长期施肥对不同深度稻田土壤碳氮水解酶活性的影响特征

与稻田土壤碳周转密切相关的酶活性是评价土壤肥力和肥料管理的重要指标.本研究选取秸秆还田(ST)、化肥(NPK)和不施肥(CK)的长期定位试验田,以10 cm的间距分段采集土壤剖面0~40 cm范围内的新鲜土样,利用96微孔酶标板荧光分析法,测定参与土壤碳氮转化过程关键酶β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性,探讨不同施肥措施对不同深层土壤酶活的影响.结果表明,相比不施肥的土壤,施用化肥和秸秆土壤的BG酶活性分别提高了35%~118%和55%~342%;NAG酶活性分别提高了9%~30%和102%~484%.同时,随着土层深度的增加,土壤酶活性逐渐降低,0~20 cm深层土壤酶活性显著高于20~40 cm深层土壤.在不同施肥措施中秸秆还田可高程度影响稻田深层土壤.RDA分析表明土壤碳氮含量主要与0~20 cm的土壤酶活性有显著的正相关关系,与20~40 cm的土壤酶活性呈负相关关系.综上所述,随着土壤深度增加土壤微生物量和土壤酶活性显著降低.长期施肥显著提高了不同深层土壤生物量和土壤酶活性,其中秸秆还田作用尤为突出.因此,合理的秸杆还田有利于改善稻田深层土壤肥力,优化农田土壤养分循环,为作物生长提供良好的土壤环境.     

施氮水平对土壤水解酶活性和作物产量的影响

为了探讨不同有机肥条件下施氮水平对土壤水解酶活性和夏玉米、冬小麦产量的影响,在陕西省眉县进行田间试验,研究和分析土壤水解酶活性及玉米、小麦产量。研究涉及无(0 kg/hm2)、中(22 500 kg/hm2)2个有机肥条件和N0(0 kg/hm2)、N1(60 kg/hm2)、N2(120 kg/hm2)、N3(180 kg/hm2)4个施氮水平。结果表明,施氮对3种土壤水解酶活性均有明显影响,而不同的土壤水解酶对施氮量的响应有所差异。无有机肥和中有机肥条件下,施氮可以提高蔗糖酶活性,前者中量氮肥效果最好,后者低量氮肥效果最佳。无有机肥条件下,低量氮肥可以提高脲酶活性,但中量和高量会抑制其活性,中有机肥条件下,随着施氮量的增加脲酶活性降低。无有机肥和中有机肥条件下,碱性磷酸酶活性随着施氮量的增加呈升高趋势。玉米-小麦生长期内,土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性随生长进程的变化趋势各不相同。无有机肥和中有机肥条件下,施氮明显提高了玉米、小麦产量,低量氮肥对玉米增产效果最好,中量氮肥对小麦增产效果最佳。     

不同水分梯度下UV-B辐射对2个稻田土壤碳氮转化的影响

UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响与土壤物理化学性质有关,为明确土壤水分状态对UV-B辐射的影响,以有机质含量不同的两个水稻土(有机质含量低的记为L,高的记为H)为研究材料,在室内研究了含水量为25%(W1)、50%(W2)和100%(W3)时,UV-B辐射对土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)以及累积净矿化氮量的影响.结果表明:120 h后,与避光(对照,CK)相比,UV-B辐射显著降低了土壤TOC的含量(P0.05);UV-B辐射下,水分从低到高,L土壤的TOC分别降低了9.9%、4.5%和6.3%,H土壤降低了10.9%、5.6%和6.3%.但与对照相比,UV-B辐射却促使土壤DOC增加;且在UV-B辐射下水分为100%的处理中,土壤DOC含量高于25%和50%的处理,120 h时,L土壤的DOC分别增加了21.5%(W1)、9.4(W2)和26.3%(W3),H土壤分别降低了26.7%(W1)、14.2%(W2)和33.8%(W3).与对照相比,UV-B辐射使NH_4~+-N含量有所下降;且在UV-B辐射中,NH_4~+-N含量的变化幅度在不同水分条件下的整体表现为W1W2W3.较对照处理,UV-B辐射促进NO_3~--N的累积,NO_3~--N变化幅度在不同水分条件下的表现为:W1W3W2.24 h后与对照相比,UV-B辐射对土壤累积净矿化氮量有显著影响(P0.05),且UV-B辐射下累积净矿化氮量在不同水分之间差异显著(P0.05).这表明光降解在土壤有机质的稳定中扮演着重要角色,UV-B辐射会加速土壤有机碳的损失,影响土壤矿质态氮的转化,且水分不同,UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响存在一定差异.     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

不同肥料种类对稻田红壤碳氮淋失的影响

土壤中碳、氮淋失降低土壤肥力,污染水体环境.为探究不同施肥种类对稻田红壤碳氮淋失影响,本试验依托中国科学院千烟洲生态站(114°53’E,26°48’N)1998年建立的红壤稻田长期定位控制试验,选用负压法采集土壤溶液,研究秸秆还田(ST)、有机肥(OM)、化肥(NPK)对土壤碳、氮淋失状况及时间动态的影响.结果表明:1稻田土壤中氮素淋失以铵态氮(NH+4-N)为主,施用NPK使土壤中NH+4-N(1.2 mg·L-1±0.1 mg·L-1)淋失最严重,施用OM使土壤中可溶解性有机碳(DOC)(27.3 mg·L-1±1.6 mg·L-1)淋失最严重,且土壤中DOC和NH+4-N均在水稻营养生长期淋失最严重(P<0.05);2施用OM与NPK可以增加稻田红壤中NH+4-N、DOC、总有机碳(SOC)和总氮(TN)含量,且施用NPK增加TN效果最显著,施用OM增加SOC最显著;3土壤渗漏液中DOC含量与稻田红壤中SOC含量呈显著正相关(P<0.01),土壤渗漏液中NH+4-N含量与稻田红壤中TN含量呈显著正相关(P<0.01).     

长期施肥对红壤稻田耕层土壤碳储量的影响

以红壤性稻田土壤为对象,研究了长期施肥（1990～2006年）对稻田表层土壤碳储量及固碳潜力的影响,讨论了耕层厚度变化对碳储量估算及处理间差异的影响.研究发现,与长期施用化肥相比,有机物的循环利用能显著提高红壤性稻田土壤碳储量,其碳储量为57.7～66.2 t/hm²,比试验前高出18.7～27.2 t/hm²,而长期施用化肥碳储量提高幅度平均为5.4 t/hm².红壤性稻田土壤饱和固碳量为84.0 t/hm²,与目前碳储量相比还有17.8～43.7 t/hm²的固碳潜力.研究证实,土壤碳储量与土壤容重和表层土壤厚度的变化密切相关,以20 cm或23 cm作为统计厚度估算表层土壤的碳储量将分别低估20.6％和11.3％,其中有机物施用处理碳储量低估幅度最大（分别为26.8％和18.9％）;另外,用相同统计厚度进行碳储量估算减小了不同施肥处理间的差异.从稻田土壤碳储量及固碳潜力来考虑,有机物配合化肥施用是红壤稻田较优的施肥方式.     

土壤水分对稻田土壤有效砷及碱性磷酸酶活性影响

采用室内模拟方法,在35%、65%和110%最大饱和持水量（WHC）条件下,系统地分析了稻田土壤有效砷及碱性磷酸酶活性变化规律.结果表明：砷污染稻田土壤后有效砷含量随砷污染浓度增加而增大,随培养时间延长逐渐降低,15d后趋于稳定;淹水降低了土壤有效砷含量及碱性磷酸酶活性;采用U=A/（1+B×C）模型较好拟合了不同水分下土壤碱性磷酸酶活性（U）与砷浓度（C）关系,表明碱性磷酸酶活性在一定程度上可表征不同水分下稻田土壤砷污染程度;计算得到稻田土壤砷轻度污染临界浓度（ED₁₀）为总砷67mg/kg和有效砷11mg/kg.研究表明适当调控土壤水分含量是控制稻田土壤砷毒性的有效方法之一.     

冻融作用对水田土壤有机碳和土壤酶活性的影响

选取-5~5℃作为研究温度,以24 h(12 h冻结,12 h消融)为一个冻融循环,研究吉林西部大安灌区水田0~30 cm土壤有机碳以及土壤酶活性(脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和脲酶)的剖面特征,分析了二者之间的相关性。结果表明:冻融过程中,土壤有机碳、脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和脲酶均随土壤深度的增加而递减;0~10 cm土壤有机碳含量增加,10~20 cm和20~30 cm土壤有机碳含量降低,其变化趋势与含水率一致;过氧化氢酶变化较小,脱氢酶和脲酶总体增加,而多酚氧化酶活性降低;土壤有机碳与酶活性的相关性大小表现为:脲酶多酚氧化酶脱氢酶过氧化氢酶。冻融作用改变了土壤中水环境,抑制了土壤微生物呼吸和酶的分解作用,影响土壤有机碳的积累。     

与碳氮循环相关的土壤酶活性对施用氮磷肥的响应

通过测定土壤酶活性和微生物量来评估施化肥对冬小麦土壤中参与碳(C)、氮(N)循环酶活性的影响.实验设氮(N)、磷(P)两个影响因子,4个处理分别是仅施P(SP)、仅施N(SN)、施N和P(P+N)、对照(CK,无施肥),测定冬小麦开花期和成熟期土壤纤维素酶、脱氢酶、脲酶和蛋白酶活性和开花期土壤微生物量.结果表明:纤维素酶活性在冬小麦两个生育期都是P+N处理中最高,分别为0.056μg·g-1·h-1(以葡萄糖计)和0.041μg·g-1·h-1(以葡萄糖计),显著高于CK.脱氢酶活性在冬小麦两个生育期都是P+N处理中最高,分别为0.46μg·g-1·h-1(以TPF计)和0.31μg·g-1·h-1(以TPF计),显著高于CK,SP和SN处理与CK有显著差异.脲酶活性在冬小麦两个生育期都是SN处理中最高,分别为54.2μg·g-1·h-1(以NH3-N计)和63.9μg·g-1·h-1(以NH3-N计),显著高于CK.蛋白酶活性在开花期SP处理中最大,成熟期CK处理中最大,分别为0.61μg·g-1·h-1(以酪氨酸计)和0.31μg·g-1·h-1(以酪氨酸计).除脲酶外,成熟期酶活性低于开花期.N和P交互作用通过增加土壤放线菌、菌根真菌生物量和作物地下生物量显著增加了纤维素酶和脱氢酶活性,通过降低土壤pH和增加铵态氮量显著降低了土壤蛋白酶活性,通过提高N利用率,降低了脲酶活性.     

保护性耕作对土壤结构体碳氮分布的影响

以7年不同耕作的定位试验为研究对象,研究了深松、旋耕、免耕等保护性耕作对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤结构体分布以及结构体中有机碳和全氮含量、储量的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕以及秸秆还田+传统耕作均提高了5 mm粒级结构体的含量。随着土壤结构体粒径的增大,结构体有机碳含量逐渐减小,有机碳含量在0.25 mm结构体中平均含量为10.87 g/kg,在5 mm结构体中平均含量为9.57 g/kg。在0.25 mm的各粒级结构体中,全氮含量也随着结构体粒径的增加而减小。深松和旋耕处理较免耕和传统耕作更有利于结构体中有机碳、氮含量的增加;深松和旋耕比较,深松更有利于2 mm结构体碳氮含量的增加。相关分析表明,土壤碳氮含量和较小粒级(2 mm)结构体的碳氮含量之间的相关性最好。从有利于结构体保持和有机碳、氮储量增加的角度考虑,深松和旋耕是当地较理想的耕作方式。     

浅析三种分子量壳聚糖对土壤碳氮的影响

本文选取中北大学二龙山上多年生长酸枣耕层土。在土壤中施入不同分子量的壳聚糖,运用重铬酸钾法和碱解扩散法测定土壤中碳氮的变化。得出微生物量碳氮均随壳聚糖用量的增加而增大。微生物量碳随分子量递增,微生物量氮则不同。     

增温对农田土壤碳氮循环关键过程的影响

为研究模拟增温对农田土壤碳氮循环关键过程的影响,设置了包含增温和对照两个处理的随机区组试验.采用气压过程分离技术(BaPS)测定土壤CO2产生速率、硝化速率、反硝化速率,并测定了根生物量、水溶性有机碳(DOC)、亚硝酸根、硫酸根、硝酸根等指标.结果表明,在冬小麦-大豆轮作生长季,增温和对照处理的平均土壤CO2产生速率分别为(149.7±19.6)和(114.5±11.6) μg/(kg·h),增温和对照处理的平均土壤硝化速率分别为(563.6±119.56),(399.9±98.2)μg/(kg·h),增温和对照处理的平均土壤反硝化速率分别为(319.7±94.6), (216.2±44.7) μg/(kg·h).研究表明,无论是在冬小麦生长季还是在大豆生长季, 模拟增温均促进了土壤CO2产生速率,增温对大豆田土壤CO2产生速率的促进作用高于冬小麦田,并且这种促进作用主要体现在作物生长后期.模拟增温显著促进了冬小麦–大豆田的土壤硝化、反硝化速率,夏季增温对土壤硝化、反硝化速率的促进作用最明显.模拟增温对土壤中根生物量、DOC、亚硝酸根、硫酸根、硝酸根含量无显著影响.     

三氯甲烷对土壤酶活性影响

通过实验室内培养,研究了三氯甲烷(CF)在7种不同的浓度下对土壤过氧化氢酶、蛋白酶活性所产生的影响.结果表明:在实验时间内,CF对蛋白酶活性起到抑制作用,对过氧化氢酶活性则表现出激活效应.质量分数大于60.00 mg·kg-1的CF会明显抑制蛋白酶活性;CF对这2种土壤酶的作用强度大小的浓度有关.浓度小时作用强度小,浓度大时作用强度大;CF[ω(CF)≤60.00 mg·kg-1]对这2种土壤酶的作用是暂时的,过一段时间后会恢复,即对这2种土壤酶的作用有抑制(激活)-恢复过程,恢复程度和质量分数有关,质量分数越大恢复程度越小.     

生物炭对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的影响

滨海湿地盐碱土壤在全球碳氮循环及调节气候变化中起着重要作用。环境友好型土壤改良剂生物炭（Biochar,BC）在缓解气候变化和促进农业可持续发展方面前景巨大。然而,现有研究多关注BC对滨海湿地盐碱土壤中温室气体排放及土壤氮素流失的影响,缺乏其对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的深入研究和系统总结。本文综合分析了施用BC对滨海湿地盐碱土壤植被碳库、有机碳库、有机碳矿化及生物固氮、硝化、反硝化、矿化、氨损失等碳氮循环过程的影响和可能机制。指出未来应关注长期野外研究,利用宏基因组等现代分子生物技术,阐明BC对土壤碳氮循环影响的分子生物学机制,以期为滨海湿地生态系统的修复与功能保育提供理论依据。     

汞对土壤酶活性的影响

对不同肥力土壤脲酶和转化酶活性受汞影响进行了研究,结果显示,土壤脲酶活性、最 大反应速度V_max 、V_max/K_m和反应速度常数k与汞浓度呈现显著或极显著负相关关系,表明其 可作为土壤汞污染的生态指标;米氏常数Km则变化较小,表明汞与脲酶作用机理为不可逆竞争 抑制;低肥力土壤脲酶比高肥力土壤脲酶受汞毒害作用更强,当汞浓度分别为6.00和14.79mg/ kg时即达到严重污染;而转化酶对汞的敏感性较差;培养时间对土壤酶与汞浓度间关系影响较 小.     

三氯生对土壤酶活性的影响

为了明确三氯生对土壤生态环境的安全性,以3种土壤酶为指标,采用室内培养试验,研究了不同浓度的三氯生对土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响。研究结果表明,不同浓度水平的三氯生对3种土壤酶活性的影响效果不同。低浓度(≤50 mg/kg)三氯生作用下,脲酶活性先降低后增加,最后恢复到对照水平,高浓度(100 mg/kg)三氯生胁迫下脲酶活性先降低后恢复最后又被抑制。而对酸性磷酸酶活性来说,三氯生在低浓度时(≤50 mg/kg)先刺激后抑制酶活性,最后磷酸酶活性恢复到对照水平,高浓度下(100 mg/kg)三氯生先抑制后刺激再抑制磷酸酶活性,最后磷酸酶活性恢复到对照水平。各浓度水平的三氯生在培养的初期(21 d)对土壤过氧化氢酶活性没有影响,随着培养时间延长(≥28 d),低浓度(≤50 mg/kg)三氯生刺激了酶活性,高浓度(100 mg/kg)的三氯生抑制了过氧化氢酶活性。总体来说,高浓度的三氯生对土壤环境存在不利影响。     

紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳氮空间分布的影响

为了弥补我国四川盆地紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳（C）和氮（N）时空分布影响的研究不足,依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站在万安小流域建立的长期观测样地,对比分析了约30年历史的退耕林地及其邻近的坡耕地不同坡面位置土壤的C、N形态、含量及其储量. 结果发现,退耕还林后,显著增加了剖面土壤有机碳（SOC）含量及储量（P< 0.05）,其中表层土壤（0~20 cm）SOC储量增加了25.86 t·hm^-2,年均SOC储量增加速率为0.89 t·hm^-2. 土壤总氮（TN）含量虽略有增加,但仅限于0~20 cm土层. 退耕林地与坡耕地相比,速效C、N养分如,土壤硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和可溶性有机碳（DOC）含量在整个土壤剖面（0~70 cm）的差异性基本不显著（P> 0.05）. 此外,研究还发现空间位置对坡耕地土壤TN、SOC、NO₃^--N、NH₄⁺-N和DOC含量均有显著影响（P< 0.05）;土壤TN和SOC含量沿坡面的变化趋势大小为：下坡位>上坡位>中坡位,而土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N和DOC含量沿坡面的变化趋势大小则为：上坡位<中坡位<下坡位. 退耕林地土壤仅DOC含量受坡位的显著影响,并沿坡面向下呈增加趋势. 结果表明,在评估紫色土丘陵区土地利用变化对土壤碳氮储量的影响时,不能忽视地形等因素的影响.     

黏土矿物原位修复镉污染稻田及其对土壤氮磷和酶活性的影响

分别以黏土矿物坡缕石和海泡石作为钝化材料,对重金属镉污染的酸性水稻土壤进行原位钝化修复田间示范试验,考察了两种黏土矿物在不同添加剂量下对稻谷产量、糙米镉含量及土壤中有效态镉含量等变化的影响,用以表征修复效果.同时,深入研究了两种黏土矿物对土壤pH、土壤水解氮、有效磷含量及相关酶活性的影响以表征其对土壤环境质量的影响,并对各项理化指标之间的相关性进行分析.结果表明,田间示范条件下两种黏土均提高了土壤pH,降低了土壤中镉的生物有效性,明显降低了糙米中镉含量.其中,经2.00 kg·m-2坡缕石和2.25 kg·m-2海泡石处理后,糙米镉含量最大降幅分别为54.6%和73.5%,分别降低至0.32和0.18 mg·kg-1.土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶及蔗糖酶的活性均得到不同程度的提高,表明经钝化修复后土壤中相关代谢反应得到恢复;两种黏土矿物对土壤中水解氮含量无明显影响,但降低了土壤有效磷含量.综合总体表现,两种黏土矿物可被推荐作为镉污染酸性稻田土壤的原位钝化修复材料.     

典型铁、锰矿物对稻田土壤砷形态与酶活性的影响

为了探究铁、锰矿物对稻田土壤砷(As)形态与酶活性的影响,将实验室合成的水铁矿和水钠锰矿添加到As污染稻田土壤中进行持续淹水土壤培养实验.结果表明与对照(CK)相比,添加0.1%水铁矿(+Fe)和0.1%水钠锰矿(+Mn)能延缓土壤Eh降低,增加土壤溶液中Fe和Mn的浓度,但是对土壤pH影响较小.与预期相符,+Fe和+Mn处理显著降低大部分监测点土壤溶液中总As(TAs)浓度,提高土壤溶液中砷酸盐[As(Ⅴ)]占TAs的比例,促使固相As形态向晶型铁氧化物结合态As(F5)转化.此外,与CK相比,+Fe和+Mn处理土壤脲酶活性分别提高5.01%和101.36%,土壤蔗糖酶活性分别提高394.51%和688.84%,土壤过氧化氢酶活性分别提高30.44%和64.71%.因此,外源添加水铁矿和水钠锰矿可以降低As污染土壤的环境风险,提高土壤养分利用率.