尿素和KNO3对水稻土无机氮转化过程和产物的影响Ⅱ.N2O生成过程

采用15N技术标记尿素和KNO3,研究了淹水条件下黄泥土和红壤性水稻土生成N2 O的主要过程。结果表明 ,黄泥土反硝化过程产物以N2 为主 ,N2 O的生成量可以略而不计。加入KNO3促进NO- 3异化还原成铵过程 ,从而增加N2 O生成速率。红壤性水稻土主要通过反硝化或好气反硝化过程生成N2 O ,随着土壤pH的提高或NO- 3 浓度升高 ,N2 O生成速率增大。无论是黄泥土还是红壤性水稻土 ,有相当一部分样本的N2 O的15N丰度在NO- 2 、NO- 3 、NH 4的15N丰度范围外 ,由此推论 ,氮转化生成N2 O的过程应在微生物细胞内进行。     

环境因子对水稻土硝酸根异化还原过程速率和分配的影响

本文以五常、常熟和雅安水稻土为研究对象,通过室内泥浆培养,利用基于膜进样质谱仪（Membrane Inlet Mass Spectrometer, MIMS）的15N示踪技术,探究了温度、pH、NO3–浓度、C/N、Fe2+和S2–浓度对三种水稻土反硝化和硝酸根异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium, DNRA）速率及二者占硝酸根还原过程相对贡献的影响。结果表明,在所研究的稻田土壤中,反硝化是NO3–异化还原过程的主导途径,占比87.97%~91.73%,而DNRA仅占8.27%~12.03%。反硝化和DNRA速率随温度升高均呈指数增长,且DNRA占NO3–异化还原的比例（RDNRA）也随温度升高呈增长趋势。反硝化和DNRA速率分别在pH为7或者8.5时最高,相对于碱性环境（4.92%~14.67%）,酸性环境中RDNRA（6.24%~15.56%）更高。反硝化和DNRA速率与NO3–浓度之间关系符合米氏方程,且反硝化的最大速率（Vmax）和米氏常数（Km）均大于DNRA。与未加碳源对照组相比,C/N为2.5时,反硝化速率显著提高了22%~35%;C/N大于2.5时,DNRA速率显著提高了74%~199%。三种土壤中,Fe2+添加和S2–添加处理中呈现出类似的趋势,都是在低浓度电子供体（即Fe2+和S2–浓度分别为300~500 μmol·L–1和50~62.5 μmol·L–1）时呈现出最高的反硝化速率,而DNRA速率达到峰值则需要更高浓度的电子供体（即Fe2+和S2–浓度分别为800~1000 μmol·L–1和100~125 μmol·L–1）。综上可知,环境因子可显著影响NO3–异化还原过程的速率及分配,其中高温、高C/N、高浓度Fe2+和S2-有利于更多的NO3–分配给DNRA过程,而高浓度NO3–会提高NO3–向反硝化过程的分配。上述研究结果深化了对水稻土NO3–异化还原过程分配的认识,对于探寻潜在农学措施提高DNRA过程的分配比例,进而提高土壤中氮素的固持和提高稻田氮肥利用率具有重要的科学意义。     

硝化抑制剂与硫磺对三种水稻土旱作条件下尿素肥料硝化作用的影响

本文对加入硝化抑制剂和硫磺的尿素肥料在我国三种水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用过程进行研究。研究表明尿素中单加硝化抑制剂对三种供试水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用均有抑制,但抑制的强度与土壤类型有较大关系;而尿素中同时加入硝化抑制剂与硫磺在pH为5. 16的红壤和pH 6. 05黄泥土上都表现出对氮肥硝化过程的抑制作用;硫磺对pH为7. 06的乌珊土上的硝化过程无抑制作用。本试验研究可为硝化抑制剂肥料和硫包尿素肥料的设计与使用提供一定的基础资料。     

水稻土CH4产生潜力及其影响因素

培养试验所用15种水稻土样品采自全国各主要稻米产区。15种水稻土产CH4潜力差异很大,厌氧培养CH4产生率显著大于好氧培养,整个培养期(132d)总CH4产生量的变化范围为1.18～1180μgg-1(厌氧培养)和0.41～136μgg-1(好氧培养)。土壤CH4产生量受与土壤有机质含量有关的有机碳和全氮含量的显著影响,而与活性铁锰含量、颗粒组成、阳离子交换量、土壤pH等其他土壤理化性质之间无显著相关性,表明土壤有机质含量是影响CH4产生的最重要土壤性质。与类似试验的结果比较说明,土壤有机质含量对CH4产生量的影响程度可能与土样代表的空间尺度有关。     

施氮和不同品种水稻对紫色水稻土钾素形态的影响

通过盆栽试验研究了施氮水平和不同品种水稻对四川盆地 3种典型紫色水稻土 5种钾形态的影响以及各种土壤钾形态对水稻钾素营养的贡献。结果表明 ,4个紫色水稻土供钾能力均属中下水平 ,全钾含量为 1.29%～2.62% ,其中矿物钾量平均占 96.82% ,速效钾和非交换性钾仅平均占 0.62%和 2.56% ,土壤供钾能力以中性紫色水稻土 石灰性紫色水稻土 酸性紫色水稻土。施氮 (N 0～ 150mg/kg)促进 4个紫色水稻土钾素的释放 ,提高水稻对非交换性钾和矿物钾的吸收利用 ,使矿物钾和非交换性钾的贡献占植株吸钾的 80.3% ,速效钾仅为 19.7%。中性紫色土供试 4个品种水稻的吸钾能力为开优 5号 汕优 63Ⅱ优 6078引佳 1号。施氮后4个品种水稻吸自非交换性钾和矿物钾量平均占植物吸钾量的 66.9% ,以施中氮 (N 150mg/kg)时植株吸钾量最高 ;而低氮或高氮水平都不利于植物对钾的吸收和土壤钾的释放     

设施菜田土壤pH和初始C/NO3– 对反硝化产物比的影响

【目的】设施菜田土壤反硝化作用是N₂O排放和氮素损失的重要途径。本研究通过室内厌氧培养试验,在不同pH和初始C/NO₃–条件下,比较设施菜田土壤反硝化氮素气体排放及产物比的变化特征。【方法】以设施菜田土壤为研究对象,通过添加一定量低浓度的酸碱溶液调节土壤pH分别为酸性、中性和碱性条件,调节后的实测pH分别为5.63、6.65和7.83;同时以谷氨酸钠作为有效性碳,除未添加有效性碳作为对照处理 (CK) 外,其他有效性碳与硝酸盐 (C/NO₃–) 的比值分别调节为5∶1、15∶1和30∶1,三种pH条件下均设置 4 个 C/NO₃– 水平,每个水平3次重复。利用自动连续在线培养系统 (Robot系统),在厌氧条件下监测不同处理土壤产生的 N₂O、NO、N₂和CO₂浓度的动态变化,通过计算N₂O/(N₂O + NO + N₂)指数估算反硝化过程N₂O的产物比。【结果】增加土壤的pH能显著减少设施菜田土壤N₂O和NO的产生量,酸性 (pH 5.63) 土壤的N₂O、NO产生量峰值在不同初始C/NO₃– 比下均显著高于中性 (pH 6.65) 和碱性 (pH 7.83) 土壤 (P < 0.05)。中性和碱性土壤在高C/NO₃– 下有利于减少反硝化过程N₂O的产生,而酸性土壤条件下差异并不显著。中性土壤条件下增加有机碳含量会降低NO产生量,而在酸性和碱性土壤上有机碳的添加对NO产生量没有显著影响。土壤pH和初始C/NO₃– 比对土壤N₂O的产生有极显著的交互效应 (P < 0.001)。酸性和中性土壤上添加有机碳能够显著增加土壤N₂的产生速率 (P < 0.05),且与对照相比,不同pH的土壤添加有机碳后均显著促进反硝化过程中N₂O向N₂的转化。在不同初始C/NO₃– 下碱性土壤的CO₂产生量显著高于酸性和中性土壤,同时与对照相比,添加有机碳显著增加了土壤的CO₂产生量 (P < 0.05)。酸性土壤的N₂O产物比在不同初始C/NO₃– 下均极显著高于碱性土壤 (P < 0.01),且不同初始C/NO₃– 下的土壤N₂O产物比随pH的增加显著下降,二者呈极显著线性负相关关系 (P < 0.01)。【结论】土壤pH降低是设施菜田土壤N₂O和NO排放量较高的重要原因。而且,增加初始土壤有效碳含量促进了土壤的反硝化损失,并在中性和碱性土壤中N₂O的产生量减少。土壤pH升高和初始C/NO₃– 增加均降低了产物比,但增加了土壤反硝化作用速率。在利用N₂O排放通量和产物比估算土壤反硝化氮素损失时,土壤pH和有效碳含量是必须考虑的两个重要因素。     

有机和无机肥配比对黄褐土硝化和反硝化微生物丰度及功能的影响

【目的】 土壤硝化与反硝化作用是氮循环的两个关键环节,本文研究不同比例的有机、无机肥配施对硝化和反硝化进程产生的影响,为高效施肥提供理论基础。 【方法】 在安徽农业大学农翠园试验基地的黄褐土上进行了小麦–玉米轮作田间试验。试验以不施氮肥为对照 (CK),在小麦、玉米总施氮量相同的条件下,设置5个处理,分别为单施无机肥 (T1)、无机肥∶有机肥 = 2∶1 (T2)、无机肥∶有机肥 = 1∶1 (T3)、无机肥∶有机肥 = 1∶2 (T4)、单施有机肥 (T5)。在小麦拔节期,取0—20 cm土壤样品,利用荧光定量PCR技术测定反硝化和氨氧化微生物丰度,并结合反硝化能力、N₂O/(N₂O+N₂) 产物比、土壤呼吸、硝化势和氨氧化细菌 (AOB) 与古菌 (AOA) 对硝化势相对贡献率的测定,分析江淮地区长期有机和无机肥配施对黄褐土硝化、反硝化微生物丰度及其功能的影响。 【结果】 单施无机肥或有机肥处理的硝化势均高于不同配比处理。与添加有机肥相比,增施无机肥会显著增加AOA的丰度和硝化贡献率。在反硝化方面,反硝化能力和土壤呼吸随着有机肥投入量的增加而增加,单施有机肥处理显著高于其它处理。nirS和nosZ型反硝化菌丰度随着有机肥的增加而增加,而nirK型反硝化菌丰度呈减少趋势。相关分析表明,反硝化能力与nirS型、nosZ型反硝化菌丰度、有机质和可溶性有机碳含量极显著正相关,与nirK相关性不强。 【结论】 与单施无机肥或有机肥处理相比,有机和无机肥适当配施可降低土壤硝化势,并能调控AOA和AOB在硝化过程中的作用,有效地降低土壤反硝化损失。      

不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土N2O排放的影响及其机制

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N₂O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N₂O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明:不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N₂O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N₂O排放总量44.5%和43.9%,而DCD和LN对N₂O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同,1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长;MHPP仅可以抑制AOA的生长;其中,AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N₂O的排放呈显著正相关关系。同时,1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-...     

农艺措施对紫色水稻土无机磷形态的影响

本文对不同农艺措施下紫色水稻土无机P的形态进行了分级测定,结果表明:有机肥与化肥配合施用,有利于促进P素向有效态转化。不同有机肥处理对土壤P库的贡献大小不一样,其顺序为:猪粪>化肥>对照>绿>蚕豆青;耕作措施对P各形态的有效性影响较大,效果依次为水旱轮作>免耕垄作>常规耕作;土壤中无机P的形态与土壤肥力水平密切相关。     

菜地土壤氮素矿化和硝化作用的特征

采用培养试验对南京郊区 6 对菜地土和水稻土的土壤 N 素矿化和硝化作用特征进行了研究。菜地土为相同类型水稻土改种蔬菜约 20 年的土壤。结果表明,培养 28 天期间,6 对供试土壤中有 4 对土壤都是菜地土壤矿化 N 量低于相同类型水稻土,其日矿化速率也低于相应的水稻土,而其他 2 对供试土壤之间无明显差异。大多数菜地土的土壤硝化率低于相应的水稻土。培养28 天时的矿化率和硝化率与土壤 pH、速效 P 呈显著相关。     

农药污染对水稻田土壤硫酸盐还原菌种群数量及其活性影响的研究

在实验室条件下 ,施用杀虫剂 (呋喃丹 )、杀菌剂 (多菌灵 )和除草剂 (丁草胺 )后 ,对黄松稻田土壤、紫色稻田土壤和红壤稻田土的硫酸盐还原细菌 (Sulfate reducingbacteria ,SRB)种群数量和硫酸盐还原活性的影响。结果表明 ,紫色稻田土壤、黄松稻田土壤和红壤稻田土的SRB种群数量和硫酸盐还原活性的范围分别为 (66 83～ 12 7 81)× 10 4 cfug- 1干土、(45 87～ 10 5 0 7)× 10 4 cfug- 1干土和 (3 81～ 61 62 )× 10 4 cfug- 1干土和S- 2 (7 14～ 11 57) μgg- 1d- 1干土、S- 2 (6 84～ 9 0 7) μgg- 1d- 1干土、S- 2 (1 91～ 6 67) μgg- 1d- 1干土 ,且稻田土SRB种群数量和土壤硫酸盐还原活性之间具有正相关性。每kg干土中加入 1mg的丁草胺或呋喃丹 ,能促进SRB的生长及其硫酸盐还原活性。 1kg干土中加入 5mg的多菌灵、50mg的丁草胺或呋喃丹 ,对SRB的生长和硫酸盐还原活性有明显的抑制作用。施用丁草胺和呋喃丹 7d时 ,多菌灵 14d时 ,对水稻田土壤的SRB种群数量和硫酸盐还原活性的抑制影响最大 ,然后逐渐减轻 ,最后显示出某种程度的促进作用     

种植水稻和长期施用无机肥对红壤氨氧化细菌多样性和硝化作用的影响

以中国科学院红壤生态试验站发育于第四纪红黏土的植稻红壤为研究对象,研究了长期种植水稻和施用无机肥对土壤β-变形杆菌纲中氨氧化细菌多样性和硝化作用的影响。原始红壤改种水稻13年后,氨氧化细菌16SrDNA的DGGE条带数量增加,条带谱与原始红壤的差异较大,相似性为61%,说明种植水稻后土壤氨氧化细菌群落结构发生了变化。PCR-DGGE方法研究结果也显示,长期施用无机氮肥的处理(NP、NPK和NK),DGGE带谱相似性较高,达到73%,硝化率和硝化势均高于未施用氮肥的处理。逐步回归分析显示硝化率和硝化势均随着土壤脲酶活性的提高而显著增加。推测尿素可提高土壤水解氮含量,使土壤脲酶活性提高,促进硝化细菌的生长,进而提高硝化率和硝化势。     

水稻土中铁氧化物的厌氧还原及其对微生物过程的影响

采用厌氧泥浆恒温培养实验 ,测定了添加 6种外源氧化铁后土壤中Fe(Ⅱ )和Fe(Ⅲ )浓度的变化 ,探讨了不同氧化铁的还原能力及其对土壤产H2 、产CO2 、产乙酸和产CH4 过程的影响。结果表明 :无定形氧化铁和纤铁矿易于被还原 ,两者的最终还原程度大体相同 ,但无定形氧化铁存在还原滞后现象 ;针铁矿、赤铁矿、Al取代针铁矿和Al取代赤铁矿难以被还原 ,表现出与对照相同的还原特征 ;铁还原能导致土壤中H2 和乙酸稳态浓度的降低 ,有效抑制了甲烷产生 ;添加Fe(OH) 3和纤铁矿后 ,Fe(Ⅲ )还原占总电子传递的贡献率由对照的 1 8.3 0 %增至 63 .3 2 %和 46.90 % ,而形成甲烷的电子传递贡献率由对照的 80 .92 %降至 3 5 .85 %和 5 2 .3 2 % ,Fe(Ⅲ )还原对电子的竞争消耗 ,使土壤产甲烷过程被强烈抑制     

上海地区水稻土氮素矿化及其模拟

采用改进的培养方法和分析手段研究了上海地区典型水稻土淹水条件下的氮素矿化过程。结果表明矿化量为全N的 4 0 %～ 9 4 % (N 6 0～ 2 4 1mgkg-1)。通过偏相关分析 ,矿化量只表现为与全N相关。矿化期间pH变化较大且与矿化量直线相关。选择 (1)有效积温式 ;(2 )一级反应式 (One pool模型 ) ;(3)两部分一级反应式 (Two pool模型 ) ;(4 )带常数项的一级反应式 (Special模型 ) ,对实验结果进行了拟合。非线性拟合表明Two pool模型和Special模型最优 ,后者体现出温度效应。通过参数分析和实际应用可能性剖析 ,认为Special模型能对实际情况下的氮素矿化作出更为准确的描述     

咪鲜胺及其三种主要代谢物在六种水稻土中的吸附

用批量平衡法研究了咪鲜胺及其三种主要代谢物BTS44595、BTS44596和BTS45186在六种水稻土中的吸附。结果表明：水稻土以物理吸附作用来吸附咪鲜胺及其代谢物，吸附平衡时间为7—14h，吸附过程可用Freundlich吸附等温式描述。水稻土对咪鲜胺吸附能力均比其代谢物要强，三种代谢物之间的吸附量差异性不是很大。咪鲜胺在水稻土中的吸附与土壤有机质含量、阳离子交换量和粘粒含量成显著正相关，而BTS44595、BTS44596和BTS45186在水稻土中的吸附主要受土壤pH值的控制。这说明咪鲜胺在降解代谢后改变了它在土壤中的吸附行为与吸附机理，对此应予以足够的关注。     

水分和温度对旱地红壤硝化活力和反硝化活力的影响

采集第四纪红色粘土发育和第三纪红砂岩发育的红壤,分别在4C冰箱内保存(O),室温下湿润(M)和淹水(F)培养110天后测定硝化细菌、反硝化细菌、硝化势、反硝化势和反硝化酶活性。结果表明,低温有利于保持硝化细菌和反硝化细菌的数量,但显著抑制它们的硝化和反硝化活力。湿润有利于保持硝化细菌的硝化活力,而淹水则有利于保持反硝化细菌的反硝化活力,但均不利于硝化细菌和反硝细菌的存活。由此说明,不同的研究目的和需要测定的项目,应采用不同的土壤样本保存方法。     

红壤旱地和稻田土壤中有机底物的分解与转化研究

^14 C标记葡萄糖和稻草为底物,室内培养法研究在相同水分条件下,红壤旱地和稻田土壤中新鲜有机物的分解与转化的差异,以及对土壤原有有机碳矿化的影响.在100 d内葡萄糖^14C在旱地和稻田土壤中的累积矿化率分别为49.6%和46.7%,稻草^14C为25.2%和21.8%;两种底物对土壤原有有机碳分解产生的＂激发效应＂和对土壤微生物生物量碳（BC）的影响均以旱地土壤大于稻田土壤.在旱地和稻田土壤中葡萄糖^14C转化为土壤BC的最大比率分别为23.5%和21.6%,稻草^14C分别为10.4%和11.3%.根据添加^14C标记葡萄糖处理中^14C标记微生物生物量碳（14C-BC）的变化,得到旱地和稻田土壤BC的周转时间分别为329 d 和127 d.这些结果表明在含水量为45%饱和持水量（WHC）条件下,有机底物在旱地土壤中的分解快于稻田土壤,但稻田土壤BC的周转速率快于旱地土壤.     

模拟酸雨对太湖地区水稻土铜吸附—解吸的影响

以太湖地区三种典型的水稻土（黄泥土、白土、乌泥土）为例，利用模拟-培养试验，着重研究模拟酸雨对土壤的铜吸附解吸能力的影响，研究结果表明：与未淋溶土壤相比，经模拟酸雨淋溶的三种土壤对铜的吸附量有所增加，随着淋溶液pH的降低，增幅减小：易解吸态铜的解吸量则随淋溶液pH的降低而增大，模拟酸雨降低了土壤对重金融污染的缓冲能力；虽然黄泥土、乌泥土对铜的吸附量远大于白土，但模拟酸雨对乌泥土的吸附-解吸能力的影响速度也大于白土。