水文分异条件下光养生物膜藻类对氮/磷的响应

光养生物膜是河流生态系统中重要的初级生产者,在河流生物地球化学循环中扮演重要角色。然而,河流水文状态及营养盐差异引起的生境异质性对光养生物膜藻类的影响未知。本研究在微型跑道池模拟流水(0.5 m/s)和静水(0 m/s)条件的基础上,通过设置不同浓度氮(1.51, 2.51和5.51 mg/L)、磷(0.1, 0.2和0.4 mg/L)及氮磷比(8, 16和32)条件培养野外采集的原位生物膜及人工基质,探究水文分异和营养变化对河流光养生物膜藻类物种组成及密度的影响。非度量多维排序(NMDS)分析结果表明,差异水文条件下,原位和建群生物膜藻类群落在梯度氮、磷和氮磷比环境中均呈现明显分离(PERMANOVA,P < 0.001),且建群生物膜中各分组藻类群落具有更明显的差异。双因素方差分析结果表明,生物膜中硅藻、蓝藻和绿藻的生长对营养盐与水文变化的响应并不一致,其中磷处理中,磷与流速单一及其交互效应显著影响了大多数藻类的生长及建群(P < 0.001);而氮处理中,氮与流速的交互效应仅对建群生物膜藻类影响显著(P < 0.001)。研究结果也发现,藻类在静水环境更有利于建群生物膜的形成,且静水-高营养盐环境更有利于蓝藻和绿藻的生长。这些结果说明,生物膜建群初期易受到水文扰动的影响,且水文分异和氮、磷影响了光养生物膜藻类的响应模式,研究为河流生态保护提供了新视角。     

淡水养殖环境中氨氧化微生物的研究进展

随着水产养殖业的快速发展,养殖水体氮素污染日益突出,硝化微生物在水产养殖环境氮循环中具有重要作用。本文主要综述我国淡水养殖环境中硝化微生物的多样性、作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究进展,并展望今后的研究工作:(1)淡水养殖水域硝化作用和氨氧化微生物的时空分布特征及影响因子;(2)淡水养殖环境氨氧化微生物及其他氮素转化关键微生物的过程与机理;(3)深入研究特定生态系统中如池塘生态系统、氮循环的各个过程,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为完善淡水池塘生态系统氮循环理论、水产养殖环境的氮素污染治理和生态修复提供参考。     

荔枝树体N素分布及累积特点

采用整株枝解法,在采果后把9a生成年妃子笑和黑叶、3a生幼年妃子笑荔枝的根、木质部、皮部、叶、复叶柄5个器官分成14～16个部位,测定各个部位各个器官的N含量。结果表明,1)N在不同器官和不同部位含量是不同的。N含量在叶片最高,在根颈、主茎木质部、主根含量较低;在同级枝根中,皮部N含量显著高于木质部;荔枝枝干和根系,随着其粗度增加,其N含量基本上呈下降趋势,但成年树下降幅度比幼年树的大。2)成龄妃子笑与黑叶各部位各器官N含量没有显著差异,但成年树叶、复叶柄、末级侧枝皮部、木质部N含量高于幼年树相应部位相应器官N含量。3)荔枝N素累积在叶片最多,其次为枝干,根系N累积量较少,末级侧枝N素累积量占整株树N素累积量50%以上。     

晚播条件下施氮量对稻茬小麦氮素吸收及产量的影响

为给安徽省江淮稻麦轮作区域晚播稻茬小麦高产栽培的氮肥合理施用提供依据,选用当地主栽品种扬麦18和皖垦麦076为试验材料,设置5个施氮水平(0、90、180、270和360 kg·hm~(-2)),分析施氮量对晚播小麦氮素积累与分配、糖氮比、氮素同化酶活性及产量的影响。结果表明,增施氮肥能显著提高小麦各器官的氮积累量以及营养器官花前贮存氮素转运量、转运效率和转运氮素对籽粒氮素的贡献率,氮素收获指数随着施氮量的增加而降低。随施氮量的增加,小麦各生育时期不同器官的糖氮比值显著降低。小麦的氮素分配比例在生育前期以叶片最高,成熟期籽粒中氮素分配比例显著高于其余部位,而小麦的可溶性糖分配比例在生育前期以茎鞘最高,成熟期籽粒较高。在0～270 kg·hm~(-2)施氮量范围内,增施氮肥后,两个小麦品种的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性均显著提高,穗数、穗粒数和籽粒产量均明显增加。继续增加施氮量至360kg·hm~(-2)时,氮素同化酶活性和产量无显著变化,说明施氮过多对小麦氮素同化和产量无益。土壤氮贡献率、氮肥农学利用效率和氮素偏生产力均随施氮量增加而降低。推荐江淮区域稻茬小麦晚播条件下适宜施氮量为180～270kg·hm~(-2)偏下限,可兼顾高产及氮素高效吸收和利用。     

马铃薯高产施肥措施研究

试验采用 311改良饱和D设计方法 ,对青海省新育成的青薯 2号 (32 8)品种进行了氮、磷、钾三大要素的施肥水平研究。其结果表明 :三种化肥对产量影响的大小程度依次排序为N >K >P。经计算机模拟寻优 ,获得了施肥的高产数学模型和最佳农艺措施组合方案。 6 6 7m2 产量高于2 6 0 0kg的最优方案有 18套 ,最佳农艺措施是 :氮肥用量为 2 8 97～ 2 9 15kg ,钾肥用量为 16 5 4～17 11kg ,磷肥用量为 5 34～ 5 88kg。     

苏尼特羊营养补偿初期钙、磷、氮代谢研究

将45只处于妊娠后期(90～150 d)的苏尼特母羊随机分成4组,以不同的营养水平(ME:0.20、0.33、0.44、0.86MJ·kg-1·W-0.75·d-1)分组饲养,分娩后进行补偿生长试验,研究妊娠后期不同营养限制程度的母羊在补偿初期(分娩后0～6周)对饲料中钙、磷以及氮的代谢规律.结果表明,受限制各组母羊在补偿初期,随着受限程度的降低,钙、磷平衡(g·d-1)值呈升高的趋势,氮平衡(g·d-1)值呈下降的趋势.     

SUSTAINABLE NUTRIENT MANAGEMENT PACKAGE FOR COST-EFFECTIVE BIOENERGY BIOMASS PRODUCTION

Commercial fertilizer (particularly nitrogen) costs account for a substantial portion of the total production costs of cellulosic biomass and can be a major obstacle to biofuel production. In a series of greenhouse studies, we evaluated the feasibility of co-applying Gibberellins (GA) and reduced nitrogen (N) rates to produce a bioenergy crop less expensively. In a preliminary study, we determined the minimum combined application rates of GA and N required for efficient biomass (sweet sorghum, Sorghum bicolor) production. Co-application of 75 kg ha^?1 (one-half of the recommended N rate for sorghum) and a modest GA rate of 3 g ha^?1 optimized dry matter yield (DMY) and N and phosphorus (P) uptake efficiencies, resulting in a reduction of N and P leaching. Organic nutrient sources such as manures and biosolids can be substituted for commercial N fertilizers (and incidentally supply P) to further reduce the cost of nutrient supply for biomass production. Based on the results of the preliminary study, we conducted a second greenhouse study using sweet sorghum as a test bioenergy crop. We co-applied organic sources of N (manure and biosolids) at 75 and 150 kg PAN ha^?1 (representing 50 and 100% N rate respectively) with 3 g GA ha^?1. In each batch of experiment, the crop was grown for 8 wk on Immokalee fine sand of minimal native fertility. After harvest, sufficient water was applied to soil in each pot to yield ～1.5 L (～0.75 pore volume) of leachate, and analyzed for total N and soluble reactive P (SRP). The reduced (50%) N application rate, together with GA, optimized biomass production. Application of GA at 3 g ha^?1, and the organic sources of N at 50% of the recommended N rate, decreased nutrient cost of producing the bioenergy biomass by ～$375 ha^?1 (>90% of total nutrient cost), and could reduce offsite N and P losses from vulnerable soils.     

Mineralization of Organic Nitrogen in Soils with Contrasting Fertility Was Regulated Differently by Addition of Biochar and Animal Manures

ABSTRACT

How to restore the soil fertility and productivity in a damaged and then reclaimed area with extremely low fertility is a big concern worldwide. To explore the method of soil restoration in the coal mining subsidence area, the effects of biochar application coupled with organic fertilizer (animal manures) on the process of organic nitrogen (N) mineralization were studied in a 149 days leaching experiment. Biochar were applied (wt/wt) at the rates of 0%, 1%, and 3%. Two organic fertilizers with different C/N ratio (chicken and sheep manures) were applied at the rate of 200 mg N·kg^?1 soil. A vegetable soil with high-fertility was used as the comparison. The results showed that when treated with chicken manure, the reclaimed soil had 11.13% lower mineralization potential and 20.00% lower inorganic nitrogen production from mineralization than the vegetable soil. Compared with the non-biochar treatment, biochar at both application rates decreased N leaching in chicken manure-treated reclaimed soil, i.e., by 21.49% (1% biochar) and 28.31% (3% biochar), respectively, whereas only high rate of biochar application decreased N leaching in chicken manure-treated vegetable soil by 8.10%. However, N leaching in sheep manure-treated reclaimed soil was unaffected by the biochar application. Thus, the effect of the biochar on the organic nitrogen mineralization was affected by both soil and organic fertilizer type.     

长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素

基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比, NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤p H以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤p H、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中p H是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤p H是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。     

秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响*

氧化亚氮（N2O）和氮气（N2）是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。本研究依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2（反硝化产生N2量）,观测了2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量（CK：每季0 t·hm-2;1BC：每季2.25 t·hm-2;5BC：每季11.3 t·hm-2;10BC：每季22.5 t·hm-2）下0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估了长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮（NO3-+NH4+）含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳（DOC）和溶解氧（DO）浓度以及氧化还原电位（Eh）。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮（NO3-）及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量（按1 m深度计算）CK处理下为2.3 ~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮（DON）淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7 ~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2,上述结果表明,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。