土地利用方式对湿润亚热带土壤硝化作用的影响

在土壤最大持水量60%和30℃条件下对采自江西的自然土壤(森林和灌丛)和农业利用土壤(稻田、旱地和茶园)进行了实验室培养,研究土地利用对硝化作用的影响。结果表明,由于土壤呈酸性(pH4.2～6.3,平均为4.9),供试土壤的硝化作用很弱甚至缺失。当无外加铵态氮时,土壤的硝化速率与有机氮矿化速率呈显著的线性关系(p<0.01),而与土壤pH无关;当外加铵态氮使基质饱和时,硝化速率与土壤pH显著相关(p<0.01)。农业利用显著提高土壤的硝化作用能力,绝大部分自然土壤(78%)的净硝化速率小于净矿化速率,无机氮以铵态氮为主,而绝大部分农业利用土壤(74%)的净硝化速率大于净矿化速率。农业利用通过提高土壤pH、氮肥施用刺激硝化作用及改善土壤磷素供应状况等途径促进土壤的硝化作用。农业利用土壤硝化作用能力的提高增加了氮肥以硝态氮形态淋失的风险。     

氢醌、双氰胺组合影响稻田甲烷和氧化亚氮排放研究进展

稻田是大气中CH4和N2O的重要来源。大量氮肥的施入不仅影响稻田CH4和N2O排放,且易造成NH3挥发、NO2-和NO3-淋溶及N2O、N2等形式的氮损失。脲酶抑制剂和硝化抑制剂通过缓解尿素水解及抑制硝化反硝化反应减少稻田N2O排放量,但对稻田CH4产生排放的影响报道不一。脲酶抑制剂氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)是近年来研究较多的组合。本文试图在前人研究的基础上,综述HQ和DCD的基本性质及作用机理,总结HQ/DCD组合在稻田生态系统的应用状况、使用效果及存在问题,并特别讨论了HQ/DCD施用对稻田CH4排放的影响机理,旨在为合理使用脲酶/硝化抑制剂、有效减缓稻田温室气体排放和提高氮肥利用率等方面提供理论依据。     

控释肥施用对小麦生长期N2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱法研究不同施氮水平下控释肥和尿素(N 0、100、200、270 kg hm-2)对麦季N2O排放的影响。结果表明,与对照相比,整个小麦生长季N2O排放量均随尿素和控释肥施用量的增加呈指数增加(32%～164%,p<0.05),但控释肥处理增加程度则较尿素处理缓和;施用控释肥可以有效抑制小麦生长季N2O排放(p<0.05),控释肥对N2O的减排量随着施氮量的增加而增加。小麦产量随尿素施用量的增加呈抛物线增加(24%～43%,p<0.05),随控释肥施用量的增加亦呈抛物线增加(30%～45%,p<0.05);与施用相同水平尿素相比,施用控释肥的小麦产量略有增加,但无显著差异(p>0.05)。单位产量N2O排放量随尿素施用量的增加而呈指数增加(31%～114%,p<0.05),随控释肥施用量的增加而呈抛物线增加(2%～50%,p<0.05);施用控释肥可以有效抑制小麦生长季单位产量N2O排放(p<0.05),控释肥对单位产量N2O的减排量随着施氮量的增加而增加。各处理N2O排放量与土壤水分存在显著正相关(p<0.05),与土壤NH4+-N、NO3--N浓度和土温不呈明显线性关系(p>0.05)。     

《农业环境科学学报》2023年刊出论文简评

本文简要地介绍了《农业环境科学学报》2023年刊出的论文涉及的研究领域,关注的热点农业环境问题,重点介绍了《学报》新视角与前沿、专论与综述、环境健康与农产品安全、土壤环境、水体环境和水产环境栏目发表论文的情况,并展望了这些领域的研究方向。     

稳定性碳同位素方法在稻田甲烷研究中的应用

稻田甲烷产生、氧化等过程不仅影响甲烷排放量,还影响其稳定性碳同位素组成;反之,稻田所排放甲烷的稳定性碳同位素组成也可用来定量研究甲烷的产生和氧化过程。20世纪80年代以来,国外已将稳定性碳同位素方法广泛应用在稻田甲烷的研究中。本文介绍了稳定性碳同位素方法的基本原理及其在稻田甲烷产生、氧化过程研究中的应用,指出了该方法在稻田甲烷研究中的不确定因素,为我国稻田甲烷的深入研究提供了新的有力手段。     

酸性土壤中亚硝态氮提取方法的改进

亚硝态氮NO_2~-N是土壤硝化和反硝化过程中很重要的一种中间产物,与土壤中含氮气体的产生密切相关。NO_2~-N在土壤中的转化极其迅速,尤其在强酸性条件下NO_2~-N极不稳定,2 mol/L KCl溶液提取过程中会大量发生分解。为了更准确地研究酸性土壤中的NO_2~-N变化,必须选择合适的提取剂,以实现土壤中NO_2~-N的高效提取。本文采用15N标记方法,系统比较了不同方法提取土壤NO_2~-N和NH_4~+-N的回收率,提出了改进措施。结果显示:调节强酸性土壤初始pH为6.0和8.0处理,经2 mol/L KCl溶液提取,提取液的pH分别保持在4.8和5.8左右,显著高于对照(3.8)。pH与振荡时间对酸性土壤NO_2~-N和NH_4~+-N的回收率存在显著的交互影响。振荡时间30 min以内,pH 6.0和pH 8.0处理,NO_2~-N的回收率最高;而振荡时间为30 min时,未调节pH和pH 6.0处理NH_4~+-N的回收率最高。综合考虑,提取土壤无机氮时,土壤/KCl悬浮液的pH保持在5.0~6.0,振荡时间30 min,能同时满足对土壤NO_2~-N和NH_4~+-N的提取。对于强酸性土壤(pH6.0),本研究推荐使用KCl溶液和pH 8.4的缓冲液混合溶液(KCl溶液/缓冲液比为4/1)作为提取液(土/液比为1/5)。对于pH在7.5以上的土壤样品,推荐使用KCl溶液和pH 7.5的缓冲液混合溶液(KCl溶液/缓冲液比为4/1)作为提取液(土/液比为1/5)。对于pH在6.0~7.5的土壤样品,可以直接使用2 mol/L KCl溶液提取。     

温室气体排放量空间尺度扩展方法的误差来源分析——以CH4MOD模型为例

在估算区域温室气体排放量时往往需要利用模型,从可验证的点的排放量扩展至区域排放总量,这一尺度扩展过程中会产生误差。为比较不同扩展方法的误差大小,本研究收集江苏省内稻麦轮作体系水稻田59个样点的与CH4排放相关的信息,以CH4MOD模型模拟了CH4排放,比较了以下种尺度扩展方法的结果:1)取区域内多个点的模型输入参数平均值,计算区域平均排放量;2)以区域内一个代表样点的参数输入模型,计算区域平均排放量。3)根据区域内各模型参数的统计学特征,随机生成100个虚拟点,以其输出结果的平均值为区域平均排放量,此为蒙特卡罗法。研究发现,以真实参数模拟计算的59个样点CH4排放量均值作为基准,则第一和第二种方法的相对误差分别为-19.60%和-19.74%,采用多点代面的蒙特卡罗法可将误差降低至3.29%。对第一和第二种方法的误差来源进行了分析。     

Effect of labile and recalcitrant carbon on heterotrophic nitrification in a subtropical forest soil

Carbon (C) is an important factor controlling heterotrophic nitrification in soil, but the effect of individual C components (e.g., labile and recalcitrant C) is largely unclear. We carried out a C amendment experiment in which either labile C (glucose) or a recalcitrant C (cellulose and biochar) was added to a subtropical forest soil. A ¹⁵N-, ¹³C-tracing and MiSeq sequencing study was performed to investigate soil gross heterotrophic nitrification rates, carbon utilization for soil respiration and microbial biomass production and microbial composition, respectively. After 2 days, results showed a significant increase of gross heterotrophic nitrification rate in glucose (GLU) (on average 3.34 mg N kg⁻¹ day⁻¹), cellulose (CEL) (on average 0.21 mg N kg⁻¹ day⁻¹) and biochar (BIO) (on average 0.13 mg N kg⁻¹ day⁻¹) amendment in comparison with the unamended soil (CK) (on average 0.01 mg N kg⁻¹ day⁻¹; p < 0.05). The contribution of heterotrophic nitrification to total soil nitrification was significantly larger in GLU (average 85.86%), CEL (average 98.52%) and BIO (average 81.25%) treatments compared with CK (average 33.33%; p < 0.01). After 2-month amendment, the gross rates remarkably decreased in GLU (average 0.02 mg N kg⁻¹ day⁻¹), and the contribution to total nitrification (average 8.73%) were significantly lower than that in CK (p < 0.05). A decrease in the proportion of heterotrophic nitrification to total nitrification in soil was also observed in CEL (average 38.40%) and BIO (6.74%) treatments. Nevertheless, BIO amendment (compared to CK, GLU and CEL) showed the highest gross heterotrophic nitrification rate, accompanied by a notably higher abundance of specific heterotrophic nitrifiers, i.e. Trichoderma, Aspergillus and Penicillium. These results point to a stimulatory effect of C addition on soil heterotrophic nitrification in the short term, while the stimulatory impact of C amendment diminishes with the decline in easily available C. In addition, a shift of the microbial composition in the long term can possibly be sustained for longer if additional recalcitrant C is available to heterotrophic nitrifiers. The dynamic response of heterotrophic nitrification to labile and recalcitrant C in this study offered an explanation for the positive effect of plantation and plant root exudation on the process.