亚热带土壤氮素反硝化气态产物研究

亚热带可变电荷土壤化学性质与温带地区恒电荷土壤有诸多不同特点,使得反硝化具有一些与温带土壤不同的特性,进一步深入研究亚热带土壤反硝化气体产物的组成比例、主要影响因素和机理,将有助于加深对亚热带环境条件下土壤N循环的理解和认识,以及为正确评价亚热带土壤反硝化环境效应提高科学依据。因此,就亚热带土壤厌氧培养条件下反硝化的气态产物问题进行了探讨。土样采自江西典型亚热带红壤地区,在加入K15NO3（10 atom%15N,加入N量为200 mg·kg-1）条件下进行了7 d 30℃、密闭、淹水、充N2的严格厌氧培养试验。试验结果表明：随培养时间推移,15N回收率逐渐下降,土壤总残留的15NO3-质量分数和回收率之间存在显著正相关关系（p〈0.001）,表明反硝化作用越弱的土样回收率越高。总气态氮损失率的估计值和实测值都随培养时间延长呈上升趋势,两者之间存在显著正相关性（p〈0.001）。根据稳定性同位素15N示踪试验结果初步估计,厌氧培养7 d内反硝化作用产生的气态产物中N2O占总气态氮损失的17.1%,N2占8.7%,估计NO可能是主要的反硝化产物之一。以未能回收的氮计算,NO约占总气态氮损失的67.5%~78.6%,平均为74.1%。反硝化气态产物中NO和N2O总量占总气态氮损失的91.3%。NO、N2O和N2分别占总施入氮量的18.6%、4.4%、2.0%。因此,亚热带土壤氮素反硝化过程中主要气态产物可能为NO和N2O,而非对环境无害的N2。     

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.     

上海市蔬菜地土壤硝态氮状况研究

以上海市郊不同管理方式下菜地表层土壤采样测定土壤硝态氮含量为基础,并以水稻土等土壤作为对照,以期了解上海蔬菜地土壤硝态氮的现状,为菜地的合理施肥提出科学依据。结果表明,由于管理方式不同,土壤的硝态氮的NO3--N质量分数差异明显。大棚蔬菜地土壤中NO3--N明显高于其它其他用地管理方式下的土壤,依次为:w(大棚蔬菜地)>w(露天蔬菜地)>w(传统自留地),而且土壤硝态氮的积累是全剖面性的,而非仅在表层,如在80~100cm土层,大棚土壤硝态氮也为农田的好几倍。而且,大棚蔬菜地土壤盐渍化明显,主要特点之一是硝态氮积累,盐分高的土壤一般硝态氮也高。此外,长期大量的N肥投入引起了土壤酸化。土壤pH与土壤NO3--N质量分数呈线性负相关,经统计检验相关性达极显著水平。     

施用不同尿素对稻季不同层次土壤溶液中氮形态的影响

在太湖地区乌栅土上,利用大型原状土柱比较研究了不同尿素品种、施肥量(0、普通尿素150、300和包膜尿素100、150 kg·hm-2,以N计算)处理对稻季不同层次(30、65、80 cm)土壤氮素动态变化的影响.结果表明:所有处理渗漏水中NO3--N质量浓度均低于饮用水标准,常规施肥未显著增加氮的淋溶损失;各处理在不同层次土壤均发生反硝化作用;包膜尿素促进土壤反硝化强度,在65 cm和80 cm处尤为明显.施用包膜尿素可能增强浅层地下水的反硝化作用而降低水体NO3--N质量浓度.其影响机理及在对其它类型土壤上氮素淋失和反硝化的影响,值得进一步研究.     

氮输入对纳帕海沼泽湿地土壤氨挥发和反硝化的影响

选取纳帕海常见湿地植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）]及其生长土壤为对象,通过培养实验,研究了3个不同氮输入水平[0g-m^2（对照,NO）、20g-m^2（N20）、40g-m^2。（N40）]对茭草和水葱湿地土壤氨挥发和反硝化的影响。结果表明：氮输入促进了茭草和水葱湿地土壤氨挥发化作用,增加了湿地土壤氨挥发的累积量。适量的氮输入对湿地土壤氨挥发促进显著。在培养前期适量氮输入下的氨挥发积累量高于高水平氮输入的,随着培养时间的延长,后期适量氮输入下的积累量明显下降;而高水半氮输入处理下氨挥发积累量的明显增加,适量氮输入下茭草氨挥发积累大于水葱。氮输入增强了菱草和水葱湿地土壤反硝化作用,加快了反硝化N2O的排放。适量的氮输入促进茭草反硝化作用和反硝化损失量增加明显,培养的前期的适量氮输入处理下的反硝化作用和反硝化N2O的排放增强不明显,随着培养时间的延长,高水平氮输入处理下的反硝化损失量越明显,并且水葱较茭草更为明显。后期适量氮输入下的反硝化损失速率和反硝化损失量高于高水平氮输入,适量氮输入较高水平氮输人促进明显,高水平的氮输入限制了反硝化损失,反硝化N2O的排放总量下降,土壤中氮富集增大。     

双氰胺与尿素共包被对NH4+硝化及NO3-淋溶的影响

通过研究硝化抑制剂双氰铵(DCD)和尿素共同包被后(此肥料简称CUD)二者在土壤中的溶出行为及硝化作用和NO3-淋溶的变化情况,探讨此类肥料减缓硝化作用和NO3-淋溶的机理,为此类肥料的开发和农业应用提供一定的理论依据.采用室内摸拟培养的方法开展:(1)CUD中尿素和DCD在土壤中的溶出行为.(2)尿素、:DCD涂层尿素、包膜型尿素、CUD中N的硝化速率;采用土柱淋溶模拟方法研究尿素、DCD涂层尿素、包膜型尿素、CUD在土壤中转化后的NO3-的淋溶.CUD中尿素和DCD的溶出高峰期不同步,但包膜可减缓DCD的淋失.CUD中DCD具有良好的硝化抑制效果,培养后期土壤中具有较高的NH4+-N含量,改变培养期间NR4+-N和NO3--N的供应比率.相对于其它处理,施用CUD土壤较晚出现NO3-的大量淋失,且总体淋失量小于其它处理.尿素和DCD共包被后,DCD能更有效发挥作用,使土壤中肥料N的硝化作用减弱,相应减少NO3-淋失,此种肥料施用有利于提高N的利用效率和减缓环境污染.     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

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.     

水溶性有机质对土壤硝化作用过程的影响

以江苏省宿迁市潮土为供试土壤,设置DOC220、DOC440和DOC880 3个添加水溶性有机质(DOM)处理,分别含有机碳(DOC)220、440和880 mg.L-1。试验结果表明,DOM对硝化过程有一定的抑制作用,在培养第16天时,未添加DOM的对照中NH4 -N几乎100%已经转化为NO3--N,而添加DOM的3个处理硝化率分别比对照降低7.83%、13.60%和19.12%;与对照相比,添加DOM的处理中NH4 -N含量降低缓慢,但培养过程中亚硝酸盐的积累显著增加,对照在第12天时NO2--N达到最大积累量67.83 mg.L-1,而DOC220、DOC440和DOC880处理土壤中NO2--N积累量分别在第12、14和16天达到最大值,与对照相比积累量分别增加21.17%、33.91%和59.90%。此外,DOM的添加也降低了NO3--N的生成速率,到第16天时,对照已经达到最大积累量143.61 mg.L-1NO3--N,但此时DOC220、DOC440和DOC880处理中NO3--N含量比对照分别低41.97、78.09和91.30 mg.L-1。为排除因添加DOM带来外源氮所引起的影响,同时进行了相同初始氮量下添加DOM与单施(NH4)2SO4对硝化作用影响的比较试验,结果同样表现出亚硝酸盐积累量的增加和NO3--N生成速率的降低,表明DOM中所含的有机碳及小分子化合物影响了硝化作用。高有机质环境下存在潜在的亚硝酸盐积累风险,对土壤和水体生态系统健康可能有一定影响。     

地下水中铵态氮的迁移转化过程

铵态氮进入地下水的主要途径是土壤淋失,通过室内土柱淋滤实验研究铵态氮在土壤中的迁移转化过程,测定不同时间和不同深度土壤中铵态氮及其转化物硝态氮和亚硝态氮的浓度变化,分析了影响铵态氮迁移转化的因素。实验表明：在土壤饱和、持续淋滤条件下,土柱中随采样深度的增加,铵态氮穿透时间延长,依次滞后;通过硝化能力分析,土柱上层发生了轻微的硝化反应,土柱底部发生了反硝化反应,导致硝态氮的浓度衰减。研究认为在铵态氮的迁移转化过程中,当入渗铵态氮浓度较低时,影响铵态氮迁移转化的显著因素是土壤对铵态氮的吸附;当入渗铵态氮浓度较大时,影响铵态氮迁移转化的显著因素是生物作用导致的铵态氮的硝化,以及土壤的渗透系数、弥散度等因素。     

长期施肥对水稻土酶活性及理化特性的影响

为了明确不同施肥种类对水稻土土壤肥力与酶活性的影响,以30年（1981年至今）长期定位试验地为基础,研究不同施肥处理（CK,N,P,K,NPK,2倍NPK,NPK＋猪粪）水稻田耕层（0-20cm）土壤酶活性与养分的变化趋势及其相关性。结果表明：1）施P（配施或单施）增加土壤全P、速效P含量,平衡施肥配施有机肥（NPK＋猪粪处理）土壤的有机质、全P、速效P、全N、速效N均显著增加,所有施肥处理间pH值差异均不显著;2）除了NPK处理土壤脲酶活性最高外,平衡施肥配施有机肥土壤转化酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性均较其他处理显著增加;3）酸性磷酸酶活性与土壤全P量呈负相关,过氧化氢酶、脲酶、转化酶与全N、有机质、速效N、速效P呈显著或极显著正相关;因此,水田土壤长期平衡施肥配施有机肥,能显著提高土壤肥力,增加土壤酶活性,有益于土壤生产力的持续提高。     

黄浦江支流富营养化原水的生物膜修复技术试验研究

采用气升式内循环蜂窝陶瓷反应器（IAL-CHS）对受污染黄浦江支流进行生物修复,反应器采用自然挂膜法低温启动挂膜,第9天就完成挂膜。经过5个月的运行,在HRT为1.03 h时,反应器对氨氮去除率达到84.8%～99.2%,水力负荷可达到33.68 m^3/（m^2·d）,氨氮容积负荷达到0.60 kg/（m^3·d）,氨氮去除速率能达到0.53 kg/（m^3·d）。对NO2--N、TP、CODCr、TOC、UV254、浊度的去除率分别为40.7%～69.9%、9.26%～27.1%、8.22%～41.1%、9.49%～29.8%、11.4%～19.5%、27.0%～62.8%。微生物镜检表明此反应器生物相丰富,生物量大。     

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。     

Nitrate production and availability in residential soils

The rapid increase in residential land area in the United States has raised concern about water pollution associated with nitrogen fertilizers. Nitrate (NO3-) is the form of reactive N that is most susceptible to leaching and runoff; thus, a more thorough understanding of nitrification and NO3(-) availability is needed if we are to accurately predict the consequences of residential expansion for water quality. In particular, there have been few assessments of how the land use history, housing density, and age of residential soils influence NO3(-) pools and fluxes, especially at depth. In this study, we used 1 m deep soil cores to evaluate potential net nitrification and mineralization, microbial respiration and biomass, and soil NO3(-) and NH4+ pools in 32 residential home lawns that differed by previous land use and age, but had similar soil types. These were compared to eight forested reference sites with similar soils. Our results suggest that a change to residential land use has increased pools and production of reactive N, which has clear implications for water quality in the region. However, the results contradict the common assumption that NO3(-) production and availability is dramatically higher in residential soils than in forests in general. While net nitrification (128.6 +/- 15.5 mg m(-2) d(-1) vs. 4.7 +/- 2.3 mg m(-2) d(-1); mean +/- SE) and exchangeable NO3(-) (3.8 +/- 0.5 g/m2 vs. 0.7 +/- 0.3 g/m2) were significantly higher in residential soils than in forest soils in this study, these measures of NO3(-) production and availability were still notably low, comparable to deciduous forest stands in other studies. A second unexpected result was that current homeowner management practices were not predictive of NO3(-) availability or production. This may reflect the transient availability of inorganic N after fertilizer application. Higher housing density and a history of agricultural land use were predictors of greater NO3(-) availability in residential soils. If these factors are good predictors across a wider range of sites, they may be useful indicators of NO3(-) availability and leaching and runoff potential at the landscape scale.     

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。     

荒漠绿洲农田盐渍化过程中土壤环境的演变过程

土壤环境的盐渍化演变过程是盐渍化其它过程研究的基础。采用空间代替时间的方法,在干旱绿洲区选择大麦（Hordeum vulgare L.）作物地不同盐渍化阶段农田为研究对象,并以非盐渍化农田作为对照,探讨农田盐渍化过程中土壤理化特性的演变过程。结果表明,（1）随盐渍化程度的加剧,土壤颗粒组成发生变化,沙粒含量趋于增加,黏粒含量趋于减少,粉粒含量在重度和极重度盐渍化阶段完全消失。表土层土壤容重呈显著增加趋势（P〈0-05）,但土壤温度没有显著性变化（P〉0-05）。（2）土壤有机碳、全氮、全磷和速效氮含量呈波动式降低趋势,而速效磷含量呈波动式增加的趋势。与未盐渍化农田相比,轻度、中度、重度和极重度盐渍化农田土壤表层有机碳和全氮含量分别减少了14.03%、26.26%、42.01%、48.03%;19-08%、35.63%、46.84%、56.88%。（3）随盐渍化程度的加剧,盐分表聚现象明显,除 HCO3-外,Na＋、Cl-、K＋、Mg2＋、SO42-、全盐含量均显著增加（P〈0-05）,且随着深度的增加逐渐下降。与未盐渍化农田相比,轻度、中度、重度、极重度盐渍化农田土壤电导率、全盐,SO42-,Na＋含量分别增加了31.42%、74.42%、203.95%、693.58%,6.56%、96.38%、86.36%、414.86%,5.23%、114.58%、104.00%、430.32%,31.46%、145.22%、345.11%、1797.70%;HCO3-下降了-11-31%、2.02%、3.75%、10.94%。（4）土壤电导率、全盐、SO42-、Ca2＋、Cl-、Mg2＋、K＋、Na＋之间呈极显著正相关（P〈0.01）,但与土壤含水量没有显著正负相关性,与黏粉粒含量呈显著负相关（P〈0-05）;土壤有机碳、全氮、速效氮之间呈极显著正相关（P〈0.01）,但与土壤含水量没有显著正负相关性,与土壤电导率、全盐、SO42-、Ca2＋、Cl-、Mg2＋、K＋、Na＋之间呈极显著负相关（P〈0.01）。这说明,在农田盐渍化过程中,随盐渍?     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O排放的影响

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体,农田是大气CH4和N20的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱．气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明：水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜〉黑麦草〉冬小麦〉紫云英〉休闲,依次为8．96、7．19、6．94、6．52和6．02μg·m-2·h-1,季节N20平均排放通量的顺序是油菜（61．1lμg·m-2·h-1）〉冬小麦（52．5lag·m-2·h-1）〉黑麦草（34．0μg·m-2·h。）〉休闲（15.3lμg·m-2·h-1）〉紫云英（13．6lμg·m-2·h-1）。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平（P〈0．01）,C144和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43．2和294．7mg·m-2,比对照休闲增加49％和299％。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势（P〈0．05）,紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异（P〉0．05）。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。     

太湖流域典型地区农村生活污水中污染物在表层土壤中的削减特征与测算

原位采集太湖流域典型平原河网地区农户化粪池排污口附近的表层土壤及化粪池出水,人工模拟研究区域典型降雨（夏季30 mm·次-1,冬季5mm·次-1）、气温（夏季27℃,冬季5℃）条件以及排污负荷[TN：（2.35±0.06） g·m^-2 ·d^-1,NH4＋-N：（2.08±0.04）g·m^-2· d^-1,TP：（0.21±0.01）g·m^-2·d^-1,COD：（11.14±0.59）g·m^-2·d^-1],并进行室内模拟土柱试验,测算不同季节（夏季和冬季）、不同天气过程（雨前、雨天和雨后）排污口表层土壤对农村生活污水各类污染物的削减率并探讨其削减规律.结果表明：在季节差异上,雨前、雨天和雨后TN削减率均表现为夏季＜冬季（P＜0.05或P＜0.001）,NH4＋-N削减率则均表现为夏季＞冬季（P＜0.01）;雨前和雨后TP削减率表现为夏季＞冬季（P＜0.001）,COD削减率无显著季节性差异;雨天TP和COD削减率则均表现为夏季＜冬季（P＜0.01或P＜0.001）.在天气过程差异上,夏季土壤TN削减率表现为雨后＞雨前＞雨天（P＜0.01）,夏季TP和COD削减率表现为雨前≈雨后＞雨天（P＞0.05,P＜0.01）,而夏季NH4＋-N,冬季TN、NH4＋-N、TP和COD削减率在不同天气过程之间无显著差异（P＞0.05）.据此划分,夏季雨前、雨天和雨后及冬季TN削减率分别为38.5％、-25.0％、46.0％和50.4％,夏季和冬季NH4＋-N削减率分别为91.5％和85.5％,夏季雨天、夏季其余时间及冬季TP削减率分别为63.3％、93.1％和82.7％,夏季雨天及其余时间COD削减率分别为8.2％和66.2％.