青藏高原东缘雪被覆盖和凋落物添加对土壤氮素动态的影响

高山和高纬度地区,氮素是植物生命活动的主要限制元素之一。这类区域冬季往往被长时间的季节性雪被覆盖着。研究证实,寒冷而漫长的冬季雪被下土壤氮素在维持年际土壤氮循环中起着重要的作用,然而目前对气候变化极其敏感的青藏高原东缘雪下土壤物质转化过程的研究却很少。为了探索青藏高原东缘季节性雪被覆盖地区,冬季凋落物输入对土壤氮素转化过程的影响,2010年1—5月在青藏高原东缘(松潘卡卡沟地区)采用PVC原位培养管培养土壤,并对培养土壤进行不同的雪厚度(0、30、100 cm)处理和不同水平的凋落物添加(0、5、20 g鲜卑花叶片)处理,从实验开始后,每隔1个月采集各个处理的土壤,测定其无机氮(NH4+-N和NO3--N)含量,并计算净氮矿化率,以探讨冬季季节性雪被覆盖下不同碳供应水平对高山土壤氮转化过程的动态影响。研究发现,雪被覆盖能有效地绝缘大气和土壤,减少冻融交替的幅度和频次,并加速了土壤的净氮矿化。说明对于雪被覆盖的高山土壤而言冷季是氮素循环的关键时期。冬季一定厚度的积雪覆盖可通过调节整个土壤氮素的矿化水平,从而为来年春季高山植物的生长提供一个巨大的潜在氮库。添加大量凋落物显著增加了NO3--N含量,降低了NH4+-N含量,加速了土壤净氮矿化。暗示在具有高有机质含量的青藏高原东部地区,土壤微生物的生长和活性极有可能仍然受到低水平可利用碳的限制。     

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.     

季节性雪被对青藏高原东缘高寒草甸土壤氮矿化的影响

依据自然雪被分布的差异,在青藏高原东缘高寒草甸中设置3条样带(即深雪、中等厚度雪被和浅雪),于2008年的秋冬过渡期,连续监测各样带中的雪被厚度和土壤温度,并采用原位培养法测定每月的土壤氮素氨化、硝化和矿化速率,以研究不同厚度雪被对高寒草甸土壤氮矿化的影响.结果表明,月均土温、每月日最高土温均值分别与雪被厚度极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.576,0.685),且根据每月日最高土温均值与雪被厚度的二次函数关系方程可知,25 cm厚的雪被可以起到较好的隔绝效果;土壤含水量受雪被厚度和土壤温差两个因素的显著影响.在秋冬过渡期末,浅雪梯度下土壤硝态氮含量显著降低,且雪被下的净氮矿化速率与月均土温、每月日最高土温均值、每月日最低土温均值都分别呈极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.589,0.541,0.601).研究表明,不同厚度的雪被对土壤温度和含水量影响显著,从而显著地影响着土壤氮的矿化,深雪更有利于氨化、硝化和氮矿化.图7表2参36     

高山地区土壤微生物动态对雪况变化的响应

为探索全球变化驱动的雪被变化对青藏高原高山生态系统的影响,于2010年11月—2012年4月在青藏高原东缘地区采用PVC管原位培养土壤,研究不同最大积雪厚度(30、50和100 cm)和积雪周期(60、90和150 d)对土壤微生物动态的影响。结果表明,50和100 cm积雪覆盖降低了土壤微生物生物量和真菌数量(P0.05),但未引起细菌数量的显著变化。同时,尽管较早的积雪使土壤有较高的温度和相对少的冻融循环,而不同积雪周期并没有引起土壤微生物数量和生物量的显著改变。但积雪厚度和积雪周期的交互作用可显著影响土壤微生物生物量和微生物数量(P0.05)。当积雪周期为90 d时,最大积雪厚度30 cm时的土壤微生物数量和生物量均明显高于50和100 cm。     

不同施氮措施对茶叶品质及茶园土壤环境的影响

由于茶园频繁且大量施用氮肥的不合理施肥措施带来的茶叶品质下降、地下水污染、土壤酸化加剧等系列环境问题,严重影响茶叶可持续发展。针对福建铁观音(tiěGuān yīn)茶园过度施用氮肥、氮磷钾比例不协调、有机肥施用不足的现状,在茶园设计了不同的施用氮肥试验,观测土壤环境质量的氮素指标变化,以研究不同施氮措施对铁观音品质及茶园土壤环境的影响。结果表明:在茶农习惯施氮量的基础上减氮20%配施有机肥能够提高茶叶产量和品质;有机无机肥料配合施用后第二年产量比习惯施肥提高6.8%;茶多酚、氨基酸、水浸提物比习惯施肥分别提高14.1%、15.0%、4.7%;施肥处理对含氮高的茶园土壤氮养分的动态变化趋势没有明显影响;单施无机肥处理茶园土壤NH4+-N和NO3--N质量分数随着施肥量的增加而增加,从而导致NH4+-N和NO3--N的淋溶损失的几率增加。同样施肥量的有机肥处理茶园土壤NO3--N平均质量分数仅为单施无机肥处理的45.23%。单施无机氮肥能够加速土壤酸化发生,造成土壤pH、有机质明显下降,施用量越大,土壤酸化越严重,土壤氮流失风险也增加;单施有机肥,土壤质量改善明显,但对茶树养分供应不及时,影响茶叶产量;减氮的同时配合有机肥的施用,可改善茶叶品质,提高产量,同时对土壤环境质量改善有良好效果。因此铁观音茶园应增施有机肥,适当控制速效氮肥的施用量可减少茶园氮素流失而提高利用率,也相应的减少了环境的污染。     

不同放牧强度下荒漠草原土壤氮矿化季节性动态研究

放牧是中国北方主要的草地利用方式。放牧强度通过影响群落结构和土壤的理化性状以及土壤微生物活性对草地生态系统的养分循环产生显著影响。以位于内蒙古四子王旗的荒漠草原长期放牧控制试验平台为研究对象,通过设置四个放牧强度,即对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG),探讨了放牧强度对土壤无机氮库和氮矿化过程季节变化的影响。根据该地区气候特点和植物生长季节,将一年划分为3个时期,分别为生长季初期(5-6月)、生长季盛期(7-9月)和非生长季(10月至次年4月)。结果表明,(1)在生长季初期,放牧抑制了土壤氮矿化作用,土壤温度与土壤无机氮含量呈显著负相关。(2)在生长季盛期,放牧促进了土壤净氮矿化作用,其中LG区的净氮矿化速率和净硝化速率显著高于对照区均较高;土壤净氮矿化和净硝化速率与土壤温度和含水量均呈显著正相关关系。(3)在非生长季,放牧抑制了土壤氮矿化作用,对照区不放牧处理的土壤净氮矿化速率显著高于放牧区;土壤含水量与土壤无机氮含量呈显著正相关,而与净氮矿化速率和净硝化速率均呈显著负相关关系。综上,高强度放牧抑制了土壤氮矿化过程,可能会进一步加剧净初级生产力的氮素限制。同时,放牧对土壤氮素转换过程的影响存在显著的季节性差异。     

无机氮和有机氮对水培番茄幼苗碳水化合物积累及氮素吸收的影响

采用2个番茄品种(申粉918、沪樱932),以营养液设置相同氮浓度(3.0 mmol/L,以N计)的NH4 -N、NO3-N、Gly-N三个处理,探讨无机氮(NH4 -N、NO3-N)和有机氮(Gly-N)对番茄幼苗生长、碳水化合物的积累及氮素吸收的影响.结果表明,在无机氮和有机氮存在的营养介质中,NH4 -N、Gly-N对番茄幼苗的生长有明显的抑制作用,对根系尤甚;与NO3-N处理相比,Gly-N、NH4 -N处理均显著提高了叶片可溶性糖、叶片和根系游离氨基酸含量以及各器官氮素含量,降低了叶片淀粉含量、各器官氮素积累量,而Gly-N处理的根系可溶性糖、淀粉含量升高;番茄幼苗基因型差异是否表现与氮素形态有关,以植株根系干重为指标的基因型差异在供应NO3-N时不表现;沪樱932的生长显著优于申粉918;不同品种对有机氮的吸收利用能力不同.     

碟形沼泽湿地水中氮的动态变化及影响因素分析

通过对三江平原碟形湿地不同植被类型沼泽水体中氮含量的研究表明,漂筏苔草、毛果苔草和乌拉苔草沼泽水体中各形态氮含量具有明显的季节变化特征.总氮(TN)含量在5-10月份的植物生长季节表现为先增加后降低的趋势,不同植被类型沼泽水体TN含量明显不同.NH4+-N是无机氮的主要存在形态,含量比例在44.81%～98.89%之间.在整个生长季,乌拉苔草沼泽水NH4+-N含量呈先增加后降低的趋势,毛果苔草沼泽水NH4+-N含量在8月份具有峰值,漂筏苔草沼泽水NH4+-N含量较低,波动不大.硝态氮(NO3--N)在生长季中期含量较低,而亚硝态氮(NO2--N)含量较高;生长季末期NO3--N含量增高,而NO2--N含量降低.沼泽水体中不同形态氮浓度与植被类型、植被生长阶段密切相关,并且受到水温、降雨、蒸发、农田排水等因素的影响.     

大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-Air Carbon dioxide Enrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响.位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200 μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平.在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异.然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42 d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性.结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关.     

环太湖丘陵地区农田氮素随地表径流输出特征

对环太湖丘陵地区农田氮素随地表径流的输出特征进行了研究，结果表明，地表径流中TN浓度随径流量而变化，浓度峰值出现时间滞后于径流量峰值；径流发生前期，NH3-N和NO3^--N浓度水平相当，后期NO3^--N浓度缓慢抬升，而NH3-N含量缓慢下降；NO3^--N浓度相对较低，随时间快速下降；对于TN和NO3^--N而言，溶解态含量高于悬浮态，而溶解态和悬浮态NH3-N的浓度相当；无机氮平均浓度高于有机氮，有机氮尤其是悬浮态有机氮浓度表现出随径流量而变化的特点。     

三江平原农田源头排水沟渠截留排水中氮素动态

通过小尺度野外原位试验,研究排水沟渠水体、底泥和植物中氮含量的变化规律.结果表明,随水体停留时间增加,沟渠对水体氮素的净化能力增强,认为停留8d左右较适宜.沟渠对NH4-N的截留率大于TN和NO3--N.渠水停留11d时,4条试验沟渠[氮浓度高、磷浓度低(NHPL),氮浓度高、磷浓度高(NHPH),氮浓度低、磷浓度低(NLPL),氮浓度低、磷浓度高(NLPH)]对NH4+-N的截留率均达100％,对NO3--N的截留率分别为84.63％、84.35％、75.67％和76.14％,对TN的截留率分别为88.02％、89.89％、90.88％和88.53％.试验结束时沟渠表层(0～15 cm)底泥氮含量降低,植物氮累积量远大于进水TN总量,说明植物生长同时吸收了水体、土壤和底泥中的氮,建议在秋季适时收割植物,以避免植物分解导致二次污染.     

凋落物质量和分解对中亚热带栲木荷林土壤氮矿化的影响

用控温、控水室内培养方法,研究了中亚热带栲木荷常绿阔叶林和邻近柳杉人工针叶林凋落物的分解及其对栲木荷林土壤氮矿化的影响.结果表明:栲木荷阔叶林的凋落物失重率大于针阔混合凋落物的失重率,大于柳杉针叶纯林凋落物的失重率.所有凋落物失重率都与其初始氮含量呈显著负相关,和初始碳含量呈显著正相关,而与凋落物C/N比的相关性不强.不同凋落物处理下的土壤NO3--N含量差异显著(P＜0.05,N=18),NH4 -N含量差异不显著(P＞0.05,N=18),混合凋落物处理下的土壤NO3--N和NH4 -N含量最高,分别是224.21 mg kg-1和56.77 mg kg-1,其氮转化速率也最高,硝化、氨化、氮矿化速率分别为1.74 mg kg-1 d-1、0.36 mg kg-1 d-1和1.90mg kg-1 d-1.各凋落物处理下的土壤氮含量随时间变化的规律不一致.土壤氨化速率与土壤全氮呈显著正相关(r=0.843,P＜0.05,N=21),与栲木荷林凋落物的失重率呈显著负相关(r=-0.997,P＜0.05,N=21).图3表4参29     

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.     

非贵金属催化电解无害化去除硝酸盐氮的反应机制

以Ti/Co-Fe-Cu为阴极,Ti/IrO2-RuO2为阳极组成无隔膜电解体系,对非贵金属催化电解无害化去除NO3--N的反应机制进行了实验研究和理论分析.结果表明,NO3--N阴极催化还原过程中,反应物、产物需要通过对流、扩散作用,克服电场力,迁移至目标位置;在非贵金属的催化作用下,NO3--N受还原剂攻击,逐步还原为NH4+-N;还原中间产物NO-N和NH-N直接生成N2-N的过程受抑制,产物NH4+-N难以被再度直接氧化.添加Cl-作为支持电解质,实验电解体系发生阳极析氯、Cl2水解、NH4+-N氯氧化等过程,可将NH4+-N氧化为N2-N,且出水中NO3--N、NO2--N、氯胺类浓度很低.NO3--N无害化去除的反应机制是NO3--N在催化作用下,经传质、吸脱附、电子交换过程,还原为NH4+-N,NH4+-N经由Cl-→Cl2→HOCl→Cl-电解氯氧化循环,最终生成N2-N.     

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%.     

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.     

利用根箱法解析甜椒根际土壤中氮的行为(英文)

为研究甜椒根际土壤中氮的行为,与既报同样的方法进行研究,即,利用15NH4+,15NO3-双标记的硝胺(NH,4>15NO3,15NH4NO3),在温室里对甜椒进行6周的根箱栽培.收割后,对土壤全氮,NO3-N,水溶性NH4-N,KCl抽出NH4-N和其各自的15N atom%进行测定.结果表明,土壤全氮从非根际到根际逐渐增加,与栽培前相比,土壤全氮在非根际中减少,却在根际中增大.土壤NO3-N浓度朝根际增加到离根际2 mm处,然后激减到根际.NO3-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高,在根际达到了69%,反而,来自施给NH4-N的比例靠近根际逐渐降低,在根际将至7%左右.水溶性NH4-N和KCl抽出NH4-N浓度靠近根际逐渐降低,而且,从非根际到根际,二者匀保持3∶10的比例.KCl抽出NH4-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高,但在根际仍低于3%,反而,其来自施给NH4-N的比例在非根际约为47%～55%,在根际降到41%.在整个根箱里,施用NO3-N的有機率达到62%,但其值在根际比非根圈要低.相反,施用NH4-N的有機率仅11%左右,但其值在根际比非根际要高.以上结果表明,在甜椒根际土壤中氮的无机化-有机化活性与水稻相比显著低.     

冻融作用下寒温带针叶林土壤碳氮矿化过程研究

以大兴安岭落叶松林土壤为研究对象,设置8℃恒温和-5-8℃冻融循环（1个冻融循环为在-5℃培养24 h,后在8℃培养24 h）2个处理,进行30 d的室内培养实验,探讨了寒温带针叶林土壤在冻融交替时期的碳氮矿化过程及其相互关系。结果表明,培养温度和培养时间对土壤碳矿化速率和碳矿化累积量均有显著影响。第1次和第5次冻融循环后,冻融处理土壤的碳矿化速率显著高于恒温培养下土壤的碳矿化速率;第7次和第15次冻融循环后,冻融土壤碳矿化累积量显著低于恒温土壤的碳矿化累积量。土壤氮矿化速率没有受到培养温度、培养时间以及二者交互作用的影响,但培养时间和培养温度对土壤净氮矿化累积量有显著的影响。第5、7、15次冻融循环后,冻融处理的土壤无机氮净矿化累积量低于恒温培养的土壤无机氮净矿化累积量。经过30 d的培养,恒温处理下的土壤碳、氮矿化累积量（碳累积量：92.82μg·g-1,氮累积量73.76 mg·kg-1）是冻融处理下（碳累积量：65.51μg·g-1,氮累积量33.45 mg·kg-1）的1.42倍和2.21倍。土壤碳矿化累积量与土壤净氮矿化累积量均为正相关关系,但在相同的碳释放量下冻融循环处理土壤累积的无机氮较少。以上结果表明,冻融循环减少了大兴安岭寒温带落叶松林土壤碳排放和无机氮的累积,有利于土壤碳的固持和减少养分的流失。     

上海市浦东农业区降水氮浓度的时间分布

于2008年在上海市浦东农业区设置采样点按月收集降水样品,测定降水NO3--N和NH4+-N浓度,分析氮浓度的变化规律及其影响因素,并计算氮沉降通量。结果表明,浦东农业区降水氮浓度和年沉降通量均较高,ρ(NO 3--N)平均值为0.44 mg.L-1,年沉降通量为5.19 kg.hm-2.a-1;ρ(NH 4+-N)平均值为1.36 mg.L-1,年沉降通量为15.91 kg.hm-2.a-1;TN年沉降通量为21.10 kg.hm-2.a-1,其中NH4+-N占75.4%。降水NO3--N和NH 4+-N浓度在主要生长季(4—10月)低于非主要生长季(11月至次年3月);而NH 4+-N沉降量在主要生长季高于非主要生长季,NO3--N沉降量在主要生长季和非主要生长季差异较小,这主要是人为活动、降水日数与降水量以及风向等因素的综合作用所致。降水氮输入对研究区初级生产力的提高具有积极意义,但降雨氮浓度已超过水体富营养化阈值,可能加剧农业区内水体富营养化。     

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。