壤为研究对象,探究土壤熏蒸对土壤硝化活性、反硝化活性及amoA基因型硝化型细菌、nirS基因型反硝化细菌群落结构影响。研究表明,威百亩、棉隆、硫酰氟熏蒸剂处理下,土壤硝化活性与对照无显著差异;而溴甲烷处理的硝化活性比对照降低13.19%,差异显著(P0.05);熏蒸剂之间土壤硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂之间以及与对照之间土壤反硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂中溴甲烷处理土样amoA型硝化细菌多样性指数、均匀度显著低于对照土样和其他3种熏蒸剂处理土样;而丰富度指数无显著差异。威百亩、棉隆和硫酰氟熏蒸土样之间及与对照之间amoA型硝化细菌3种生态指数无明显差异。4种熏蒸剂处理土壤nirS型反硝化细菌多样性指数、均匀度与对照无显著差异(P0.05);熏蒸剂之间存在显著差异(P0.05)。研究表明,溴甲烷对土壤硝化活性的抑制是通过抑制amoA型硝化细菌的多样性而实现,其他3种熏蒸剂对土壤硝化活性无显著影响。4种熏蒸剂对土壤反硝化活性无显著影响。     

旱地土壤中的硝化-反硝化作用

本文综述了国内外旱地土壤硝化 -反硝化作用的过程及其影响因数和硝化 -反硝化作用产生的N2 O量及其影响因素以及旱地土壤上氮肥硝化 -反硝化损失量等方面的研究进展     

上海城郊不同农业用地类型土壤硝化和反硝化作用

采用气压过程分离(BaPS)技术对上海城郊不同农业用地类型土壤总硝化速率和反硝化速率进行了测定.结果表明:不同农业用地类型土壤总硝化速率和反硝化速率差异显著(p<0.05).其中大棚蔬菜总硝化速率和反硝化速率最高;在土壤含水量15%～30%范围内.土壤总硝化作用和反硝化作用对氮损失的贡献率分别为46.8%,53.2%.土壤含水量和土壤通气孔隙度的适度增加均有利于土壤硝化作用和反硝化作用的进行;总硝化速率与土壤含水量、土壤通气孔隙度、全氮含量呈显著性相关(p<0.05),与土壤N_3~--N呈极显著性相关(p<0.01);反硝化速率与土壤含水量、N_3~--N、全氮呈显著性相关(p<0.05),与土壤通气孔隙度呈极显著性相关(p<0.01);中等土壤含水量范围内,影响土壤硝化作用、反硝化作用的环境因子趋于多样和复杂化,各种土壤环境因子共同影响和决定土壤硝化和反硝化过程.     

农田土壤硝化—反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明，小麦生育期土壤温度及含水量降低，无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量的较大的改善，反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内，N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量，说明至少在这一阶段中，硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中，硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

模拟酸雨对亚热带阔叶树苗土壤呼吸的影响

通过利用pH2.5、4.0和5.6的模拟酸雨喷淋乐东拟单性木兰(Paramecia latungensis)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)3种浙江典型地带性阔叶植物幼苗-土壤系统(编号分别为PL、CG和EG),研究了模拟酸雨短期胁迫对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)不同生长季,重度酸雨(pH2.5)对PL和CG植物下土壤呼吸E值影响显著,PL均低于对照(pH5.6),CG冬季低于对照而春夏较对照高,EG仅冬季变化显著。中度酸雨(pH4.0)对PL的E值作用显著,除2007年8月较对照高25.3%外,均低于对照。CG的E值于2006年12月和2007年8月分别受中度酸雨的显著影响,12月低于对照,而8月升高至1.96μmol m-2s-1。中度酸雨仅在2007年11月使EG的E值显著降低了18.0%。(2)在生长周期内,PL和EG的土壤呼吸对模拟酸雨无显著响应,CG虽分别升高了87.8%(重度酸雨组)和11.1%(中度酸雨组),但是仅重度酸雨作用显著。(3)影响PL及CG土壤呼吸的主要因素是土壤温度和模拟酸雨,EG以土壤温度为主因子。模拟酸雨对CG土壤呼吸的作用强于PL,CG土壤呼吸E值与酸雨pH负相关。     

酸雨对土壤呼吸的影响机制研究进展与展望

土壤呼吸是陆地生态系统与大气之间进行碳交换的主要途径,其动态变化直接影响着全球碳平衡。由于人类活动的影响,酸雨成为人类当前面临的最严重的生态环境问题之一,但其对土壤呼吸的影响及其机理尚无定论。本文综述了不同生态系统土壤呼吸对酸雨的响应特征,多数文献表明,高强度的酸雨抑制土壤呼吸,而在低强度的酸雨作用下土壤呼吸的响应存在差异。从影响土壤呼吸的4个关键生物因子,即光合作用、微生物、凋落物和根系生物量,重点讨论了酸雨对土壤呼吸的影响机制。在此基础上,提出了以下研究展望:①开展土壤呼吸对不同组成类型酸雨的响应研究;②开展与土壤碳排放相关的功能微生物对酸雨的响应研究;③开展不同物候期土壤呼吸对酸雨的响应研究;④开展土壤呼吸各过程对酸雨的响应研究;⑤建立全球酸雨地区土壤碳排放监测研究网络。     

农田土壤剖面反硝化活性及其影响因素的研究

用培育法研究了我国3种农田土壤剖面各层土壤的反硝化活性及其影响因素。结果表明，潮土剖面各层上壤中以0～20cm土壤的反硝化活性为最高，培育20天时的反硝化活性达到49％，而下层土壤的反硝化活性，除52～65cm土层外，则都很低；加葡萄糖或肥土清液，明显地提高了各层土壤的反硝化活性，且以前者的作用更大些，但加磷则无此作用。黄泥土（中等肥力）剖面中各层土壤的反硝化活性，也以0～20cm土壤为最高。培育20天时的反硝化活性达到74％，随剖面深度的加深，反硝化活性逐渐减小。加葡萄糖和肥土清液对表土的反硝化活性没有明显的影响，却明显地提高了40～100cm各层土壤的反硝化活性。但加磷对各层土壤的反硝化活性则都无明显的影响。红壤（花生地）剖面中各层土壤的反硝化活性都极低。加葡萄糖或肥土清液能提高表土的反硝化活性，但对其下各层土壤的反硝化活性却没有影响。加磷未能提高各层土壤的反硝化活性。相关分析表明，培育20天土壤反硝化活性与土壤有机质含量呈极显著的正相关（r＝0．827* *），而与土壤速效磷含量和土壤pH无此相关性。     

模拟酸雨对稀土矿区铅污染农田的淋滤效应

[目的]针对赣南稀土矿区周边农田存在严重的重金属铅污染情况,研究该地区农田土壤中重金属铅迁移转化规律,旨在为矿区铅污染治理提供依据。[方法]采用模拟酸雨淋滤试验土柱观察重金属铅的淋出量变化,结合响应曲面分析试验结果。[结果]随时间的推移,铅淋出量呈现出快速下降和慢速下降两个阶段。随着pH值的减小,淋滤强度的上升使得铅淋出量呈现先上升后减小的情况。当外源铅浓度增加时,pH值的减小和淋滤强度的上升都会时铅淋出量增加。响应曲面软件对试验数据进行多元回归拟合,交互项中pH值与培养铅浓度较为显著。[结论]铅的污染程度与铅的析出呈正相关,酸雨pH值对污染农田中铅的析出有重要影响。     

Experimental Warming Effects on Soil Respiration,Nitrification, and Denitrification in a Winter Wheat-Soybean Rotation Cropland

A field experiment was conducted to examine responses of soil respiration, nitrification, and denitrification to warming in a winter wheat (Triticum aestivum L.)–soybean (Glycine max (L.) Merr) rotation cropland. The results showed that seasonal variations in soil respiration were positively related to seasonal fluctuations in soil temperature. Seasonal mean soil respiration rates for the experimental warming (EW) and control (CK) plots were 3.98 ± 0.43 and 2.54 ± 0.45 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the winter wheat growing season, and they were 4.59 ± 0.16 and 4.36 ± 0.08 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the soybean growing season. There was a marginally significant level (p = 0.097) for mean nitrification rates between EW and CK plots. Soil temperature and moisture accounted for 58.2% and 58.1% of the seasonal variations observed in the winter wheat and soybean plots, respectively.     

Soil Respiration,Nitrification, and Denitrification in a Wheat Farmland Soil under Different Managements

A field experiment was conducted during the 2010 to 2011 winter wheat–growing season to understand the soil respiration (R_s ), nitrification, and denitrification rates in winter wheat farmland soil under no-tillage (NT) treatment with rice straw incorporation. The experimental treatments include NT, NT with rice straw covers on the surface (NTS), conventional tillage (CT), and CT with straw incorporation (CTS). No-tillage and straw incorporation treatments did not change the seasonal patterns of R_s , gross nitrification (Gn), and denitrification (D) rates compared with CT. Compared with the CT treatment, the NT, NTS, and CTS treatments significantly reduced R_s (P < 0.01), and the NT and NTS treatments significantly increased Gn and D (P < 0.01). CTS also significantly increased Gn (P < 0.01) but had no significant effect on D (P > 0.05). Further analysis showed that the temperature sensitivity of soil respiration (Q ₁₀) of CT, NT, NTS, and CTS were 4.26, 1.86, 3.25, and 2.36, respectively. Our findings suggest that, compared with CT, the NT and straw incorporation treatments reduced R_s and Q ₁₀ and increased Gn and D.     

模拟酸雨条件下海泡石对污染红壤镉、铅淋溶的影响

采用填充土柱淋溶试验研究不同pH值模拟酸雨和海泡石添加量对重金属污染红壤Cd、Pb淋溶的影响.结果表明,Cd在酸雨pH值较低时累积淋溶量较大,Pb的累积淋溶量随酸雨pH值的降低逐渐增加,pH值为3.5处理的Pb总累积淋溶量显著高于其他pH值处理(高出54.9％).与对照相比,模拟酸雨pH值为3.5时,添加5 g/kg和10 g/kg海泡石处理Cd的总累积淋溶量明显增加(分别增加24.6％和26.3％),而Pb的总累积淋溶量分别显著降低34.7％和25.7％;酸雨pH值为4.5时,添加5 g/kg和10g/kg海泡石处理降低了Cd的累积淋溶量(分别降低13.0％和1.4％),而Pb的淋溶量随海泡石添加量的增加而降低,10 g/kg海泡石处理的Pb总累积淋溶量显著下降17.6％;pH值为5.5和6.5时,海泡石处理Cd累积淋溶量均有所下降,而对Pb的淋溶无显著降低效果.酸雨酸性强度的增大增加了Cd、Pb的淋溶风险,且Pb比Cd敏感.添加海泡石可有效减少酸雨对土壤中Pb的淋溶,但其对Cd淋溶的影响受酸雨酸性强度的影响.     

模拟酸雨对荔枝园土壤氮素迁移和土壤酸化的影响

采用短期室内淋溶方法研究了模拟酸雨对供试荔枝果园土壤全N、碱解N、硝态N、铵态N含量变化的影响。结果表明．各处理土壤淋出液的全N、硝态N、铵态N含量随着模拟酸雨酸度的增强而依次增加，其中pH2．5酸雨淋溶处理与其它处理间的淋出液含量差异显著，而pH≥4．5酸雨淋溶处理与对照（pH6．5）间的差异大部分不显著；各处理的土壤较淋溶前其全N、NOjN（pH2．5酸雨处理例外）、NH1＋-N的含量均有增加趋势。引进土壤的实际酸化速率H＋产生值衡量供试土壤的酸化，只有pH2．5的模拟酸雨淋溶促进了土壤的酸化，而pH≥3．5的模拟酸雨处理对土壤的酸化具有一定的缓冲作用，且土壤酸度减弱。     

模拟酸雨对红壤结构体及其胶结物影响的实验研究

通过模拟酸雨对浙江杭州红壤的淋溶实验 ,研究了酸雨对红壤结构体及其胶结物的影响。结果表明 ,酸雨降低了红壤团聚体的稳定性 ,表现为水稳性大团聚体的含量随酸雨 p H值的降低、持续时间的延长而减少 ;酸雨导致团聚体破坏率增高、稳定性降低。酸雨对红壤胶结物质的影响 ,表现为土壤有机质淋失增加 ,氧化铁活性提高。红壤团聚体的稳定性和结构性变差 ,会加速土壤侵蚀 ,表现出酸雨对红壤的可蚀性。     

模拟酸雨对茶园土壤中铅的溶出及形态转化的影响

采用模拟酸雨连续淋洗的方法,研究了茶园土壤的酸化以及不同铅污染程度土壤中铅的溶出和形态转化规律。结果表明,土壤的酸化程度受酸雨酸性强度的控制,酸雨pH越低,土壤酸化程度越强;土壤中铅的溶出总量随模拟酸雨的酸度和土壤本身含铅量的增加而增加,但是土壤滤液中铅含量随时间变化的规律只受模拟酸雨的pH影响;土壤铅污染程度越严重,其中的活性态铅含量越高,同时pH<4.5的酸雨会使土壤中的非活性态铅大量向活性态转化,这将导致土壤中铅的活化而增加其生态风险。     

不同秸秆还田方式对黄土高原坡耕地土壤呼吸的影响

选取豫西黄土高原典型玉米坡耕地,设置常规耕作+秸秆不还田（CT）,常规耕作+秸秆还田（TSI）和常规耕作+秸秆覆盖（TSM）3种处理,采用LI-8100A土壤碳通量测定系统,研究非生长季不同秸秆还田方式对土壤呼吸时空变化的影响。结果表明:CT,TSI,TSM处理下土壤呼吸速率随时间变化趋势基本一致,变化范围分别为0.22～1.23,0.29～1.35,0.26～0.91 μmol/（m²·s）,在温度和水分较低时段3者差异不显著,在温度和水分较高的时段3种处理土壤呼吸差异显著,表现为TSI > CT > TSM。3种处理不同坡位土壤呼吸有明显差异,总体表现为坡下 > 坡中 > 坡上,TSM处理下土壤呼吸空间异质性明显低于其他两种处理;不同坡位土壤温度和水分呈现明显的差异性,表现为坡下 > 坡中 > 坡上,并随温度和水分的升高,空间差异性增大。不同处理下土壤呼吸与温度和水分都呈现出显著的线性相关关系（p < 0.01）。秸秆覆盖在非生长季能有效减少土壤呼吸量,而秸秆还田增加土壤呼吸量,因此秸秆覆盖从减少温室气体排放的角度是较合理的秸秆还田方式。     

模拟酸雨对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

以中性溶液（pH=7.0）为对照,研究了pH值为1.0,2.0,3.0,4.0,5.0和6.0模拟酸雨对小麦种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,小麦种子萌发和幼苗生长各指标随着pH值的降低而降低,弱酸（pH5.0～6.0）条件下小麦种子能够正常萌发和生长,种子萌发和幼苗生长各指标与对照没有显著差异（P > 0.05）;在pH低于5.0时,小麦种子萌发和幼苗生长严重受阻,种子萌发和幼苗生长各指标均显著低于对照（P < 0.05）;pH为1.0时,小麦种子则完全失去活性;不同pH值模拟酸雨胁迫对小麦幼苗生理指标影响较大,叶绿素含量、类胡萝卜素含量、保护酶（SOD,POD,CAT）和非保护酶（PPO,PAL）活性随酸性的增强呈降低趋势,而相对电导率和丙二醛（MDA）含量呈上升趋势。综合分析认为,小麦幼苗生长比种子萌发对模拟酸雨的响应更为敏感。