氮素添加和CO2浓度升高对白羊草根际和非根际土壤水溶性有机碳、氮的影响

采用盆栽控制试验对黄土丘陵区白羊草在不同CO₂浓度(400和800 μmol·mol^-1)和施氮水平(0、2.5、5.0 g N·m^-2·a^-1)条件下根际和非根际土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的变化特征进行研究.结果表明: CO₂浓度升高对白羊草根际和非根际土壤DOC、水溶性总氮(DTN)、DON、水溶性铵态氮(NH₄⁺-N)、水溶性硝态氮(NO₃^--N)含量均无显著影响.施氮显著提高了根际和非根际土壤DTN、NO₃^--N含量和根际土壤DON含量,显著降低了根际土壤DOC/DON.在各处理条件下,根际土壤DTN、NO₃^--N和DON含量均显著低于非根际土壤,根际土壤DOC/DON显著高于非根际土壤.短期CO₂浓度升高对黄土丘陵区土壤水溶性有机碳、氮含量无显著影响,而氮沉降的增加在一定程度上改善了土壤中水溶性氮素缺乏的状况,但并不足以满足植被对水溶性氮素的需求.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

氮添加对盐渍化草地根际土壤理化性质的影响

为探究氮输入和根际效应对盐渍化草地土壤理化性质的影响,对8个水平氮添加处理下(0、1、2、4、8、16、24和32 g N·m^-2·a^-1)晋北盐渍化草地根际和非根际土壤理化性质进行研究。结果表明: 氮添加显著降低根际土壤pH,显著增加根际和非根际土壤Ca²⁺、NO₃^--N和无机氮含量;随氮添加量的增加,根际和非根际土壤Ca²⁺、NO₃^--N、无机氮含量以及根际土壤全氮含量呈逐渐升高的趋势,而根际土壤Na⁺、K⁺、Mg²⁺、NH₄⁺-N和氨基酸含量以及非根际土壤全氮含量呈先升高后降低的趋势。主成分分析表明,根际土壤理化性质对低氮(≤8 g·m^-2·a^-1)和高氮添加(>8 g·m^-2·a^-1)的响应具有明显差异。根际土壤pH、有机酸和氨基酸含量分别比非根际土壤低0.71、44.3%和9.8%,而K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺-N、无机氮、全碳和全氮含量分别比非根际土壤高51.0%、47.6%、20.8%、215.5%、139.3%、31.7%和65.3%,表明根际效应对盐渍化草地土壤理化性质的影响大于氮输入的影响。     

秸秆、氮肥和食细菌线虫交互作用对土壤活性碳氮和温室气体排放的影响

采用3因素2水平交互设计室内恒温培养试验,通过调控秸秆施用、氮肥用量及食细菌线虫,探讨三者对土壤微生物生物量碳氮(C_mic和N_mic)、可溶性碳氮(DOC、DON)、矿质氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N)及温室气体排放(CO₂、N₂O和CH₄)的交互影响.结果表明： 施用秸秆显著增加了食细菌线虫数量、C_mic和N_mic,而随着氮肥用量增加,C_mic和N_mic降低,食细菌线虫对C_mic和N_mic的影响则依赖于秸秆和氮肥用量.秸秆、氮肥和食细菌线虫对可溶性碳氮和矿质氮表现出强烈的交互作用,其中秸秆和氮肥均增加了DOC、NH₄⁺ -N和NO₃^--N;食细菌线虫对DOC的抑制作用和对矿质氮的促进作用达到显著水平.秸秆处理对CO₂、N₂O的促进及对CH₄的抑制均达到显著水平,而线虫和氮肥的影响则更多表现出交互作用.在培养第56天,有秸秆时,低量氮肥下食细菌线虫显著促进了CO₂的排放,而高量氮肥下则表现出对CO₂和N₂O显著的抑制作用.总之,土壤生态功能的发挥不可忽视土壤动物的作用.     

光合产物传输方向对蓉城竹根际微生物过程的影响

分株间光合产物的整合作用对克隆植物适应生存环境具有重要作用, 但有关光合产物传输方向对克隆植物根际土壤微生物过程的影响尚不清楚。该研究以根状茎克隆植物蓉城竹(Phyllostachys bissetii)为研究对象, 通过剪除分株地上部分控制光合产物传输方向(顶向传输和基向传输), 研究光合产物传输方向对蓉城竹分株根际土壤微生物过程的影响, 其中顶向传输组是将远端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 近端分株自然生长; 基向传输组则是将近端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 远端分株自然生长。两组实验中保持根状茎连接或切断处理。测定了地上部分被剪除分株根际土壤中碳和氮有效性、微生物生物量参数以及氮转化相关土壤胞外酶活性等指标。结果表明: 光合产物顶向传输中, 根状茎保持连接的远端分株根际土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、硝态氮(NO₃ ^--N)含量显著高于切断的远端分株, N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、多酚氧化酶(POXase)和脲酶(Urease)活性显著升高, 光合产物的顶向传输对远端分株根际碳、氮有效性和根际微生物过程产生了显著性影响; 光合产物的基向传输中, 根状茎保持连接的近端分株根际与切断分株相比具有更高的微生物生物量氮(MBN)含量、Urease、POXase活性, 较低的NAGase活性和NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量, 但碳的有效性无显著性差异。蓉城竹分株间光合产物的非对称性传输对根际微生物过程的影响可能是对动物取食或人为砍伐等干扰的有益权衡, 这有助于理解克隆植物对生存环境的种群适应机制。     

草甸草原土壤与植物系统自然丰度氮稳定同位素的年际变化及其指示作用

氮是陆地生态系统生产力的首要限制性养分,利用自然丰度δ¹⁵N(¹⁵N/¹⁴N)可以有效指示生态系统氮循环过程。本试验研究了内蒙古草甸草原土壤与植物系统自然丰度δ¹⁵N、土壤净氮矿化潜势的年际变化。结果表明: 2017—2020年,土壤NO₃^--N含量(9.83～14.79 mg·kg^-1)均显著高于NH₄⁺-N含量(3.92～5.00 mg·kg^-1);土壤NH₄⁺的δ¹⁵N值(13.3‰～18.3‰)显著高于NO₃^-的δ¹⁵N值(3.76‰～6.14‰),土壤NO₃^-的δ¹⁵N值与土壤NO₃^-含量呈显著负相关;干旱年NH₄⁺的δ¹⁵N值相对较高,降水较高或较低年NO₃^-的δ¹⁵N值显著降低。干旱年土壤净氮矿化速率、净氨化速率显著高于湿润年,而土壤硝化速率与年降水量无显著相关性。植物δ¹⁵N值与土壤δ¹⁵N值无显著相关性,但与植物N含量呈显著负相关;豆科植物与非豆科植物δ¹⁵N值、N含量均呈显著正相关,在一定程度上表明豆科植物对非豆科植物的N吸收具有促进作用。研究结果可为草原土壤-植物系统氮循环过程及其对降水变化的响应提供数据支撑。     

北京东灵山大气氮沉降水平及变化特征

城市人为成因的气态活性氮排放影响空气质量，导致周边的陆地生态系统大气氮输入量持续增加。然而，陆地生态系统大气活性氮特别是溶解态无机氮(DIN)和溶解态有机氮(DON)的同步观测仍然较为缺乏，影响氮沉降生态效应的全面、准确评估。本研究观测了北京东灵山森林生态系统定位研究站2019年6月至2020年1月每周的混合沉降中铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)和总溶解态氮(TDN)浓度，计算了DON浓度和各形态氮的沉降通量，分析了它们的月际和干湿季差异及其变化机制。结果表明：该站点大气沉降中NH₄⁺-N、NO₃^--N、DON和TDN体积加权平均浓度分别为1.45±0.04、0.70±0.01、1.81±0.66和3.96±0.65 mg N·L^-1,TDN年沉降通量为25.00 kg N·hm^-2·a^-1,NH₄^+<...     

CO2浓度升高和施氮条件下小麦根际呼吸对土壤呼吸的贡献

依托FACE技术平台, 采用稳定¹³C同位素技术, 通过将小麦(C₃作物)种植于长期单作玉米(C₄作物)的土壤上, 研究了大气CO₂浓度升高和不同氮肥水平对土壤排放CO₂的δ¹³C值及根际呼吸的影响. 结果表明: 种植小麦后土壤排放CO₂的δ¹³C值随作物生长逐渐降低, CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1显著降低了孕穗、抽穗期(施氮量为250 kg·hm^-2, HN)与拔节、孕穗期(施氮量为150 kg·hm^-2, LN)土壤排放CO₂的δ¹³C值, 显著提高了孕穗、抽穗期的根际呼吸比例. 拔节至成熟期, 根际呼吸占土壤呼吸的比例在高CO₂浓度下为24%～48%(HN)和21%～48%(LN), 在正常CO₂浓度下为20%～36% (HN)和19%～32%(LN). 不同CO₂浓度下土壤排放CO₂的δ¹³C值和根际呼吸对氮肥增加的响应不同, CO₂浓度与氮肥用量在拔节期对根际呼吸的交互效应显著.     

灌溉方法与施氮对土壤水分、硝态氮和小麦生长发育的调控效应

为探明玉米秸秆还田下小麦的合理灌溉与施肥方法,于田间研究了漫灌(FI)、微喷灌(SI)、滴灌(DI)和灌水施氮模式(N₁, 基施纯N 157.5 kg·hm^-2+拔节期施纯N 67.5 kg·hm^-2; N₂, 基施纯N 157.5 kg·hm^-2+拔节期施纯N 45.0 kg·hm^-2+灌浆期施N 22.5 kg·hm^-2)对土壤水分、硝态氮(NO₃^--N)含量和小麦生长发育的影响.结果表明: 灌溉方法和灌水施氮模式共同影响土壤含水量和贮水量的变化.其中,灌溉方法对越冬期和返青期0～60 cm、孕穗期和灌浆期0～160 cm、成熟期100～160 cm土层含水量影响相对较小,对越冬期和返青期80～160 cm、成熟期0～80 cm土层含水量影响大;FI对含水量和贮水量影响最大,DI次之,SI最小;SI和DI的灌水施氮模式中灌水量多,则土层含水量高、贮水量多,变化大.NO₃^--N含量受灌溉方法和施氮的影响,施氮对0～20 cm土层影响大,SI生育期NO₃^--N含量变化大,DI越冬期至孕穗期NO₃^--N含量变化小,此后变化大,FI与DI相反;生育前中期灌水量对NO₃^--N含量影响大,后期施氮对NO₃^--N含量影响大;SI和DI的2种灌水施氮模式中冬前灌水量多的NO₃^--N含量变化大.灌溉方法中SI越冬期总茎数和单株分蘖高,成穗率高,成穗数多,产量、水分利用效率(WUE)和氮素利用效率最高,滴灌次之,漫灌最低;SI和DI中N₁生育期总茎数、成穗数多,但穗粒数和千粒重低,产量、WUE和氮素利用效率低于N₂.因此,玉米秸秆还田后播种小麦,微喷灌代替漫灌生育期灌4水,施足基肥,拔节期和灌浆期分次追氮,是山西南部小麦-玉米一年两熟区小麦节水高产高效栽培模式.     

施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响

在华北平原潮土上进行田间试验,研究施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响.结果表明: 不同施氮水平下土壤酶活性均表现出一致的季节性变化趋势.与不施氮处理相比,施氮处理能显著提高根际和非根际土壤硝态氮含量及根际土壤铵态氮含量,显著增强土壤几丁质酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性.在整个玉米生育期内,非根际土壤硝态氮含量显著高于根际土壤;非根际土壤铵态氮含量在灌浆期显著高于根际土壤,但在苗期和完熟期则显著低于根际土壤;根际土壤几丁质酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性都显著高于非根际土壤.施氮对土壤有机质含量没有显著影响;在0～180 kg·hm^-2施氮范围内,施氮可明显增加土壤全氮含量,但当施氮量超过180 kg·hm^-2时,土壤全氮含量则明显下降.综上,适量施氮能显著增强土壤酶活性,提高土壤全氮含量,改善土壤生化性质.     

亚热带丛枝菌根与外生菌根森林对土壤氮循环的影响

菌根真菌能促进植物获取氮素从而调节土壤氮循环过程,但不同类型菌根影响土壤氮循环的特征尚待更多研究.本试验选择中国亚热带典型次生林植被,设置丛枝菌根(AM)和外生菌根(ECM)树种优势样地,对比分析两种菌根类型森林土壤氮状态的差异,以探究菌根类型影响土壤氮循环的可能作用机制.结果 表明,AM与ECM森林的土壤总氮和铵态氮...     

土壤微生物生物量氮对不同腐熟度有机肥的响应及对土壤矿质氮的调控作用

为探究化肥配施不同腐熟度有机肥对土壤微生物生物量氮(MBN)的影响及土壤MBN调控土壤矿质氮的作用,将堆肥过程与土壤培养试验相结合,设置常规化肥对照(CK)、化肥+腐熟度为50%(种子发芽指数为50%,下同)的有机肥(CO1)、化肥+腐熟度为80%的有机肥(CO2)、化肥+腐熟度为100%的有机肥(CO3)共4个处理,测定土壤MBN、矿质氮(NH₄⁺-N、NO₃^--N)、净硝化速率、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、脲酶和蛋白酶,并揭示土壤MBN对矿质氮的调控作用。结果表明: 到培养结束时,与CK处理相比,有机肥处理(CO1、CO2、CO3)的土壤MBN、NH₄⁺-N含量显著提高50.1%～62.4%、109.9%～147.1%,土壤NO₃^--N、净硝化速率显著降低23.3%～46.8%、26.2%～51.5%,土壤MBC、DOC含量、脲酶和蛋白酶活性分别显著提高33.8%～69.6%、7.4%～20.8%、11.2%～69.0%、9.4%～25.1%,且CO2、CO3的变化幅度均显著高于CO1。冗余分析和结构方程模型显示,较高腐熟度有机肥(腐熟度≥80%)对MBC、MBN、NH₄⁺-N含量、脲酶和蛋白酶活性具有正向调控作用,对土壤净硝化速率具有负向调控作用。化肥配施较高腐熟度有机肥可以明显增加土壤MBN,提升脲酶、蛋白酶活性,增加NH₄⁺-N含量,降低土壤净硝化速率。因此,在实际应用中,建议采用腐熟度为80%的有机肥与化肥配施,减少有机肥生产成本及时间,实现有机固体废弃物的资源化利用。     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。