掺混氮肥配施抑制剂对土壤氮库的调控作用

采用冬小麦盆栽试验,探讨掺混氮肥(缓释肥N∶普通尿素N=1∶1)配施氮肥抑制剂NAM对冬小麦土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和固定态铵含量及小麦产量、氮肥利用率的影响,分析不同处理土壤矿质氮库、微生物生物量氮库和固定态铵库的动态变化特征.试验共设6个处理,不施氮肥(CK)、普通尿素(U)、掺混氮肥(MU)、MU+2.5‰NAM(MUN₁)、MU+5‰NAM(MUN₂)和MU+7.5‰NAM(MUN₃).结果表明:与MU处理相比,MUN₂和MUN₃处理推迟了NH₄⁺-N峰值出现的时间;小麦整个生长季,添加NAM处理的土壤矿质氮平均含量比MU处理下降了5.3%～11.7%;分蘖期至抽穗期,MU处理的微生物生物量氮矿化量和矿化率分别为38.96 mg·kg^-1和91.5%,均高于U处理,而MUN₁、MUN₂和MUN₃处理分别为58.73 mg·kg^-1和83.3%、94.20 mg·kg^-1和94.6%、104.46 mg·kg^-1和96.3%,添加NAM处理固定态铵的释放量比MU处理提高了2.83~9.19 mg·kg^-1.通径分析结果显示,与MU处理相比,添加NAM减弱了土壤NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的直接影响,增强了固定态铵库通过影响NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的间接作用.同时,MUN₁、MUN₂和MUN₃处理的小麦籽粒产量较MU处理分别提高了31.6%、21.5%和22.9%,氮肥利用率分别提高了8.1%、13.5%和3.1%.综上,配施NAM通过对氮素释放及在土壤中转化的双重调控,延迟土壤NH₄⁺-N峰值出现的时间及后续向NO₃^--N的转化,提高微生物生物量氮和固定态铵的供氮作用,从而提高了作物产量和氮肥利用率.     

秸秆还田下氮肥运筹对水稻各生育期土壤微生物群落结构的影响

运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和Biolog方法,研究了秸秆不还田不施肥(CK)、秸秆还田+尿素1(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=0∶6∶2∶2,T₁)、秸秆还田+尿素2(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3∶3∶2∶2,T₂)、秸秆还田+沼液+尿素(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3(沼液)∶3(2沼液+1尿素)∶2(尿素)∶2(尿素),T₃) 4种氮肥运筹方式对水稻各生育期(分蘖期、孕穗期、成熟期)土壤微生物群落结构的影响。结果表明: 1)T₃处理显著提高了各生育期土壤中的有效氮含量,其中成熟期有效氮含量显著高于分蘖期和孕穗期;T₁～T₃处理的有效磷和速效钾含量在各生育期均高于CK,且分蘖期的含量高于孕穗期和成熟期;稻田各生育期与各处理的交互作用对土壤有效氮、有效磷、速效钾含量均有显著影响;2)T₃能提高稻田土壤中微生物碳源代谢强度,碳水化合物、氨基酸、聚合物、羧酸是稻田土壤微生物利用的主要碳源,稻田各生育期与各处理的交互作用对微生物利用碳水化合物和羧酸的能力有显著影响;3)T₂、T₃能显著提高土壤微生物生物量;T₂处理真菌/细菌比较高,以真菌为主导,更有利于稻田土壤生态系统的稳定。表明秸秆还田同步施用氮肥(尿素或沼液)能提高土壤微生物活性,改善土壤环境。     

控释肥料对覆膜栽培稻田N2O排放的影响

采用静态箱-气相色谱法,研究了控释肥料对四川丘陵地区覆膜节水高产栽培稻田N₂O排放的影响.结果表明: 稻田施用尿素及控释肥料后水稻生长期N₂O排放总量分别为(38.2±4.4)和(21.5±5.2) mg N·m^-2;施用尿素处理N₂O排放系数为0.25%,施用控释肥料处理N₂O排放系数为0.14%,减少了43.6%(P<0.05),其中烤田前减少了49.6%(P<0.05);控释肥料可抑制施肥引起的N₂O排放峰值,降幅达52.6%;控释肥料对水稻不同生长季节土壤微生物生物量氮、NH₄⁺-N含量和水稻产量均无显著影响;N₂O排放与5 cm土壤温度、土壤Eh值无显著相关性.     

施用控释氮肥对稻田土壤微生物生物量碳、氮的影响

借助农业部望城红壤水稻土生态环境野外观测试验站的控释氮肥试验,研究了施用控释氮肥对水稻不同生育期间稻田土壤微生物生物量碳、氮动态变化的影响。试验共设5个处理:①CK,(不施氮肥);②Urea(施用尿素);③CRNF(施用与处理②等氮量的控释氮肥);④70%CRNF(施用控释氮肥,用氮量为处理②的70%);⑤50%CRNF+M(施用控释氮肥和猪粪,总氮量为处理②的70%,其中控释氮肥用量为处理②的50%,猪粪含氮量为处理②的20%)。结果表明,施肥后10 d,施氮处理土壤微生物生物量碳和氮均达最高,随生育进程推进逐渐下降,成熟期有一定的回升;施肥初期,施用等氮量的控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)分别增加5.4%和22.5%,而水稻生育中后期,控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)下降幅度大,该处理向地上部提供氮素营养较尿素处理高;施氮量较高的CRNF处理,土壤微生物生物量碳低于控释氮肥节氮处理(70%CRNF),但在大多数取样时期,土壤微生物量氮高于控释氮肥节氮处理(70%CRNF);控释氮肥配施有机肥的节氮处理较其他单施化肥处理显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。控释氮肥与有机肥配施,不仅能节约氮肥用量,而且能明显地提高土壤微生物生物量碳、氮的含量。     

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。     

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.     

控失尿素对稻田氨挥发、氮素转运及利用效率的影响

通过田间试验,以普通尿素分次施用处理(CU)为对照,研究了控失尿素分次施用(LCUS)和一次施用(LCUB)对水稻田土壤氨挥发特征、水稻氮素营养状况、稻谷产量及氮肥利用效率的影响. 结果表明: 普通尿素分次施用、控失尿素分次施用和控失尿素一次施用条件下,生育期氨挥发总量占总施氮量的比例分别为15.8%、13.4%和19.7%. 与普通尿素分次施用处理相比,控失尿素分次施用处理可降低土壤氨挥发损失量4.4 kg N·hm^-2,降幅达18.0%,而控失尿素一次施用处理稻田土壤氨挥发总量却增加了7.2 kg N·hm^-2,增幅达24.7%. 与普通尿素分次施用处理相比,控失尿素分次施用处理的水稻叶片叶绿素、籽粒和茎叶氮含量与氮素积累量、稻谷产量均有不同程度提高,氮肥利用率显著提高了7.6%,但氮素转运量、转运率和对穗氮贡献率均显著降低,而控失尿素一次施用处理的水稻叶片叶绿素、籽粒和茎叶氮含量与氮素积累量以及氮肥利用率均显著降低,氮素转运量、转运率、对穗氮贡献率以及稻谷产量无显著差异. 综上所述,控失尿素分次施用处理可以在保证稻谷稳产的同时,有效降低稻田土壤氨挥发损失,改善植株氮素营养状况,显著提高氮肥利用效率.     

缓/控释复合肥料对土壤氮素库的调控作用

采用小麦盆栽生物试验、实验室化学分析和仪器分析方法研究了缓/控释复合肥料(SRF)对土壤氮素养分库中不同组分(微生物量氮、固定态铵、NH4+-N、NO3--N、铵离子周转库)动态变化的影响及其与小麦吸收氮素养分的关系。结果表明,在小麦分蘖初期,SRF处理土壤微生物量氮、NH4+-N含量较普通复合肥料(CCF)低,此后整个小麦生育期的土壤微生物量氮、NH4+-N含量的总体变化趋势以SRF处理高于CCF处理,其中SRF处理的小麦土壤NH4+-N含量较CCF处理高108.1%—271.7%;在小麦生长前期,SRF处理土壤固定态铵含量较CCF低;在小麦生长中期,SRF处理土壤固定态铵含量较CCF处理高;与CCF处理比较,SRF处理小麦土壤硝态氮含量经历先升高后降低、在生育后期又升高的趋势。在小麦生育前期,CCF处理土壤"铵离子周转库"由371.3 mg/kg降至259.1 mg/kg;SRF处理土壤"铵离子周转库"由306.5 mg/kg升至324.5 mg/kg。在小麦需氮量较高的拔节期,CCF处理土壤"铵离子周转库"与前一次之差值仅为34.18 mg/kg,而SRF处理则达到77.21 mg/kg,表明小麦生育前期SRF土壤"铵离子周转库"能够固定更多的铵离子,降低铵离子的损失;在小麦需氮量较高的时期,"铵离子周转库"则释放更多的铵离子以供给小麦吸收利用。小麦生长初期CCF处理释放养分速率较快,小麦植株吸氮量高于SRF处理;生长中、后期SRF处理释放养分量较CCF处理高,此阶段小麦吸氮量以SRFCCF。不同处理对小麦吸氮量的影响与对小麦生物量变化是基本一致的,即初期以CCFSRF,中后期以SRFCCF,收获期SRF处理较CCF处理分别提高小麦生物量15.32%、吸氮量13.51%。相关分析表明,小麦生物试验中SRF处理土壤微生物量氮、固定态铵以及"铵离子周转库"的动态变化与小麦吸氮量之间达到显著或极显著负相关关系(r=-0.8728*—-0.9006**),SRF调控土壤氮素库的能力较CCF更强,能更好的协调土壤氮素养分供应与小麦氮素需求间的动态平衡和提高肥料氮素利用效率。     

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.     

生物炭配施硝化/脲酶抑制剂对亚热带水稻土活性氮气体排放的影响

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N₂O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据。本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N₂O排放及氨挥发的变化动态。结果表明: 1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg^-1·d^-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9%,N+NI处理显著降低22.9%;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0%。2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH₃累积排放量均显著增加约49%;N+UI处理降低了NH₃累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显。3)各处理的N₂O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N₂O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87 μg·kg^-1·h^-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N₂O排放的效果最佳。综合计算各处理直接N₂O和间接N₂O(NH₃)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了34.8%和40.9%,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了45.9%和60.5%。因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳。     

较长时间内15N标记的氨态氮和硝态氮在小嵩草草甸中的运移规律

运用15N稳定性同位素技术,对15N标记的硝酸盐和铵盐在输入小嵩草(Kobresia pygaea C.B.Clarke)草甸11～13个月后的运移规律进行了研究.在经历11～13个月后,进入无机氮库中的15N很少,一般不超过所输入氮素的l%,而较多的1 5N为土壤有机质、土壤微生物和植物所固持.NO3--15N和NH4 -1 5N在小嵩草草甸中的运移规律差异很大.在11、12和13个月后,NO3--15N的总恢复率分别为92.83%、92.64%和79.96%;而NH4 -15N的则分别为49.6%、63.33%和66.22%.两者的差异在土壤有机质、土壤微生物和植物等库之间的分配中更加明显.输入NO3--15N时在11、12个月后植物所固持的15N最多,而土壤微生物和土壤有机质所固持的15N比较接近,而在13个月后,土壤有机质和植物所固持的15N接近,而土壤微生物所固持的15N下降许多;当输入NH4 -15N,土壤有机质所固持的1 5N比植物和土壤微生物所固持的都多,而且植物所固持的15N比较稳定,而土壤微生物所固持的15N则有较大变化.这表明在较长的时间内嵩草草甸对NO3-和NH4 的固持能力是不一样的.     

新型磷酰胺类脲酶抑制剂对不同质地土壤尿素转化的影响

施用脲酶抑制剂是降低尿素水解、减少氨气挥发损失、提高作物氮(N)肥利用率的重要途径之一.采用室内恒温、恒湿模拟试验方法,在25 ℃黑暗条件下培养,研究新型磷酰胺类脲酶抑制剂N-丙基磷酰三胺(NPPT)的脲酶抑制效果,比较其与N-丁基磷酰三胺(NBPT)在不同尿素用量条件下不同质地土壤中对脲酶的抑制差异.结果表明: 在壤土和黏土中,尿素作用时间≤9 d,添加抑制剂可以将尿素水解时间延长3 d以上.砂土中,尿素分解过程相对缓慢,添加抑制剂显著降低土壤脲酶活性,抑制NH₄⁺-N生成.在培养期间,不同尿素用量条件下,脲酶抑制剂在不同质地土壤中的抑制效果表现为高施N量优于低施N量.培养第6天,在尿素用量250 mg N·kg^-1条件下,NBPT和NPPT在砂土中脲酶抑制率分别为56.3%和53.0%,在壤土中分别为0.04%和0.3%,在黏土中分别为4.1%和6.2%;尿素用量500 mg N·kg^-1,NBPT和NPPT在砂土中脲酶抑制率分别为59.4%和65.8%,在壤土中分别为14.5%和15.1%,在黏土中分别为49.1%和48.1%.不同质地土壤中脲酶抑制效果表现为砂土>黏土>壤土.不同抑制剂处理在培养期间土壤NH₄⁺-N含量呈现先上升后下降的趋势,而NO₃^--N含量和表观硝化率均呈现逐渐上升的趋势.与单施尿素处理相比,添加脲酶抑制剂NBPT和NPPT显著增加土壤中的残留尿素态N,降低NH₄⁺-N生成.新型脲酶抑制剂NPPT在不同质地土壤中的抑制效果与NBPT相似,是一款有效的脲酶抑制剂.     

模拟氮沉降对温带典型森林土壤有效氮形态和含量的影响

通过室内模拟氮沉降试验,研究了氮沉降对温带典型森林土壤有效氮的影响.结果表明：试验期间,与对照相比,经过氮沉降处理的土壤铵态氮、硝态氮和有效氮均呈增长的趋势,增加的程度取决于森林类型、土层、氮处理类型和氮处理的持续时间.氮沉降对不同林型土壤有效氮形态和含量的影响不同,氮沉降对混交林的影响弱于阔叶林,强于针叶人工纯林;土壤A层对氮沉降的敏感程度大于土壤B层;铵态氮形态沉降对土壤铵态氮含量的影响比对土壤硝态氮含量的影响大,而硝态氮形态沉降对土壤硝态氮含量的影响比对土壤铵态氮含量的影响大,混合形态的氮沉降对二者均有促进作用,且增加幅度更高;氮沉降对土壤有效氮的影响存在累加效应.     

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。     

Differential uptakes of different forms of soil nitrogen among major tree species in subalpine coniferous forests of western Sichuan,China

Aims Although acquisition of soil organic nitrogen (N)(mainly amino acids) by plants is a widespread ecological phenomenon in many terrestrial ecosystems, the rate of organic N uptake and their contributions to plant nutrient supply are poorly understood. Our objective was to determine the relative contributions of inorganic N (NO₃^–-N and NH₄⁺-N) and organic N (amino acids) to plant N uptake in a high-frigid forest ecosystem.Methods The differences in the uptake rate of three different forms of N (NO₃^–-N, NH₄⁺-N and glycine) were quantified by exposing seedlings of two dominant tree species (Picea asperata and Betula albo-sinensis) in subalpine coniferous forests of western Sichuan, China, to trace quantities of K¹⁵NO₃,¹⁵NH₄Cl and (U-¹³C₂/¹⁵N) glycine.Important findings Both ¹³C and ¹⁵N were significantly enriched in fine roots 2 h after tracer application, indicating the occurrence of glycine uptake in P. asperata and B. albo-sinensis seedlings. The seedlings of two tree species had a significant preference for NO₃^–-N compared with glycine and NH₄⁺-N, and the uptake rate of NO₃^–-N was 5 to 10 times greater than that of glycine and NH₄⁺-N. The roots of seedlings in the two species took up glycine more rapidly than NH₄⁺-N, implying that soil organic N (i.e., amino acids) could be an important N source for the two species in subalpine coniferous forests. The results of this study are of great theoretical significance for understanding N utilization strategies and nutrient regulation processes in plants of the high-frigid forest ecosystems.     

铵盐和硝酸盐稳定同位素丰度测定方法及其应用案例

综述了过去几十年来铵盐和硝酸盐稳定同位素丰度测定方法的历史发展变化,分析了各种方法的优缺点,并对新方法作了介绍和推荐.目前铵盐稳定同位素丰度的最新测定方法为次溴酸盐氧化结合羟胺还原法,硝酸盐氮氧同位素丰度主流的测定方法为反硝化细菌法和镉粉叠氮酸还原化学法.这些方法的主要共同特点是以N₂O为分析物,分析精度高,对样品的含氮量需求小,一般只需要10～60 nmol N,适用于低浓度样品.新方法的建立对于国内外开展氮素循环研究将起到极大的推动作用.