浮萍吸收不同形态氮的动力学特性研究

吸收试验结果表明,浮萍(Spirodela oligorrhiza)吸收铵态氮和硝态氮的动力学特性可用M ichaelis-M enten方程来描述。浮萍对铵态氮的亲和力大于对硝态氮的亲和力,证实了浮萍“优先吸收净化铵态氮”的观点。研究还发现,浮萍吸收硝态氮的最大速率大于吸收铵态氮的最大速率,基于浮萍吸收不同形态氮的动力学特性,提出了构建物理作用(增氧工艺)—微生物(硝化作用)—植物(浮萍)复合污水净化体系的见解。     

浮萍对稻田田面水中氮素转化与可溶性氮的影响

浮萍是稻田田面水中大量存在的典型水生植物，本试验采用室内培养的方法，以采自浙江省嘉兴市双桥农场的青紫泥水稻土为例，探讨了不同初始密度的浮萍对稻田施尿素后田面水尿素水解及可溶性氮浓度的影响。结果表明，浮萍可明显加快田面水尿素态氮的水解过程，对照、低浓度浮萍（D1）和高浓度浮萍（D2）处理中尿素水解速率常数k分别为0．02，0．03，0、04／h；试验前期，浮萍将大量的铵态氮（NH4^＋-N）吸收同化后储存于体内．而从第12天（D2处理）和15天（D1处理）开始，由于浮萍的释氮作用导致田面水中NH4^＋-N浓度逐步回升，同时硝态氮（NO3^--N）浓度也明显增加，说明浮萍在田面水氮索浓度较高时可大量积累氮索而浓度较低时可以向田面水中释放氮素，这有利于降低施肥初期田面水氮素流失潜能和保证施肥后期作物的氮营养供应。     

浮萍对不同氮肥用量下稻田水中氮含量动态的影响

为探究不同施氮量下2种浮萍[青萍(Lemma minor)和紫萍(Spirodela polyrrhiza)]对稻田田面水氮含量动态的影响,设置5个氮梯度(0、90、180、270、360 kg N·hm^-2),研究浮萍对稻田田面水氨态氮(${NH_{4}}^{+}$-N)、硝态氮($NO_{3}^{-}$-N)及全氮含量动态的影响。结果表明,田面水${NH_{4}}^{+}$-N和全氮含量随着施氮量的增加而增加,添加2种浮萍的稻田田面水${NH_{4}}^{+}$-N含量随培养时间延长呈逐渐降低的趋势。通过对不同氮梯度下${NH_{4}}^{+}$-N含量进行比较分析,发现添加紫萍的田面水${NH_{4}}^{+}$-N含量较青萍低,表明添加紫萍更有利于减少稻田${NH_{4}}^{+}$-N的流失。在N270和N360处理下,全氮含量在整个培养期间呈先降低后升高再降低的趋势,表明高氮量输入(270 及360 kg N·hm^-2)下,添加的浮萍在前期氮素浓度较高时可吸收氮素,而在后期浓度较低时可通过自身腐解向田面水中释放氮素,从而提高后期(培养30 d)田面水氮含量,对于降低施肥初期田面水氮素径流流失风险和保证施肥后期作物的氮营养供应具有重要的作用。本研究为通过放养浮萍优化稻田氮素利用、减少稻田氮素流失提供了理论依据。     

不同氮效率水稻品种苗期吸氮效率差异及其机理研究

以大田筛选得到的不同生物学特性的12个水稻品种为材料,研究了水培条件下这些品种苗期的吸N效率差异,结果表明大田N效率不同的品种在苗期水培条件下吸N效率也不相同,并且大田相同类型的品种在苗期N效率也不完全相同。供试7个大田高产品种中只有桂单4号、云粳38和黔育421这3个水稻品种在水培环境中同样保持较其它品种生物量大,N响应高的特性;另外3个大田高产品种南光、予粳7号和4007在苗期N效率表现很差;红稻Vmax虽然很大,但是生物量很小,所以综合表现一般。3个低产品种Elio、抚宁小红芒和黄金糯中,Elio在苗期N效率很高,另外2个品种N效率不高。研究发现,生物量(尤其是根系的生物量)和对NH4 的亲和力(1/Km)以及Vmax是水稻苗期吸N效率的主要决定因素。典型的苗期N高效品种有桂单4号、黔育421、Elio和云粳38,这些品种苗期N累积量高,N响应值高,原因在于桂单4号、黔育421和Elio在水平增加后Vmax都成倍增加,尤其Elio的Vmax一直都很高,而云粳38则主要是靠较高的生物量来获得高吸N量。典型的低效品种有南光、4007、武运粳7号和予粳7号,这些品种N累积量小,N响应值小,原因在于其中前3个品种在N水平增加后Vmax都降低,Km大幅度增加,而予粳7号虽然Vmax稍有增加,但亲和力则降低最大而成为所有品种中最低的,所以综合结果仍是低效。     

两种浮萍根系分泌物对荧光假单胞菌脱氮影响的差异及其剂量效应研究

本研究对太湖地区高效除氮紫背浮萍Spirodela polyrrhiza(HZ1)和低效除氮青萍Lemna minor(WX3)的根系分泌物进行了连续收集和分离,并考察了根系分泌物剂量与成分对反硝化细菌荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens脱氮效率的影响。结果发现,两种浮萍根系分泌物总组分均能显著促进P.fluorescens的脱氮效率,但对P.fluorescens的生长无影响。HZ1根系分泌物总组分(HO)促进作用显著高于WX3根系分泌物总组分(WO),这与HZ1对水体的除氮效率高于WX3的结果一致。两种浮萍根系分泌物各组分也有不同的效果,其中仅WX3根系分泌物酸性组分(WA)显著抑制了P.fluorescens的脱氮效率,HZ1根系分泌物不同组分是促进或无作用。总体上,P.fluorescens的脱氮效率随浮萍根系分泌物及其各组分添加剂量的增加呈先上升后下降的趋势,而WA组分先下降后基本不变,各组分在剂量为1.0%(v/v)时起最大效果。总之,根系分泌物与浮萍–微生物耦合系统的除氮效率密切相关,酸性组分是两种浮萍根系分泌物促进P.fluorescens脱氮效果差异的主要原因。     

太湖地区主栽高产水稻品种对土壤和肥料氮的利用特性研究

在太湖地区宜兴市采用~(15)N微区示踪试验,研究了太湖地区推广种植高产水稻武运粳23号(W23)和镇稻11号(Z11)及育种较早相对低产品种武育粳3号(W3)在不同供氮水平下齐穗期前后对土壤氮和肥料氮的吸收累积特性,土壤氮残留及其环境效应。结果表明:W23和Z11在N200(N,200 kg/hm~2)和N270(N,270 kg/hm~2)水平下整个生育期吸收累积3种类型氮量(总氮、土壤氮和肥料氮)均显著高于W3。不同水稻品种齐穗期前吸收累积3种类型氮量无显著差异,W23和Z11齐穗期之后对土壤氮和肥料氮的吸收能力均明显强于W3,特别是肥料氮,分别比W3高89.3%~134%和119%~157%;施氮量增加促进了W23和Z11齐穗期前对土壤氮的吸收,但对不同水稻品种齐穗期后对土壤氮和肥料氮的吸收无明显影响;不同水稻品种在两种供氮条件下的稻田土壤肥料氮残留(15N示踪),全氮、碱解氮、NH4+-N和NO3–-N均无明显差异;在同等施氮条件下,高产品种W23和Z11整个生育期稻田氮向环境的排放量低于W3,是相对环境友好型水稻品种。     

太湖地区黄泥土水稻适宜施氮量研究——长期定位试验

在长期定位试验的基础上,研究了黄泥土(太湖地区主要土壤类型)不同肥料配施土壤N供应、植株N吸收及产量之间的关系。结果表明,土壤N供应和植株N吸收、植株N吸收和产量之间呈显著正相关关系。在本试验条件下,稻季N施入161.00~241.00kg/hm2,产量达7285~8172kg/hm2,与该地区大面积产量基本一致;长期不施肥,能维持一定的产量;长期仅施入有机肥,不能满足水稻对N的需要,产量较低;长期不施入P、K,对产量影响不大。     

除氮生物反应器净化农田排水的研究及应用潜力分析

农田排水氮素输出是造成水环境污染的重要原因。近年来涌现的生物反应器除氮技术通过在排水末端增设固体碳源装置,将农田排水部分或全部导入后,使其中的硝态氮通过反硝化反应得到去除。该文回顾了国际上现有生物反应器净化农田排水的研究进展,并分析了农田生物反应器在中国南方湿润区应用的潜力。现有研究结果表明,除氮生物反应器可以有效净化排水水质,平均每年可降低23%～98%的氮素负荷;是一种占地面积少且水质净化效率高的农田控污措施。生物反应器的除氮效果与农田排水过程密切相关,并受到介质特性、入流、出流条件以及环境因子等的影响。中国南方平原作物生长及排水过程相对集中,气象等环境条件非常适于生物反应器的反硝化反应。如何因地制宜确定反应器安装位置与设计尺寸,筛选填料介质,并通过对排水过程的调控来优化生物反应器的除氮效果是需要进一步研究的问题。生物反应器系统后期管理与内部反应动态监测是保证系统正常运行的重要手段。利用生物反应器来净化农田排水具有良好的应用前景,该文可为推动生物反应器在中国的应用研究以及排水污染治理提供理论依据与技术支撑。     

不同地力水平下超级稻高产高效适宜施氮量及其机理的研究

在江苏淮北稻区,稻麦两熟制条件下,选取有代表性的超级稻品种徐稻3号（中熟中粳）为供试材料,系统研究了麦茬田高、中、低3种地力水平上不同施氮量对超级稻产量及氮素吸收利用的影响,并探讨了不同地力水平上超级稻高产高效的机理。结果表明：1）同一施氮水平下,高地力土壤上水稻产量显著高于中地力,中地力显著高于低地力,两年3种地力水平上的最高产量对应的最适施氮量分别为259.9和261.7 kg/hm^2、290.1和290.8kg/hm^2、346.8和344.1 kg/hm^2;2）氮肥表观利用率与施氮量之间存在显著或极显著的二次曲线关系,两年的最高氮肥表观利用率对应的施氮量分别为高地力274.1和263.0 kg/hm^2、中地力295.4和291.3 kg/hm^2、低地力332.6和337.7 kg/hm^2,不同地力水平及施氮量条件下,氮素收获指数、氮素稻谷生产效率及氮素生理利用率差异显著,均随施氮量增加而降低,不同地力水平之间表现为高地力〈中地力〈低地力的趋势;3）不同地力水平上通过调节施氮量可以获得较高总颖花量,产量构成因素能够协调发展,随着生育期进程的推进,不同地力水平上随施氮量增加,水稻群体氮素积累量呈上升趋势,氮素转移率与贡献率降低,而抽穗到成熟阶段的氮素吸收速率表现出先升后降的趋势,以上各项指标均表现出高地力〉中地力〉低地力的水平。通过对不同地力条件下施氮量与产量及氮素吸收利用关系的研究,认为不同地力土壤实现氮肥高产高效目标,高地力土壤应适时控氮肥,以调整产量构成因素协同发展同时提高氮素利用率;中、低地力应加强培肥地力并增施氮肥,增大群体总颖花量及植株的氮素累积量;该地区高、中、低3种地力水平麦茬田上氮肥高产高效对应的合理施氮量分别为264.7（259.9～274.1）kg/hm^2、290.8（290.1～295.4）kg/hm^2、344.1（332.6～346.8）kg/hm^2。     

高效除磷工程菌Pseudomonas putida GM6-PPK1的构建及其除磷能力研究

ppk1 基因编码的多聚磷酸盐激酶主要负责多聚磷酸盐的合成,其表达量的高低直接决定聚磷菌的聚 P 能力的强弱.Pseudomonas putida GM6 是从 EBPR 好氧池活性污泥中分离获得的一株具有聚 P 能力的菌株,该菌株含有两个编码多聚磷酸盐激酶的基因(ppk1 和 ppk2).通过 PCR 从高效聚磷菌株总 DNA 中扩增得到了 ppk1 及其启动子,并定向克隆到 pBBRMCS-5 载体上,构建了重组质粒 pMEPE-PPK,在辅助质粒 pRK2013 的帮助下,通过三亲接合将 pMEPE-PPK 转移到原始菌株 GM6 中,获得的工程菌 P. putida GM6-PPK1.GM6-PPK1 除 P 能力较原始菌株 GM6 和对照菌株 GM6-P5 提高了 54%,生长能力较原始菌株也有一定增强.通过模拟 EBPR 工艺,发现 GM6-PPK1 在厌氧/好氧交替的环境条件下强化表达不但提高了菌体好氧段的吸 P 能力,而且厌氧段 P 的释放和 PHA 的合成较之原始菌株也有显著增加.     

脲胺氮肥对太湖地区稻田氨挥发及氮肥利用率的影响

采用田间小区试验,以普通尿素和氯化铵为对照,研究脲胺氮肥对太湖地区稻田氨挥发及氮肥利用率的影响。结果表明:氮肥施入后,氨挥发损失主要发生在施肥后5~7天内,氨挥发损失量与田面水NH4+-N浓度呈线性正相关关系。不同氮肥的氨挥发损失差异显著(P0.05),脲胺氮肥的氨挥发损失分别比普通尿素和氯化铵减少了2.71和6.41 kg/hm2,并且该氮肥对水稻有增产的趋势,氮肥利用率分别比普通尿素和氯化铵显著提高了10.43%和10.64%。此外,综合考虑经济和环境效益,该氮肥净收益高于尿素和氯化铵。因此,脲胺氮肥值得在太湖地区推广。     

水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮分布的影响

选取水耕年限分别为2年、19年和>100年稻田,通过野外样品采集与室内分析相结合的方法,对比了稻田田内和田埂土壤物理性质与水-氮分布差异,揭示了水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮流失过程的影响机制。结果表明,耕作活动影响了稻田-田埂过渡区土壤容重、孔隙、土壤水分特征曲线和饱和导水率（Ks）等物理性质。随着水耕年限的增加,田内耕作层与田埂表土层、田内犁底层与田埂硬质层的容重差异增大;耕作层的中小孔隙（直径<0.03 mm）含量增加,其他土层的总孔隙和大孔隙（直径>0.3 mm和>0.03 mm）含量降低;田内土壤的Ks下降速度较田埂更快。在测定的吸力范围内（0～100 kPa）,2年和19年的耕作层与表土层持水能力相近,而100年耕作层持水能力高于表土层;2年和100年的硬质层与犁底层持水能力相近,而19年硬质层持水能力更强;19年和100年田埂底土层持水能力较田内强。随着水耕年限增加,耕作层与表土层Ks差异减小,硬质层与犁底层Ks差异增加,2年、19年和100年硬质层的Ks分别是对应犁底层的1.10倍、6.90倍和6.32倍,100年田埂底土层的Ks...     

Effects of Nitrogen and Zeolite on Rice Grain Yield,Water and Nitrogen Use,and Soil Total Nitrogen in Coastal Region of Northeast China

Pot experiment were conducted from 2013 to 2014 to provide solutions for poor water–nitrogen (N) use efficiency with zeolite (Z) in near-surface soil. This article aims to study the influences of different levels of Z (Z1, Z2, Z3, 0, 7500, and 15,000 kg hm^?2) and N (N1, N2, N3, 0, 78.75, and 157.5 kg hm^?2) on rice grain yield, soil total N (STN), water productivity (WP), and N recovery efficiency (NRE). Results showed that higher dry matter weight, grain yield, water consumption, N accumulation, and WP were obtained with increasing N rates. There were no significant influences on dry matter weight of stem and leaf, water consumption, and WP with the application of Z. However, Z input could obtain a higher spike and root weight, grain yield, 1000-grain weight, N accumulation, STN, and NRE. Z might alleviate the water used in jointing-booting stage, heading-flowering stage, and milky ripen stage. Overuse of Z and N led to a decrease in NRE. N3Z2 increased rice grain yield by 10.4%, WP by 7.3%, and NRE by 63% compared with conventional fertilization (N3Z1). The way of N3Z2 is recommended to improve rice yield, WP, NRE, and STN comprehensively in coastal region of Northeast China.     

水葫芦发酵沼液对紫叶莴苣生长和品质的影响

利用田间小区试验研究了等氮量下不同比例水葫芦发酵沼液对紫叶莴苣生长、产量、氮磷钾养分吸收量及茎部品质的影响。结果表明,沼液替代化肥氮比例为50%、75%和100%处理莴苣产量分别比100%化肥氮处理增加9.1%、16.1%和10.3%。但基肥中化肥的比例上升能促进莴苣苗期的生长和提高氮的吸收,而沼液作为追肥较单施化肥更能促进莴苣的生长和养分的吸收。同时沼液氮施用比例增加,莴苣商品化率提高。和100%化肥处理相比,沼液施用比例为50%、75%和100%处理硝酸盐含量分别降低了13.6%、14.3%和11.3%。沼液氮施用比例为50%~100%处理中,100%沼液氮施用处理其可溶性糖、Vc含量和游离氨基酸含量都最低,而75%沼液氮施用比例下可获得最高的氨基酸、可溶性糖和Vc含量。研究认为,沼液基施效果比单施尿素等化学肥料效果稍差,但追施沼液比化肥更加促进了莴苣的生长和养分吸收,并缩短莴苣的生长期,提高其商品率。综合莴苣生长趋势、生物量及商品化率和品质来看,沼液替代75%化肥氮比例是最佳施用比例。     

长期施肥对太湖地区黄泥土有机氮和有机碳的影响

采用Bremner法对24年长期施肥试验后黄泥土耕层土壤有机N组成进行分级.结果表明:与不施肥处理相比,施有机肥能显著增加耕层土壤全N、酸解有机N、酸解NH4 -N、氨基酸态N、非酸解有机N和有机C含量,尤其利于提高氨基酸态N和非酸解有机N的含量;与不施N相比,施N肥能提高全N、酸解有机N、酸解未知态N、氨基糖态N和有机C含量,土壤有机N主要由酸解NH4 -N和氨基酸态N组成,其次为酸解未知态N和非酸解有机N,氨基糖态N含量最小,有机肥和N肥是影响全N、有机N、有机C和水稻产量的重要因子,两者配施能提高土壤供N和固C能力,是维持土壤肥力最佳的施肥方式.     

生物炭施用对稻田氮磷肥流失的影响

针对宁夏引黄灌区稻田过量施肥导致土壤养分利用效率低的问题,通过田间小区试验,在优化施氮条件下(240kg·hm~(-2)),设4个生物炭水平(0、4500、9000、13500kg·hm~(-2)),研究施用外源生物炭对稻田氮磷流失和土壤养分含量的影响。结果表明:生物炭对稻田田面水氮素动态产生影响,表现为田面水中全氮、硝态氮含量随生物炭用量的增加而降低,铵态氮表现则相反;全氮和铵态氮的最大峰值出现在第1次追施氮肥后的第2天,最大值为34.86、8.28mg·L~(-1);硝态氮最大峰值3.31mg·L~(-1)出现在第2次追施氮肥后的第2天。随后均迅速下降,全氮含量在施氮肥后10d回到第1次追氮前的含量水平,并趋于稳定,铵态氮和硝态氮则在7d后。生物炭对田面水全磷未产生显著影响,全磷含量在第1次施氮肥后3d达到峰值,为3.69mg·L~(-1),之后迅速下降,6~7d后降至追氮前的含量水平,并趋于稳定。生物炭处理显著降低了稻田全氮流失量8.03%~13.36%,高量炭处理(13500kg·hm~(-2))显著提高了土壤全氮和有机质含量,提高幅度分别为41.2%和27.5%(P0.05)。说明生物炭对稻田磷流失、土壤全磷和速效磷含量无显著影响,对降低稻田氮素淋失表现出积极效果。     

太湖地区稻田田面水氮磷动态特征及径流流失研究

为探讨稻田氮磷养分地表径流流失特征,以太湖地区典型稻田为研究对象,通过在溧阳、宜兴两地实施田间试验,对稻田施肥后田面水氮磷动态变化特征及径流流失进行了研究。结果表明：两试验点田面水总氮浓度均在施肥当日达到最高,然后迅速下降,基肥在施肥7 d后逐渐趋于稳定,而追肥则在施肥5 d后逐渐趋于稳定;田面水总磷浓度也是在施肥后的当日达到最高,而后迅速下降,8 d后基本趋于稳定;施肥后田面水总氮及总磷浓度与施肥天数均可用指数方程进行拟合,且均达极显著水平;溧阳和宜兴两试验点稻季总氮径流量分别为8.21,10.73 kg/hm^2,分别占稻季氮肥总投入量的2.49%和3.25%,总磷径流量分别为0.58,0.75 kg/hm^2,分别占稻季磷肥总投入量的0.97%和1.25%。     

不同深施方式对太湖地区稻田氨挥发和氮肥利用率的影响

本研究以太湖地区稻田为研究对象开展连续两年的田间试验，通过设置不施氮肥（CK）、常规施氮（CN）、减氮表施（RN）、减氮侧深施（RNS）和减氮穴施（RNP）5种施氮处理，探究不同深施方式对稻田氨挥发与氮肥利用率的影响。结果表明，与表施处理（CN和RN）相比，RNS和RNP通过降低田面水NH₄⁺-N浓度和pH分别减少30.95%~41.54%和66.71%~72.23%的氨挥发排放（P<0.05）。相较于RN处理，RNP促进水稻根系生长并增加根区土壤有效氮含量，进而增加水稻产量（6.23%），提高氮肥利用率（50.15%），降低土壤氮盈余（63.92%）（P<0.05）。与CN处理相比，RNS显著降低土壤氮盈余（29.20%）（P<0.05），但水稻吸氮量和氮肥利用率均未显著增加。相较于RNS，RNP进一步降低氨挥发损失（50.84%）和土壤氮盈余（51.07%），提高氮肥利用率（40.40%）（P<0.05）。综上所述，RNP的农学和环境效益最高，但因穴施机械及肥料造粒技术等因素的限制，尚难应用于实际生产；而侧深施肥在我国水稻大规模集约化生产中效益较高且切实可行。     

不同施肥模式对菜地氮素径流损失与表观平衡的影响

采用田间小区定位试验(2014—2015年)研究了自然降雨条件下农户习惯性施肥、减量施肥及减量施肥配施生物炭等不同施肥模式对太湖流域蔬菜地氮素径流流失、蔬菜产量及氮素表观平衡的影响。结果表明:甘蓝种植季内菜地径流水量达1 729.20m~3/hm~2,且与降雨量呈显著线性正相关关系。农户习惯性施肥(T1)处理条件下,菜地TN径流流失量达47.66kg/hm~2。减量施肥(T2)和减量施肥配施生物炭(T3)处理显著减少了氮素径流流失量,分别达13.95%和23.68%。与T2相比,配施生物炭(T3)可显著降低菜地氮素径流流失量达11.31%。菜地径流氮素以NO_3~-—N损失为主,各处理条件下,其流失量占TN的比例达81.11%~85.94%。菜地氮素平衡盈余量达158.24kg/hm~2,且随着氮素输入量的减少,氮素盈余量显著降低。T2、T3处理条件下,盈余量显著降低29.03%~39.81%。同时,T2、T3处理显著降低甘蓝叶球产量达16.12%~19.11%,而球形指数则显著增加6.17%~7.41%,氮素偏生产力也显著提高24.39%~28.98%。与T2相比,配施生物炭(T3)处理可小幅提高甘蓝产量及氮肥偏生产力,但处理间差异不显著。