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.      

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

日光温室夏季休闲期间的土壤管理对可溶性氮的影响

日光温室夏季休闲期间大水漫灌和高温闷棚是普遍的土壤处理措施,该过程灌水多、温度高,对氮素循环影响大.为了探明休闲期间土壤管理对氮素保持与损失的影响,通过田间试验揭示夏季休闲期间大水漫灌、高温闷棚对不同灌溉施肥模式(滴灌、漫灌)和不同有机物料还田处理(单施有机肥、有机肥配施小麦秸秆、有机肥配施玉米秸秆)土壤可溶性氮的影响.结果表明:作物收获后,滴灌和漫灌各处理平均w(矿质氮)分别为103.9和68.6 mg/kg,大水漫灌使滴灌0~30 cm土层w(矿质氮)显著降低30%,漫灌w(矿质氮)变化不大.日光温室夏季休闲期w(SON)(SON为可溶性有机氮)为16.3~69.1 mg/kg,SON相对含量为15%~48%.大水漫灌使滴灌和漫灌w(SON)分别显著增加2.9和2.5倍;高温闷棚使滴灌和漫灌w(SON)显著降低107.1和72.4 kg/hm2,降幅分别为41%和34%,同时w(矿质氮)分别显著增加117.9和126.7 kg/hm2,土壤氮素矿化速率分别为1.7和1.8 mg/(kg·d).与单施有机肥相比,长期有机肥配施玉米或小麦秸秆可显著增加滴灌w(矿质氮),但对w(SON)无影响.综上,休闲期间的土壤管理对土壤表层氮素含量的影响较大,其中大水漫灌容易造成滴灌残留氮素的大量损失,而随后的高温闷棚加速了SON的矿化.      

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

施肥类型和水热变化对农田土壤氮素矿化及可溶性有机氮动态变化的影响

为了揭示土壤水分、温度和添加不同氮肥对大沽河流域农田土壤氮素矿化的影响,设置对照(CK)、添加尿素N 120mg·kg~(-1)(Ur)和添加尿素N 36 mg·kg~(-1)+有机肥(相当于添加N 120 mg·kg~(-1),UM)这3个处理进行为期84 d的室内恒温培养实验,实验共设3个培养温度(15、25和35℃)和3个水分梯度[60%、75%和90%田间持水量(WHC)].结果表明,施肥类型和培养温度对土壤氮素矿化速率、累积矿化量和氮潜在矿化势(N0)均具有显著影响(P0.01).与CK处理相比,Ur和UM处理的矿化速率和累积矿化量分别增加了1.46~8.17和2.00~8.15倍.各施肥处理的土壤氮矿化速率和累积矿化氮量随温度升高而增加,且各温度梯度之间差异均达到显著水平(P0.05).与未施肥处理相比,Ur和UM施肥处理均能够显著提高土壤中可溶性有机氮(SON)的含量,且施肥处理土壤中SON含量与氮素累积矿化量之间有显著负相关关系,表明SON作为一个不可忽视的组分,参与了土壤氮素矿化过程.升高温度能显著提高土壤中SON的矿化速率和矿化强度,但水分对各处理土壤的SON无显著影响.此外,施肥处理显著降低了土壤氮矿化的温度敏感性(Q10)(P0.05),尿素配施有机肥处理的土壤的氮矿化温度敏感系数最低(Q10=1.01),说明配施有机肥显著降低了土壤氮素矿化速率对温度变化响应的强度,这有利于减缓高温条件下矿质氮的释放速率,并提升作物对氮素的利用效率.     

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.      

贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤水溶性氮素组成及分布特征

选择贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤作为研究对象,对其水溶性氮素组成及分布特征进行了研究。结果表明:休耕地土壤SON含量范围为4. 11～14. 34 mg/kg,平均含量为8. 62 mg/kg。不同种植区休耕地土壤SON含量存在较大差异,但差异不显著(p0. 05),SON占TSN的比例差异极显著(p0. 01),传统农业种植区SON的变异较大,其它种植区的较小。水溶性氮素组成以SON和NH_4~+-N为主,不同种植区的NH_4~+-N、NO_3~--N占SIN的比例差异不显著(p0. 05),而两者占TSN及SIN占TSN的比例差异极显著(p0. 01)。传统农业种植区表层和深层土壤SIN的含量都要比其它种植区高,SON则相反,说明不同类型的农业对土壤氮的影响不同。不同种植区表层土NH_4~+-N、NO_3~--N、TSN、SON含量差异极显著(p0. 01)。除了打通种植区,其它种植区NH_4~+-N含量随着土层的增加总体上表现出下降的规律。除了大冲种植区在0～30 cm深度先增加后降低的规律外,其它种植区NO_3~--N含量自土壤表层到30 cm深度,随着土层的增加而增加,自30 cm深度往下,随着土层的增加而下降。TSN和SON中,除了青岩种植区随着土壤表层到20 cm深度处降低外,其它种植区随着土壤表层到20 cm深度处先增加,然后从20 cm深度往下随着土层的增加再降低。SON容易向下淋失,不易在土层深部发生积累,造成氮素的流失和带来环境污染风险,应引起重视。     

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

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.      

黄河三角洲区土壤活性氮对盐分含量的响应

土壤盐分影响氮素的循环过程,而活性氮组分的变化是表征氮素循环的重要指标.本研究以黄河三角洲地区的盐渍化土壤为对象,采用室内好气培养法,设置4个NaCl盐分梯度(S1:0.1%;S2:0.5%;S3:0.9%;S4:1.3%),同时添加不同底物(CK:不添加底物;N:添加氯化铵;C:添加葡萄糖;C+N:添加葡萄糖+氯化铵),研究土壤硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、溶解性总氮(TSN)、微生物生物量氮(MBN)对盐分的响应.结果表明,在45 d的培养期内,CK、N处理低盐(S1、S2)土壤NO-3-N含量明显高于高盐(S3、S4),且N处理低盐与高盐的差异更明显.与CK相比,添加N明显提高低盐土壤NO-3-N含量,添加C、C+N明显降低土壤NO-3-N,且整个培养期内4个盐分无明显差异.土壤NH+4-N表现为高盐(S3、S4)明显高于低盐(S1、S2).与CK相比,N、C+N处理可明显提高高盐(S3、S4)土壤NH+4-N含量.土壤MBN表现为低盐高于高盐,N处理尽管提高了低盐土壤TSN含量,但并不能提高MBN,而C、C+N处理可明显提高MBN,且低盐土壤提高的幅度(89.9%~130.9%)明显高于高盐(36.9%~79.5%).研究表明土壤盐分影响土壤氮素的转化,高浓度的土壤盐分不利于土壤无机氮的转化及微生物对氮素的吸收,而碳源的添加可削弱盐分的影响,且提高盐碱化土壤微生物的活性,因此在盐碱化土壤中增施有机物质是提高氮素转化的有效措施.     

天津盐渍化土壤水溶性氮素组成及分布特征

对天津不同程度盐渍化农田(n=4)和荒地(n=4)土壤水溶性有机碳(SOC)和水溶性氮素组成与分布特征进行了研究。结果表明:农田和荒地土壤水溶性有机碳(SOC)含量分别为26.1~46.4mg/kg和19.6~77.8mg/kg,由表层向下呈现出降低-升高-稳定的变化趋势。农田土壤具有较高溶解性总氮(TSN)、硝氮(NO-3—N)和水溶性有机氮(SON)含量,分别是荒地土壤的0.8~5.9、0.8~10.5和0.9~8.7倍。NO-3—N和SON是TSN的主要组成部分,分别占农田土壤TSN的38%~72%和26%~60%,荒地土壤的32%~75%和16%~58%。NO-3—N、SON在农田土壤剖面中主要积累在土壤表层和底层,而在荒地土壤剖面中主要积累在土壤表层,且在农田土壤中具有较高的淋溶风险。     

氮沉降对林带土壤N2O和CH4通量的影响

于2008年4月~2009年10月在龙王山对林带土壤进行模拟氮沉降试验,采用静态箱-气相色谱法测定土壤N2O和CH4通量,研究氮沉降增加对土壤N2O和CH4排放(吸收)的影响.结果表明,短期内,氮沉降没改变土壤N2O和CH4通量的季节性变化规律和日变化规律.与对照(CK)相比,短期的低氮[50 kg N/(hm2·a), TL]、中氮[100kgN/(hm2·a), TM]和高氮[150kgN/(hm2·a), TH]处理对土壤的N2O和CH4年平均通量和日平均通量都没有显著影响.     

水氮管理对设施番茄根系生长的影响

为研究高盐分累积设施土壤（电导率为1 106 μS/cm）中水氮管理对设施番茄根系生长的影响,采用二因素随机区组设计,利用盆栽试验研究了设施土壤中不同水分和氮肥处理对番茄生长和养分吸收的影响.结果表明:与适宜灌溉[浇水量为2.1 L/（盆·次）]相比,水分胁迫处理[浇水量为1.5 L/（盆·次）]显著抑制番茄根系、株高和生物量的增加,番茄总根长、根总表面积、根尖数分别平均减少16.6%、24.4%、14.3%,养分吸收量平均减少21.7%;高量灌溉[浇水量为2.7 L/（盆·次）]可增加番茄果期生物量,增幅达35.5%,但氮素吸收量有所降低.与传统施肥相比,减氮施肥可显著促进番茄植株、根系的生长,从而增加养分吸收量;番茄总根长、根总表面积、根尖数分别增加2.9%~55.3%、10.8%~55.5%、4.9%~62.7%,株高平均增加12.7%,养分吸收量平均增加38.5%,氮肥利用率从9.1%增至30.8%.研究显示,在高盐分累积的设施土壤中,氮肥减施可促进作物根系生长,同时提高氮肥利用率.      

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

有机物料对紫色土微生物量碳、氮及氮素供应的影响

以猪粪沼渣(PM)、牛粪沼渣(CM)、污泥堆肥(SC)、农村生活垃圾堆肥(RWC1)、农村生活垃圾与污泥的堆肥产物(污泥比例20%,RWC2)为材料,采用培养试验和盆栽试验研究了有机物料对酸性紫色土和石灰性紫色土中微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量及玉米幼苗氮吸收的影响.结果表明,有机物料使酸性和石灰性紫色土MBC含量分别提高了53. 63%～102. 91%和12. 14%～137. 00%,有机物料分解愈慢、碳氮比(C/N)愈高,土壤MBC愈大;而MBN含量分别提高了23. 37%～150. 08%和35. 02%～160. 02%,受物料的有机氮形态影响.两种土壤MBC/MBN随物料C/N的升高总体降低,高C/N物料有利于MBN的长期维持.除牛粪沼渣外,有机物料均可提高两种紫色土中玉米幼苗的生物量及氮吸收量,提高幅度为SC PM RWC2 RWC1,但其对氮素吸收的促进效果不及化肥.牛粪沼渣对玉米幼苗氮吸收的抑制作用与其较高的C/N有关,而其余物料的促进作用随MBC/MBN降低而增高.因此,有机物料对氮素吸收利用的影响不仅与其性质有关,也与其对土壤MBC/MBN的作用有关.