15N示踪控释氮肥的氮肥利用率及去向研究

选用¹⁵N同位素标记的新型回收塑料包膜控释肥和大颗粒尿素,采用池栽试验研究夏玉米-冬小麦轮作体系中肥料氮的去向及利用率。结果表明,整个轮作体系中,控释肥处理（PCU）作物吸收的肥料氮为241.03 kg/hm,高于尿素处理（Urea)的211.02 kg/hm。控释肥处理施用的肥料氮主要残留在0~40 cm土层,而尿素处理则残留在0~60 cm土层,控释肥延缓了肥料氮向土壤深层迁移的趋势。在夏玉米和冬小麦轮作体系中,控释肥处理的氮肥利用率（32.86%,32.47%）高于尿素处理（28.23%,30.16%）。在冬小麦季,控释肥处理损失率相比尿素处理从36.07% 降至28.75%,而夏玉米季,控释肥处理损失率相比尿素处理从37.17%降至29.50%。玉米季控释肥处理与尿素处理差异不显著,但在冬小麦季控释肥处理的产量显著高于尿素处理。因此,在玉米和小麦整个生长季,新型回收塑料包膜控释肥的养分释放与作物养分需求吻合,既提高氮肥利用率,也降低了肥料氮的损失。     

褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis摄食小球藻Chlorella sp.的碳同化与碳排放

浮游动物在食物链能量流动与物质循环中发挥着重要作用,能将摄入的浮游植物转化为不同形态的碳,在海洋碳循环中发挥重要作用。应用¹⁴C标记示踪方法,定量分析海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis摄入碳的碳同化与碳排放。喂食不同密度小球藻Chlorella sp.（1×10⁵个/mL、5×10⁵个/mL、1×10⁶个/mL）后,褶皱臂尾轮虫对小球藻碳的同化率（AE）为34%-51%,呈现随饵料密度增加而减小的趋势;未被轮虫同化的碳,主要以溶解有机碳（DOC）的形态排放到水体中,DOC占碳排放的比例为37%-51%,随着饵料密度增加而增加;二氧化碳（CO₂）的比例为15%-40%,随着饵料密度增加而减小;颗粒有机碳（POC）占碳排放的比例较少,为23%-34%,随着饵料密度的增加而增加。此外,分析褶皱臂尾轮虫排放DOC的粒径组成,发现低分子量有机碳（LMW,< 3 kDa）的量大于胶体有机碳（COC,3 kDa-0.22 μm）的量,COC占DOC比例为33%-43%;LMW占DOC比例为57%-67%。本研究结果表明,浮游动物可把相当部分食物中的碳转化为DOC,排放到水体中为细菌所利用,在海洋碳循环中发挥重要作用。     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮的动态

以洞庭湖区2个典型水稻土(红黄泥和紫潮泥)为对象,研究了25 ℃、淹水培养条件下稻草-硫铵配施和单施硫铵处理土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)和可溶性有机碳、氮(SDOC、SDON)的动态变化.结果表明,SMBC、SMBN和SDOC、SDON在培养前期达到峰值,之后降低,并趋于稳定.添加底物后,2种土壤不同处理土壤微生物生物量碳与有机碳(SMBC/TC)和土壤微生物生物量氮与全氮(SMBN/TN)的平均值都在2%～3%之间变化;可溶性碳与全碳(SDOC/TC)的平均值为1%左右,可溶性氮与全氮(SDON/TN)平均值为5%～6%.2种土壤中SMBC峰值单施硫铵处理最大,但与稻草-硫铵配施处理差异均不显著;SMBN、SDOC和SDON峰值稻草-硫铵配施最大.稻草-硫铵配施与单施硫铵处理中,低肥力红黄泥的SMBN、SDOC和SDON峰值差异显著;而高肥力紫潮泥SMBN和SDOC峰值差异不显著.前7 d,SMBC/SMBN＜10;14 d后,同一时刻单施硫铵处理SMBC/SMBN＞稻草-硫铵配施.不同处理的SDOC/SDON 3 d时最大,28 d时最小.     

有机无机肥分次配施对嘎啦苹果生长、15N-尿素吸收利用及损失的影响

以15年生嘎啦苹果/平邑甜茶为试材,采用¹⁵N同位素示踪技术,研究有机无机肥分次配施对嘎啦苹果/平邑甜茶生长、¹⁵N-尿素吸收利用及损失的影响.结果表明: 与不施有机肥相比,有机无机肥配施显著提高了植株根冠比、叶绿素含量、单株叶片总氮量和单果质量,且有机无机肥分次配施的效果要优于有机无机肥一次性配施.有机无机肥配施提高了各器官对氮的吸收征调能力(Ndff值),其中有机无机肥分次配施的效果更显著;而不同施肥处理各器官的Ndff值均表现为果实最高,其次是叶片、一年生枝、细根、粗根和多年生枝,中心干最低.有机无机肥分次配施植株总氮量和¹⁵N肥料利用率分别为395.39 g和28.4%,显著高于有机无机肥一次性配施处理(342.77 g和21.1%)和不施有机肥处理(296.41 g和14.6%),而¹⁵N损失率为51.3%,显著低于有机无机肥一次性配施处理(57.5%)和不施有机肥处理(60.6%).     

有机无机肥分次配施对嘎啦苹果生长、15N-尿素吸收利用及损失的影响

以15年生嘎啦苹果/平邑甜茶为试材,采用¹⁵N同位素示踪技术,研究有机无机肥分次配施对嘎啦苹果/平邑甜茶生长、¹⁵N-尿素吸收利用及损失的影响.结果表明: 与不施有机肥相比,有机无机肥配施显著提高了植株根冠比、叶绿素含量、单株叶片总氮量和单果质量,且有机无机肥分次配施的效果要优于有机无机肥一次性配施.有机无机肥配施提高了各器官对氮的吸收征调能力(Ndff值),其中有机无机肥分次配施的效果更显著;而不同施肥处理各器官的Ndff值均表现为果实最高,其次是叶片、一年生枝、细根、粗根和多年生枝,中心干最低.有机无机肥分次配施植株总氮量和¹⁵N肥料利用率分别为395.39 g和28.4%,显著高于有机无机肥一次性配施处理(342.77 g和21.1%)和不施有机肥处理(296.41 g和14.6%),而¹⁵N损失率为51.3%,显著低于有机无机肥一次性配施处理(57.5%)和不施有机肥处理(60.6%).     

长期施用有机物料下黑土氮素有效性及其与作物产量的关系

利用长期定位施肥试验,于2011年采样研究长期施用不同有机物料(秸秆、有机肥)对东北黑土氮素有效性的影响,并分析氮供应与作物生物量及产量的关系.结果表明:化肥配施有机肥、化肥配施低量秸秆均可显著提高黑土农田土壤无机氮和硝态氮含量,进而提高作物产量;尽管化肥配施高量秸秆提高了土壤氮矿化速率,但可能由于硝态氮淋溶或者其他形式的氮素损失或转化,与化肥配施低量秸秆处理相比,化肥配施高量秸秆下土壤无机氮量并没有增加.可见,适量施用有机物料对提高土壤氮素有效性、提高作物产量及保护环境具有重要意义.     

控释肥及其与尿素配合施用对水稻生长期N_2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱法研究相同施氮量条件下,施用尿素、控释肥及尿素与控释肥配施(尿素与控释肥以3:7配合施用)对稻田N2O排放的影响.结果表明:与单施尿素处理相比,配施处理和控释肥处理水稻生长期N2O排放量分别减少40.4%和59.6%(P<0.05),其中烤田期分别减少65.1%和83.9%;与配施处理相比,施用控释肥处理N2O排放量略微减少(P>0.05),其中烤田期减少53.9%.施用控释肥可增加水稻产量,与尿素处理相比,施用控释肥和配施处理水稻产量分别增加7.8%和9.8%(P>0.05).施用控释肥使土壤无机氮峰值出现时间延后,烤田期N2O排放减少.水稻生长期N2O排放通量与土壤氧化还原电位(Eh)和土壤温度均无明显相关性(P>0.05).     

夏季台湾海峡南部海域上层水体的生物固氮作用

2011年6-7月,利用¹⁵N₂示踪法实测了台湾海峡南部海域的生物固氮速率,结合温度、盐度、天然颗粒物氮同位素组成的分布,分析并讨论了影响研究海域生物固氮速率的环境因素。结果表明,夏季台湾海峡南部海域的生物固氮速率介于 168-1080 nmol m^-3 d^-1之间,平均为537 nmol m^-3 d^-1,较高的生物固氮速率大多出现在次表层水体中。研究站位的积分固氮速率变化范围为11-40 μmol m^-2 d^-1,平均为23 μmol m^-2 d^-1。积分固氮速率的空间变化与不同水团的影响有关,在受黑潮水影响的海域,生物固氮速率较高,而在上升流和受河流冲淡水影响的海域,生物固氮速率较低,说明较低的水温及较高的无机氮营养盐可能会抑制研究海域的生物固氮作用。研究海域天然颗粒物δ¹⁵N与生物固氮速率之间呈现良好的负相关关系,表明天然颗粒物氮同位素组成可定性指征研究海域生物固氮作用的强弱。     

土壤动物与N素循环及对N沉降的响应

以主要的生态过程之一——N循环为对象,论述了土壤动物不仅对凋落物的分解有重要影响,而且在N素矿化和植物对N的吸收过程中也起着重要作用。同时,日益严重的全球变化问题之一——N沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统中的功能构成了极大的威胁。另还对土壤动物与N循环研究的方法、土壤动物在N循环过程中的作用机制、热带地区的需求及N沉降下土壤动物的响应作了探讨,并提出,开展大尺度的专类研究及长期定位研究成为下一步研究的需要。     

Ecological and site historical aspects of N dynamics and current N status in temperate forests

Ecological developments during Holocene age and high atmospheric depositions since industrialization have changed the N dynamics of temperate forest ecosystems. A number of different parameters are used to indicate whether the forests are N‐saturated or not, most common among them is the occurrence of nitrates in the seepage water below the rooting zone. The use of different definitions to describe N saturation implies that the N status of ecosystems is not always appropriately assessed. Data on N dynamics from 53 different German forests were used to classify various development states of forest ecosystems according to the forest ecosystem theory proposed by Ulrich for which N balances of input – (output plus plant N increment) were used. Those systems where N output equals N input minus plant N increment are described as (quasi‐) Steady State Type. Those forests where N output does not equal N input minus plant N increment as in a ‘transient state.’ Forests of the transient state may lose nitrogen from the soil (Degradation Type) or gain nitrogen [e.g., from atmospheric depositions (Accumulation Type)]. Forest ecosystems may occur in four different N states: (a) (quasi‐) Steady State Type with mull type humus, (b) Degradation Type with mull type humus, (c) Accumulation Type with moder type humus, and (d) (quasi‐) Steady State Type with moder type humus. Forests with the (quasi‐) steady state with mull type humus in the forest floor (n= 8) have high‐soil pH values, high N retention by plant increment, high N contents in the mineral soils, and have not undergone large changes in the N status. Forests of the Degradation Type lose nitrogen from the mineral soil (currently degradation is occurring on one site). Most forests that have moder or mor type humus and low‐soil pH values, and low N contents in the mineral soil have gone through the transient state of organic matter loss in the mineral soils. They accumulate organic matter in the forest floor (accumulation phase, currently 21 sites are accumulating 6–21 kg N ha^?1 yr^?1) or have reached a new (quasi‐) steady state with moder/mor type humus (n= 15). N retention in the accumulation phase has significantly increased in soil with N deposition (r²= 0.38), soil acidity (considering thickness of the forest floor as indices of soil acidity, r²= 0.43) and acid deposition (sulfate deposition, r²= 0.39). Retention of N (4–20 kg N ha^?1 yr^?1) by trees decreased and of soils increased with a decrease in the availability of base cations indicating the important role of trees for N retention in less acid soils and those of soils in more acid soils. Ecosystem theory could be successfully applied on the current data to understand the dynamics of N in temperate forest ecosystems.     

土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏研究Ⅰ.冬小麦

不同氮肥用量下对冬小麦生育期间土壤硝态氮时空变化特征及土壤氮素表观盈亏量的研究结果表明,氮肥用量不同,硝态氮分布特征有差异,并且随着冬小麦的生长,其变化也不同。在冬小麦快速生长阶段,作物吸收可在一定深度的土层出现硝态氮亏缺区。由于灌溉的影响,土壤表层硝态氮向深层淋洗严重,即使在低氮肥水平,土壤深层仍可观察到硝态氮含量升高现象,存在淋出2m土体的可能性。并且氮肥用量越高,土壤硝态氮含量越高,硝酸盐向深层淋洗也越严重,淋出2m土体的可能性和也相应增大;在冬小麦生长前期（播种－拔节）,即使在不施氮肥处理也有土壤氮素的表观盈余,随着施肥量的增加,在拔节－扬花也出现了土壤氮素表观盈余,而扬花后各个氮肥处理均出现土壤氮素的表观亏缺,氮肥用量越高,小麦一生中土壤表观氮盈余量越大,1m土体内平均最大盈余量达199.8kgN/hm^2。研究表明,土壤氮损失是盈余氮素的一个主要去向,而硝态氮淋洗是冬小麦生育期间土壤氮素损失的一个重要的途径。     

土壤微生物量氮含量、矿化特性及其供氮作用

论述了土壤中微生物体氮的含量及其影响因素,土壤微生物量氮的矿化特性及其与土壤矿化氮间的关系,土壤微生物量氮含量与土壤供氮指标间的关系等。提出研究不同生态系统中土壤微生物量氮的含量及其变化规律,不同耕作栽培措施对土壤微生物量氮含量的影响。土壤微生物量在土壤氮素保持和释放中的作用,土壤微生物量氮的转化率与其供氮量间的关系;土壤微生物量氮与作物氮素吸收间的关系等,是土壤微生物量氮方面应重点研究的问题。     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

三种纤毛虫对土壤微生物量和有效氮磷含量的影响

采用土壤培养方法研究了 3种纤毛虫对土壤微生物量及氮磷转化的影响 ,结果表明 ,向土壤接种肾形虫 ( Colopodia sp.)、尖毛虫 ( Oxytricna sp.)和澳毛虫 ( Australothrix sp.) ,特别是澳毛虫 ,显著地降低了土壤微生物碳。说明供试的原生动物与微生物之间存在消长关系。接种澳毛虫显著地降低了土壤有效磷含量 ,而肾形虫和尖毛虫对土壤有效磷含量影响很小 ,仅在培养后期显著地降低了土壤铵态氮含量 ,3种原生动物特别是澳毛虫 ,显著地降低了土壤氮矿化量和硝态氮含量 ,但提高了土壤铵态氮含量 ,说明 3种原生动物抑制了硝化作用 ,而增强了氨化作用。     

东北次生杨桦林土壤碳氮动态特征

土壤分级组分是研究其碳氮动态的基础,次生杨桦林作为东北地区主要的天然林类型,目前相关数据的欠缺状态要求对此进行深入研究。为此,采集0—10cm、10—20cm、20—30cm长白山次生杨桦林土壤,通过土壤颗粒组分物理化学分级方法,将土壤分成5种组分:沙和稳定团聚体土壤组分(SA)、酸不溶土壤组分(AI)、易氧化土壤组分(EO)、颗粒态土壤组分(P)和可溶性土壤组分(S),进而分析了不同组分的质量分数、碳氮含量、碳氮分配比例及红外光谱5类官能团相对含量,旨在探讨次生杨桦林土壤固碳、氮供应机制。结果显示,接近90%的土壤质量集中在稳定组分AI(66.21%)和SA(22.11%)上,导致稳定组分中碳截获量最大(占土壤总碳量的2/3),而且其C/N比活跃组分(P和EO)大2—9倍;与碳不同,由于活跃组分中N含量比稳定组分大4—80倍,致使活跃组分P和EO氮的分配比例最大,分别占土壤总氮的33.1%和26.0%;除了占土壤质量很少的P和S外,组分间以及组分内的碳氮间多具有显著相关关系。这种土壤碳、氮在不同组分间贮存方式的差异使得土壤碳储存稳定性更高、而N肥力供应更快速。伴随不同组分碳氮储存的变化,不同组分间红外官能团存在显著差异,AI组分中绝大多数官能团相对含量均最低,而P和S组分中绝大多数官能团相对含量均较高,绝大多数官能团相对含量与碳含量、氮含量呈现显著的正相关关系,反映了官能团具有维持土壤碳氮的功能。同时,官能团与土壤C/N具有显著相关关系,反映出组分官能团相对含量的高低具有指示组分化学活性高低的作用。研究发现对于林分土壤的碳截获与氮供应的机制阐明具有重要的科学意义,这为深入了解东北次生杨桦林碳氮动态及对未来气候的响应提供基础数据。     

A global study of relationships between leaf traits, climate and soil measures of nutrient fertility

Aim This first global quantification of the relationship between leaf traits and soil nutrient fertility reflects the trade‐off between growth and nutrient conservation. The power of soils versus climate in predicting leaf trait values is assessed in bivariate and multivariate analyses and is compared with the distribution of growth forms (as a discrete classification of vegetation) across gradients of soil fertility and climate. Location All continents except for Antarctica. Methods Data on specific leaf area (SLA), leaf N concentration (LNC), leaf P concentration (LPC) and leaf N:P were collected for 474 species distributed across 99 sites (809 records), together with abiotic information from each study site. Individual and combined effects of soils and climate on leaf traits were quantified using maximum likelihood methods. Differences in occurrence of growth form across soil fertility and climate were determined by one‐way ANOVA. Results There was a consistent increase in SLA, LNC and LPC with increasing soil fertility. SLA was related to proxies of N supply, LNC to both soil total N and P and LPC was only related to proxies of P supply. Soil nutrient measures explained more variance in leaf traits among sites than climate in bivariate analysis. Multivariate analysis showed that climate interacted with soil nutrients for SLA and area‐based LNC. Mass‐based LNC and LPC were determined mostly by soil fertility, but soil P was highly correlated to precipitation. Relationships of leaf traits to soil nutrients were stronger than those of growth form versus soil nutrients. In contrast, climate determined distribution of growth form more strongly than it did leaf traits. Main conclusions We provide the first global quantification of the trade‐off between traits associated with growth and resource conservation ‘strategies’ in relation to soil fertility. Precipitation but not temperature affected this trade‐off. Continuous leaf traits might be better predictors of plant responses to nutrient supply than growth form, but growth forms reflect important aspects of plant species distribution with climate.     

稻鸭与稻鱼生态系统土壤微生物量N和土壤酶活性动态

在一个水稻生长季节,采用田间采样与室内分析的方法,利用氯仿熏蒸培养法、苯酚钠比色法、TTC比色法、高锰酸钾滴定法和茚三酮比色法测定和研究了稻鸭与稻鱼生态系统稻田土壤微生物量N(MBN)和土壤脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性的动态变化,及其与土壤养分和水稻吸N量的相关性.结果表明,(1)随着水稻的生长,土壤微生物量N表现为先上升随后下降,于成熟期有所回升趋势;土壤微生物量N与土壤速效N、全N和全P不相关;由于水稻与微生物对养分的竞争,土壤微生物量N与水稻吸N量不相关;稻田养鸭,养鱼显著地提高了土壤微生物量N.(2)土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性都表现出先上升后下降趋势,而过氧化氢酶活性变化不大;稻鸭与稻鱼共作显著地提高了土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性,而对过氧化氢酶活性影响不大;线性相关分析表明,在一个稻季内,土壤脲酶和脱氢酶活性与土壤速效N负相关,土壤脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性与土壤全N和全P不相关;土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性与水稻吸N量呈显著相关.(3)稻田土壤微生物量N与土壤酶不相关.     

Simultaneous quantification of N2, NH3 and N2O emissions from a flooded paddy field under different N fertilization regimes

Gaseous nitrogen (N) emissions, especially emissions of dinitrogen (N₂) and ammonia (NH₃), have long been considered as the major pathways of N loss from flooded rice paddies. However, no studies have simultaneously evaluated the overall response of gaseous N losses to improved N fertilization practices due to the difficulties to directly measure N₂ emissions from paddy soils. We simultaneously quantified emissions of N₂ (using membrane inlet mass spectrometry), NH₃ and nitrous oxide (N₂O) from a flooded paddy field in southern China over an entire rice‐growing season. Our field experiment included three treatments: a control treatment (no N addition) and two N fertilizer (220 kg N/ha) application methods, the traditional surface application of N fertilizer and the incorporation of N fertilizer into the soil. Our results show that over the rice‐growing season, the cumulative gaseous N losses from the surface application treatment accounted for 13.5% (N₂), 19.1% (NH₃), 0.2% (N₂O) and 32.8% (total gaseous N loss) of the applied N fertilizer. Compared with the surface application treatment, the incorporation of N fertilizer into the soil decreased the emissions of NH₃, N₂ and N₂O by 14.2%, 13.3% and 42.5%, respectively. Overall, the incorporation of N fertilizer into the soil significantly reduced the total gaseous N loss by 13.8%, improved the fertilizer N use efficiency by 14.4%, increased the rice yield by 13.9% and reduced the gaseous N loss intensity (gaseous N loss/rice yield) by 24.3%. Our results indicate that the incorporation of N fertilizer into the soil is an effective agricultural management practice in ensuring food security and environmental sustainability in flooded paddy ecosystems.