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增温和秸秆还田对黑土农田土壤氮素有效性和N_2O通量的影响

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土壤与作物 2024年第2期13卷 154-164页

作者：韩林何朋张志明杨雪辰李禄军吉林师范大学地理科学与旅游学院吉林四平136000 中国科学院东北地理与农业生态研究所海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站黑龙江哈尔滨150081

土壤氮转化速率决定着土壤供氮能力,除受到温度的影响,还受到底物有效性的影响。然而,在农田生态系统中,关于土壤氮素有效性和N_2O通量对气候变暖和秸秆还田耦合的响应研究仍不足。本研究在东北黑土区进行增温和秸秆还田试验,采用离子... 详细信息

土壤氮转化速率决定着土壤供氮能力,除受到温度的影响,还受到底物有效性的影响。然而,在农田生态系统中,关于土壤氮素有效性和N_2O通量对气候变暖和秸秆还田耦合的响应研究仍不足。本研究在东北黑土区进行增温和秸秆还田试验,采用离子交换树脂膜和静态暗箱法,原位监测0~20 cm土层土壤铵态氮、硝态氮有效性和氧化亚氮(N_2O)通量,探究增温和秸秆还田对农田黑土氮转化的影响。结果表明:增温、秸秆还田没有显著影响土壤氮有效性,但其在不同时期存在显著差异。秸秆还田显著增加了N_2O通量,且7月增温和秸秆还田处理对N_2O通量具有显著交互作用。在不增温条件下,秸秆还田使N_2O显著提升了109%;在增温条件下,秸秆还田使N_2O显著下降了2%。增温、秸秆还田和取样月份对N_2O通量也具有显著交互作用。研究结果有利于评估全球气候变暖背景下秸秆还田对农田生态系统氮周转的调控作用,对研究黑土氮循环过程具有重要参考价值。

关键词：黑土全球变暖氮素有效性 N_2O通量大豆秸秆

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陕西杨凌日光温室畜禽有机肥氮素有效性研究

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2016年第12期44卷 124-130页

作者：周博王虎吴薇周建斌杨凌职业技术学院生态环境工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

【目的】研究新建日光温室土壤中畜禽有机肥氮素的有效性,为科学施肥提供理论依据。【方法】以"金鹏一号"番茄为材料,采用盆栽试验,以不施氮肥(对照,CK)和施用化肥(C-F)为参照,利用生物耗竭法研究了7个鸡粪和3个牛粪对番茄生长的影响,... 详细信息

【目的】研究新建日光温室土壤中畜禽有机肥氮素的有效性,为科学施肥提供理论依据。【方法】以"金鹏一号"番茄为材料,采用盆栽试验,以不施氮肥(对照,CK)和施用化肥(C-F)为参照,利用生物耗竭法研究了7个鸡粪和3个牛粪对番茄生长的影响,分析了不同施肥处理番茄的氮素携出量、氮素利用率及氮素当量有效含量(MFE-N),最后分析了不同施肥处理对土壤氮素含量的影响。【结果】以CK相比,不同畜禽有机肥均能显著增加番茄的地上部分和根系生物量,鸡粪和牛粪处理分别使番茄氮素携出量平均提高了84.4%和53.6%。鸡粪处理平均氮素利用率和MFE-N分别为33.71%和39.63%,显著高于牛粪(23.13%和27.86%)。试验结束时,鸡粪与牛粪处理间的平均土壤全氮含量无显著差异,但均显著高于CK和C-F。畜禽有机肥处理的土壤铵态氮含量与CK和C-F总体无显著差异,但其硝态氮含量显著高于CK和C-F。【结论】不同畜禽有机肥均具有明显的氮素肥效,可替代部分氮素化肥,但氮素供肥特性存在较大差异。

关键词：日光温室盆栽试验番茄有机肥氮素有效性

秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展

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中国生态农业学报 2013年第5期21卷 526-535页

作者：潘剑玲代万安尚占环郭瑞英兰州大学草地农业科技学院兰州730020 西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所拉萨850032 兰州大学生命科学学院干旱农业生态研究所兰州730000

秸秆还田作为全球有机农业的重要环节,对维持农田肥力,减少化肥使用,提高陆地土壤碳汇能力具有积极作用。秸秆还田主要通过增加土壤有机质和提高氮肥利用率来改善农田生产环境,获得高农业生产能力。有效的秸秆还田能为土壤中的微生物提... 详细信息

秸秆还田作为全球有机农业的重要环节,对维持农田肥力,减少化肥使用,提高陆地土壤碳汇能力具有积极作用。秸秆还田主要通过增加土壤有机质和提高氮肥利用率来改善农田生产环境,获得高农业生产能力。有效的秸秆还田能为土壤中的微生物提供丰富的碳源,刺激微生物活性,提高土壤肥力;同时矿化的秸秆组分能促进土壤氮循环和矿化,提高氮素有效性。秸秆还田能够促使集约化高氮输入的农田生态系统维持正常的碳氮比例,减少氮素淋洗损失,改善土壤结构板结和连作障碍等现象。目前我国农田秸秆还田率不足50%,与欧美国家高达90%多的秸秆还田率相比,还具有很大的发展潜力。因此加强我国秸秆还田率能够逐渐改变我国耕地土壤存在的有机质含量和品质下降、氮素损失严重等现象。目前应进一步深入研究秸秆还田对有机质及氮素有效性的影响机制,并结合长期监测试验,以及多种秸秆还田技术进行比较研究,发展适合当地秸秆还田模式,促进我国农业生态系统的可持续性。

关键词：秸秆还田有机质氮素有效性碳氮比土壤质量可持续农业

不同水氮调控模式对稻田土壤氮素分布与有效性的影响

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农业机械学报 2018年第11期49卷 210-219页

作者：张忠学陈鹏聂堂哲姜浩孟翔燕杨军明东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 农业部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 东北农业大学理学院哈尔滨150030

为了进一步阐明寒地黑土区不同水氮调控模式对铵态氮、硝态氮在不同土层累积及土壤氮素有效性的影响,以田间小区试验为基础,结合15N示踪微区试验,研究了不同水氮调控模式下土壤剖面的无机氮以及肥料氮素的NH+4-15N和NO-3-15N累积情况,... 详细信息

为了进一步阐明寒地黑土区不同水氮调控模式对铵态氮、硝态氮在不同土层累积及土壤氮素有效性的影响,以田间小区试验为基础,结合15N示踪微区试验,研究了不同水氮调控模式下土壤剖面的无机氮以及肥料氮素的NH+4-15N和NO-3-15N累积情况,并根据同位素测定结果分别计算了土壤氮素有效性"A"值,从不同角度分析了不同水氮调控模式对土壤氮素有效性的影响。研究结果表明:控制灌溉和常规灌溉两种灌溉模式下土壤无机氮和以无机氮形态残留的肥料氮素在土壤剖面的累积量均随施氮量的增加而增大,并随土层深度的增加而减少。不同施氮量下稻作控制灌溉模式表层土壤(0~20 cm)中无机氮和以无机氮形态残留的肥料氮素的累积量均高于常规灌溉,20~40 cm和40~60 cm土层的无机氮和NO-3-15N总累积量均低于常规灌溉,两种灌溉模式低施氮处理(N1、N2)下40~60 cm土层中NH+4-15N的累积量差异不显著(P> 0. 05)。相同施氮量下常规灌溉模式20~40 cm土层的NO-3-15N累积量较控制灌溉模式增长了10~11倍; 40~60 cm土层的NO-3-15N累积量较控制灌溉模式增长了近3倍。不同施氮量下稻作控制灌溉模式水稻成熟期氮素积累量中77. 77%~84. 51%来自于土壤氮素,较常规灌溉提高了12. 91%~23. 12%,且相同施氮量下稻作控制灌溉模式土壤氮素有效性"A"值较常规灌溉模式分别提高了9. 41%、5. 65%和3. 69%。与常规灌溉相比,不同施氮量下稻作控制灌溉模式可以有效提高稻田土壤氮素有效性,减少肥料氮素的淋溶损失,起到节水减排的作用,研究结果可为制定黑土区稻田合理的水氮调控措施提供参考。

关键词：水稻灌溉铵态氮硝态氮氮素有效性同位素示踪技术

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猪粪氮素有效性与替代化肥氮当量研究

中国土壤与肥料 2011年第5期 60-64页

作者：李玲玲李书田中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

采用温室盆栽试验,初步研究了猪粪氮素的有效性和替代氮肥的替代当量,并结合田间试验对等有效氮条件下有机无机配施与单施化肥的效果进行了比较。盆栽试验表明,随着猪粪用量的增加,氮素回收率逐渐降低,回收率为22.5%～38.3%,平均30.6%... 详细信息

采用温室盆栽试验,初步研究了猪粪氮素的有效性和替代氮肥的替代当量,并结合田间试验对等有效氮条件下有机无机配施与单施化肥的效果进行了比较。盆栽试验表明,随着猪粪用量的增加,氮素回收率逐渐降低,回收率为22.5%～38.3%,平均30.6%。当猪粪用量为N 120 mg/kg时,其氮素相对于化肥的相对有效性为27%。不同用量下猪粪的替代氮肥当量也具有一定差异,相对替代当量为24.0%～40.8%,平均32.9%。田间试验表明,利用猪粪中的有效氮替代30%的化肥氮对春玉米干物质和籽粒产量以及氮素吸收量没有影响,与100%化肥氮处理相当。

关键词：猪粪替代当量氮素有效性

沙棘和刺槐叶片对土壤水分和氮素有效性的生理生化响应

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沙棘和刺槐叶片对土壤水分和氮素有效性的生理生化响应

作者：庄飞西北农林科技大学

学位级别：硕士

本论文采用施加氮肥和人工控水的方法，以一年生刺槐和沙棘为材料进行盆栽试验，以检测土壤水分含量和氮素有效性对刺槐和沙棘生长发育的影响。本实验设置了低氮(不施氮)和高氮(154mg N·kg风干土)两个氮素水平，每个氮素处理下设3个土... 详细信息

本论文采用施加氮肥和人工控水的方法，以一年生刺槐和沙棘为材料进行盆栽试验，以检测土壤水分含量和氮素有效性对刺槐和沙棘生长发育的影响。本实验设置了低氮(不施氮)和高氮(154mg N·kg风干土)两个氮素水平，每个氮素处理下设3个土壤水分水平(含水量为田间最大持水量的70%5%作为对照、505%作为中度干旱和305%作为重度干旱胁迫)来对刺槐和沙棘幼苗进行处理约一个半月。8月初收样后，分别对沙棘的耗水量、光合色素含量、活性氧代谢以及渗透调节物质含量进行比较;同时，对刺槐的活性氧产生、抗氧化物质含量变化以及渗透调节物质含量变化进行研究，以探讨提高土壤氮素水平是否有助于干旱下的沙棘和刺槐幼苗的生长发育，从而为干旱地区沙棘和刺槐的合理施肥及人工林的培养提供理论基础。研究结果表明： (1)无论在低氮还是高氮条件下，随着土壤含水量的降低，沙棘蒸腾耗水量不断降低;但在相同水分条件下，增加土壤氮素有效性可以显著降低沙棘的蒸腾耗水量。 (2)低氮条件下，土壤水分含量降低引起沙棘叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量以及总的叶绿素含量均显著降低，但在高氮条件下，但这种效应却不显著。在正常水分条件下，增加氮素含量引起叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量的显著降低，但对叶绿素a/b比值以及类胡萝卜素/叶绿素的比值没有显著影响。 (3)低氮条件下，降低土壤水分含量引起沙棘叶片中活性氧含量增加的同时使得沙棘叶片的膜脂过氧化程度加剧;干旱胁迫同样引起刺槐叶片中HO含量逐渐升高。高氮条件下，水分胁迫引起了相似的变化。同等水分条件下，提高土壤氮素水平使得沙棘叶片中的活性氧有升高趋势的同时引起膜脂过氧化程度也有所加剧，但刺槐叶片中HO含量显著降低。 (4)低氮条件下，干旱胁迫使得沙棘幼苗中的SOD、POD、CAT、GR活性变化幅度都比较小始终维持在较高水平。在高氮条件下，水分胁迫引起沙棘叶片中SOD、CAT、GR活性随着干旱胁迫的加剧均显著降低，但POD变化较小。相同水分条件下，高氮下沙棘幼苗抗氧化酶活性在干旱胁迫下SOD、POD、CAT显著降低，而POD有所升高。 (5)低氮条件下，水分亏缺引起沙棘幼苗叶片中GSH含量逐渐升高的同时ASA含量逐渐降低;而水分胁迫引起刺槐叶片中GSH和ASA含量均逐渐升高。高氮条件下，水分亏缺引起了相似的变化趋势。同等水分条件下，提高土壤氮素水平不同程度的降低了干旱胁迫下沙棘和刺槐叶片中ASA和GSH含量。 (6)低氮条件下，干旱胁迫使得沙棘幼苗叶片中游离氨基酸、可溶性糖及脯氨酸含量不同程度的升高，可溶性蛋白含量有所降低;但刺槐幼苗叶片中可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨基酸含量不同程度升高的同时游离氨基酸含量有所降低。高氮条件下，水分亏缺同样引起了相似的变化趋势。同一水分条件下，提高氮素水平使得干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中上述四种渗透调节物质含量均不同程度升高，同时引起刺槐中游离氨基酸，脯氨酸、可溶性糖含量也有不同程度升高而可溶性蛋白含量有一定降低。综上所述，干旱胁迫下对沙棘施加高氮并不利于其活性氧清除能力的提高，而一定程度改变了沙棘对干旱的适应方式;进一步证实了提高土壤供氮水平有利于缓解干旱胁迫对刺槐所带来的伤害。

关键词：干旱胁迫氮素有效性刺槐沙棘活性氧清除系统渗透调节物质

高碳/氮比秸秆添加对日光温室土壤氮素供应以及番茄生长氮素有效性调控研究

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高碳/氮比秸秆添加对日光温室土壤氮素供应以及番茄生长氮素有效...

作者：潘剑玲兰州大学

学位级别：硕士

本文针对集约化设施菜地由于大量化肥氮和低C／N比有机肥施用所造成的氮素残留过高以及地下水硝酸盐污染问题,通过原位培养和土柱模拟生长试验,并采用15N同位素示踪技术,研究高C／N比糯玉米秸秆添加对设施菜地土壤氮素无机氮残留、氮素... 详细信息

本文针对集约化设施菜地由于大量化肥氮和低C／N比有机肥施用所造成的氮素残留过高以及地下水硝酸盐污染问题,通过原位培养和土柱模拟生长试验,并采用15N同位素示踪技术,研究高C／N比糯玉米秸秆添加对设施菜地土壤氮素无机氮残留、氮素供应以及番茄氮素有效性的影响。主要结果如下： (1)与对照(不添加任何有机物质)比较,有机物料添加显著提高了土壤CO2的排放量,其顺序为：吐丝期秸秆+鸡粪>吐丝期秸秆>成熟期秸秆>鸡粪>对照。秸秆的添加显著降低了培养期间土壤无机氮含量,而鸡粪的添加显著增加了土壤无机氮含量。吐丝期秸秆+鸡粪处理显著提高了番茄干重和果实鲜重。秸秆与鸡粪一起添加可以有效减少0-15cm土层由于单独施用鸡粪所引起的高无机氮残留。 (2)单独添加高碳氮比的糯玉米秸秆显著提高土壤有机碳和轻组有机碳含量、降低无机氮及其15N含量,但显著增加了土壤有机15N和轻组15N含量。因此,减少了作物对土壤N和15N的吸收量,降低了土壤氮素的有效性。 (3)与单独添加秸秆相比,鸡粪与秸秆配合添加时降低有机物料碳氮比,可促进微生物对添加物质的分解作用。番茄收获后,单独添加秸秆处理有9.40%的来自秸秆的15N被番茄吸收,秸秆与鸡粪配合施用时9.30%来自秸秆的15N被番茄吸收。单独添加秸秆使更多的秸秆15N保留在0-15cm土壤中,特别是有机形态的15N。这表明秸秆与鸡粪配合施用时,增加番茄对土壤和鸡粪氮素的吸收。综合比较得出,秸秆与鸡粪配合添加能减弱了单独添加秸秆时微生物对无机氮的固定作用,同时也减弱鸡粪单独添加时微生物对其的矿化作用。因此,高C／N比秸秆与鸡粪配合施用不仅可以提高设施蔬菜作物产量,而且可以降低氮素损失风险,是一种有效的氮素管理模式。

关键词：秸秆添加日光温室番茄氮素有效性土壤氮素供应

毛竹扩张对常绿阔叶林土壤氮素矿化及有效性的影响

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应用生态学报 2013年第2期24卷 338-344页

作者：宋庆妮杨清培刘骏余定坤方楷徐佩何宇娟江西农业大学/江西省竹子种质资源与利用重点实验室南昌330045

采用时空替代法和PVC顶盖原位培养法,分析了江西大岗山毛竹扩张形成的竹-阔混交林与邻近常绿阔叶林土壤中的无机氮含量、氮矿化速率和吸收速率等指标.结果表明:两种林分土壤总无机氮含量时空变化趋势相同;竹-阔混交林年均矿化速率低于... 详细信息

采用时空替代法和PVC顶盖原位培养法,分析了江西大岗山毛竹扩张形成的竹-阔混交林与邻近常绿阔叶林土壤中的无机氮含量、氮矿化速率和吸收速率等指标.结果表明:两种林分土壤总无机氮含量时空变化趋势相同;竹-阔混交林年均矿化速率低于常绿阔叶林,前者以氨化作用为主,后者氨化作用与硝化作用相当,但生长季硝化作用明显占优势.两林分全年都以吸收NH4+-N为主,但生长季常绿阔叶林对NO3--N的吸收明显占优势.说明毛竹向常绿阔叶林扩张会增强土壤氮素氨化作用、减弱硝化作用和总矿化作用,同时也会增加对NH4+-N的吸收,减少对NO3--N和总无机氮的吸收.

关键词：毛竹扩张氮素矿化氮素有效性常绿阔叶林江西大岗山

土壤水分和氮素有效性对刺槐碳、氮代谢以及抗旱性的影响

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土壤水分和氮素有效性对刺槐碳、氮代谢以及抗旱性的影响

作者：范阳阳西北农林科技大学

学位级别：硕士

干旱和土壤贫瘠是限制西北干旱和半干旱地区植物生长和生态修复的主要因子。为了检测土壤水分和氮素有效性对植物生长发育的影响，本论文以一年生刺槐苗木为材料进行盆栽试验，采用两因素的随机区组设计，在3个土壤水分梯度(土壤含水量... 详细信息

干旱和土壤贫瘠是限制西北干旱和半干旱地区植物生长和生态修复的主要因子。为了检测土壤水分和氮素有效性对植物生长发育的影响，本论文以一年生刺槐苗木为材料进行盆栽试验，采用两因素的随机区组设计，在3个土壤水分梯度(土壤含水量分别为田间持水量的70%5%、505%和305%)以及低氮(不施加氮素)和高氮(施加154mgN·kg风干土)条件下从五月中旬至八月下旬对刺槐幼苗进行处理，期间对刺槐的生长状况、光合碳代谢特性、还原态氮在木质部和韧皮部中的运输、水分利用效率以及膜透性和抗氧化酶活性进行了比较研究，并试图探讨施氮是否有助于刺槐幼苗早期在干旱环境下的生长发育，以期为干旱半干旱环境植被恢复提供理论依据。研究结果表明： (1)低氮条件下，干旱胁迫抑制刺槐幼苗植株的叶面积，叶、茎、根各部分的生物量积累随着胁迫程度的加剧而逐渐下降，而根冠比却随之增加，这些效应在重度干旱胁迫下表现得尤为显著。高氮条件下，刺槐幼苗的叶面积及生物量也随着土壤水分有效性的降低而连续显著下降，但根冠比在中度干旱胁迫下有所下降，而在重度干旱胁迫下增加。与低氮条件相比，增施氮肥后，刺槐幼苗的生物量及叶面积在适宜水分和中度干旱胁迫下显著升高，而在重度干旱胁迫下没有升高，甚至表现出降低趋势。 (2)干旱胁迫使得刺槐幼苗叶片中的光合色素含量下降，以致刺槐的的光合作用下降。低氮条件下，随着土壤水分含量的降低，刺槐幼苗叶片的Tr、Gs和Ci降低，而Ls值则呈升高趋势，从而导致Pn下降，这种下降主要是气孔限制因素引起。然而，土壤氮素有效性的增加并没有改变干旱对刺槐光合降低作用的趋势。在同等水分条件下，土壤氮素有效性的增加使得刺槐幼苗叶片中的光合色素含量显著升高，而Tr、Gs和Ci升高，Ls值下降，使得Pn升高，说明施氮能够显著提高刺槐的光合能力，且对水分胁迫造成的光合作用的减弱具有显著的补偿作用。 (3)对光合光响应曲线的研究分析得出：无论是在低氮还是高氮条件下，干旱胁迫均使得刺槐叶片的Amax、AQY和LSP降低，而Rd和LCP升高，从而使得刺槐所能利用的光合有效辐射范围减小，刺槐幼苗的光合能力降低。与低氮条件相比，增施氮肥后，刺槐的Amax、LSP和Rd在适宜水分和中度干旱胁迫下均显著升高，但在重度干旱胁迫下无显著变化。因此，只有水氮合理搭配才可使刺槐幼苗叶肉细胞的光合活性提升。 (4)刺槐WUEi日变化规律为双峰型曲线，峰值分别出现在9:00和17:00。随土壤水分含量的降低，刺槐幼苗的WUEi和WUEb在低氮条件下均逐渐升高，而在高氮条件下均逐渐下降。与低氮条件相比，增施氮肥可显著提高适宜水分条件和中度干旱胁迫下的WUE，且并不以消耗较多的土壤水分为代价，但在重度干旱胁迫下WUE反而降低。 (5)无论是在低氮还是在高氮条件下，干旱胁迫均使得刺槐幼苗叶片的相对电导率显著升高，MDA含量升高，表明细胞膜透性增大，膜脂过氧化程度加剧。在同等水分条件下，增施氮肥后，其相对电导率显著降低，叶片中的MDA含量有所下降，表明土壤氮素有效性的增加使得刺槐叶片细胞膜的结构和功能维持相对稳定，使其受害程度大大降低，提高了抗旱性。 (6)低氮条件下，干旱胁迫使得刺槐幼苗叶片中的SOD和POD活性显著下降，但CAT活性并无显著变化，表明刺槐体内的SOD和POD在低氮下对于干旱胁迫极为敏感，此时主要是CAT在清除活性氧。高氮条件下，随着土壤水分有效性的降低，SOD活性无显著变化，CAT活性则随之下降，而POD活性在中度干旱胁迫下有所升高，但在重度干旱胁迫下显著下降，表明此时主要是SOD和POD在清除活性氧。与低氮条件相比，增施氮肥后，刺槐幼苗叶片中SOD、POD和CAT活性在中度和重度干旱胁迫下均有提高，特别是在中度干旱胁迫下保护酶活性的升高表现出统计学显著性(P性氧清除关键酶活性，从而提高刺槐幼苗的抗旱性，而在重度干旱胁迫下施氮对刺槐幼苗的生长却无显著促进作用。

关键词：干旱胁迫氮素有效性刺槐碳氮代谢抗旱性