秸秆还田与氮肥运筹对农田土壤可溶性氮组分的影响

为探究秸秆还田配施氮肥对农田土壤可溶性氮转化特征的影响,研发东北冷凉区土壤氮素供应能力提高的秸秆还田技术,采用田间连续定位试验,对比分析了秸秆还田方式(不还田、粉碎翻压还田、堆腐旋耕还田)与氮肥运筹(N 180、210、240 kg/hm^(2);氮肥基施、氮肥后移)作用下农田土壤无机氮(IN)、可溶性有机氮(DON)及可溶性全氮(DTN)的动态变化。结果表明,秸秆还田配施氮肥影响农田土壤可溶性氮组分含量,其作用行为受秸秆还田方式、施氮模式和生育时期的多重制约。秸秆还田配施低量氮肥(N 180 kg/hm^(2))土壤IN和DTN均低于无秸秆处理,而配施高量氮肥(N 240 kg/hm^(2))时高于无秸秆处理;秸秆还田土壤DON于生育前期(播种-拔节期)较无秸秆处理显著增加,而在生育中后期无规律性变化。随着施氮量增加,秸秆还田土壤IN和DTN显著增加,而DON仅于春玉米旺盛生长期(拔节期-灌浆期)显著增加。随着生育期推进,除秸秆堆腐旋耕还田土壤DON呈三峰曲线变化外,秸秆还田土壤IN、DON和DTN均呈双峰曲线变化,且峰值越来越低。由此可见,在东北农业产区,N 210 kg/hm^(2)用量下秸秆粉碎翻压还田配施15%氮肥的秸秆还田技术具有优化氮素管理、提高土壤肥力的潜力。

不同施氮量对小麦-玉米轮作体系氮素利用的影响

【目的】探究小麦季不同施氮量对小麦-玉米周年轮作体系氮素利用的影响,为该体系合理施肥提供理论依据。【方法】采用小麦氮低效品种AK58和氮高效品种ZM27,以及玉米品种大丰30,研究了小麦不同施氮量(0、120、225、330、435 kg·hm^(-2))和玉米225 kg·hm^(-2)施氮量对全年粮食产量、氮素利用率、氮素平衡、土壤硝态氮迁移及土壤氮素转化的影响。【结果】(1)AK58和ZM27均在330 kg·hm^(-2)施氮处理下产量达到最高,但与225和435 kg·hm^(-2)处理无显著差异。(2)AK58和ZM27的氮肥利用率和氮肥偏生产力都在120 kg·hm^(-2)时最高,分别为35.05%和38.97%、67.10和67.52 kg·kg^(-1),且随着施氮量的增加而减小。(3)玉米季产量及氮肥偏生产力都随着小麦季施氮量的增加而增加。(4)小麦季施氮量越高,残留氮和表观损失率越高,AK58和ZM27的435 kg·hm^(-2)施氮处理残留氮为263.81和270.30 kg·hm^(-2),损失率分别为56.35%和52.83%。(5)施氮主要影响0~20 cm土层土壤全氮含量,20~100 cm的土壤全氮含量基本稳定在0.5 g·kg^(-1)。小麦季施氮能增加后茬玉米0~100 cm土层硝态氮含量,在大喇叭口期最为明显,随着生育期的推移,各施氮处理之间的差距逐渐缩小,在吐丝期和成熟期,硝态氮在40~60 cm土层有积累。【结论】该试验条件下,综合考虑氮肥对小麦-玉米轮作体系产量、氮肥利用效率及硝态氮迁移的影响,小麦与玉米两季氮肥施用量均为225 kg·hm^(-2),有利于实现节氮增效和环境友好的绿色生产目标。

不同新型尿素与普通尿素减氮配施对夏玉米氮利用、产量及土壤氮平衡的影响

以玉农76为试验材料,进行2年(2020年、2021年)田间试验,探索无氮处理(CK)、225 kg/hm^(2)普通尿素处理(CU_(225),以氮计)、普通尿素减施20%(180 kg/hm^(2))处理(CU_(180),以氮计)、减氮基础上普通尿素(180 kg/hm^(2),以氮计)与控释尿素(CLU)、腐殖酸尿素(FAU)、聚能网尿素(ENU)、海藻酸尿素(SAU)按7∶3比例配施对夏玉米干物质累积量、产量、土壤氮养分供应特征及氮利用效率的影响,为夏玉米氮肥减施增效及一次性施肥措施提供依据。结果表明,施用氮肥能显著影响土壤有效氮的供应水平及供应特征,可以促进氮素吸收,提高籽粒产量。普通尿素处理(CU_(225)、CU_(180))提高了玉米生长前期表层土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)及铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量,使得该阶段干物质含量、叶面积指数(LAI)较高,同时增加了NO_(3)^(-)-N淋洗量。在生长中后期,土壤NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N含量迅速下降,因此后期干物质量、LAI及产量较低,氮素利用效率欠佳。与CU_(225)处理相比,CU_(180)处理的氮肥偏生产力(PFPN)、氮肥农学效率(AEN)及氮肥利用率(NUE)显著提高,但产量显著降低。在新型尿素与普通尿素减氮配施处理(CLU、FAU、ENU、SAU)下,生长前期表层土壤的NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N含量较低,随后逐渐释放,从而延长了氮素的供应周期、减少了NO_(3)^(-)-N淋溶,其PFPN、AEN、NUE在2020年、2021年田间试验中分别显著提高1.78%~5.49%、9.05%~27.77%、6.39%~17.08%和0.77%~6.77%、3.97%~34.99%、4.51%~15.34%,整体表现为CLU、ENU处理的值较高。与CU_(225)处理相比,CLU、ENU处理2年平均分别显著增产1.78%、3.07%。综上,新型尿素与普通尿素减氮配施维持并提高了土壤供氮能力,降低了NO_(3)^(-)-N的污染风险,使得氮素养分的释放与玉米养分的吸收相互匹配,从而促进了玉米物质累积,进而提高了玉米产量及氮素利用效率,以控释尿素、聚能网尿素与普通尿素配施处理(CLU、ENU)效果较佳。

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。

干湿交替灌溉和施氮量对粳稻光合特性和氮素吸收利用的影响

水分和氮素对水稻叶片光合特性和氮素吸收利用有重要影响,但在干湿交替灌溉条件下,水、氮是如何影响水稻叶片和根系氮代谢酶活性、产量和氮素吸收利用的仍不清楚。探明这一问题对于协同提高产量和氮肥利用效率有重要意义。本研究以超级稻品种南粳9108为材料,大田种植,设置全生育期常规灌溉(conventional irrigation,CI)和干湿交替灌溉(alternate wetting and drying irrigation,AWD)2种灌溉方式及5个施氮水平,不施氮(N0)、施氮90 kg hm^(-2)(N1)、施氮180 kg hm^(-2)(N2)、施氮270 kg hm^(-2)(N3)和施氮360 kg hm^(-2)(N4)。结果表明,与CI相比,AWD增加了水稻主要生育时期叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量,提高了叶片净光合速率,并显著增加了叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性,显著降低了过氧化物酶、内肽酶活性和丙二醛含量,显著提高了根系中氮代谢酶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性;AWD的产量较CI平均增加了10.4%。AWD显著提高了氮素转运量、氮素转运率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力,产量和氮肥利用率均以AWD+N3处理组合的最高。因此,轻度干湿交替灌溉配合一定的施氮量,可以充分发挥水、肥效应,促进根系和叶片的氮代谢水平,提高叶片光合特性,协调地下地上部生长,有利于水稻产量和氮肥利用率的协同提高。

氮肥运筹对旱地胡麻氮代谢及氮肥利用的调控效应

为进一步提高西北旱区胡麻氮肥利用效率,降低化肥投入量,采用田间二因素裂区试验设计,以不施氮为对照,研究了3个施氮水平(N1:60 kg·hm^(-2);N2:120 kg·hm^(-2);N3:180 kg·hm^(-2))和3个施肥时期(T1:全部基施;T2:2/3基施+1/3现蕾初期追施;T3:1/3基施+1/3分茎初期追施+1/3现蕾初期追施)互作对旱地胡麻氮代谢及氮肥利用率的调控效应。结果表明:随氮肥施用量增加,胡麻叶片氮代谢酶活性、氮素积累、氮素转运及籽粒产量均呈先升高后降低的趋势,胡麻氮肥农学利用率和氮肥偏生产力则呈降低的趋势。从同一氮肥水平不同施肥时期来看,上述指标均表现为T2处理最高。氮肥综合运筹表现为N2T2处理的胡麻氮代谢酶(硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶)活性和氮素积累量分别较传统模式(N3T1)显著提高。其中,硝酸还原酶提高14.21%~34.93%,亚硝酸还原酶提高18.66%~29.27%,谷氨酰胺合成酶提高14.92%~55.82%,氮素积累量提高10.63%~36.74%;较不施氮对照分别显著提高22.75%~54.84%、23.62%~69.81%、43.61%~78.09%和23.33%~57.88%。籽粒产量、氮素籽粒生产效率、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均在N2T2处理较高,分别较其它处理平均提高14.35%、4.20%%、28.45%和17.37%。相关分析表明,胡麻氮素积累量与氮代谢酶活性、氮素转运、籽粒产量、氮肥利用效率呈极显著正相关关系。可见,120 kg·hm^(-2)氮肥按2/3基施+1/3现蕾初期追施可显著提高胡麻氮代谢酶活性和氮肥利用效率,可作为实现旱地胡麻高效生产的氮肥运筹模式。

关帝山3个典型森林群落优势种的氮素利用策略差异

【目的】研究关帝山林区华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个典型森林群落优势种的新生枝叶氮含量、地上生物量和氮利用效率对5个土壤施氮梯度的差异化响应,阐明3个森林群落优势种不同的氮利用功能特性和氮利用策略,为氮沉降背景下的森林质量提升和精准经营提供理论依据。【方法】采用野外5梯度土壤氮(0、9、18、27和36 g·m^(−2) a^(−1))添加试验的方法,比较3个森林群落优势种和群落总体的新生枝叶氮含量、地上新增生物量和氮利用效率对土壤不同施氮量的响应;采用线性模型拟合地上新增生物量随新生枝叶氮含量、氮利用效率和土壤氮素供应水平的变化过程;通过构建结构方程模型,分析土壤氮添加影响地上新增生物量的作用路径。【结果】3个群落优势种的新生枝叶氮含量总体表现为华北落叶松<白桦<沙棘,新生叶氮含量显著高于新生枝,两者的差异表现为白桦>华北落叶松>沙棘,生长盛期的枝叶氮含量都高于末期,生长期之间的差异也表现为白桦>华北落叶松>沙棘;新生枝和新生叶在生长盛期和末期的氮含量都有随施氮量增加而增加的趋势,但3个优势种的变化表现出显著不同的趋势,饱和施氮量和饱和氮含量均表现为华北落叶松<白桦<沙棘;3个群落新生枝叶生物量都随施氮量的增大而升高,但递增率拟合结果表现为华北落叶松林>沙棘林>白桦林;群落氮利用效率都随施氮量增大而降低,以华北落叶松林的降幅最大,沙棘林最小,也随优势树种枝叶氮储量的升高而降低,以白桦林降幅最大,沙棘林最小;群落优势种和群落类型对群落新生枝叶氮储量和氮素利用效率直接作用显著,也受施氮量的影响,进而正向驱动群落新增生物量积累。【结论】华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个森林群落新增生物量的差异主要取决于群落类型及其优势种的差异,直接受群落优势种的氮利用效率和新生枝叶氮含量的影响,并受土壤供氮水平的调节;三者的氮利用策略分异表现在氮需求、氮利用效率、环境氮敏感性、饱和氮供应水平4个方面;依次表现为“低需求-高效率-高敏感-低饱和”、“较低需求-低效率-较高敏感-较低饱和”和“固氮型-高需求-低效率-低敏感-高饱和”3个氮利用策略类型,可为不同氮沉降情境或林地氮含量水平下的林分优势树种选择、结构调控和林地精准管理提供依据。

不同氮效率春玉米品种临界氮浓度稀释曲线建立与验证

采用田间定位试验,以山西省晋中地区春玉米各生育时期地上部干物质量与植株氮浓度的变化规律,建立春玉米临界氮浓度稀释曲线模型,为实现春玉米绿色增产与氮素管理提供理论依据。本研究以玉米品种‘郑单958’和‘大丰26’为试验材料,设4个施氮量处理:0 kg(N)∙hm^(−2)(N0)、120 kg(N)∙hm^(−2)(N120)、240 kg(N)∙hm^(−2)(N240)和360 kg(N)∙hm^(−2)(N360),于2014—2016年在山西农业大学东阳试验基地开展3年定位施氮试验,在春玉米拔节期(V6)、抽雄期(VT)、灌浆期(R2)和成熟期(R6)采集植株样品,分析两个春玉米品种在不同施氮量处理下地上部干物质量、籽粒产量(以下简称“产量”)和各生育时期植株氮浓度,以不同生育时期干物质累积量和植株氮浓度,建立并验证两个春玉米品种的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明,‘郑单958’氮素利用率高于‘大丰26’。两个春玉米品种在适宜施氮量条件下,各生育时期地上部干物质量和产量均随施氮量增加呈增加趋势,地上部干物质量在N240和N360处理间差异不显著,产量在N240处理达最大值;植物氮浓度随施氮量增加而增加,随春玉米生育进程推进与地上部干物质量呈幂指数关系。依据春玉米地上部干物质量(Md)与其对应的植株氮浓度(CN)变化关系,建立两个春玉米品种的临界氮浓度稀释曲线模型:‘郑单958’CN=30.457Md−0.292,‘大丰26’CN=33.249Md−0.333。相比‘大丰26’的模型参数,‘郑单958’的模型参数a降低8.40%,参数b降低12.31%;‘郑单958’和‘大丰26’模型均方根误差(RMSE)分别为1.71 g∙kg^(−1)和1.54 g∙kg^(−1),标准化均方根误差(n-RMSE)分别为9.25%和8.27%,表明模型稳定性较好。氮营养指数在同一生育时期随施氮量增加呈上升趋势,随生育时期推进呈先增加后降低趋势,与各生育时期的相对干物质量呈显著线性相关,与相对产量呈显著的一元二次曲线关系。本研究建立的晋中地区两个春玉米品种临界氮浓度稀释曲线模型及各生育时期氮营养指数,可用于春玉米生育时期营养状况的诊断和评估,结合施氮量与产量的关系,推荐该试验区域‘郑单958’施氮量为189.16~224.08 kg∙hm^(−2),‘大丰26’施氮量为199.72~214.67 kg∙hm^(−2)。

华北小麦施用脲铵氮肥实现轻简施肥的可行性及技术措施

【目的】生产脲铵氮肥的目的是资源化利用联合制碱工业副产品。在华北平原多地开展了田间试验,探究适合冬小麦节肥增效的可行性和技术措施。【方法】于2021—2023年,分别在北京顺义、河北滦南、河北曲周、山东济南和河南禹州5个试验点进行了两年大田试验。设置尿素(U)、尿素减施30%(70%U)、脲铵氮肥减施30%(70%AU)、脲铵氮肥减施30%+脲酶抑制剂(N-丁基硫代磷酰三胺,NBPT)(70%AU+NBPT)、脲铵氮肥减施30%+硝化抑制剂(3,4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)(70%AU+DMPP)、尿素减施30%+优化追肥时间(70%U+Opt)6个处理,测定了小麦产量及其构成因素、氮肥偏生产力、氮素吸收效率和土壤无机氮含量。【结果】与U处理相比,2022年减施氮肥处理(70%U、70%AU)在5个试验点中出现减产的试验点有1个,2023年有3个;70%AU+NBPT和70%AU+DMPP处理2022年出现减产的点有2个,2023年有2个;70%U+Opt两年均未出现减产。与U处理相比,在5个试验点两年多数处理显著提高了氮肥偏生产力和氮素吸收效率,2022、2023年氮肥偏生产力分别提高了19%~77%、23%~67%,氮素吸收效率分别提高了25%~77%、21%~71%。与U处理相比,2022年70%AU+NBPT和70%AU+DMPP处理土壤NH_(4)^(+)-N含量增加的试验点有5个,2023年有4个,2022、2023年分别增加了19%~69%、30%~90%;70%AU+NBPT和70%AU+DMPP处理2022年土壤NO_(3)^(-)-N含量降低的试验点有5个,2023年有4个,2022、2023年分别降低了19%~59%、34%~60%。【结论】与施用常规量尿素相比,减施氮投入量30%条件下,以脲铵氮肥为氮源或配合NBPT/DMPP,一次追施可以保证不减少产量,同时提高氮肥利用率。

高粱杂交种氮高效利用综合评价

为从华北、东北高粱主产区筛选出适应当地生态条件、氮利用效率更高的优质高产高粱品种,以20份国内主推高粱品种为试验材料,采用裂区试验设计,研究供试品种在不同地点的氮肥农学效率和氮肥偏生产力表现。本研究旨在筛选出适宜当地生产的氮高效高粱品种。研究结果表明:基于粱氮素农学利用率和偏生产力,将20个高粱品种分为氮高效型、氮中效型和氮低效型3类,与氮中效型和低效型品种相比,氮高效型品种具有较高的产量。聚类分析表明,在东阳地区试验中,‘晋杂34’、‘辽糯11’、‘吉杂124’、‘晋早5564’和‘金糯粮5’在2年均为氮高效型品种,其中以‘晋杂34’表现最好。在哈尔滨地区试验中,‘龙杂22’、‘龙杂25’、‘沈杂5号’、‘冀酿3号’、‘凤杂4’、‘吉杂124’、‘吉杂127’、‘辽杂37’、‘晋早5564’、‘通杂108’和‘赤杂107’在2年均为氮高效型品种,其中以‘龙杂25’表现最好。因此,东阳地区较为适宜种植的氮高效品种为‘晋杂34’,哈尔滨地区较为适宜种植的氮高效品种为‘龙杂25’。

施用缓控释掺混氮肥对水稻产量及氮素吸收利用的影响

为了明确不同缓控释掺混氮肥对水稻产量及氮素吸收利用的影响,以苏香粳1176为供试材料,设置11个处理:不施氮肥(N0)为空白对照、当地常规施肥为施肥对照(N1),以及释放期为60、90 d的2种缓控释氮肥与常规氮肥按不同比例掺混(N2~N10),研究其对水稻产量及其构成因素和氮素吸收利用的影响。结果表明,与常规施肥相比,缓控释氮肥处理使水稻产量均有所下降。其中,N4处理水稻每穗粒数降低,但其较高的结实率和千粒质量保证相对较高的生物产量水平,从而保证N4处理具有较高的水稻产量。施用缓控释氮肥均提高水稻的吸氮量,随着缓控释氮肥比例的增加,水稻吸氮量呈逐渐增加的趋势。但缓控释氮肥均降低了水稻干物质和籽粒的氮素生产效率。缓控释氮肥均能提高水稻氮肥吸收利用率,降低水稻氮肥农学利用率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力。水稻成熟期时,缓控释氮肥处理土壤速效氮含量低于常规施肥处理。综上,缓控释氮肥虽然提高了水稻的吸氮量和氮肥吸收利用率,但其氮素吸收利用效率总体不高,水稻产量略有下降。

一株除臭固氮菌的筛选、鉴定及发酵条件优化

为提高食品加工原料质量、降低环境污染,从自然界分离筛选出一株能有效减少鸡粪臭味及氮素流失的菌株JFN-1。通过形态学特征、生理生化试验和16S rDNA序列分析鉴定,JFN-1为假肠杆菌(Empedobacter falseni)。通过液态发酵得出:JFN-1菌株在硝酸还原酶和亚硝酸还原酶作用下,可以提高硝态氮、减少铵态氮含量以及减少氮类物质分解为氨气,从而减少氮素损失。通过单因素和正交优化试验,得到JFN-1菌株增殖培养基组成为可溶性淀粉8 g/L、牛肉膏20 g/L、硫酸镁4 g/L、氯化钠5 g/L,30℃培养20 h发酵液OD600可达到3.14,相比未优化培养基提高12.91倍,总氮含量提高2.14倍。通过固态发酵条件优化,得到JFN-1菌株固定氮素含量最多的固态发酵基质为菌糠15 g、麸皮15 g、豆粕1 g、糠醛渣2 g、硫酸铵0.165 g,在此条件下,总氮量提高196.42%。

青藏高原高寒草地土壤速效氮矿化能力对温度和有机肥添加的响应

青藏高原高寒草地土壤氮素矿化是影响全球碳氮循环和草地生态系统演替的关键过程。本研究通过不同温度(5、15和25℃)和有机氮添加梯度(0、15、45和75 kg·hm^(−2))的室内培养试验,测定土壤氮矿化速率、矿化势以及矿化反应速率常数对处理的响应,旨在探究温度和有机肥添加对青藏高原高寒草地土壤速效氮供应能力的影响。结果表明:土壤氮素矿化量随温度的升高而增加,25℃下明显高于15和5℃;有机氮添加(15~45 kg·hm^(−2))显著提高了土壤铵态氮的矿化量,继续增加至75 kg·hm^(−2)时,氮素矿化能力降低;土壤氮矿化速率随培养时间的增加先增加后降低,添加有机氮可以增加高寒草地土壤氮素矿化速率,在氮素添加量为45 kg·hm^(−2)时达到峰值;温度决定了高寒草地土壤氮素矿化势,对矿化速率常数k没有明显影响。综上所述,添加15~45 kg·hm^(−2)有机氮及较高的温度条件有利于提高青藏高原高寒草地土壤速效氮的矿化能力,这为高寒草原地区的草地管理和有机肥施用提供了理论依据。

大气NH_(3)浓度升高和施氮对冬小麦生物量和氮素利用的影响

为揭示大气NH_(3)浓度升高和施氮对冬小麦生物量和氮素利用的影响,通过开顶式气室,以小偃22为试验材料,于2020-2022两年进行田间微区试验,设置3个施氮水平(0、180和240 kg·hm^(-2))和两种大气NH_(3)浓度(空气背景NH_(3)浓度:0.01~0.03 mg·m^(-3);高NH_(3)浓度:0.30~0.60 mg·m^(-3)),对不同处理下小麦地上部和根系干物质、氮素积累量及氮素利用效率进行分析。结果表明,大气NH_(3)浓度升高能显著提升小麦地上部生物量、根系生物量、地上部氮素积累量和根系氮素积累量,2年内平均增幅分别为5.77%、6.74%、8.94%和9.98%。在空气背景NH_(3)浓度下,施氮后小麦显著增产,180和240 kg·hm^(-2)施氮水平下产量较0 kg·hm^(-2)施氮水平分别提高了45.26%和50.67%。在大气NH_(3)浓度升高环境中,随着施氮量的增加,小麦产量出现先升后降趋势,180 kg·hm^(-2)施氮水平下产量最高,240 kg·hm^(-2)施氮水平下小麦产量较0 kg·hm^(-2)施氮水平降低17.97%,小麦氮肥农学效率和氮素利用率也随之降低。这说明,大气NH3浓度升高的环境中适当减少氮肥施用量能有效提升冬小麦的氮素利用率,稳定小麦产量。

利用Δ^(15)N值评估不同硝态氮浓度下的桑树幼苗无机氮供需关系

喀斯特地区土壤中的硝态氮占主导地位,但土壤中的硝态氮含量存在时间和空间上的异质性。因此,种植在喀斯特地区的桑树幼苗可能会遭受低氮胁迫。为了给种植在喀斯特地区的桑树幼苗提供科学的无机氮管理,该研究以桑树幼苗为材料,采用水培试验,以改进的霍格兰(Hoagland)营养液为培养基质,以δ^(15)N值为22.35‰的硝酸钠提供唯一氮源,设置3个硝态氮浓度梯度(0.5、2.0、8.0 mmol·L^(-1)),测定桑树幼苗的光合特征以及叶、茎和根的干重、碳含量、氮含量和δ^(15)N值,分析不同供氮水平下桑树幼苗的生理响应,通过整个植株尺度的稳定氮同位素分馏值评估桑树幼苗的氮需求与氮供应的关系,通过植株的氮积累量与碳积累量研究碳氮耦合关系。结果表明:(1)当硝态氮浓度在0.5、2.0 mmol·L^(-1)时,增加硝态氮的浓度能显著提高桑树幼苗的叶绿素含量和净光合速率,进而显著促进生物量的积累。然而,当硝态氮浓度超过2.0 mmol·L^(-1)时,更多的硝态氮供应(8.0 mmol·L^(-1))并没有带来叶绿素含量、净光合速率和生物量的显著增加。(2)增加硝态氮的供应量能促进桑树幼苗的氮同化,桑树幼苗的氮积累量随着硝态氮供应量的增加而逐渐增加,然而,桑树幼苗的碳积累量在硝态氮浓度为2.0 mmol·L^(-1)和8.0 mmol·L^(-1)时无明显变化。(3)桑树幼苗的硝态氮同化产物的稳定氮同位素分馏值在硝态氮浓度为2.0 mmol·L^(-1)时达到最小。综上所述,硝态氮浓度为2.0 mmol·L^(-1)时的无机氮供应量接近桑树幼苗的无机氮需求量,外部氮供应量与植株氮需求量接近平衡意味着植物体内的碳氮代谢能够有效协调,进而实现了碳氮同化产物的同步增长。

减氮及有机替代对新疆棉田土壤氮素有效性和利用效率的影响

【目的】“连作+棉秆全量还田+高氮肥投入”是新疆绿洲棉花生产的主要技术措施之一。研究该体系下减少化肥用量对棉田土壤氮素转化和有效性的影响,以及等量有机肥替代化肥的效果,为优化施肥方案,提高氮肥利用率提供依据。【方法】于2021和2022年在新疆石河子市二连农试场开展棉花连续定位施肥试验,设置常规施氮量(CF),减施常规氮量的8%(CF-8%)、16%(CF-16%)和24%(CF-24%),在常规氮量下以有机肥替代其中8%(8%OF)、16%(16%OF)和24%(24%OF)的化肥,以及不施氮肥对照(CK),共8个处理。分析不同土层p H、电导率(EC)值、有机质、无机氮和活性有机氮含量、氮转化相关酶活性变化,计算氮肥利用率,并测定棉花产量。【结果】2021和2022年在CF处理基础上减少化肥施氮量,0—20、20—40 cm土层颗粒有机氮(PON)、轻组有机氮(LFON)含量无明显变化,而CF-16%处理可溶性有机氮(DON)和微生物量氮(MBN)占全氮(TN)的比例较CF处理分别提升14.79%和19.88%,0—20 cm土层土壤蛋白酶活性也得到显著增强。CF-24%处理0—20 cm土层微生物量氮(MBN)含量、土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性较CF处理分别下降了10.78%、16.88%、6.25%。随着化肥施用量的减少,深层土壤中累积的NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N含量降低,减氮处理中CF-16%处理较CF处理的增产率最高,达6.59%。与CF处理相比,16%OF、24%OF处理显著提高了20—40 cm土层土壤p H,0—20和20—40 cm土层有机质含量分别提升了23.44%和12.99%、31.74%和20.14%,土壤EC值分别下降了7.74%和4.72%、5.64%和7.02%,能够改善棉田土壤环境。16%OF处理0—40 cm各土层颗粒有机氮和可溶性有机氮含量两年平均较CF处理分别增加了24.01%和29.15%、18.95%和55.32%,颗粒有机氮和可溶性有机氮在全氮中的占比分别增加了16.32%和32.42%,而24%OF处理的轻组有机氮含量、LFON/TN、MBN/TN、C/N在3个有机替代处理中均为最高。16%OF处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥贡献率、单铃重与产量均高于8%OF和24%OF处理,增产率达17.16%。【结论】适量减施无机氮肥能够减少土壤中无机氮的累积,提升棉花氮肥利用率和产量,以CF-16%处理表现较佳。有机肥替代部分化肥能够增加土壤中活性有机氮的含量和土壤氮转化酶活性,提高土壤供氮潜力,改善棉田土壤微环境,并通过降低20—60 cm深层土壤中的NO_(3)^(-)-N含量提升棉花氮肥利用率,增加棉花单铃重与籽棉产量,其中16%OF处理为本试验最优处理,棉花增产17.16%。

增氧条件下粉绿狐尾藻的氮磷吸收特征

为探明增氧处理下粉绿狐尾藻植株的氮磷吸收特征,该研究以粉绿狐尾藻为研究材料,设置5个不同增氧水平(增氧时长),即CK (0 min)、JO1(4 min)、JO_(2)(6 min)、JO3(8 min)、JO4(10 min),系统分析了不同增氧水平下粉绿狐尾藻幼苗期(7月10日—9月15日)、生长旺盛期(9月16日—12月22日)生理指标的变化规律,明确了植株N、P含量、N/P和叶绿素含量、底泥各形态氮磷含量之间的关系。结果表明:增氧8 min时,t_(1)、t_(2)取样时期(9月15日、10月10日)粉绿狐尾藻的氮、磷吸收量及t5取样时期(12月22日)的氮吸收量最高;增氧6 min时,t_(3)、t4取样时期(10月27日、11月16日)粉绿狐尾藻的氮、磷吸收量及t5取样时期的磷吸收量最高;增氧有利于粉绿狐尾藻在t_(1)、t_(2)、t_(3)时期对氮的吸收,t4时期对磷的吸收,表现为t_(1)、t_(2)、t_(3)时期粉绿狐尾藻的植株氮磷比分别增加5.27%~36.57%、9.04%~63.07%、3.50%~73.45%,t4时期的N/P降低1.38%-34.05%;增氧使t_(2)、t5时期粉绿狐尾藻叶片叶绿素a、b及叶绿素总含量降低,t4时期叶绿素含量增加同时,使t_(1)、t_(2)时期底泥氮磷比值(sediment total nitrogen/phosphorus,STN/P)分别降低64.84%、54.76%,t4、t5时期STN/P分别增高138.97%、47.02%;层次聚类分析及多元线性回归分析结果进一步表明,增氧6 min是增氧促进粉绿狐尾藻氮磷吸收利用的理论满意方案,增氧降低t_(1)时期叶绿素a、b含量、t5时期底泥碱解氮含量(sediment alkali-hydro nitrogen,SAHN)和t4时期铁结合态磷(Fe-P)含量同时,促进了粉绿狐尾藻t5时期氮磷的吸收。增氧调控粉绿狐尾藻叶片叶绿素形成和底泥氮磷的形态转化,促进其对底泥氮磷吸收,同时提高了粉绿狐尾藻氮磷的吸收利用效果,可抑制甲烷和氧化亚氮、CO_(2)等温室气体的排放。

不同氮源处理对4个木薯品种幼苗生长发育的影响

为了探究不同形态的氮源对不同品种木薯(Manihot esculenta)幼苗生长发育的影响及其差异性,以‘CH16’、‘SC16’、‘SC205’和‘17Q’等4个木薯品种作为试验材料,设置了-N、NO_(3)^(-)、NH4+三种不同氮源,围绕4个木薯品种的生长状况、氮含量、根系形态、氮积累量、氮素利用效率等特征展开研究。结果表明:在NaNO3(3 mmol·L^(-1)),NH4Cl(3 mmol·L^(-1))处理下,‘SC205’、‘17Q’对铵态氮的氮素利用效率相对较高,属于喜铵品种,‘SC16’和‘CH16’对硝态氮和铵态氮的利用效率和喜好性无差异;在无氮条件下,‘17Q’和‘SC16’耐低氮胁迫能力相对较强,是氮高效品种,而‘SC205’和‘CH16’耐低氮胁迫能力相对较弱,是氮低效品种,其中,‘CH16’的耐低氮能力最弱。

低氮胁迫对不同氮效率小麦品种氮积累、代谢和产量、品质的影响

以氮效率不同的2个小麦品种郑麦0943(氮利用效率指数为1.557)和周麦18(氮利用效率指数为0.895)为试验材料,研究低氮胁迫对2个小麦品种净光合速率、氮积累量、氮代谢酶活性、根系性状、产量和品质的影响,以期为小麦氮高效育种和节本高效栽培技术研发提供参考。结果表明,在正常供氮和低氮处理下,郑麦0943花后7、14、21 d的净光合速率,花后14 d 10:00—15:00的净光合速率、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,成熟期秸秆和籽粒氮积累量,产量均显著高于周麦18;低氮处理下,上述指标均显著低于正常供氮处理,且郑麦0943的降低幅度低于周麦18,其中,郑麦0943产量降低21.40%,周麦18降低24.87%。低氮处理下,郑麦0943的总根长、根表面积和根系活力均显著高于周麦18;2个小麦品种根系性状均显著高于正常供氮处理,且郑麦0943的提高幅度高于周麦18。低氮胁迫显著影响2个小麦品种的品质,郑麦0943的品质受影响较小,低氮处理下郑麦0943的蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间、最大拉伸阻力、拉伸面积等指标较正常供氮处理的降幅均低于周麦18,除拉伸面积外,其余指标均达到了中强筋小麦标准。综上,郑麦0943较周麦18更耐低氮,低氮对其光合速率、氮积累量、氮代谢酶活性、根系、产量和品质的影响更小,低氮下其具有更好的光合特性、更高的氮吸收和同化能力、更发达的根系,进而获得更高的产量和较优的品质。

氮掺杂CNT催化剂的制备及NH3-SCR脱硝性能研究

通过球磨-煅烧的方法对碳纳米管进行氮掺杂改性。分别以尿素、吡啶、三聚氰胺为氮源,在不同碳氮质量比以及煅烧温度下进行氮掺杂,结果表明,600℃为最佳的氮掺杂煅烧温度;以三聚氰胺为氮源、碳氮比为1∶0.5时NO的转化率要高于其他氮源,350℃时转化率达到峰值。SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS等表征结果表明,氮掺入后主要以吡啶氮、吡咯氮和石墨氮的形态存在,同时在碳纳米管表面引入了含氮官能团,改变了碳原子和氮原子的电荷状态,为SCR反应提供了更多的活性位点。