洞庭湖区水稻土有机氮矿化的模型模拟

有机氮矿化是土壤氮循环的关键过程,预测土壤有机氮矿化对于评价土壤供氮能力具有重要意义。本研究利用有效积温、双曲线、一阶(One-pool)和二阶(Two-pool)指数模型拟合洞庭湖区典型水稻土有机氮矿化过程,并分析模型参数与土壤有机氮组分间的关系。结果表明,洞庭湖区不同发育类型水稻土有机氮矿化表现出明显差异,各培养时期累积矿化氮量总体上表现为潴育性水稻土潜育性水稻土淹育性水稻土。各矿化模型均可对各试验土壤有机氮矿化过程进行有效拟合,但综合比较模型拟合决定系数(R~2)、均方根误差值及参数取值显示,One-pool指数模型拟合效果最差,有效积温模型和双曲线模型次之,Two-pool指数模型拟合效果最优。各模型拟合的不同土壤间有机氮矿化速率常数变异较小,与各有机氮组分均无显著相关性(P0.05);不同有机氮组分中,氨基酸氮和氨态氮与矿化模型中表征土壤有机氮矿化强度或矿化势的各参数始终具显著正相关关系(r=0.755～0.950,P0.05)。通径分析结果进一步显示,氨基酸氮是土壤有机氮矿化强度或矿化势变化的最主要决策组分并起直接影响作用。Two-pool指数模型将土壤可矿化有机氮分为易矿化氮和难矿化氮两类,相对于其他模型可更为准确地描述研究区水稻土有机氮素的矿化;固定该模型中两类可矿化有机氮库的矿化速率常数取值,有助于提升模型实时定量预测土壤矿化供氮的实用性。     

草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应

土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35% 6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明: 与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

水稻植株对稻田甲烷排放的影响

稻田CH4排放是稻田土壤中CH4产生、氧化和传输不同过程的净效应,水稻植株强烈影响稻田CH4的产生、氧化和传输过程,是导致稻田CH4排放季节性变化规律的一个重要因素,本文综述了水稻植株对稻田CH4排放过程的不同影响,水稻植株根系分泌物和脱落物作为产甲烷前体促进稻田土壤中CH4的产生,在水稻生长后期,植株根系分泌物和脱落物被认为是稻田土壤甲烷产生的主要基质,是导致这一时期稻田CH4高排放通量的主要原因;水稻植株根系泌氧在根际环境形成一个微氧区域氧化稻田甲烷,整个水稻生长季稻田土壤中产生的CH4大约36％～90％在植株根际环境中被氧化;约80％甚至更多的稻田CH4通过水稻植株的通气组织进入大气圈,植株对稻田CH4的传输具有十分重要的意义。     

种植盐地碱蓬改良滨海盐渍土对土壤微生物区系的影响

利用盐生植物盐地碱蓬对天津河口滨海盐碱地进行生物修复,研究了其对土壤微生物区系的影响.结果表明,种植区碱蓬根系土壤的可溶性盐分与对照土壤相比下降了41%（重量法）和37%（电导法）;根系土壤的微生物数量明显增加,其中细菌、放线菌和真菌分别较对照增加了2.3倍、4.3倍和71倍,与对照相比均为显著性差异.根系微生物的耐盐性结果显示,随着土壤盐分的降低,根系微生物生长的最适盐度也随之降低,耐盐性较低的微生物种群已逐渐成为优势种群.系统发育分析表明,枯草杆菌属成为植物修复后土壤中的优势种群.     

青藏高原灌丛土壤碳氮含量及其相关功能基因分布特征

在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义。青藏高原灌丛面积分布广泛,地形和气候条件复杂,但目前对灌丛分布地区土壤碳氮含量、矿化作用强度及其影响因素等的认识较少。研究结合土壤理化分析和高通量定量PCR(quantitative microbial element cycling, QMEC)技术研究了青藏高原喜马拉雅山-冈底斯山地区不同类型灌丛土壤碳氮含量、碳氮矿化速率和相关功能基因的分布特征及其与植被、气候和土壤因子间的耦联关系。结果表明,不同类型灌丛土壤的有机碳、全氮含量、CO₂释放速率、净氮矿化速率、碳氮矿化基因的丰度有显著差异。其中,位于青藏高原东南部的雪层杜鹃和香柏灌丛分布区土壤有机碳和全氮含量、CO₂释放速率、净氮矿化速率显著高于位于中西部的变色锦鸡儿、金露梅和砂生槐灌丛地区,并与年平均降雨量显著正相关。然而,碳、氮矿化基因丰度分布趋势与之相反,在雪层杜鹃和香柏灌丛分布区丰度显著...     

溶解氧对稻田土壤氮素转化及水稻氮代谢影响研究进展

溶解氧(dissolved oxygen,DO)在稻田氮素循环和水稻生长发育中发挥了重要作用,深入研究溶解氧对稻田氮素转化和水稻氮代谢的影响,对减少稻田氮素流失和提高水稻氮素利用具有重要意义。近年来,研究已阐明了溶解氧对土壤固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等生物化学过程以及土壤微生物多样性的影响;大量研究也表明,溶解氧在水稻氮素吸收与利用中起到了关键作用。本文系统介绍了溶解氧浓度对微生物群落结构和活性的影响及其与稻田不同形态氮素间转化的关系,综述了水稻根系生长特性、氮素吸收和同化及相关氨基酸代谢对溶解氧浓度响应机理的最新研究进展,并针对现阶段稻田氧营养研究提出了水稻生产中存在的问题及研究展望。     

铁硫耦合影响甲基汞在土壤-水稻系统中迁移转化的研究进展

甲基汞(MeHg)具有较强的神经毒性,在稻谷中积累而产生的健康风险倍受关注。水稻(Oryza sativa L.)中甲基汞主要来源于稻田土壤,土壤中铁硫含量空间变异大,在水稻种植过程中因干湿交替作用以及根系泌氧作用而改变根际环境,使土壤甲基汞的含量及其迁移发生变化,从而影响其植物有效性。本综述系统总结了铁、硫及其相互作用对汞甲基化以及甲基汞在土壤-水稻系统中迁移转化的研究成果,并提出了甲基汞在土壤-水稻系统中迁移转化值得深入探究的相关问题,对进一步研究调控水稻中甲基汞含量以及其调控机制,降低健康风险具有重要意义。     

生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响

湿地土壤是全球碳存储的重要场所,湿地生态系统的碳循环过程对全球变化有重要指示作用。土壤碳矿化是湿地生态系统碳循环的重要环节,对于认知湿地生态系统生物地球化学循环过程具有重要的意义。综述了生源要素及生物因素对湿地土壤碳矿化的内在作用机制。土壤活性有机碳库通过调节土壤能源物质和微生物活性影响土壤碳库的有效性,是表征土壤碳矿化的敏感指标。湿地其它养分如N、P、S等元素的有效性也是影响土壤碳矿化的关键要素。电子受体(NO₃^-、SO₄^2-、Fe³⁺、Mn⁴⁺等)对湿地土壤碳矿化和有机碳转变的影响主要通过电子受体的还原过程完成,在厌氧分解过程中,湿地土壤利用难溶性电子受体可能是土壤C矿化的更重要途径。动物、植物、微生物群落和区系等则是土壤碳矿化的主要驱动因子。土壤动物区系在有机态养分矿化为无机态养分的过程有着独特的功能,能显著增加土壤碳矿化。土壤微生物的活性,决定着土壤中有机碎屑的降解速率,是土壤有机碳分解周转的主要诱导因素。湿地植物则通过影响根系、微生物呼吸底物的供应以及对小气候和土壤因子的调节而影响土壤有机质的分解。湿地生源要素和生物因子还极易与土壤理化性质如温度、水分、pH值和质地等环境因素形成交互和制约,共同影响土壤碳矿化。最后,提出了进一步研究生源要素和生物因素与湿地土壤碳矿化关系需要解决的一些重要问题。     

模拟火干扰对森林土壤微生物活性及氮矿化的影响

火干扰产生热能从而诱导土壤有机质的化学氧化,改变碳和氮转换,对土壤的结构与功能产生严重影响,影响程度取决于火强度、火干扰持续时间和热渗透。在湖南省株洲市高枧林场选取马尾松次生林火烧迹地,按两种土壤、3个温度和3种土壤水势进行试验设计与方差分析,探讨火干扰对土壤微生物及氮矿化的影响。结果表明:无机氮的浓度与火强度和初始土壤有机质含量呈正相关关系;火干扰后短期内土壤碳和氮浓度较高,微生物生物量碳和潜在可矿化氮较低,温度和土壤水势对基础呼吸速率没有显著影响;当土壤温度达160℃时,未受火干扰土壤中潜在可矿化氮浓度迅速不稳定增加,温度达350℃时破坏90%的非微生物组织;土壤加热后水势对氮矿化过程有显著影响,水势越高,潜在可矿化氮损失越大,火干扰土壤的含水量与硝态氮之间呈正相关关系;培养14d期间,土壤火灾历史、热处理和土壤水势对微生物活性、碳和氮矿化有显著影响,-1.5 MPa水势下加热到380℃后两种土壤的微生物生物量碳含量最高,土壤水势和可溶性糖呈负相关关系;水势和火干扰之间的交互作用显著影响微生物活性和氮转换,低水势土壤中的微生物生物量碳、可溶性糖和潜在可矿化氮浓度较高。     

水分管理调控水稻氮素利用研究进展

水、氮是调控水稻生长发育的两个重要环境因子。通过"以水调氧"增加根际溶氧量(如干湿交替、好氧栽培等)能够提升土壤硝化势和氧化还原电位,刺激土壤氮的矿化作用,使水稻处于NH+4与NO-3混合营养中,并能通过诱导水稻的生理特性及改善根系的吸收功能增强其抗旱性能,提高水稻产量及氮素利用率。光合作用是形成干物质的主要途径,土壤氮水平、氮形态与水稻光合速率紧密相关,提高叶片光合速率将有助于提高水稻的氮素利用率和产量。从稻田水分管理对土壤氮素形态特征、水稻氮吸收利用、光合速率及氮环境效应的影响等方面综述了国内外相关研究进展,并指出进一步的研究方向。     

黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤芘降解和土壤微生物的影响

模拟根际根系分泌物梯度递减效应,研究了黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤中芘降解特征和土壤微生物生态特征的影响.结果表明:污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加剂量的增加呈现先下降后上升的非线性变化,达到最低芘残留量的添加剂量是总有机碳(TOC) 32.75 mg·kg-1,说明此浓度下根系分泌物显著促进了芘的降解;土壤微生物生物量碳和微生物熵的变化趋势与污染土壤中芘残留量变化趋势相反,表明土壤微生物与污染土壤 中芘残留量存在密切关系.芘污染土壤中微生物群落以细菌占主导地位,且细菌变化趋势与芘降解变化一致,表明芘以细菌降解为主,根系分泌物主要通过影响细菌数量,进而影响芘的降解.能催化有机物质脱氢反应的土壤微生物胞内酶——脱氢酶活性的变化与土壤微生物变化趋势一致,进一步证明微生物及其生物化学特性变化是污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加剂量变化的生态机制.     

黄土高原半干旱草地封育后土壤碳氮矿化特征

土壤有机碳和全氮的分布与矿化是退化草地封育后土壤生态效应研究的重要内容和指标。结合野外调查和室内培养实验,研究了半干旱黄土区不同封育年限草地土壤有机碳和全氮的含量变化及其矿化特征。结果表明,封育对半干旱黄土区退化草地土壤有机碳和全氮的影响主要体现在0-40 cm土层封育超过17a后,封育年限的影响逐渐减弱。封育显著增加了土壤有机碳矿化速率和C_(min)/C_0封育对有机碳矿化速率的影响与封育年限和土层深度无关,而对C_(min)/C_0的影响则与封育年限和土层深度有关。封育显著提高了0-40 cm土层土壤氮素矿化速率,但是降低了40-80 cm土层土壤氮矿化速率,并且降低了080 cm土层N_(min)/N_0。碳氮矿化速率与有机碳和全氮之间显著相关,而与碳氮比之间的相关性较小。这些结果表明,退化草地封育后土壤碳氮元素的转化主要受土层深度、封育年限以及土壤碳氮含量的影响。     

根区通氧状况对水稻幼苗生长及吸收镉的影响

采用水培的方法研究了根区通氧状况对水稻根系结构、根系泌氧、根表铁膜生成以及水稻耐受、吸收Cd的影响.水培条件下,根区氧处理对水稻幼苗的生长产生了一定的影响,缺氧条件下的水稻根的伸长量降低,生物量增加,直径增粗,根系泌氧量增加,并降低幼苗对Cd的吸收.当培养溶液Cd2+浓度为1.0 mg/L时,缺氧处理相对于通氧处理,根表吸附的Cd降低了85 5%,地下部分吸收的Cd降低了35%,转运到地上部分的Cd降低了58%.根表铁膜对Cd的吸收和转运也有一定的抑制作用,但其作用因环境中Cd2+浓度和根区通氧状况而异.在根区通氧充分的培养条件下,水稻幼苗铁膜对较高浓度Cd2+(1.0 mg/L)的吸收和转运起着重要的作用,DCB-Cd占根系吸收Cd的50%,茎叶对Cd的吸收显著降低(p<0.05).研究表明在缺氧胁迫下,根系结构本身(如根表通透性降低)是影响水稻吸收Cd的重要因素.     

土地利用方式和培养温度对土壤氮转化及温室气体排放的影响

在好氧条件下研究土地利用方式(林地、草地)及培养温度(10、15 ℃)对加拿大和中国土壤的硝化作用、氮矿化作用以及N2O和CO2排放的影响.结果表明:草地土壤中的硝化作用和N2O排放量大于林地土壤,中国草地土硝化作用最强.10和15℃下中国草地土硝化速率分别为2.10和2.86 mg N·kg-1·d-1,15 d的N2O累积排放量分别为10.2和15.4μg N2O-N·kg-1.pH是影响土壤硝化作用强度和N2O排放的主要因素,与两者均呈显著正相关.林地土壤的矿化作用和CO2排放量高于草地,中国林地土壤的矿化作用最强,其平均矿化速率在10和15℃时分别为3.08和2.87mgN·kg-1 ·d-1.加拿大林地土壤CO2排放量最高,其15 d的累积排放量在10和15℃时分别为314和370 mg CO2-C·kg-1,土壤有机碳和水溶性有机碳含量分别与有机氮矿化作用和CO2排放量呈显著正相关.温度增加促进草地土壤硝化作用及林地和草地土壤中N2O的排放,也显著促进林地土壤中CO2的排放.     

秸秆在土壤内分解初期氮素矿化与固持的模拟测定

利用模拟软件Modelmaker对3种作物秸秆在土壤内分解初期氮素循环转化过程进行了模拟,取得了土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮及其¹⁵N丰度等个变量模拟值和测定值的良好一致性.模型模拟对氮转化速率测定的结果表明,土壤微生物主要固持铵态氮,对硝态氮固持非常微弱.氮矿化主要发生于作物秸秆,腐殖质氮的矿化极其微弱.一级动力学方程对秸秆氮素矿化过程的描述优于零级动力学方程.微生物固持氮的再矿化过程落后于氮固持过程,假定再矿化不发生或认为再矿化与固持化同时进行可导致氮矿化与固持速率测定的严重误差.忽略氮硝化过程和挥发损失将导致氮矿化和固持速率的测定值偏低.净固持或净矿化的产生不仅与秸秆碳氮比有关,而且与秸秆在土壤内分解时间有关.     

冻融对温带森林土壤碳、氮矿化作用的影响

秋末春初,中高纬度和高海拔地区普遍存在冻融现象。随着全球气候变暖,冻融对土壤碳/氮循环过程的影响日益受到重视。本研究以长白山地区典型阔叶红松林(Pinus koraiensis)、白桦林(Betula platyphylla)和长白山落叶松林(Larix olgensis)土壤为研究对象,采用室内模拟控制试验,研究低含水量(40%)和高含水量(过饱和)条件下,冻融循环(-10~10℃)对不同林型土壤碳/氮矿化作用的影响。结果表明,在不同含水量条件下(低含水量条件下的阔叶红松林土壤除外),冻融处理均显著降低土壤有机碳矿化速率,且土壤碳矿化速率随冻融次数的增加而显著降低。冻融与土壤水分对氮矿化存在交互影响;在低含水量条件下,冻融促进土壤氮矿化作用;但在高含水量条件下,该影响不一致。本研究表明,秋末和春初的冻融循环对长白山地区森林土壤碳、氮矿化过程有重要影响,且其影响程度很大程度上取决于冻融频率和土壤含水量。     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤有机氮矿化的影响

蚂蚁作为生态系统工程师能够调节土壤微生物及理化环境,进而对热带森林土壤有机氮矿化速率及其时间动态产生显著影响。以西双版纳白背桐热带森林群落为研究对象,采用室内需氧培养法测定土壤有机氮矿化速率,比较蚁巢和非蚁巢土壤有机氮矿化速率的时间动态,揭示蚂蚁筑巢活动引起土壤无机氮库、微生物生物量碳及化学性质改变对有机氮矿化速率时间动态的影响。结果表明：（1）蚂蚁筑巢显著影响土壤有机氮矿化速率（P<0.01）,相较于非蚁巢,蚁巢土壤有机氮矿化速率提高了261%;（2）土壤有机氮矿化速率随月份推移呈明显的单峰型变化趋势,即6月最大（蚁巢1.22 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.41 mg kg^-1 d^-1）,12月最小（蚁巢0.82 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.18 mg kg^-1 d^-1）;（3）两因素方差分析表明,不同月份及不同处理对土壤有机氮矿化速率、NH₄-N及NO₃-N产生显著影响（P<0.05）,但对NO₃-N的交互作用不显著;（4）蚂蚁筑巢显著提高了无机氮库（NH₄-N与NO₃-N）、微生物生物量碳、有机质、水解氮、全氮及易氧化有机碳等土壤养分含量,而降低了土壤pH值;（5）回归分析表明,铵态氮和硝态氮对土壤有机氮矿化速率产生显著影响,分别解释87.89%、61.84%的有机氮矿化速率变化;（6）主成份分析表明NH₄-N、微生物生物量碳及有机质是影响有机氮矿化速率时间动态的主要因素,而全氮、NO₃-N、易氧化有机碳、水解氮及pH对土壤有机氮矿化速率的影响次之,且pH与土壤有机氮矿化速率呈显著负相关。总之,蚂蚁筑巢活动主要通过影响土壤NH₄-N、微生物生物量碳及有机质的状况,进而调控西双版纳热带森林土壤有机氮矿化速率的时间动态。研究结果将有助于进一步提高对土壤氮矿化生物调控机制的认识。     

植物根系分泌物生态效应及其影响因素研究综述

植物根系分泌物的形成是植物体代谢过程中重要的生理现象,为“植物-土壤”体系物质周转的重要环节.研究植物根系分泌物对于了解陆地生态系统质能过程、碳氮收支平衡及提高生态系统的初级生产具有重要意义.本文从植物根系分泌物对植物生理性状、土壤微生物、土壤物质周转及有机污染物降解影响等4个方面对植物根系分泌物的生态效应进行综述,并从重金属含量、营养元素水平、土壤水分和光热条件、物种基因型、土壤微生物状况和外源有机污染物添加的角度综述了影响植物根系分泌物的因素,旨在对植物根系分泌物的生态效应和影响因素进行总结,并根据目前的研究现状,从研究对象、研究方法和效应评估方面进行了展望.     

恢复年限、林下植被及季节对马尾松林土壤氮转化的影响

侵蚀红壤区植被恢复能有效防治土壤侵蚀,改善生态环境。提高侵蚀退化地土壤氮矿化潜力、增加氮有效性是改善贫瘠土壤植被生长发育的关键途径,对恢复侵蚀地生态系统具有重要意义。采用顶盖埋管培养法研究了不同恢复年限(Y0、Y16、Y34))不同芒萁处理的马尾松林土壤净氮矿化量和净氮矿化速率的季节变化特征,分析了植被恢复年限、林下植被覆盖及季节变化对土壤氮矿化的交互影响。结果表明,植被恢复能使侵蚀退化地土壤养分条件得到改善。不同恢复年限马尾松林净氮矿化最高值出现在夏秋季,而在春季为负值。植被恢复能使土壤净氮矿化量显著增加,且净氮矿化过程以氨化作用为主。净氨化速率与净矿化速率具有相似的季节变化,硝化速率随着恢复年限增加季节变化减小。林下裸露地净氮矿化量及速率低于芒萁覆盖地,且去除芒萁可以降低净氮矿化量及速率。方差分析表明,恢复年限、季节变化及其交互作用能显著影响土壤净氮矿化量及矿化速率(P0.001),而芒萁处理未能达到显著水平(P0.05)。马尾松林土壤氮转化过程季节变化明显,林分管理应按季节变化进行,林下芒萁覆盖对侵蚀退化地马尾松林土壤氮恢复具有重要作用。