连续氮添加14年对温带典型草原土壤碳氮组分及物理结构的影响

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0（0 g N m^-2 a^-1）、N2（2 g N m^-2 a^-1）、N4（4 g N m^-2 a^-1）、N8（8 g N m^-2 a^-1）、N16（16 g N m^-2 a^-1）、N32（32 g N m^-2 a^-1）六种浓度尿素模拟氮沉降,并将土壤分成0-10、10-20和20-40 cm三个深度土层,研究温带草原生态系统土壤碳氮组分及物理结构对氮添加的响应及其相互关系,结果表明：（1）氮添加显著降低0-10 cm土壤酸碱度及土壤微生物量碳含量,N32相比N0分别下降了27.63%和58.40%（P<0.05）;各土层总有机碳和全氮含量对氮添加处理无显著响应,0-10 cm土层显著高于20-40 cm土层。（2）同一土层深度不同梯度氮添加处理显著增加土壤无机氮离子含量（P<0.05）,0-10 cm土层铵态氮含量N32相比N0增加了88.72%,20-40 cm土层硝态氮含量N32相比N0增加了19.55倍,土壤深度与氮添加对无机氮离子含量影响具有显著的交互效应。（3）同一土壤深度不同梯度氮添加处理土壤粒度分形维数及土壤团聚体差异不显著,相关分析表明土壤碳氮元素含量与土壤结构显著相关。土壤碳氮组分在适宜浓度氮添加的增加趋势说明氮添加在一定程度上可能促进土壤理化性质的改良,氮添加对土壤物理结构的影响还需要进一步的深入研究。     

湿地土壤微生物功能多样性及碳氮组分对长期氮输入的响应

氮输入对湿地生态系统碳氮循环具有重要影响,研究湿地土壤微生物功能多样性及碳氮组分对氮输入的响应,对于明确湿地土壤碳氮循环微生物驱动机制具有重要意义。依托长期野外氮输入模拟试验,利用Biolog-ECO微平板技术,分析不同浓度氮输入:N1(6 g N m^-2 a^-1)、N2(12 g N m^-2 a^-1)和N3(24 g N m^-2 a^-1)对湿地土壤表层(0-15 cm)和亚表层(15-30 cm)微生物碳源代谢活性、功能多样性和碳氮组分的影响。结果表明:N2处理显著提高了亚表层土壤微生物碳源代谢活性和McIntosh指数,N3处理显著降低了表层土壤微生物Shannon指数和Shannon-evenness指数。随氮输入浓度增加湿地表层土壤微生物对糖类的利用率显著降低,N3处理表层土壤微生物对胺类的利用率以及亚表层土壤微生物对醇类的利用率显著提高。N1处理显著提高了湿地表层土壤全氮和微生物量碳含量;N2、N3处理显著提高了土壤铵态氮、硝态氮含量;N3处理显著降低了土壤pH值。湿地土壤pH、总碳、溶解性有机碳含量是影响微生物碳源代谢活性和功能多样性的重要因素,土壤溶解性有机碳、铵态氮、全氮含量、含水率是影响微生物碳源利用变化的主要因子。     

氮添加对樟子松人工林氮转化及相关功能基因丰度的影响

土壤氮(N)的有效性是影响土壤微生物群落结构以及土壤氮循环的重要因子。为探索N添加对樟子松人工林氮素转化及N功能基因(NFGs)表达的影响及其作用机制,该文以塞罕坝千层板林场的樟子松人工林为研究对象,进行了2年的氮添加处理,设置4个不同氮添加水平0、1、5、10 g N·m^-2·a^-1,分别记作N0、N1、N5、N10,采用功能基因微阵GeoChip 5.0系统及室内土壤培养法,探讨了土壤NFGs对氮添加的反应及其对氮转化过程的影响。结果表明:(1)与N0相比,中低N添加处理(N1、N5)促进了氨化(ureC、nirA、nrfA)、硝化(amoA)和反硝化(norB)相关基因的相对丰度,高N处理(N10)则抑制了所有NFGs的表达。(2)相关分析表明,N1、N5的促进作用与土壤有机碳(SOC)、硝态氮(NO₃^--N)和微生物生物量碳(MBC)显著相关,N10处理显著降低了所有氮转化过程NFGs的相对丰度,这种负面影响与溶解性有机碳(DOC)、MBC含量的减少有关。(3)与氮转化基因丰度规律趋势相似,N1和N5处理显著增加了净N硝化、净N矿化以及N₂O的排放速率,但N10促进作用不明显,表明氮添加对氮转化的促进作用存在阈值。(4)多元回归分析进一步表明,amoA-AOB和MBC是影响净N硝化的关键因素,ureC、nirK和MBC是影响净氮矿化的关键因素,narG、nirS是影响N₂O排放的关键因素。综上,N添加可提高促进樟子松人工林的氮转化及提高部分特定酶功能基因的相对丰度,但氮添加水平存在阈值,当施用10 g N·m^-2·a^-1时,氮转化受到抑制,添加5 g N·m^-2·a^-1是促进樟子松人工林土壤N转化的较佳水平。     

不同氮素添加量对大兴安岭冻土区泥炭地植物细根形态的影响模拟研究

为探讨氮素营养环境变化对冻土区泥炭地植物细根形态的影响,在大兴安岭泥炭地开展了不同浓度氮素添加模拟试验,添加量分别为0 g N m^-2 a^-1（CK）、6 g N m^-2 a^-1（N1）、12 g N m^-2 a^-1（N2）和24 g N m^-2 a^-1（N3）。在2020年8月和9月,利用微根管技术观测泥炭地不同深度（0-20 cm、20-40 cm）土壤中的植物细根形态,应用WinRHIZO图像分析软件分析根系特征。结果表明,在表层土壤（0-20 cm）中植物细根的总根长、总表面积、总体积和根长密度随施氮量增加而增加,其中8月份N3处理下细根总根长、总表面积、总体积和根长密度显著高于其他处理（P< 0.05）,N2处理下细根总表面积、总体积显著高于对照组和N1处理;9月份N3处理下细根总根长和根长密度显著高于对照组,总表面积和总体积显著高于对照组和N1处理。说明高浓度氮素添加在一定程度上缓解了植物氮素限制,能够显著促进表层土壤（0-20 cm）中植物细根的生长,但对亚表层土壤（20-40 cm）中细根的影响幅度小于表层土壤。     

氮添加对马尾松人工林土壤团聚体氮矿化及土壤酶活性的影响

土壤氮库是生态系统氮素重要的源和汇。以三峡库区马尾松（Pinus massoniana）人工林为研究对象,从团聚体视角出发分析土壤养分和酶活性对氮添加的响应规律,以及相应的变化对氮矿化的影响,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下土壤氮动态提供参考。设置4种量的氮添加处理（N₀：0 kg N hm^-2 a^-1;N₃₀：30 kg N hm^-2 a^-1;N₆₀：60 kg N hm^-2 a^-1;N₉₀：90 kg N hm^-2 a^-1）,将土壤按粒径分为>2000 μm （大团聚体）、250-2000 μm （小团聚体）和<250 μm （微团聚体）3个组分的团聚体,观察团聚体氮矿化特征。结果表明：（1）与对照相比,N₃₀和N₆₀处理提高了有机质（SOM）含量,但土壤SOM和全氮（TN）含量在N₉₀下开始出现下降;氮添加降低了土壤速效磷（aP）含量,在小团聚体中表现最为显著。除微团聚体中的POD和NAG以外,其余3种酶的活性均在N₃₀和N₆₀处理之下被提高。（2）土壤平均净硝化速率整体高于土壤平均净氨化速率;大团聚体和小团聚体中净氨化速率在氮添加处理后显著降低,大团聚体净硝化速率低于其他两个粒径;土壤净氮转化速率在N₉₀处理下最高。（3）土壤养分和无机氮含量与土壤酸性磷酸酶（AP）、N-乙酰-β-D-葡糖苷酶（NAG）、过氧化物酶（POD）、硝酸还原酶（NR）和脲酶（UE）的活性呈显著相关,酶活性变化是多因子综合作用的结果;RDA分析显示,UE与土壤净氨化速率存在显著正相关,NAG和POD是与净氮转化速率分别存在显著正相关和显著负相关的关键土壤酶。综上所述,硝化作用是土壤净氮转化的主要贡献者,微团聚体在土壤氮矿化中发挥主要作用,NAG和POD是改变土壤净氮转化的主要生物酶。此外,氮添加会引起土壤氮素的流失,引起土壤的磷限制,并对土壤养分循环产生显著影响。     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中，无机氮的垂直移动速率较快，因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响，且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大，因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明，"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1，处于中国最高水平，该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景，研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应，从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验，分别设置对照（CK，+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN，+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN，+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样，测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异；（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用，其中中层土壤抑制作用最为强烈，净氮矿化速率主要受硝化过程的影响；（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低，模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用，对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性，深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

氮添加对乐山大佛裸露岩石与地衣覆盖岩石表面细菌群落结构的影响

大气氮沉降可能通过直接和间接途径影响石质文物风化过程,但相关研究明显不足。因此,以乐山大佛周围相似的裸岩和地衣覆盖的岩石为研究对象,对比研究了不同浓度（N0：0 kg hm^-2 a^-1;N1：9 kg hm^-2 a^-1;N2：18 kg hm^-2 a^-1;N3：36 kg hm^-2 a^-1;N4：72 kg hm^-2 a^-1）的氮添加试验对乐山大佛裸露岩石与地衣覆盖岩石表面细菌群落结构的影响,探讨大气氮沉降对乐山大佛岩石风化的潜在影响。结果表明：（1）裸岩和地衣覆盖岩石表面细菌群落α-多样性对氮沉降的响应不同。氮添加处理对裸岩表面细菌α-多样性指数（Sobs、Shannon指数）影响不显著,但在不同程度影响到地衣覆盖岩石表面的细菌多样性。其中,N4处理显著降低了细菌α-多样性指数（Sobs、Shannon指数）,N2和N3处理也显著降低了细菌Sobs指数;（2）主坐标PCoA分析结果证实,不同氮添加处理间的裸岩和地衣覆盖岩石表面的细菌群落物种组成均发生变化。与对照相比,低氮处理（N1-N3）显著改变了裸露岩石表面细菌群落组成,且高氮（N4）处理与低氮处理对细菌群落组成的影响不同（R=0.464;P=0.002）;在地衣覆盖的岩石表面,细菌群落在不同氮添加（N0-N4）处理下均发生了明显变化（R=0.822;P=0.001）;（3）变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸菌门（Acidobacteria）、WPS-2、Patescibacteria和浮霉菌门（Planctomycetes）均是裸岩与地衣覆盖岩石表面在门水平上的优势菌群,但它们在裸岩与地衣覆盖岩石表面随氮添加后的动态并不一致;（4）线性判别和效应量分析分别发现了裸岩和地衣覆盖岩石表面7个和21个在氮添加后的细菌指示类群。由此可见,未来大气氮沉降会对乐山大佛佛体表面细菌群落产生显著影响,地衣覆盖岩石较裸岩表面的细菌群落对未来大气氮沉降更为敏感。研究为未来气候变化条件下的乐山大佛保护提供了数据支持,也为大气氮沉降对亚热带地区红砂岩的原生演替过程研究积累了基础资料。     

氮负荷增强对闽江河口芦苇残体分解及其养分释放的影响

选择闽江河口鳝鱼滩西北部的纯芦苇湿地为研究对象，基于野外氮负荷增强分解试验，探讨了氮负荷增强对芦苇残体分解及其养分释放的影响。试验设置了4个氮负荷水平，即NL0（无氮负荷处理，0 g N m^-2 a^-1）、NL1（低氮负荷处理，12.5 g N m^-2 a^-1）、NL2（中氮负荷处理，25.0 g N m^-2 a^-1）和NL3（高氮负荷处理，75.0 g N m^-2 a^-1）。结果表明，不同氮负荷处理下残体的分解速率整体表现为NL2（0.00284 d^-1）>NL1（0.00263 d^-1）>NL0（0.00257 d^-1）>NL3（0.00250 d^-1），低氮和中氮负荷总体促进了残体分解，而高氮负荷抑制了残体分解，原因主要与不同处理下残体分解过程中基质质量及pH的明显改变有关。不同氮负荷处理下，残体中的全碳（TC）含量在分解期间均呈不同波动变化特征；全氮（TN）和全磷（TP）含量均在分解初期（0-30 d）骤然降低，之后则呈不同波动变化，其中TN含量呈波动上升变化，而TP含量呈小幅波动变化。残留率是影响不同氮负荷处理下残体分解期间碳（C）、氮（N）和磷（P）净释放的共性因素，而氮负荷增强导致的残体基质质量（C/N、C/P、N/P）和主要环境因子（pH、电导率（EC））改变影响了其释放强度。研究发现，在氮负荷增强背景下残体养分的累积与释放发生了明显改变，闽江河口氮负荷水平的增加整体将抑制芦苇残体中C、N养分的释放，但其在分解中后期（90-240 d）可能对P养分释放具有较为明显的促进作用。     

氮添加和凋落物去除对黔中喀斯特地区柳杉人工林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的主要碳源,日益增加的大气氮沉降通过改变森林凋落物的输入与分解影响土壤呼吸。为揭示氮沉降及凋落物管理对森林土壤呼吸及其组分的影响,以贵州省国有扎佐林场15年生柳杉人工林为研究对象,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 gN m^-2 a^-1)、低氮(LN,15 gN m^-2 a^-1)、中氮(MN,30 gN m^-2 a^-1)和高氮(HN,60 gN m^-2 a^-1),并在每种氮添加处理下设置去除凋落物和保留凋落物两种处理,于2021年3月-2022年2月利用LI-8100测定土壤呼吸速率,并分析氮添加及凋落物处理对土壤呼吸速率影响,确定影响土壤呼吸速率变化的主要因子。结果表明:氮添加和去除凋落物处理没有改变土壤呼吸速率的时间变化,土壤呼吸速率月均最大值出现在7月,月均最小值出现在2月。氮添加对土壤呼吸速率无显著影响(P > 0.05),除CK外,去除凋落物处理会显著降低土壤呼吸速率(P < 0.05)。凋落物对土壤总呼吸速率的贡献率为8.6%-28.5%,且LN处理下凋落物对土壤呼吸速率的贡献率最大。土壤呼吸速率与5 m土壤温度呈显著指数相关(P < 0.01),与5 cm土壤湿度呈显著负线性相关(P < 0.01)。土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的58.5%-79.5%,土壤湿度解释了土壤呼吸速率变异的26.4%-39.5%,以土壤温度和湿度构建的双变量模型拟合效果均好于单因子模型,土壤温湿度共同解释土壤呼吸速率变异的59.1%-85.8%。结论表明在大气氮沉降增加的背景下,温度是影响土壤呼吸的主要因素,凋落物管理是调控土壤呼吸的关键过程。     

滇中亚高山地带性植被凋落物分解对模拟氮沉降的响应

模拟氮（N）沉降对凋落物分解特征的影响对研究森林生态系统物质循环响应大气N沉降的内在机理和应对N沉降全球化具有重要意义。从2018年2月至2019年1月，对滇中亚高山常绿阔叶林（Evergreen broad-leaf forest）和高山栎林（Quercus semecarpifolia forest）两种地带性植被进行模拟N沉降试验，利用尼龙网袋法对两种林型凋落叶和凋落枝进行原位分解试验，N沉降处理水平分别为对照CK（Control check，0 g N m^-2 a^-1）、低氮LN（Low nitrogen，5 g N m^-2 a^-1）、中氮MN（Medium nitrogen，15 g N m^-2 a^-1）和高氮HN（High nitrogen，30 g N m^-2 a^-1）。结果表明：常绿阔叶林凋落叶和凋落枝分解率分别为44.84%和21.96%，均高于高山栎林的35.97%（凋落叶）和17.51%（凋落枝）；N沉降处理使得常绿阔叶林和高山栎林的凋落叶和凋落枝质量损失95%的时间在对照（CK）的基础上均有一定程度的增加，其中以HN处理下最为显著；经过1年的分解，两种林型凋落叶、枝纤维素和木质素降解均受到N沉降的抑制作用；两种林型中凋落物质量残留率、纤维素和木质素残留率三者间呈极显著正相关。针对滇中亚高山区域范围内的两种地带性植被，凋落物分解对N沉降的响应方向主要取决于凋落物基质质量，其中尤以纤维素和木质素为重要影响因素。     

Field observations on nitrogen catch crops. III. Transfer of nitrogen to the succeeding main crop

In temperate climates with a precipitation surplus during autumn and winter, nitrogen (N) catch crops can help to reduce nitrogen losses from cropping systems by absorbing nitrogen from the soil and transfer it to a following main crop. In two field experiments the catch crop species winter rye (Secale cereale) and forage rape (Brassica napus ssp. oleifera (Metzg.) Sinsk) or oil radish (Raphanus sativus spp. oleiferus (DC.) Metzg.) were planted end of August and 3 weeks later with a non-limiting supply of N and zero-N controls. In the next spring catch crops were incorporated into the soil. In Expt 1, N transfer was measured as (i) the N uptake of a potato test crop, grown with zero and 12.5 g m^–2 N applied, and (ii) the increase in soil mineral N (0–30 cm) in uncropped soil covered with polythene film. In Expt 2, N transfer was measured as the increase in soil mineral N in covered cylinders placed in uncropped soil (in situ incubation). Subsidiary laboratory incubations were performed in Expt 2. In Expt 1, the apparent recovery in potato of fertilizer N (R _f) was 0.56. The recovery in potato of N mineralized from 'native' N pools other than catch crop material (R _n) ranged from 0.43 to 0.51, depending on the value assumed for the depth of N extraction by potato roots. The average recovery in potato of incorporated catch crop N (R _c) was 0.34. Expressed as `fertilizer N replacement factor' (F _r) the latter was 0.61 (i.e. 1 kg of N in catch crop material counts for 0.61 kg fertilizer N). Under the film in Expt 1 the fraction net mineralization of incorporated catch crop N (M _n) was 0.36 on August 11 and 0.43 on October 18. In Expt 2, the average value of M _n was 0.31, which was lower than in Expt 1 and probably associated with the drier soil in Expt 2. In the laboratory incubations (20°C) M _n showed values up to 0.54 after 84 days with the largest rates of change in mineralization occuring early after the start of the incubation. In conjunction with literature data it is concluded that cultivation of nitrogen catch crops shows promise as a means to reduce N input and N losses in temperate climates with wet winters.     

Formation of unidentified nitrogen in plants: an implication for a novel nitrogen metabolism

Plants take up inorganic nitrogen and store it unchanged or convert it to organic forms. The nitrogen in such organic compounds is stoichiometrically recoverable by the Kjeldahl method. The sum of inorganic nitrogen and Kjeldahl nitrogen has long been known to equal the total nitrogen in plants. However, in our attempt to study the mechanism of nitrogen dioxide (NO₂) metabolism, we unexpectedly discovered that about one-third of the total nitrogen derived from ¹⁵N-labeled NO₂ taken up by Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. plants was converted to neither inorganic nor Kjeldahl nitrogen, but instead to an as yet unknown nitrogen compound(s). We here refer to this nitrogen as unidentified nitrogen (UN). The generality of the formation of UN across species, nitrogen sources and cultivation environments for plants has been shown as follows. Firstly, all of the other 11 plant species studied were found to form the UN in response to fumigation with ¹⁵NO₂. Secondly, tobacco (Nicotiana tabacum L.) plants fed with ¹⁵N-nitrate appeared to form the UN. And lastly, the leaves of naturally fed vegetables, grass and roadside trees were found to possess the UN. In addition, the UN appeared to comprise a substantial proportion of total nitrogen in these plant species. Collectively, all of our present findings imply that there is a novel nitrogen mechanism for the formation of UN in plants. Based on the analyses of the exhaust gas and residue fractions of the Kjeldahl digestion of a plant sample containing the UN, probable candidates for compounds that bear the UN were deduced to be those containing the heat-labile nitrogen–oxygen functions and those recalcitrant to Kjeldahl digestion, including organic nitro and nitroso compounds. We propose UN-bearing compounds may provide a chemical basis for the mechanism of the reactive nitrogen species (RNS), and thus that cross-talk may occur between UN and RNS metabolisms in plants. A mechanism for the formation of UN-bearing compounds, in which RNS are involved as intermediates, is proposed. The important broad impact of this novel nitrogen metabolism, not only on the general physiology of plants, but also on plant substances as human and animal food, and on plants as an integral part of the global environment, is discussed.Abbreviations NO Nitric oxide - NO₂ Nitrogen dioxide - RNS Reactive nitrogen species - UN Unidentified nitrogen - TNNAT, RNNAT, INNAT and UNNAT Total, Kjeldahl, inorganic and unidentified nitrogen in naturally fed plants, respectively - TNNIT, RNNIT, INNIT and UNNIT Total, Kjeldahl, inorganic and unidentified nitrogen derived from nitrate, respectively - TNNO2, RNNO2, INNO2 and UNNO2 Total, Kjeldahl, inorganic and unidentified nitrogen derived from NO₂, respectively     

固氮蓝细菌束毛藻生物固氮策略研究进展

固氮蓝细菌束毛藻(Tricodesmium)是海洋中丰度最高的固氮微生物,贡献了约42%的海洋生物固氮,为海洋生态系统提供了新的氮源,驱动海洋初级生产力和食物网,在海洋生物地球化学循环中发挥重要作用。作为海洋中“新氮”主要贡献者,束毛藻是一种不产生异形胞的丝状固氮蓝细菌。因为生物固氮的关键酶固氮酶对氧气十分敏感,一般固氮蓝细菌通常产生异形胞或采用夜间固氮的方式进行生物固氮,避免氧气对固氮酶的抑制作用。近年来研究发现,束毛藻具有一套独特的生物固氮体系,能够使同一藻丝在白天同时完成光合作用和生物固氮,并具有复杂的调控机制。本文综述了近年来束毛藻生物固氮策略的最新研究进展,介绍了其生物固氮和光合作用之间的精密调控机制,对拓展固氮微生物尤其是海洋蓝细菌固氮机制的认识具有借鉴意义。     

氮肥处理对氮素高效吸收水稻根系性状及氮肥利用率的影响

2011—2012年在土培条件下,以氮素吸收效率差异较大的15个常规籼稻为供试材料,研究氮肥运筹对不同氮效率品种根系性状、成熟期吸氮量及氮肥利用率的影响,分析影响氮高效水稻氮素吸收的主要根系性状。结果表明:(1)各氮肥处理下,成熟期吸氮量均表现为氮高效品种氮中效品种氮低效品种。适量增施氮肥及基肥+促花肥处理有利于氮高效品种吸氮量的增加,氮素吸收受品种、氮肥处理的显著影响。(2)在施氮量处理下,氮高效品种单株不定根数、单株根干重、单株不定根总长大或较大,单株根活力在常氮(N2)、高氮(N3)处理下有一定的优势;在施氮时期处理下,氮高效品种单株不定根数、单株不定根总长、单株根干重、单株根系总吸收面积、单株根系活跃吸收面积、抽穗期冠根比多数处理有优势;增施氮肥有利于促进氮高效品种单株不定根总长和单株根活力的提高,适量施氮有利于单株不定根数、单株根干重增加,前期施氮可促进不定根的发生和伸长,后期施氮有利于不定根的充实和根系生理性状的提高。此外,增施氮肥可提高各类品种冠根比;(3)在常氮、高氮处理下,氮高效品种氮肥利用率大于氮中效、氮低效品种。(4)提高单株不定根数、单株不定根总长、单株根活力及抽穗期冠根比有利于各类品种吸氮量的提高,增加根干重对氮高效品种吸氮量的提高也有显著的促进作用。结合相关分析与通径分析结果,抽穗期冠根比及单株不定根数、单株根活力、单株不定根总长、单株根干重是影响氮高效品种吸氮能力的主要根系性状。     

生物炭添加对不同水氮条件下芦苇生长和氮素吸收的影响

生物炭能改良土壤从而促进植物生长和氮素吸收，但其作用效果是否受水氮条件的影响尚不清楚。以湿地植物芦苇为研究对象，在3种氮添加水平（无添加，30 kg hm^-2 a^-1和60 kg hm^-2 a^-1）和两种水分（淹水和非淹水）条件下分别进行生物炭添加和不添加处理，结果表明：（1）生物炭添加能促进芦苇根系生长，在非淹水条件下根系生物量增加了40.5%，在淹水条件下根系生物量增加了20.1%。（2）生物炭添加能促进非淹水条件下芦苇的氮素吸收，能提高淹水条件下芦苇的氮素生产力。（3）生物炭添加加剧了土壤氮素损失，且在非淹水高氮条件下作用最强，可能是由于生物炭促进了芦苇的氮素吸收。芦苇氮素吸收速率与土壤氮损失之间存在显著的正相关关系。因此，在添加生物炭时，需要考虑土壤水分状况和氮素富集程度以及植物的氮素吸收偏好。该研究结果可为生物炭在湿地生态系统中的应用提供参考。     

Influence of the nitrogen level on root growth and morphology of two potato varieties differing in nitrogen acquisition

Two potato (Solanum tuberosum L.) cultivars (Astrid and Bodenkraft) differing in their nitrogen acquisition from the soil (Hunnius, 1981) were used in nutrient solutions to study the effect of increasing concentrations of nitrate (0.05; 0.5; 5.0 mol m^-3) particularly on root growth and morphology. In each variety increasing nitrogen concentrations stimulated shoot growth more than root growth. At all nitrate concentrations, the variety with higher nitrogen acquisition (Astrid) had a significantly larger root system. The larger root system of Astrid compared to Bodenkraft was particularly evident when surface area and total length of the roots, instead of root dry weight were used as parameters. The results stress the importance of root length and surface area for nitrogen acquisition from soils.     

氮素水平对茶树叶片氮代谢关键酶活性及非结构性碳水化合物的影响

以福鼎大白茶(FD)、保靖黄金茶1号(HJ1)、白毫早(BHZ)为材料,设置不施氮N_0(0 g)、低氮N1(11 g)、中氮N_2(22 g)和高氮N_3(33 g)4个氮素水平的盆栽实验,研究了铵态氮对3个品种茶树的根系活力、氮代谢关键酶及非结构性碳水化合物(NSC)的影响。结果表明:随着施氮水平的提高,N_2、N_3处理的茶树根系活力较对照N0显著增加(P0.05),但二者间无显著差异;叶片谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性总体呈上升趋势;与对照比较,茶树叶片全氮和可溶性蛋白含量增加,其中HJ1在N_2和N_3处理后显著增加(P0.05);在3个茶树品种中,非结构性碳水化合物中可溶性总糖含量均呈上升趋势,淀粉含量具有品种特异性,施氮处理后3个茶树品种氮代谢关键酶活性及NSC含量变化存在差异,以HJ1的氮同化关键酶GS、GOGAT酶活性较高、根系活力较强,氮代谢产物显著增加,表明其具有较高的氮同化速率。施氮后HJ1的总NSC的含量及碳氮比的变化幅度较另外2个品种小,能够更好的保持碳氮平衡,游离氨基酸含量增幅较高,品质更优。因此,通过茶树氮代谢关键酶活性及非结构性化合物的研究能为茶树品种的品质评价以及提高茶树的品质和氮素利用效率提供依据。     

大兴安岭北部天然针叶林土壤氮矿化特征

采用顶盖埋管法对大兴安岭地区天然针叶林(樟子松林、樟子松-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林)土壤铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、净氮矿化速率进行研究,并探索土壤理化性质与氮矿化之间的相关性,为大兴安岭地区森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供帮助。结果表明:观测期内(5—10月)3种林型土壤无机氮变化范围为31.51—70.42 mg/kg,以NH~+_4-N形式存在为主,占比达90%以上,且与纯林相比混交林土壤无机氮含量较高。3种林型土壤净氮矿化、净氨化、净硝化速率月变化趋势呈V型,7、8月表现为负值,其他月份为正值。净氮矿化速率变化范围樟子松林为-0.54—1.28 mg kg~(-1) d~(-1)、樟子松-兴安落叶松混交林为-0.13—0.55 mg kg~(-1) d~(-1)、兴安落叶松林为-0.80—1.05 mg kg~(-1) d~(-1)。土壤净氨化过程在土壤氮矿化中占主要地位,占比达60%以上。3种林型土壤净氮矿化、净氨化及净硝化速率垂直差异显著,0—10 cm土层矿化作用明显高于10—20 cm土层(P0.05)。土壤氮矿化速率与土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤C/N、枯落物全氮含量和枯落物C/N均存在显著相关性。不同类型的森林土壤及枯落物的质量也存在差异,进而影响土壤氮矿化特征。     

Genotypic variability for physiological efficiency index of nitrogen in oats

One of the methods for measuring the efficiency of N utilization by plants is the index of physiological efficiency of absorbed N (PEN) which for cereals is defined as the ratio of grain produced to the total N absorbed by the above-ground plant parts (grain and straw) at maturity. This index indicates how this absorbed N is used by the plant to produce grain. The objective of this work was to study the genotypic variability of PEN in oats (Avena sativa L.) and to what extent grain yield is related to PEN. Seven selected oat genotypes were studied under greenhouse conditions with 5 levels of added N including control (no additional N). At maturity the grain and straw were harvested separately and analyzed for total N. The results show that there was a highly significant variation among genotypes in both yield per pot and PEN. Grain yield was positively and significantly related to PEN (r=0.95^xx). The total N absorbed by plants was much less correlated with grain yield than PEN. The results suggest that PEN may be used in a plant breeding program to detect the potentially high yielding oat genotypes and to evaluate those capable of exploiting N input most efficiently.     

Assimilation of ethylenediamine as nitrogen source by the cyanobiont Nostoc ANTH

Nostoc ANTH metabolizes ethylenediamine (EDA) as sole nitrogen source but not as a carbon source. EDA is assimilated by the glutamine synthetase-glutamate synthase pathway. EDA represses heterocyst formation and nitrogenase activity but this is reversed by l-methionine-dl-sulphoximine.The authors are with the Department of Microbiology, Barkatullah University, Bhopal 462 026, India