甲硫氨基酸对亚热带森林土壤硝化作用和N2O排放的影响

为探讨甲硫氨基酸对亚热带红壤硝化作用和N₂O排放的影响,选择福建省建瓯市万木林保护区的山地红壤为研究对象,在土壤饱和持水量(WHC)60%和90%的条件下,开展室内培养试验.试验分为对照(CK)、添加甲硫氨基酸(M)、甲硫氨基酸和硫酸铵(MA)、甲硫氨基酸和亚硝酸钠(MN)、甲硫氨基酸和葡萄糖(MC)5个处理.结果表明: 与对照相比,M处理使土壤NH₄⁺-N平均含量显著提高0.8%～61.3%,而NO₃^--N含量显著降低13.2%～40.7%;60%WHC条件下,MC处理土壤NO₂^--N含量高于M处理,MA、MN处理NO₃^--N含量高于M处理,且MN处理高于MA处理,M处理于试验后期最低,表明甲硫氨基酸抑制了硝化作用的亚硝化过程.碳添加处理使甲硫氨基酸在一定程度上降低NH₄⁺-N含量,抑制了土壤自养硝化,并且甲硫氨基酸和碳源共同作用下NO₃^--N含量变化与土壤水分条件有关,在90%WHC条件下,碳加入后反硝化作用更明显;而NO₃^--N含量降低不足以表明是异养硝化受到抑制所致.甲硫氨基酸在一定程度上促进土壤N₂O的释放,90%WHC条件下较60%WHC条件下释放量更大,且葡萄糖添加的促进效果更明显.     

CO2浓度升高对水体硝化、反硝化作用的影响研究进展

大气CO₂浓度升高潜移默化地影响着水体生态系统的碳循环过程.然而,该过程如何影响与其耦合的氮循环过程仍不明确.水体硝化、反硝化过程作为水体氮循环的重要环节,必然会对大气CO₂浓度升高产生一系列的响应.本文总结了国内外关于大气CO₂浓度升高对水体理化性质、硝化作用、反硝化作用及N形态转化影响方面的研究工作,发现大气CO₂浓度升高会降低水体的pH,增加水中CO₂和HCO₃^-含量,但对富营养化与寡营养化水体中硝化、反硝化作用的影响具有明显差异.大气CO₂浓度升高抑制寡营养化水体的硝化作用和反硝化作用,降低N₂O的释放通量,抑制富营养化水体的硝化作用,但当水体pH在7~9时,可能促进反硝化作用,增加N₂O的释放通量,最终可能导致水体中NH₄⁺的积累及NO₃^-浓度的降低,影响水体中微生物的多样性.在此基础上提出目前相关研究存在的瓶颈问题及值得深入探讨的科学问题,为进一步深入理解温室效应背景下全球CO₂浓度升高对水体生态系统N循环的影响提供参考.     

甲硫氨基酸对亚热带森林土壤硝化作用和N2O排放的影响

为探讨甲硫氨基酸对亚热带红壤硝化作用和N₂O排放的影响,选择福建省建瓯市万木林保护区的山地红壤为研究对象,在土壤饱和持水量(WHC)60%和90%的条件下,开展室内培养试验.试验分为对照(CK)、添加甲硫氨基酸(M)、甲硫氨基酸和硫酸铵(MA)、甲硫氨基酸和亚硝酸钠(MN)、甲硫氨基酸和葡萄糖(MC)5个处理.结果表明: 与对照相比,M处理使土壤NH₄⁺-N平均含量显著提高0.8%～61.3%,而NO₃^--N含量显著降低13.2%～40.7%;60%WHC条件下,MC处理土壤NO₂^--N含量高于M处理,MA、MN处理NO₃^--N含量高于M处理,且MN处理高于MA处理,M处理于试验后期最低,表明甲硫氨基酸抑制了硝化作用的亚硝化过程.碳添加处理使甲硫氨基酸在一定程度上降低NH₄⁺-N含量,抑制了土壤自养硝化,并且甲硫氨基酸和碳源共同作用下NO₃^--N含量变化与土壤水分条件有关,在90%WHC条件下,碳加入后反硝化作用更明显;而NO₃^--N含量降低不足以表明是异养硝化受到抑制所致.甲硫氨基酸在一定程度上促进土壤N₂O的释放,90%WHC条件下较60%WHC条件下释放量更大,且葡萄糖添加的促进效果更明显.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程对氮输入的响应

以黄河口生态恢复前后未恢复区(R₀)、2007年恢复区(R₂₀₀₇)和2002年恢复区(R₂₀₀₂)的芦苇湿地为研究对象,研究了不同形态氮输入对湿地土壤N₂O产生过程的影响与贡献.结果表明: 硝态氮(NO₃^--N)输入对恢复区湿地土壤N₂O总产生量的影响远远大于铵态氮(NH₄⁺-N),但两者均抑制了R₀土壤的N₂O总产生量.尽管NO₃^--N输入对R₂₀₀₂表层土壤N₂O总产生量的影响明显大于R₂₀₀₇,但二者的N₂O产生量均随氮输入量的增加而增加.恢复区湿地土壤的反硝化作用和硝化细菌反硝化作用受NO₃^--N输入的影响明显,而R₀土壤产生N₂O的生物过程受其影响并不显著.尽管NH₄⁺-N输入对湿地土壤N₂O的总产生量影响不大,但其输入整体促进了R₀ 土壤的硝化细菌反硝化作用、R₂₀₀₇土壤的硝化作用和R₂₀₀₂土壤的非生物作用.比较而言,NO₃^--N输入对R₀、R₂₀₀₇和R₂₀₀₂湿地土壤N₂O产生的非生物作用主要表现为抑制,NH₄⁺-N输入则整体提高了R₀和R₂₀₀₂湿地土壤非生物作用的N₂O产生量,这与不同形态氮输入对土壤pH的调节作用密切相关.研究发现,NO₃^--N输入大大增加了湿地土壤的N₂O总产生量,改变了原有湿地土壤生物作用和非生物作用的贡献模式,故生态恢复工程导致的营养盐输入(NO₃^--N)应受到特别关注.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程对氮输入的响应

以黄河口生态恢复前后未恢复区(R₀)、2007年恢复区(R₂₀₀₇)和2002年恢复区(R₂₀₀₂)的芦苇湿地为研究对象,研究了不同形态氮输入对湿地土壤N₂O产生过程的影响与贡献.结果表明: 硝态氮(NO₃^--N)输入对恢复区湿地土壤N₂O总产生量的影响远远大于铵态氮(NH₄⁺-N),但两者均抑制了R₀土壤的N₂O总产生量.尽管NO₃^--N输入对R₂₀₀₂表层土壤N₂O总产生量的影响明显大于R₂₀₀₇,但二者的N₂O产生量均随氮输入量的增加而增加.恢复区湿地土壤的反硝化作用和硝化细菌反硝化作用受NO₃^--N输入的影响明显,而R₀土壤产生N₂O的生物过程受其影响并不显著.尽管NH₄⁺-N输入对湿地土壤N₂O的总产生量影响不大,但其输入整体促进了R₀ 土壤的硝化细菌反硝化作用、R₂₀₀₇土壤的硝化作用和R₂₀₀₂土壤的非生物作用.比较而言,NO₃^--N输入对R₀、R₂₀₀₇和R₂₀₀₂湿地土壤N₂O产生的非生物作用主要表现为抑制,NH₄⁺-N输入则整体提高了R₀和R₂₀₀₂湿地土壤非生物作用的N₂O产生量,这与不同形态氮输入对土壤pH的调节作用密切相关.研究发现,NO₃^--N输入大大增加了湿地土壤的N₂O总产生量,改变了原有湿地土壤生物作用和非生物作用的贡献模式,故生态恢复工程导致的营养盐输入(NO₃^--N)应受到特别关注.     

真菌对土壤N2O释放的贡献及其研究方法

N₂O是一种重要的温室气体,而土壤作为N₂O的重要来源之一,其N₂O主要产生于硝化和反硝化作用的生物过程.研究表明细菌和古菌是这些生物过程的主要参与者,然而在特定土壤生态系统中,真菌在N循环过程中起主要作用.但真菌对土壤N₂O释放贡献的研究报道甚少.本文阐述了土壤真菌N₂O产生机制的研究进展,介绍了自养硝化、异养硝化和反硝化过程的发生机理、关键微生物和功能基因.详细介绍了与真菌有关的N₂O产生过程,真菌的异养硝化作用和反硝化作用,并且比较了真菌和细菌反硝化系统的差异.此外,本文重点总结了研究土壤真菌N₂O产生的主要方法,包括选择抑制剂法、^15N标记、分离和纯培养以及免培养的分子生态学方法,对各种方法的优势和弊端进行了探讨,并对今后的研究工作提出了展望.     

闽江河口湿地土壤羟胺和亚硝态氮非生物过程N2O产生潜力及其影响因素

河口湿地氮转化的非生物过程可产生氧化亚氮(N₂O)。羟胺(NH₂OH)和亚硝态氮(NO₂^-)可通过非生物过程产生N₂O,但其产生潜力及其影响因素不甚清楚。本研究以亚热带典型河口——闽江河口湿地为对象,通过不加氮(CK)、加NH₂OH和NO₂^- 3种处理,研究其非生物过程N₂O产生潜力及其影响因素。结果表明,不同处理N₂O产生速率具有显著差异(P<0.05)。添加NH₂OH、NO₂^-和不加氮土壤非生物过程N₂O产生速率分别为16.88～307.99、-0.50～27.51和-1.20～2.97 ng·g^-1·h^-1。土壤添加NH₂OH非生物过程产生N₂O的贡献为20.74%～98.73%,而添...     

硫化物抑制潮土反硝化过程中氧化亚氮还原的菌群机制

【背景】土壤中的反硝化作用形成气态产物N₂O和N₂,会导致氮素的气态损失,并造成温室效应。硫化物对土壤的N₂O还原具有抑制作用,但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚。【目的】研究有无外加碳源情况下,硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N₂O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响。【方法】分别设置不同量葡萄糖(0和1000mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理,进行室内微宇宙培养实验,利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N₂O和N₂的积累量,通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量,利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构。【结果】硫化钠的添加显著抑制N₂O还原,但是其对于N₂O积累量没有显著影响,却显著降低了NO的积累量。硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑...     

温带草甸草原土壤N2O产生过程研究

以大量的室内模拟培养实验,以内蒙古温带草甸草原土壤为研究对象,利用AIM乙炔抑制法,模拟野外条件对原样土壤样品进行N₂O产生过程进行研究。实验结果表明:内蒙古温带草甸草原土壤N₂O产生过程以硝化作用为主。其中异养硝化作用起主导作用,自养硝化潜势和反硝化潜势在草原植物不同生长季节变化不同,总体上异养硝化潜势>自养硝化潜势>反硝化潜势。由于自养硝化作用在不同季节的发生,使得草甸草原土壤N₂O的产生潜势也高、低起伏变化。从而揭示了内蒙古温带草原土壤以异养硝化作用过程为主产生N₂O和N₂O排放通量较低的微生物学机理。     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

不同灌溉量对华北平原菜地N2O排放及其来源的影响

以华北平原菜地为研究对象,通过控制灌溉量设置不同的土壤水分对照,利用稳定同位素¹⁵N自然丰度法,结合传统的乙炔抑制试验,对不同土壤水分条件下的N₂O排放、N₂O同位素特征值以及同位素异位体位嗜值(SP值)变化规律进行分析,以阐明不同水分条件下N₂O的排放规律及其来源.结果表明:水分条件显著影响N₂O排放,相比于50%土壤孔隙含水率(WFPS),70%WFPS的水分条件下N₂O的排放较高.N₂O的排放集中在施肥前期,在施肥中后期迅速减弱.50%WFPS条件下,N₂O的排放最初以硝化作用为主,占比约为90%,随后硝化作用迅速下降,反硝化变成主导作用,施肥7 d后即达到80%以上;而70%WFPS条件下初期则以反硝化为主,占比约为70%,随后下降至40%左右,施肥10 d后逐渐升高至80%.整体上,N₂O的排放主要以反硝化作用为主,不同水分处理对土壤硝化、反硝化作用的影响主要体现在施肥前期,后期均以反硝化为主.综上,建议华北地区的菜地生产应适当降低灌溉量,以减少N₂O排放.     

交叉培养法研究养分对作物幼苗释放N2O的影响

为验证土壤中N₂O能否通过植物的输导组织由叶片释放从而干扰植物直接释放N₂O的定量测定,实验采用分室隔离法确证了土壤N₂O对测定某些作物(如玉米、高粱)直接释放N₂O的干扰;采用交叉培养法消除了这种干扰,准确地测定了大豆、玉米幼苗直接释放N₂O的强度;并研究了N、P营养与植物释放N₂O及体内NO₃^--N浓度之间的相关性.     

NO3-/NO2-对渤海湾油藏中硫酸盐还原菌SO42-还原活性的抑制效应

长期注水开发促进了渤海湾海域油藏中硫酸盐还原菌(SRP)的生长繁殖,产生了大量H₂S,引起油藏酸化(souring)等问题. 本文首先以改进的API RP 38培养基富集了渤海湾海域某油藏采出井井口采出液中的SRP,再通过批次试验研究了不同浓度NO₃^-和NO₂^-对SRP富集培养物SO₄^2-还原活性的抑制效应. 结果表明： 渤海湾海域油藏中的SRP富集培养物SO₄^2-还原活性较强,SO₄^2-还原速率为10.4 mmol SO₄^2-·d^-1·g^-1 dry cell;加入浓度为0.4、0.8、1.8、4.2 mmol·L^-1NO₃^-时,SRP富集培养物的SO₄^2-还原活性均可被抑制,维持时间分别为5、9、20和大于35 d;加入浓度为0.6、0.9、1.4、2.6或4.6 mmol·L^-1的NO₂^-时,SO₄^2-还原活性也被抑制,维持时间分别为3、12、22和大于39 d. SRP富集培养物具有异化NO₃^-还原成NH₄⁺的代谢途径.当环境中同时存在SO₄^2-、NO₃^-、NO₂^-时,SRP富集培养物优先利用NO₃^-和NO₂^-. SRP富集培养物对电子受体的优先利用及NO₂^-的毒性效应是NO₃^-/NO₂^-抑制渤海湾海域油藏中SO₄^2-还原活性的主要原因.     

NO3-/NO2-对渤海湾油藏中硫酸盐还原菌SO42-还原活性的抑制效应

长期注水开发促进了渤海湾海域油藏中硫酸盐还原菌(SRP)的生长繁殖,产生了大量H₂S,引起油藏酸化(souring)等问题. 本文首先以改进的API RP 38培养基富集了渤海湾海域某油藏采出井井口采出液中的SRP,再通过批次试验研究了不同浓度NO₃^-和NO₂^-对SRP富集培养物SO₄^2-还原活性的抑制效应. 结果表明： 渤海湾海域油藏中的SRP富集培养物SO₄^2-还原活性较强,SO₄^2-还原速率为10.4 mmol SO₄^2-·d^-1·g^-1 dry cell;加入浓度为0.4、0.8、1.8、4.2 mmol·L^-1NO₃^-时,SRP富集培养物的SO₄^2-还原活性均可被抑制,维持时间分别为5、9、20和大于35 d;加入浓度为0.6、0.9、1.4、2.6或4.6 mmol·L^-1的NO₂^-时,SO₄^2-还原活性也被抑制,维持时间分别为3、12、22和大于39 d. SRP富集培养物具有异化NO₃^-还原成NH₄⁺的代谢途径.当环境中同时存在SO₄^2-、NO₃^-、NO₂^-时,SRP富集培养物优先利用NO₃^-和NO₂^-. SRP富集培养物对电子受体的优先利用及NO₂^-的毒性效应是NO₃^-/NO₂^-抑制渤海湾海域油藏中SO₄^2-还原活性的主要原因.     

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.     

不同种类氮肥对土壤释放N2O的影响

用培养试验模拟研究了在正常水分(22%)、干旱(12%)和高含水量(32%)条件下,普通碳酸氢铵(普碳)、尿素及新型肥料长效碳酸氢铵(长碳)对土壤释放N₂O的影响;同时考察了土壤NO₃^-的形成时间和形成量.结果表明,农田中施加的无机氮肥是大气中N₂O的重要来源,而长碳与普碳和尿素相比,不但可以明显延后N₂O释放高峰期出现时间,而且大多数情况下可以显著减少其释放量(P<0.01).在5个月的监测期内,与普碳和尿素相比其减少N₂O释放的比例分别为80.23和88.41%(12%含水量),40.00和27.59%(22%含水量),无减少作用和45.88%(32%含水量).本研究结果提示长碳具有作为农田生态系统N₂O减排措施的巨大潜力,同时暗示在农业中用长碳代替目前普遍应用的普碳,可以减少地下水中NO₃^-引起的污染.     

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.     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

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.