为研究不同灌溉施氮模式对冬小麦农田氮素气态损失的影响,以冬小麦为研究对象,在山东省长清灌溉试验站开展田间试验.试验设置了 2种测墒补灌水平:80％～90％田间持水量(θf)(I1)、70％～80％θf(12);3个施氮量:常规施氮240 kg·hm-2(N1)、减氮12.5％(N2)和减氮25％(N3),共6个处理.结果表明:施肥或灌溉后2～4d内均会出现氨挥发速率和氧化亚氮排放峰,追肥期的氨挥发速率明显高于基肥期.12N2处理在追肥期的氨挥发平均速率较其他处理降低10.1％～51.6％,在全生育期内氧化亚氮平均排放速率较其他处理降低了 15.4％～52.2％.氨挥发速率与表层土壤pH值、铵态氮含量呈显著正相关,氧化亚氮排放速率与表层土壤硝态氮含量呈显著正相关.土壤氨挥发累积量为0.83～1.42 kg·hm-2,氧化亚氮排放累积量为0.11～0.33 kg·hm-2,适量减少灌水量和施氮量可以有效减少氨挥发和氧化亚氮累积排放量,其中,I1N3、I2N2处理氨挥发和氧化亚氮累积排放量显著低于其他处理.I2N2处理冬小麦产量最高,为5615.6 kg·hm-2.I2处理灌溉水利用效率均显著高于I,处理,最大增幅达到45.2％,与N1、N3处理相比,N2处理的氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率最大增幅分别达到15.2％、31.8％.综上,以70％～80％θf测墒补灌且施氮量为210 kg·hm-2可以有效提高冬小麦水氮利用效率并降低农田氮素气态损失.

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响.阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素循环与转化对火干扰的响应机理至关重要.而现有关于火干扰对土壤氮素循环与转化的影响研究结果还不尽一致,其影响机制尚不明晰.笔者通过查阅大量相关文献,重点论述了火干扰对土壤氮循环中氮素损失、氮素固持、氮矿化、反硝化和气态氮排放等关键过程的影响,以及火干扰对土壤氮素循环与转化的影响机制,认为土壤氮素循环与转化的特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间、火后恢复方式、火后产物黑碳和灰分)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,并从火干扰对土壤氮循环的影响机制、火干扰对土壤氮素循环的长期影响、火干扰后产物对土壤氮素循环影响等3个方面进行探讨与展望,以期深入了解火干扰下土壤氮素循环的特征.

为明确膨润土-腐殖酸型改良剂对西辽河平原灌区沙质土壤NH3挥发和N2O排放、玉米氮肥利用率和产量的影响,设置了不施氮肥且不施改良剂(CK)、只施改良剂(30t·hm-2,B0)、只施纯氮(160 kg hm-2,No)、改良剂与纯氮配施(30 t·hm-2,160 kg·hm-2,NB)和改良剂与纯氮配施(60 t·hm-2,160 kg·hm-2,NB2)5个处理.结果 表明:西辽河平原沙质土壤氮素的气态损失主要以NH3挥发为主,N2O排放次之.土壤NH3和N2O排放在玉米生育时期的变化为:CK和Bo整个生育期内变化平稳;而施用氮肥的各处理的变化表现为先迅速升高,后降低,最后趋于平稳.较CK而言,处理Bo对土壤氮素的气态损失无影响,但显著提高了玉米籽粒产量(P≤0.05).氮肥与改良剂配施降低了土壤氮素的气态损失,提高了氮素利用率,增加了玉米产量和蛋白质含量.处理NB2对氮素气态损失的抑制效果最佳,但氮素利用率和玉米籽粒产量显著低于处理No;处理NB的氮素利用率、玉米籽粒产量和籽粒蛋白质含量最大,分别较处理No提高了21.31％、8.66％和40.03％.因此,在沙质土壤上施用膨润土-腐殖酸型改良剂可减少土壤氮素气态损失,提高玉米氮肥利用率、籽粒产量和品质.该研究为提高沙质土壤氮素利用及土壤改良提供了一条新途径.

[背景]土壤中的反硝化作用形成气态产物N2O和N2,会导致氮素的气态损失,并造成温室效应.硫化物对土壤的N2O还原具有抑制作用,但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚.[目的]研究有无外加碳源情况下,硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N2O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响.[方法]分别设置不同量葡萄糖(0和1 000 mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150 mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理,进行室内微宇宙培养实验,利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N2O和N2的积累量,通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量,利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构.[结果]硫化钠的添加显著抑制N2O还原,但是其对于N2O积累量没有显著影响,却显著降低了NO的积累量.硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑制N2O还原酶的活性,并且抑制固氮弧菌属(Azoarcus)、微枝形杆菌属(Microvirga)、剑菌属(Ensifer)、氮氢单胞菌属(Azohydromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、申氏杆菌属(Shinella)和西索恩氏菌属(Chthoniobacter)的基因转录,降低它们的转录本丰度,结合Kyoto Encyclopedia of Genesand Genomes (KEGG)数据库的查询结果,发现硫化钠的添加抑制了不产生N2O的N2O还原反硝化细菌的生长.[结论]堆肥或其他原因引起的土壤硫化物增加,导致反硝化过程N2O还原被抑制的原因是由于其对氧化亚氮基因转录的抑制和对不同反硝化菌的选择作用,研究结果有助于认识硫化物对氮代谢影响的微生物机制.

为了探究旱地土壤施入氮肥后的气态氮(N2O和N2)损失规律,本研究通过室内好氧培养试验(60 d,25℃,80％孔隙含水量),运用15N同位素示踪技术,研究了4个玉米地土壤(哈尔滨、沈阳、栾城、寿光)和2个设施菜地土壤(沈阳、寿光)在施入尿素后的氮转化、N2O和N2排放动态.试验中尿素添加量为167 mg N·kg-1,以模拟田间氮肥施用量200 kg N·hm-2.结果 表明:在4个玉米地土壤中,尿素施用60 d内N2O累积排放量为寿光(20 mg N·kg-1)＞栾城(14 mg N·kg-1)＞沈阳(5 mg N·kg-1)＞哈尔滨(0.5mgN·kg-1),N2累积排放量为栾城(176mgN· kg-1)＞沈阳(106 mg N·kg-1)＞寿光(75 mg N·kg-1)＞哈尔滨(12 mg N·kg-1);在2个设施菜地土壤中,寿光土壤N2O累积排放量(21 mg N·kg-1)是沈阳(2 mg N·kg-1)的10倍,而两个站点N2累积排放量分别为28和24 mg N·kg-1.不同土壤N2O排放占两种气体排放总量的5％ ～40％,其中寿光土壤(30％ ～ 40％)显著高于其他样地土壤(1％～10％).在土壤排放的N2O和N2中,土壤氮库分别贡献了56％和61％,高于添加当季氮肥的贡献率.相关分析表明,N2O累积排放量与本底土壤pH呈正相关,说明土壤本底pH可能是调控不同旱地土壤N2O和N2排放的重要环境因子.在华北碱性土壤区,采用能降低土壤pH值的措施可能具有较好的气态氮减排效果.

土壤氮转化过程是森林生态系统氮循环的重要组成部分,调控着土壤可利用氮的含量,决定了土壤氮素的存留状况.大气氮沉降增加是全球变化研究领域的重点问题之一,氮和磷作为影响植物生长最主要的矿质元素,人类活动加剧造成的氮磷养分输入的变化已经成为影响森林生态系统土壤氮循环的重要因素之一.截至目前,国内外已开展了大量关于氮磷输入对森林生态系统土壤氮转化影响的研究,但仍缺乏对该问题的统一结论和整体认知,这在相对"氮富集"、"磷限制"的热带森林尤为突出.本文综述了国内外关于热带森林土壤氮转化和氮损失对氮磷养分添加响应的研究结果,以期概述该问题的普遍规律并揭示其潜在机理.目前的研究趋于认为,长期氮输入使热带森林土壤氮转化过程加速,进而提高了 土壤有效氮含量以及增强生态系统氮损失(通过气态排放和液态淋溶);磷添加则趋向于刺激植物-土壤之间的养分循环,降低热带森林土壤氮素损失速率,从而有利于土壤氮素的存留;氮磷同时添加对热带森林土壤氮转化过程可能不存在交互作用.在氮磷添加下,土壤环境条件、土壤有机质、凋落物性质、微生物群落组成等的变化可能是造成热带森林土壤氮转化速率大小和方向发生改变的潜在机理.同时,结合已有研究现状,指出了当前相关研究存在的问题及未来研究方向.

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N2O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据.本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N2O排放及氨挥发的变化动态.结果表明:1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg-1·d-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9％,N+NI处理显著降低22.9％;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0％.2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH3累积排放量均显著增加约49％;N+UI处理降低了 NH3累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显.3)各处理的N2O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N2O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87μg·kg-1·h-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N2O排放的效果最佳.综合计算各处理直接N2O和间接N2O(NH3)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了 34.8％和40.9％,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了 45.9％和60.5％.因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳.

保护性耕作是退化黑土地培肥地力的重要措施,但地力提升后氮肥减施条件下保护性耕作农田的稳产增产是否具有可持续性尚不明晰.本研究依托中国科学院保护性耕作研发基地的长期免耕定位试验研究平台,设置常规垄作(RT)、免耕无秸秆还田(NTO)、免耕100％秸秆还田(NTS)和连续9年免耕100％秸秆还田培肥后氮肥减施20％(RNTS)4个处理,采用15N示踪田间微区试验,探究长期保护性耕作培肥地力下氮肥减施对玉米产量和肥料氮转化的影响.结果表明:经过一个完整生育期,不同耕作方式下肥料氮在东北黑土农田中的土壤残留率、植株利用率和气态损失率平均比例分别为34％、50％和16％;与常规垄作相比,保护性耕作(NTS和RNTS)使肥料氮当季利用效率显著提高了 10％～14％.通过氮素来源分析发现,不同耕作方式下植株及各部位(籽粒、秸秆、根和玉米芯)吸收的肥料氮占其总吸氮量的比例均在40％左右,土壤始终是为作物供应氮素的主体;与常规垄作相比,保护性耕作通过降低土壤扰动、增加有机质输入显著提高了0～40 cm土壤全氮储量,有效保障了退化黑土地农田土壤氮库扩容增效.2016-2018年,NTS和RNTS处理玉米产量较常规垄作显著提高.综上,长期实施免耕秸秆覆盖还田耕作方式,可提高肥料氮当季利用效率、保障土壤对作物持续供氮,即使氮肥减施20％,也可实现连续3个生长季玉米稳产高产,同时降低肥料氮损失带来的环境风险,实现东北黑土地农业绿色可持续发展.