酸雨对土壤营养元素迁移转化的影响

针对近年来北方一些城市大气污染严重并导致部分月份出现酸雨,及酸雨对主要营养元素产生影响的实际情况,通过模拟pH=5.6的酸雨的淋溶实验,对土壤营养元素迁移转化规律作了较深入的研究。结果表明,土壤中硝态氮质量分数随土壤深度的增加而呈下降的趋势;土壤中速效磷、速效钾对酸雨不敏感;拟合出在土壤表层(<5 cm)、10 cm、20 cm、30 cm的不同深度,硝态氮随时间变化的迁移规律方程。     

生物炭基钼肥对土壤无机氮形态转化的影响

土壤铵态氮和硝态氮是影响作物生长的重要因素。为了探明生物炭与钼配合施用后,土壤中铵态氮和硝态氮的动态变化规律,选取8种广东省具有代表性的农业废弃物制备生物炭基钼肥,采用土培实验,研究在分别施用硝态氮、铵态氮情况下,生物炭基钼肥对土壤中硝态氮及铵态氮含量变化的影响。结果表明,与对照相比,8种生物炭基钼肥均可显著提高土壤pH值,其中,甘蔗渣炭基钼肥、花生壳炭基钼肥和谷壳炭基钼肥可使土壤pH提高0.5~1.0个单位,丝瓜藤炭基钼肥、水葫芦炭基钼肥、玉米秸秆炭基钼肥、水稻秸秆炭基钼肥、花生秸秆炭基钼肥则可使之提高2.8~3.8单位。8种生物炭基钼肥均可显著促进土壤对铵态氮的起始固持量(10%~38%),甘蔗渣炭基钼肥、花生壳炭基钼肥和谷壳炭基钼肥对土壤铵态氮的硝化作用影响不显著,而其他5种生物炭则可显著增强土壤的硝化作用,其中水稻秸秆炭基钼肥处理硝化率近50%,丝瓜藤炭基钼肥、水葫芦炭基钼肥、玉米秸秆炭基钼肥、花生秸秆炭基钼肥处理的硝化率近100%。生物炭基钼肥对土壤中的硝态氮主要表现为固持作用,可显著增加土壤对硝态氮的起始固持量(12%~30%)。该研究结果可为作物施用生物炭基钼肥和氮肥提供参考,也可为进一步研究生物炭基钼肥对土壤有效钼含量、作物钼吸收及对植物体内氮代谢的影响提供基础资料。     

典型红壤区不同土地利用方式下氮素垂直分布及其影响因素

土壤氮素迁移规律是农业面源污染研究的重要内容,探讨不同土地利用方式下氮素垂直分布及其影响因素对氮迁移规律研究具有重要意义。在亚热带典型红壤丘陵区利用动力土柱机采集了38个稻田、林地和茶园的1 m深原状土柱,分0～20、20～30、40～50和70～80 cm 4层并间隔5 cm取样分别测定铵态氮、硝态氮和全氮以及其他土壤属性,研究氮素垂直分布对土地利用方式的响应及其影响因素。结果显示:(1)稻田上述4层土壤全氮含量显著高于林地和茶园(P0. 05),土壤铵态氮含量在各土地利用方式间差异不显著。就表层(0～20 cm)硝态氮含量而言,稻田土壤显著高于林地和茶园;茶园下层(20 cm)土壤硝态氮含量显著高于稻田和林地。(2)土壤全氮含量与硝态氮含量关系密切(r=0. 64,P0. 01);有机碳含量、土壤剖面深度和容重是影响氮素垂直分布的重要因子,土壤氮含量与有机碳含量之间呈显著正相关,与容重、土壤剖面深度呈显著负相关(P0. 05),表明土壤性质对氮素的分布有重要影响。该研究有助于评价红壤丘陵区农业氮肥施用对水体污染的影响风险。     

双氰胺对不同形态氮在红壤中转化的影响

采用室内好气培养方法，研究了碳酸氢铵、尿素在红壤中的转化，加入硝化抑制剂(双氰胺)对尿素、碳酸氢铵的水解速率、硝化速率的影响，以及硝化抑制剂用量问题。结果表明，无论加入DCD与否，大部分尿素在4d内水解，各处理硝态氮质量分数于35d内出现峰值，铵态氮质量分数变化趋势基本相似，尿素态氮和铵态氮的形态差异主要存在于培养4d内。双氰胺的加入明显提高了相应处理的铵态氮质量分数，降低了硝态氮的质量分数；硝化抑制剂对高质量分数(≥50％)铵态氮、尿素态氮处理的抑制效果优于低质量分数(≤50％)处理。至培养结束时中壤土中仍存在较高质量分数的铵态氮，故铵的硝化时间、尿素水解产生铵的硝化时间有待进一步研究。     

雪被斑块对川西亚高山冷杉林冬季土壤活性氮库及氮矿化潜力的影响

于2012年11月中旬-2013年3月中旬,分3个关键雪被时期(雪被形成期、稳定期和融化期)采集川西亚高山冷杉林内不同厚度雪被处理(浅雪被、中度厚度雪被和厚雪被)的土样,测定土壤活性氮库、土壤硝化和氮矿化潜力以期了解高寒森林土壤氮素生态过程.结果表明:冬季土壤温度在一定程度上随着雪被厚度的增加而升高;冬季土壤活性氮库(铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和可溶性有机氮)存在明显的动态变化,各形态土壤氮库都以雪被融化期最高,而土壤氮硝化潜力(7.36-8.44 mg kg-1 d-1)和矿化潜力(7.22-8.23 mg kg-1 d-1)则以雪被融化期最小;硝态氮是冬季土壤无机氮库的主体,占无机氮总量的95%左右;雪被厚度对各土壤氮组分总体影响不大.亚高山森林土壤活性氮库及氮矿化随雪被进程发生显著变化,可见雪被覆盖可能改变亚高山森林冬季土壤活性氮库及土壤氮转化时间动态格局.     

土壤矿质氮和可矿化氮对当季作物的贡献

从土壤矿质氮-硝态氮和铵态氮、土壤可矿化氮3个指标研究了土壤剖面不同层次有效氮对作物吸氮的贡献.结果表明,不同指标反映土壤供氮能力状况不一.土壤硝态氮和土壤可矿化氮与作物吸氮有较好的相关关系,而土壤铵态氮与作物吸氮关系不密切.在深度120cm之上的土层的土壤可矿化氮对作物吸氮有较大的贡献.在考虑土壤供氮能力时,建议应该考虑120cm深层以上的土壤.     

不同施氮水平对玉米产量、氮素利用效率及土壤无机氮含量的影响

通过研究不同施氮水平对玉米产量、氮素利用率及土壤硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)残留量的影响,为氮肥的合理利用提供依据.在黑龙江省农业科学院科技园区布置田间小区试验,结果显示:玉米产量随施氮量增加而增加,施氮量为165 kg·hm-2时,氮肥利用率最高,当施氮量高于165 kg·hm-2,产量反而有降低的趋势,过量施氮也并不能增加玉米对氮素的吸收,因而氮素利用率也随施氮量的增加而降低.玉米收获后土壤剖面无机态氮质量分数的变化因施氮量的不同而表现出差异,0~80 cm土层硝态氮积累量随氮肥输入量的增加而显著增加,以表层(0~40 cm)硝态氮质量分数最高,中间层(60~80 cm)质量分数最低,100 cm以下土层以施氮量为165 kg·hm-2的处理土壤硝态氮积累量最低,降低了硝态氮淋溶风险;铵态氮的质量分数相对较低,不同的施氮量对土壤铵态氮质量分数的影响主要在0~20 cm土层,铵态氮质量分数与施氮量并无显著的相关关系.综合考虑玉米产量、氮素利用率与生态环境效益,以165 kg·hm-2(优化施氮量)为最佳氮肥施用量.     

不同氮形态对龙葵镉积累、抗氧化系统和氮同化的影响

以镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)为材料研究了不同氮形态对其镉(Cd)积累的影响及其生理响应机制,为今后利用龙葵进行植物冶金和镉污染土壤修复提供理论依据。采用龙葵室内盆栽控制试验,采用不同浓度3种氮形态[铵态氮NH_4_2SO_4、硝态氮NaNO_3、硝态-铵态氮NH_4NO_3]处理,以植株生长为重要参考,研究其对镉积累、抗氧化系统和氮同化的影响。结果表明,(1)镉(10~160 mg·kg~(-1))显著影响龙葵生长,降低生物量积累;外施3种形态氮均能缓解40 mg·kg~(-1)镉毒害,提高地上部生物量、叶绿素含量和镉累积量,且铵态氮对生物量增产与镉累积效果优于其他形态氮肥,其中400mg·kg~(-1)的NH_4_2SO_4最为明显。(2)植株叶片过氧化氢(H_2O_2)水平随施铵态氮和铵态-硝态氮量增加而降低,随施硝态氮量增加而先降后升。(3)过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)随施硝态氮与硝态-铵态氮浓度增加而减低,超氧化物歧化酶(SOD)活性随施硝态氮量增加先升后降;POD活性随施加铵态氮浓度增加而逐渐升高,显示铵态氮能显著提升幼苗抗氧化能力。(4)随硝态氮施加量增加,硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性先升后降;而GS活性在铵态氮施加量为100 mg·kg~(-1)时达到最大,随后逐渐降低。同时,谷氨酸脱氢酶(GDH)活性随着3种不同形态氮施加量的增加逐渐降低。从植物修复角度出发,铵态氮对龙葵的强化修复效果优于硝态氮与硝态-铵态氮,尤其是400 mg·kg~(-1)的NH_4~+为龙葵镉修复的最佳浓度。     

不同有机肥对矿区复垦土壤氮素矿化的影响

为揭示同一施氮水平下不同有机肥对矿区复垦土壤的氮素矿化过程的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,在200 mg/kg施氮水平下(以全氮计),施用鸡粪、猪粪和牛粪,并以不施肥处理为空白对照,在培养温度为20℃和30℃下,进行为期161 d的室内恒温培养试验,分析不同有机肥对矿区复垦土壤氮素矿化的影响,从而为矿区复垦土壤的快速培肥熟化提供理论科学依据.结果表明:(1)在整个培养时期,各施肥处理的硝态氮含量、硝态氮累积量以及累积矿化量总体呈上升趋势,尤其在培养56-84 d迅速增加.在培养结束时(161 d),不同施肥处理的硝态氮含量、硝态氮累积量以及累积矿化量总体表现为鸡粪处理猪粪处理牛粪处理空白处理(P 0.05).(2)培养初始(0 d),不同施肥处理的铵态氮含量均最高,其中鸡粪、猪粪和牛粪处理之间差异不显著,但三者均显著高于空白处理(P 0.05).各施肥处理的铵态氮含量在培养0-14 d随着培养时间延长迅速降低,在14-161 d各施肥处理的铵态氮含量基本保持不变,维持在较低水平,培养结束时各处理铵态氮含量均低于1.71 mg/kg.(3)随温度升高,各施肥处理的土壤硝态氮含量、硝态氮累积量和累积矿化量增加,不同温度对各施肥处理的土壤硝态氮含量影响显著(P 0.05),但不同温度对各施肥处理的土壤硝态氮累积量和累积矿化量影响不显著.总的来说,有机肥的施入促进了矿区复垦土壤氮素矿化,提高了土壤氮素有效性,施用鸡粪对提高土壤有效氮效果最好,不同施肥处理对矿区土壤矿化效果总体表现为鸡粪处理猪粪处理牛粪处理空白处理,并且30℃下各有机肥的矿化效果优于20℃.(图2表5参50)     

川西亚高山3种典型森林土壤氮矿化特征

采用室内培养法对川西亚高山3个典型森林群落(天然林、云杉人工林和桦木次生林)有机层和矿质层土壤铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)积累量及净氮矿化速率进行测定.结果表明:培养4周后,天然林、云杉人工林和桦木次生林土壤有机层铵态氮含量分别增加356.85%、258.33%和176.81%,硝态氮含量分别增加872.92%、326.25%和120.32%,净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率总体表现为天然林桦木次生林云杉人工林.方差分析表明,森林类型和土壤层次及其交互作用对土壤无机氮积累量和矿化速率均有显著影响.土壤净氮矿化速率和土壤初始化学性质之间存在显著相关关系.综上所述,森林转化显著影响川西亚高山森林土壤氮矿化潜力,主要体现在土壤有机层;川西亚高山土壤净氮矿化速率在很大程度上受控于底物数量和质量.     

秸秆与氮肥配施对辽西旱区土壤酶活性与土壤养分的影响

通过田间试验研究了玉米（Zea mays L.）秸秆与氮肥配施对耕层土壤酶活性及土壤养分的影响。试验设4个秸秆还田量水平,2个施氮量水平。结果表明：在秸秆配施氮肥条件下,耕层土壤中性磷酸酶、脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性以及有机质和全氮质量分数均表现为随着玉米秸秆还田量的增加而提高,而硝态氮（3NO-N）和铵态氮（＋4NH-N）质量分数则表现为随着玉米秸秆还田量的增加而减少,4种土壤酶活性与土壤有机质和全氮质量分数均呈显著正相关,与土壤硝态氮和铵态氮质量分数则呈显著负相关。玉米秸秆还田量9 000 kg.hm-2配施氮肥量420 kg.hm-2是辽西风沙半干旱区效果较好的技术措施。     

雷州半岛旱地砖红壤非点源氮、磷淋溶损失模拟研究

大量施用化学肥料所引起的养分淋失和环境污染正逐渐受到人们的重视。通过土柱模拟氮、磷素养分淋溶试验．研究了不同施肥处理下砖红壤氮、磷素淋溶损失特点。试验结果表明，随着尿素用量的增加，渗漏水中NH4^＋-N质量浓度和TN淋失量也相应增加，而NO3^--N的质量浓度变化幅度较大，渗漏水中氮素淋失形态主要是以NO3^--N为主。由于土壤磷素很难移动，所以TP累积淋失量非常少，氮、磷肥混施对非点源氮、磷素的淋失都有影响，其中过量磷肥配合尿素施用可以增加土壤中NH4^＋-N、NO3^- -N、TN的淋失程度。     

基于变化阶段特点的亚热带红壤硝化模式及其影响因素分析

在土壤最大持水量60%和温度30℃的实验室培养条件下,对采自江西的15个第三纪红砂岩母质发育的自然土壤（灌丛和林地）和农业利用土壤（茶园、旱地和水稻）进行了56 d实验室培养,研究了土壤NO3--N含量随时间的变化过程及阶段特点。结果显示,发生净硝化作用的14个土样NO3--N质量分数随时间的变化表现＂J＂型增长和＂S＂型增长2种模式。＂J＂型增长模式的6个土样,67%为自然土壤,其NO3--N质量分数增长具有15~35 d的延滞期,符合指数方程N=N0e kt（P〈0.001）,N0值与有效磷质量分数呈显著的指数关系（P〈0.05）。＂S＂型增长模式的8个土样,88%为农业利用土壤,NO3--N累积无明显延滞期,符合Logistic修正模型N=Np/（1＋e2.e-rt）（延滞期td=0,P〈0.001）,由模型获得的土样最大硝化速率vm与土壤全氮质量分数和全碳质量分数具有极显著的正相关关系（P〈0.001）,达到最大硝化速率所需的时间tm与风干土的NO3--N质量分数呈显著正相关（P〈0.05）。上述结果表明,农业利用措施,特别旱作种植可消除亚热带土壤硝化作用的延滞期,从而使铵态氮肥施入土壤后快速转化成为硝态氮,增大硝态氮淋失的风险。     

双氰胺在四川3种主要土壤上的硝化抑制作用

采用室内培养试验方法,在不同浓度双氰胺(DCD)处理条件下,对四川3种主要土壤(紫色土、黄壤、灰潮土)的N2O释放量,NH4+-N及NO3--N含量动态变化进行了研究.结果表明,DCD对3种土壤N2O释放及土壤NO3--N含量有明显抑制作用,随DCD浓度增加,其抑制效果越显著.DCD同时能推迟NO3--N含量达到高峰,使土壤NH4+-N含量在较长时间保持相对较高水平,提高氮肥利用率,减少氮素流失.DCD在3种土壤上硝化抑制效果存在差异,表现为紫色土＞灰潮土＞黄壤.同时提出DCD在3种土壤上的适宜添加量,紫色土上为普通碳铵施入量的0.5%,黄壤和灰潮土上为0.3%.     

Early responses of soil ammonium and nitrate nitrogen to forest gap harvesting of a Pinus massoniana plantation in the upper reaches of Yangtze River北大核心CSCD

To understand the short-term effects of forest gap by human harvesting on soil available nutrient in Pinus massoniana plantations, the variations of soil ammonium nitrogen (NH4+-N) and nitrate nitrogen (NO3-N) concentrations in the gap center and gap edge during growing season were observed in seven gaps of different size (Gl: 100 m2; G2:225 m2; G3:400 m2; G4:625 m2; G5:900 m2; G6:1225 m2; G7:1600 m2) and pure understory of a 39-year-old masson pine plantation in a hilly area of the upper reaches of Yangtze River. The results showed that in the early stage of gap formation, the gap size had significant effect on NH4+-N, the season changes on NP3--N, and the interaction effect of gap size and seasonal variation on NH4+-N and NO3--N. The difference of NH4+-N and NO3--N between the gap center and gap edge was not significant. (I) The NH4+-N content was 4.30-11.99 mg kg-1, and NO3--N content was 2.57-10.81 mg kg-1. There was no obvious difference in NH4+-N and N03--N among gaps of different size in early or late growing seasons, when both increased first and decreased afterwards in the middle of growing season. The gaps of 100∼400 m2 area had a higher content of available nitrogen. (2) The seasonal dynamic differed between NH4+-N and NO3--N, with the former lower in middle growing season whereas the latter higher in the middle growing season but lower in the end of growing season. The soil NH4+-N was higher than NO3- -N in the early and late periods, but lower in the middle period. (3) The soil NH4+-N and NO3--N in parts of gaps were lower than understory in the early and late growing season. (4) Correlation analyses showed that NH4+-N had significant positive correlation with microbial biomass nitrogen (MBN), and NO3--N with soil temperature, MBN and organic matter. But the impact of soil water content on available nitrogen was not significant. These results suggested that soil temperature and microbial activity variation caused by gap harvesting are the main factors affecting soil available nitrogen content of Pinus massoniana plantations.     

Environmental impact of nitrogen fertilization in tea eco-system

To quantify the nitrogen losses through runoff and leaching under a tea plantation in hilly soil, a field experiment was conducted from October 2001 to October 2002 at United Planters Association of Southern India (UPASI), Coonoorin Nilgiri district. Runoff water was collected in the collection tub on most rainy days but the leachate was collected in the soil water sampler when the rainfall exceeded 150 mm. Higher nitrogen fertilization levels significantly influenced the NO3-N concentration in both the runoff and leachate and it was likely to cause adverse environmental impact at the delivery end. The NH4-N and NO3-N concentrations in runoff decreased with the days after fertilizer application. NH4-N concentration reduced from 10.27 mg/l on the 9th day to 1.72 mg/l on the 34th day after fertilizer application. NO3-N concentration reduced from 23.5 mg/l on the 9th day to 4.32 mg/l on the 34th day after fertilizer application. Nitrogen loss varied depending on the quantity of rainfall and runoff. The NO3-N concentration in the leachate increased with increase in depth (18.06 mg/l at 22.5 cm depth to 20.98 mg/l at 45 cm depth) whereas NH4-N concentration decreased with increase in depth (6.32 mg/l at 22.5 cm depth to 5.79 mg/l at 45 cm depth.     

利用根箱法解析水稻根际土壤中氮的行为

为研究水田土壤中氮的行为,施给15NH4 或15NO3-标记的硝胺(NH415NO3或15NH4NO3)的沙壤土(Shirasu soil)添充在根箱里,对Japonica水稻(品种Hinohikari)进行温室栽培6周.收割后,水稻植株分地上部和根部,对各自的全氮,15N atom％进行测定.根箱各区域的土壤按着鲜土形态进行采取后,对此全氮,NO3-N,水溶性NH4-N,KCl抽出NH4-N和其各自的15N atom％进行测定.研究结果表明,土壤全氮含量与栽培前相比,在非根际明显降低,但在根际比非根际要高,保持了与栽培前相同的水平.土壤NO3-N浓度从非根际到根际递增,但与其栽培前相比显著地降低,在整个根箱里,施给NO3-N的79％为因脱氮而损失.土壤中NO3-N的大部分来自于土壤氮化合物,来自施肥的比例却较低,尤其是在根际.反而,施给NO3-N的残存率约仅为16％左右,但其中有机态氮所占的比率在非根际里55％～86％,在根际却达到了93％.土壤水溶性NH4-N和KCl抽出NH4-N浓度靠近根际逐渐降低,而且在非根际两者匀由1∶10的比例存在,但在根际里水溶性NH4-N没被检索到.在非根际里,土壤KCl抽出NH4-N的35％～66％为来自施肥,但其比例在根际里却降到15％左右.在土壤中残存的来自施给NH4-N的氮化合物之中,有机态氮所占的比例在非根际里约为11％～65％,但在根际却达到了92％.以上结果表明,在水稻根际,氮的无机化和有机化的活性比非根际显著.     

氨氮废水的厌氧氨氧化生物脱氮研究

利用从厌氧污泥中筛选和驯化的厌氧氨氧化（Anammox）菌直接启动UASB反应器,通过缩短水力停留时间（HRT）提高系统运行负荷,探讨水力停留时间对模拟废水脱氮性能的影响。结果表明,（1）富含Anammox菌的颗粒污泥能够快速启动反应器（只需14d）。（2）连续91d的HRT测试期间,系统具有良好的脱氮性能,且随着HRT的缩短,系统的脱氮效率具有波动上升的特点。NH4＋-N、NO2--N和TN（总氮）的平均去除率超过70.0%。（3）系统总氮容积负荷（TNLR）和总氮去除负荷（TNRR）最大值（以N计）分别为2.04kg·m-3·d-1和1.56kg·m-3·d-1。（4）系统能够比较好的遵循Anammox生物脱氮的理论途径：NH4＋-N、NO2--N的去除速率与NO3--N的生成速率的比例为1？1.15？0.22,与其相应理论值（1？1.32？0.26）非常接近。     

潜流人工湿地理化性质及不同形态氮素的空间分布

对潜流人工湿地系统的可溶解氧、pH、氧化还原电位以及水温等理化因子和不同形态氮素的空间分布进行了较全面研究。结果表明,潜流人工湿地上部溶解氧高于下部;湿地下部pH较小,主要在6.9～7.2之间;氧化还原电位表现为上部前端氧化,下部后端还原;湿地装置内下部温度总体比上部要高,前端表现得尤其明显;湿地前端上部是COD和氨氮降解的主要场所,在前端下部区域硝氮的浓度低而亚硝氮、氨氮的浓度相对较高;湿地系统中亚硝氮含量较低,仅在前端中下部有所积累;总氮浓度在湿地前端较高而后端较低,其去除率在根本上依赖于反硝化作用的强度。