施氮肥对草原生态系统影响的研究进展

氮是植物生长和发育必需的大量营养元素,是草地生产力主要限制性因素之一。本文综述了施氮对草原生态系统的影响研究进展,结果发现,目前施氮对草原生态系统的影响试验,多是针对某一具体草地类型短期的试验研究,具有很大的片面性,还没有得出普遍的规律和结论;以往的研究也主要是针对植物群落的地上部分,土壤生态过程变化成为施氮对草原生态系统的影响研究中的"瓶颈"。建议开展施氮对不同类型草原生态系统影响的定位试验,长期监测氮输入对草原生物多样性、生产力、土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物多样性和土壤有机碳的影响过程,并加强植物和土壤生态系统整合研究,揭示我国不同类型草原生态系统氮输入阈值形成的机制及模式,对草原的可持续利用和管理具有重要的理论和实践意义。     

氮素和水分对贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮的影响

在内蒙古贝加尔针茅草原,分别设对照(N0)、1.5 g·m^-2(N15)、3.0 g·m^-2(N30)、5.0 g·m^-2(N50)、10.0 g·m^-2(N100)、15.0 g·m^-2(N150)、20.0 g·m^-2(N200)和30g·m^-2(N300)(不包括大气沉降的氮量)8个氮素(NH₄NO₃)梯度和模拟夏季增加降水100 mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原土壤养分、酶活性及微生物量碳氮的影响。结果表明:氮素和水分添加对草原土壤理化性质和生物学特性有显著影响。随施氮量的增加土壤总有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量呈增加的趋势,相反,土壤pH值呈降低的趋势。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性随施氮量的增加而升高,多酚氧化酶则随施氮量的增加呈下降的趋势。氮素和水分添加对草原土壤微生物量碳氮含量有显著影响,高氮处理(N150、N200和N300)显著降低了微生物碳含量,微生物氮含量随施氮量的增加呈上升趋势。水分添加能够减缓氮素添加对微生物的抑制作用,提高微生物量碳、微生物量氮含量。草原土壤养分、土壤酶活性及土壤微生物量碳氮含量间关系密切,过氧化氢酶与全氮、总有机碳、硝态氮呈显著正相关,多酚氧化酶与铵态氮、硝态氮、全氮呈显著负相关。微生物量氮含量与土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量以及过氧化氢酶和磷酸酶活性呈显著正相关,与多酚氧化酶呈负相关;微生物量碳与过氧化氢酶呈负相关,与多酚氧化酶活性呈正相关。     

双价转基因抗虫棉花对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构及丰度的影响

采用末端片段多态性分析(T-RFLP)和实时定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)方法,研究了不同生长时期双价转基因抗虫棉花和亲本非转基因棉花(对照)土壤氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)群落结构和丰度的变化,以探讨双价转基因抗虫棉花种植对土壤氨氧化微生物的影响。结果表明,双价转基因抗虫棉花土壤中AOB和AOA优势种群与对照相同,且随生长时期无显著变化,但在各自样品中所占比例不同。不同生长时期双价转基因抗虫棉花土壤AOB的Shannon指数和Evenness指数均与对照无显著差异,AOA的Shannon指数与对照也无显著差异,而苗期时Evenness指数显著低于对照(P0.05),其他3个生长时期差异均不显著。qPCR分析表明,除花铃期双价转基因抗虫棉花土壤AOB丰度高于对照外,其他3个生长时期均低于对照,而AOA丰度在4个生长时期均低于对照。吐絮期时,双价转基因抗虫棉花与对照土壤AOB和AOA丰度均差异显著(P0.05)。双价转基因抗虫棉花对土壤AOB和AOA群落结构组成无显著影响,但降低了AOB和AOA的数量,双价转基因抗虫棉花对土壤微生物的某些类群可能存在潜在影响。     

呼伦贝尔沙地不同植被恢复模式土壤氨氧化细菌群落结构及多样性

采用PCR-DGGE技术和克隆测序分析方法,对不同植被恢复模式下呼伦贝尔沙地土壤氨氧化细菌群落结构、多样性及与土壤理化因子的相关性进行探讨。结果表明,5种植被恢复模式土壤氨氧化细菌16S rRNA基因Shannon指数均显著高于对照(裸地),其中柠条(Caragana korshinskii)+冰草(Agropyron cristatum)(AC)模式下Shannon指数最高,其他依次为单播柠条(UC)、单播冰草(UA)、柠条+羊柴(Hedysarum fruticosum)+冰草+披碱草(Elymus nutans)(ACHE)和单播羊柴(UH),各植被恢复模式不同程度地提高了土壤氨氧化细菌的多样性。系统发育分析结果表明,对照(裸地)土壤氨氧化细菌群落由亚硝化螺菌属的Cluster 2和Cluster 3组成,而5种植被恢复模式土壤氨氧化细菌群落由亚硝化螺菌属的Cluster 3和亚硝化单胞菌属的Cluster 6组成,植被恢复改变了土壤氨氧化细菌群落结构组成。土壤理化性质测定结果表明,5种植被恢复模式在不同程度上提高了土壤各项理化指标。典范对应分析结果表明,pH值、有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)和土壤含水量(SM)对氨氧化细菌群落结构组成的影响均达到显著水平(P0.05),相关性分析发现pH值、OM、TN、TP和SM各指标之间均具有极显著相关性(P0.01),说明植被恢复过程中土壤氨氧化细菌群落结构组成的变化是土壤各项理化因子相互关联、共同作用的结果。     

转基因(Bn-csRRM2)高产棉花对土壤速效养分和酶活性的影响

在田间试验条件下,以转基因(Bn-cs RRM2)高产棉及其亲本常规棉中棉所12为研究对象,比较分析2种棉花在不同生育期(苗期、蕾期、花铃期和吐絮期)对土壤速效养分和酶活性的影响。结果表明,随生育期推进,转基因高产棉土壤铵态氮和硝态氮含量变化趋势与常规棉一致,土壤速效磷含量变化趋势与常规棉不同。转基因高产棉土壤速效磷含量在蕾期、花铃期和吐絮期与常规棉无显著差异;铵态氮含量在苗期、蕾期和花铃期与常规棉无显著差异;硝态氮含量在吐絮期显著高于常规棉,其余3个时期显著低于常规棉。随生育期推进,转基因高产棉土壤脲酶和过氧化氢酶活性变化趋势与常规棉一致,碱性磷酸酶活性变化趋势与常规棉略有不同。转基因高产棉土壤脲酶活性在苗期、蕾期和吐絮期显著高于常规棉,在花铃期无显著差异;过氧化氢酶活性在苗期和吐絮期与常规棉无显著差异;碱性磷酸酶活性只在吐絮期与常规棉无显著差异。表明,土壤养分和酶活性受转基因高产棉的影响较小,其变化主要受到生育期的影响。     

覆盖作物多样性对猕猴桃园土壤微生物群落功能的影响

以丹江口水源涵养区猕猴桃园为研究对象,运用Biolog微平板技术,研究不同种类覆盖作物处理(2、4、8种和清耕对照)下土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明,覆盖作物处理土壤微生物群落对碳源的利用程度、功能多样性指数和丰富度指数均高于清耕对照。覆盖作物及清耕对照处理土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数与土壤含水量、有机碳、pH、微生物量碳氮呈显著正相关关系。主成分分析与碳代谢图谱分析表明,猕猴桃园增加覆盖作物种类提高了土壤微生物对碳源的利用能力,且对D-甘露醇、L-精氨酸、L-天门冬酰胺、L-苯丙氨酸、γ-羟丁酸、α-丁酮酸、4-羟基苯甲酸、吐温40的利用能力显著高于清耕对照。此外,4种覆盖作物处理对猕猴桃园土壤生态环境的影响优于2种和8种。研究表明,猕猴桃园增加覆盖作物多样性改变了土壤环境因子,影响了土壤微生物群落的代谢活性和功能多样性。     

设施黄瓜土壤化学性质对施肥时间的动态响应

为了解施肥对设施黄瓜土壤化学性质的动态影响,为设施种植施肥提供理论支持,以湖北省荆门市设施蔬菜大棚基地为研究对象,共设2个试验棚,分别使用不同种肥料,研究拔园后剖面土及施肥后14 d内土壤化学性质的变化。结果表明:大棚内土壤表层酸化显著,在土壤深度为0～100 cm,养分含量随土壤深度的增加逐渐降低。施肥后土壤微生物量碳(Soil microbial biomass carbon,SMB-C)、土壤微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen,SMB-N)在14 d的观测周期内,棚A、B内呈现出的变化趋势一致,且均在施肥后第2天时达到第1个高峰(B棚SMB-C在施肥第3天时达到最大值);铵态氮含量亦是施肥2 d时2个棚内的含量最高,且铵态氮、硝态氮含量在整个观测期内呈现先增加后降低的变化趋势;土壤碱解氮的含量变化与施加肥料存在一段时间内的动态关系,但随施肥时间的加长,碱解氮仍会恢复到未施肥的状态。综合几种土壤化学性质的变化规律可见,施肥后第2天肥效最显著。通过观察14 d的监测结果可发现,14 d后各化学性质逐步恢复到未施肥时的水平,下一步可加长监测期,为施肥周期的合理制定提供理论依据。     

贝加尔针茅草原土壤线虫与微生物群落特征及其相互作用

分析了在施氮环境下内蒙古贝加尔针茅草原土壤微生物和土壤线虫群落特征及相互作用。结果表明,不同的施氮水平显著影响土壤微生物真菌和细菌群落结构和数量,但对土壤微生物群落总量的影响并不显著;对土壤线虫食细菌类群（Bacterivores）、食真菌类群（Fungivores）和植物寄生性类群（Plant parasites）数量影响显著,同时影响土壤线虫的物种丰富度（SR）和群落结构的稳定性。土壤中的植物寄生性类群线虫与土壤中细菌群落、真菌群落和真菌/细菌之间呈显著正相关,土壤真菌群落与土壤线虫群落的丰富度（SR）、均匀度（J'）和结构指数（WI）也有明显的相关性。施氮对土壤真菌群落的影响大于对土壤细菌群落的影响,土壤中的真菌群落与土壤中植物寄生性类群线虫具有相互促进的作用,增加了植物受线虫感染的几率,同时施氮也改变了土壤线虫的群落结构。     

3种转非抗虫基因棉花田间节肢动物群落的多样性和食物网结构

以转基因耐盐碱棉花、转基因抗病棉花和转基因抗旱棉花3种转非抗虫基因棉花为材料,研究不同表达性状的转基因棉花种植对棉田节肢动物群落结构、多样性及食物网结构的影响。结果表明,3种转基因棉花在节肢动物群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度和优势集中性指数上与其对照受体棉花无显著差异(P0.05)。转基因棉花与其对应受体间的群落相似性指数均较高(73.18%~77.65%),食物网结构参数上也无显著性差异(P0.05)。表明3种转非抗虫基因棉花对棉田节肢动物多样性及食物网结构无显著影响。     

供氮水平和有机无机配施对夏玉米氮利用效率的影响

通过大田试验研究了不同氮素水平下有机无机肥料配施对夏玉米氮利用效率的影响。结果表明,氮素肥料的各去向受施氮量影响较大,施氮量越大,表观残留量、淋溶损失量、气态损失量均增加。表观利用率在施氮低于200 kg/hm2时,表现为增加,高于200 kg/hm2时,则表现为减少。配施有机肥比例越大,表观利用率、表观淋溶损失率越小,表观残留率则越大。气态损失率在有机无机配施条件下最小。淋溶损失是氮素肥料的主要损失途径。综合考虑,氮肥表观利用量、表观残留量和淋溶损失量,以纯氮施入量200 kg/hm2,75%的N由有机肥提供、25%的N由尿素提供的处理为较理想的氮素施用水平和配比组合。