采用15N同位素稀释法研究不同层次土壤氮素总转化速率

采用15N同位素稀释方法,开展短期(7天)室内培养实验,估算了一水稻土0~20、20~60和60~90 cm土层土壤主要N素转化过程的总转化速率,结果表明,标记N溶液加入后2 h内各土层土壤的总矿化、硝化、固定速率显著高于其他时间段(p<0.01)。2 h后,矿化速率在小范围内起伏。0~20 cm土层土壤N素的硝化速率随培养时间延长而降低,另外两层土壤则基本保持稳定,硝化速率的变化与硝化作用底物NH4+-N浓度的变化呈显著正相关。值得注意的是,外源无机N溶液加入后2 h内,大量NH4+-N和NO3--N被固定,并认为N素的非生物固定起主导作用。2 h后,出现了N素在固定与再矿化间反复转换的现象。实验结果表明,与净转化速率相比总转化速率能更好地描述单个N素转化过程,但由于外源N加入对N素转化的影响、再矿化作用以及忽略了N素转化过程中的气体损失、DNRA(硝态氮异化还原为铵)过程等,本研究结果与真实值间存在一定差异。     

坡度对紫花苜蓿和狗牙根光合生理特性的影响

通过模拟试验,测定不同坡度条件下紫花苜蓿和狗牙根光合和蒸腾速率变化,从而分析坡度对护坡植物光合生理特性的影响。结果表明:紫花苜蓿和狗牙根的净光合速率与蒸腾速率随着坡度的增大表现为"单峰"型,且都在坡度为15°左右达到最大值。随着坡度的增大,两种植物的光合生理都受到胁迫影响,但紫花苜蓿变化极显著,而狗牙根则表现为在坡度60°以下的变化很小。紫花苜蓿的固氮能力较强,能在30°以下坡面较好地生长;而狗牙根的强抗逆性,可以在高陡边坡绿化中担当重要角色。研究不仅为边坡修复的物种选择提供了科学参考,也为边坡生态修复提供了理论依据。     

神府煤田土壤颗粒分形及降雨对径流产沙的影响

神府煤田在开发建设过程中造成的扰动地面、弃土体、弃渣体产生了严重的人为水土流失。采用野外人工模拟降雨试验方法,研究了土壤分形维数及降雨强度对未扰动地面、扰动地面、弃土体及弃渣体径流产沙的影响。结果表明,(1)弃土体、弃渣体随产流历时呈现突增—下降—稳定的过程,扰动地面和未扰动地面则经历上升—稳定的产流过程,各下垫面径流率均随着雨强的增大而增大。(2)各下垫面土壤颗粒分形维数的大小为D1(弃渣体)D2(弃土体)D3(扰动地面)D4(未扰动地面),次降雨径流量与降雨强度、分形维数分别呈显著的线性、幂函数关系,且D1~D2及D3~D4之间存在用以区分下垫面类型的临界分形维数值。(3)弃渣体侵蚀过程线呈先波动后稳定趋势,弃土体则呈多峰多谷特点,扰动地面和未扰动地面在1.0~2.5 mm min-1雨强下侵蚀速率均先增大后逐渐稳定,3.0 mm min-1时二者侵蚀速率则波动剧烈。四种下垫面平均侵蚀速率均随着雨强的增大而增大。(4)次降雨产沙量与降雨强度、分形维数均呈显著的幂函数关系。(5)径流量、产沙量与雨强和分形维数分别呈显著的线性、指数函数关系。分形维数对矿区土壤侵蚀模型的建立有重要的科学意义。     

生物质灰渣与化肥混合对氨挥发的影响

采用室内恒温培养,碱液吸收法测定灰渣-化肥中氮的挥发量,研究了锯木灰、谷壳灰、玉米灰、水稻灰分别与不同化肥配比下,在一定时间内的氨挥发规律。结果表明:四种灰渣在N1、N2、N3水平下,随着时间的增加氨的挥发量和挥发率呈先增大后减小的趋势,各处理的峰值多出现在10~15 d的培养阶段;谷壳灰、玉米灰、水稻灰添加磷酸二氢钾能明显抑制混合物中氨的挥发,而锯木灰添加氯化钾、磷酸二氢钾均能抑制氨的挥发;在四种灰渣中,锯木灰处理的氨挥发率明显高于其他三种灰渣,特别是在N3水平下比同期的其他灰渣处理高5倍。Elovich方程和抛物线扩散方程均能较好拟合氨的挥发量随时间的变化,其相关系数均达到极显著水平。     

丛枝菌根真菌对鸢尾的促进作用研究

为高效利用水陆两栖植物鸢尾修复污染水体,本研究通过测定不同的丛枝菌根真菌(AMF)与鸢尾构建共生体系的生长指标、土壤理化性质及植物光合作用指标,探讨不同AMF对水生植物鸢尾的促进作用。结果表明:AMF对鸢尾的促进作用主要体现在地上及地下两部分,其中地下部分通过利用其庞大的菌丝网络吸收土壤中的营养物质,进而促进了鸢尾的生长,其中对比无菌剂侵染的空白植物,摩西球囊霉作用的鸢尾对氮元素的吸收率提高71.75%,磷元素的吸收率提高8.36%,而根内球囊霉作用的鸢尾对氮元素的吸收率提高42.55%,磷元素的吸收率提高9.5%;而地上部分则是通过加强叶片气孔导度的开启来调控植物净光合速率与蒸腾速率之间的平衡,进而提高了鸢尾的最优水资源利用率,加快植物的新陈代谢,最终促进植物的生长发育。其中对于鸢尾光合作用的调节摩西球囊霉的促进效果显著好于(P0.05)根内球囊霉。     

基于冲刷试验的贵州耕地土壤抗冲性研究

对5种不同坡度(5°～25°)的翻耕地以及有苔藓覆盖的荒坡地(20°)进行不同流量下(0.042～0.250L/s)的放水冲刷试验,以探讨贵州耕地坡面水动力性质、土壤抗冲性及地表生物(苔藓)对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明,贵州地区坡耕地坡面流速与冲刷流量呈较好的幂函数关系,而与坡面坡度无关。坡面土壤分离速率与坡度及冲刷流量均呈显著正相关,并可用水动力学参数水流剪切力来估算贵州坡耕地土壤分离速率。与黄土高原相比,在同一坡度、同一冲刷流量下贵州坡耕地坡面产沙速率低于黄土高原坡耕地,表明贵州黄壤抗冲性高于黄土。苔藓覆盖可显著减小坡面侵蚀速率,在同一冲刷流量下,具有苔藓覆盖的荒坡地坡面产沙速率低于翻耕地达3个数量级。     

水氮用量对设施栽培蔬菜地土壤氨挥发损失的影响

【目的】针对我国设施蔬菜生产中存在的水肥过量施用问题,研究不同水氮条件下黄瓜-番茄种植体系内的土壤氨挥发特征,探讨影响设施菜地土壤氨挥发的重要因子,为降低氮肥的氨挥发损失、 建立合理的灌溉和施肥制度提供参考。【方法】以华北平原设施黄瓜-番茄轮作菜地为研究对象,设常规灌溉(W1)和减量灌溉(W2)2个灌溉水平,每种灌溉水平下设不施氮(N0)、 减量施氮(N1)和常规施氮(N2)3个氮水平,共6个处理组合(W1N0、 W1N1、 W1N2、 W2N0、 W2N1、 W2N2)。采用通气法监测不同水氮条件下黄瓜-番茄轮作体系内的土壤氨挥发动态,分析与土壤氨挥发相关的主要影响因子。【结果】设施黄瓜-番茄种植体系内表层(0—10 cm)土壤铵态氮受施肥的影响波动较大,与常规施氮(N2)相比,相同灌水条件下减量施氮(N1)处理的0—10 cm土层铵态氮浓度最高值降低了25.1%~30.3%(P 0.05)。减量施氮可显著降低土壤氨挥发速率。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)在黄瓜季和番茄季内的氨挥发速率均值分别降低了21.1%~22.8%(P0.05)和16.5%~17.9%(P0.05)。整个黄瓜-番茄轮作周期内,土壤氨挥发损失量和氮肥的氨挥发损失率分别为17.8~48.1 kg/hm2和1.23%~1.44%。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)的土壤氨挥发损失量及氮肥的氨挥发损失率分别降低了19.3%~20.0%(P0.05)和0.85~0.92个百分点。各处理土壤氨挥发速率与0—10 cm土壤铵态氮浓度呈显著或极显著正相关,说明0—10 cm土壤铵态氮浓度是土壤氨挥发的重要驱动因子。与常规灌溉(W1)相比,减量灌溉(W2)条件下设施菜地土壤氨挥发速率及氨挥发损失量略有增加(P0.05)。适宜减少氮肥及灌溉量不仅能够维持较高的蔬菜产量,而且显著提高了灌溉水和氮肥的利用效率。其中减量施氮处理(N1)的氮肥农学效率比常规施氮(N2)提高了95.4%~146.4%; 减量灌溉(W2)的灌溉水农学效率比常规灌溉(W1)提高了27.7%~54.0%。【结论】通过合理的节水减氮措施可达到抑制氮肥氨挥发损失、 增加产量以及提高水氮利用效率的目的。在供试条件下,节水30%左右、 减施氮量25%的水氮组合(W2N1)具有较佳的经济效益与环境效应。     

长期施肥对栗褐土有机碳矿化的影响

【目的】 土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分的释放、土壤质量的保持以及温室气体的形成密切相关。本文以 25 年长期定位施肥试验为依托,对栗褐土土壤有机碳矿化速率、有机碳累积矿化量的动态变化进行研究,为科学管理土壤肥力、增加栗褐土碳汇、减少温室气体排放提供依据。 【方法】 田间试验开始于 1988,共设置 8 个施肥处理:不施肥 (CK);单施氮肥 (N);氮磷肥合施 (NP);单施低量有机肥(M₁);低量有机肥与氮肥合施 (M₁N);低量有机肥与氮磷肥合施(M₁NP);高量有机肥与氮肥合施 (M₂N);高量有机肥与氮磷肥合施 (M₂NP)。于 2013 年玉米播种前,采集耕层 (0—20 cm) 土壤样品,采用室内培养方法,对土壤碳矿化释放 CO₂ 的数量和速率进行测定,并利用一级动力学方程计算出土壤有机碳库潜在矿化势和周转速率。 【结果】 各肥料处理不同程度地提高了栗褐土总有机碳含量,以高量有机肥与化肥配施作用最为显著。与 CK 相比,M₂N、M₂NP 处理土壤总有机碳含量增加了 121.1%、166.8%。不同处理土壤样品培养有机碳矿化速率均在第一天达到峰值,随后急剧下降。5 d 后,下降趋缓,不同处理 CO₂ 产生速率趋于一致。培养期间,各处理矿化速率变化符合对数函数关系。长期施用不同肥料均可以提高栗褐土有机碳的矿化速率,其大小顺序为:有机肥与化肥配施 > 单施有机肥 > 单施化肥 > 对照。培养 57 d 后,各处理土壤有机碳累积矿化量为 555.0～980.3 mg/kg,以 M₂NP、M₁N 的累积量较高,为对照的 1.77 倍、1.73 倍。长期施肥栗褐土有机碳矿化率呈下降趋势,以处理 M₂NP 下降最明显,与对照相比,降低了 6.3 个百分点。施肥处理土壤的潜在矿化势均高于对照,M₁N、M₂NP 最高,为 923.7 mg/kg 和 926.4 mg/kg,较对照增加了 74.0% 和 74.5%。不同施肥处理均可明显提升土壤有机碳的周转速率,减少周转时间,其中处理 M₁NP、M₂NP 效果最为明显。 【结论】 长期施用化肥、有机肥及有机无机肥配施可有效促进栗褐土有机碳的积累,提高有机碳的矿化速率和周转速率,降低有机碳的矿化率 (累积矿化量占有机碳总量的比率),加强了土壤的固碳能力,以 M₂NP 处理的效果更佳。      

辽宁地区两种菊科入侵植物与本地植物光合特性比较

为明确外来植物生理生态学性状及其与其强入侵性的关系,本研究采用野外原位气体交换参数测定的方法,分析了菊科入侵植物豚草、三裂叶豚草与其共生本地植物紫菀光合特性和叶片性状的差异。结果表明,豚草、三裂叶豚草、紫菀3种植物的光饱和点(LSP)均高于800μmol·m~(-2)·s~(-1),且两种入侵植物的LSP显著高于紫菀,表观量子效率(AQY)则显著低于紫菀;3种植物的最大净光合速率(P_(nmax))大小顺序为豚草三裂叶豚草紫菀,其中,豚草和三裂叶豚草的P_(nmax)分别比紫菀高出151.28%、82.80%,且差异显著。两种入侵植物的比叶面积(SLA)、叶片的单位质量氮含量(N_(mass))、叶片单位质量磷含量(P_(mass))、光合能量利用效率(PEUE)、光合氮利用效率(PNUE)均显著高于紫菀,但3者叶片单位质量建成成本(CC_(_(mass)))差异不显著。综上所述,辽宁的两种菊科入侵植物相对于本地共生种来说有着较高的气体交换参数和叶片特性指标,且其光合特性和叶片特性也存在着密切的联系,表现在这些菊科入侵植物有着更高的P_(nmax)、PNUE、PEUE和水分利用效率(WUE)等光合特性指标和能量利用指标,使得入侵植物能够更有效地捕获和利用环境资源,成为其得以成功入侵的原因之一。     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。