苏北沿海不同土地利用方式土壤动物对有机氮矿化的影响

土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,为探讨不同土地利用类型土壤动物对土壤氮矿化过程的影响,以苏北沿海地区3种土地利用方式(杨树人工林、农田、杨农复合林)为研究对象,通过设置不同实验处理(对照、撒噻唑磷驱除土壤线虫、撒萘驱除所有土壤动物),采用顶盖埋管法测定土壤矿质氮的含量,分析了土壤动物对有机氮矿化速率的影响。结果表明:①3种土地利用类型驱除土壤线虫和驱除所有土壤动物处理的土壤NO^-₃-N 和总无机氮(TMN)含量均显著低于对照(P<0.05),说明土壤线虫和土壤动物的存在能显著提高土壤中NO^-₃-N和总无机氮的含量; 而NH⁺₄-N含量变化不明显。②土地利用类型和土壤动物类群数量的改变会影响土壤净氮矿化速率; 0～10 cm土层,对照处理土壤净氮矿化速率从大到小表现为农田>杨树林>杨农复合林,驱除线虫和驱除所有土壤动物处理下均表现为杨农复合林>农田>杨树林; 各处理≥10～25 cm土层动物变化不显著。且0～10 cm对照和驱除线虫处理,杨树林与农田间土壤净氮矿化速率差异显著(P<0.05,P<0.01)。驱除线虫和驱除所有土壤动物均能降低土壤净氮矿化速率(P<0.05)。③驱除所有土壤动物处理的土壤微生物量氮的含量极显著低于对照(P<0.01),表明驱除土壤动物对土壤微生物有极显著的影响。     

苏北沿海不同土地利用方式冬季土壤氮矿化速率比较

土壤氮矿化速率常被作为生态系统中氮有效性和氮损失的指标。不同的土地利用方式可能影响土壤氮素的矿化、运输和植物的吸收与利用,因而造成土壤氮素循环过程的差异。该研究以苏北沿海地区杨树纯林、杨农复合、草地和农田等4种不同土地利用模式为研究对象,采用原位封顶法测定了土壤矿质氮含量的变化,分析了不同土地利用方式土壤氮净矿化速率的特征,以及土壤矿质氮与土壤微生物量氮(SMBN)、土壤水溶性有机氮(WSON)与土壤主要理化性质的相关关系。结果表明:不同土地利用方式土壤净矿化速率从大到小表现为杨树纯林>杨农复合>农田>草地; 土壤铵态氮(NH⁺₄-N)与N矿化速率、SMBN、全氮有显著的正相关(p<0.05); 土壤硝态氮(NO^-₃-N)与SMBN、WSON、有机碳有极显著的正相关(p<0.01); NH₄⁺-N、矿质总氮(TMN)与土壤C/N有极显著的负相关(p<0.01)。土壤矿质氮含量随土层的加深而显著减少; 在>10～25 cm土层,杨树纯林与杨农复合之间的土壤矿质氮含量差异显著(p<0.05)。研究结果表明土地利用方式的改变将影响土壤氮净矿化速率,森林转变为农田或农林复合结构后,氮在土壤中的储量和循环速率显著降低。     

喀斯特原生乔木林和次生林土壤氮矿化特征

【目的】探究喀斯特森林土壤氮矿化特征及供氮能力。【方法】以贵州喀斯特原生乔木林和次生林为研究对象,采用树脂芯法,原位连续培养测定土壤氮矿化/硝化动态特征。【结果】①喀斯特原生乔木林和次生林土壤无机氮含量随培养时间延长存在明显的变化,NH⁺₄-N含量呈先增加后减少再增加趋势,NO^-₃-N含量表现为总体增加趋势。NH⁺₄-N是土壤有效氮的主要存在形式,其含量占土壤无机氮的84.57%～94.31%。②两演替群落土壤氮矿化速率呈“V”形变化,范围分别为-0.43～0.97 mg/(kg·d)和-0.91～1.43 mg/(kg·d); 硝化速率呈波动上升趋势,范围分别为0.21～0.49 mg/(kg·d)和0.03～0.31 mg/(kg·d)。③原生乔木林土壤无机氮含量、矿化速率、氨化速率和硝化速率均高于次生林。④原生乔木林土壤氮全年净矿化总量170.82 kg/(hm²·a),是次生林的2.48倍,两种林分土壤净硝化氮分别占净矿化氮的95%和100%。【结论】喀斯特森林土壤供氮能力较强,但土壤氮矿化过程中氮硝化占主导,表明土壤中植物可利用的氮素易于淋溶或挥发损失。     

复合污染地下水中磺胺类降解菌对氮细菌作用的影响

针对我国农业区地下水三氮(NH⁺₄ N,NO^-₂ N,NO^-₃-N)复合抗生素的污染问题, 通过实验模拟研究其微生物修复过程中磺胺类降解菌对氮细菌降解三氮的作用效果. 结果表明： 磺胺类降解菌可促进NH⁺₄-N和NO^-₂-N降解, 并抑制氮细菌生长及NO^-₃-N降解; 磺胺类降解菌为杆菌, 属于革兰氏阳性菌, 氮细菌为球菌和杆菌, 属于革兰氏阴性菌. 即磺胺类降解菌可促进硝化作用, 抑制反硝化作用.     

施用稻壳炭对黄棕壤氮磷淋失及微生物生物量碳氮含量的影响

【目的】为减少农田氮磷淋失,提高土壤肥力,探究高孔隙度的稻壳炭在增强黄棕壤对养分元素吸附的特征。【方法】采用室内土柱淋溶试验,研究不同稻壳炭施用量(质量占比分别为0、1%、4%、8%、12%)条件下,黄棕壤总氮(TN)、硝态氮(NO^-₃-N)、铵态氮(NH⁺₄-N)、总磷(TP)、磷酸根(PO^3-₄)及可溶性有机碳(DOC)的淋失变化,并对黄棕壤氮磷养分和土壤微生物生物量的变化进行分析。【结果】随着施用量的增加,稻壳炭对黄棕壤TN、NO^-₃-N、NH⁺₄-N、DOC淋失的抑制效应增强,最佳施用量为12%时,TN、NO^-₃-N、NH⁺₄-N及DOC的淋失量与对照相比分别减少了85.41%、85.16%、92.61%、32.02%; 随其施用量的增加,稻壳炭对黄棕壤中P淋失的抑制效应不显著,TP和PO^3-₄的淋失量反而增加,TN、NO^-₃-N、有效磷(AP)及土壤微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)含量增高,而NH⁺₄-N含量减少。【结论】稻壳炭可以有效抑制黄棕壤氮素及DOC的淋失,对磷素的淋失抑制效果不显著。     

内回流比对内循环式多级A/O新工艺的脱氮影响

对比4种不同内回流比(50%,100%,150%,200%)时的化学需氧量(COD),NH⁺₄-N和总氮(TN)的质量浓度,通过改变单一因素内回流比进行平行实验,并在最优内回流比时,检测沿程各段反应池内NO^-₂-N和NO^-₃-N的质量浓度.实验结果表明:内回流比并不是越大越好,而是有一个适当的范围;内循环式多级A/O新工艺在处理低C/N比和高NH⁺     

添加无机氮对山西太岳山油松林土壤氮素及温室气体通量的影响

【目的】人类活动频繁引起大气氮沉降加剧,导致陆地生态系统中的氮循环发生了前所未有的变化,进而影响整个陆地生态系统生态环境。笔者通过模拟大气氮沉降,探究森林土壤中氮素含量及温室气体排放速率的响应规律以及氮素对温室气体排放的影响,为提高森林氮素利用率并减缓大气温室效应提供参考。【方法】以山西太岳山暖温带油松林为研究对象,以硝酸铵(NH₄NO₃)为外源无机氮添加对象,设置对照CK(0 g/m²)、N5(5 g/m²)、N10(10 g/m²)、N20(20 g/m²)、N40(40 g/m²)等5个施氮水平,每个施氮水平设置4个重复,共20块样地。于2017年8月采集土壤样品及温室气体样品(采用静态箱法),测定林地土壤中的全氮(TN)、总可溶性氮(TDN)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH⁺₄-N)、硝态氮(NO^-₃-N))含量及土壤中温室气体N₂O、CO₂ 和CH₄的排放量,分析氮添加对土壤氮及温室气体排放的影响。【结果】在N5、N10、N20和N40各施氮水平处理下,油松林0～10 cm土壤中NO^-₃-N、TDN、DON的含量增加,与CK相比,含量增幅分别为25.04%～246.4%、13.29%～73.82%、4.54%～70.51%,NH⁺₄-N含量随着施氮量水平的增加而增加,但各处理水平对TN含量无影响。在0～10 cm土壤中,与CK相比,NO^-₃-N和TDN含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),DON只在N40处理中显著增加(P <0.05),施氮处理对0～10cm土层中的各氮素具有明显的促进作用; 在≥10～20 cm土层中,与CK相比,TN、NH⁺₄-N含量有增长趋势,NO^-₃-N含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),分别增加了234%、284%、663%,TDN随着施氮量的增加而增加,而DON则随着处理水平的增加而显著减小(P <0.05)。N₂O、CO₂的排放量随着施氮量的增加而增加,并且在N20、N40处理下排放量显著增加(P <0.05); 同时氮添加处理对CH₄的吸收有明显的抑制现象,使CH₄从森林土壤吸收状态转变为排放状态。在相关性分析中,0～10 cm土层及≥10～20 cm土层中NO^-₃-N和DON、N₂O、CO₂呈显著相关(P <0.05),而NH⁺₄-N、TDN与N₂O、CO₂、CH₄呈正相关,但无显著性(P >0.05); 在≥10～20 cm土壤中,DON与N₂O、CO₂、CH₄呈负相关。【结论】在无机氮添加试验中,施氮处理明显增加了土壤中有效氮的含量,尤其是在N20和N40处理水平条件下,对油松林土壤中的有效氮素含量及温室气体排放具有明显的调控作用; 同时,有效氮含量的增加对森林土壤中温室气体的排放有明显的促进作用。因此,模拟氮沉降显著促进了森林土壤氮素循环及温室气体的排放,对生态环境的影响及温室效应的变化具有明显作用。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物生物量碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

【目的】揭示林分尺度下添加生物炭对土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN)、土壤微生物生物量磷(SMBP)含量及其化学计量特征的影响,深入了解生物炭对杨树人工林土壤微生物群落结构与功能的影响,系统阐明生物炭调控人工林C、N、P生物地球化学循环的土壤微生物学机理,为在平原地区人工林生态系统中安全推广生物炭固碳增汇技术提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场的杨树人工林为对象,设置生物炭添加量低(T1,40 t/hm²)、中(T2,80 t/hm²)、高(T3,120 t/hm²)3种处理及对照(不添加CK),测定SMBC、SMBN、SMBP含量及其化学计量特征(土壤微生物生物量碳、氮、磷含量比,即m(SMBC)/m(SMBN)、m(SMBC)/m(SMBP)、m(SMBN)/m(SMBP),文后简写为SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP)在不同处理间的差异,及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①与对照样地相比,3种生物炭添加处理均提高了SMBC、SMBN和SMBP含量。T1、T2、T3处理样地SMBC含量分别为对照样地的1.08、1.15、1.19倍; SMBN含量分别为对照样地的1.12、1.24、1.34倍; SMBP含量分别为对照样地的1.11、1.26、1.41倍; ②T1处理样地的SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP分别为15.7、85.0、5.4,T2处理样地的分别为15.1、78.6、5.2,T3处理样地的分别为14.3、73.3、5.1。与对照相比,3种生物炭添加处理均显著降低了SMBC/SMBN和SMBC/SMBP,且不同处理间差异显著(P<0.05),但仅T2、T3处理显著降低了SMBN/SMBP(P<0.05); ③SMBC、SMBN、SMBP含量均具有显著的季节变异,其中在植物休眠季节(2014年12月及2015年3月),SMBC、SMBN及SMBP的含量均维持在较高水平,而在植物生长的旺盛季节(2015年7月及2015年10月),其含量下降至较低水平,但SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP的季节变化与此完全相反; ④添加生物炭提高了土壤可溶性有机碳、硝态氮、速效磷、全氮和总有机碳含量,增加了土壤pH和含水率,但是降低了土壤密度和铵态氮含量; ⑤相关性分析表明,SMBC含量与土壤可溶性有机碳(DOC)、pH、含水率(SMC)、硝态氮(NO^-₃-N)和速效磷(AP)呈极显著正相关关系(P<0.01),与铵态氮(NH⁺₄-N)呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度、全氮(TN)和总有机碳(TOC)相关性不显著(P≥0.05); SMBN与SMBP的含量表现较为一致,均与DOC、pH、SMC、NO^-₃-N、AP、TN呈极显著正相关关系(P<0.01),与NH⁺₄-N呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度和TOC相关性不显著(P≥0.05)。【结论】添加生物炭能够显著提升SMBC、SMBN、SMBP含量,并有效降低SMBC/SMBN、SMBC/SMBP和SMBN/SMBP,有利于促进土壤微生物对N、P养分的固持与周转,进而改善土壤对N、P养分的供应。研究还发现,研究区杨树人工林生长可能存在N、P养分限制现象。     

无机氮素形态对银杏苗期碳氮代谢的影响

【目的】研究不同氮素形态配比施肥对银杏碳氮代谢的影响,为银杏合理施肥提供理论依据。【方法】以1年生银杏实生苗为材料,采用温室盆栽试验,设置5种不同铵硝比[m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)]处理,分别为T₁(100:0)、T₂(75:25)、T₃(50:50)、T₄(25:75)和T₅(0:100),分析了不同处理下银杏叶片全氮、可溶性蛋白、游离氨基酸、全碳、可溶性糖、淀粉和蔗糖含量以及淀粉酶(AMS)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性的变化规律。【结果】随着NO^-₃-N比例的增加,银杏幼苗叶片碳氮代谢物含量和相关酶活性总体上(除可溶性蛋白含量)呈先增后减的变化趋势。碳氮代谢物方面,T₃处理的蔗糖和游离氨基酸含量最高,T₄处理的全氮、全碳、可溶性糖、可溶性蛋白、淀粉和蔗糖含量均最高,而T₁处理除可溶性蛋白含量外,剩余碳氮代谢物的含量均最低。酶活性方面,T₃处理的SS和SPS活性最高,T₄处理的AMS、NR、GS和GOGAT活性均最高,而T₁处理的AMS、SS和NR活性均最低,T₅处理的SPS、GS和GOGAT活性均最低。总体上,T₃和T₄处理碳氮代谢物含量和酶活性均显著高于其他处理,但T₃与T₄处理间无显著差异。【结论】NH⁺₄-N和NO^-₃-N混合施用增强了银杏的碳氮代谢能力,在当前土壤条件下,m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)为25:75时效果最佳,在生产中应根据实际情况进行适当的调整。     

不同C/N对活性炭颗粒填料厌氧同步消化反硝化的影响

构建以粒径3~6 mm活性炭颗粒为填料的厌氧污水处理系统,厌氧消化菌和反硝化菌在活性炭颗粒表面附着成膜,考察不同C/N对厌氧同步消化反硝化的影响。以葡萄糖为有机碳源,进水中葡萄糖质量浓度分别为300 mg·L^-1和400 mg·L^-1时,较高C/N对NO^-₃-N去除有利,最高去除率为95.21 %;较低C/N对COD和NH⁺₄-N的去除有利,最高去除率分别达到96.00 %和42.43 %以上。研究表明,以活性炭颗粒为填料的厌氧高效处理废水技术是可行的,不同C/N对厌氧同步消化反硝化处理含氮和有机物废水具有较明显的影响。     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

鄱阳湖湿地泗洲头洲滩浅层土壤氮素的时空特征

湿地是全球氮循环的N源、N汇和N转化器,自然湿地氮的研究对于揭示生态系统氮循环的规律具有重要意义.以鄱阳湖湿地泗洲头为研究区域,根据湿地海拔高程梯度(10～17 m)采取表层土壤0～20 cm土层样品,分析了土壤全氮、铵态氮、硝态氮、碱解氮的空间分布特征.结果表明:鄱阳湖湿地泗洲头表层土壤氮含量空间分布较为复杂,0～10 cm土层的氮含量和10～20 cm土层的氮含量呈现相似的梯度特征,0～10 cm土层的土壤氮含量要高于10～20 cm土层的土壤氮含量,其中0～10 cm土层和10～20 cm土层的全氮、铵态氮、碱解氮含量最高均值出现在高程13～14 m,硝态氮最高均值出现在高程16～17 m.利用SPSS双变量中的pearson相关性检验表层土壤全氮、铵态氮、硝态氮、碱解氮与地上生物量、土壤pH值、土壤含水量、年均淹水时间、高程之间的相关性,结果表明:土壤氮素与地上生物量的相关性在统计学意义上最为显著,而与其他环境因素的相关性并不明显.这反映了鄱阳湖泗洲头表层土壤氮含量的空间分布与积累过程受干扰的因素比较复杂.     

氮素形态对油茶苗木生长及生理指标的影响

【目的】探究不同氮素形态对油茶苗木生长及生理指标的影响,以期找到促进油茶个体生长和有利于油茶氮代谢的氮素形态及配比。【方法】以‘湘林1号’(XL1)油茶实生苗为供试材料,采用液体浇灌的方法,观察不同形态氮素配比[(m(NO^-₃-N):m(NH⁺₄-N)=10:0、7:3、5:5、3:7、0:10)]对油茶幼苗生长特性及生理指标的影响。【结果】苗高增量、地径增量均随着培养液中铵态氮比例的增加呈先增加后降低的趋势,在m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)为5:5时达最大值; m(NH⁺₄-N): m(NO^-₃-N)为7:3和5:5时,干物质量累积最大; 叶片叶绿素含量、硝酸还原酶(NR)活性以及谷氨酰胺合成酶(GS)活性均在m(NH⁺₄-N): m(NO^-₃-N)为5:5时达到最大值; 谷氨酸合酶(GOGAT)活性在m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)为10:0时达最大值; 外源氮添加均增加了油茶叶片的全氮含量,m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)为3:7时,全氮含量最高。相关性分析结果表明,苗木生长、总干物质量及叶片全氮含量均与总叶绿素含量、NR活性、GS活性呈显著或极显著正相关,地径增量与GOGAT活性呈极显著正相关,总干物质量与GOGAT活性呈显著正相关。【结论】施用混合态氮素比单一形态氮素更有利于油茶苗木的生长,当m(NH⁺₄-N):m(NO^-₃-N)为5:5时,最利于油茶幼苗生长。关键词:油茶; 氮素形态; 氮素配比; 营养生长; 叶片生理指标     

库坝和土地利用状况对河流水质的影响

【目的】研究库坝建设对河流水质状况的影响,以及库坝建设后不同河段主要水质指标与河道两侧土地利用状况的相关关系。【方法】以河南省荥阳市淮河的4级支流索河为研究对象,对位于乡村、市区、郊区3个区位的由于库坝建设而形成的河流段与库区段的主要水质指标进行比较。【结果】各区位河流段与库区段比较,水体全磷(TP)浓度在河流段显著高于库区段,NH⁺₄-N、化学需氧量(COD)浓度在河流段低于库区段,而全氮(TN)、NO^-₃-N浓度等水质指标受库坝建设的影响较小。相关性分析表明,在河流段和库区段,建设用地占比均与TN、TP、NO^-₃-N、COD浓度等水质指标呈正相关,而林地占比与TN、TP、NO^-₃-N、COD浓度等水质指标呈负相关。耕地占比与TN、TP、NO^-₃-N浓度等水质指标在河流段呈负相关,而在库区段则呈正相关。【结论】库坝建设使河流形成相对不连续的河流段与库区段,总体上可降低河流水体的TP含量,但NH⁺₄-N、COD浓度等指标则有所上升; 在河流段与库区段,水体水质与河道周边土地利用状况的相关关系也存在一定差异,库区段水质状况更易受周边土地利用结构影响。     

温度和降水对赣江流域土地利用方式与河流氮磷营养盐相关性的影响

针对赣江流域的10个子流域,研究温度和降水如何影响土地利用方式与河流氮磷营养盐浓度的相关性.土地利用类型划分为水田、旱地、林地、草地、水域和建设用地,氮磷指标为2014年每月对赣江7条支流测定的氨氮(NH⁺₄-N)、硝酸盐氮(NO^-₃-N)和总磷(TP)浓度,用相关分析得到土地利用方式与水体氮磷的相关性.结果表明:(i)不考虑温度和降水的影响,旱地与河流NH⁺₄-N具有显著相关性,建设用地与河流NO^-₃-N具有显著相关性;(ii)旱地、草地和林地在中温条件下与河流氮营养盐的相关性更高,在低温条件下与磷营养盐的相关性更高.水田和水域在高温条件下与河流氮营养盐的相关性更高,在中温条件下与磷营养盐的相关性更高;(iii)除林地外,其他土地利用方式在高降水量情况下与河流氮磷营养盐的相关性更高.