草坪土壤的N2O产生途径及其对施氮肥的响应

硝化作用、反硝化作用和硝化细菌反硝化作用是土壤中产生N2O的主要途径.以常用的冷季型草坪草早熟禾为对象,采用气体抑制剂培养法研究了不同施氮量对草坪土壤N2O排放及其产生途径的影响.结果表明,对照草坪土壤的N2O日排放量为7.2 ～ 8.2 g· m-2.d-1,年施氮量10 g.m-2未改变草坪土壤N2O排放强度,年施氮量25、35 g·m-2处理则分别比对照增加1.52倍和1.88倍,但二者之间没有显著差异.对照草坪土壤N2O产生途径主要以异养硝化作用为主,其贡献率达65.7％,反硝化作用贡献率为34％,自养硝化和硝化细菌反硝化过程几乎不发生.年施氮量25 g.m-2时,N2O排放以硝化细菌反硝化、异养硝化和反硝化途径为主,贡献率分别为35％、35％和29％.年施氮量35 g.m2时,N2O排放来自于4个途径,其中反硝化途径占41％,自养硝化途径贡献率增加至20％.     

有机肥与无机肥配施对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

该研究采用同位素自然丰度法,通过室内培养试验研究北京地区菜地有机肥和无机肥配施对土壤释放N2O及同位素位嗜值SP（site preference）的影响,以期获得不同肥料及其配比下土壤N2O的来源及变化规律。结果表明：施用无机肥释放的N2O显著高于有机肥,其累积排放量是有机肥的6.63倍,且无机肥施用比例越高,排放量越大;各肥料组合在施用后7天内均以反硝化作用生成N2O为主,贡献最高达到78.89%,SP为6.97‰,之后硝化作用逐渐增强并成为主要途径,最高占比达76.48%,SP为25.24‰;培养期内施用无机肥可以促进反硝化作用,平均占比52.98%,SP为15.52‰,而有机肥会使硝化作用增强,平均占比71.35%,SP为23.55‰。因此,在北京潮褐土地区菜地土壤施用有机肥对N2O有良好的减排效果,可为蔬菜生产中肥料的合理应用提供科学依据。     

早稻秸秆还田对次年早稻土微生物及酶的影响

为了探明翻耕条件下秸秆还田量对土壤生物学特性的影响,制定合理的秸秆还田量,减少环境的污染和保障农业的可持续性发展,通过定位试验进行了0%、33%、67%、100%早稻秸秆覆盖翻耕对次年早稻土壤微生物数量、微生物活度、稻草腐解酶活性、氨化作用强度及硝化作用强度的影响研究.结果表明:在次年早稻生长期内,土壤好气性和嫌气性细菌数量呈现前期迅速提高,中后期快速下降的趋势,真菌和放线菌数量呈现前期迅速下降,中后期缓慢上升的趋势.土壤微生物活度则呈前期上升,中期达到最高点后开始下降,后期又有所回升的趋势.土壤木聚糖酶和纤维素酶活性以分蘖盛期为界点,表现出前期增加、后期下降的特点;土壤脲酶呈现先缓慢下降,再迅速下降,最后再缓慢上升的趋势;而土壤蛋白酶和过氧化氢酶的活性在早稻各个生育期的变化不大.土壤氨化作用强度的变化特点是先下降后上升,在齐穗期达到高峰后又迅速下降;而土壤硝化作用强度则呈现前期快速下降、中期缓慢增加、后期再急剧下降的趋势.土壤微生物数量及活性分析评价发现,在双季稻栽培时,配合水稻专用复混肥一次性施用,以早稻秸秆2 500～5 000 kg·hm-2翻耕还田较为适宜.     

化感物质对土壤硝化作用的影响

试验研究了3种化感物质－苯甲酸、对羟基苯甲酸和阿魏酸在3种浓度（0.5mmoL、2.5mmoL和5.0mmol）、不同pH、不同土壤含水量等环境因子作用下对土壤硝化作用的影响,在第1d、4d、7d、10d、14d取样与对照比较,测定其对土壤中NH4^ -N转化为NO3^--N过程中的影响。结果表明,阿魏酸和苯甲酸对硝化作用的抑制率略高于对羟基苯甲酸,且阿魏酸随浓度升高而抑制作用加强。研究所采用的2种不同pH的土壤未表现出明显的差异;不同土壤含水量对转化为NO3^--N的总量影响较大,不加水的土壤样品NO3^--N的转化量很少,且随时间的推移其总量无多大为变化,而饱和含水量的样品NO3^--N的转化量随时间的推迟其总量一直上升,说明水分对土壤中NO3^--N的转化起着非常重要的作用。     

Effects of Glucose Addition on N Transformations in Paddy Soils with a Gradient of Organic C Content in Subtropical China

To better understand the interaction of N transformation and exogenous C source and manage N fertilization, the effects of glucose addition on N transformation were determined in paddy soils with a gradient of soil organic C content. Changes in N mineralization, nitrification and denitrification, as well as their response to glucose addition were measured by incubation experiments in paddy soils derived from Quaternary red clay in subtropical China. Mineralization and denitrification were changed in order of increasing soil fertilities： high 〉 middle 〉 low. During the first week of incubation, net N mineralization and denitrification rates in paddy soil with high fertility were 1.9 and 1.1 times of those in soil with middle fertility and 5.3 and 2.9 times of those in soil with low fertility, respectively. Addition of glucose decreased net N mineralization by approximately 78.8, 109.2 and 177.4% in soils with high, middle and low fertility, respectively. However, denitrification rates in soils with middle and low fertility were increased by 14.4 and 166.2% respectively. The highest nitrate content among the paddy soils tested was 0.62 mg kg-1 and the highest nitrification ratio was 0.33%. Addition of glucose had no obvious effects on nitrate content and nitrification ratio. It was suggested that the intensity of mineralization and denitrification was quite different in soils with different fertility, and increased with increasing soil organic C content. Addition of glucose decreased mineralization, but increased denitrification, and the shifts were greater in soil with low than in soil with high organic C content. Neither addition of glucose nor inherent soil organic C had obvious effects on nitrification in paddy soils tested.     

土地利用方式对宁夏平原土壤氮素含量及其硝化作用的影响

为了探讨土地利用方式对宁夏平原土壤不同形态氮素含量及其转化作用的影响,对蔬菜地、葡萄地、枸杞地、玉米地、水稻地、小麦地6种土地利用方式下土壤铵态氮、硝态氮、有机氮、无机氮含量及硝化潜势和硝化活性进行比较。结果表明:0～20 cm土层,蔬菜地土壤硝态氮、铵态氮和无机氮含量均高于葡萄地、枸杞地、玉米地、水稻地、小麦地,土壤硝态氮含量大小依次排序为蔬菜地玉米地枸杞地水稻地葡萄地小麦地,蔬菜地土壤铵态氮含量是其他土地利用方式的1.2～1.6倍,土壤无机氮含量大小依次排序为蔬菜地玉米地枸杞地水稻地葡萄地小麦地,水稻地土壤有机氮含量高于其他5种土地利用方式,蔬菜地土壤硝化潜势和硝化活性高于其他5种土地利用方式。20～40 cm土层,土壤硝态氮、铵态氮、无机氮和有机氮含量均以葡萄地最高,小麦地土壤硝态氮、铵态氮、无机氮含量均低于其他5种土地利用方式,水稻地土壤硝化潜势显著高于其他5种土地利用方式。     

除草剂对氮转化影响的微生物学机理研究进展

除草剂和氮肥广泛应用于现代农业,多数研究表明:氮肥的施用效果与土壤微生物的种群数量、代谢活动等存在一定的关系,且除草剂的施用对土壤氮素转化微生物有不同程度的影响,进而对土壤氮素转化过程产生一定的影响。从微生物机理角度,综述了国内外关于除草剂对土壤氨化、硝化和反硝化过程中关联微生物影响的研究进展,探讨了除草剂对氮转化过程影响的机理,以及前人研究结果存在差异的原因,并对相关微生物影响机理的未来研究方向进行了展望。     

稻田生态系统氧化亚氮(N_2O)排放微生物调控机制研究进展及展望

氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,对全球气候变化具有显著影响。稻田是重要的N_2O排放源,追踪稻田N_2O产生及排放关键过程的微生物调控机制,可以为农田土壤氮素循环研究以及稻田N_2O减排提供有价值的信息。微生物调控的硝化作用和反硝化作用是稻田N_2O排放的主要来源。基于此,我们在过去十年的研究中,依托中国科学院桃源农业生态试验站,以水稻田淹水-落干和施肥为关键过程,从水稻根际、土层深度、反应底物浓度等方面探明了土壤硝化反硝化过程和N_2O排放特征及其微生物调控机制;提出了开发稻田土壤微生物资源,提高土壤N_2O消纳能力的可能策略;构建了可以有效降低稻田氮素损失和N_2O排放的基于化肥一次性深施的减氮控磷施肥技术,并在实际农业生产中进行了示范推广。本文对上述研究取得的成果,以及国内外相关研究结果进行了全面综述。结合分子生物技术在土壤科学研究中的应用,今后的研究工作将会从以下几个方面开展:1)解析土壤微生物与土壤生产力和生态环境之间的关系;2)在基因组和转录组水平构建农田土壤碳氮循环功能微生物分析平台;3)解析土壤微生物分布与生态功能之间的关联机制;4)根系—土壤—微生物之间的协同机制以及植物—内生菌—土壤微生物之间相互影响的分子机制;5)加强对实用技术的研发,把基础研究成果转化为生产力,服务农业生产和生态文明建设。     

菜地土壤氮素矿化和硝化作用的特征

采用培养试验对南京郊区 6 对菜地土和水稻土的土壤 N 素矿化和硝化作用特征进行了研究。菜地土为相同类型水稻土改种蔬菜约 20 年的土壤。结果表明,培养 28 天期间,6 对供试土壤中有 4 对土壤都是菜地土壤矿化 N 量低于相同类型水稻土,其日矿化速率也低于相应的水稻土,而其他 2 对供试土壤之间无明显差异。大多数菜地土的土壤硝化率低于相应的水稻土。培养28 天时的矿化率和硝化率与土壤 pH、速效 P 呈显著相关。     

不同菜地土壤硝化与反硝化活性

硝化作用和反硝化作用是氮素气态损失的主要途径,在实验室培养条件下,研究了3种菜地土壤之间硝化反硝化活性的差异,反硝化作用利用乙炔抑制培养法对其进行测定.结果表明,培养33 d后红泥土、灰沙土和灰泥土的氮素硝化率均很高,分别为96.1%、88.3%和70.4%,其中红泥土与灰泥土的硝化率差异达到了极显著水平(P<0.01),而灰沙土与红泥土、灰泥土之间的差异不显著(P>0.05).pH值最高和最低的菜地土壤其硝化率分别表现出最高和最低,值得注意的是,在pH4.61条件下灰泥土的硝化率可达70.4%.氮肥的施用显著或极显著增加了 3种土壤硝化过程的N_2O排放量,占施氮量的0.59%～0.70%.3种菜地土壤之间氮肥的反硝化活性表现为灰泥土>红泥土>灰沙土,其差异也极显著(P<0.01),氮肥的反硝化损失量占施氮量的-0.02%～0.20%.土壤硝化和反硝化氮素损失累积量随时间t的变化均符合修正的Elovich方程:y=bln(t)+a.