硝化抑制剂DCD、 DMPP对褐土氮总矿化速率和硝化速率的影响

采用15N库稀释-原位培养法研究了硝化抑制剂DCD、DMPP对华北盐碱性褐土氮总矿化速率和硝化速率的影响.试验在山西省运城市种植玉米的盐碱性土壤上进行,设单施尿素、尿素+DCD、尿素+DMPP 3个处理.结果表明:施肥后2周,DCD、DMPP分别使氮总矿化速率和氮总硝化速率减少了25.5％、7.3％和60.3％、59.1％,DCD对氮总矿化速率的影响显著高于DMPP,两者对氮总硝化速率的影响无显著差异;而在施肥后7周,不同硝化抑制剂对氮总硝化速率的影响存在差异.施肥后2周,3个处理的土壤氮总矿化速率和硝化速率分别是施肥前的7.2 ～10.0倍和5.5 ～21.5倍;NH4+和NO3-消耗速率分别是施肥前的9.1 ～12.2倍和5.1 ～8.4倍,这是由氮肥对土壤的激发效应所致.硝化抑制剂使氮肥更多地以NH4+形式保持在土壤中,减少了NO3-的积累.土壤氮总矿化速率和总硝化速率受硝化抑制剂的抑制是N2O减排的主要原因.     

脲酶/硝化抑制剂在黑土和褐土中对尿素氮转化的调控效果

本试验研究脲酶/硝化抑制剂不同组合在黑土和褐土中对尿素水解和硝化作用的调控效果,旨在筛选出适合东北黑土、褐土的高效抑制剂组合。采用室内恒温、恒湿培养试验,以不施氮肥(CK)和施用普通尿素肥料(U)为对照,研究分别添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)及其与硝化抑制剂双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(CP)、2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶(AM)、3-甲基吡唑(MP)组合制成的6种高效稳定性尿素在黑土和褐土中的尿素水解和氨氧化特征。在培养125 d内分别取土壤样品15次,通过测定2种土壤中尿素态氮、铵态氮和硝态氮含量,及氨氧化作用强度,计算硝化抑制率,确定最适合2种土壤的抑制剂或组合。结果表明: 尿素在黑土和褐土中水解时间约7 d,添加NBPT以及其与不同硝化抑制剂组合均能将尿素水解时间延长21 d以上。与U处理相比,添加抑制剂可显著增加土壤NH₄⁺-N含量,降低NO₃^--N生成量,维持土壤中高NH₄⁺-N含量的时间更久。黑土中,添加硝化抑制剂的处理均能显著抑制土壤硝化作用,有效硝化抑制时间超过125 d;DMPP、CP与NBPT配施使黑土NH₄⁺-N含量提高1.6～1.8倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为47.9%和24.1%。褐土中,U处理培养80 d左右基本完成硝化过程,而添加硝化抑制剂使硝化过程延长至少30 d;DCD、DMPP与NBPT配施使土壤NH₄⁺-N含量提高2.1～3.4倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为25.3%和23.2%。因此,尿素与NBPT+DMPP和NBPT+DCD制成的高效稳定性尿素分别在黑土和褐土中施用效果最好,其次分别是NBPT+CP和NBPT+DMPP。     

脲酶-硝化抑制剂对减缓尿素转化产物氧化及淋溶的作用

利用原状土柱模拟试验,研究了脲酶抑制剂氢醌(HQ),硝化抑制剂包被碳化钙(ECC)和双氰胺(DCD)以及它们的不同组合对尿素转化产物土壤持留、氧化以及淋溶的影响.结果表明,与其它抑制剂处理相比,HQ+DCD组合能有效抑制尿素水解产物的氧化,使其以交换态NH₄⁺的形式在土壤中长时间持留;氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO₃^-的累积,也降低了NO₃^-淋溶潜势,使其淋入下层土壤的深度仅限在5～10 cm范围内,且淋溶量显著降低.     

脲酶-硝化抑制剂对减缓尿素转化产物氧化及淋溶的作用

利用原状土柱模拟试验,研究了脲酶抑制剂氢醌(HQ),硝化抑制剂包被碳化钙(ECC)和双氰胺(DCD)以及它们的不同组合对尿素转化产物土壤持留、氧化以及淋溶的影响.结果表明,与其它抑制剂处理相比,HQ+DCD组合能有效抑制尿素水解产物的氧化,使其以交换态NH₄⁺的形式在土壤中长时间持留;氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO₃^-的累积,也降低了NO₃^-淋溶潜势,使其淋入下层土壤的深度仅限在5～10 cm范围内,且淋溶量显著降低.     

不同土地利用类型对丹江口库区土壤氮矿化的影响

氮(N)素是陆地生态系统净初级生产力的重要限制因子, 土地利用类型的变化对生态系统氮循环过程有着重要的影响。采用PVC顶盖埋管原位培养的方法, 对丹江口库区清塘河流域相邻的侧柏(Platycladus orientalis)人工林、人工种植灌木林地和农田3种土地利用类型的氮素矿化和硝化作用进行了研究。结果表明, 侧柏人工林、灌木林地和农田的NH₄⁺-N浓度(mg·kg^-1)依次为1.33 ± 0.20、1.67 ± 0.17和1.62 ± 0.13, 不同土地利用类型间的NH₄⁺-N浓度无显著性差异; 而3种土地利用类型下土壤NO₃^--N浓度(mg·kg^-1)差异显著, 农田NO₃^--N浓度(9.00 ± 0.73)显著高于侧柏人工林(1.27 ± 0.18)和灌木林地(3.51 ± 0.11)。NO₃^--N在灌木林地和农田中分别占土壤无机氮库的67.8%和84.8%, 是土壤无机氮库的主要存在形式; 而侧柏人工林中NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度则基本相等。土壤硝化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)从农田(7.13 ± 2.19)、灌木林地(2.56 ± 1.07)到侧柏人工林(0.85 ± 0.10)显著性降低。侧柏人工林、灌木林地和农田的矿化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)依次为0.98 ± 0.12、2.52 ± 1.25和6.58 ± 2.29。矿化速率和硝化速率显著正相关, 但是矿化速率在不同的土地利用类型间差异不显著。培养过程中灌木林地和农田NH₄⁺-N的消耗大于积累, 氨化速率为负值, 导致灌木林地和农田矿化速率小于硝化速率。氮素的矿化和硝化作用受土壤含水量和土壤温度的影响, 并对土壤含水量更为敏感。土壤C:N与土壤矿化和硝化速率显著负相关。研究结果表明: 土地利用类型的变化会改变土壤微环境和土壤C:N, 进而会影响到土壤氮循环过程。     

不同硝化抑制剂对红壤氮素硝化作用及玉米产量和氮素利用率的影响

本研究分析添加不同种硝化抑制剂及其组合的高效稳定性氯化铵氮肥对红壤硝化作用、玉米产量和氮肥利用率的影响,旨在筛选出适合酸性红壤的高效稳定性氯化铵态氮肥。在氯化铵中分别添加硝化抑制剂2-氯-6-三甲基吡啶(CP)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)及其组合,制成6种高效稳定性氯化铵态氮肥,以不施氮肥(CK)和施氯化铵(N)为对照,进行等氮量玉米盆栽试验。结果表明: 与N处理相比,CP+DMPP和DMPP+DCD处理红壤中铵态氮含量提高56%～62%,显著高于CP、DMPP和DCD处理;土壤表观硝化率显著降低33%～34%。添加硝化抑制剂及其组合的6个处理均显著提高了玉米生物量和氮肥吸收利用率。与N处理相比,单独添加硝化抑制剂处理生物量均显著高于硝化抑制剂组合处理,平均提高1.3倍;添加DCD处理效果最显著,玉米籽粒产量、吸氮量和氮肥吸收利用率分别显著提高4.1、6.3和4.4倍。为了达到既能低成本又能提高产量和氮肥利用率的效果,在红壤上添加硝化抑制剂DCD是最佳选择。     

高效氮肥对新疆膜下滴灌棉田土壤氧化亚氮排放的影响

高效氮肥对新疆灰漠土农田氧化亚氮(N₂O)排放的影响目前尚不明确.本研究选取树脂包膜尿素(ESN)和尿素配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂(U+I)两种高效氮肥处理,以传统尿素(U)处理为对照,研究高效氮肥对新疆膜下滴灌棉田N₂O排放的影响.ESN在播种时一次性施入,而其他处理的氮肥在生育期内随灌溉分次施入.在生育期内,采用静态箱-气相色谱法每周采集和分析2次气体样品.结果表明: 与其他处理相比,ESN处理显著增加了生育期间土壤N₂O的排放量,增幅47%～73%;在施肥后的4个月内,ESN处理下的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量始终处于较高水平,随后则逐渐减小并与其他处理的含量相近.ESN在播种时全部施入可能是导致土壤高NH₄⁺-N和NO₃^--N含量以及高N₂O排放量的原因.与U处理相比,U+I处理减少了9.9%的N₂O排放量,但两者间差异不显著;U+I处理NO₃^--N含量始终低于ESN和U处理.新疆灰漠土膜下滴灌棉田生育期土壤的N₂O排放为300～500 g N₂O-N·hm^-2,整体低于其他农田生态系统.与播种前全部施入相比,氮肥随滴灌多次施入更利于降低N₂O排放.本试验条件下,高效氮肥对干旱区膜下滴灌棉田土壤N₂O的减排效应有限.     

茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征

对茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征进行研究.结果表明: 在0～100 cm土层,茶园和林地土壤全氮（TN）、N₂O排放速率及积累量均随着土层增加而减少,且茶园均值大于林地.土壤pH、TN、水溶性有机氮(WSON)、微生物生物量氮(MBN)、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量随着土层增加总体呈下降趋势,茶园各土层TN、WSON、MBN、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量显著大于林地,而不同土层pH值均小于林地.茶园和林地土壤N₂O排放速率与TN、MBN及NH₄⁺-N含量呈显著正相关,而与pH相关性不显著.茶园土壤N₂O排放速率与NO₃^--N含量的相关性显著,与WSON的相关性不显著,而在林地土壤中呈相反趋势.0~100 cm土层内茶园 WSON/SON和N₂O N/MBN平均值大于林地,而MBN/SON平均值小于林地.这表明茶园土壤氮库有较高的代谢效率,N₂O排放速率较高,不利于土壤氮库的储量积累,也不利于维持土壤质量和持续利用的潜力.     

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。     

水稻土模拟土柱中肥料氮素的迁移转化特征

为了明确肥料氮素在模拟土柱中的迁移转化特征,通过布置室内模拟土柱试验,研究了3倍常规施肥水平下（360 mg·kg^-1）水稻土中矿质氮的变化.结果表明： 不同处理、不同土层间NH₄⁺-N和NO₃^--N含量差异显著.不施肥对照在整个培养期间养分含量变化不大,不同土层间亦没有显著性差异.施用尿素和硫铵后,土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量显著提高,尤其是0～50 mm土层内,分别达到186.0～2882.1 mg·kg^-1和268.7～351.5 mg·kg^-1,分别相当于对照的4.8～242倍和5.7～316倍,50 mm以下各土层与对照处理相似,表明肥料氮素的迁移转化主要发生在0～50 mm土层内,并且在培养的前14 d变化最大.整个培养期间不同土层内,硫铵处理不同矿质态氮含量是尿素处理的0.7～2.0倍,硝化率是尿素处理的0.9～1.4倍,表明硫铵在水稻土中的转化效率略高于尿素.     

火烧对草地土壤氮总矿化、硝化及无机氮消耗速率的影响

采用同位素^15N库稀释技术结合扰动较小的管型取样法,测定了羊草草地火烧区与未烧区不同季节土壤氮的总矿化速率、总硝化速率、无机氮消耗速率．结果表明,火烧地的氮总矿化与硝化速率在牧草返青后的4、5月份均高于未烧地,7月份差异不显著,到生长季末的9月份又低于未烧地;火烧地NH^4-N的消耗速率7月份以前均高于未烧地,9月份低于未烧地,N03^--N的消耗4、5份火烧地要高于未烧地,7、9月份又低于未烧地;火烧地土壤NH4^ -N含量在4、5和7月份均高于未烧地,9月份基本没有差别,而N03^--N在4、5月份无大差别,7、9月份高于未烧地．     

脲酶／硝化抑制剂对土壤有效态氮、微生物量氮和小麦氮吸收的影响

研究了脲酶抑制剂(NBPT)、硝化抑制剂(DCD)及二者组合在草甸棕壤上施用对尿素态N转化及土壤总有效态N、微生物量N的影响．结果表明,尿素配施NBPT、DCD及抑制剂组合能够增加尿素水解后土壤NH4^+含量2％-53％。显著降低了氧化态N的浓度,抑制了土壤中铵态N的氧化,增加土壤总有效N34％-44％,小麦吸N量增加0．26％-6．79％。其中以脲酶抑制剂与硝化抑制剂组合的效果最明显．抑制剂施用增加了微生物在小麦生长初期对有效态N固持,有利于后期土壤有效态N的矿化．     

Elevated CO2 and nutrient addition after soil N cycling and N trace gas fluxes with early season wet-up in a California annual grassland

We examined the effects of growth carbon dioxide (CO₂)concentration and soil nutrient availability on nitrogen (N)transformations and N trace gas fluxes in California grasslandmicrocosms during early-season wet-up, a time when rates of Ntransformation and N trace gas flux are high. After plant senescenceand summer drought, we simulated the first fall rains and examined Ncycling. Growth at elevated CO₂ increased root productionand root carbon:nitrogen ratio. Under nutrient enrichment, elevatedCO₂ increased microbial N immobilization during wet-up,leading to a 43% reduction in gross nitrification anda 55% reduction in NO emission from soil. ElevatedCO₂ increased microbial N immobilization at ambientnutrients, but did not alter nitrification or NO emission. ElevatedCO₂ did not alter soil emission of N₂O ateither nutrient level. Addition of NPK fertilizer (1:1:1) stimulatedN mineralization and nitrification, leading to increased N₂Oand NO emission from soil. The results of our study support a mechanisticmodel in which elevated CO₂ alters soil N cycling and NOemission: increased root production and increased C:N ratio in elevatedCO₂ stimulate N immobilization, thereby decreasingnitrification and associated NO emission when nutrients are abundant.This model is consistent with our basic understanding of how C availabilityinfluences soil N cycling and thus may apply to many terrestrial ecosystems.     

天山林区土壤总氮矿化过程对季节性冻融的响应

森林土壤总氮矿化对冻融过程的响应机制尚不明确,氮矿化速率和转化情况尚缺乏定量刻画。通过土壤原位法与室内培养分析相结合,利用¹⁵N同位素稀释技术,研究冻融期间天山林区乔木林地、灌丛、草地3种群落类型土壤总氮矿化及转化累积量的动态,分析土壤总氮矿化速率与土壤温度、含水率及微生物量氮(MBN)的相互关系。结果表明:(1)冻融过程及群落类型对总氮矿化速率和MBN含量有极显著的影响(P<0.01),秋、春季冻融期的总氮矿化速率相比冻结期更高;(2)季节性冻融期间,乔木林地土壤总氨化累积量在3种群落类型中最高(163.9 kg N hm^-2 a^-1),秋、春冻融期占整个时期的比值约为66%;而总硝化累积量在3种群落类型中相差较小,秋、春冻融期占比均约为77.4%;(3)土壤温度和含水率显著影响总氮矿化速率、净氮矿化速率和MBN速率,随土壤温度增加,总氨化速率(林地和灌丛)显著升高(P<0.05);随土壤含水率增加,净氨化速率(灌丛)和净硝化速率(灌丛)显著降低(P<0.05)。通过揭示天山林区土壤总氮矿化速率(总氨...     

高效稳定性硫酸铵氮肥在黑土中的施用效果

为筛选高效稳定性氮肥,采用盆栽试验,通过监测施用不同处理的稳定性硫酸铵对黑土铵态氮和硝态氮含量、表观硝化率、硝化抑制率、玉米生长指标、产量和氮素效率等指标的影响,研究添加不同生化抑制剂配方的稳定性硫酸铵态氮肥在吉林黑土玉米栽培中的施用效果。本试验以不施氮肥(CK)和施硫酸铵(N)为对照,在硫酸铵中分别添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6-三甲基吡啶(CP),氮保护剂(N-GD)和肥料增效剂(HFJ)及其组合,制成9种稳定性硫酸铵氮肥。结果表明: 与单施硫酸铵氮肥处理相比,在黑土中添加DMPP和DMPP组合显著影响土壤中铵态氮和硝态氮含量及土壤表观硝化率,铵态氮含量提高1.4～2.0倍,硝态氮含量降低13.6%～17.9%,土壤表观硝化率降低55.3%～59.8%;添加DMPP、DMPP+HFJ和DMPP+N-GD组合硝化抑制率最高,达到16.5%以上;添加DMPP+HFJ+N-GD和HFJ的硫酸铵处理玉米叶片叶绿素含量增加最显著,增加4.5～5.3倍;硫酸铵添加硝化抑制剂和肥料增效剂对株高无显著影响;添加HFJ的硫酸铵处理玉米生物量、籽粒产量、经济系数、收获指数、氮肥农学利用率、氮素吸收利用率、肥料贡献率和氮肥偏生产力增加最显著,分别增加1.2、2.5、0.7、0.6、2.7、2.1、1.3和2.5倍。添加HFJ和DMPP、DMPP+HFJ、DMPP+N-GD处理的硫酸铵处理在黑土中施用效果最好,但是DMPP成本较高,因此,兼顾成本和氮肥利用率,建议稳定性硫酸铵态氮肥生化抑制剂首选氮肥增效剂HFJ,其次选择DMPP+HFJ或者DMPP+N-GD。     

Plant and microbial nitrogen use and turnover: Rapid conversion of nitrate to ammonium in soil with roots

Immobilization of ammonium (NH ₄ ⁺ ) by plants and microbes, a controlling factor of ecosystem nitrogen (N) retention, has usually been measured based on uptake of¹⁵NH ₄ ⁺ solutions injected into soil. To study the influence of roots on N dynamics without stimulating consumption of NH ₄ ⁺ , we estimated gross nitrification in the presence or absence of live roots in an agricultural soil. Tomato (Lycopersicon esculentum var. Peto76) plants were grown in microcosms containing root exclosures. When the plants were 7 weeks old,¹⁵N enriched nitrate (NO ₃ ⁻ ) was applied in the 0–150 mm soil layer. After 24 h, > 30 times more¹⁵NH ₄ ⁺ was found in the soil with roots than in the soil of the root exclosures. At least 18% of the NH ₄ ⁺ -N present at this time in the soil with roots had been converted from NO ₃ ⁻ . We estimated rates of conversion of NO ₃ ⁻ to NH ₄ ⁺ , and rates ofNH ₄ ⁺ immobilization by plants and microbes, by simulating N-flow of¹⁴⁺¹⁵N and¹⁵N in three models representing mechanisms that may be underlying the experimental data: Dissimilatory NO ₃ ⁻ reduction to NH ₄ ⁺ (DNRA), plant N efflux, and microbial biomass nitrogen (MBN) turnover. Compared to NO ₃ ⁻ uptake, plant NH ₄ ⁺ uptake was modest. Ammonium immobilization by plants and microbes was equal to at least 35% of nitrification rates. The rapid recycling of NO ₃ ⁻ to NH ₄ ⁺ via plants and/or microbes contributes to ecosystem N retention and may enable plants growing in agricultural soils to capture more NH ₄ ⁺ than generally assumed.     

Plant carbon substrate supply regulated soil nitrogen dynamics in a tallgrass prairie in the Great Plains,USA: results of a clipping and shading experiment

Aims Land use management affects plant carbon (C) supply and soil environments and hence alters soil nitrogen (N) dynamics, with consequent feedbacks to terrestrial ecosystem productivity. The objective of this study was to better identify mechanisms by which land-use management (clipping and shading) regulates soil N in a tallgrass prairie, OK, USA.Methods We conducted 1-year clipping and shading experiment to investigate the effects of changes in land-use management (soil microclimates, plant C substrate supply and microbial activity) on soil inorganic N (NH 4 + ? N and NO 3 ? ? N), net N mineralization and nitrification in a tallgrass prairie.Important findings Land-use management through clipping and/or shading significantly increased annual mean inorganic N, possibly due to lowered plant N uptake and decreased microbial N immobilization into biomass growth. Shading significantly increased annual mean mineralization rates (P < 0.05). Clipping slightly decreased annual mean N nitrification rates whereas shading significantly increased annual mean N nitrification rates. Soil microclimate significantly explained 36% of the variation in NO 3 ? ? N concentrations (P = 0.004). However, soil respiration, a predictor of plant C substrate supply and microbial activity, was negatively correlated with NH 4 + ? N concentrations (P = 0.0009), net N mineralization (P = 0.0037) and nitrification rates (P = 0.0028) across treatments. Our results suggest that change in C substrate supply and microbial activity under clipping and/or shading is a critical control on NH 4 + ? N, net N mineralization and nitrification rates, whereas clipping and shading-induced soil microclimate change can be important for NO 3 ? ? N variation in the tallgrass prairie.