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.      

化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化势和反硝化细菌群落的影响

为明确化肥和有机肥配施生物炭对根际土壤反硝化细菌和反硝化势的影响,以柠檬根际土为研究对象,设置不施肥(CK)、化肥(CF)、有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFBC)和有机肥配施生物炭(MBC)等5个处理,通过测定根际nirS型、nirK型和nosZ型反硝化菌群落特征、反硝化势和土壤环境因子,明确化肥和有机肥配施生物炭对根际反硝化作用的影响.结果表明,与CK相比,CF处理显著降低根际土壤反硝化势47.7%,M和MBC处理分别显著增加反硝化势的2 192.7%和1 989.9%; M和MBC处理显著增加nirS型和nosZ型反硝化菌的基因拷贝数,CF和CFBC处理显著降低nirS型和nosZ型反硝化菌基因拷贝数,而4个施肥处理均显著增加nirK型反硝化菌基因拷贝数.逐步回归分析结果表明：pH是nirS型反硝化菌丰度的主要影响因子,有机质(SOM)和铵态氮(NH⁺₄-N)是nirK型反硝化菌的主要影响因子,pH、硝态氮(NO^-₃-N)和氮磷比(N/P)则是nosZ型反硝化菌的主要影响因子.偏最小二乘法分析...     

咸水滴灌对棉田土壤N2O排放和反硝化细菌群落结构的影响

淡水资源短缺是干旱区农业可持续发展所面临的严峻问题,合理利用咸水灌溉是缓解淡水资源不足的重要手段.长期咸水灌溉会导致土壤盐分积累,进而影响氮素的转化和N_2O的排放.本研究通过10 a咸水灌溉试验,探究咸水灌溉对棉田土壤N_2O排放、反硝化细菌丰度和群落结构组成的影响.试验采用灌溉水盐度和施氮量两因子2×2随机区组设计,其中灌溉水盐度(以电导率表示)设置2个水平:0.35 dS·m~(-1)和8.04 dS·m~(-1),施氮量设2个水平:0 kg·hm~(-2)和360 kg·hm~(-2)(分别用SFN0、SHN0、SFN360和SHN360表示).结果表明,长期咸水滴灌棉田土壤盐分、含水量和NH~+_4-N含量显著增加,pH值、NO~-_3-N、有机质和全氮含量显著降低.咸水灌溉处理显著抑制N_2O排放,不施氮肥和施氮肥处理下分别较淡水灌溉降低45.19%和43.50%.氮肥施用显著增加N_2O排放,施肥处理N_2O排放较不施肥处理增加161%.不施肥条件下,咸水灌溉显著降低反硝化酶活性、nirK、nirS和nosZ基因丰度,α多样性.施肥条件下,咸水灌溉对nosZ型反硝化细菌的丰度无显著影响,但显著降低反硝化酶活性和nirK、nirS基因丰度.咸水灌溉和氮肥施用共同改变nirK、nirS和nosZ型反硝化细菌群落结构,灌溉水盐度对于反硝化细菌群落结构的影响要大于施肥.Lefse分析显示nirK、nirS和nsoZ型反硝化细菌差异物种随着灌溉水盐度的增加而增加,咸水灌溉显著改变反硝化细菌群落结构,导致优势种群数量增加.上述结果表明,长期咸水灌溉降低土壤N_2O排放,但会导致土壤盐分的持续上升,nosZ、nirK和nirS丰度的增加会促进N_2O排放.     

福建省杉木人工林土壤亚硝酸盐还原基因丰度及其主要环境驱动因子

杉木在我国南方亚热带地区被大面积种植,导致土壤性质发生巨大变化.为揭示福建省杉木人工林土壤中亚硝酸盐还原基因(nirS和nirK)的分布特征及其主要环境驱动因子,本研究选取福建省9个主要林场的杉木人工林土壤为研究对象,使用荧光定量PCR分析了nirS和nirK基因丰度,同时测定反硝化潜势.结果表明:福建省杉木人工林土壤理化性质呈较大的变异特征,其中,pH值为4.02～5.05,为典型的酸性森林土壤.各采样点杉木人工林土壤nirS丰度均显著高于nirK,表明nirS在酸性杉木人工林土壤中占主导.随机森林和逐步回归分析均表明,土壤含水率是影响nirS基因丰度最主要的环境因子,而nirK基因丰度则主要受土壤pH值调控.相关性分析表明,nirS和nirK基因丰度分别与土壤含水率和pH值呈显著正相关.此外,土壤反硝化潜势与SOC、DOC、TN、NO₃^-、MC等环境因子呈显著相关,同时与nirK丰度呈显著正相关,但与nirS丰度无显著相关.综上,福建省杉木人工林土壤nirS和nirK基因丰度存在较大空间变异,土壤含水率和pH值分别是其主要环境驱动因子.     

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.     

浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化/反硝化微生物丰度的影响

为揭示湖泊近岸浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化与反硝化功能微生物基因丰度的影响,以洱海湖滨带菜地土壤剖面为研究对象,通过模拟地下水升降过程,分析了水位升高(S1)、水位降低(S2)及落干(S3)过程中土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度的变化特征,探讨了功能基因与土壤环境因子的耦合关系.结果表明:S3阶段的土壤剖面AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度显著高于S1和S2;S1阶段的土壤剖面nirK、nirS、nosZ基因丰度均显著高于S2和S3.AOA-amoA基因丰度显著高于AOB-amoA基因丰度,nirS基因丰度显著高于nirK、nosZ基因丰度;不同取样时期的土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度均表现为A层B层C层D层.水位升降对土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度有显著影响,且AOA-amoA和nirS基因对水位升降更敏感,分别在硝化与反硝化作用中占主导地位;pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)为功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的环境驱动因子,而功能基因nirK、nirS、nosZ的环境驱动因子为土壤含水量(W)、铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、TN、SOC、pH.该研究结果可为揭示浅层地下水升降过程中菜地土壤剖面氮素循环的微生物学机制提供科学依据.     

秸秆连续还田配施化肥对稻-油轮作土壤碳库及作物产量的影响

依据田间连续7 a秸秆还田定位试验,探讨秸秆还田配施化肥对巢湖地区农田土壤剖面（0~20、20~50和50~80 cm）的土壤总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、活性有机碳（LOC）、碳库管理指数（CPMI）和作物产量的影响.试验设置无秸秆还田+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF1）和秸秆还田+80%常规施肥（SF2）这4个处理,分析不同土层土壤总有机碳和组分含量、CPMI和油菜-水稻产量的变化规律.结果表明,以CK为参考,常规施肥和秸秆还田配施化肥均提高了垂直剖面土壤总有机碳和组分的含量,且不同土层土壤总有机碳和组分的含量随土层深度增加而逐渐降低.在0~20 cm土层,与F处理相比,SF1和SF2处理显著提高TOC、DOC、POC和LOC的含量,增幅分别为：14.23%~28.97%、7.86%~27.01%、16.46%~24.24%和5.89%~6.64%（P<0.05）;在20~50 cm土层,SF1较F处理的TOC和LOC的含量显著增加9.43%和8.34%（P<0.05）,SF2较F处理的DOC和POC的含量显著增加17.51%和65.83%（P<0.05）;在50~80 cm土层,各处理间土壤总有机碳和组分的含量均无显著差异.秸秆还田配施化肥对土壤碳库管理指数影响显著,SF1较F处理显著提高0~50 cm土层的CPMI,而F处理的CPMI在50~80 cm土层最大,但各处理间均无显著差异.秸秆还田配施化肥对作物产量具有显著提升作用,且SF1处理的产量最高,SF1较F处理的水稻、油菜和周年产量分别显著增加6.19%、7.67%和6.54%（P<0.05）.总的来说,稻-油轮作模式下秸秆还田配施化肥对提高巢湖地区土壤碳库、土壤肥力和作物产量具有重要意义.     

长期施用有机和无机肥对黑土nirS型反硝化菌种群结构和丰度的影响

利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合反硝化潜势(DEA)和土壤理化性质的测定,探索了长期施用有机和无机肥对公主岭黑土nirS型反硝化细菌的群落结构和丰度的影响.试验设不施肥(CK)、单施有机肥(OM)、单施无机肥(NPK)以及有机肥和无机肥混施(MNPK)等4个处理.结果表明,长期施用有机肥显著增加了土壤的DEA,其中OM、NPK和MNPK处理分别为CK处理的5.92、1.81和6.03倍,而NPK和CK间无差异.有机肥处理增加了黑土nirS型反硝化细菌的丰度,OM、NPK和MNPK处理中nirS基因的拷贝数分别为CK的2.73、1.30和3.98倍;NPK处理对nirS基因的拷贝数影响不显著.T-RFLP图谱显示施用有机肥改变了nirS反硝化细菌的群落结构;相比于非有机肥处理,有机肥处理中增加了一类79 bp的片段类型,显著降低了84 bp的片段类型,并完全抑制了一类99 bp的片段类型,而有机肥处理间和非有机肥处理间的nirS群落结构分别相似.系统发育分析表明:黑土中nirS型反硝化菌主要由α、β和γ-变形菌纲及一些尚未培养的微生物组成,79 bp的片段类型与γ-变形菌纲的假单胞菌科(Pseudomonadaceae)和β-变形菌纲的伯克氏菌目(Burkholderiales)相似,84 bp片段类型与Burkholderiales和红环菌目(Rhodocyclales)相似.相关性分析表明,pH、全磷(TP)、全氮(TN)、总有机碳(TOC)、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)依次与nirS型反硝化细菌的种群丰度(r为0.724～0.922,P<0.05)和DEA(r为0.453～0.938,P<0.01)显著相关,DEA与nirS型反硝化细菌的种群丰度显著线性正相关(r=0.85,P<0.01);冗余度分析表明,除含水量外,TN、TP、pH、TOC、NH4+-N和NO3--N(r为0.440～0.862,P<0.01)依次与nirS型反硝化细菌群落结构的变化显著相关,DEA的变化和nirS型反硝化细菌群落结构的变化亦显著相关(r=0.863,P<0.01).本研究表明相比于无机肥处理,公主岭黑土中nirS型反硝化菌的群落结构与丰度对有机肥处理有更显著的响应,且其群落结构的改变与种群丰度的增加与DEA的提高显著相关.     

大辽河口及其毗邻区域水体反硝化功能基因的定量研究

近年来随着辽河口两岸经济的发展,大辽河水质受氮素污染越来越严重.反硝化作用是微生物介导的氮循环中一个重要过程,对河口水体中过量氮素的去除和富营养化的缓解意义重大.因此,开展大辽河口水体反硝化作用的研究尤为重要.以大辽河入海河段、大辽河河口和近岸海域为研究对象,采用实时定量PCR法对其进行了水体中反硝化细菌（以功能基因nirS、nirK和nosZ为主）的空间分布特征研究,并通过因子分析和冗余分析（RDA）研究了基因丰度与环境因子间的相关性.结果表明:①不同站位大辽河口及其毗邻区域的水样中nirK、nirS和nosZ基因的丰度变化范围分别为7.73×105~2.54×108、3.19×105~3.19×107、3.22×103~4.92×105 copies/L,各基因平均值大小表现为nirK > nirS > nosZ;3种基因中,nirK和nirS基因大多在调查河流的上游和入海口站位丰度较高,而nosZ基因丰度在河流段由上游到河口逐渐增高,且由河口到近海呈现降低的趋势.②大辽河口及其毗邻区域（nirK+nirS）/nosZ在3.23×101~1.76×103之间,平均值为454.77,表明存在较多的N₂O气体排放,特别是河口到近海区域.③ρ（As）、ρ（Cd）、ρ（Cr）、ρ（SiO₃2-）、ρ（NO₃-）、T、pH和盐度主导了大辽河口及毗邻区域水环境的整体状况,应继续关注主导因子对水环境的影响;水环境因子对反硝化功能基因丰度影响的相关性大小表现为ρ（DO）> ρ（TN）> ρ（NO₂-）> ρ（SiO₃2-）> ρ（Cd）> ρ（NO₃-）>盐度> ρ（As）> ρ（Cr）> T > ρ（Zn）> pH,蒙特卡罗检验得出无显著影响的因子,因此大辽河口及毗邻区域反硝化功能基因丰度是由各项环境因子相互作用、共同影响的结果.研究显示,水体中反硝化有关的微生物对环境的响应不同,各项环境因素共同控制了群落组成,为了更好地进行水体治理与保护,应持续关注水体中的反硝化功能基因.      

典型油田多环芳烃污染对土壤反硝化微生物群落结构的影响

油田区土壤具有潜在的PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)污染风险,而以硝酸根为电子受体的反硝化作用可能在PAHs的厌氧代谢中起到重要作用.以具有50多年历史的江汉油田区域为对象,从该油田的油井口附近采集了9个土壤样品,编号为JH-1~JH-9,以反硝化相关的nir K(Cu-亚硝酸还原酶基因)和nirS(细胞色素cd1-亚硝酸还原酶基因)为分子标识,通过定量PCR及克隆文库结合T-RFLP(terminal-restriction fragment length polymorphism)的方法,研究典型油田区土壤反硝化微生物的群落结构,并探讨其与土壤环境因子之间的关系.结果表明,该油田区土壤中nirK基因的丰度高于nirS基因,PAHs含量最高的土壤样品(JH-4)中反硝化功能基因nir K和nir S的丰度均最低,相关性分析表明,土壤nir K及nirS基因的丰度均与土壤PAHs含量呈显著负相关(nirK:R2=0.54,P0.05;nirS:R~2=0.58,P0.05).克隆文库及T-RFLP的结果则表明,该油田土壤中nirK基因的群落组成在不同样品间的变异较大,且PAHs含量最高的JH-4中该基因的群落组成与其它各样品有明显的不同,RDA(redundancy analysis)的分析结果进一步表明除有效氮、有效磷外,土壤PAHs含量也是影响nirK型反硝化微生物群落组成的重要因子.相较于nirK,该油田区土壤中nirS基因的群落组成在不同样品间的差异较小,但发现nirS型假单胞菌的丰度与土壤PAHs含量呈正相关,表明具备较强有机污染物降解能力的假单胞菌属可能在该区域土壤PAHs的反硝化代谢中起到重要作用.     

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).     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

江西省不同农田利用方式对土壤碳、氮和碳氮比的影响

基于江西省16582个农田耕层(0~20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、数理统计与地统计学等分析方法,探讨了不同农田利用方式(水旱轮作、一季旱地、两季旱地、一季水田和两季水田)对土壤有机碳(SOC)、氮含量(TN)和碳氮比(C∶N)的影响.结果表明,江西省耕层土壤SOC、TN含量和C∶N比分别为5.22~34.56 g·kg~(-1)、0.26~3.06 g·kg~(-1)和2.98~52.67,均处于中等偏上水平.经半方差函数分析,江西省土壤SOC、TN和C∶N比的空间变异主要是由随机性因素引起的;方差分析显示,不同土地利用方式下耕地土壤中SOC、TN和C∶N比存在显著差异,土壤SOC和TN含量表现为两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,而土壤C∶N比则表现为两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶N比对估测区域土壤有机碳储量具有良好的指示作用,因此,从土壤C∶N比角度考虑,水田更有利于SOC的贮存,有利于增加土壤汇集碳氮的能力.Pearson相关性分析表明,5种利用方式下经度、纬度和海拔与土壤SOC、TN含量和C∶N比具有显著的相关关系.     

稻田转变为旱地下土壤有机碳含量及其组分的变化特征

采用土壤有机碳（SOC）物理分组与¹³C自然丰度相结合技术,研究了稻田长期（19 a）转换为旱地（玉米地）后土壤有机碳及其组分的响应特征,以及不同有机碳组分的周转和更新速率.结果表明,长期种植旱地作物后,农田土壤有机碳和总氮含量显著下降.相同历史背景下,稻田土壤总有机碳（TOC）和总氮（TN）的浓度分别比玉米田高76.7%和47.6%.水稻土包裹态颗粒有机质（oPOM）和矿物结合有机质（MOM）在土壤中的浓度均是玉米田的2倍,但游离态颗粒有机质（fPOM）差异不显著.稻田土壤oPOM和MOM自身碳的浓度均显著高于玉米地,fPOM则相反.特别是oPOM组分,稻田是玉米地的近6倍.表明水稻土团聚体保护碳的能力高于旱地.稻田转换为玉米地19 a后,各组分δ¹³C值显著升高.fPOM、oPOM和MOM中来自玉米新碳的比例分别达到了54.6%、 24.7%和19.0%,平均驻留时间（MRT）依次增大,分别达到24、 67和90 a.上述结果进一步证明了稻田土壤比旱地更具固碳潜力,其优势主要体现在土壤中oPOM和MOM组分碳的富积.     

长期施肥下浙江稻田不同颗粒组分有机碳的稳定特征

依托浙江水网地区稻田长期定位施肥试验(1996~2013年),利用固态13C核磁共振波谱技术,研究长期不同施肥措施下土壤各颗粒组分有机碳含量及其化学结构特征.结果表明,与不施肥对照(CK)相比,秸秆与化肥配施(NPKRS)、栏肥与化肥配施(NPKOM)、单施化肥(NPK)和单施栏肥(OM)处理均显著(P0.05)增加了砂粒(2~0.02 mm)、粉粒(0.02~0.002mm)和黏粒(0.002 mm)组分中有机碳含量;而单施秸秆(RS)处理仅显著增加砂粒组分有机碳含量.此外,与单施化肥处理相比,有机肥和化肥配施促进了新增有机碳在粉粒和黏粒组分的分配,更有利于新增有机碳的稳定.应用13C-NMR波谱技术进行结构表征,结果表明粉粒和黏粒组分有机碳的化学结构存在明显差异,粉粒组分烷氧碳、芳香碳的相对含量高于黏粒,而烷基碳、羰基碳的相对含量低于黏粒.长期有机肥与化肥配施下粉粒和黏粒烷基碳相对含量较单施有机肥处理分别降低9.1%~11.9%和13.7%~19.9%,烷氧碳的相对含量则分别增加2.9%~6.3%和13.4%~22.1%,表明有机肥与化肥配施处理降低了粉粒和黏粒组分有机碳的分解程度.长期单施化肥处理下粉粒和黏粒组分有机质的芳化度和疏水性低于单施有机肥处理和不施肥处理,有机质的矿化稳定性较低.长期有机肥与化肥配施,尤其是NPKOM处理,通过增加化学抗性化合物和碳水化合物的积累,并且减缓活性组分的分解提高粉粒和黏粒组分有机碳含量,是促进稻田土壤有机碳可持续积累的有效措施.     

有机无机肥长期配施对果园土壤碳库及温室气体排放的影响

有机肥的施用可以提高土壤总有机碳和活性有机碳含量,在改善土壤质量,提升土壤肥力方面有重要意义.设4个处理：不施肥（CK）、单施有机肥（M）、单施化肥（NPK）和有机无机肥配施（MNPK）,研究长期有机无机配施下土壤有机碳和其活性组分含量变化,分析不同施肥措施对温室气体排放的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,与CK处理相比,MNPK处理的土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）和颗粒有机碳（POC）含量分别增加了82.84%、66.30%、21.12%、93.28%和145.80%.NPK处理对土壤总有机碳和有机碳组分含量无显著差异.有机无机配施有利于提高土壤碳库活度指数（LI）、土壤碳库指数（CPI）和土壤碳库管理指数（CPMI）,LI和CPI的增加是CPMI增加的主要原因.相关分析表明土壤有机碳组分和CPMI与温室气体排放呈显著正相关关系;有机无机配施增加了CO₂累积排放量和增温潜势（GWP）,但却能够降低温室气体排放强度（GHGI）;MNPK处理产量最高,为56365 kg ·hm^-2,较CK处理（29073 kg ·hm^-2）提高了93.87%.因此,旱地苹果园有机无机肥配施,可促进有机碳的累积,稳定土壤碳库,更有利于果园的可持续发展.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

猪粪还田对土壤硝态氮淋失的影响研究——以黄灌区稻旱轮作制为例

宁夏引黄灌区是水污染严重地区之一,大部分排水沟水质属于劣五类,主要污染物是硝态氮与铵态氮.猪粪还田试验共有3个处理:传统施肥+空白(CK)、传统施肥+猪粪还田4500 kg/hm²(T1)和传统施肥+猪粪还田9000 kg/hm²(T2).采用树脂芯法测定了30,60,90cm土层的硝态氮淋失量.结果表明,30cm土层处,猪粪还田没有明显增加土壤硝态氮淋失.与对照(15.96±0.41) kg/hm²相比,T1(16.85±0.40) kg/hm²与T2(17.01±0.46) kg/hm²没有达到显著差异(P>0.05);60cm土层处理与对照也没有达到显著差异;90cm土层处的猪粪处理与对照达到显著差异,处理之间没有差异.猪粪还田有利于土壤有机质和总氮提高,30cm土层,与对照相比,T1和T2的有机质增加0.95g/kg和1.41g/kg,分别提高7.50%和11.13%;总氮增加0.06和0.16g/kg,分别提高7.72%和22.04%.猪粪还田提高了作物产量,水稻增产12.26%~11.56%,冬小麦产量提高9.32%~12.52%.     

生物炭添加对半干旱区土壤细菌群落的影响

以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为对象，采用高通量测序技术研究了不同添加类型（槐树皮生物炭、锯末生物炭）和比例（1%、3%、5%，质量百分比）的生物炭对土壤细菌多样性及群落结构的影响.结果表明，生物炭应用提高了土壤细菌群落的多样性，锯末生物炭优于槐树皮生物炭，且3%锯末生物炭对细菌群落的多样性影响最佳，其香农指数为6.22；优势门主要为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）和Saccharibacteria，相对丰度共占76.80%~85.31%；优势纲有放线菌纲（Actinobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌纲（Acidobacteria），其相对丰度占48.13%~57.08%；属水平上，施加生物炭增加了芽孢杆菌属（Bacillus）、硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度，降低了土微菌属（Pedomicrobium）、根瘤菌属（Rhizobium）的相对丰度；层级聚类及冗余分析（RDA）发现，施加生物炭对细菌群落结构有影响，其中，微生物量碳、含水率、铵态氮、有机碳对细菌群落结构的影响较大.细菌优势门与环境因子相关性热图分析表明，铵态氮与放线菌门、绿弯菌门呈显著相关性.铵态氮是影响细菌群落的主要理化因子.     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.