生物炭与氮肥复施对镉污染水稻土修复效应及机制

重金属镉(Cd)污染已严重影响土壤健康,威胁农产品生产安全利用.因此采用盆栽试验,以Cd污染水稻土为供试土壤,研究生物炭(BC)、不同氮肥施用水平2.6 g·pot^-1(N1)、 3.5 g·pot^-1(N2)、 4.4 g·pot^-1(N3)和生物炭配施氮肥(BCN1、 BCN2、 BCN3)对土壤Cd形态、水稻体内Cd富集和转运以及土壤酶活性的影响,并通过高通量测序分析土壤微生物菌群变化和微生物间复杂的相互作用关系.结果表明,生物炭配施氮肥处理下土壤Cd由活性较高的可交换态向活性低的残渣态转化,可交换态Cd含量较对照降低了6.2%～14.7%,残渣态Cd含量提高了18.6%～26.4%.单一氮肥处理增强了水稻根部Cd的富集能力,提高了22%～33.5%,单一生物炭和配施氮肥处理下水稻根部Cd的富集能力、 Cd从茎叶向稻壳和稻壳向稻米的转运系数均下降.BCN处理总体上促进了土壤酶活性(脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶),MiSeq测序显示生物炭配施氮肥提高了土壤细菌主要物种相对丰度(如Acidobacteriale...     

饱和持水量条件下不同氮添加对森林土壤氮素净转化的影响

为了研究在饱和持水量条件下不同氮沉降形态和水平对森林土壤氮素净转化及土壤N₂O排放的影响,选取中亚热带地带性森林红壤为研究对象,采用室内模拟试验方法,设置110%饱和持水量（WHC）的土壤水分,添加不同形态氮[（NH₄）₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃]和不同含量[0 mg/kg（CK）、20.0 mg/kg（LN）、66.7 mg/kg（HN）,以干土计]的氮素,进行为期14 d的室内培养（20℃）.结果表明,与CK相比,（NH₄）₂SO₄和NaNO₃处理对土壤净氮矿化和氨化的影响不大,而（NH₄）₂SO₄处理的净硝化量在高氮水平下为负值,说明硝化很弱,但该处理的净氨化量高于其他处理,特别是NaNO₃处理的净氨化量较高,认为很可能存在NO₃--N异化还原为铵（DNRA）.NaNO₃处理能显著提高土壤净硝化量而显著降低w（SON）（SON为土壤可溶性有机氮）,NH₄NO₃处理同时降低了土壤w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）,表现为氮固定作用,并且高氮水平的土壤w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著高于低氮水平;NaNO₃和NH₄NO₃处理的土壤N₂O排放速率和培养周期内的累积排放量均显著高于CK,并且高氮水平显著高于低氮水平,而（NH₄）₂SO₄处理与CK相当,并且高氮水平下的N₂O累积排放量低于低氮水平.研究显示,在过饱和土壤水分条件下,混合形态氮对土壤氮素净转化格局影响较大,含NO₃-形态氮明显促进土壤N₂O的排放,尤其是高氮水平.研究结果可为评价全球气候变化下特别是降雨情况下沉降氮形态对土壤氮素转化的影响提供重要参考.      

模拟酸雨及氮沉降对马尾松林土壤细菌群落结构及其多样性的影响

通过分析酸雨和氮沉降对马尾松林土壤细菌群落结构及多样性的影响,探究马尾松林对环境胁迫的响应机制,为天目山国家自然保护区资源管理和保护提供理论参考依据.于2017～2021年在浙江省临安天目山国家级自然保护区设置4个酸雨和氮沉降模拟梯度[即pH 5.5和0 kg·(hm²·a)^-1,CK; pH 4.5和30 kg·(hm²·a)^-1,T1; pH 3.5和60 kg·(hm²·a)^-1,T2; pH 2.5和120 kg·(hm²·a)^-1,T3].使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对4种处理土壤细菌16S rDNA进行测序,分析不同处理土壤细菌群落组成和结构的差异及其影响因素.结果表明,酸雨和氮沉降显著降低了马尾松林土壤细菌α多样性(P<0.05).马尾松林土壤由36个门类的菌群组成,酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(A...     

化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化势和反硝化细菌群落的影响

为明确化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化细菌和反硝化势的影响,以柠檬根际土为研究对象,设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等5个处理,通过测定根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征、反硝化势和土壤环境因子,明确化肥和有机肥配施生物炭对根际反硝化作用的影响.结果表明,与CK相比,CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%,M和MBC处理分别显著增加反硝化势的2 192.7%和1 989.9%; M和MBC处理显著增加nirS型和nosZ型反硝化菌的基因拷贝数,CF和CFBC处理显著降低nirS型和nosZ型反硝化菌基因拷贝数,而4个施肥处理均显著增加nirK型反硝化菌基因拷贝数.逐步回归分析结果表明：pH是nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子,有机质(SOM)和铵态氮(NH⁺₄-N)是nirK型反硝化菌的主要影响因子,pH、硝态氮(NO^-₃-N)和氮磷比(N/P)则是nosZ型反硝化菌的主要影响因子.偏最小二乘法分析...     

紫色土硝化势和氨氧化微生物群落对化肥和有机肥配施生物炭的响应

研究有机肥和化肥配施生物炭对紫色土硝化势和氨氧化微生物变化特征的影响,探明施肥措施和土壤环境因子对硝化势和氨氧化微生物的影响.以紫色土为研究对象,设置不施肥(CK)、单施化肥(F)、单施有机肥(P)、化肥配施生物炭(FP)和有机肥配施生物炭(PP)共5个处理.采取PCR和T-RFLP方法研究土壤AOA和AOB群落特征,同时测定土壤硝化势及环境因子,明确有机肥配施生物炭对紫色土硝化潜势的影响.结果表明：(1)与CK处理相比,FP和PP处理显著增加土壤硝化势(P<0.05).(2)与CK处理相比,F、 P、 FP和PP处理显著增加土壤AOA amoA基因拷贝数78.17%～162.22%(P<0.05),F、 FP和PP处理显著增加AOB amoA基因拷贝数21.56%～78.32%(P<0.05).(3)与CK处理相比,PP处理显著提高土壤AOA群落的Shannon指数、丰富度指数和均匀度指数(P<0.05),而配施生物炭(FP和PP处理)能改变土壤AOB的群落结构.(4)化肥和有机肥通过改变pH、 TP、 AP、 C/N、 SOM、 NO^-...     

大气氮沉降对海北高寒草甸优势种叶片光合作用过程的影响

为研究大气氮沉降对海北高寒草甸光合作用过程的影响,对不同施氮水平和氮沉降类型〔KNO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl〕下5个群落优势种叶片w(TN)、异针茅叶片光合参数和冠层LAI(叶面积指数)进行测定和分析,并利用Farquhar植物光合作用模型估算光合参数变化对GPP(总初级生产力)的可能影响,其中,氮沉降设置4个水平,即对照〔0 kg/(hm2·a)〕、低氮〔10 kg/(hm2·a)〕、中氮〔20 kg/(hm2·a)〕和高氮〔40 kg/(hm2·a)〕,均以N计.结果表明:除了施加(NH₄)₂SO₄、低氮处理下甘肃棘豆叶片w(TN)显著增加9.4%以外,其他施氮水平和施氮类型对5个优势种叶片w(TN)均无显著影响.高氮处理下V_cmax25(25 ℃时最大羧化速率)、J₂₅(25 ℃时电子传输速率)、TPU₂₅(25 ℃时丙糖磷酸传输速率)和R_d25(25 ℃时暗呼吸速率)分别较对照处理高出38.6%、30.4%、27.8%和164.3%.氮添加后,R_d25的增加抵消了因V_cmax25增加引起的光合作用增强效果,使得整体上GPP的增加趋势不显著.不同施氮水平和施氮类型下海北高寒草甸群落优势种的LAI均未发生显著变化.研究显示,当大气氮沉降量低于40 kg/(hm2·a)时,氮沉降量的增加会促进海北高寒草甸植物叶片光合作用的反应速率,但对植物叶片w(TN)、LAI和GPP的影响并不显著.      

酸碱改性对生物炭吸附Cr(Ⅵ)性能的影响

生物炭因具有原料来源广泛、表面活性官能团含量丰富、性质稳定等特点,近年来,在环保领域作为重金属处理吸附剂受到越来越多的重视。使用松木屑在碳化温度为400 ℃条件下制备生物炭(简称AB400),并使用HNO₃、H₃PO₄、NH₃·H₂O、Ca(OH)₂对生物炭进行改性。借助SEM、FTIR、BET、Boehm滴定法和Zeta电位测定等方法对改性前后AB400表征,并进行Cr(Ⅵ)吸附实验。改性后生物炭结构呈半穿透至穿透状圆形塌陷,存在微孔。酸性改性条件下,HNO₃改性生物炭(简称AB400HNO₃)、H₃PO₄改性生物炭(简称AB400H₃PO₄)中酸性官能团含量均有所升高,且生物炭pH均减小,其对应pH_pzc增大,而碱改性的生物炭则反之。对于Cr(Ⅵ)的吸附,酸性改性生物炭在整体上的吸附效果优于碱性改性生物炭,其中AB400H₃PO₄吸附效果最佳,吸附容量从58.48 mg/g提高至101.82 mg/g。这是因为碱性改性生物炭表面为负电荷,与Cr(Ⅵ)的含氧阴离子相斥;而AB400HNO₃微孔容积较小,圆形塌陷数量甚微,表面虽正电荷,但吸附性能不及AB400H₃PO₄。     

生物炭对华北农田土壤N2O通量及相关功能基因丰度的影响

为了探寻施用生物炭对农田土壤氧化亚氮(N_2O)的减排效果和机制,于2015年3月27日至6月5日,利用盆栽实验研究了施用生物炭(CK,C1:5%,C2:10%,C3:15%,C4:30%)(质量分数)对华北农田土壤N_2O通量、氨单加氧酶(amo A)、亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)以及氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响.结果表明:(1)施用低量生物炭(5%)能够促进N_2O排放,施用中、高量生物炭可以起到抑制N_2O排放的效果,且生物炭用量为15%时减排效果最佳.(2)实验初期,施用生物炭对土壤硝化反硝化基因丰度影响较大,AOA和nir S基因丰度与生物炭施用量呈极显著正相关关系,nir K基因丰度与生物炭施用量呈显著正相关关系,AOB和nos Z基因丰度与生物炭施用量呈显著负相关关系;实验末期,AOA丰度与生物炭施用量表现为显著负相关关系,AOB丰度与生物炭施用量表现为显著正相关关系.(3)实验初期,N_2O排放通量与AOA、nir S基因呈现极显著的负相关关系,说明在土壤含水量较高的条件下,N_2O的产生受AOA、nir S基因丰度控制调节;实验末期,N_2O排放通量与nos Z基因呈现极显著正相关关系,说明在土壤含水量较低的条件下,N_2O的产生受nos Z基因丰度控制调节.本研究结果表明施用生物炭能够增加硝化反硝化功能基因丰度,并降低N_2O的排放,为华北农田合理施用生物炭提供了一定的理论依据.     

浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响

以东北黑土区长期耕作土壤为对象,通过室内培养试验研究了浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响.结果表明,浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,单施氮肥处理对土壤CO₂排放没有显著影响,氮肥配施猪粪或者秸秆则显著促进了CO₂的排放,使得CO₂排放速率提高了一个数量级,氮肥配施秸秆处理的CO₂排放量最高.浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,施用氮肥显著促进了土壤N₂O的排放.而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪和秸秆则显著抑制了N₂O的排放,表现为土壤对N₂O的微量吸收,氮肥配施秸秆处理的N₂O吸收量相对较高.浅层淹水条件下施用氮肥抑制了土壤CH₄的排放,而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪或者秸秆则促进了土壤CH₄的排放.     

不同类型氮输入对三峡库区消落带紫色潮土氮赋存形态的影响

陆源氮输入是三峡水体富营养化的主要原因之一,外源氮在消落带土壤中的赋存形态是决定其进一步向三峡水体释放的关键.为此,以三峡典型土壤-紫色潮土为研究对象,进行4种氮输入〔分别添加NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CO (NH₂)₂〕和淹水-落干两个水文条件处理,利用连续分级提取法测定土壤氮赋存形态含量,分析氮添加类型及水文条件对消落带紫色潮土氮赋存形态的影响.结果表明:NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和CO (NH₂)₂添加下,土壤培养结束后,离子交换态氮(IEF-N)含量在落干期分别为93.88、79.42、59.02和46.80 mg/kg,在淹水期分别为65.60、56.95、42.46和32.94 mg/kg;有机及硫化物结合态氮(OSF-N)含量在落干期分别为122.18、126.21、137.53和148.19 mg/kg,在淹水期分别为142.22、149.09、156.43和161.76 mg/kg;IEF-N含量变化占比在落干期分别为45.20%、35.56%、21.96%和13.82%,在淹水期分别为36.57%、30.80%、16.21%和7.26%;OSF-N含量变化占比在落干期分别为12.33%、15.02%、22.57%和29.68%,在淹水期分别为16.76%、21.84%、26.73%和30.29%.落干期和淹水期,IEF-N含量及其变化在氮添加总量中的占比均表现为NaNO₃添加下最高、CO (NH₂)₂添加下最低,且落干期大于淹水期;OSF-N含量及其变化占比则与IEF-N表现相反.落干期和淹水期,外源氮主要表现为向OSF-N转化,此外,外源氮在落干期还存在向铁锰氧化物结合态氮转化的过程.研究显示,控制落干期消落带土壤氮输入(特别是硝态氮)是预防三峡水库富营养化的有效途径.      

环境样品保存过程中氮的转化规律

通过对环境样品保存过程中NH3-N、NO2-N、NO3-N及总氮的测定来研究水样中氮转化规律,找出三氯在一定条件下相互转化规律关系,提高环境样品中三个分析项目的分析准确性,正确反应环境样品中的真实情况。对于认识水体中氮的循环,防止水体污染,保护水域环境,充分利用开发水资源有着十分重要的意义。     

辽河盘锦段与河口海域水体氮素分布特征及其与溶解氧的关系

选取辽河盘锦段至河口近岸海域区域进行研究水体中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系进行研究。结果表明水中氮素含量高于海水,且氨氮表现尤为突出,可能与水体中溶解氧含量和微生物环境、海水的稀释和迁移有很大关系;河水中氮素与溶解氧的呈显著负相关,而海水中氮素与溶解氧的关系不明显。这可能与海水的质化作用有关。     

蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态的影响

采用盆栽试验,研究蚯蚓粪施用量为0 t/hm²(CK)、15 t/hm²(A1)、30 t/hm²(A2)、45 t/hm²(A3)、60 t/hm²(A4)五种处理对土壤氮含量及形态的影响。结果表明,与CK相比,施用蚯蚓粪后土壤有机质、电导率增加,土壤全氮(TN)含量也显著增加,TN含量在2.06~2.56 g/kg之间,平均含量为2.23 g/kg。A2的TN含量(2.56 g/kg)比CK(1.75 g/kg)提高了46.28%。非可转化态氮(NTF-N)含量较高,占TN的89.43%~91.46%,可转化态氮(TF-N)占TN的10.57%~13.54%。不同形态氮含量依次为:有机态及硫化物结合态氮(OSF-N)>铁锰氧化态氮(IMOF-N)>碳酸盐结合态氮(CF-N)>离子交换态氮(IEF-N)。随着蚯蚓粪用量的增加,OSF-N含量呈逐渐增加的趋势,IEF-N、CF-N含量呈先降低后增加的趋势,IMOF-N含量呈先增加后降低的趋势。OSF-N在TF-N中含量最高,是主要的赋存形态,说明可转化态氮的活性比较稳定,不易流失造成土壤-水体体系污染。TN和NTF-N含量之间呈显著正相关,说明NTF-N是TN的主要组成部分,NTF-N对TN贡献较大。本研究表明蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态影响较大。     

五大连池水体中氮素分布及规律的初步研究

分析了2009年9月至2010年10月五大连池水体的总氮、氨氮、硝氮3项指标.得出水体氮素的年度变化规律及相关性,即总氮和氨氮、氨态氮与硝态氮两组指标的相关性很高,总氮与硝态氮之间相关性较弱.3种指标都是冬季明显高于其他季节,总氮在春季最低随后升高,氨态氮和硝态氮在春夏秋季均维持较低水平,且结合3者变化规律,夏季和秋季...     

广东省农业氮足迹分析

为对农业生产氮素利用和排放情况简单直观而又全面地评估,基于修正的N-Calculator模型的基础上,结合农业生产系统中的氮素流动过程,计算了广东省农业氮足迹.研究发现,该省农业氮足迹的主要来源是化肥施用和养殖业饲料,2010年,两者合计占约81%以上.近20年来,农业氮足迹总量上升了45%,按用地平均更增长了88%,增速最快的是来自非农业部门的大气沉降氮,年增速8.5%,农业能源氮足迹是另一增长较快的项目,增幅为107%.污染氮足迹已占到总足迹的31%,主要是因为土壤的氮素流失.另外,2010年,与农业活动相关的其他部门的农业隐含氮足迹为207209.79t,约为农业氮足迹的17%.     

农田施用水葫芦对水稻氮素吸收利用的影响

以粳稻品种运2645为供试材料,设计农田施用水葫芦(将晒干水葫芦按4 500 kg·hm-2农田施用)、不施用水葫芦处理和施N量为120 kg·hm-2(LN)、240 kg·hm-2(NN)处理,研究其对水稻不同生育时期N素含量、N素吸收、N素分配和N素利用效率的影响.结果表明:①农田施用水葫芦使水稻不同生育时期植株...     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

生物炭添加比例及冻融对沟渠土壤氮素淋失的影响

三江平原大规模集约化农业生产活动破坏了土壤养分平衡,加快了营养物质输移过程,而沟渠土壤中高有机物含量有利于营养元素的化学循环.为了研究冻融过程及添加不同比例生物炭对沟渠土壤氮素淋失的影响效果,本研究采用室内土柱模拟淋溶方法,探究了冻融过程及添加不同比例生物炭土壤对淋溶液中铵态氮(NH~+_4-N)和硝态氮(NO~-_3-N)淋失量的影响规律.实验采用400℃烧制的玉米秸秆生物炭,分别按照炭土质量比0、0.75%、1.50%、3.00%的比例施用于沟渠土壤中.结果表明:施加生物炭加快了溶液的淋溶速率;施加生物炭能够增加土壤对氮素的固持,且不同配比生物炭的土壤对铵态氮的固持能力优于硝态氮,添加0.75%生物炭的土壤对硝态氮表现出较好的固持能力;冻融条件下土壤氮素的淋失有所增加,生物炭对氮素的固持能力随着冻融次数的增加也有所降低,在本实验中,当冻融频次为1时,冻融过程对生物炭固持土壤氮素能力的抵消作用最大.     

海绵状零价铁修复硝酸盐污染地下水试验研究

研究以50~100目的海绵状铁粉为还原剂,采用静态试验方法,研究了铁对硝酸盐氮的还原作用及其影响因素,分析了铁粉用量、铁炭比、pH值、硝酸盐氮初始浓度、温度以及铁粉表面预处理对硝酸盐去除率的影响。试验结果表明,最佳铁氮质量比为400∶1,铁粉投入过多对硝酸盐的去除率没有进一步促进;活性炭的加入有助于零价铁(Fe0)还原硝酸盐,降低反应后溶液中的NH+4-N浓度,试验最佳的铁炭比为1∶2;溶液的初始pH值降低有利于硝酸盐氮的去除;硝酸盐氮初始浓度越大,反应的平均速率越高;升高温度和酸洗预处理,有利于提高硝酸盐的去除率;产物分析表明,试验过程中,去除的NO-3-N含量中约60%以上转化为NH+4-N,NO-2-N浓度很低。     

林下凋落物去除与施氮对针叶林和阔叶林土壤氮的影响

通过野外模拟试验,选择中亚热带针叶林(杉木林)和阔叶林(浙江桂林和罗浮栲林)森林生态系统,设3个施氮水平CK(对照)、低氮〔30kg/(hm2·a) 〕和高氮〔100kg/(hm2·a)〕及2个凋落物处理,研究施氮对土壤主要形态氮质量分数的影响、动态变化及凋落物在其中的作用. 结果表明:与CK相比,高氮处理可瞬时(3d)提高森林土壤氮质量分数,但施氮后持续效应的影响降低. 与保留凋落物相比,去除凋落物在施氮的持续效应中,可降低阔叶林土壤w(铵态氮)18.2%,而杉木林土壤的氮质量分数则略有升高.去除凋落物下施氮的持续和瞬时效应可增加各种林下土壤的w(硝态氮),其中浙江桂林土壤w(硝态氮)分别增加58.9%和38.2%,罗浮栲林土壤分别增加7.0%和30.0%,杉木林土壤分别增加-17.1%和9.0%. 可见凋落物在施氮连续事件中存在复杂的短期和长期相互影响. 阔叶林土壤w(SON)(SON为可溶性有机氮)较高,并且其微生物w(SON)及其占微生物w(TN)的比例高于杉木林土壤,而杉木林土壤微生物w(铵态氮)及其占微生物w(TN)的比例高于阔叶林土壤.