生物炭和秸秆对华北农田表层土壤矿质氮和pH值的影响

基于2014-2015年华北农田定位试验,设CK（单施氮磷钾肥）、C1（生物炭4.5t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）、C2（生物炭9.0t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）和SR（秸秆还田+氮磷钾肥）4个处理,对施用生物炭和秸秆还田对表层土壤矿质氮（NO₃^--N、NH₄⁺-N）含量以及土壤pH值的影响进行研究。结果表明,不同处理土壤矿质氮的动态变化趋势基本一致,施用生物炭和秸秆还田均可显著提高土壤NO₃^--N含量（P<0.05）,但对土壤NH₄⁺-N含量影响不大。与秸秆还田相比,高量施用生物炭有利于增加土壤NO₃^--N含量。各处理土壤中矿质氮主要以NO₃^--N为主,NH₄⁺-N含量均保持在一个较低水平。将冬小麦整个生育期内各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与夏玉米的相比,前者显著高于后者。在整个冬小麦-玉米轮作周期内,高量施用生物炭显著提高了土壤pH值,且各处理土壤NO₃^--N与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,土壤NH₄⁺-N含量与土壤pH值相关性不显著;而各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05）。可见,添加生物炭对减少氮素的转化和流失具有较大潜力。     

黏土矿物混合生物炭包膜尿素的制备及其氮素污染减排潜力

为促进氮肥高效利用,实现氮素污染减排,选用膨润土和生物炭作为包膜材料,结合硝化抑制剂制备包膜尿素。设置包膜尿素淋溶模拟试验收集淋溶液,结合静态箱法收集N₂O,通过分析NH₄⁺-N,NO₃^--N淋失量和N₂O排放通量对包膜尿素氮素污染减排潜力进行了评估。结果表明:（1）膨润混合土生物炭包膜尿素（F₄）NH₄⁺-N淋溶损失率最低,较纯化肥尿素（F₁）NH₄⁺-N淋溶损失率降低19.76%。（2）硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素（F₅）NO₃^--N淋失率最低,较F₁降低16.74%。（3）F₅同时具有最优的N₂O减排效果,N₂O排放量较F₁降低77.8%。F₅氮素减排效果最优,其减排机制在于一方面硝化抑制剂可以从化学过程控制硝化和反硝化进程,延缓尿素酰胺态氮的水解和铵态氮的硝化,在降低NO₃^--N淋失的同时可以实现N₂O减排。另一方面F₅的包膜材料膨润土和生物炭可以通过吸附作用将更多的NH₄⁺-N富集在土壤表层,从而显著降低NH₄⁺-N淋失。综上所述,硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素氮素污染减排潜力最优,可使NH₄⁺-N,NO₃^--N和N₂O分别减排15.24%,16.74%和77.8%。     

土壤不同形态氮素在剖面中移动特征的模拟研究

应用室内土柱模拟试验方法,在可控水量条件下,研究不同水量淋溶情况下,土壤不同形态氮素在剖面中的分布和移动特征.研究表明,土壤有机氮组分中,氨基酸氮和NH₃-N是易于移动的形态,非酸解性氮则相对稳定;无机氮组分中NO₃^--N是易于移动的形态,NH₄⁺-N运移性差,非交换态NH₄⁺-N为相对稳定形态;水、肥条件是决定NO₃^-     

周年施氮对冬小麦-夏大豆轮作产量及土壤氮素含量的影响

为探讨周年不同施氮组合对冬小麦-夏大豆轮作体系土壤氮素及产量影响规律,于2017—2018年,在伊宁县农业科技示范园内开展大田试验,以冬小麦-夏大豆轮作为研究对象,在前茬麦季设置4个施氮水平:0(N0)、104(N1)、173(N2)、242 kg·hm^-2(N3);后茬大豆设置3个施氮水平:0(S0)、69(S1)、138 kg·hm^-2(S2),研究周年不同施氮组合对两季作物收获后农田0~100 cm土层土壤硝态氮(NO₃^--N)、铵态氮(NH₄⁺-N)含量、无机氮残留量及产量的影响。结果表明,冬小麦不同施氮水平土壤NO₃^--N及NH₄⁺-N含量均在20~40 cm土层达到最大值,且N3的土壤NO₃^--N和NH₄⁺-N含量最高,分别达到14.65 mg·kg^-1和4.26 mg·kg^-1,土壤NO₃^--N含量平均分别较N0、N1、N2增加了92.86%、44.69%和17.03%,土壤NH₄⁺-N平均依次增加了69.95%、26.10%和8.46%;而冬小麦施氮量越高,其土壤无机氮残留量越大,以麦季N3平均最高,为200.62 kg·hm^-2。此外,前茬麦季施氮还能影响后茬大豆土壤中NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及无机氮残留量;夏大豆的土壤NO₃^--N和NH₄⁺-N含量也在20~40 cm土层达到最大值,且N3S2的土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及无机氮残留量最大,平均分别为18.61 mg·kg^-1、 5.10 mg·kg^-1、258.36 kg·hm^-2。在麦季施氮173 kg·hm^-2时(N2),冬小麦产量最高,平均为7 828.64 kg·hm^-2,平均分别较N0、N1、N3增加35.45%、16.77%、6.26%;且在此基础上夏大豆当季再施氮69 kg·hm^-2时(S1),夏大豆获得产量最高,平均为2 988.93 kg·hm^-2,其周年总产量也达到最高平均,为10 817.5 kg·hm^-2。综上所述,麦季施氮173 kg·hm^-2,豆季施氮69 kg·hm^-2既有利于提高麦豆周年产量,又能减少土壤氮素的残留量,可为当地一年两熟制高效施氮制度提供一定的参考标准。     

镇江市古运河河岸沉积物氮及有机质分布特征

为揭示镇江市古运河河岸带表层沉积物中氮元素含量的分布特征,结合古运河周边环境状况,选择6个典型的采样点对其表层沉积物进行样品采集,对各样品沉积物总氮（TN）,氨氮（NH₄⁺-N）,硝氮（NO₃^--N）,亚硝氮（NO₂^--N）以及有机质（O.M）和pH值进行了分析,并根据经验公式对沉积物有机氮进行了计算。结果表明,TN,NH₄⁺-N,NO₃^--N,NO₂^--N以及Org-N含量介于0.39~2.40 g/kg,1.63~11.31 mg/kg,2.46~6.95 mg/kg,0.54~2.29 mg/kg,0.99~2.32 g/kg,总氮和有机氮的变异系数最大,为83.59%,氨态氮、硝态氮以及亚硝态氮的变异系数介于40.36%~49.15%,表现为中等离散程度,表明研究区域总氮和有机氮的离散程度较高,其在空间分布上呈现较为明显的异质性;古运河沉积物有机质含量介于0.99%~2.32%,变异系数为32.50%,表现为中等变异性,表明各采样点的沉积物有机质含量变化幅度中等;通过沉积物C/N值来判断,古运河有机质主要以陆源贡献为主;相关性分析结果表明,NO₂^--N与TN的关系最为密切,而氨氮与硝氮、亚硝氮以及有机氮之间的相关性不强,说明氨氮与其他形态氮在沉积物方式上存在一定的差异性。此外,pH值对古运河表层沉积物氮形态的具有较为显著的影响。     

不同类型人工湿地对洞庭湖水质净化效果研究

同等条件下开展了3种不同类型人工湿地（垂直流、潜流和表面流人工之地）对洞庭湖水质净化效果的研究。结果表明:（1）洞庭湖水体中NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数,BOD₅和COD_Cr的进水浓度与3种不同类型人工湿地出水浓度季节变化规律保持一致,冬季明显高于夏季,洞庭湖进水中NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数,BOD₅和COD_Cr浓度均高于3种不同类型人工湿地出水浓度,相同时期,3种不同类型人工湿地出水水质NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数、BOD₅和COD_Cr浓度基本表现为表面流 > 潜流 > 垂直流;（2）3种类型人工湿地对TN,TP,高锰酸钾指数、BOD₅和COD_Cr的去除率依次表现为垂直流 > 潜流 > 表面流,而对NH₄⁺-N的去除率依次表现为垂直流 > 表面流 > 潜流,其中以BOD₅的去除效果最好（去除率最高）,但3种类型人工湿地对BOD₅的去除率差异均不显著（p > 0.05）;（3）3种类型人工湿地植物地上和地下生物量均表现为垂直流 > 潜流 > 表面流,差异均显著（p < 0.05）,垂直流人工湿地植被N含量、P含量、N积累量和P积累量均显著高于潜流和表面流（p < 0.05）;（4）3种不同类型人工湿地植物的N,P积累量分别与生物量、N含量、P含量均呈显著的线性关系（p < 0.01）,人工湿地植物生物量对N,P积累量的影响大于植物体内N,P含量的影响,可以通过生物量来评价人工湿地植物对N,P去除效果。     

不同硝化抑制剂对黑土N2O的减排效果

【目的】施用硝化抑制剂是削减农田N₂O排放的有效措施，本文研究不同种类硝化抑制剂对土壤N₂O排放的影响，为选择高效硝化抑制剂以实现黑土N₂O减排提供科学依据。【方法】在黑龙江省东部典型旱作黑土区进行田间试验。设置6个处理：不施氮肥(N0)，常规施氮(N200)，减氮20%(N160)，减氮20%分别配施硝化抑制剂双氰胺(N160+DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(N160+DMPP)和2-氯-6 (三氯甲基)-吡啶(N160+CP)。测定全年土壤N₂O排放通量，同步测定土壤温度和含水量以及玉米生长季土壤铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)和可溶性有机碳(DOC)含量。【结果】施氮显著提高了土壤NH₄⁺-N含量，且各施氮处理间差异不显著。施用硝化抑制剂处理降低了土壤NO₃^--N含量，DCD和DMPP处理的NO3--N...     

亚热带地区土壤硝酸盐异化还原成铵速率的空间差异和驱动因素

土壤硝酸盐异化还原成铵(DNRA)是生态系统土壤氮转化的重要途径，理清环境因素对土壤DNRA速率的影响意义重大。本研究通过收集246项试验观测值采用整合分析方法(Meta-analysis)研究了亚热带地区不同生态系统中DNRA速率的变化范围及其影响因素。结果表明：纬度对亚热带土壤DNRA速率无显著影响；土壤p H、全氮(TN)、SOC/NO₃^–-N、Fe(Ⅱ)、阳离子交换量(CEC)、易氧化有机碳(EOC)、有效磷(AP)、黏粒含量和年平均气温(MAT)的增加均会促进DNRA速率；年平均降水量(MAP)和土壤NH₄⁺-N含量的增加会抑制土壤DNRA速率。此外，环境因子对DNRA速率的影响随生态系统的不同表现出较大差异。结构方程模型分析结果显示，SOC/NO₃^–-N是DNRA主要驱动因素，p H、NH₄⁺-N、MAP和MAT对土壤DNRA也有较大影响。     

不同施肥方式与保水剂互作对河西地区黄芪土壤微环境及产量的影响

土壤干旱缺水和有机质亏缺是限制甘肃河西地区黄芪产业发展的关键因素。为探索促进河西地区土壤蓄水保肥和土壤微环境改善的施肥措施，通过连续2年大田试验，设置保水剂+有机肥+普通尿素(B+OM+N)、保水剂+有机肥+缓释尿素(B+OM+HN)、保水剂+普通尿素(B+N)、有机肥+普通尿素(OM+N)、有机肥+缓释尿素(OM+HN)和单施普通尿素(CK)6个处理，探讨了不同施肥方式与保水剂互作对黄芪土壤水分、养分等微环境指标的影响，并分析了其与产量之间的相关性。结果表明：随着土层深度的加深，土壤水分含量先升后降，有机质、速效氮磷钾及微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)含量逐渐降低，NH₄⁺-N和NO₃^–-N含量逐渐增加，MBC/MBN比先增后减；随着生育期的推进，土壤水分、NH₄⁺-N和NO₃^–-N含量逐渐降低，有机质、MBC、MBN含量和MBC/MBN比逐渐增加，碱解氮、速效钾含量先升后降，有效磷含量波动式下降；不同土层...     

石灰性水稻土中硝酸盐依赖型与光合型亚铁氧化过程

厌氧条件下土壤中铁氧化还原过程与土壤氮循环关系密切,且硝酸盐依赖型亚铁氧化(nitrate-dependent ferrous oxidation,NDFO)和光合型亚铁氧化(photosynthetic ferrous oxidation,PFO)是亚铁氧化的两个重要的生物途径,然而目前关于石灰性水稻土中NDFO与PFO之间的关系仍不明晰。以采自黄河中下游地区河南省孟津县的水稻土为样品,设置培养前添加和培养过程中添加10 mmol·L^-1的硝酸根离子/铵离子(NO₃^-/NH₄⁺)的恒温厌氧泥浆培养试验,通过监测泥浆中Fe(Ⅱ)、O₂、NO₃^-和亚硝酸根离子(NO₂^-)的动态变化与培养后的NH₄⁺含量探究了NO₃^-在石灰性水稻土Fe(Ⅱ)氧化过程的作用及其与光合型亚铁氧化的关系。结果...     

添加葡萄糖对红壤农田肥料氮转化及其酸化的影响

采用室内培养实验,初步研究了外加葡萄糖对红壤肥料氮素转化及其酸化作用的影响,其中葡萄糖添加量充足,为8 g·kg–1干土,氮肥以(NH4)2SO4和KNO3为例.结果表明,在对照、单施(NH4)2SO4或KNO3处理中,土壤中氮转化过程主要以有机氮净矿化和铵态氮净硝化为主,这主要是由于红壤可利用碳源较少.而外加足够葡萄...     

乡土树种改造豆科人工纯林对植物群落和土壤微生物学和化学属性的影响

在退化的人工林中种植乡土树种是将退化人工林恢复为多样性更高的植物群落的有效措施之一,但是此类林分改造对土壤属性的影响研究较少。以南亚热带退化的豆科树种人工林以及在退化的豆科树种人工林中种植乡土树种10 a后的混交人工林为研究对象,比较两者植物群落结构、土壤微生物学属性和化学属性的差异,旨在为该区域退化人工林改造提供依据。结果表明,种植乡土树种后的林分具有较高的植物多样性。与未种植乡土树种的马占相思（Acacia mangium;AM）林相比,种植乡土树种后的马占相思林（NM）土壤微生物量碳（MBC）、基础呼吸（BR）、呼吸熵（q_CO2）、土壤有机碳（TOC）和可溶性有机碳（DOC）显著下降;与未种植乡土树种的大叶相思（Acacia auriculiformis;AA）林相比,种植乡土树种的大叶相思林（NA）的土壤微生物学属性和化学属性无明显变化。种植乡土树种后,马占相思林和大叶相思林全氮（TN）和全磷（TP）无明显变化,但铵态氮和硝态氮均下降。这些结果表明,在退化的人工林中种植乡土树种对土壤微生物学和化学属性的影响取决于人工林类型,这一措施对土壤属性的影响仍需长期监测。     

旅游干扰对鄱阳湖国家湿地公园土壤酶活性及水质的影响

采用野外采样调查与实验室分析相结合的方法,对不同旅游干扰强度（High Disturbance,HD;Middle Disturbance,MD;Lower Disturbance,LD）下的湿地公园土壤酶活性及水质进行了研究。结果表明:随旅游干扰强度的增加,土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性均明显降低,MD,HD与对照达到显著差异水平（p < 0.05）,而LD与对照未达到显著差异水平（p > 0.05）,即轻度旅游干扰对土壤酶活性影响并不大;土壤酶活性垂直分布均表现出明显的“表聚性”,而旅游干扰导致土壤酶活性的“表聚性”趋于消失,并且旅游干扰并没有影响深层（40—60 cm）土壤酶活性;从土壤酶活性的变化幅度来看,土壤蔗糖酶活性和脲酶活性可以作为鄱阳湖湿地公园土壤健康状况的指示指标;随旅游干扰强度的增加,TN,TP,NH₄⁺-N,BOD₅,COD_Cr和高锰酸钾指数均明显增加,TP,NH₄⁺-N增加幅度较大,对旅游干扰表现较为敏感,其中MD,HD水质中TN,TP,NH₄⁺-N,BOD₅,COD_Cr和高锰酸钾指数与对照达到显著差异水平（p < 0.05）,表明了旅游干扰降低了鄱阳湖国家湿地公园水质状况,导致其水质出现轻微的富营养化,但轻度旅游干扰对鄱阳湖水质影响并不大。相关分析结果显示鄱阳湖国家湿地公园土壤酶活性与水质状况呈显著或极显著正相关,由此表明旅游干扰条件下,土壤水质状况更大程度上依赖于土壤酶活性。     

模拟人工湿地植物对富营养化水体的修复研究

以河砂为基质构建人工湿地,通过人工配制不同浓度的富营养化水体,用无植被、填充相同基质的空白人工湿地（CK）做对照,研究湿生植物芦苇（Phragmites australis）、藨草（Scirpus triqueter）、薄荷（Mentha haplocalyx）和水芹 （Oenanthe javanica）对水体中总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）及化学需氧量（COD）的去除效率。结果表明:四种植物对不同浓度富营养化水体的净化效果都显著优于CK（P < 0.01）。（1）对TP的去除:轻度处理下芦苇的吸收率最高为89.30%;中度处理下去除效果最好的是藨草为74.96%;重度处理中四种植物差异不显著。（2）对TN的去除:在轻、中度处理下,去除效果最好的是芦苇,吸收率分别为86.76%和73.27%;重度处理下藨草吸收效果最好为51.80%。（3）对NH₄⁺-N的去除:轻度处理下各植物间无明显差异;而在中度处理下去除效果最好的是薄荷吸收率为81.96%;重度处理下,水芹的去除率最高为58.30%。（4）对COD的去除:各处理中均以藨草最好,低浓度处理下去除率为77.57%;中度处理下为74.42%;重度下为62.89%。试验表明在选择人工湿地净化污水时,可优先考虑芦苇和藨草。     

Consistent patterns of N distribution through soil profiles in diverse alpine and tundra ecosystems

We studied the vertical patterns of δ¹⁵nitrogen in total N and exchangeable NH₄⁺-N through soil profiles in diverse alpine and tundra ecosystems. Soil samples were analyzed from 11 sites located in three mountain areas: NW Caucasus (Russia), the Khibiny Mountains (NW Russia) and Abisko region (N Sweden). Despite differences in the profile patterns of organic matter, nitrogen accumulation and nitrogen availability, we found consistent patterns of ¹⁵N distribution through all studied soil profiles. The δ¹⁵N values of total N were in general about zero or positive in the surface horizon and increased with soil depth. In contrast with total N, the δ¹⁵N values of exchangeable NH₄⁺-N were in general about zero or negative in the surface horizons and decreased with soil depth. NH₄⁺-N was significantly ¹⁵N-depleted compared with total N in all mineral horizons, while in the surface organic horizons differences between isotopic composition of total N and NH₄⁺-N were mostly not significant. We do not know the exact mechanism responsible for ¹⁵N depletion of NH₄⁺-N with soil depth and further research needs to evaluate the contributions of natural processes (higher nitrification activity and biological immobilization of “lighter” NH₄⁺-N near the soil surface) or artifacts of methodological procedure (contribution of the ¹⁵N-enriched microbial N and dissolved organic N near the soil surface). Nevertheless, our finding gives a new possibility to interpret variability in foliar δ¹⁵N values of plant species with different rooting depth in alpine and tundra ecosystems, because plants with deeper root systems can probably consume “lighter” rather than “heavier” NH₄⁺-N.     

人工湿地不同植被净化污水效果及其氮磷累积研究

通过模拟垂直流人工湿地污水系统,研究了湿地植被鸢尾（Iris pseudacorus）、香蒲（Typha orientalis）、茭白（Zizania aquatica）和芦苇（Phragmites australis）对生活污水总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）、生物耗氧量（BOD₅）和化学耗氧量（COD_Cr）的去除效果及其植被对氮磷累积效应。结果发现:（1）人工湿地4种植被对生活污水的净化效果存在一定的差异,对污水各个指标的去除率随人工湿地的运营期均呈“V”型变化,基本表现为反弹期 > 稳定期 > 恢复期 > 启动期;（2）综合比较可知,通过人工湿地整个运营期来看,人工湿地植被能有效促进湿地对污水的去除效果,其中以茭白和鸢尾的去除效果较好,而4种湿地植被对TP的去除率最高,对TP,NH₄⁺-N和COD_Cr的去除率差异不显著（p > 0.05）;（3）4种湿地植被地上和地下生物量表现出一致的变化规律,基本表现为鸢尾和茭白高于芦苇和香蒲,除了鸢尾以外,其他植被地上、地下生物量比（A/U）均大于1,4种植被地下生物量占总生物量的40%以上,并且地上部分N,P浓度高于地下部分N,P浓度,地上平均N,P积累量高于地下部分N,P积累量;鸢尾和茭白地上部分和地下部分N,P浓度和N,P积累高于芦苇和香蒲;（4）相关性分析表明人工湿地不同植被N,P积累量分别与生物量、N含量、P含量均呈显著的线性关系（p < 0.01）,生物量与N,P积累量的相关系数高于N含量和P含量的相关系数,表明人工湿地植被生物量对N,P积累量的影响大于植被体内N,P含量的影响,因此可以通过生物量来评价人工湿地植被对N,P的去除效果。     

模糊数学在地下水资源污染评价中的应用

地下水的水质分析与污染评价是地下水保护与污染控制的重要内容。参照区域背景含量和国家地下水环境质量标准,运用模糊数学的方法对该地区地下水中NH₄⁺、NO₃^-、CL^-、总硬度、NO₂^-、COD、Fe、F^-、Cr₆⁺九种组分的分析结果进行了数据处理,并在此基础上,将该区地下水按水质好坏划分为五个等级,其中区内大部分地区属于水质较好的级地下水分布区。受人类活动影响,水质最差的五级地下水主要分布在工厂和居民区集中的地区。