施肥量对福州平原稻田CO2排放及其温度敏感性的影响

为了阐明施肥量对稻田CO_2排放及其温度敏感性的影响,采用静态箱-气相色谱法,对福州平原稻田对照(CK)、常规施肥组(CG)和倍增施肥组(BZ)的CO_2排放及其温度敏感性进行了测定和分析.结果表明,CK、CG和BZ的CO_2排放通量变化范围分别为32.33~3181.97、30.68~3701.05和32.81~3206.29 mg·m~(-2)·h~(-1),CG的CO_2排放通量比较CK增加了14.16%,BZ的CO_2排放通量较CK增加了8.04%,CK、CG和BZ之间CO_2排放通量差异不显著(p0.05);稻田CO_2排放与土温(r=0.683,p0.01)、株高(r=0.820,p0.01)及含水量(r=0.309,p0.05)具有显著的正相关关系;CK、CG和BZ的CO_2排放通量与土温和气温均具有显著的正相关关系(n=42,p0.01);CK、CG、BZ的Q_(s10)值和Q_(a10)值分别为28.13、18.88、13.24和9.86、7.64、6.35,CK的温度敏感性显著高于CG和BZ(p0.05),施肥显著降低了稻田CO_2排放的温度敏感性(p0.05).     

长期施肥酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物特征

构建微域培养结合梯度凝胶电泳(DGGE)、Illumina MiSeq高通量测序、生物信息学分析等分子生态学技术,以不施肥土壤为对照(CK),研究长期施化肥(NPK)和有机肥(OM)对酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物群落的影响,并认知其与土壤理化因子间的关系.结果表明,施化肥和有机肥显著提高土壤有机碳和无机氮含量,施有机肥提高土壤pH和总氮含量、降低C/N;供试土壤自养硝化作用占据主导(73.60%~85.32%),施肥显著提升土壤自养硝化活性,且施有机肥提升效果更为明显;微域培养后,OM土壤氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)amoA基因绝对丰度及16S rRNA基因相对丰度显著上升,而CK和NPK土壤仅AOA相对丰度显著上升,即3种土壤AOA均有明显活性(主要类群为Nitrososphaera,99.30%),而AOB仅在OM土壤有活性(主要类群为Nitrosospira,99.99%),另外还发现OM土壤中亚硝酸盐氧化细菌(NOB)有较强活性(主要类群为Nitrospira,96.69%);逐步回归分析显示自养硝化活性显著受总氮含量影响,AOA和AOB amoA基因丰度分别受有机碳含量和pH影响,Nitrososphaera相对丰度与NO_3~--N含量显著正相关,而Nitrosospira和Nitrospira相对丰度则与C/N显著负相关.可见,长期施肥后土壤总氮含量的提升显著刺激自养硝化活性;以Nitrososphaera为主的AOA在酸性旱地土壤硝化作用中发挥了重要作用,施有机肥土壤pH上升及C/N下降刺激了Nitrosospira(AOB)生长,从而改变了酸性旱地土壤中活跃的自养硝化微生物类群.     

不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸和土壤生化性质的影响

为探讨不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸速率和土壤生化性质的影响及其关系,本研究于2017年4月至2018年3月采用田间试验和室内分析相结合的方法,设置了无氮(N0,0)、低氮(N1,60 kg·hm~(-2))、中氮(N2,120 kg·hm~(-2))和高氮(N3,180 kg·hm~(-2))这4个施氮水平,监测了不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率及土壤水热的季节变化,并于紫花苜蓿生长季内不同茬次刈割后测定了土壤生化性质.结果表明:(1)不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率均表现出明显的季节性变化特征,在7月下旬达到峰值,12月中旬降至最低;随施氮量的增加紫花苜蓿生长季内土壤呼吸速率逐渐增强,N1、N2和N3施氮水平下的土壤呼吸速率均值分别为0.97、1.04和1.07 g·(m~2·h)~(-1),与N0[0.88 g·(m~2·h)~(-1)]相比,土壤呼吸速率分别增加了10.2%、18.2%和21.6%;施氮对紫花苜蓿非生长季内土壤呼吸速率无显著影响(P0.05).(2)不同施氮水平下紫花苜蓿生长季、非生长季和全年的土壤呼吸速率与土壤温度拟合指数模型均达极显著水平(P0.01),且指数模型的决定系数R~2值表现为生长季(0.46～0.62)非生长季(0.66～0.76)全年(0.80～0.86).(3)施氮在一定程度上降低了紫花苜蓿草地土壤的pH值和速效磷(AP),而提高了速效钾(AK)、土壤有机质(SOM)、土壤脲酶(URE)和土壤蔗糖酶活性(INV).土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)含量在不同施氮水平下表现出不同的变化趋势,当施氮量在0～120 kg·hm~(-2)时,TN和AN随施氮量的增加而增加,继续增施氮肥超过N2(120 kg·hm~(-2))水平时则略有下降.(4)通过紫花苜蓿生长季内土壤呼吸与其土壤生化性质之间的相关矩阵分析可知,土壤呼吸速率(R_S)与土壤pH值呈极显著负相关(P0.01),与TN和URE呈极显著正相关(P0.01),与SOM呈显著的正相关(P0.05),与INV呈显著负相关(P0.05).综合考虑土壤生化特性对不同施氮条件下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率的影响,可为草地生态系统土壤呼吸强度研究提供理论依据.     

长期不同施肥条件下红壤小麦和玉米季CO2、N2O排放特征

基于中国农业科学院红壤实验站红壤旱地小麦-玉米轮作长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地连续施肥16 a后,不同施肥条件下小麦季和玉米季土壤CO2和N2O的排放特征。结果表明,CO2和N2O排放具有明显的季节性,施肥对土壤CO2和N2O排放有明显影响,且有机肥的施用显著促进了土壤CO2和N2O排放。不施肥对照（CK）、氮磷配施（NP）、氮钾配施（NK）、氮磷钾配施（NPK）和有机无机肥配施（NPKM）处理小麦季和玉米季土壤CO2累积排放量分别为5 904、8 062、4 298、9 235、14 098和4 708、7 530、5 435、7 089、15 472 kg.hm-2,土壤N2O累积排放量分别为0.34、0.63、0.44、0.62、1.00和0.25、0.39、0.35、0.52、1.73 kg.hm-2,小麦休闲期土壤CO2和N2 O累积排放量平均占小麦生长季的63.52%和28.43%,玉米休闲季平均占玉米生长季的49.98%和32.72%,说明休闲期土壤CO2和N2O累积排放量不容忽视。除玉米季NP、NK、NPK处理外,其他各处理小麦季和玉米季土壤CO2排放通量与5 cm深处土壤温度显著相关;而土壤N2O排放通量与土壤温度间均未表现出显著相关性;除NPKM处理外,其他各处理土壤CO2或N2O排放通量与土壤水分间相关性均未达显著水平。     

Estimating California ecosystem carbon change using process model and land cover disturbance data: 1951-2000

Land use change, natural disturbance, and climate change directly alter ecosystem productivity and carbon stock level. The estimation of ecosystem carbon dynamics depends on the quality of land cover change data and the effectiveness of the ecosystem models that represent the vegetation growth processes and disturbance effects. We used the Integrated Biosphere Simulator (IBIS) and a set of 30- to 60-m resolution fire and land cover change data to examine the carbon changes of California's forests, shrublands, and grasslands. Simulation results indicate that during 1951-2000, the net primary productivity (NPP) increased by 7%, from 72.2 to 77.1 Tg C yr⁻¹ (1 teragram = 10¹² g), mainly due to CO₂ fertilization, since the climate hardly changed during this period. Similarly, heterotrophic respiration increased by 5%, from 69.4 to 73.1 Tg C yr⁻¹, mainly due to increased forest soil carbon and temperature. Net ecosystem production (NEP) was highly variable in the 50-year period but on average equalled 3.0 Tg C yr⁻¹ (total of 149 Tg C). As with NEP, the net biome production (NBP) was also highly variable but averaged −0.55 Tg C yr⁻¹ (total of -27.3 Tg C) because NBP in the 1980s was very low (-5.34 Tg C yr⁻¹). During the study period, a total of 126 Tg carbon were removed by logging and land use change, and 50 Tg carbon were directly removed by wildland fires. For carbon pools, the estimated total living upper canopy (tree) biomass decreased from 928 to 834 Tg C, and the understory (including shrub and grass) biomass increased from 59 to 63 Tg C. Soil carbon and dead biomass carbon increased from 1136 to 1197 Tg C.Our analyses suggest that both natural and human processes have significant influence on the carbon change in California. During 1951-2000, climate interannual variability was the key driving force for the large interannual changes of ecosystem carbon source and sink at the state level, while logging and fire were the dominant driving forces for carbon balances in several specific ecoregions. From a long-term perspective, CO₂ fertilization plays a key role in maintaining higher NPP. However, our study shows that the increase in C sequestration by CO₂ fertilization is largely offset by logging/land use change and wildland fires.     

有机质提升对酸性红壤氮循环功能基因及功能微生物的影响

外源有机物质输入是提升酸性红壤有机质含量的主要方式,氮素是土壤肥力的重要限制因子.有机质提升后土壤生态系统的变化会影响土壤氮循环过程及功能微生物,但目前还未见报道.本研究选择长期施有机肥的酸性旱地红壤及不施肥对照土壤作为研究材料,基于宏基因组测序及氮循环功能基因数据库比对,研究32 a的连续有机物质输入导致的土壤有机质含量上升对酸性红壤氮循环功能基因及相关功能微生物的影响.结果表明,酸性红壤有机质提升显著增加了土壤总有机碳和总氮含量,缓解了土壤酸化.有机质提升增加了土壤净硝化活性和氨氧化潜势.有机质提升显著增长了编码古菌氨单加氧酶amoA基因和反硝化过程还原酶的功能基因nar、nap、nir、nor和nos的丰度,降低了编码羟胺氧化酶hao基因及执行硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因nrf的丰度,提升了有机氮代谢功能基因glnA、gdh、glsA、ansB和nao丰度,改变了硝酸盐同化过程功能基因丰度以及硝化过程功能微生物群落组成.有机质提升后土壤酸化的缓解和总有机碳含量的提升是影响氮循环各过程功能基因丰度及功能微生物组成的最主要因子.本研究全面研究了无机氮和有机氮循环功能基因,关联了氨氧化过程的功能基因、功能微生物类群和功能活性,可为把握酸性红壤氮循环特征提供数据依据,也可为酸性土壤改良提供思路.     

施肥对高粱地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

基于对高粱地进行的5种培肥模式的长期定位试验,研究了不同培肥模式下土壤呼吸速率(Rs)及其温度敏感性(Q10)与环境因子以及光谱特征参数的关系.试验共设5个处理:不施肥(CK)、无机肥(INF)、无机肥+有机肥(INF+M)、无机肥+有机肥+秸秆(INF+M+S)和有机肥+秸秆(M+S).结果表明,施肥处理没有改变Rs的时间动态变化趋势.INF与CK的Rs没有明显差异,测定期间的平均值分别为3. 68μmol·(m~2·s)-1和3. 51μmol·(m~2·s)-1.与INF或CK相比,INF+M、M+S和INF+M+S的Rs分别增加了28. 2%～39. 1%、47. 9%～76. 0%和46. 2%～50. 8%,有机肥和秸秆还田处理后Rs增加.土壤温度和土壤水分分别能解释Rs季节变化的14%～96%和6%～37%,施肥处理显著提高了土壤温度的解释能力,而土壤水分的解释能力没有明显差异; Rs与差值植被指数、比值植被指数、增强植被指数的相关系数高于归一化植被指数;与红边斜率和红边面积的相关系数高于红边位置.有机肥和秸秆的施用降低了Rs与光谱特征参数的相关性.以光谱特征参数、T10、Ws为自变量的3因子模型的决定系数R~2都高于双因子和单因子模型.与CK相比,INF、INF+M、INF+M+S和M+S的Q10分别提高了26%、39%、21%和37%,表明施肥可以提高土壤呼吸的温度敏感性.造成不同处理Rs/Q10/R10差异的主要因子分别为Shannon多样性指数/容重/土壤有机质,可以解释其97. 6%/78. 2%/92. 8%的变异.     

土地流转契约稳定性对转入土地农户化肥施用强度和环境效率的影响

本研究目的在于分析土地流转契约稳定性对转入土地农户化肥施用强度和环境效率的影响,并利用安徽省414户种粮大户的调研数据进行实证检验。研究方法包括DEA-SBM模型、多元回归模型和Tobit模型。结果表明：（1）土地租期、土地租金对种粮大户种植小麦、水稻、玉米的化肥施用强度分别有显著负向和显著正向的影响。（2）种粮大户种植小麦、水稻、玉米的平均环境效率分别为0.54、0.58、0.59,存在比较严重的环境效率损失;土地租期、土地租金对种粮大户种植小麦、水稻、玉米的环境效率分别有显著正向和显著负向的影响。本文主要结论是提高土地流转契约的稳定性有利于降低转入土地农户的施肥强度,进而提高农地规模经营的环境效率。     

农田土壤氮素渗漏淋失研究进展

对农田土壤氮素淋失的相关研究进行综述和总结是研究农业面源氮素污染的一个至关重要的前提。本文从土壤氮素渗漏淋失形态和迁移机理、氮素渗漏淋失的研究方法和影响土壤氮素渗漏淋失的因素三方面进行了详细的分析介绍,概述了近年来国内外农田氮素渗漏淋失的研究进展和研究成果,并在此基础上展望了未来氮素淋失研究工作的重点。研究结论对农田土壤的水肥管理措施及浅层地下水硝氮污染的减缓有一定的理论和借鉴意义     

合理施肥与农业的可持续性发展初探

合理施肥可以提高作物产量和品质,降低农业生产成本,增加农民收入,减少环境污染;但是,在我国农业发展过程中,农民施用化肥时存在化肥的过量施用、化肥的错误选用以及化肥施用方法不科学等问题;不合理施肥引发了水污染、大气污染和土壤污染。从农业可持续性发展的角度,提出了根据作物性质选择合适肥料,测定土壤性质,根据土壤性质选择合适的肥料,采取科学的方法施肥等建议。