中亚热带红壤区不同土地利用土壤田间持水量估测

田间持水量是衡量土壤保水性的重要指标,也是进行农田灌溉、作物水管理和水文模型的重要参数,但其测定繁琐而耗时,迫切需要一种简捷精确的估测方法。采集了50个来自稻田和旱地的1 m深原状土壤剖面样,然后基于土壤基本理化性质,利用多元逐步回归方法对土壤田间持水量进行模型预测。结果显示:(1)对于稻田土壤,田间持水量主要受容重和有机碳影响,而对于旱地则主要受土壤质地影响;(2)构建的田间持水量传递函数,对于稻田土壤预测精确度较高,调整的确定系数达到0.79,对于旱地则相对较弱。研究表明土地利用方式对田间持水量精确估测影响较大,利用土壤传递函数法对田间持水量的快速获取有一定参考价值。     

拔节期水稻光合碳输入的动态变化及其对施氮的响应:13C-CO2脉冲标记

水稻光合碳是稻田土壤有机碳的重要来源之一,其在土壤中输入与分配特征受水稻生长状况和土壤肥力的影响.施肥是影响水稻生长的关键因素,为了探讨施氮对水稻拔节期光合碳的传输动态的影响,应用稳定同位素13C-CO2脉冲标记技术,通过盆栽试验,研究光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中输入与分配的动态变化及其对施氮的响应.结果表明,施氮显著增加了水稻地上部和根系生物量,降低了水稻根冠比.随着水稻的生长,水稻植株的13C丰度逐渐下降,根际土和非根际土中13C丰度先减少再增加;施氮显著增加了根际土壤中13C丰度,较不施氮相比增加了9.5%~32.6%.施氮使水稻地上部和根系中光合13C含量显著增加,较不施氮处理分别增加了24.5%~134.7%和9.1%~106%.脉冲标记一次性输入的光合13C主要分配在水稻植株体内,不施氮和施氮条件下的分配率分别为85.5%~93.2%和91.3%~95.7%;施氮显著影响光合碳在水稻地上部、根际土和非根际土中的分配特征(P0.01),标记后26 d,与不施氮处理相比,施氮使光合碳在水稻地上部的分配增加了13.4%,在根际土和非根际土中的分配分别减少了21.9%和52.2%.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的分配,但降低了光合碳在土壤中的累积.本研究进一步探讨了施氮条件下水稻拔节期光合碳的分配,为明确氮素对光合碳在水稻拔节期的动态变化以及对土壤有机碳库的影响,和深入了解农田土壤有机质累积提供理论依据和数据支持.     

双氰胺和3,4-二甲基吡唑磷酸盐对蔬菜种植土壤氨氧化细菌和古菌的影响

硝化抑制剂双氰胺(DCD)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)在抑制农业土壤硝化作用和提高氮肥利用率等方面效果显著,为了探讨它们对蔬菜种植土壤氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)的作用机制,选取40 a以上蔬菜种植土壤,在施加尿素(CK)基础上,分别添加DCD和DMPP进行室内培养,系统监测了土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和硝化势的变化,同时运用荧光定量PCR和高通量测序等技术揭示了AOB和AOA种群丰度和多样性的演替规律.结果表明,相比CK处理,DCD处理和DMPP处理的NH_4~+-N含量升高了213%和675%; NO_3~--N含量降低了13. 3%和37. 2%;硝化势降低了20. 4%和82. 4%;同时,AOB丰度降低了51. 2%和56. 5%; AOA丰度降低了6. 0%和27. 0%.不同抑制剂处理间AOB和AOA的α多样性指数没有显著差异; nork-environmental-samples、unclassified-Nitrosomonadaceae、unclassified-Bactertia和Nitrosospira是AOB序列属水平的主要优势类群; norank-Crenarchaeota、norank-enviromental-samples和Nitrososphaera是AOA序列属水平的主要优势类群,施用DCD和DMPP显著改变了AOB和AOA的群落组成.综上所述,尿素与DCD和DMPP配施显著抑制NH_4~+-N的转化,降低AOB和AOA的种群丰度并改变其群落组成.相比DCD,DMPP对硝化作用的抑制和对AOB和AOA群落的影响更强.     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

亚热带稻区大气NO2、HNO3及硝态氮污染特征及干湿沉降

二氧化氮(NO_2)和硝酸(HNO_3)是大气中的酸性含氮污染气体,是形成气溶胶和雨水硝态氮的重要前体物质,在高强度的大气氮氧化物排放下,我国亚热带稻区农业生态系统大气NO_2、HNO_3气体及气溶胶、雨水硝态氮污染特征及其干湿沉降量尚不清楚.本研究选取我国亚热带丘陵区一个典型双季稻区,对大气中NO_2-N、HNO_3-N、气溶胶和雨水硝态氮浓度及相关气象因子进行了同步监测,旨在明确大气NO_2-N、HNO_3-N及气溶胶、雨水硝态氮浓度特征及其影响因素,并定量其干湿沉降量.结果表明,大气中NO_2-N、HNO_3-N、大气颗粒物PM_(10)中NO_3~--N_p、雨水中NO_3~--N_r年均浓度分别为4.2μg·m~(-3)、0.7μg·m~(-3)、4.0μg·m~(-3)和1.0 mg·L~(-1),年氮沉降量分别为1.5、3.2、2.3和6.1 kg·hm~(-2).NO_2-N浓度与气温呈负相关;HNO_3-N浓度与风速呈负相关;NO_3~--N_p浓度与气温呈负相关,与NO_2-N浓度呈正相关,与HNO_3-N浓度未显著相关,表明NO_2-N浓度在本研究区域是形成NO_3~--N_p污染的重要限制因子;NO_3~--N_r浓度与降雨量呈负相关,与HNO_3-N浓度和NO_3~--N_p浓度呈正相关.本研究区域大气中NO_2-N、HNO_3-N、NO_3~--N_p及雨水NO_3~--N_r年总干湿沉降量为13.0 kg·hm~(-2),是稻田重要的氮素来源,对稻田及周边生态系统的影响不容忽视.     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.     

高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征

为了探讨水生植物绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)在生态湿地系统对高铵态氮(NH_4~+-N)的耐受及氮(N)、磷(P)吸收能力,试验设置3个高NH_4~+水平(70、210、420 mg·L~(-1))的营养液,对绿狐尾藻培养21 d,研究高浓度NH_4~+对绿狐尾藻生理及N、P吸收特征的影响.结果表明,70 mg·L~(-1)高NH_4~+处理,绿狐尾藻生长健壮,培养21 d后,茎高和生物量分别达到40.56 cm和17.82 g·穴-1;与70 mg·L~(-1)高NH_4~+对照相比,210 mg·L~(-1)高NH_4~+处理下,绿狐尾藻丙二醛含量显著增加,但叶绿素和可溶性糖含量仍较高,说明其受到一定NH_4~+的胁迫,但不影响其正常生长,茎和生物量的生长速率与对照无显著差异.当NH_4~+水平达到420 mg·L~(-1)时,丙二醛含量增加了2倍,茎高和生物量生长速率仅为对照的27.4%和17.9%,植物受到严重胁迫,生长受阻甚至死亡.3种高NH_4~+处理下,绿狐尾藻总N和总P含量的变化范围为30.7~53.4 mg·g~(-1)和3.8~7.7mg·g~(-1),表现出对N、P超高的吸收能力.鉴于绿狐尾藻在高浓度NH_4~+-N中的高耐受性,及很强的N、P吸收能力,绿狐尾藻可作为高铵/氨废水生物处理中理想的湿地生物,将具有良好的应用前景.     

长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究

采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对典型稻田生态系统长期定位试验的土壤有机质(SOM)结构进行分析,探讨不同施肥处理下表层与深层土壤有机质的分布差异及其稳定性机制.结果表明,长期不同施肥措施下稻田表层土壤有机碳(SOC)含量以有机-无机肥配施处理最高,其中高量有机肥(HOM)、低量有机肥(LOM)和秸秆还田(STW)处理较对照(CK)处理分别增加了18.5%、12.9%和18.4%.土壤有机质的化学结构也存在一定的差异性,与CK相比,施肥处理均增加了土壤中化学抗性化合物(脂族性、芳香族)、碳水化合物以及有机硅化合物的官能团吸收强度,其中HOM、LOM和STW处理最为明显.以烷烃类化合物为例,HOM、LOM和STW处理下其吸收强度为0.30、0.25和0.29,较CK分别增加了87%、56%和81%.表层土壤有机质各官能团的吸收峰强度皆高于深层土壤,同样以HOM、LOM和STW处理的差异最显著.本研究结果揭示了长期有机-无机肥配施下对亚热带稻田土壤有机质较丰富的化学抗性官能团结构的影响,贡献于其较高的有机质含量,这也从一方面揭示了稻田土壤有机质积累的化学稳定机制.     

云南玉溪烟区轮作与连作土壤细菌群落多样性比较研究

为评价云南玉溪烟区轮作和连作对土壤细菌群落多样性影响,从土壤中直接提取土壤细菌总DNA,用细菌16S rDNA特异性引物进行PCR扩增和变性梯度凝胶电泳(DGGE),每个处理样品3次重复,在DGGE图谱中相似性较高,基本聚在一起,从整体证明了试验操作方法较为精确.从泳道分析图可知,轮作土壤细菌群落各泳道条带数量13～29条不等,平均为21条.连作土壤细菌群落各泳道条带数量从4～20条不等,平均为12条.从每条泳道的条带数方面和光密度值分别进行细菌群落多样性各指标的比较,结果表明,轮作处理细菌群落丰富度指数均大于连作处理,轮作香农-威纳和辛普森指数(1/D)均大于连作,表明轮作微生物多样性较连作高,轮作方式可以提高植烟土壤细菌群落的多样性.