茭虾共作对土壤氮磷含量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响

为探究茭白种养模式的施肥策略,设置茭虾共作(ZC)、茭白单作(Z)2个处理,研究茭虾共作对土壤氮磷含量、茭白产量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响。2021-2022年的研究结果显示,茭虾共作模式较茭白单作模式采茭期土壤中全氮、全磷、速效磷的含量分别提高了10.85%~38.89%、5.45%~13.79%、6.19%~61.79%,净茭产量提高了5.10%~19.54%,采茭期茭白茎、叶、净茭的干物质积累量分别增加14.41%~16.58%、10.28%~15.15%、10.57%~21.45%。2021年茭虾共作处理较茭白单作处理在采茭期叶的氮含量显著增加了25.74%,但在孕茭期茎中磷含量显著减少了16.76%;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭虾共作处理较茭白单作处理在孕茭期茎的氮含量显著减少了23.75%,在分蘖期叶中磷含量显著减少了12.08%,2a全生育期同一器官的钾含量在2个处理间差异不显著。对于养分积累,2021年茭虾共作处理在分蘖期叶的氮、磷、钾积累量较茭白单作处理分别减少26.04%、27.27%、30.11%,但在采茭期茎的氮、钾积累量和叶的氮、磷积累量较茭白单作处理分别增加18.80%、38.41%和44.77%、35.71%;2022年在氮肥减量、饲料减量投喂下,茭虾共作处理在采茭期叶的磷积累量和茎的钾积累量较茭白单作处理显著增加30.0%和30.77%。关于养分分配,2种处理的茭白在孕茭期和采茭期氮素的分配均以茎、叶为主,而磷、钾元素的分配均以茎为主,茎分配比例在42%~66%。对于养分转运,2021年2种处理茭白的根、茎、叶在氮、磷转运上大多为表现为“库”器官,而在钾转运上大多表现为“源”器官;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭白的根、茎、叶在氮、磷、钾转运量上大多表现为“源”器官。因此,在茭虾共作模式中适当减少肥料、饲料的投入,能促进形成合理的源库关系,有利于茭白产量的形成。

长期不同施氮量下微生物残体氮对土壤氮库稳定性和玉米氮素吸收的影响

在农田生态系统中,化肥氮的施用是保障粮食高产稳产并维持土壤氮库稳定的重要管理措施,土壤微生物既是土壤氮素矿化的驱动者,也是土壤氮素固持的贡献者,在氮素保蓄和供应方面发挥着积极作用,直接影响作物的氮素吸收利用。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田14年长期不同施氮水平定位试验,选取玉米季施氮量150 kg(N)·hm^(-2)(N150)、200 kg(N)·hm^(-2)(N200)和300 kg(N)·hm^(-2)(N300)3个典型处理,通过微区施用15N标记氮肥,在收获期测定玉米产量、地上部总吸氮量和肥料氮吸收量,分析0~20 cm土层土壤全氮(TN)、微生物残体氮[MRN,包括真菌残体氮(FRN)和细菌残体氮(BRN)]、固定态铵(FN)、矿质氮(NH_4^(+)-N+NO_(3)^(-)-N,MN)和其他有机氮(ON)含量及不同氮库对^(15)N的截获,并通过多元回归分析和路径分析建立各形态氮库与玉米氮素吸收的相关关系,研究土壤“老氮”和肥料“新氮”在土壤氮库中的分配及其对作物吸收利用的影响,为研究区氮肥高效利用和地力培肥提供理论支撑。结果表明,玉米产量和氮素吸收以及土壤TN含量均以N200最高,此施氮量有利于作物高产和土壤氮库培育。N300的肥料氮吸收和残留量高于N200,表明N300的土壤氮“激发效应”强于N200,会诱导土壤“老氮”的更多矿化和损失,其土壤TN库稳定性差、更新程度较大。总氮库中,MRN占主导,N200显著高于其他处理,对TN的贡献均在50%以上,且FRN主导了MRN的累积。N200的土壤FRN∶BRN比值显著高于N150和N300,表明适宜施氮可显著提升真菌在氮素积累中的贡献,提升土壤氮库的稳定性;施氮不足(N150)或过量施氮(N300)提升了细菌在氮素积累中的贡献,不利于稳定土壤氮库。N300的MN和FN含量显著高于其他处理,表明过量施肥更多提升的是活性氮库。由此可见,适宜施氮可优化土壤氮库分配,促进更多的氮进入微生物残体氮库,显著提高土壤微生物途径对氮的固持作用,促进土壤对氮素的保蓄与供应良性运行,保障了玉米氮素吸收与产量形成,为指导华北平原农田地力培肥与氮肥减施提供了科学依据。

亚热带森林转换对土壤氮转化关键功能微生物群落的影响

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林。氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程。然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰。以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素。结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素。森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复。研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据。

基于稀疏自注意力和可见-近红外光谱的土壤氮含量预测

氮是影响作物生长的关键因素,精准获取土壤氮含量是实施各类农田水肥管理技术的基础。利用可见-近红外光谱技术可以快速检测土壤氮含量,预测模型精度和泛化能力是制约将光谱技术应用于土壤氮含量检测的瓶颈。为此,提出了一种基于稀疏自注意力和可见-近红外光谱的土壤氮含量预测模型(Visible-near-infrared reflection spectrum and sparse transformer,VNIRSformer)用于提升预测精度和泛化能力。模型由输入层、嵌入层、编码器、解码器、预测层和输出层组成。采用大型公开数据集(Land use/cover area frame statistical survey,LUCAS)训练模型以提升模型泛化能力。实验测试VNIRSformer模型在15种不同光谱波长间隔下的性能,发现:随着波长间隔增加,预测精度先升后降,模型规模不断变小。波长间隔为1 nm时模型预测精度最低,RMSE为0.47 g/kg,R^(2)为0.78。波长间隔为5 nm时模型预测精度最高,RMSE为0.35 g/kg,R^(2)为0.89。当波长间隔从0.5 nm增加至1 nm时,模型规模下降最快,下降比例约为72%。当增加至5 nm后,模型规模匀速下降,下降比例约为5%。综合考虑模型规模及性能,最佳波长间隔设为5 nm。与6种不同预测模型(2种卷积神经网络、传统自注意力模型、偏最小二乘回归、支持向量机回归和K近邻回归)进行对比实验,发现:VNIRSformer模型性能最佳,RMSE为0.35 g/kg,R^(2)为0.89,RPD为2.95。测试VNIRSformer对不同等级的土壤氮含量预测能力,发现:VNIRSformer模型能够较好预测小于5 g/kg的土壤氮含量。将VNIRSformer模型直接应用于自采数据集,发现:R^(2)下降约0.17,表明模型具有一定泛化能力。研究表明,选取波长间隔为5 nm的光谱数据作为VNIRSformer模型输入,预测性能最佳,规模适中;稀疏注意力机制有助于提升模型预测精度,降低模型训练时间;预测模型具有一定泛化能力。研究结果可为基于可见-近红外光谱的土壤氮含量预测技术田间实际应用提供理论支持。

绿肥填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤氮组分的影响

【目的】研究绿肥填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤氮组分的影响,探讨旱地绿肥填闲种植系统提升土壤供氮能力的途径。【方法】冬小麦−夏季绿肥田间定位试验开始于2017年,采用绿肥填闲作物和施氮双因素设计,其中绿肥填闲作物包括苏丹草单播(SG)、长武怀豆单播(SB)、苏丹草与怀豆混播(MIX)和裸地休闲(CK)4个处理,冬小麦施氮量包括0、60、120 kg/hm^(2)3个水平。2023年6月小麦收获后采集0—10、10—20和20—40 cm土壤样品,测定土壤全氮(STN)、颗粒有机氮(PON)、潜在矿化氮(PMN)和微生物量氮(MBN)含量。【结果】与CK处理相比,种植绿肥并未显著影响各土层STN含量,但提高了0—10 cm土层PON含量(增幅为25.8%~54.8%)、0—10和10—20 cm土层PMN含量(增幅分别为9.7%~14.1%和11.2%~13.7%)以及0—10、10—20和20—40 cm土层MBN含量(增幅分别为15.1%~24.1%、18.2%~28.8%和22.3%~32.5%)。不同绿肥处理间比较,SB和MIX处理较SG显著提高了0—10 cm土层PON含量(增幅均为23.1%),SB处理各土层MBN含量均显著高于SG处理(增幅为7.79%~8.93%),而各土层PMN含量在不同绿肥处理间差异均不显著。供试土壤氮组分相对含量大小排序为PON>MBN>PMN,绿肥处理较CK均显著提高了0—10 cm土层PON、PMN、MBN相对含量、10—20 cm土层PMN和MBN相对含量以及20—40 cm土层PON和MBN相对含量。施氮提高了0—20 cm土层氮组分及其相对含量,但对20—40 cm土层没有显著影响。相关性分析结果表明,除STN外,PON、PMN和MBN含量均与系统年均氮输入呈显著正相关关系;STN、PON、PMN、MBN含量间均呈显著正相关,且PON较其它活性组分更能指示土壤供氮能力变化。【结论】夏季绿肥填闲种植和施氮均能显著提高旱地冬小麦单作系统0—20 cm土层氮组分含量及其相对含量,其中长武怀豆与氮肥120 kg/hm^(2)联合施用更有助于提高农田土壤供氮能力。

四川栗子坪自然保护区不同海拔土壤氮组分垂直特征及季节动态

[目的]为揭示四川栗子坪国家级自然保护区土壤氮组分(全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮)沿海拔梯度的垂直分布差异及其与理化因子响应关系。[方法]于2022年3,6,9,12月测定并分析四川栗子坪海拔1800,2100,2400,2700 m土壤氮组分及理化因子的垂直变化特征,并采用多变量方差分析及冗余分析法,分析环境因子与氮组分的关系及季节动态。[结果](1)海拔、季节及交互作用对土壤氮组分有显著影响,3,6,9,12月铵态氮含量表现为海拔2100 m>2400 m>1800 m>2700 m,硝态氮含量表现为海拔2400 m>2100 m>2700 m>1800 m,沿月份梯度增加,全氮含量呈增加趋势,水解氮、铵态氮、硝态氮含量呈先减后增趋势,12月全氮和硝态氮含量有最大值分别为1.25 g/kg和8.26 mg/kg,3月水解氮和铵态氮含量有最大值185.14,5.80 mg/kg。全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮沿土层变化规律有一致性,呈“V”形;(2)不同季节和海拔理化因子垂直变化特征与氮组分差异较大,土壤全磷、有效磷、速效钾含量沿土层深度增加先增后减;(3)影响土壤氮组分的关键因子存在季节差异,3,12月为有机质、非毛管孔隙度、速效钾、全磷、有效磷和毛管孔隙度,6,9月为有机质、全钾、毛管孔隙度、全磷和速效钾。[结论]研究结果为自然保护土壤养分对海拔和季节响应机制及生态保护综合治理提供具体生产实践依据。

长期不同施肥运筹对玉米产量、氮素转运和土壤氮积累的影响

利用河西走廊中部临泽绿洲2005年开始的长期定位肥料试验,研究新垦绿洲砂质土壤长期不同施肥运筹对玉米产量、氮素转运和利用以及土壤氮积累的影响,为区域砂质农田玉米生产合理施肥运筹提供技术方案。试验共设9个处理:单施高量有机肥(M3:有机肥2.4 t·hm^(-2))、高量氮磷化肥(NP3:N 300 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)225kg·hm^(-2)),低量氮磷化肥配施高量有机肥(NP1M3:N 150 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)90 kg·hm^(-2),有机肥2.4 t·hm^(-2))、低量氮磷钾化肥(NPK1:N 150 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)90 kg·hm^(-2),K_(2)O 90 kg·hm^(-2))、中量氮磷钾化肥(NPK2:N 225 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)135 kg·hm^(-2),K_(2)O 135 kg·hm^(-2))、高量氮磷钾化肥(NPK3:N 300 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)225 kg·hm^(-2),K_(2)O 225 kg·hm^(-2),为区域农户施肥水平)、低量氮磷钾化肥配施高量有机肥(NPK1M3:N 150 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)90 kg·hm^(-2),K_(2)O 90kg·hm^(-2),有机肥2.4 t·hm^(-2))、中量氮磷钾化肥配施中量有机肥(NPK2M2:N 225 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)135 kg·hm^(-2),K_(2)O135 kg·hm^(-2),有机肥1.8 t·hm^(-2))、高量氮磷钾化肥配施低量有机肥(NPK3M1:N 300 kg·hm^(-2),P_(2)O_(5)225 kg·hm^(-2),K_(2)O 225 kg·hm^(-2),有机肥1.2 t·hm^(-2)),玉米-玉米-大豆轮作。2021年取样分析长期不同施肥处理下玉米产量及氮素吸收、转运和利用特征。研究结果如下:(1)连续17年不同施肥处理,NP3、NPK3和NP1M3处理比较,玉米产量无显著差异,表明开垦利用年限较短的砂质农田,钾素并不是主要限制因素,有机肥施用可以提供作物需要的钾素营养;高量氮磷化肥和氮磷钾化肥配施有机肥玉米产量显著高于中低量化肥和单施有机肥;长期单施有机肥处理(M3)与单施化肥的4个处理(NP3、NPK1、NPK2、NPK3)比较,玉米产量与秸秆生物量已无显著差异,M3处理的产量甚至超过NPK1和NPK2处理;NPK1M3、NPK2M2和NPK3M1处理的玉米产量和秸秆生物量最高,三者之间差异很小。(2)玉米地上部吐丝期氮素积累量各处理之间表现出较高的变异性,但高量化肥氮投入处理(NP3、NPK3M1)显著高于其他处理,M3处理最低;而成熟期氮素积累量施有机肥的处理高于单施化肥处理,NPK1M3处理最高,表明有机肥能提供较化肥更持久的氮素供应。各处理吐丝期氮素转运量对籽粒贡献率(62.95%~80.41%)显著高于花后氮素积累率对籽粒的贡献率,吐丝前积累的氮素是玉米植株氮素的主要来源。(3)单施有机肥和有机无机配施处理0~20和20~40 cm土层硝态氮积累显著高于单施化肥处理。综上所述,新垦绿洲砂质农田高量化肥投入能够获得较高的产量,但有机肥的持续投入对作物产量的持续提升起重要的调控作用,增施有机肥可以替代部分化肥投入;长期有机无机肥配施有利于土壤保肥性能的提升和肥沃耕层的形成。

不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征

为揭示福建省洋口林场不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征,以15年林龄的第三代优良组培材料和实生苗(包括洋003(Y003)、洋008(Y008)、洋020(Y020)、洋061(Y061)、洋062(Y062)、第2代种子园良种(Ysec)和无性系混系扦插苗(Ymix))共计7种无性系杉木人工林土壤为研究对象开展室内培养试验,测定培养期间土壤无机氮含量变化,进而计算不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明:不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率均处于较低水平(净矿化速率和净硝化速率分别为–0.093~0.118 mg·kg^(–1)·d^(–1)和–0.021~0.051 mg·kg^(–1)·d^(–1)),表明亚热带地区杉木人工林土壤的供氮能力较弱。但在不同无性系间氮净矿化和硝化速率均存在显著差异。Y061土壤的平均净矿化速率显著高于其他无性系人工林土壤,为0.118 mg·kg^(–1)·d^(–1),其次为Ymix和Y062无性系,分别为0.046 mg·kg^(–1)·d^(–1)和0.033 mg·kg^(–1)·d^(–1);而其他4种无性系土壤平均净矿化速率均为负值,表现为无机氮的净同化作用;对不同无性系杉木人工林土壤而言,Y008的净硝化速率最高,为0.051 mg·kg^(–1)·d^(–1),其次为Ymix和Y020无性系,分别为0.003和0.007 mg·kg^(–1)·d^(–1),其他4种土壤平均净硝化速率均为负值,表现为硝态氮的净同化作用,因而保氮能力强。综上,Y061和Y062两种无性系杉木人工林土壤的供氮能力和保氮水平显著高于其他无性系,而Y008土壤发生淋溶等氮素损失的风险高于其他无性系,在实际栽植中应当合理选择无性系树种以保证更好的土壤肥力供应。

保护性耕作对黄土高原旱作麦田土壤氮矿化的影响

农田土壤氮矿化是陆地生态系统氮循环的重要过程,对维持土壤供氮能力及作物生长发育具有重要意义。陇中黄土高原半干旱区是我国西北部重要的粮食生产区,如何实现当地旱作农田氮素高效利用一直是研究热点,然而目前关于该地区不同耕作措施对旱作麦田土壤氮矿化的影响规律我们却知之甚少。为此本文以黄土高原旱作麦田为研究对象,于2021年春小麦生育期(3—8月)采用树脂芯原位培养法监测不同耕作措施[传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕+秸秆覆盖(NTS)]对土壤氮矿化的影响特征,通过分析不同耕作措施对土壤氮素含量和水热条件的影响规律,以此来探究耕作措施对土壤氮矿化过程的影响。结果表明:(1)T、NT、TS和NTS处理下土壤氮素在春小麦生育前期(播前-开花期)呈净氮固持状态、中后期(开花期-成熟期)呈净氮矿化状态。不同耕作措施下土壤净氮矿化速率差异显著(P<0.05),呈现为NTS>TS>NT>T。(2)相较T处理,3种保护性耕作+-在春小麦生育期内增加了土壤全氮、NH_(4)^(-)N含量和土壤水分,减少了NO_(3)^(-)N含量和土壤温度的累积。(3)相关分析表明,土壤氮素含量、土壤水热是影响土壤净氮矿化速率的关键要素,但不同培养阶段调控土壤氮矿化的影响因子有所不同。综上所述,NTS处理有利于土壤氮矿化,提高了农田土壤氮素供应和蓄水保墒能力,对维持和恢复黄土高原半干旱区农田系统生产力具有重要意义。

东北地区稻田土壤氮含量无人机高光谱反演建模研究

土壤氮元素是土壤肥力的一个重要指标,掌握土壤氮元素含量的变化是观测农作物的发育状况及时空变化规律等的基础。利用高光谱对土壤氮元素进行反演,可为精准农业地表土壤元素快速测定提供参考。为实现对土壤中氮元素含量的快速测定,以沈阳农业大学海城试验田为例,对土壤原始反射率进行了一阶导数变换,运用等距特征映射算法(isometric feature mapping,lsomap)、竞争性自适应重加权采样法(competitive adapative reweighted sampling, CARS)对一阶导数光谱数据进行降维并提取出相关特征。运用BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)、GA优化(GA-BPNN)以及经过NSGA-Ⅲ优化后的BP神经网络(NSGA-Ⅲ-BPNN)3种分析方法建立土壤全氮的高光谱反演模型,并利用决定系数(R^(2))和均方根误差(root mean square error,RMSE)对反演模型进行评价。结果表明:经过ISOMAP进行的降维相对于CARS能有效的对特征进行提取。优化后的神经网络模型建立的土壤养分含量预测模型优于未优化的神经网络,能极好地预测土壤中的氮元素含量。基于Isomap降维后的NSGA-Ⅲ-BPNN的模型的反演模型预测效果最好,最终预测土壤全氮含量训练集为R^(2)=0.842、RMSE=0.077,测试集R^(2)=0.826、RMSE=0.089。反演精度高于GA-BPNN和BPNN的模型反演精度,与其他模型组合相比,该组合可以为土壤氮元素含量的反演研究提出一种新的方法。

氮沉降对喀斯特森林土壤氮循环及酶活性的影响

为阐明氮沉降对喀斯特森林土壤氮循环影响的短期效应,以典型喀斯特森林采集的土壤为研究对象,用硝酸钾(KNO_(3))和硫酸铵[(NH_(4))_(2)SO_(4)]分别模拟氧化态和还原态氮沉降,设置对照(CK)、低量氧化态氮沉降(Oxi⁃L,氮添加量40 mg·kg^(-1))、低量还原态氮沉降(Red⁃L,氮添加量40 mg·kg^(-1))、高量氧化态氮沉降(Oxi⁃H,氮添加量80 mg·kg^(-1))和高量还原态氮沉降(Red⁃H,氮添加量80 mg·kg^(-1))5个处理,在氮添加后的0、1、3、7、14、30、60 d测定土壤的氮相关指标,计算土壤净氮转化速率。结果表明:氮沉降量对喀斯特森林土壤净硝化速率没有显著影响,但对土壤净氨化速率和净氮矿化速率的影响与沉降形态和沉降时间有关;氧化态氮沉降在氮添加后的前7 d显著降低了喀斯特森林土壤净硝化速率和净氮矿化速率(P<0.05),但对土壤净氨化速率没有显著影响;还原态氮沉降显著降低了喀斯特森林土壤净氨化速率和净氮矿化速率(尤其是在氮添加后的前7 d,P<0.05),显著提高了土壤净硝化速率(P<0.05);还原态氮沉降显著提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量(P<0.05),而氧化态氮沉降对土壤MBC含量没有显著影响;高量氧化态氮沉降显著降低了土壤微生物生物量氮(MBN)含量(P<0.05),高量还原态氮沉降显著提高了土壤MBN含量(P<0.05);氮沉降对喀斯特森林土壤脲酶活性没有显著影响,氮沉降量和沉降形态对喀斯特森林土壤硝酸还原酶活性的影响受沉降时间的调控,氮沉降量对喀斯特森林土壤亚硝酸还原酶活性没有显著影响,但氮沉降形态对土壤亚硝酸还原酶活性有一定影响;喀斯特森林土壤净氮转化速率主要受土壤总氮、可溶性有机碳、可溶性有机氮、MBC以及铵态氮和硝态氮的调控,受土壤脲酶、硝酸还原酶以及亚硝酸还原酶活性的影响较小。

北方土石山区横坡垄作坡面土壤氮的空间分布特征

横坡垄作是坡耕地广泛采用的水土保持措施,垄沟内雨水的汇聚和泥沙沉积,使得土壤氮的空间分布特征明显有别于传统耕作坡面。以北方土石山区横坡垄作坡面为研究对象,样带法采集土壤样品,基于经典统计、地统计学、Kriging插值等方法,分析垄面、垄沟等特征点位全氮(TN)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量沿坡位变化及其剖面分布,明晰横坡垄作坡面土壤氮的空间分布特征。结果表明:北方土石山区土壤氮含量属于中低水平,变异系数介于17.64%~33.60%,但垄面土壤氮的变异水平高于垄沟。TN含量沿坡位的变异最为显著,表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;仅垄沟NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N含量沿坡位存在显著变化,坡脚NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N含量较其他坡位显著增加66.30%~83.85%。垄面与垄沟间氮含量的差异在坡上、坡下和坡脚体现的较为明显;与垄沟相比,垄面坡上TN含量减少21.34%,坡脚NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量减少17.42%~37.47%,坡下土壤氮含量增加21.56%~38.16%。TN剖面分布与坡位和特征点位有关,NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N的剖面分布主要受控于特征点位,但氮含量剖面分布符合指数函数关系。综上,横坡垄作坡面土壤氮空间异质性明显,且主要受控于特征点位和坡位。研究结果可为提高横坡垄作措施下氮肥利用效率、精准农业的顺利推广提供技术支撑。

河北平泉油松林火烧迹地土壤氮变化特征

【目的】分析河北省平泉县火烧迹地油松天然次生林的土壤氮在火后不同年份的变化特征,结合林分因子、立地因子和可燃物因子,研究土壤氮变化的影响因素,为火烧迹地养分循环研究及恢复提供科学依据。【方法】选取河北平泉县柳溪镇油松林火烧迹地为研究对象,分别于2015年(火后当年)、2016年(火后1年)、2021年(火后6年)采集土壤样品,测定土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量,比较和分析上述4种氮含量在不同火强度(轻度火烧、中度火烧、重度火烧、对照样地)、不同土层深度(0~10 cm和10~20 cm)在不同年份(2015、2016、2021年)的变化趋势。使用相关性分析和冗余分析探究林分因子(树高、胸径、郁闭度)、立地因子(坡度、坡向)和可燃物因子(1、10、100时滞可燃物载量、1、10、100时滞可燃物含水率)对土壤氮元素的影响。【结果】(1)整体而言,火强度、土层深度、年份对4种土壤氮含量具有显著影响(P<0.05),火强度和土层深度对2015年的4种土壤氮含量存在交互作用(P<0.05),火强度和年份对4种土壤氮含量存在交互作用(P<0.05),火强度、土层深度和年份对土壤氮含量不具有三因素交互影响(P>0.05);(2)火后1年(2016)土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量回升,以重度火烧样地最为明显,增幅分别为464.67%、397.97%、185.63%,碱解氮含量降低,中度样地降幅为52.48%。火后6年(2021)土壤全氮、铵态氮、碱解氮含量在中度样地回升明显,增幅分别为368.78%、209.00%、427.51%,硝态氮含量在中、低强度下降,降幅为14.31%、14.34%;(3)RDA结果表明,可燃物含水率对土壤氮含量的变化贡献最多解释度:1时滞可燃物含水率影响碱解氮含量,并与其成正比关系;100时滞可燃物含水率影响硝态氮含量,并与其呈正比关系。林分因子和立地因子对土壤氮含量变化解释度较小,主要是间接作用。【结论】火后6年内土壤氮含量的变化先降低再回升,这是火强度、土壤和年份共同作用的结果。火烧初期(火后当年、1年),火强度对土壤氮含量的影响起主导作用,但是随着年限增加(6年),火强度对土壤氮含量的直接影响降低,火强度与土壤的介导作用,通过土壤含水率、温度、pH等指标继续影响土壤氮含量的变化。火烧迹地植物的更新与发育同样受到介导作用影响,不同生长阶段的养分利用策略差异,以及植被凋落物的累积也是土壤氮含量在火后1年和6年发生明显变化的重要原因。

土壤氮浓度对油松天然林新生枝叶碳氮磷化学计量及其内稳态的影响

为了解油松(Pinus tabuliformis)天然林新生枝叶碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征对土壤氮浓度改变的响应及其林龄差异,揭示不同龄级油松新生枝叶N、P元素内稳态对短期氮添加的响应。以关帝山林区孝文山林场Ⅴ~Ⅶ龄级油松天然次生林为研究对象,采用野外原位氮添加试验的方法,设置对照(N 0,0)、低氮(N 1,5 g/m 2)、中氮(N 2,10 g/m 2)和高氮(N 3,15 g/m 2)4个施氮水平,形成不同土壤N浓度梯度,分析不同N浓度新生枝和叶C、N、P计量指标和内稳态指数。油松枝叶C、N、P含量随土壤氮浓度的增加而显著增加,C/N和C/P减小;油松枝叶C含量、C/N和C/P随龄级增加而增加,N、P含量随龄级增加而减少;根据针叶N/P,该地区油松生长主要受N限制;新生枝和叶N、P含量及N/P与土壤指标的关系均能很好被内稳态模型模拟(p<0.1),其中新生枝P含量对土壤供氮水平变化敏感,而其他指标较稳定,新生叶的内稳态高于新生枝。该地区油松通过调节枝叶氮磷吸收与利用策略保持新生枝叶内稳态以适应土壤氮浓度增加及由此带来的变化。

基于知识图谱分析的土壤氮循环功能基因研究进展

土壤氮循环功能基因广泛地参与包括固氮、氨化以及硝化和反硝化作用等一系列生态过程,是氮素生物地球化学循环的关键组成部分,在很大程度上影响土壤生产力、全球环境变化以及碳中和可持续发展。近几十年来,分子生物学和微生态学技术的快速发展极大地促进了与土壤氮循环密切相关的功能基因以及其功能微生物群落特征等方面的研究。本研究利用检索自Web of Science数据库中2001-2020年期间土壤氮循环功能基因相关文献,结合R语言科学知识图谱分析方法,从发文量、高被引论文、高频关键词及历史直接引文等方面对土壤氮循环功能基因研究现状进行了系统分析,并总结了土壤氮循环功能基因领域的研究动态、热点和发展趋势。结果表明:(1)应用分子生物学技术挖掘土壤氮循环相关微生物功能基因及群落结构探索土壤氮循环的微生物学机制,是当前土壤氮循环研究领域的热点及切入点。(2)土壤氮循环功能基因研究主要集中于3个方面:①利用宏基因组学等技术对土壤氮循环相关的功能基因进行筛选、识别和注释,从而发现新的微生物功能基因序列、更新引物数据库等;②环境因子及管理措施对土壤氮循环相关微生物指标的影响;③利用功能基因丰度表征土壤氮循环过程相关功能微生物的数量变化,以及功能基因与土壤性质、微生物群落结构间关系分析,以期揭示土壤氮循环过程的分子机制。(3)土壤氮循环功能基因研究领域的历史发展脉络:从氮循环功能基因筛选、鉴定、识别、相应引物设计及分析方法确定等,到土壤氮循环功能基因的影响因素(或环境条件),以及当前结合土壤氮循环相关功能基因活性、丰度与功能微生物种群、群落结构甚至土壤性质数据,综合探讨土壤氮循环微生物机制。

土壤氮含量对油松针叶碳氮磷计量特征及氮磷重吸收的影响

为了解土壤氮含量对油松林针叶全碳、全氮、全磷含量和氮磷养分重吸收效率的影响及其随龄级的变化规律,以山西省桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场4个龄级(分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ龄级)油松人工林为研究对象,设置5个施氮水平[CK(0 g·m^(-2)·a^(-1))、N_(1)(5 g·m^(-2)·a^(-1))、N_(2)(10 g·m^(-2)·a^(-1))、N_(3)(15 g·m^(-2)·a^(-1))和N_(4)(20 g·m^(-2)·a^(-1))]的短期氮添加试验。测定了4个龄级对应的5个施氮水平的表层土壤(0~30 cm)氮含量及表层土壤相应的氮含量下成熟针叶和凋落叶全碳、全氮、全磷含量,计算和分析成熟针叶全碳、全氮、全磷含量及其化学计量比,以及相应的氮磷养分重吸收效率。结果表明:各龄级油松针叶全碳、全氮和全磷含量均随土壤氮含量升高表现为先升高后降低的单峰态变化趋势,变化范围分别为509.7~540.5,7.78~12.81和1.97~3.36 g·kg^(-1);碳氮比和碳磷比呈单峰态变化,氮磷比呈直线上升趋势,碳氮比、碳磷比和氮磷比变化范围分别为40.99~65.67、157.06~266.28和2.95~5.12。当土壤氮含量一定时,油松针叶全碳含量随龄级增大而升高,全氮含量在Ⅲ龄级达到最高,全磷含量随龄级增大而降低。计量比除碳氮比外,均随龄级增大而升高。Ⅴ龄级油松针叶氮重吸收效率随着土壤氮含量升高表现较为稳定,其余龄级均表现为持续降低趋势;除Ⅲ龄级的油松针叶磷重吸收效率表现为先升高后降低的变化趋势外,其余龄级均表现为持续升高趋势。油松针叶氮重吸收效率随着龄级的增大表现为升高的趋势,磷重吸收效率随着龄级的增大表现为先降低后升高的趋势。该地区油松人工林生长受氮限制且影响严重,随着土壤氮含量升高和龄级增大,氮限制有所缓解。

四川盆地亚热带常绿阔叶林表层土壤氮截留与淋溶流失特征

以四川盆地典型桢楠（Phoebe zhennan）和马尾松（Pinus massoniana）人工林为研究对象,于2013年12月至2014年12月,采用原位培养法监测了雨季（3个时期）和旱季（2个时期）5个关键时期土壤N截留和淋溶输出特征。结果表明：马尾松人工林土壤的N截留和淋溶输出总量分别为17.82,26.95kg/（hm2·a）,桢楠人工林土壤的N截留和淋溶输出总量分别为8.90,17.98kg/（hm2·a）,2种人工林土壤均表现出明显的N截留作用,且硝态氮和水溶性有机氮的输入与输出量显著高于铵态氮和亚硝态氮（P〈0.01）。此外,2种人工林土壤N输入和输出均表现出显著的季节性差异,59.64%～77.14%的N输入过程都发生于旱季末期和雨季早期,且这2个时期的土壤N淋溶输出量分别占全年的44.86%～52.70%。2种人工林土壤在旱季主要表现为N截留效应,而雨季主要表现为N流失。相关性分析结果表明,除桢楠人工林的铵态氮和马尾松人工林的硝态氮外,2种人工林土壤N库的其余N组分淋溶输出量与降水量呈极显著正相关（P〈0.01）,土壤对可溶性无机氮的截留量则与降水量呈负相关。总体而言,桢楠和马尾松人工林土壤N输入、输出和截留作用主要发生于旱季末期,且以硝态氮和水溶性有机氮为主。

秸秆添加下土壤氮矿化对冻融交替响应的研究进展

为了明确东北地区在初春及秋冬冻融交替时期,冻融交替对土壤中氮矿化作用的影响,以及秸秆还田下氮矿化作用释放的无机氮对土壤氮库的影响。基于国内外大量有关氮矿化的文献,本文重点阐述了冻融频次、冻融强度和冻融土壤含水量对土壤氮矿化的影响机制,分析了非冻融时期秸秆添加对土壤氮矿化的影响,归纳了秸秆添加下氮矿化速率、氮矿化量及土壤无机氮质量分数对冻融交替的响应变化。总结出了秸秆添加下氮矿化过程对冻融交替响应的一般规律:秸秆受冻融交替作用破碎化,释放更多有机氮,减轻冻融交替等对土壤氮素矿化的负面效应,促进了土壤中无机氮含量的积累;秸秆的保水保温能力,在冻结时能留存更多的微生物量促进土壤氮矿化。论文简要提出了秸秆添加下冻融交替时期对氮矿化的理论机制及有关研究方法的问题及展望,以期为东北地区冻融交替时期秸秆还田对土壤氮素循环研究提供科学依据。

平原沙土区河岸带不同植被类型对土壤氮组分及酶活性的影响

[目的]明晰河岸带不同植被类型对土壤氮含量及酶活性的影响程度,以期为平原沙土区河岸带的植被构建和土壤养分固持提供依据。[方法]以江苏省平原沙土区丰县复新河河岸带15年生杨树纯林、柳树纯林和杨柳混交林为研究对象,测定5个土层深度(0—20 cm,20—40 cm,40—60 cm,60—80 cm,80—100 cm)的氮组分含量及酶活性,探讨不同植被类型中土壤氮含量和酶活性与土壤环境因子间的关系。[结果](1)各植被类型中,土壤全氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量氮含量均高于对照,60—100 cm深层土壤氮含量在垂直分布上没有表现出明显规律。土壤全氮含量变化范围为0.20~0.75 g/kg,大小顺序为杨树纯林>柳树纯林>杨柳混交林,总体上均随着土层深度的增加而降低,在0—20 cm土层中的含量显著高于其他4个土层。土壤铵态氮和硝态氮含量在杨树纯林中最高,且在杨树纯林中整体上随着土层深度的增加而降低。土壤微生物生物量氮含量在杨柳混交林中最高,在杨树纯林中最低。(2)土壤脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性变化范围为0.30~4.35,0.05~0.21,0.46~0.59 mg/(g·d),3种酶活性在杨树纯林中最高,在不同植被类型和土层中存在显著差异(p<0.05)。(3)冗余分析表明土壤有机碳含量、细根生物量和凋落物生物量是影响土壤氮含量和酶活性的主导因子。[结论]试验地杨树纯林由于土壤有机碳含量、细根生物量和凋落物生物量较高导致土壤氮含量和酶活性最高,因此在平原沙土区河岸带选取适宜的植被类型可以提高土壤氮素的固持能力,进而可能会减少土壤养分的流失。

山区稻-草鱼共作模式对土壤氮、磷、钾含量的影响及效益分析

本文以水稻单作模式为对照,研究稻-草鱼共作模式下对土壤全氮、全磷、全钾含量和水质指标的影响以及对水稻和草鱼产量的影响,旨在为山区稻-草鱼共作模式的推广提供理论基础。一、试验材料与方法1.试验方法本研究在四川省广元市昭化区王家镇进行,地属亚热带季风气候,年平均气温为17.2℃,平均气温年较差20.9℃。