作物茬口对黑土农田土壤反硝化细菌数量及群落结构的影响

  【目的】  反硝化作用导致农田土壤氮素损失和温室气体N₂O的排放。研究不同作物茬口对土壤反硝化细菌群落结构的影响,旨在揭示作物茬口影响N₂O排放的相关机制。  【方法】  定位试验位于黑龙江省海伦市前进乡光荣村(47°23′N,126°51′E),种植方式包括玉米连作(CC)、大豆连作(SS)以及玉米–大豆轮作,每年一季。取样时,轮作体系玉米已倒茬三次、大豆两次。采集CC、SS以及轮作体系中的大豆茬口(SSC)和玉米茬口(CSC)的表层土壤(0—15 cm)样品,利用实时定量PCR (qPCR)和高通量测序技术,分析土壤中的nirS和nirK型反硝化细菌丰度和群落组成。  【结果】  在4个作物茬口土壤中,CC处理的反硝化速率最高,玉米–大豆轮作体系中SSC和CSC处理的反硝化速率显著高于SS处理。轮作体系两个茬口SSC和CSC处理的nirS和nirK型反硝化细菌基因丰度多显著高于SS处理,而与CC处理多差异不显著。PCoA结果显示,SSC和CSC处理的nirS型反硝化细菌群落间差异显著,而CC和SS处理的nirK型反硝化细菌群落间存在显著差异。RDA分析结果表明,NO₃–-N和C/N分别是nirS和nirK型反硝化细菌群落分异的最主要驱动因子。SEM分析结果显示,nirS型反硝化细菌群落与反硝化速率呈显著正相关(R2=0.92),而nirS和nirK型基因丰度与土壤反硝化速率无显著相关关系。  【结论】  作物茬口显著影响黑土农田土壤反硝化细菌群落和丰度组成。反硝化细菌群落组成而非反硝化细菌丰度是反硝化速率变化的决定性因素,nirS型反硝化细菌对土壤反硝化作用贡献更大。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

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-...     

长期施肥下红壤玉米关键生育期氧化亚氮排放差异及其影响因素

【目的】探究红壤区玉米关键生育期氧化亚氮(N₂O)的排放量及影响因素，为红壤区玉米季温室气体减排提供理论支撑。【方法】典型红壤长期施肥定位试验始于1990年，选取不施肥(CK)、氮钾化肥配施(NK)、氮磷钾化肥配施(NPK) 3个处理，监测玉米苗期、喇叭口期、灌浆期和成熟期N₂O排放、温度和降雨量，测定了表层土壤理化性状和硝酸还原相关酶的活性。【结果】与CK相比，NK和NPK处理均显著提高了N₂O累积排放量，NPK处理显著增加苗期N₂O累积排放量，而NK处理显著提高了喇叭口期和灌浆期N₂O累积排放量，但两个处理的玉米生育期N₂O累积排放总量没有显著差异。从玉米苗期到成熟期，NK处理土壤pH整体呈下降趋势，降低了17.8%，而CK和NPK处理无显著变化；CK、NK和NPK处理土壤有机碳(SOC)整体呈上升趋势，分别较灌浆期升高了15.2%、16.4%和16.2%,NH₄⁺-N含量呈逐渐降低趋势，而NO_3<...     

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。      

不同施肥模式对土壤氮循环功能微生物的影响

  【目的】   微生物在土壤氮循环过程中发挥着重要作用。通过研究农田土壤氮循环过程中不同功能微生物群落基因丰度对施肥模式的响应及其关键影响因素,探讨不同施肥模式调控下氮素转化的微生物学机制,为改善农业生产中氮素的管理策略提供理论依据。   【方法】   田间试验始于2011年,试验地点位于江苏省常州市溧阳市南渡镇,供试土壤为白土型水稻土,种植制度为稻麦轮作。试验包括单施化肥 (NPK)、化肥+畜禽有机肥 (NPKM)、化肥+秸秆还田 (NPKS) 以及相邻江苏省耕地质量监测点不施肥对照 (CK),共 4个处理。于2014年水稻成熟期采集土壤样品,采用实时荧光定量PCR法分析了土壤硝化 (amoA)、反硝化 (narG、nirS、nirK、norB、nosZ)、固氮 (nifH)、硝酸盐异化还原 (napA) 等氮循环过程的相关功能微生物基因丰度的变化。以氨氧化微生物为模式微生物,测定添加与不添加1-辛炔情况下的土壤硝化潜势,分析氨氧化古菌 (AOA) 与氨氧化细菌 (AOB) 功能基因丰度与土壤硝化功能的内在联系。   【结果】   与CK相比,NPK处理显著增加了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ和nifH基因的丰度。与NPK处理相比,NPKS处理进一步提高了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ、nifH以及nirK基因的丰度。与CK相比,除AOA-amoA、nirS、napA基因以外,NPKM处理显著提高了土壤中所有氮循环功能基因的丰度。AOB-amoA基因丰度的变化对土壤氮循环功能基因丰度的整体变异影响最大。AOB主导了施肥土壤的硝化过程 (81.90%～84.42%)。土壤总硝化潜势与AOB-amoA基因丰度显著相关,但与AOA-amoA基因丰度相关性不显著。氮循环功能微生物基因丰度主要受到土壤pH、土壤有机碳(SOC)和NO₃–含量的影响。   【结论】   畜禽有机肥与秸秆的施用能够进一步刺激氮循环功能基因丰度的增长,促进土壤氮循环。土壤pH、SOC和NO₃–含量是影响土壤氮循环功能微生物丰度的关键因素。施肥主要通过提高土壤AOB-amoA功能基因的丰度,进而提高土壤硝化潜势,因此在控制土壤硝化作用时应重点关注AOB微生物群落。     

农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素

一氧化二氮 (N₂O) 作为重要的温室气体之一,在全球气候变化研究中引人关注。随着氮肥使用量的增加,农田土壤N₂O排放已经成为全球关注和研究的热点。人们普遍认为土壤硝化、反硝化过程是N₂O产生的两个主导途径,而诸如施肥、灌水等农田管理措施以及土壤pH、温度等环境因子均会影响农田土壤N₂O产生和排放。本文系统论述了土壤N₂O产生的各主要途径,并综述了氮源、碳源、水分含量、氧气含量、土壤pH和温度以及其他调控因子对N₂O排放的影响,旨在阐明各过程对N₂O排放的产生机制及主要环境因子的影响,以期为后续研究提供参考和理论依据。农田土壤硝化过程本身对N₂O排放的直接贡献较小,N₂O产生的主要来源是包含硝化细菌的反硝化、硝化–反硝化耦合作用在内的生物反硝化过程。真菌反硝化和化学反硝化在酸性土壤以及硝酸异化还原成铵过程在高有机质和厌氧土壤环境中对N₂O排放具有重要作用。未来研究可从农田土壤N₂O的产生和消耗机制、降低N₂O/N₂产物比、N₂O的还原过程及相关影响因素进行深入研究。此外,利用新技术方法,探究土壤物理、化学和生物学因素对氮素转化过程的影响,重点关注N₂O峰值排放及相关联微生物的响应,并构建土壤氮素平衡和N₂O排放模型,可进一步加深对农田土壤N₂O排放机制和影响因素的理解。     

秸秆还田种类对稻田N2O排放及硝化反硝化微生物的影响

以太湖流域典型单季稻田的原状土柱为研究对象,通过设置温室土柱试验,同步监测3种秸秆(水稻秸秆RS、小麦秸秆WS、玉米秸秆MS)施用下水稻各生长期N₂O排放、水稻产量和土壤理化因子,同时定量化分析多个N₂O排放相关菌群及功能基因的丰度,以阐明N₂O排放对不同种类秸秆施用引发的微生物响应机制,筛选控制单季稻田N₂O减排增效最佳的秸秆种类。结果表明：与对照相比,RS、WS和MS处理下水稻生长期N₂O排放量分别增加162.32%、107.11%和9.48%,其中RS处理显著高于MS处理。水稻生育期内,土壤氨氧化菌(AOA、AOB)和反硝化菌群落(nir S、nos Z)丰度均呈现先上升后下降的变化趋势。与对照相比,拔节期RS处理显著增加AOA、AOB、nirS和nosZ拷贝数,MS和WS处理对上述功能基因丰度均无显著影响。各生育期土壤NH₄⁺-N含量整体高于NO₃^–-N含量,二者均在水稻分蘖期达到峰...     

硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响

【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验 (25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1) 不施肥 (CK);2) 单施尿素 (Urea);3) 尿素 + 双氰胺 (Urea + DCD);4) 尿素 + 3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (Urea + DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N₂O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N₂O排放量,其中85%的N₂O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea + DMPP处理土壤NH₄+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N₂O减排率为78.3%,Urea + DCD处理为21.6%。Urea + DMPP处理排放系数为0.05%,Urea + DCD为0.18%,Urea + DMPP处理显著低于Urea + DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌 (AOB) 数量显著增加而氨氧化古菌 (AOA) 数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea + DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea + DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirK和nirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N₂O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N₂O排放、提高肥料利用率的作用。     

长期不同施肥措施下塿土细菌群落结构变化及其主要影响因素

? 【目的】 ?研究不同施肥处理下土壤细菌群落的特征,为建立促进土壤生态系统稳定和健康的养分管理制度提供依据。? 【方法】 ?陕西省杨凌示范区“国家黄土肥力与肥料效益监测基地”的28年长期定位试验始于1990年秋,种植制度为冬小麦–夏休闲,无灌溉。本研究选取定位试验中不施肥 (CK)、施用氮磷钾肥 (N、P₂O₅、K₂O分别为135、108、67.5 kg/hm2,NPK) 和有机无机肥配施 (70% N来自牛粪,MNPK) 3个处理。于2018年6月小麦收获后采集0—20 cm耕层土样,测定养分含量、含水量、微生物量碳含量、微生物量氮含量及目标土壤微生物。以1%琼脂糖凝胶电泳法检测土壤中DNA,根据97%相似度对序列进行OTU聚类、α多样性分析 (包括Shannon、ACE和Chao1等指数),使用CANOCO 4.5软件对土壤细菌门水平群落结构、细菌相对丰度等与土壤理化性质进行冗余分析。? 【结果】 ?与CK相比,NPK和MNPK处理显著提高了土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量,显著降低了土壤pH值。不同处理细菌基因拷贝数为每克干土6.69 × 109～16.46 × 109,与CK相比,NPK和MNPK处理细菌数量分别提高了77%和146%。MNPK处理的土壤细菌Shannon多样性指数显著高于CK和NPK处理,而Simpson指数显著低于CK和NPK处理,NPK与CK处理间两个指数无显著差异。3个处理的细菌丰富度指数 (Chao1指数和ACE指数) 和均匀度指数均没有显著差异。在门水平上,共获得35个细菌类群,其中,放线菌门 (Actinobacteria)、变形菌门 (Proteobacteria)、酸杆菌门 (Acidobacteria) 和绿弯菌门 (Chloroflexi) 为主要优势菌门 (相对丰度 > 10%),占到全部菌门的80.1%～81.7%。与CK相比,MNPK处理显著降低了放线菌门 (F = 5.845,P < 0.05) 的相对丰度,增加了拟杆菌门 (F = 4.461,P < 0.05) 的相对丰度,3个处理间其他菌门均无显著差异。冗余分析结果显示,CK与NPK、MNPK处理的土壤细菌群落结构具有明显差异,且MNPK处理对土壤细菌群落组成的影响更大。土壤理化性质对细菌菌群影响表现为:土壤硝态氮 > 可溶性有机碳 > pH > 铵态氮 > 有机碳 > 土壤含水量,这些理化因子均是影响微生物生长的关键因子。? 【结论】 ?关中土区旱作雨养条件下,化肥平衡施用和有机无机肥配施均显著提高了土壤中细菌数量、多样性和丰富度,有机无机肥配施还改变了细菌群落结构,特别是降低了放线菌门、增加了拟杆菌门的丰度,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。     

Relationship between nitrifier and denitrifier community composition and abundance in predicting nitrous oxide emissions from ephemeral wetland soils

The link between differences in the community composition of nitrifiers and denitrifiers to differences in the emission of nitrous oxide (N₂O) from soils remains unclear. Nitrifier and denitrifier community composition, abundance and N₂O emission activity were determined for two common landscapes characteristic of the North American “prairie pothole region”: cultivated wetlands (CW) vs. uncultivated wetlands (UW). The hypotheses of this study were: (1) landscape selects for different nitrifier and denitrifier communities, (2) denitrification was the dominant N₂O emitting process, and (3) a relationship exists between nitrifier and denitrifier community composition, their abundance, and N₂O emission. Comparisons were made among soils from three CW and three UW at the St. Denis National Wildlife Area. Denaturing gradient gel electrophoresis was used to compare community composition, and quantitative polymerase chain reaction was used to estimate community size. Incubation experiments on re-packed soil cores with ¹⁵N-labeled nitrate were performed to assess the relative contributions of nitrification and denitrification to total N₂O emission. Results indicate: (1) nitrification was the primary source of N₂O emission, (2) cultivation increased nitrifier abundance but decreased nitrifier richness, (3) denitrifier abundance was not affected by cultivation but richness was increased by cultivation, and (4) differences in nitrifier and denitrifier communities composition and abundance between land-use and landform did not correspond to differences in N₂O emission.     

有机肥/秸秆替代化肥模式对设施菜田土壤氮循环功能基因丰度的影响

  【目的】  利用天津市农业科学院西青区基地日光温室的蔬菜有机肥/秸秆替代化肥模式定位试验,分析不同施肥模式下设施春茬番茄盛果期土壤氮循环功能基因丰度、硝化潜势(PNR)及N₂O排放量的差异,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据。  【方法】  定位试验始于2009年,共设置来源于化肥(CF)、有机肥(M)和玉米秸秆(S)不同比例的6个等氮磷钾处理,分别为:4/4CF、3/4CF+1/4M、2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M、2/4CF+1/4M+1/4S、2/4CF+2/4S。在第20茬设施蔬菜(春茬番茄盛果期)采集0—20 cm土壤样品,测定土壤氮循环相关指标。  【结果】  1)含有机肥/秸秆处理土壤的PNR较4/4CF处理平均增加72.9%,其中仅配施有机肥3个处理平均增加了107.0%,而配施秸秆两个处理显著低于含有机肥的2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M处理。 2)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤反硝化过程功能基因NapAB、NirS、NorB、NosZ丰度平均分别增加了19.9%、20.4%、19.1%、2.3%,硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NirB丰度平均增加了25.9%,而土壤硝化过程功能基因AmoA、AmoB、AmoC、Hao,以及硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NrfH丰度平均分别降低了37.9%、46.3%、33.8%、65.5%、8.8%。3)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤0～28 天 N₂O累计排放量平均增加了59.6%。4) Spearman相关性分析表明,土壤PNR与土壤有机碳(r = 0.37)、铵态氮(r = 0.47)、土壤N₂O累计排放量(r = 0.56)以及反硝化过程功能基因NapAB (r = 0.78)、NirK (r = 0.21)和NorB (r = 0.53)呈显著正相关关系,与土壤pH (r = –0.40)呈显著负相关关系;土壤N₂O累计排放量与土壤有机碳(r = 0.90)、全氮(r = 0.83)、硝态氮(r = 0.83)、铵态氮(r =0.64)及反硝化过程功能基因NapAB (r = 0.67)、NirK (r = 0.49)、NirS (r = 0.36)和NorB (r = 0.88)呈显著正相关关系,与土壤pH (r = –0.52)和硝化过程功能基因AmoA (r = –0.62)、AmoB (r = –0.64)、AmoC (r = –0.71)和Hao (r = –0.77)呈显著负相关关系。冗余分析显示,土壤硝态氮(P = 0.01)、铵态氮(P = 0.03)和有机碳(P = 0.05)对土壤氮循环功能微生物影响显著,分别解释其群落结构变异的34.0%,13.3%和11.3%。  【结论】  同等氮磷钾养分投入量下,有机肥/秸秆替代部分化肥,尤其是配施1/4有机肥及1/4秸秆模式(2/4CF+1/4M+1/4S)可显著降低土壤硝化过程功能基因丰度,增加反硝化、硝酸盐异化功能基因丰度,促进番茄盛果期的氮素吸收,减少可能向下淋洗的氮量。     

水钠锰矿提高红壤性水稻土N2O释放速率和氨氧化细菌amoA基因丰度

  【目的】  土壤中的氧化亚氮 (N₂O) 来源于硝化与反硝化作用,锰可与硝化或反硝化作用产物反应产生N₂O或氮气,已有研究表明土壤中锰含量高会影响硝化作用。因此,本试验以水钠锰矿 (KMnO₂·H₂O) 与土壤硝化作用与反硝化作用的生物化学耦合反应为切入点,研究水钠锰矿的添加对土壤N₂O释放速率及微生物的影响,进一步认识N₂O释放与土壤环境因子的相互关系。  【方法】  以红壤性水稻土为供试土壤,通过微宇宙培养试验,在土壤中添加不同质量百分比的水钠锰矿 (0%、0.1%、0.3%、0.7%、1.5%),预培养7 天后,加入硫酸铵N 100 mg/kg继续培养14天。在培养第1、3、7、14天,采用气密性注射器抽取10 mL气体样品,气相色谱仪测定N₂O含量;同时取土壤样品,比色法测定铵态氮与硝态氮含量。培养结束时,测定土壤pH,采用实时荧光定量PCR测定土壤16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数,高通量测序技术分析微生物群落组成及多样性。  【结果】  水钠锰矿提高了土壤N₂O释放速率,增加了土壤N₂O累积释放量,以添加0.1%水钠锰矿的N₂O累积释放量最高,添加1.5%的最低。土壤铵态氮含量随培养时间的延长而迅速降低,硝态氮含量则迅速增加。水钠锰矿显著提高了土壤pH与表观N₂O产量 (N₂O-N/NO₃?-N),pH随着水钠锰矿添加量的增加整体提高,N₂O-N/NO₃?-N则随着水钠锰矿添加量的增加呈降低趋势。适量水钠锰矿显著增加了土壤细菌16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数,并显著提高了土壤16S rDNA与AOB amoA基因拷贝数的比值,但随着水钠锰矿添加量的增加,细菌16S rDNA和AOB amoA基因拷贝数的增加量整体降低;放线菌、变形菌与拟杆菌是所有处理中的优势菌门,通过非度量多维尺度分析发现不同处理间的微生物群落结构差异显著,未添加水钠锰矿处理与添加水钠锰矿1.5%处理的微生物群落结构差异最大,其他处理的微生物群落结构介于两者之间。  【结论】  土壤中添加0.1%质量比的水钠锰矿,可以通过增加AOB的数量促进红壤性水稻土N₂O的释放,显著影响微生物物种丰度与群落结构。但水钠锰矿高添加量处理对AOB的刺激作用减弱,因此,应将土壤锰含量作为影响土壤N₂O释放的因素加以考虑。     

不同形态氮添加对毛竹林土壤N2O排放的影响

  【目的】  氧化亚氮(N₂O)排放是亚热带地区氮损失的主要途径,我们研究了不同形态含氮化合物对土壤N₂O排放的影响。  【方法】  以毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤为研究对象进行了室内培养试验。设置土壤中添加KNO₃、NH₄NO₃、NH₄Cl、KCl处理,以去离子水作为对照(CK),在25oC黑暗条件下培养。在培养0.5 h,1、3、5、7、14、28、60天,测定土壤N₂O排放速率,铵态氮(NH₄+-N)、硝态氮(NO₃?-N)、可溶性有机碳(DOC)和水溶性氮(WSN)含量,采用荧光定量PCR技术测定了土壤氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)、nirS、nirK、nosZⅠ、nosZⅡ基因丰度。  【结果】  培养第60天,氮添加与KCl添加处理均显著增加了土壤DOC含量,NH₄NO₃、NH₄Cl处理显著增加了WSN含量,但显著降低了土壤pH。氮添加及KCl添加处理均增加了土壤AOA、AOB、nirK基因丰度,降低了nosZⅠ、nosZⅡ基因丰度。氮添加处理N₂O排放速率均在培养第14天达到峰值,且相较于CK处理均增加了N₂O累积排放量,KNO₃、NH₄NO₃、NH₄Cl和KCl处理累积排放量的增幅分别为524.3%、771.1%、652.7%、98.6%。N₂O排放速率与NO₃?、WSN、nirK基因丰度呈显著正相关,而与pH、nosZⅠ、nosZⅡ基因丰度呈显著负相关。  【结论】  铵态氮添加能显著促进毛竹林土壤N₂O的排放,其效果高于硝态氮,NH₄NO₃作为混合氮,外源性NH₄+-N、NO₃?-N同时输入对土壤N₂O排放的促进作用比单独添加NH₄+-N、NO₃?-N更显著,但并未出现叠加效应。     

控释氮肥与水溶肥配施减少设施土壤N2O排放的机理

【目的】控制N₂O排放是提高氮肥利用和环境效益的一个重要任务。在滴灌条件下,研究以控释氮肥替代尿素基施减少设施土壤N₂O排放的机制,并探讨减少氮肥投入的可能性。【方法】在大棚内布设小区试验,供试番茄品种为‘盛世辉煌’,氮肥40%基施,60%分3次随水滴灌追施。试验以不施氮肥为对照 (CK),设:常规化肥用量 (基施尿素,总N量440 kg/hm2,U);常规化肥用量减氮20% (基施尿素,总N量376 kg/hm2,–20%U);控释氮肥常规用量 (基施控释氮肥,总N量440 kg/hm2,CRU);控释氮肥常规用量减氮20% (基施控释氮肥,总N量376 kg/hm2,–20%CRU) 4个处理。施底肥后15天内每天取气体样1次;追肥后每2天取气体样1次,连续取样3次;其余时间间隔5～7天取气体样1次。静态箱–色谱法测定土壤N₂O排放通量;在定植后40、80和120天取土样测定土壤理化性质;用实时荧光定量PCR检测相关功能基因数量变化;收获后测产。【结果】控释氮肥与水溶肥配施导致基肥N₂O排放峰值出现时间从第8～13天延迟到第28～32天,并且显著降低了其N₂O排放峰值,所有处理追水溶肥后均在3～5天出现N₂O排放峰值,而控释氮肥与水溶肥配施降低了此阶段N₂O排放峰值。相同氮肥施用量条件下,控释氮肥与水溶肥配施显著降低了基肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,降低了追肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,显著降低了番茄生长季土壤NH₄+-N和NO₃?-N含量与微生物功能基因AOA amoA、AOB amoA和nirK数量,降低了nirS数量。与U处理相比,CRU处理增加番茄产量和经济效益,生长季土壤N₂O累积排放量减少了24.8%,差异显著,同时显著降低了N₂O排放强度;与–20%U处理相比,–20%CRU处理增加番茄产量和经济效益,N₂O累积排放量减少了22.1%,亦显著降低了N₂O排放强度 (P < 0.05)。【结论】在常规用氮量和减氮20%用量下,以缓释氮肥代替尿素基施,不仅可显著增加番茄的产量和效益,还显著推迟了番茄生长初期N₂O释放高峰的出现,减少了整个生育期N₂O的排放强度和累积排放量。其主要原因在于缓释氮肥有效控制了土壤中NH₄+-N和NO₃?-N含量的变化,进而减少了与硝化和反硝化相关的微生物数量。在使用缓释肥做基肥时,适当减少氮肥投入不会降低番茄的产量。