岩溶区砂糖桔短期种植对土壤氮转化过程的影响

利用15N同位素成对标记法并结合MCMC数值模型,研究岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化特征。结果显示:乔灌地开垦种植砂糖桔后,土壤有机氮矿化速率由2.93 mg N·kg^(−1)·d^(−1)显著下降至0.60 mg N·kg^(−1)·d^(−1),土壤无机氮的供应能力降低,土壤有机氮矿化速率与土壤有机碳、全氮和全钙含量呈显著正相关性,与铁、铝、钾和黏粒比例呈显著负相关性;土壤铵态氮微生物同化速率由1.76 mg N·kg^(−1)·d^(−1)显著降低为0.10 mg N·kg^(−1)·d^(−1),在砂糖桔地铵态氮微生物同化速率与有机氮矿化速率的比值仅为0.17。乔灌地土壤自养硝化速率高达11.06 mg N·kg^(−1)·d^(−1),而硝态氮微生物同化作用微弱,硝态氮异化还原速率仅为0.64 mg N·kg^(−1)·d^(−1),导致硝态氮净产生速率达到10.42 mg N·kg^(−1)·d^(−1)。由于土壤铵态氮浓度的降低和施肥导致土壤酸化不利于硝化细菌的活动,自养硝化速率显著降低至1.68 mg N·kg^(−1)·d^(−1)。岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化速率呈下降趋势。

水体中抗生素污染现状及其对氮转化过程的影响研究进展

近年来,抗生素引起的环境污染和生态风险备受关注.作为抗生素最重要的归宿地之一,自然水体中的抗生素污染日益加剧.逐渐累积的抗生素给水生生态系统带来风险,并会改变微生物群落的结构和功能,已成为水体中物质循环过程的重要影响因子.该文总结了我国河流和湖泊中抗生素的污染现状及其对水生生态系统产生的风险,综述了抗生素对水体中微生物群落以及硝化、反硝化和厌氧氨氧化等氮转化过程的影响.我国主要河流和湖泊中均有抗生素检出,类型包括磺胺类、四环素类、喹诺酮类和大环内酯类等,不同水体中抗生素的污染类型及浓度差异显著.目前,有关抗生素给水生生态系统造成的生态风险和对微生物群落的影响研究较多,而抗生素抗性基因在水环境中的传播扩散机制还需要更全面和深入的探索.抗生素可以通过改变氮循环功能微生物、酶活性和功能基因等影响水体中氮转化过程.对反硝化过程主要表现为抑制作用,对硝化过程的影响与其浓度和类型有关,而对厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原为铵过程的影响研究相对匮乏.后续研究中还应探索水动力,盐度,水深和氧化还原梯度等典型水环境条件下,氮转化过程对抗生素的响应,为全面揭示抗生素对水体氮转化过程的影响提供依据.

土壤中抗生素残留对氮素生物转化的影响

土壤中残留的抗生素会干扰和改变土壤微生物群落组成、结构和功能,进而影响微生物驱动的地球化学循环过程,威胁着土壤生态系统的安全。土壤中不断累积的抗生素对固氮作用、硝化和反硝化作用等氮转化过程都产生了不同程度的影响。本文综述了抗生素对土壤氮转化过程的影响。结果表明,土壤中的抗生素因其浓度、类型以及暴露时间等因素的不确定性,对固氮作用和反硝化作用的影响规律不明确,但抗生素在多数试验浓度下能够抑制硝化作用,在环境浓度下能够促进N 2 O排放。本文还对今后有关抗生素影响土壤氮转化的研究方向作了分析和展望。

芘对土壤微生物氮转化功能菌群的影响特征

通过构建好氧降解微环境,分析环境浓度下的芘(12.09mg/kg)对土壤酶活性,氮转化全过程以及相关功能微生物的影响.结果发现,芘仅在降解第1d显著促进了脲酶活性,而在降解最初和后期均显著刺激了脱氢酶活性.从细菌群落结构分析可知,由于氨氧化菌(Nitrososphaeraceae)相对丰度的变化,导致花在处理前期对其介导的好氧氨氧化,硝化功能表现为促进作用,在后期表现为抑制作用,而对于固氮细菌(Bradyrhizobium,Mesorhizobium和Ensifer),尿素分解细菌(Roseomonas)以及硝酸盐还原细菌(Opitutus)则作用相反.与微生物群落结构以及相关功能预测的变化不同,功能基因定量分析表明,芘虽在培养初期对固氮基因nifH表现为抑制作用,但nifH的丰度呈增长趋势.结合土壤氨氧化和反硝化过程中关键酶活性及编码基因的变化,芘在培养前期未促进氨氧化过程,但在15d后明显抑制了土壤氨氧化和反硝化过程,其中对氨氧化过程的抑制作用更为显著.本研究阐明了芘对土壤微生物氮转化过程的影响特征,为了解芘的环境风险提供重要参考价值.

草地群落多样性和生态系统碳氮循环对氮输入的非线性响应及其机制

理解草地生态系统结构和功能对氮富集的响应及其机制有助于准确评估大气氮沉降等外源氮输入的生态效应。全球范围内建立的多水平氮添加实验为认识草地生态系统结构和功能对氮输入的非线性响应机制提供了有效途径。为了反映学术界基于多水平氮添加控制实验取得的主要研究进展,该文综述了草地群落多样性和生态系统碳氮循环过程对外源氮输入的非线性响应特征及其驱动机制。按照目前的研究,氮输入会导致草地植物物种多样性、功能多样性以及土壤细菌多样性下降,但真菌多样性的变化并不明显。地上和地下生产力对氮输入的响应趋势存在差异:地上生产力沿氮添加梯度呈“先上升后饱和”的变化规律,而根系生产量和根冠比呈下降趋势,根系周转速率则呈“先上升后下降”的单峰格局。不同碳分解过程对氮输入的响应也不尽相同:凋落物分解速率沿氮添加梯度表现出“指数衰减、线性增加或无显著变化”的多元响应,而土壤呼吸和CH4吸收速率与施氮量的关系则以“低氮促进、高氮抑制”的单峰趋势为主。类似地,不同土壤碳组分对氮输入的响应存在差异:氮添加总体会导致草地土壤碳库和颗粒态有机碳含量增加,而矿物结合态碳含量随施氮量呈“增加、不变或下降”的多元响应。植物氮吸收量沿氮添加梯度呈“先上升后饱和”的变化特征,但不同土壤氮转化过程沿氮添加梯度呈现差异化响应,且不同草地生态系统中观察到的土壤N_(2)O排放速率与施氮量之间的关系存在差异:温带草地中以指数增加为主,而高寒草地中则出现“先上升后饱和”或者“线性增加”的趋势。未来研究需重点关注根际过程及磷循环对氮输入的非线性响应,并从多维度生物多样性等角度解析多水平氮添加影响草地生物地球化学循环过程的机理。

林地转变为耕地对紫色土N_2O排放的影响

土地利用方式变化是造成大气中温室气体浓度变化的主要原因之一,但土地利用方式转变,如林地转变为耕地过程对土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响还缺乏系统研究。本研究于2016年7月中旬在四川盆地丘陵区将林地转变为耕地,并按照耕地冬小麦-夏玉米轮作方式,采用静态暗箱-气相色谱法,对比分析了耕地翻耕不施肥(CL-T)、翻耕施肥(CL-TF)和邻近林地(CK)的土壤N_2O排放过程特征。结果表明,试验期间CL-T、CL-TF土壤N_2O排放通量较CK均显著增加(P<0.01),且二者的N_2O排放通量在林地转变为耕地初期均有明显的排放峰。小麦季和玉米季土壤N_2O排放通量[μg(N)·m-2·h-1]均值CK分别为2.52和4.60,CL-T分别为3.55和11.63,CL-TF分别为6.26和22.16,N_2O排放通量玉米季显著高于小麦季。CK、CL-T和CL-TF的土壤N_2O全年累积排放量[mg(N)·hm-2]分别为0.271、0.515和0.957,CL-T、CL-TF较CK分别显著增长89.8%、253.0%,说明林地转变为耕地,紫色土N_2O排放迅速增加。首先翻耕改变土壤结构并显著增加土壤无机氮含量(P<0.05),其次施肥大幅增加土壤无机氮含量导致土壤N_2O的激发排放。而土壤温度和水分未发生显著改变(P>0.05),种植作物短时间内也未显著改变土壤的N_2O排放。结果表明,林地转变为耕地激发土壤N_2O排放的根本机制可能是提高了土壤有机氮矿化速率。但土地利用转变对土壤氮转化过程的影响以及进而改变土壤N_2O的排放特征的机理有待进一步研究。

生物炭减缓农业生态系统土壤N_(2)O排放的研究进展

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N_(2)O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以"生物炭"、"农业生态系统"、"N_(2)O"为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N_(2)O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N_(2)O;生物炭添加对土壤N_(2)O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N_(2)O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N_(2)O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N_(2)O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N_(2)O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N_(2)O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。