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长期施肥下黑土不同团聚体氮组分的植物有效性差异

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植物营养与肥料学报 2018年第6期24卷 1581-1587页

作者：杨洪波申艳徐明岗史天昊段英华中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室北京100081 亿利生态修复股份有限公司北京100022

【目的】土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。【方法】依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了... 详细信息

【目的】土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。【方法】依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了室内土壤培养试验和黑麦草盆栽试验。供试土壤选择的定位试验处理包括不施肥(CK)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾+秸秆(NPKS)、氮磷钾+农家肥(NPKM)。采集1000 g土样于2 L塑料瓶内,加入15N丰度为20.12%的尿素0.247 g,置于25℃培养箱中恒温控湿培养40天。培养完成后将土样风干,将有机物分为粗游离颗粒有机物(cfPOM,>250μm)、微团聚体有机物(iPOM,53～250μm)和矿物结合有机物(MOM,氮含量在MOMo的NPK处理最大,在其他三个组分均表现为CK>NPK>NPKS>NPKM,其中cfPOM组分氮固持量与黑麦草氮含量表现一致;黑麦草吸收的氮素主要来自cfPOM和MOMo组分中(0.1～0.21 mg/pot),在其他组分下不足0.05 mg/pot;cfPOM、iPOM、MOMi和MOMo中的氮素利用率分别为14.1%～19.3%、5.5%～15.4%、3.1%～4.9%和12.7%～23.6%,在NPKM处理下,以cfPOM组分中最高,为19.3%,在NPK处理下以MOMo组分最高,为23.6%。【结论】施用有机肥可促进外源氮肥保存在粗游离颗粒中,其固持的氮有效性最高,有利于后季养分的供应。单施化肥处理团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高;团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高,但氮有效性很低。

关键词：团聚体氮固定氮供应氮肥利用率黑麦草

北京地区2003～2007年人类活动氮累积状况研究

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环境科学 2011年第6期32卷 1537-1545页

作者：韩玉国李叙勇南哲李波中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 北京市水文总站北京100089

人类活动引起的生态系统的氮输入和累积对区域环境特别是水环境有着潜在的重要影响.引入人类活动净氮累积的概念(net anthropogenic nitrogen accumulation,NANA),将NANA定义为人类活动氮的输入和输出之差,它是通过大气沉降、肥料应用... 详细信息

人类活动引起的生态系统的氮输入和累积对区域环境特别是水环境有着潜在的重要影响.引入人类活动净氮累积的概念(net anthropogenic nitrogen accumulation,NANA),将NANA定义为人类活动氮的输入和输出之差,它是通过大气沉降、肥料应用、人类食物和动物饲料、氮固定和河流的累积这五项来计算的.研究发现,北京市NANA值从2003年的12 557kg.(km2.a)-1下降到2007年的11 606 kg.(km2.a)-1,其年累积量是其他国家有关研究区域的2～6倍左右,且NANA的分布情况与人口分布及土地利用类型分布密切相关,NANA的变化主要与人口密度和肥料施用量相关.对整个北京地区而言,大气沉降氮是NANA最主要的来源,占总NANA的51%,其次为氮肥的施用37.4%和净人类食物和动物饲料的氮累积16.6%.人口密度和肥料应用量是影响NANA变化的主要因素,累积下来的氮元素主要分布在土壤、河流水系、动植物体内和大气中,通过对氮元素的来源和扩散途径的控制可以有效抑制氮元素对环境的影响.

关键词：人类活动氮累积大气沉降氮肥应用食物产品氮固定

温带阔叶林中氮的保留机制 :“春坝”假设及研究实例(英文)

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植物生态学报 2003年第1期27卷 11-15页

作者： Natthew WARREN 邹晓明 Institute for Tropical Ecosystem Studies

在过去的半个世纪中 ,森林生态系统物质能量流动模型的发展使得生态学者对矿物元素的来源、去处、转换速率及其干扰破坏的影响有了进一步的认识。其中“春坝”假设提出 :在早春来临之际 ,林冠树木仍处于冬眠之时 ,林下地被植物先于林冠... 详细信息

在过去的半个世纪中 ,森林生态系统物质能量流动模型的发展使得生态学者对矿物元素的来源、去处、转换速率及其干扰破坏的影响有了进一步的认识。其中“春坝”假设提出 :在早春来临之际 ,林冠树木仍处于冬眠之时 ,林下地被植物先于林冠树木发芽开花 ,吸收土壤养分于植物体内 ,使得养分免于因雨水或雪水而造成的淋失而得以保留于森林生态系统中。本文对“春坝”假设的研究作一小结。现有的研究结果显示 ,早春地被植物对土壤氮的吸收量因不同生态系统而异 ;而土壤微生物对氮的吸收量远高于过去人们所认识的水平。早春地被物与土壤微生物都能在季节的变化中吸收土壤养分、共同起着“春坝”作用。两者所起作用大小因气候及生态系统的不同而有所改变。

关键词：温带阔叶林 “春坝”假设早春植物氮固定养分保留土壤微生物

Isolation and application of effective nitrogen fixation rhizobial strains on low-phosphorus acid soils in South China

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Chinese Science Bulletin 2009年第3期54卷 412-420页

作者： CHENG FengXiant CAO GuiQin WANG XiuRong ZHAO Jing YAN XiaoLong LIAO Hong Root Biology Center South China Agricultural University Guangzhou 510642 China

Soybean (Glycine max L.) is a very important food and oil crop in China. Legume-rhizobium symbiotic nitrogen (N) fixation is an important biological character and also the base of improving soil fertility of soybean. However, soybean production and development is severely limited in tropical and subtropical areas in China due to a lack of effective rhizobial inoculants adapting to low-phosphorus (P) acid soils. In the present study, 12 soybean rhizobial strains were isolated and purified from the nodules of two soybean genotypes contrasting in P efficiency, which were grown on different low-P acid soils with different soybean cultivation histories. Results from 16S rDNA sequence analysis showed that these 12 rhizobial strains belonged to the genus of Bradyrhizobium, which had higher nitrogenase activities compared to the control strain, Bradyrhizboium japonicum USDA110. A field experiment was carried out by applying rhizobial inoculants, a mixture of three rhizobial strains that showed the highest ni- trogenase activity, on a typical low-P acid soil in South China. The results showed that, without inocu- lation, no nodules were formed in the three soybean genotypes tested; with inoculation, the nodulation rates in all were 100%. Inoculation with rhizobial inoculants not only made many nodules formed, but also increased soybean shoot biomass and yield, and improved nitrogen (N) and P nutrient status. Among which, shoot dry weight, N and P content of a soybean genotype, Huachun 3, inoculated with rhizobium were increased 154.3%, 152.4% and 163.2% compared to that without inoculation, respec- tively. We concluded that: (i) The effective indigenous rhizobial strains isolated in this study from soybeans on low-P acid soils in South China have the characters of broad host range, high nodulation efficiency, efficient N fixation, great low pH and low P tolerance. (ii) Soil environment and host types are the key factors to screen the effective rhizobial strains. Considering

关键词：酸性土壤大豆根瘤菌氮固定

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市政污水污泥热解特性及其氮排放控制研究

市政污水污泥热解特性及其氮排放控制研究

作者：陈培骜华中科技大学

学位级别：硕士

污泥热解技术能够转化污泥中的污染物与病原体,实现能量回收以及高价值物质的提取,但污泥中氮含量较高,热解过程中含氮挥发分的排放会造成环境的污染。为了提高热解技术处理市政污水污泥的可行性,本文首先研究了市政污水污泥的热解特性... 详细信息

污泥热解技术能够转化污泥中的污染物与病原体,实现能量回收以及高价值物质的提取,但污泥中氮含量较高,热解过程中含氮挥发分的排放会造成环境的污染。为了提高热解技术处理市政污水污泥的可行性,本文首先研究了市政污水污泥的热解特性和氮转化路径;以此为基础,以强化热解过程羰基和氨基交互反应为出发点,探究了生物质与污泥共热解对热解产物、氮转化和氮固定的作用机制;为了进一步提升固氮效果,提出了生物炭高温吸收思路,最终得到较优固氮方案。首先通过固定床热解实验探究了不同产地市政污水污泥的热解特性;随后通过固定床实验和快速裂解气相色谱-质谱联用仪(PY-GC/MS)探究了热解温度与升温速率对市政污泥热解产物的影响,并分析氮转化路径。发现不同产地污泥中含量较多的前五种氨基酸相同,氮在热解过程中逐渐向杂环转化,在500～700℃,热解炭中氮的主要存在形式为吡啶氮。500℃时,武汉污泥单独热解炭的固氮率为34.30%。对于生物质与市政污水污泥共热解以实现氮固定的方法研究,发现纤维素会促进热解炭中吡咯与吡啶氮的生成,提高固氮率;在此基础上,探究了生物质添加种类、升温速率的影响。发现污泥与生物质共热解能提高热解油产率,促进CH的产生,污泥中氨基酸会与生物质中的综纤维素反应生成吡咯和吡啶氮,添加30%甘蔗渣与污泥共热解更为合适,其对不同产地污泥均能提高固氮率,提升幅度可达23.77%。对于生物炭高温固相吸收含氮挥发分的方法研究,首先对大豆蛋白进行热重红外(TG-FTIR)实验与两段式固定床实验,发现吸收温度在700℃时最优,氮以氮氧化物和吡咯氮的形式固定;随后通过KHPO改性生物炭发现改性后生物炭使含氮挥发分更多以氮氧化物的形式固定,浸渍比例为5%时,第二段固氮率最高为8%。最终得出污水污泥与生物质共热解耦合生物炭高温吸收的最优方案:30 wt.%甘蔗渣与70 wt.%污泥在500℃共热解,挥发分由5%KHPO改性的生物炭在700℃高温固相吸收,能够获得47.65%的最高固氮率,相比单独热解固氮率提升了39%。

关键词：市政污水污泥生物质热解特性共热解氮固定固相吸收

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

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植物生态学报 2021年第3期45卷 286-297页

作者：李强黄迎新周道玮丛山中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林省草地畜牧重点实验室长春130102

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式,影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制,该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦... 详细信息

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式,影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制,该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中,进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果:依赖于豆科物种,氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化,降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下,氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%–36%,生物固氮率平均下降20%–33%。磷添加降低了根际的磷活化,但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下,磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%–69%和0–47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率,其原因是氮添加提高了植物磷需求,为活化更多磷,豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量,导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加,能够改善土壤氮磷平衡,促进根系生长和非结构性碳水化合物积累,缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。

关键词：氮固定磷活化豆科饲草根际根瘤共生

内蒙古黑岱沟露天煤矿植被恢复区生物土壤结皮的固氮潜力

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应用生态学报 2016年第2期27卷 436-444页

作者：张鹏黄磊胡宜刚赵洋吴泳辰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站兰州730000 甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和... 详细信息

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和藓类结皮)为研究对象,通过野外调查采集样品,在实验室条件下测定了两类结皮的固氮活性,分析了其固氮活性对水热因子的响应特征及其与草本、结皮盖度的关系.结果表明:不同演替阶段人工植被及相邻撂荒地和天然植被下生物土壤结皮的固氮活性在9~150μmol C2H4·m-2·h^(-1),藻类结皮(平均为77μmol C2H4·m-2·h^(-1))显著高于藓类结皮(17μmol C2H4·m-2·h^(-1)).人工植被区3种常见植被类型下藻类和藓类结皮固氮活性均表现为"灌-草型"显著高于"乔-灌型"和"乔-灌-草型".藻类和藓类结皮的固氮活性与样品相对含水量(10%~100%)和培养温度(5~45℃)均呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分、温度升高均呈先上升后下降的趋势,分别在60%和80%相对含水量时达到最大固氮速率,其最适固氮温度均为25℃.藻类结皮固氮活性与草本盖度呈显著的二次函数关系,草本盖度超过20%时固氮活性开始降低,藓类结皮固氮活性与草本植物盖度呈显著负相关.两类结皮固氮活性与其盖度均呈显著的正相关关系,随结皮盖度增加其固氮活性显著升高.露天煤矿植被恢复区两类生物土壤结皮固氮活性差异主要由结皮组成生物体即隐花植物的差异所致,不同植被类型下的水热差异及不同植被演替阶段草本、结皮盖度的差异是影响生物土壤结皮氮固定的关键因子,生物土壤结皮在人工植被区的拓殖发育及其氮输入是系统健康发展的重要标志.

关键词：植被恢复生物土壤结皮固氮活性氮固定水热因子

^15N稳定同位素标记技术在草地生态系统氮循环中的研究进展

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土壤与作物 2014年第1期3卷 15-21页

作者：尹浩冰马红媛梁正伟中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 中国科学院大学北京100049 中国大安碱地生态试验站吉林大安131317

稳定性同位素标记技术在生态学的诸多研究领域中有着广泛应用,其中15N标记技术在草地生态系统氮素循环研究中发挥了重要作用。本文综述了15N标记技术在国内外草地生态系统中生物固氮、氮肥的去向和利用、氮素在土壤中的转化以及氮素损... 详细信息

稳定性同位素标记技术在生态学的诸多研究领域中有着广泛应用,其中15N标记技术在草地生态系统氮素循环研究中发挥了重要作用。本文综述了15N标记技术在国内外草地生态系统中生物固氮、氮肥的去向和利用、氮素在土壤中的转化以及氮素损失方面的研究现状及进展,并对存在的问题和前景进行了分析和展望,为更好的利用氮肥、充分发挥草地生产潜力提供理论依据。图1,参53。

关键词：草地 ^15N标记氮循环同位素氮固定硝化作用

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豆科植物-根瘤菌固氮系统及其碳氮互作

中国草地学报 2023年第11期45卷 119-135,144页

作者：陆保福康文娟师尚礼关键南攀马瑞宏甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育重点实验室甘肃兰州730070

根瘤菌是好氧型异养微生物,与豆科植物共生形成根瘤后可将N2转化为氨提供给植物,并消耗豆科植物光合作用产物。在豆科植物与根瘤菌共生过程中,根瘤菌侵染植物后在根瘤内分化为类菌体,类菌体将N2转化为不同类型的氨类物质提供给植物,与... 详细信息

根瘤菌是好氧型异养微生物,与豆科植物共生形成根瘤后可将N2转化为氨提供给植物,并消耗豆科植物光合作用产物。在豆科植物与根瘤菌共生过程中,根瘤菌侵染植物后在根瘤内分化为类菌体,类菌体将N2转化为不同类型的氨类物质提供给植物,与此同时,植物将光合作用的主要产物蔗糖转化为二羧酸盐(苹果酸盐为主)的碳源形式,为共生固氮及根瘤菌自身发育提供能源与动力。对豆科植物-根瘤菌共生系统中根瘤菌侵染过程、氮的转化与利用、氮碳代谢途径、氮碳互作关系进行综述,又对紫花苜蓿-根瘤菌共生系统中脂肪酸的合成、分解和利用以及脂肪酸能否作为氮代谢的能源进行了探讨,以期为苜蓿与根瘤菌共生系统间的能量信息传递提供理论依据,为提高共生系统固氮效率奠定坚实基础。

关键词：豆科植物根瘤菌氮固定氮分配氮碳互作脂肪酸