Nitrous oxide fluxes from upland soils in central Hokkaido,Japan

Nitrous oxide (N2O) fluxes from soils were measured using the closed chamber method during the snow-free seasons (middle April to early November),for three years,in a total of 11 upland crop fields in central Hokkaido,Japan.The annual mean N2O fluxes ranged from 2.95 to 164.17 μgN/(m2·h),with the lowest observed in a grassland and the highest in an onion field.The instantaneous N2O fluxes showed a large temporal variation with peak emissions generally occurring following fertilization and heavy rainfall eve...

麦-稻轮作系统有机无机肥料配施协同氮素转化的机制研究Ⅰ.小麦季^(15)N去向分析

采用土培试验,以15氮(N)标记的硫酸铵和兔粪作为无机肥和有机肥氮源,进行交叉标记,研究了当季小麦种植下有机无机肥料配施处理协同氮素在土壤氮库和作物体内的去向。试验共设5个处理:对照无氮处理(CK),无机氮肥处理(IF),有机氮肥处理(OF),有机无机氮肥配施的两个处理,其中一个进行有机肥料的15N标记(IOF1),另一个进行无机肥料的15N标记(IOF2)。结果表明:1)无论黏壤土还是黏土,IF和IOF处理下小麦籽粒产量最高,且IF与IOF间没有显著差异;2)IOF处理无机肥料氮的存在显著提高了小麦籽粒和植株对有机肥料15N的吸收,黏壤土和黏土上籽粒增幅分别为57.1%和133.3%,植株增幅分别达220%和100%;3)与IF或OF处理相比较,黏壤土上IOF处理增加了无机肥料15N和有机肥料15N在小麦营养器官的积累,而在黏土上增加了无机肥料15N在营养器官、有机肥料15N在生殖器官籽粒的积累;4)与IF或OF相比较,小麦成熟期IOF处理有机肥料氮和无机肥料氮相互协同促进了对方在土壤微生物氮(MBN)库的固持,土壤—作物系统肥料15N回收率显著增加,相应地,有机肥料15N和无机肥料15N损失率显著降低。可见,与传统IF处理相比较,IOF处理取得与之相当的小麦籽粒产量。IOF处理无机肥料氮和有机肥料氮协同促进了肥料氮在土壤—作物系统的回收。

四川都江堰地区桢楠林、杉木林和常绿阔叶林土壤N库的季节变化

通过对四川都江堰地区桢楠(Phoebezhennan)林、杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.))林以及常绿阔叶林为期1a的研究,比较不同森林群落类型中N库各组分的大小以及季节动态,同时研究不同群落类型中N库各组分之间的关系,探讨植被、土壤特性以及微生物对N转化的影响。结果表明:①3种群落类型中土壤NH4+-N含量有明显的季节变化,均在冬季(12月份)达到最大。随着植物的生长,NH4+-N含量逐渐下降;②3种类型的群落土壤中NO3--N含量的平均值差别很大,同一个森林群落类型在不同季节NO3--N含量有明显的季节变化,但并不是所有的季节之间都存在显著差异;③3种森林群落类型在采样期内的土壤平均全N含量存在显著差别,在不同季节,土壤全N含量变化并不大;④微生物量N在采样期内的波动很大,就每个样地来说也具有一定的规律。得出的结论认为:不同的森林群落类型中的N循环同该群落内的土壤和植被类型有密切的联系,土壤微生物量N同环境因素(土壤温度和湿度)的关系存在时空变化。

^(15)N库稀释法和^(15)N示踪法在草地生态系统氮转化过程研究中的应用——方法与进展

氮素(N)是陆地生态系统尤其是草地生态系统第一生产力的重要限制性养分之一。陆地生态系统N素的可利用性由土壤N素的转化速率决定,其中包括氨化和硝化2个重要过程。准确测定N素在各转化过程中的量,对于估算陆地生态系统N转化非常重要。稳定性同位素15 N由于其安全、准确且不干扰自然生态系统等特点,近年来在生态系统N循环研究方面得到广泛应用,常用方法包括15 N自然丰度法、15 N还原法、15 N库稀释法和15 N示踪法。在查阅大量文献的基础上,搜集整理了15 N库稀释法和15 N示踪法的详细操作流程并综述了其在草地生态系统应用的最新进展,分别从不同草地管理方式(增施氮肥、放牧、火烧和刈割等)和全球气候变化(增温、增雨、大气氮沉降和CO2浓度升高等)对草地生态系统N转化过程的影响进行论述。同位素15 N在草地生态系统应用的方法同样适用于森林、农田以及其他陆地生态系统。

冬小麦对基肥和追肥^(15)N的吸收与利用

【目的】研究不同生育期(花期、灌浆期和收获期)肥料氮的去向和氮素的吸收运转对冬小麦产量形成的贡献。【方法】采用^(15)N示踪结合盆栽试验,尿素N 90 mg/kg等分为基施和拔节期追施。分别在开花期、灌浆期和收获期破坏性取样,测定冬小麦地上部、根和土壤^(15)N含量等指标。【结果】在整个生育期,冬小麦吸氮量42.8%来自土壤,57.2%来自肥料,其中来自基肥和追肥的比例分别为26.6%和30.6%。冬小麦植株对氮肥^(15)N的吸收率随作物的生长而增加,从开花期到收获期增加了50%,^(15)N氮肥在土壤中的残留率从开花期到收获期下降约50%。冬小麦收获后,约28.6%的肥料^(15)N残留在土壤中,肥料^(15)N损失率为33.9%,基肥氮的损失率比追肥氮高21%。冬小麦对肥料^(15)N的全部回收率为37.5%,其中籽粒吸收量约是秸秆的4倍,64.9%的籽粒氮素从开花前营养器官吸收转运而来。【结论】在整个生育期,冬小麦吸收的氮素来源于肥料和土壤氮的比例约为6∶4,基肥和追肥氮对冬小麦氮素吸收具有同等贡献,在当前N 250 kg/hm^2的施氮水平下,适当增加追肥氮的比例可以减少氮肥损失率。残留在土壤中的肥料氮对于补充土壤氮素消耗具有重要意义。

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。

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。

长期秸秆还田对华北潮土肥力、氮库组分及作物产量的影响

【目的】近年,华北小麦-玉米轮作系统秸秆全量还田已逐步普及,但秸秆还田下土壤氮库组成的变化并不清楚。本文利用肥料定位试验,研究了长期秸秆还田(32年)对华北潮土肥力、氮库组分和作物产量的影响。【方法】研究选用河北省衡水旱作试验站长期定位试验的不施肥(对照CK)和等量氮、磷肥用量下的0 kg/hm2(S0)、2250 kg/hm2(S1)、4500 kg/hm2(S2)和9000 kg/hm2(S3)秸秆还田处理。于2012年小麦收获后采集各处理0—20cm土样,利用新鲜土样测定微生物量氮、NH+4-N和NO-3-N;风干土壤用常规方法测定氮磷钾全养分、有机质和p H,用Bremner法测定有机氮(酸解氨基酸态氮、酸解氨态氮、氨基糖氮和酸解未知态氮),用Silver-Bremner法测定固定态铵。同时结合长期试验数据,分析长期秸秆还田下有机质和作物产量的变化。【结果】与试验开始前(1981年)相比,长期施用化肥处理的土壤全磷和有机质显著增加,全氮没有明显变化,而全钾出现降低趋势(-3.2%);秸秆用量的增加提高了全氮、全磷和有机质,降低了p H值,但对全钾没有影响。酸解氨基酸态氮、酸解氨态氮和未知态氮为潮土有机氮的主要组分;与CK相比,长期施肥提高了土壤有机氮含量,酸解氨基酸态氮、酸解氨态氮和氨基糖氮均随秸秆用量的增加而增加,而不同施肥处理对酸解未知态氮和非酸解氮没有明显影响。长期化肥施用提高了微生物量氮和晶格固定态铵,秸秆用量的增加进一步提高了微生物量氮,但降低了固定碳铵。施肥没有明显影响NH+4-N含量,但长期施用化肥提高了NO-3-N含量,且高量秸秆还田对NO-3-N含量的提高具有促进作用。施肥显著提高了作物产量,在施用化肥基础上增施秸秆进一步提高了小麦和玉米产量,且玉米产量随秸秆用量的增加而增加,而高量秸秆还田对小麦产量并没有显著影响。【结论】长期化肥(氮、磷肥)和秸秆结合施用提高了土壤肥力(主要为氮、磷),增加了土壤碳固持,但仅玉米秸秆还田导致了土壤钾消耗,增加钾肥投入维持土壤钾平衡是必要的。长期秸秆还田对酸解氨基酸态氮的贡献高于酸解氨态氮;高量秸秆还田提高了微生物量氮和NO-3-N含量,但降低了固定态铵含量。长期秸秆还田提高了作物产量,而为保证秸秆还田后茬的作物高产,与之配套的还田方法和田间管理是很必要的。

秸秆还田条件下减量施氮对作物产量及土壤碳氮含量的影响

【目的】探讨关中平原小麦-玉米轮作体系中,秸秆机械化全量还田条件下减量施N对作物产量、土壤碳库及NO-3-N累积的影响,为该地区粮食生产的合理氮肥用量提供理论依据。【方法】2008-06-2012-06在陕西关中平原进行了4年田间定位试验,在作物秸秆全量还田条件下,设置了常规施N(玉米和小麦季施N量分别为188,150kg/hm2)、15%减量施N(玉米和小麦季施N量分别为160,128kg/hm2)、30%减量施N(玉米和小麦季施N量分别为130,105kg/hm2)3个处理,对3个处理的玉米和小麦秸秆、籽粒产量以及植物全氮、土壤硝态氮含量、土壤有机碳及活性有机碳含量进行分析。【结果】与常规施N处理相比,15%减量施N有一定增产效果,作物周年籽粒产量可提高7.2%;且30%减量施N处理并未显著减少小麦和玉米籽粒产量以及小麦秸秆产量。减量施N处理明显降低了土壤NO-3-N累积量,且根据表观氮平衡结果,N肥施用量仍可减少。减量施N处理对土壤有机碳及活性有机碳含量均无显著影响。随着每季作物秸秆还田以及土壤有机碳含量的逐年增加,活性有机碳含量显著增加。【结论】在秸秆还田条件下适量减N,不仅能保证作物不减产,而且还可逐步增加土壤有机碳含量,降低土壤NO-3-N累积量,达到环境效益和经济效益的统一。

川西亚高山人工云杉林地有机物和养分库的退化与调控

研究了川西亚高山云杉人工林地有机物和养分库状况 ,结果表明 :该区云杉人工林有机物和养分库严重退化 ,表现为 ,其凋落物的分解速率和周转期均较次生阔叶林和原始云杉林慢 ,致使地表枯枝落叶干物质和各种养分贮量滞留于凋落物层而不能进入土壤 ,土壤中有机质、全N、全P和碱解N含量随人工云杉林龄的增加而大幅度下降。人工云杉林份组成单一 ,其凋落物分解慢 ,归还土壤凋落物和养分数量少 ,是川西亚高山云杉人工林地土壤有机物和养分库退化的重要原因 ,人为收集凋落物积肥和人工抚育清灌 ,不断带走植被中养分是土壤有机物和养分库不断耗竭的另一重要原因。建议对该区人工成熟林抚育间伐和营造针阔混交林 ,改善成熟林下微环境和改变林份组成 。

太湖地区黄泥土表层氮库变化与水稻产量间的关系研究

24年田间定位试验研究表明,长期不施肥处理和化肥PK配施处理土壤表层N呈下降趋势,而施入化肥N处理(包括化肥N、化肥NP配施、化肥NK配施、化肥NPK配施处理)N增加较缓慢,有机与无机肥结合处理土壤表层N增加迅速。以长期不施肥为对照,长期有机肥+NPK处理水稻增产最多,达35.94%。随着N肥的逐年施入,土壤表层全N含量与产量间由显著正相关关系变为相关性不显著。

化肥氮对冬小麦氮素吸收的贡献和土壤氮库的补偿

【目的】小麦对氮素的吸收消耗了土壤氮库,土壤中残留的化肥氮则可补偿土壤氮库的消耗,综合考虑这两方面的影响,核算施氮量和秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【方法】收集1980年以来国内报道的小麦15N示踪试验的研究结果,分析化肥氮和土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献,小麦当季氮吸收、化肥氮的去向、土壤氮库的盈亏分别与施氮量之间的关系,以及秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【结果】施氮量与化肥氮对小麦当季氮吸收的贡献之间呈显著正相关(P=0.029),而与土壤氮的贡献之间呈显著负相关(P=0.031)。小麦当季氮素吸收源于土壤的比例约为2/3,源于化肥的比例约为1/3,追施氮对小麦氮吸收的贡献约是基施氮的1.5倍。施氮量与氮肥有效率(氮肥利用率+氮肥残留率)之间呈极显著负相关(P=0.004),而与氮肥损失率之间呈极显著正相关(P<0.001)。在秸秆不还田和还田条件下,小麦季土壤氮库的盈亏均与施氮量之间呈极显著正相关(P≤0.001)。【结论】在施氮量为N 60~500 kg/hm^2时,小麦吸收的氮素1/3来自化肥,2/3来自土壤。冬小麦季化肥氮的3个去向为:地上部吸收、土壤残留和损失,其所占比例分别约为36%、33%和31%。在秸秆不还田和还田条件下,土壤氮库达到平衡的施氮量分别为N 308和233 kg/hm^2。

旱地生态系统碳氮过程对干旱响应与反馈的Meta分析

干旱会影响陆地生态系统碳氮循环,形成对气候变化的反馈效应.然而,目前国际上有关旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应与反馈效应尚不清楚.本研究共收集整理了全球来自128篇文献的1344组原位观测数据进行Meta分析(Meta-analysis),用以定量评估旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应程度和反馈效应.结果表明,干旱会显著降低植被碳库,且地上生物量碳对干旱的敏感性略高于地下生物量碳.土壤CO_(2)和N_(2)O排放在干旱条件下均显著减少.对于土壤碳氮库,干旱条件下,土壤有机碳库和氮库均无显著变化,相反,土壤可溶性有机碳库显著降低,土壤NO_(3)^(-)-N含量显著增加.此外,干旱还会导致净生态系统生产力(NEP)显著降低.本研究首次将干旱对土壤CO_(2)和N_(2)O排放的影响与植被和土壤碳氮库的变化联系起来,并得出以下结论:干旱虽会引起土壤碳排放减少,但由于其同时也会抑制植被的生长,导致在未来干旱的气候条件下,加剧旱地生态系统对气候变化的正反馈效应.

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+DMPP3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.