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1.
影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素
及其对供氮量的响应 总被引：2，自引：0，他引：2
砂姜黑土是我国典型的中低产田土壤类型,研究其在土壤微生物驱动下的氮素转化过程及其机制,可为定向调控土壤氮素转化过程,提高氮素利用效率并减少其负面效应提供科学依据。试验设置0 kg·hm~(-2)、120 kg·hm~(-2)、225 kg·hm~(-2)和330 kg·hm~(-2) 4个供氮量,分别于冬小麦越冬期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期测定小麦根际土壤氮转化相关微生物作用(氨化作用、硝化作用和反硝化作用)强度和土壤氮素转化相关酶(脲酶、蛋白酶)活性,土壤净氮素矿化速率、土壤硝态氮和铵态氮含量的变化,研究影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素及其对不同供氮量的响应。结果表明,土壤氮素转化微生物及酶活跃时期为拔节到灌浆期,灌浆期之后土壤氨化作用强度、硝化作用强度、脲酶及蛋白酶活性降低;土壤净氮素矿化速率与土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性的活跃期较为一致,在开花前后达到最高。除脲酶活性随供氮量增加持续上升外,土壤氮素转化微生物作用强度及蛋白酶活性均随供氮量的增加,在225 kg·hm~(-2)处理下达到最高,进一步增加供氮量至330 kg·hm~(-2),微生物作用强度及酶活性均表现出不同程度的下降。可见,砂姜黑土土壤氮素转化的活跃期与小麦需氮高峰期基本一致,有利于冬小麦的生长。但由于砂姜黑土中土壤硝化作用强度较低,土壤硝化能力有限,从而降低了氮素可利用性,且增加了土壤氨挥发损失的潜在风险。在一定范围内增加供氮量,有利于土壤氮素的转化,但供氮过多(330 kg·hm~(-2))则不利于砂姜黑土供氮能力的提高。 相似文献
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丛枝菌根真菌调控土壤氧化亚氮排放的机制 总被引：2，自引：1，他引：1
氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子,自Haber-Bosch反应以来,氮肥的生产和施用极大地提高了粮食产量。然而过量施用氮肥导致氮肥利用率低,并造成了严重的环境污染,包括氮沉降、硝态氮淋洗以及N2O排放等。微生物直接参与土壤氮素循环,固氮微生物、氨氧化和反硝化微生物分别在土壤固氮、铵态氮转化和硝态氮转化过程中起着重要作用。作为一类共生微生物,丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)在土壤氮素循环中的作用日益引起人们的重视。最新的研究表明,AMF显著影响土壤硝化、反硝化过程以及N2O排放过程。本文重点阐述了菌根真菌对N2O排放的影响并对其作用机制进行了总结。菌根真菌主要通过三个途径实现N2O减排:(I)影响氨氧化微生物活性,降低了氨氧化过程中产生的N2O;(II)菌丝分泌物缓解了N2O还原酶在电子竞争中的劣势,促进完全反硝化过程(N2O→N2);(III)促进宿主植物吸收土壤氮素,降低氮素有效性,并减少N2O排放。在农业生产中可以通过强化土著菌根真菌实现N2O减排,为应用菌根真菌提高氮素利用效率、调控土壤N2O排放和氮循环过程提供科学依据。 相似文献
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科学施肥是实现农业增产和土壤健康的重要手段。深入认知土壤微生物驱动的养分元素循环过程对于评价和指导科学施肥具有极为重要的意义。近年来不同施肥策略对土壤微生物影响的认知虽取得长足进步,但多限于单一养分元素的影响。土壤养分元素循环过程及与碳循环过程具有不可分割性,互作和协同也是土壤微生物的重要特性之一。因此,揭示土壤微生物介导的养分元素的耦合会更有助于我们全面了解农田土壤养分循环过程和指导科学施肥。笔者研究团队多年来以中国科学院封丘农业生态试验站养分平衡长期定位试验为平台,利用土壤微生物学、分子生态学、微量热和同位素测定等技术,系统研究了不同施肥策略下潮土微生物介导的碳、氮、磷元素循环及耦合过程。本文综述相关研究成果。对于缺磷潮土,磷肥施用能够提高微生物生物量碳氮、转化酶活性、脲酶活性、呼吸强度及微生物代谢活性等,使得微生物能够保障土壤养分转化与作物养分吸收,增加潮土综合碳氮汇效应,“高效低排”地为生态系统服务;与之相反,缺施磷肥条件下,即使长期施用其它养分如氮肥,潮土微生物代谢效率仍然低下,且代谢过程会损失更多碳氮素,不利于潮土碳氮累积,致使土壤质量无法提高,还加剧了生态环境的污染。在阐明了微生物对潮土养分的响应与反馈后,还进一步揭示了潮土碳磷耦合的微生物学机制,提出了“缺磷耗碳,增碳活磷”的理论框架。长期缺磷使得外源碳经由微生物转化进入潮土有机碳库的比例减少,却增加了外源碳的净矿化量,使得更多外源碳以CO2形式排放到大气,即缺磷潮土不利于外源碳向潮土有机碳的转化。但是,外源碳的添加能够长效刺激缺磷潮土中微生物的增殖,特别是解磷微生物。该过程可以使得土壤化学固持的磷素转移到微生物体内,增加了潮土中潜在有效磷含量,后续可以提供给植物利用,即外源碳的添加能够通过解磷微生物活化土壤中不可利用态磷素。最后,对今后农田土壤养分耦合循环的微生物学研究方向和内容进行了展望。这些结果会加深对科学施肥重要性的认知,有助于指导调控土壤微生物更好地服务农田生态系统。 相似文献
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自然和人类活动引起的火事件可导致生态系统的碳、氮循环以及分布格局的改变,进一步影响区域碳、氮生物地球化学循环。利用稳定同位素方法可以帮助我们示踪火事件所伴生的碳、氮转化的生物地球化学过程。为了解植物体燃烧前后植物、植物灰烬和气态挥发部分氮之间以及不同植物类型（C3和C4,草本和木本）之间的氮素差异,通过室内模拟燃烧实验研究了植物和燃烧后残余部分的氮同位素组成和氮含量变化,研究表明：不同植物种类之间氮同位素组成的变化受植物种类和生长条件的影响,比较C3和C4植物不同光合类型之间的氮同位素组成表明,植物体燃烧前后氮同位素变化和植物的光合类型无关。燃烧导致植物90％以上的氮素损失。不同植物氮同位素值在-4．0‰～＋5．2‰变化,燃烧导致植物灰烬的氮同位素值偏正0～1．6‰,其同位素分馏主要是由于燃烧过程中植物体中^14N较^15N优先以气态形式逃逸。因此在利用氮同位素进行的古环境研究、环境模拟过程中,必须考虑火烧对植物氮同位素值的影响。植物、植物灰烬和气态部分氮同位素之间具有较好的相关性,这种关系启示我们也许可以利用生态系统不同部分的氮同位素组成来研究植物-土壤-大气之间的氮素循环规律。 相似文献
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土壤微生物生物量氮研究综述 总被引：19，自引：1，他引：19
简述了土壤微生物生物量N的含量及其影响因素、土壤微生物量N的生物有效性、影响土壤无机氮生物固定的因素及土壤微生物量N的测定，明确了土壤微生物量N在土壤N素循环转化过程中的重要作用。土壤微生物量N是土壤N素转化的重要环节，也是土壤有效氮活性库的主要部分。土壤微生物量N对作物N素的供应起着重要调节作用。土壤无机氮的生物固定对减少N素损失，提高N肥利用效率和保护环境具有积极的作用。 相似文献
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探讨非生长季土壤可溶性氮库、氮素转化过程及氮代谢关键酶活性如何响应冻融交替,对于支撑土壤肥力保持和农田养分管理具有重要意义。以农田黑土为研究对象,采用室内模拟培养试验分析冻融循环作用下土壤可溶性氮库组分 [可溶性无机氮 (NH4+-N + NO3--N,DIN)、可溶性有机氮 (DON)、可溶性全氮 (DTN)]、净氮矿化速率 (NNMR)、微生物量氮 (MBN)和氮代谢关键酶活性的变化行为,阐明冻融循环对土壤可溶性氮转化过程的影响机制。冻融循环对农田黑土可溶性氮库、氮素转化过程、MBN及氮代谢关键酶活性影响显著 (P<0.05)。随着循环次数增加,冻融土壤NH4+-N、NO3--N、DIN和NNMR均显著降低,而DON、DTN和MBN均先升高后降低,在循环次数6时达到最大值,较对照土壤分别增加了4.65%、5.43%和18.38%。随着循环次数增加,冻融土壤蛋白酶活性显著增加,硝酸还原酶活性先增加后降低,以循环次数6的最大 [1.19 NO2--N 相似文献
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土壤中种类繁多的小分子和大分子有机氮，是土壤氮素的重要组成成分。大多数植物可以直接吸收氨基酸乃至多肽和蛋白质，不是完全需要经过传统理论认知的微生物分解为无机氮的过程。植物根系具有吸收、转运和代谢外源吸收的有机氮的能力。土壤微生物是植物根系有机氮的主要竞争者，不同土壤中，参与竞争的微生物组成存在较大差异。环境对植物根系吸收和后续代谢有机氮都具有重要的调控作用。未来应着重于精准定量化分析土壤有机氮组成及含量，确定土壤有机氮对植物生长的长期效应，探索环境变化尤其是复杂环境变化对植物吸收利用有机氮的影响及其关键步骤，进一步确定土壤有机氮对植物氮营养的贡献。 相似文献
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参与土壤氮素循环的微生物功能基因多样性研究进展 总被引：14，自引：2，他引：12
土壤氮素循环是生物地球化学循环的重要组成部分, 不但影响着土壤生产力和可持续发展, 还影响着全球环境变化.土壤微生物在土壤氮循环中发挥着不可替代的作用, 参与了包括固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等重要生态过程.近十年中, 分子生物学技术的发展为从功能基因角度研究与土壤氮循环密切相关的微生物功能群结构、组成和丰度的变化提供了新的契机.本文综述了参与土壤氮循环的微生物功能基因多样性研究进展, 并展望了未来发展方向. 相似文献
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新近发展起来的稳定性同位素探针技术（SIP）与分子生物学方法结合,能够定向发掘复杂环境中参与特定生态过程的微生物资源,是土壤功能微生物原位鉴定的有效手段,具有广阔的应用前景。其原理是环境样品中的功能微生物代谢同化同位素标记的底物,通过对其生物标志物（即DNA、RNA、PLFA等）进行提取、分离、鉴定和比对分析,以此获取介导土壤物质转化和循环过程的功能微生物的直接信息。本文在分别介绍SIP技术在土壤功能微生物原位鉴定过程中的各种前处理方法、生物标志物选择及后续鉴定方法的基础上,综述了SIP技术在研究驱动土壤有机污染物生物降解、碳氮循环等过程的功能微生物原位鉴定的应用进展,展望了SIP技术在土壤微生物基因组学方面的应用前景。 相似文献
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土壤氮气排放研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
自20世纪初人类发明并掌握工业合成氨的技术以来,氮肥施用量迅速增长。在一部分国家或地区,氮肥的施入量已经超过作物对氮素的需求,导致大量氮素损失到环境中,造成氨挥发、氧化亚氮排放、地下水硝酸盐污染等环境问题。土壤在微生物的作用下可以通过反硝化、厌氧氨氧化等过程将活性氮素转化为惰性氮气,达到清除过多活性氮的目的。由于大气中氮气背景浓度太高,因此很难直接准确测定土壤的氮气排放速率,导致土壤氮气排放通量、过程与调控机制研究远远落后于土壤氮循环的其他方面。本文综述了土壤氮气排放主要途径(反硝化、厌氧氨氧化与共反硝化)及其对土壤氮气排放的贡献;测定土壤氮气排放速率的方法(乙炔抑制法、氮同位素示踪法、N2/Ar比率-膜进样质谱法、氦环境法与N2O同位素自然丰度法)及其优缺点;调控土壤氮气排放通量的主要因素(氧气、可溶性有机碳、硝酸盐、微生物群落结构与功能基因表达等)及其相关作用机制。最后指出研发新的测定原位无扰动土壤氮气通量的方法是推进本领域相关研究的关键;定量典型生态系统(如旱地农田、稻田、森林、草地与湿地)土壤氮气排放通量,阐明其中的微生物学机制,模拟并预测土壤氮气排放对全球变化的响应规律是本领域的研究热点与发展方向。 相似文献
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施用生物炭对农田土壤氮素转化关键过程的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
生物炭作为一种土壤改良剂,施入土壤后不仅能有效改善土壤结构,提高土壤对营养元素的吸附能力,还可减少温室气体的排放,增强生物固氮能力,因此在农业生产和缓解气候变化方面有着巨大的应用前景。生物炭的输入将直接影响农田土壤氮素的循环和转化,本文结合国内外大量文献,综合分析总结了施用生物炭对土壤氮素转化过程的影响,重点从生物炭对土壤氮素矿化、氮素损失以及硝化、反硝化作用和生物固氮过程的影响过程展开阐述。并在此基础上,提出今后应加强生物炭对氮素转化的作用机理及对环境的长期正负效应研究,特别是对相关微生物群落的多样性、丰度以及土壤酶活性方面的研究,同时提出相关研究应建立在统一的生物炭标准之上,以明确区分生物炭的作用效果及其作用机制。 相似文献
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土食性大型土壤动物转化土壤有机碳的14C示踪法应用研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤有机C是维持全球C平衡过程中的重要C库,其降解和转化在地球化学循环中占有重要地位。大型土壤动物对土壤有机C的稳定性起着重要的调控作用。14C示踪技术由于在测定目标化合物的转化速率和定位代谢产物和残留物分布上的优势,近年来在土壤有机C稳定性研究中得到了广泛应用。本文综述了3种典型土食性大型土壤动物,白蚁(Isoptera:Termitidae)、甲虫幼虫(Coleoptera:Scarabaeidae)和蚯蚓(Oligochaeta:Lumbricidae),对土壤稳态有机C降解转化的14C示踪研究结果及相关的微生物作用。食土白蚁和甲虫幼虫的极端碱性(pH10～12.5)肠道段和肠道内的特殊蛋白酶的共同作用促使这两种动物可以选择性地降解和矿化腐殖酸中的稳态多肽等组分,进一步提高腐殖酸的腐殖化程度。食土蚯蚓体内含有高活性的纤维素酶,能促进纤维素的降解。虽然木质素在蚓粪中能发生降解,蚯蚓也能降解植物树叶,但是食土蚯蚓能否降解或选择性降解稳态土壤有机C的研究还极少。大型土壤动物肠道内含有大量微生物及酶,这些微生物在土壤动物降解和腐殖化有机C的过程中所起的具体作用如何以及这些酶的来源还不是很清楚。文中总结了目前对大型土壤动物转化土壤有机C认识上的不足,并对一些优先研究方向提出了建议。 相似文献
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Seok-In Yun Hee-Myong Ro Woo-Jung Choi Gwang-Hyun Han 《Journal of Soils and Sediments》2011,11(7):1253-1261
Purpose
Although nitrification plays a key role in the fate of soil nitrogen (N) under global warming, little information is available for the nitrifiers’ response to changing temperatures. Nitrogen isotope fractionation associated with nitrification can be a proxy of nitrifiers’ sensitivity to changing temperature. We hypothesized that the temperature-induced balance between the transport of substrate NH4+ into the microbial cell (supply) and the intracellular NH4+ oxidation (consumption) governs the intracellular NH4+ concentration and then affects nitrification rates and associated isotope fractionations. This study was conducted to understand the microbial response of NH4+ oxidation to changing temperatures by examining the effect of changing temperature on nitrification rate and apparent isotope fractionation. 相似文献14.
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稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有机碳长期截获和稳定过程中发挥重要作用。与旱地土壤相比,关于稻田土壤中微生物残体积累动态对外源有机物质如作物秸秆输入的响应及主要影响因子的认识还相对有限,对微生物通过同化作用参与土壤固碳的过程和机制尚缺乏系统认识。基于此,本文介绍了微生物残体对土壤有机碳库形成和积累的重要性及评价指标,重点探讨了秸秆还田对稻田土壤微生物残体积累动态以及外源秸秆碳形成细胞残体转化过程的影响,分析了影响微生物残体积累转化的主要气候因素和土壤因素,最后提出了未来应借助先进的光谱和高分辨率成像技术并结合同位素示踪对微生物残体的稳定性与机理开展更为深入的研究。 相似文献
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氮是植物和微生物生长繁殖的必需营养元素,而氮矿化表征了土壤供氮能力。通过盆栽实验,采用同位素稀释法和磷脂脂肪酸(PLFA)法,研究了添加硝化抑制剂和秸秆条件下,潮棕壤碳氮矿化和微生物群落组成变化特征。结果表明,与施氮量N 0.1 g·kg~(-1)的单施氮肥处理(NF)相比,氮肥配施1%硝化抑制剂(NFI)的土壤铵态氮提高32%,而硝态氮降低53%。氮肥与施用量为5 g·kg~(-1)的秸秆配施(NS),土壤氮素总矿化速率增加36%,微生物生物量碳提高51%,β-葡萄糖苷酶活性提高36%,同时显著增加了土壤总PLFA以及细菌、真菌、真菌/细菌和革兰式阴性菌(P0.05),土壤呼吸熵降低50%。与氮肥配施秸秆处理(NS)相比,氮肥、秸秆和硝化抑制剂配施处理(NSI),土壤铵态氮提高33%,硝态氮下降47%。综上所述,氮肥和秸秆配施可以提高土壤微生物生物量,改变土壤微生物群落组成,配施1%(N)硝化抑制剂后降低土壤硝化速率,增加土壤供氮能力。 相似文献
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华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应研究 总被引：21，自引：6，他引：15
华北平原是我国重要粮食生产基地,农业生产中,片面追求高产,过量施肥现象普遍存在,由此造成了肥料利用率低下,氮素损失严重,对环境造成了巨大压力,影响到本区域农业经济和生态环境的可持续发展。本文对中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来有关农田氮素过程方面的研究成果进行了梳理,从相关长期定位试验介绍、氮素转化研究方法的创新集成、氮素过程通量与转化机制研究、氮素综合管理与调控等方面入手,全面汇总了有关华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应的研究进展。自建站以来先后建立了8组与氮素有关的长期定位试验,基于此开展了土壤培肥与高产高效、养分循环再利用、农田生态过程及其对人为干扰和环境变化响应和反馈效应等方面的试验研究。研究过程中不断对研究方法进行完善与创新,建立了N_2高背景浓度下原位土壤反硝化研究的方法体系,为土壤反硝化室内机理与原位无扰动反硝化脱氮总量及产物构成规律研究提供了新的方法;量化了乙炔抑制法测定反硝化的系统误差,为克服乙炔抑制法的误差提供了新的技术途径;建立了深层土壤剖面气体监测的技术体系,使N_2O的研究由单纯的农田排放通量测定扩展到深层土体N_2O的产生机制、扩散与还原过程研究,为定量深层土壤产生的N_2O对表层排放的贡献提供了技术支撑。通过对农田氮素转化机制、过程通量及其环境效应的综合研究,分析了该区域农田生态系统氮素平衡状况,定量评价了农田氮素不同损失途径的相对重要性,提出了阻控氮损失、提高肥料利用率的合理调控途径。 相似文献
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Guanglei CHEN Jiahui YUAN Shenqiang WANG Yuting LIANG Dengjun WANG Yiyong ZHU Yu WANG 《土壤圈》2024,34(1):44-51
Stoichiometry plays a crucial role in biogeochemical cycles and can modulate soil nutrient availability and functions. In agricultural ecosystems,phosphorus(P) fertilizers(organic or chemical) are often applied to achieve high crop yields. However, P is readily fixed by soil particles, leading to low P use efficiency. Therefore, understanding the role of carbon:nitrogen:P stoichiometries of soil and microorganisms in soil P transformation is of great significance for P management in agriculture.... 相似文献