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.

在黄淮砂姜黑土区冬小麦-夏玉米复种两熟种植体系中,研究了小麦季3种耕作方式(常规翻耕、旋耕和深松)结合夏玉米播前3个施氮量(120、225和330 kg·hm-2)对玉米季主要生育时期根际土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性、无机氮含量和产量的影响.结果表明:旋耕方式下氨化作用强度最高,且随着施氮量的增加,土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性增强.深松方式下根际土壤硝化、反硝化作用强度与脲酶活性明显高于常规与旋耕方式.增施氮肥可加强深松方式对土壤氮素转化的促进作用,而过量施氮虽然提高了土壤无机氮含量及玉米产量,但会对土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性产生抑制.深松方式结合225 kg·hm-2施氮量更有利于砂姜黑土区夏玉米土壤氮素转化,而深松方式结合330kg·hm-2施氮处理下产量最高.

[背景]N2O是一种很强的温室气体,其温室效应强度大约是CO2的265倍.土壤氮肥施加量是影响N2O排放的重要因素,而厌氧条件下微生物反硝化则是N2O产生的重要途径.[目的]研究过量施肥条件下蔬菜大棚土壤菌群结构变化及其对N2O气体排放的影响.[方法]利用自动化培养与实时气体检测系统(Robot)监测土壤厌氧培养过程中N2O和N2排放通量,比较过量施肥和减氮施肥模式下土壤N2O排放模式的差异.通过Illumina二代测序平台对这2种不同施肥处理的土壤微生物群落进行高通量测序,研究不同施肥量对土壤菌群组成的影响.[结果]过量施肥土壤中硝酸盐的含量大约是减氮施肥土壤的2倍,通过添加硝酸盐使2种土壤的硝酸盐含量均为60 mg/kg或为200 mg/kg时,过量施肥土壤在厌氧培养前期N2O气体的产生量及产生速度都明显高于减氮施肥土壤.另外,过量施肥导致土壤菌群结构发生显著改变,并且降低了土壤微生物的多样性.相对于减氮施肥,过量施肥方式富集了Rhodanobacter属的微生物.PICRUSt预测结果显示,传统施肥没有显著改变反硝化功能基因相对丰度.[结论]长期过量氮肥施用显著增加了土壤N2O的排放,可能原因是施肥改变了包括氮转化相关微生物在内的土壤菌群组成,从而影响了土壤N2O气体的形成与还原过程.

研究秸秆还田后土壤硝化特性和氨化特性的改变及其与相关菌群数量变化的关系,为进一步研究秸秆还田对土壤氮素循环的影响提供参考.测定秸秆还田后植株生长过程中不同时间土壤硝化特性和氨化特性,以及相应的硝化细菌、氨化细菌、固氮菌的数量,将结果与无秸秆的空白对照区进行比较、分析.整个植株生长过程中,秸秆还田土壤中相关菌群数量以及氨化作用强度和硝化作用强度均明显高于空白对照,其中氨化菌、硝化菌和固氮菌为空白对照的1.3 ～1.6倍;氨化作用强度和硝化作用强度分别为空白对照的1.1和1.8倍.结果表明,秸秆还田可以有效提高土壤氨化活性和硝化活性以及相关菌群的数量和活性,相关菌群数量的变化与土壤氨化活性和硝化活性呈正相关.

[背景]高度集约化的对虾养殖业面临着日益严重的水污染问题,同步高效降解养殖废水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐是对虾养殖业健康可持续发展的重要保障之一.[目的]通过分别固定化硝化菌群(Nitrifying bacterial consortia,NBC)和芽孢杆菌,优化菌群空间结构,提高菌群功能,实现同步高效降解对虾养殖废水中的有机物、亚硝酸盐和氨氮,保障南美白对虾养殖的可持续发展.[方法]采集养殖虾塘底泥进行硝化细菌自养富集和连续培养,利用16SrRNA基因高通量测序技术分析硝化菌群组成.从5株芽孢杆菌中筛选化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)降解能力最强的菌株.选用吸附和成球效果好的无毒包埋材料,通过正交实验优化固定化配方提高机械强度.选择硝化菌群和芽孢杆菌最适使用浓度进行分别固定化并联合应用于对虾养殖废水的处理.[结果]高通量分析结果显示硝化菌群中变形菌门(Proteobacteria,61.10％)占绝对优势,具有自养硝化功能的类群丰度达12.69％并呈高多样性.还包含丰度达47.44％的具有反硝化功能或者潜在反硝化功能的优势菌群和丰度达12.85％的光合细菌,是高有机负荷下硝化作用的重要补充,并可通过反硝化作用实现真正脱氮.COD降解能力最强的是解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefacien) YL-10,48 h内COD降解率达100％.固定化最佳配方为贝壳粉5％、海藻酸钠3％、交联剂氯化钙为4％、优化后的固定化小球其机械强度可达129.68 mN.固定化使硝化菌群的氨氮和亚硝酸盐降解率分别提高了128.13％和130.11％ (P＜0.05),但对芽孢杆菌YL-10的COD降解率无明显提高.1×108 CFU/mL为硝化菌群和芽孢杆菌YL-10在养殖废水中最适使用浓度.在固定化硝化菌群和芽孢杆菌YL-10联合作用下,对虾养殖废水的氨氮、亚硝酸盐和COD浓度在48 h内分别由初始的6.32±0.12、5.69±0.11和65.29±1.14 mg/L降至0.03±0.03、0.06±0.01和0 mg/L (P＜0.05),降解率分别为99.57％、99.03％和100％.[结论]通过优化固定化有效提高硝化菌群的硝化作用,联合COD降解能力强的芽孢杆菌,同步高效降解对虾养殖废水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐,为规模化应用于南美白对虾高密度养殖提供科学依据.

凋落物作为森林生态系统碳库的重要组成部分对森林土壤碳、氮循环具有重要作用.为探讨香樟凋落叶对土壤碳、氮循环的影响,室内模拟研究了10％、20％和30％3种土壤含水量条件下香樟凋落叶覆盖森林土壤中碳、氮元素的变化.结果表明:3种含水量条件下香樟凋落叶覆盖均显著增加了土壤CO2排放速率和土壤溶解性有机碳(WSOC)含量,但显著降低了土壤中硝态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖能够增强土壤呼吸强度和碳矿化,抑制土壤硝化作用;香樟凋落叶覆盖能够显著增加10％含水量土壤中铵态氮含量,但降低了20％和30％含水量土壤铵态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖对土壤铵态氮含量的影响与土壤含水量有关.香樟凋落叶中部分单萜烯浓度在不同土壤含水量条件下分别与土壤CO2排放速率和铵态氮含量呈显著正相关,而与土壤WSOC和硝态氮含量呈显著负相关,说明香樟凋落叶覆盖对土壤碳、氮循环的影响可能与凋落叶中的单萜烯有关.

对全球大洋氮循环的研究发现,大洋输入和输出的氮存在严重的不平衡,所固定的氮中有相当一部分被还原为N2或N2O从大洋中流失,而海洋最小含氧带(OMZ)被认为是发生氮流失的最主要区域,通过反硝化作用和厌氧氨氧化作用,固定氮在OMZ海区内损失量可达40～450 Tg·a-1.对不同海区OMZ内固定氮损失的两种主要作用总结发现,异养反硝化作用在热带太平洋东部、阿拉伯海的OMZ内以及海洋沉积物内占有显著优势,在智利、秘鲁沿岸海域及阿拉伯海域也已发现自养反硝化作用的存在;而在黑海、非洲西南部的本格拉上升流、智利北部沿岸等地,厌氧氨氧化作用强烈,且其在陆架区的作用强度和面积要大于大洋区.OMZ氮的流失除受氮流失过程自身影响外,固氮作用、硝化作用、硝酸盐异化还原作用等都可能对OMZ海区内氮收支不平衡造成影响.其中固氮作用的影响最不能忽视,其在全球OMZ内固定的氮的总量可达15～40 Tg·a-1,是对OMZ氮流失量的重要补充.区分反硝化作用和厌氧氨氧化作用对OMZ氮流失的相对贡献,明确氮流失的另一产物N2O的形成机制和定量评估方法是当前OMZ氮流失研究中存在的最主要问题.本文针对存在问题提出了相应的研究设想,以期为海洋最小含氧带的研究提供参考.

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明:与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N2O和CH4累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N2O的累积排放.秸秆还田显著增加了N2O和CH4累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.

选择中亚热带毛竹人工林为研究对象,利用野外原位和室内培养相结合的方法,探讨不同间伐强度(25％间伐、50％间伐)和林下植被剔除对土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响.结果 表明,25％间伐显著增加土壤氨化速率(P＜0.01),但降低硝化速率(P＜0.01);50％间伐显著增加土壤硝化速率(P＜0.01),而林下植被剔除显著降低土壤硝化速率(P＜0.01).相关分析的结果表明,土壤氨化速率与有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量呈显著负相关关系;硝化速率与SOC、含水量(SWC)呈显著正相关关系,与铵态氮(NH4+-N)含量呈显著负相关关系.随着温度的升高,不同处理下的氨化速率均显著增加(P＜0.01),而硝化速率显著降低(P＜0.01).25％间伐显著降低土壤净氮矿化和氨化过程的Q10值,对硝化过程的Q10值影响不显著;50％间伐对氨化和硝化过程的Q10值影响均不显著;林下植被剔除对氨化过程的Q10值影响不显著,但显著增加硝化过程的Q10值.不同处理下的土壤氮矿化过程的Q10值介于1.17-1.36之间.25％间伐和林下植被保留有利于毛竹林土壤氮素的供给.

比较分析投加不同微生态制剂的海水养殖系统硝化功能建立的过程,为实际应用提供依据.利用海水素构建4个海水养殖系统,通过投加硝化细菌、光合细菌、枯草芽胞杆菌3种微生态制剂以及纤维毛球作为生物膜载体,比较分析不同养殖系统硝化功能的建立过程及硝化强度差异.投加硝化细菌+光合细菌和硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统硝化功能建立时间分别为108 h和96 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.69 mg/(L·d)和1.36 mg/(L·d);添加纤维毛球的生物膜系统与生物絮团系统硝化功能建立时间分别为96 h和120 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.36 mg/(L·d)和0.98 mg/(L·d);投加碳源系统和对照系统硝化功能建立时间分别为84 h和96 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.18 mg/(L·d)和1.36 mg/(L·d).硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统硝化功能建立时间更短,但系统硝化强度低于硝化细菌+光合细菌系统;生物膜系统硝化强度高于生物絮团系统且硝化功能建立更快;添加碳源能够加快系统硝化功能建立过程,但降低了硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统的硝化强度.