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不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土NO排放的影响及其机制

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土壤 2024年

作者：马明坤陆玉芳王方嘉俞海冰施卫明土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 中国科学院大学

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制，通过21d的土柱淹水培养试验，比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N2O排... 详细信息

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制，通过21d的土柱淹水培养试验，比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N2O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明：不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N2O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N2O排放总量44.5%和43.9%，而DCD和LN对N2O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同，1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长；MHPP仅可以抑制AOA的生长；其中，AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N2O的排放呈显著正相关关系。同时，1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-amoA+AOB-amoA、nirS+nirK和AOA-amoA+AOB-amoA+nirS+nirK的比值，且nosZ基因丰度及其相关比值与土壤N2O排放均呈显著负相关关系。总之，生物硝化抑制剂1,9-D和MHPP引起的AOA-amoA和nosZ基因丰度变化在红壤性水稻土N2O减排方面发挥了重要的作用。

关键词：生物硝化抑制剂红壤性水稻土 N2O AOA-amoA nosZ

不同生物硝化抑制剂对红壤性水稻土N_(2)O排放的影响及其机制

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土壤 2024年第1期56卷 19-27页

作者：马明坤陆玉芳王方嘉俞海冰施卫明土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 南京210008 中国科学院大学北京100049

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N_(2)O... 详细信息

为揭示不同生物硝化抑制剂(BNIs)对红壤性水稻土N2O排放的影响差异及作用机制,通过21 d的土柱淹水培养试验,比较了三种BNIs 1,9-癸二醇(1,9-D)、亚麻酸(LN)和3-(4-羟基苯基)丙酸甲酯(MHPP)与化学合成硝化抑制剂双氰胺(DCD)对土壤N_(2)O排放及相关硝化、反硝化功能基因的影响。结果表明:不同BNIs(1,9-D、LN、MHPP)可以显著平均降低土壤N_(2)O日排放峰值40.1%;1,9-D和MHPP可分别抑制N_(2)O排放总量44.5%和43.9%,而DCD和LN对N2O排放总量没有显著影响。1,9-D和MHPP对AOA(氨氧化古菌)、AOB(氨氧化细菌)硝化菌和nirS、nirK型反硝化菌的调控均有所不同,1,9-D可以同时抑制AOA、AOB和nirS微生物的生长;MHPP仅可以抑制AOA的生长;其中,AOA-amoA和nirS基因丰度与土壤N_(2)O的排放呈显著正相关关系。同时,1,9-D和MHPP均增加了nosZ基因丰度及其与AOA-amoA+AOB-amoA、nirS+nirK和AOA-amoA+AOB-amoA+nirS+nirK的比值,且nosZ基因丰度及其相关比值与土壤N2O排放均呈显著负相关关系。总之,生物硝化抑制剂1,9-D和MHPP引起的AOA-amoA和nosZ基因丰度变化在红壤性水稻土N_(2)O减排方面发挥了重要的作用。

关键词：生物硝化抑制剂红壤性水稻土 N_(2)O AOA-amoA nosZ

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丁香酸对不同品种烟草苗期根系生长的影响

土壤 2024年第1期56卷 35-41页

作者：俞海冰陆玉芳汤利施卫明高维常郭亚利朱迪云南农业大学资源与环境学院昆明650500 土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 南京210008 贵州省烟草科学研究院烟草行业山地烤烟品质与生态重点实验室贵阳550081 贵州省烟草公司黔西南州公司贵州兴义562400

为探究最新发现的植物源生物硝化抑制剂丁香酸对烟草品种K326和云烟85苗期根系生长的影响,通过基质培养试验,设置0、10、25、50、100、200 μmol/L 6个丁香酸浓度,研究了不同浓度丁香酸在不同时间(3 d和5 d)对K326和云烟85主根伸长量和... 详细信息

为探究最新发现的植物源生物硝化抑制剂丁香酸对烟草品种K326和云烟85苗期根系生长的影响,通过基质培养试验,设置0、10、25、50、100、200 μmol/L 6个丁香酸浓度,研究了不同浓度丁香酸在不同时间(3 d和5 d)对K326和云烟85主根伸长量和一级侧根发育的影响。结果表明:与对照(0 μmol/L)相比,25~100 μmol/L丁香酸能促进K326主根伸长,在3 d时促进率为13.33%~30.67%,在5 d时促进率降为8.54%~22.55%,最适浓度为50 μmol/L;10~50 μmol/L丁香酸促进云烟85主根伸长,在3 d时促进率为7.81%~18.75%,在5 d时促进率维持在4.10%~10.66%,最佳促进浓度25 μmol/L;丁香酸对两个烟草品种主根伸长的促进效果均为3 d优于5 d。在侧根发育方面,低浓度丁香酸能显著促进K326和云烟85一级侧根数,两个品种促进侧根发育的最适浓度均为25 μmol/L。相关性分析表明,丁香酸处理下两个烟草品种苗期的主根伸长变化率与侧根数变化率呈显著正相关。可见,适宜浓度的丁香酸对两个典型烟草品种苗期主根增长和侧根发育均为促进效应。生物硝化抑制剂丁香酸具有促进烟草根系生长的潜力,为研发烤烟新型专用肥提供了理论依据。

关键词：生物硝化抑制剂丁香酸主根伸长量一级侧根数量 K326 云烟85

不同土壤改良措施对大棚菜地高度盐渍化土壤改良效果研究

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中国土壤与肥料 2024年第4期 9-16页

作者：程明琨闵炬巨昇容潘云枫赵冬青杨东平施卫明佛山科学技术学院国际膜生物学与环境研究中心广东佛山528000 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008 宜兴市土肥站江苏宜兴214206

设施菜地土壤次生盐渍化现象普遍,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。以高度和超高度大棚次生盐渍化土壤为对象,研究不同土壤改良措施对大棚青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。在两种盐渍化程度的大棚土壤上分别开展田间试验,设置... 详细信息

设施菜地土壤次生盐渍化现象普遍,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。以高度和超高度大棚次生盐渍化土壤为对象,研究不同土壤改良措施对大棚青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。在两种盐渍化程度的大棚土壤上分别开展田间试验,设置相同的6个处理:不施氮肥(0%N)、常规施氮(100%N)、施石灰氮+常规施氮(Lime+100%N)、施石灰氮+减氮20%(Lime+80%N)、施石灰氮+填闲玉米+常规施氮(Lime+corn+100%N)和施石灰氮+填闲玉米+减氮20%(Lime+corn+80%N)。结果表明:与100%N处理相比,Lime+corn+80%N处理的青菜产量在高度、超高度次生盐渍化土壤上分别增产91.8%(11.3 t/hm^(2))和62.2%(5.6 t/hm^(2)),显著提高了氮肥利用率。在高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮可使土壤电导率降低16.0%~19.7%(P<0.05),对土壤pH无显著影响;与施石灰氮处理(Lime+100%N和Lime+80%N)相比,土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了49.4%和55.2%(P<0.05),土壤pH升高3.4%和12.6%。在超高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮处理对土壤电导率无显著影响,可使土壤p H升高14.1%~16.0%(P<0.05);与施石灰氮处理相比,土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了43.7%和49.2%(P<0.05)。不同土壤改良措施在高度盐渍化土壤上显著提高了土壤孔隙度,降低了土壤有效磷和速效钾含量,而在超高度盐渍化土壤上影响不显著。

关键词：设施蔬菜次生盐渍化土壤酸化土壤pH 产量氮肥利用率

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中国农业面源污染防控研究进展与工程案例

土壤学报 2023年第5期60卷 1309-1323页

作者：施卫明王远闵炬土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

农业面源污染具有发生分散、随机,排放不确定性,污染物浓度波动大、类型复杂,污染面广量大的特点,其综合防治一直是世界性难题。当前,我国面源污染防控首要的问题为污染“家底”不清,不同部门或研究学者对农业面源污染负荷估算差别大。... 详细信息

农业面源污染具有发生分散、随机,排放不确定性,污染物浓度波动大、类型复杂,污染面广量大的特点,其综合防治一直是世界性难题。当前,我国面源污染防控首要的问题为污染“家底”不清,不同部门或研究学者对农业面源污染负荷估算差别大。基于几十年定位、全程的科学观测数据,本研究认为,虽然国家污染普查数据和很多学者的估算数据,均高估了种植业源排放量占面源污染总量的比例,但种植业源排放总量仍然很高,必须给予充分的重视和防控。结合中国30多年的面源污染防控经验,中国科学院南京土壤研究所学者提出了农业面源污染控制的3R(“减源—拦截—修复”)和4R策略(“源头减量—生态拦截—循环利用—生态修复”),并伴随着防控技术升级和组合优化、技术产品化和装备化,逐渐完善扩展为4R^(+),为我国农业面源污染防控提供了理论支撑和应用指导,在一些典型地区进行工程化实施后,形成了农业面源污染防控的成功经验和案例。然而,农业面源污染防控的工作仍然面临着许多挑战,深入了解土壤与污染物之间的相互作用机制将尤为关键。此外,为实现资源的高效循环使用,还必须进一步提高氮、磷等关键污染物的净化与回收效率,确保在增加农业产值的同时降低对环境的污染负荷。

关键词：农业面源污染 4R策略成功工程案例污染防控种植业源排放

磷肥减施对集约化露天菜地周年磷损失削减效果评价

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土壤学报 2023年第1期60卷 224-234页

作者：王瑞施卫明李奕林土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

集约化菜地因高量施肥以及大水漫灌导致其在农田磷污染排放中的占比最高,目前已成为种植业磷损失的优先阻控对象。在定量评估菜地周年磷损失量的基础上,明确蔬菜合理的磷肥投入阈值范围,通过源头控制菜地磷的迁移、流失,对于有效降低中... 详细信息

集约化菜地因高量施肥以及大水漫灌导致其在农田磷污染排放中的占比最高,目前已成为种植业磷损失的优先阻控对象。在定量评估菜地周年磷损失量的基础上,明确蔬菜合理的磷肥投入阈值范围,通过源头控制菜地磷的迁移、流失,对于有效降低中国农业面源污染造成的环境压力具有重要意义。以太湖流域露天菜地为研究对象,设置农民习惯施磷(对照)和减量施磷处理(减施20%、30%、50%和100%),通过为期一年的蔬菜轮作试验,明确土壤磷素环境阈值及磷素周年径流流失特征。结果表明,菜地磷环境阈值为78.9 mg·kg^(-1),所有处理土壤表层有效磷(Olsen-P)含量均超过环境阈值。随施磷量的减少,菜地总磷(TP)径流损失浓度降低,并主要以可溶性磷(DP)流失形态为主,DP/TP比例为50.1%~63.1%。磷径流损失负荷呈现出明显的季节性特征,夏秋季磷素流失量为1.93~3.26 kg·hm^(–2)(以P计),占全年磷素流失通量的59.2%~63.2%。结构方程模型结果表明,当季施磷量直接且极显著影响TP流失浓度,并且TP流失浓度对TP流失负荷存在极显著的正向影响,影响系数为0.97。菜地施肥处理的磷肥流失系数在1.36%~3.33%,减磷50%的流失系数最低。与对照相比,随施磷量的减少,磷径流损失削减效果越好,减磷100%的削减率达41.5%。三季蔬菜种植中,减磷20%和减磷30%处理的蔬菜产量和对照无显著差异,减磷20%处理出现增产趋势。综合考虑环境风险和经济产量,推荐露天菜地减施20%~30%的磷肥比较适宜。

关键词：磷环境阈值径流露天菜地流失负荷

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中国植物营养生物学研究重要进展和展望

植物营养与肥料学报 2022年第12期28卷 2310-2323页

作者：施卫明李光杰艾超周卫中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

植物营养生物学是重点研究植物活化、吸收、转运与利用养分的生理、分子及遗传机制的科学,是支撑基于植物营养生理和分子遗传的农业养分高效新技术、新品种、新肥料可持续发展的重要基础学科之一。30多年来,中国植物营养生物学研究取得... 详细信息

植物营养生物学是重点研究植物活化、吸收、转运与利用养分的生理、分子及遗传机制的科学,是支撑基于植物营养生理和分子遗传的农业养分高效新技术、新品种、新肥料可持续发展的重要基础学科之一。30多年来,中国植物营养生物学研究取得了显著进展,尤其是近5年来,中国植物营养生物学领域的科学家在国际综合性学术期刊及植物科学主流期刊发表的论文数量大幅增加,在营养元素高效、营养逆境耐性、根际和根系分泌物等若干领域取得了重要成果。本文评述了近5年来中国科学家在植物营养生物学若干领域取得的重要研究进展,以期追踪和报道当前中国植物营养生物学科领域发展的前沿和热点,并对存在的问题和未来的发展方向进行了探讨。

关键词：基因营养元素高效营养逆境耐性根际根系分泌物

过氧化脲及尿素配比对水培上海青生长及品质的影响

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土壤 2022年第2期54卷 240-246页

作者：王瑞李奕林喻敏施卫明佛山科学技术学院国际膜生物学与环境研究中心广东佛山528000 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

水培蔬菜中硝酸盐富集及供氧状况是当前水培体系亟待解决的问题。为降低水培上海青Brassica campestris ssp.Chinensis(L.)硝酸盐含量,本研究分别通过部分尿素替代日本园试配方中硝酸盐,以及不同过氧化脲(UHP)与尿素配比的方式,探究减... 详细信息

水培蔬菜中硝酸盐富集及供氧状况是当前水培体系亟待解决的问题。为降低水培上海青Brassica campestris ssp.Chinensis(L.)硝酸盐含量,本研究分别通过部分尿素替代日本园试配方中硝酸盐,以及不同过氧化脲(UHP)与尿素配比的方式,探究减硝增氧对水培叶菜生长及品质的影响。首先以30%、40%、50%、100%尿素替代硝态氮来优化日本园试配方,其中50%尿素替代处理能显著提高叶菜产量,同时对根系有明显促生作用。然后在此基础上以10%、30%、50%和80%UHP替代改良日本园试配方中的尿素,从而确定UHP、尿素及硝态氮的最佳比例。结果表明:随着UHP浓度的增加,营养液中溶解氧浓度显著增加,与对照相比,施用UHP的处理溶解氧浓度提高7.63%~39.70%。与对照相比,30%UHP处理增产27.65%,总根长、根表面积、根粗、根体积及根尖数分别增加24.68%、36.92%、16.90%、28.19%和28.89%,但高浓度(50%和80%)UHP处理显著抑制上海青生长。30%UHP处理显著提高上海青叶绿素含量及VC含量,与对照相比,分别增加71.25%和34.91%。随着UHP浓度的增加,上海青叶片硝酸盐含量呈下降趋势,与对照相比,10%、30%、50%和80%UHP处理硝酸盐含量显著降低3.89%、9.69%、22.71%和26.87%。因此,在蔬菜水培栽培管理中,适量增氧减硝能够刺激根系发育,同时有利于提高上海青的产量及品质,其中UHP∶尿素∶硝酸盐中氮含量比例为3∶7∶10为最佳配比。

关键词：水培上海青过氧化脲尿素品质

高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

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土壤学报 2022年第4期59卷 924-934页

作者：李慧敏王瑞仲月明施卫明李奕林土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物... 详细信息

蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话(蔬菜间套作根系互作)、植物-微生物对话(蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作)以及微生物-微生物对话(菜地解磷微生物与根际微生物互作)在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。

关键词：根际对话蔬菜磷肥根系分泌物解磷微生物