等氮条件下磷钾互作对氮肥利用率及烤烟产量和质量的影响——^(15)N同位素示踪法

肥料合理施用在全球控制肥料施用量、降低环境污染背景下对于农业的绿色发展具有更为重要的意义,适宜的肥料配比是合理利用肥料的关键措施之一。为进一步明确不同氮磷钾比例条件下的烟叶质量特征,摸清不同肥料配比下肥料的利用率,以云烟87为材料,采用^(15)N同位素示踪法,研究了等氮条件下不同氮磷钾配比,即不施处理(T1),常规施肥处理(1∶0.5∶2,CK),增钾处理(1∶0.5∶3,T2),增磷处理(1∶1∶2,T3)和提磷增钾处理(1∶1∶3,T4)下烤烟产质量及氮肥利用率特征。结果表明:(1)等氮条件下提磷增钾的措施显著提高烟叶的产量和产值。产量表现为T4>T3>T2>CK>T1,产值表现为T4>T2>T3>CK>T1。与CK相比,T2、T3和T4处理的产量分别增加了11.81%、3.48%和20.72%,产值分别增加了9.66%、1.17%和19.81%。(2)^(15)N同位素示踪标记结果表明,等氮条件下提磷增钾措施能促进烟株对硝态氮和铵态氮的吸收,提高氮肥利用率。上、中、下部叶的铵态氮和硝态氮含量(氮分布)分别为:T4>T2>T3>CK。与CK相比,T2、T3和T4处理的氮肥利用率分别增加了16.87%、15.88%和31.00%。(3)等氮条件下增钾处理的氮肥利用率高于增磷处理,产量和产值较高。结果显示,等氮条件下提磷增钾的施肥措施促进烟株对肥料的吸收,有效提高烟株的氮肥利用率,提高烤烟产量和增加农民经济收入,为优质烟叶的生产提供一定的理论依据。

基于^(15)N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用^(15)N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)和尿素态氮(Urea-N)吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH_4^+-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率(V_(max))的大小依次为:NH_4^+-N> NO_3^--N>Urea-N,而夏季为:NH_4^+-N>Urea-N>NO_3^--N. 3种形态氮Vmax的季节变化规律为夏季>秋季>春季>冬季. V_(max)在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH_4^+-N浓度不同有关.浮游植物对NH_4^+-N吸收的KS值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO_3^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO_3^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO_3^--N限制,而最不容易受到NH_4^+-N的限制,且浮游植物群落对NH_4^+-N的亲和力最高.与NO_3^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.

^(15)N同位素示踪技术研究辣椒器官氮素分配特性和基质氮素运移规律

为探究日光温室蔬菜基质栽培氮肥在栽培基质中运移和累积规律及其在辣椒植株各器官中吸收和分配特性。以辣椒(品种:陇椒10号)为试验材料,利用K^(15)NO_3同位素示踪法,将K^(15)NO_3分别标记于栽培基质剖面向下5～10 cm和15～20 cm深处,并设2个灌水下限60%(W60)和80%(W80),研究了日光温室基质栽培辣椒的生物量、辣椒各器官对氮素吸收与分配及栽培基质中氮素的运移规律。结果表明,60%灌水下限条件下较80%灌水下限显著增加了辣椒植株总生物量和氮的吸收量。在空间分布上,^(15)N标记施肥深度越深,则辣椒植株对^(15)N利用率下降;同时,^(15)N在基质层(0～20 cm)中的累积量也明显下降,损失量显著增加。其中60%灌水下限条件下基质中^(15)N的损失量少于80%灌水条件,且^(15)N在5～10 cm处的损失量较少,此时,减小了基质层15～20 cm处^(15)N的向下迁移量,并增加了60%灌水下限条件下辣椒植株各器官对全氮的吸收利用率。因此,W60F5处理可以提高辣椒植株的总生物量和氮肥的吸收量,减弱基质深层氮素向下运移量,有利于辣椒植株更好地吸收与利用,且辣椒植株各器官生物积累量与氮肥吸收量依次为叶>果>茎。

15N同位素稀释技术和示踪技术在森林土壤N素研究中的应用

森林土壤N素形态、N库动态及其运移转化特征备受关注。采用稳定性^(15)N同位素稀释技术和示踪技术测定森林土壤总N转化速率和^(15)N回收率,可以揭示森林土壤N素特别是无机N的运移转化规律和持留机制。由此可见,稳定性^(15)N同位素技术在森林土壤N循环研究中的作用举足轻重。基于此,介绍^(15)N同位素稀释技术测定土壤总N转化速率的基本原理和^(15)N同位素示踪技术研究土壤N素运移规律的基本思路,并简要列举了稳定性^(15)N同位素技术和示踪技术在森林土壤N素转化、运移和持留机制研究中的应用实例,同时指出此法的不足和应用前景。

应用^(15)N研究不同氮肥在麦田土壤中的去向及脲酶抑制剂的效果

研究以盆栽试验为主,并结合大田试验,利用^(15)N示踪法对我国南方两种土壤上尿素、硝酸铵不同氮肥的去向及脲酶抑制剂对氮肥去向的影响进行了细致研究。特别阐明了氨的挥发和氮素的淋溶损失动态状况。在黄棕壤上,尿素中氨的挥发损失率大于硝酸铵,分别为11.7%和8.1%,前者比后者大43.7%;而氮的淋溶损失率则相反,分别为0.70%和0.79%,硝酸铵淋溶损失率比尿素高11.4%。在红黄土上氨的挥发损失率比在黄棕壤上小,仅为5.3%。首次指出了这两种氮肥的挥发损失远大于淋漏损失的结果。查明了增施脲酶抑制剂对提高氮肥利用、减少氨的挥发损失的明显作用。

水体中DNRA与反硝化之间竞争研究进展

概述了DNRA过程的反应机制及相关DNRA菌的分类。讨论了关于影响DNRA效率的因素,包括氧化还原电位、溶解氧、碳氮比等。总结了各种因素对于DNRA过程与反硝化过程之间竞争的影响,介绍了两种测定DNRA过程的方法,综述了水体中DNRA过程及其相关影响因素,对于未来进一步深入研究DNRA过程,以及水体中氮元素的循环有着重要意义。

氮肥减施时期对水稻产量、氮肥利用率及氮肥去向的影响

为探明氮肥减施时期对水稻产量、氮肥利用率及氮肥去向的影响,为制定科学合理的水稻氮肥减施措施提供理论支持。于2018—2019年,在大田条件下设置5个处理:(1)不施氮肥(N0);(2)常规施肥(N1,N 225 kg/hm^(2),基肥、分蘖肥、穗肥分别为N 90、67.5、67.5 kg/hm^(2));(3)基肥减氮(N2,N 202.5 kg/hm^(2),基肥、分蘖肥、穗肥分别为N 67.5、67.5、67.5 kg/hm^(2));(4)分蘖肥减氮(N3,N 202.5 kg/hm^(2),基肥、分蘖肥、穗肥分别为N 90、45、67.5 kg/hm^(2));(5)穗肥减氮(N4,N 202.5 kg/hm^(2),基肥、分蘖肥、穗肥分别为N 90、67.5、45 kg/hm^(2))。2019年在施氮处理小区内设置^(15)N稳定同位素示踪微区试验。结果表明:与常规施肥(N1)相比,减氮10%不会降低水稻产量。然而,不同减氮时期对水稻产量有显著影响,N2处理的水稻产量较N3处理增产7.8%~9.4%。N2和N3处理较N1处理显著提高了氮肥表观利用率和氮肥偏生产力,而N1和N4处理间氮肥表观利用率无显著差异。与N4处理相比,N1和N2处理均显著增加了植株对^(15)N肥料的吸收量。各处理^(15)N肥料利用率为26.0%~30.1%,其中N2处理显著高于N4处理。^(15)N肥料主要残留在0~20 cm土层中,其约占^(15)N肥料总残留量的90%。基肥减氮(N2)可以提高水稻^(15)N肥料利用率和残留率,降低氮肥损失率。因此,减少施氮量应减少基肥中的氮肥用量,不仅可以保证水稻产量,而且还能提高氮肥利用率,减少氮肥损失。

臭氧升高栾树和白皮松光合生理响应机制

工业化和快速城市化进程导致城市树木暴露于高浓度地表臭氧(O_(3))和氮(N)沉降的环境。以两种北京常见的城市园林绿化树种栾树(Koelreuteria paniculata)和白皮松(Pinus bungeana)为研究对象,采用臭氧开顶式气室(OTC)和^(15)N同位素示踪法,研究了2022年5月—9月3种臭氧浓度NF(自然环境臭氧浓度)、NF40(NF+40 nmol/mol O_(3))和NF60(NF+60 nmol/mol O_(3))环境下两种树苗的生理生长特性,特别是生长季末期植物叶片氮吸收的响应机制。研究结果表明:(1)高浓度O_(3)显著抑制栾树和白皮松叶片饱和光合速率、气孔导度、叶绿素含量、类胡萝卜素含量和生物量累积,但增加了叶片N含量。(2)生长季末期栾树与白皮松叶片N元素的吸收策略不同,栾树的新叶比老叶吸收更多的N,同时N可能从老叶转移到新叶;白皮松则将N更多地储存在老叶中以维持叶片常绿,而不是将N转移到新叶中。(3)在生长季结束前一周,不论施N与否O_(3)浓度升高均会显著增加叶片的衰老比率,O_(3)浓度越高栾树叶片衰老比率越高,而施N处理可降低由于O_(3)升高导致叶片衰老的比率,越接近生长季结束O_(3)增加栾树叶片衰老和施N缓解叶片衰老的变化规律越显著。由此可见,在研究城市树种应对O_(3)浓度升高和N沉降的环境变化时,不仅要考虑不同功能型如落叶和常绿树种的差异,同时也应关注落叶植物的不同生长时期,特别是生长季末期的变化。

基于同位素示踪和分子生物学技术对潮白河沉积物中氮还原功能特征的研究

沉积物氮还原功能对于调控和管理河流氮负荷具有重要作用.本研究选取潮白河不同区域河段表层沉积物作为研究对象,采用^(15)N同位素示踪技术、16S rRNA扩增子测序和实时荧光定量PCR(qPCR)技术,研究了潮白河沉积物中氮还原过程(反硝化、厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,anammox)和DNRA过程(dissimilatory nitrate reduction to ammonium,异化硝酸盐还原为铵))速率特征、相关功能基因丰度和微生物群落结构特征.结果表明:潮白河沉积物潜在反硝化、anammox、DNRA和N_(2)O释放速率分别为(25.82±0.98)~(142.32±17.06)、(0.58±0.10)~(4.51±0.78)、(2.91±0.46)~(19.59±4.15)和(-1.09±0.17)~(3.30±0.57)nmol·g^(-1)·h^(-1)(以N计,下同).沉积物氮还原以反硝化过程为主(贡献率71.86%~91.65%),DNRA也有较高的贡献率(7.03%~25.32%),anammox过程贡献较小.相关分析表明,氮还原相关功能基因丰度与潮白河沉积物氮还原过程速率存在显著正相关关系,微生物群落中α-变形菌纲、硝基螺旋菌纲、疣微菌纲、脱硫杆菌门、硬壁菌门丰度与沉积物氮还原过程速率存在显著的相关关系.

不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性

选用鲁单981（LD981）、郑单958（ZD958）和登海661（DH661）3个不同株高玉米品种,在大田和栽培池条件下分别设67500株hm–2和82500株hm–2 2个种植密度,0和180 kg hm–2 2个施氮量。大田试验的氮肥以开沟方式施入,栽培池试验氮肥分别以5、20和40 cm深度分层施入,利用15N同位素示踪技术研究不同株高夏玉米对氮素的吸收与利用特性。结果表明,与67500株hm–2种植密度比较,82500株hm–2种植密度夏玉米籽粒产量及氮素偏生产力显著提高。夏玉米吸收的氮素69.3%~77.3%来自土壤,22.7%~30.7%来自肥料;土壤氮和肥料氮收获指数分别为54.6%和57.5%。与67500株hm–2种植密度比较,82500株hm–2种植密度矮秆品种DH661氮素积累来自肥料的比例显著降低,中品种ZD958和高秆品种LD981没有显著变化;中、高秆品种肥料氮收获指数显著降低,矮秆品种增加。5 cm土层施氮对植株肥料氮积累量贡献率最大,40 cm土层施氮对植株肥料氮的贡献率最小,随着株高增加,深层（40 cm）氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐增加,浅层（5 cm）氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐降低。中、高秆品种对土壤深层40 cm施氮的氮肥回收率较高,而矮秆品种对土壤浅层20 cm施氮的氮肥回收率较高;20 cm和40 cm15N在20~40 cm和40~60 cm土层残留量分别达到60%,说明矮秆品种对20~40 cm土层氮素回收率较高,中、高秆品种对40~60 cm土层氮素回收率较高。

一株异养硝化-好氧反硝化地衣芽孢杆菌的脱氮特性及机制研究

分离自对虾养殖池塘的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)MP15具有高效的异养硝化-好氧反硝化性能。为了进一步研究菌株MP15的脱氮特性和脱氮机制,本研究采用氮同位素标记法,对其在氮基础降解液中的脱氮特性和机制进行了深入的研究。研究结果显示:在初始无机氮浓度为42 mg/L的氮基础降解液中,其对NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N的最大去除速率分别为1.03 mg NH+4-N/(L·h)、1.74 mg NO-2-N/(L·h)和1.02 mg NO-3-N/(L·h)。氮代谢过程中羟胺氧化还原酶、亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶的酶比活力分别为0.5406、0.1578和0.1609 U/mg。对菌株MP15脱氮过程中的15N同位素示踪结果显示,以NH+4-N作为唯一氮源时,仅产生15N2O;当菌株MP15分别以NO-2-N和NO-3-N作为唯一氮源时,可同时检测到15N2O和15N2。综合上述结果,菌株MP15对无机氮的去除主要包括:同化作用、硝化作用和反硝化作用。其中对NH+4-N的硝化途径为:NH+4-N→NH2OH→N2O;对NO-2-N的硝化-反硝化途径为:NO-3-N←NO-2-N→N2O/N2;其对NO-3-N的反硝化途径为:NO-3-N→NO-2-N→N2O/N2。

麦棉套作复合根系群体对棉株氮素吸收与分配的影响

在盆栽麦棉套作条件下，于2003～2004年设置麦棉自然根系（麦棉根系和肥水均可相互通过）、麦棉纱网隔根（肥水可相互通过，麦棉根系不能相互通过）和麦棉塑膜隔根（麦棉根系和肥水均不能相互通过）3种麦棉根系处理，运用小麦叶片15N富积标记法和15N同位素稀释法，研究麦棉复合根系群体对棉花氮素吸收与分配的影响．结果表明，在麦棉套作群体中，既存在麦棉共处期小麦对棉花根区氮素的竞争，又存在小麦根区及其所吸收氮素向棉花的转移．棉花根系吸收的15N肥料大多分配到地上部，根系分配的量较少，且麦棉自然根系处理地上部的15N标记肥料氮的吸收率（NUR）最大，纱网隔根处理次之，塑膜隔根处理最少．在麦棉共处期，麦棉自然根系处理棉花的植株从15N标记肥料中吸收的氮占其全氮的百分率（Ndff）和NUR均低于隔根处理．至棉花初花期（小麦已收获，秸秆原位埋入土壤中），麦棉自然根系处理棉花吸收的氮素主要来源于化学肥料而非秸秆降解物．棉株不同器官所分配的15N标记肥料比例不同，棉花生殖器官中15N含量明显高于其他器官．麦棉自然根系处理棉株生物量也高于隔根处理．

生物滞留系统中^(15)NO_3^-的迁移转化及丹麦草对此过程的影响研究

通过构建模拟试验,利用^(15)N同位素示踪技术研究^(15)NO_3^-在生物滞留系统中的迁移转化以及丹麦草对此过程的影响。结果表明:在处理组(植物组)中约79.6%的NO_3^-发生了转化,其中反硝化作用、硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、微生物固定和植物吸收参与转化分别占所添加^(15)N的32.7%、10.4%、24.2%和12.3%;在对照组中,约60.5%的NO_3^-发生了转化,其中反硝化作用、DNRA作用和微生物固定参与转化部分分别占所添加^(15)N的21.6%、19.5%和19.4%。两组中,反硝化作用均为优势反应,其次是微生物的固定和DNRA作用。在处理组中,丹麦草的直接吸收对NO_3^-的去除起到一定作用,同时间接促进了反硝化作用和微生物固定,加快了生物滞留系统对NO_3^-的去除。

茶树氮吸收效率的早期鉴定技术研究

氮是植物生长的重要营养元素,在茶树栽培过程中常需施用大量氮肥,不仅消耗大量的资源,施用不当还会造成一系列环境问题。培育氮肥高效利用的茶树品种是解决这一问题的重要途径,而建立快速筛选高效株系的早期鉴定方法对于缩短育种茶树育种年限具有重要意义。本研究分析龙井43(LJ43)和中茶108(ZC108)两个茶树品种在不同氮素水平下对氨态氮和硝态氮的吸收与利用数据,通过与^(15)N同位素标记技术的比对,验证非损伤微测技术(NMT)和实时荧光定量(qRT-PCR)技术在早期鉴定茶树株系氮素吸收利用能力方面的可行性与实用性,以期建立茶树氮吸收效率的室内早期鉴定技术。试验结果表明,^(15)N同位素标记技术的稳定性和可重复性分别为89.51%、99.26%,而NMT的稳定性、可重复性分别为95.22%、96.76%;两种方法测定结果均显示茶树具有明显的喜铵特性;硝酸根转运蛋白基因CsNRT3.2和CsNRT2.4在两个品种中均表现出诱导上调表达效应,相比中茶108,龙井43中CsNRT2.4和CsNRT3.2具有更高的表达量,表明LJ43对外界氮源的响应高于ZC108。综上所述,认为NMT技术可在短时间内处理并测得茶树的瞬时吸收速率,且试验材料损耗少,可以用于茶树氮瞬时吸收速率的早期鉴定;CsNRT2.4和CsNRT3.2的表达量一定程度上反映了茶树对硝态氮吸收的能力。本研究可为氮高效茶树品种的早期鉴定技术建立提供依据。

3种黑杨无性系耐氮瘠薄能力的差异

通过扫描离子选择电极技术及15N同位素示踪技术研究3种黑杨无性系02-34-334、03-04-97和108号对于硝铵的吸收及累积规律,揭示02-34-334号较03-04-97和108号更能适应低氮环境的原因。离子电极试验设置0 mmol/L NH4NO3(CK)、0.25 mmol/L NH4NO3和0.5 mmol/L NH4NO33种氮素水平1。5N同位素示踪试验设置2 g15NH4NO3和2 g NH415NO3(中氮)两种氮素处理。结果表明:①在0.25 mmol/LNH4NO3水平下,02-34-334号苗木根部硝铵的吸收比值为1.3,而其他两个无性系苗木根系在所有处理下的硝铵吸收比值均较低。说明02-34-334号在0 mmol/L NH4NO3(CK)到中氮范围内对于硝态氮的吸收较另两个无性系具有明显的潜在优势。②02-34-334号无性系与另两个供试无性系相比,根部15NO3-的氮素分配率低,而地上部分15NO3-的氮素分配率高。说明02-34-334号在中氮水平对于硝态氮有较强的转运能力。对硝态氮较强的吸收潜力及较强的转运能力可能是02-34-334号黑杨无性系更能适应低氮环境的原因之一。结果为进一步研究黑杨无性系的氮高效机制及生产应用提供了科学依据。

环境因子对水稻土硝酸根异化还原过程速率和分配的影响

以五常、常熟和雅安水稻土为研究对象,通过室内泥浆培养,利用基于膜进样质谱仪(Membrane Inlet Mass Spectrometer,MIMS)的15N示踪技术,探究了温度、pH、NO_(3)^(–)浓度、C/N、Fe^(2+)和S2–浓度对三种水稻土反硝化和硝酸根异化还原成铵(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)速率及二者占硝酸根还原过程相对贡献的影响。结果表明,在所研究的稻田土壤中,反硝化是NO_(3)^(–)异化还原过程的主导途径,占比87.97%~91.73%,而DNRA仅占8.27%~12.03%。反硝化和DNRA速率随温度升高均呈指数增长,且DNRA占NO_(3)^(–)异化还原的比例(RDNRA)也随温度升高呈增长趋势。反硝化和DNRA速率分别在pH为7或者8.5时最高,相对于碱性环境(4.92%~14.67%),酸性环境中RDNRA(6.24%~15.56%)更高。反硝化和DNRA速率与NO_(3)^(–)浓度之间关系符合米氏方程,且反硝化的最大速率(Vmax)和米氏常数(Km)均大于DNRA。与未加碳源对照组相比,C/N为2.5时,反硝化速率显著提高了22%~35%;C/N大于2.5时,DNRA速率显著提高了74%~199%。三种土壤中,Fe^(2+)添加和S2–添加处理中呈现出类似的趋势,均在低浓度电子供体(即Fe^(2+)和S2–浓度分别为300~500μmol·L^(-1)和50~62.5μmol·L^(-1))时呈现出最高的反硝化速率,而DNRA速率达到峰值则需要更高浓度的电子供体(即Fe^(2+)和S2–浓度分别为800~1000μmol·L^(-1)和100~125μmol·L^(-1))。综上可知,环境因子可显著影响NO_(3)^(–)异化还原过程的速率及分配,其中高温、高C/N、高浓度Fe^(2+)和S2–有利于更多的NO_(3)^(–)分配给DNRA过程,而高浓度NO_(3)^(–)会提高NO_(3)^(–)向反硝化过程的分配。上述研究结果深化了对水稻土NO3–异化还原过程分配的认识,对于探寻潜在农学措施提高DNRA过程的分配比例,进而提高土壤中氮素的固持和提高稻田氮肥利用率具有重要的科学意义。

减氮配施抑制剂及鸡粪提高尿素氮在稻田土壤中的转化及利用

【目的】探究氮肥减量配施氮肥抑制剂和鸡粪的情况下土壤及肥料氮素供应和利用状况,及其对土壤肥力和水稻产量的影响,为我国东北地区水稻生产中提高氮肥利用效率、实现节肥增效提供理论基础。【方法】采用^(15)N同位素示踪技术,盆栽试验设不施氮肥处理(CK)、常规氮肥(^(15)N示踪尿素)处理(N)、80%尿素氮+20%鸡粪氮处理(NM)、80%尿素氮+抑制剂处理(NI)、80%尿素氮+抑制剂+20%鸡粪氮处理(NIM)。测定不同生长时期来自于土壤及肥料中的铵态氮、微生物量氮含量及植株含氮量,收获时测定水稻产量。【结果】1)NI处理在土壤及肥料来源的铵态氮供应能力方面与N处理相当,抑制剂添加对氮肥减施有一定的补偿作用。在分蘖期和灌浆期,NM处理供氮能力优于无机氮肥处理。NIM处理在铵态氮和硝态氮供应能力方面效果最好。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期和灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了19.2%、66.3%和36.5%,硝态氮含量分别提高了13.9%、12.7%和17.3%,^(15)NH_(4)^(+)-N含量在分蘖期增加了14.59 mg/kg。2)无机氮肥处理(N、NI)对土壤微生物量碳含量无显著影响,但添加鸡粪处理(NM、NIM)显著提高了返青期和灌浆期土壤微生物量氮含量(P<0.05)。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期、灌浆期和成熟期土壤微生物量碳含量分别提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%,微生物量氮含量分别提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%,^(15)N-微生物量氮含量在分蘖期增加了约22.56 mg/kg。3)抑制剂及鸡粪添加均提高了水稻产量和生物量,NIM处理的水稻生物量、产量和吸氮量较N处理分别提高了83.59%、124.18%和46.66%(P<0.05),土壤中肥料氮的残留量显著增加了56.48%,肥料氮的损失减少了约78.7%。NIM处理的氮素吸收利用率、氮肥农学效率等显著高于其他处理,抑制剂与鸡粪在提高肥料氮素利用率方面存在显著交互作用。【结论】在我国北方棕壤水稻土上,在尿素中添加抑制剂(1%PPD+1%NBPT+2%DMPP)或者用鸡粪替代20%的尿素均能改善土壤氮素供应,氮肥减量20%配施抑制剂和鸡粪不仅不会减产,还会在提高水稻产量的同时提高肥料利用率。从肥料氮释放及水稻吸收利用的角度综合考量,减少20%尿素投入,添加氮肥抑制剂,以及添加氮肥抑制剂的同时,用鸡粪替代20%的尿素的效果较好。

生物炭与氮肥配施对玉米叶片氮素利用及代谢的影响

采用盆栽试验,设置3个生物炭(BC)施用比例,分别为BC0(0)、BC3(3%)、BC9(9%),3个氮(N)水平,分别为N100(100%)、N80(80%)、N60(60%),采用^(15)N同位素标记、代谢组学及实时荧光定量聚合酶链式反应(qT-PCR)手段探索生物炭与氮肥配施对玉米叶片氮素利用及代谢的影响。结果表明,玉米氮素利用率(NUE)为14.71%~29.40%,不添加BC(BC0)处理下,玉米植株的NUE随着施N量的降低而降低,BC(BC3、BC9)处理下,NUE随着施N量减少而明显增加,以BC3N60处理的NUE最高、氮肥损失率最低。BC可通过介导氨基酸、糖和有机酸库的代谢,上调相关代谢基因(ZmGS1、ZmAS1)的表达水平,从而影响玉米叶片代谢组学和N组分(NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N、TN、TC)含量。此外,典范对应分析(CCA)、网络相关性分析结果表明,代谢物间的网络连接密度、植物矿质N组分与代谢组密切相关;双因素方差分析结果进一步表明,供N水平与BC施用比例存在交互作用。综上所述,减少N供应水平玉米氮素利用率显著降低,在此基础上施用生物炭可通过调节N代谢及上调N代谢基因改善玉米氮素吸收,以3%生物炭比例和60%施氮水平处理(BC3N60)的效果较佳。

蚯蚓粪和种植玉米对盐碱地铵态氮肥淋洗影响

为研究蚯蚓粪和种植玉米对盐碱土壤中外源性铵态氮肥淋洗特征变化及土壤盐分的影响,该文通过土柱模拟15N同位素示踪试验,共设4个处理,分别为空白处理组、添加蚯蚓粪处理组、种植玉米处理组、添加蚯蚓粪+种植玉米处理组,研究结果表明:在0~30cm土层,蚯蚓粪和种植玉米可以显著降低盐碱土中铵态氮肥的淋洗。添加蚯蚓粪时,减缓种植玉米对外源性氮肥向下淋失的影响,土壤对铵态氮肥的固持能力得到改善。种植玉米通过植物根系作用,降低土壤硝化作用的速率,抑制铵态氮肥的转化,增加盐碱土对酸性氮肥硫酸铵在浅层(10~20 cm)土壤中的固持,提高外源性氮肥的长效性。研究结果可为降低盐碱地的氮素淋洗损失提供理论依据。

尿素施肥方式对水稻增产增效和土壤氮素损失的影响

【目的】探讨尿素施用量、基施比例和方法对水稻产量、吸氮量和氮肥利用率的影响,以及肥料氮的去向,为制定科学合理的施氮措施提供理论依据。【方法】水稻季田间试验于2019年和2020年在江苏太湖地区开展。供试脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂为对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),二者用量均为施氮量的1%。试验共设6个处理:1)不施氮肥对照(CK);2)表施尿素N 300 kg/hm^(2)(当地常规施肥,CN);3)表施尿素N 225 kg/hm^(2)(RNB);4)尿素N 225 kg/hm^(2),50%表施,50%深施(RND);5)表施尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP(RNB+DI);6)尿素N 225 kg/hm^(2)+NBPT+MHPP,50%表施,50%深施(RND+DI)。表施氮肥处理基肥∶分蘖肥∶孕穗肥为4∶3∶3;深施氮肥处理基肥∶孕穗肥为7∶3。2020年在处理小区内设置了^(15)N示踪微区试验。调查了水稻产量、吸氮量、氮肥利用率以及^(15)N肥料植株利用、土壤残留和总损失量。【结果】与CN相比,除RNB处理2020年的秸秆生物量外,其余三个处理的籽粒与秸秆生物量均无显著差异;两年4个处理的氮肥表观利用率、农学利用率和偏生产力利用率均显著提高;15N示踪试验结果表明,4个处理均显著减少了^(15)N吸收量,RND、RNB+DI和RND+DI还显著降低了氮肥总损失量。与RNB相比,RND处理的水稻产量增加3.3%—4.0%,氮肥表观利用率显著增加20.4%—27.3%,^(15)N吸收量和利用率显著增加28.2%,总损失率显著降低34.6%;RNB+DI处理的水稻产量和氮肥表观利用率没有显著增加,15N吸收量和利用率显著增加11.6%,总损失率显著降低13.1%;RND+DI处理的水稻产量增加2.6%—4.3%,氮肥表观利用率显著增加23.4%,^(15)N吸收量和利用率显著增加36.9%,损失率显著降低45.0%。与RND相比,RND+DI处理的水稻产量、氮肥利用率和^(15)N植株吸收量均无显著差异,但降低了总损失率。【结论】在太湖地区水稻生产中,将氮肥用量由N 300 kg/hm^(2)减至225 kg/hm^(2),基施比例由40%提高到70%,同时将基肥中的50%深施,不会降低水稻产量,还显著提高了氮肥利用率,降低了氮肥总损失率,将此技术与添加氮肥抑制剂技术集成,可进一步降低氮素的损失率。从生产成本和应用效果考虑,减少氮肥总量的前提下,加大氮肥基施比例并配合基肥深施加少量撒施,是提高水稻产量和效益的适宜措施。