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稻田生物固氮研究进展及方向 被引量:16
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作者 谢祖彬 张燕辉 王慧 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期540-546,共7页
稻田淹水产生的合适pH和氧化-还原条件为固氮微生物的固氮提供了适宜环境条件,使得稻田在多年不施氮肥条件下仍能维持一定产量,而旱地产量则逐年下降。随着化学氮肥用量的增加,导致了严重的环境污染,迫切需要增加生物固氮来保证粮食生... 稻田淹水产生的合适pH和氧化-还原条件为固氮微生物的固氮提供了适宜环境条件,使得稻田在多年不施氮肥条件下仍能维持一定产量,而旱地产量则逐年下降。随着化学氮肥用量的增加,导致了严重的环境污染,迫切需要增加生物固氮来保证粮食生产和减少环境污染。为发挥稻田生物固氮功能,我们对稻田生物固氮的研究方法、固氮量、固氮微生物、影响因素、调控及其研究方向进行综述,以期为稻田生物固氮研究提供参考。 展开更多
关键词 稻田 生物固氮 固氮微生物 稳定性同位素探针 二次离子质谱
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生物质炭引起的土壤碳激发效应与土壤理化特性的相关性 被引量:11
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作者 刘本娟 谢祖彬 +6 位作者 刘琦 王晓洁 林志斌 卑其成 蔺兴武 刘钢 朱建国 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期343-353,共11页
生物质炭添加到土壤中将引发不同的激发效应,然而生物质炭激发效应与土壤性质之间的关系还不明确。将等碳量的13C稳定性同位素标记的小麦秸秆及其制成的生物质炭分别添加到4种不同性质的土壤中,室内培养1年,测定生物质炭及秸秆中碳元素... 生物质炭添加到土壤中将引发不同的激发效应,然而生物质炭激发效应与土壤性质之间的关系还不明确。将等碳量的13C稳定性同位素标记的小麦秸秆及其制成的生物质炭分别添加到4种不同性质的土壤中,室内培养1年,测定生物质炭及秸秆中碳元素在不同土壤中的降解量及其对土壤原有机碳的激发效应量。结果表明:生物质炭在黑土水稻土以及下位砂姜土水稻土中引发了显著的负激发效应,激发效应量分别为–284 mg/kg和–157 mg/kg,而在红壤水稻土以及低肥力红壤水稻土(长期定位不施肥的红壤水稻土)中引发正激发效应,激发效应量分别为33.3 mg/kg和58.0 mg/kg;秸秆在4种土壤中引发的激发效应量不同,均为正激发效应,正激发效应量远大于生物质炭。生物质炭激发效应量与土壤的EC(r=–0.884)以及pH(r=–0.824)呈极显著的负相关关系。生物质炭–碳在不同土壤上的累积降解量存在显著差异,黑土水稻土中为15.6 mg/kg,红壤水稻土中为14.2 mg/kg,下位砂姜土以及低肥力红壤水稻土中相似,分别为10.4 mg/kg和9.92 mg/kg;秸秆–碳的累积降解量远大于生物质炭–碳,其在低肥力红壤水稻土中的降解量显著低于其他3种土壤。生物质炭添加在黑土水稻土中碳净损失量最低,下位砂姜土水稻土中次之,低肥力红壤水稻土中最高。研究表明,生物质炭在土壤中的固碳效果不仅受到生物质炭–碳自身降解速率的影响,还会受到生物质炭引发的土壤碳激发效应量的影响。 展开更多
关键词 生物质炭 激发效应 土壤性质 稳定性同位素标记 固碳效果
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鸡粪热裂解对重金属Mn、Cu、Zn和Cr生物有效性的影响 被引量:4
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作者 林志斌 谢祖彬 +5 位作者 刘本娟 胡天龙 刘琦 马婧 刘钢 卑其成 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期3053-3063,共11页
畜禽粪便直接农用引起的重金属污染是社会普遍关注的问题,探索如何有效降低畜禽粪便重金属生物有效性的技术是急需解决的难题.本文通过分析鸡粪(CM)裂解前后Mn、Cu、Zn和Cr等4种重金属形态分布变化,并采用林地大型盆栽试验研究添加CM和... 畜禽粪便直接农用引起的重金属污染是社会普遍关注的问题,探索如何有效降低畜禽粪便重金属生物有效性的技术是急需解决的难题.本文通过分析鸡粪(CM)裂解前后Mn、Cu、Zn和Cr等4种重金属形态分布变化,并采用林地大型盆栽试验研究添加CM和鸡粪炭(CMB)处理对湿地松地上部分重金属吸收状况的影响.结果表明,与CM直接还田相比,添加CMB(400℃)处理降低Mn、Cu和Zn在湿地松地上部分的吸收量和富集系数,而处理之间植株Cr元素的吸收量和富集系数差异不显著.Tessier连续提取结果表明,Mn、Cu和Zn的交换态含量分别由CM的94.8、10.0和34.9 mg·kg^-1显著降为CMB的16.6 mg·kg^-1、未检测出和1.8 mg·kg^-1.CM裂解成CMB后,Cr元素残渣态含量显著提高.从元素质量守恒来看,CM制成CMB后Mn、Cu、Zn和Cr损失率分别为29.3%、35.6%、33.5%和3.3%.裂解油中Mn、Cu、Zn和Cr的金属总量分别占CM金属损失量的51.7%、53.0%、32.9%和13.1%.CM裂解成CMB后,91.7%的交换态Mn、几乎100%交换态Cu和97.5%的交换态Zn会随裂解转化为铁锰氧化态、有机结合态和残渣态形式或挥发而降低有效性.1年盆栽试验结果表明,在CMB处理中,土壤Mn、Cu和Zn交换态含量显著低于CM处理.相关性分析发现,植物体内重金属吸收量与土壤金属有效态含量显著相关,而与总量相关性不明显.由此可见,将鸡粪制成鸡粪炭是一种有效降低Mn、Cu和Zn生物有效性的途径. 展开更多
关键词 鸡粪 生物炭 重金属 生物有效性 湿地松
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不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素 被引量:12
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作者 王晓洁 卑其成 +1 位作者 刘钢 谢祖彬 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期767-776,共10页
选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用15N2气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明:变形菌门(... 选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用15N2气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明:变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和蓝藻门(Cyanobacteria)是水稻土中优势微生物类群。四种类型土壤发育的水稻土细菌群落结构差异显著(Stress<0.001),群落结构分异(NMDS1)与土壤pH存在极显著正相关关系(P<0.01)。土壤有机碳和碱解氮含量显著影响水稻土中细菌丰度和群落多样性(P<0.01)。红壤发育的水稻土细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于其他三种类型水稻土,但OTU数量、Chao1指数和PD指数均低于其他三种类型水稻土。土壤pH对水稻土生物固氮速率有显著影响(P<0.01),紫色土发育的水稻土具有最高的生物固氮速率(3.2±0.7mg·kg^(–1)·d^(–1)),其中优势类群细鞘丝藻属(Leptolyngbya)可能是生物固氮的主要贡献者。研究结果丰富了对水稻土微生物多样性的认识,为通过调控土壤pH和微生物群落组成来提高稻田生物固氮潜力提供了理论依据。 展开更多
关键词 水稻土 生物固氮 微生物丰度 微生物多样性 微生物群落结构 高通量测序
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不同秸秆生物炭复配基质对波斯菊生理性质的影响 被引量:6
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作者 黄清扬 江超 +1 位作者 俞元春 谢祖彬 《中国农业科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期147-153,共7页
为研究秸秆生物炭复配基质对波斯菊(Cosmos bipinnatus)生长的影响,以泥炭、蛭石、珍珠岩和土壤比例4∶1∶1∶4(体积比)作为对照配置基质,将大豆、小麦、水稻、玉米及老化玉米秸秆生物炭按照不同比例替换对照配方中的泥炭作复配基质,直... 为研究秸秆生物炭复配基质对波斯菊(Cosmos bipinnatus)生长的影响,以泥炭、蛭石、珍珠岩和土壤比例4∶1∶1∶4(体积比)作为对照配置基质,将大豆、小麦、水稻、玉米及老化玉米秸秆生物炭按照不同比例替换对照配方中的泥炭作复配基质,直至将其完全代替,每种秸秆生物炭设4个不同比例处理,以期得出适合培养波斯菊的复配基质种类及配比。结果表明:与对照相比,秸秆生物炭复配基质可以促进波斯菊生长,秸秆生物炭复配基质的种类及用量对波斯菊发芽率、生物量、丙二醛含量、过氧化氢酶活性、叶绿体色素浓度、根系活力均具有显著影响。当使用水稻秸秆生物炭(水稻秸秆生物炭20%、泥炭20%、珍珠岩10%、蛭石10%、土壤40%)复配基质培育波斯菊时,波斯菊的发芽率最高,其生物量、过氧化氢酶活性及根系活力与对照相比均显著提高,叶绿体色素浓度、丙二醛含量与对照并无显著差异。 展开更多
关键词 秸秆 生物炭 基质 波斯菊 发芽率 生物量 生理
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吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林土壤质量演变 被引量:1
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作者 蔺兴武 朱建国 谢祖彬 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期433-444,共12页
土壤质量演变与森林次生演替紧密关联,研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变,可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象,探讨了森林次生演替过程中土... 土壤质量演变与森林次生演替紧密关联,研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变,可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象,探讨了森林次生演替过程中土壤指标变化趋势及土壤质量演变特征。研究发现,土壤全碳和全氮在森林次生演替过程中表现为协同演变,而其他土壤指标随森林演替并不存在统一的响应模式。主成分分析表明,成熟林和老龄林土壤特征逐渐远离中龄林和近熟林。0~10 cm土层土壤质量指数在不同演替阶段之间无显著性差异,而成熟林10~20 cm土层的土壤质量指数显著低于其他3个演替阶段。土壤质量指数具有随阔叶树种比例的增加而增加的趋势,阔叶树种比例可以解释10~20 cm土层63.3%的土壤质量指数变异(P<0.001)。可见,阔叶树种与针叶树种构成比例的改变可能是影响温带针阔混交林次生演替过程中土壤质量演变的重要因素之一。因此,长白山林区温带针阔混交林的森林恢复与经营时,适度增加阔叶树种比例可能有利于土壤质量的维持。 展开更多
关键词 长白山林区 次生演替 土壤性质 主成分分析 土壤质量指数
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稻田高效固氮蓝细菌的筛选鉴定及其促生潜力
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作者 王慧 靳海洋 +7 位作者 陈哲 靳鹏辉 张燕辉 胡天龙 周蓉 张静如 蔺兴武 谢祖彬 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4043-4057,共15页
【背景】稻田的长期淹水环境和水稻的根系分泌物为固氮微生物提供了适宜的环境条件,其中固氮蓝细菌是稻田生物固氮的主要贡献者。【目的】获得高效固氮蓝细菌菌株,为稻田生物固氮能力的提高提供菌种资源。【方法】采用BG-110无氮培养基... 【背景】稻田的长期淹水环境和水稻的根系分泌物为固氮微生物提供了适宜的环境条件,其中固氮蓝细菌是稻田生物固氮的主要贡献者。【目的】获得高效固氮蓝细菌菌株,为稻田生物固氮能力的提高提供菌种资源。【方法】采用BG-110无氮培养基从不同水稻土中分离培养固氮蓝细菌。通过对固氮酶活性、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)分泌能力和铁载体生成能力的测定对分离菌株进行筛选,对筛选出的高效固氮菌株进行形态学和分子生物学鉴定,并通过水培试验和盆栽试验评价该菌株的促生潜力。【结果】筛选出一株固氮能力高[239.27 nmol/(min·mg)]、IAA产量大(7.70μg/mL)和铁载体生成能力强的菌株。经鉴定,该菌株属于念珠藻科(Nostocaceae)Aliinostoc属,命名为Aliinostoc sp.d389-10。水培试验结果表明,菌株d389-10能够显著促进水稻幼苗的生长,施用该菌后水稻幼苗株高、根长和干重分别增加22.42%、54.76%和57.80%。在盆栽试验中,接种菌株d389-10能够显著提高土壤固氮酶活性和水稻产量,同时显著增加土壤有机碳、全氮和速效养分含量。【结论】菌株d389-10是兼具促生能力的高效固氮蓝细菌菌株,是具有研究价值和应用潜力的微生物菌种资源。 展开更多
关键词 水稻土 蓝细菌 固氮酶活性 吲哚-3-乙酸(IAA) 铁载体 植物促生特性
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利用^(15)N_(2)直接标记法研究水稻种植对稻田固氮量和固氮活性的影响 被引量:3
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作者 张燕辉 胡天龙 +7 位作者 王慧 靳海洋 刘本娟 刘红涛 刘琦 林志斌 蔺兴武 谢祖彬 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期739-745,共7页
稻田固氮对土壤维持肥力有着重要的作用,但水稻种植与固氮菌及其活性之间的关系尚不清楚。本试验利用15N2直接标记法测定了下位砂姜土发育的简育水耕人为土在种水稻和不种水稻条件下的生物固氮量,及其在土壤不同层次(0~1、1~5、5~15 cm... 稻田固氮对土壤维持肥力有着重要的作用,但水稻种植与固氮菌及其活性之间的关系尚不清楚。本试验利用15N2直接标记法测定了下位砂姜土发育的简育水耕人为土在种水稻和不种水稻条件下的生物固氮量,及其在土壤不同层次(0~1、1~5、5~15 cm)和水稻中的分配,并通过实时荧光定量PCR技术测定了土壤中固氮菌nifH DNA及RNA基因数量。结果表明:种水稻处理显著提高了土壤各层固氮量,尤其提高了1~5 cm和5~15 cm土层土壤固氮量对总固氮量的贡献;种水稻处理的总固氮量是不种水稻处理的10.3倍;水稻植株中生物固定的氮占总固氮量的31.48%;在0~1 cm土层,种水稻处理显著提高了nifH RNA基因数量,而对nifH DNA基因数量的增加不显著。可见,水稻种植没有增加固氮菌的数量,稻田固氮量的增加是因为水稻种植极大地促进了固氮菌nifH基因的表达,提高了固氮菌的固氮活性。 展开更多
关键词 生物固氮 固氮活性 稻田 ^(15)N_(2)直接标记法 nifH反转录
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典型水稻土细菌亚类群—泛化种、特化种的群落构建及功能潜力 被引量:2
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作者 刘红涛 胡天龙 +3 位作者 王慧 张燕辉 郭世伟 谢祖彬 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期546-557,共12页
泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土... 泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土细菌泛化种和特化种的群落结构、驱动机制及在氮循环中的功能,根据第二次土壤普查数据,从我国东部(江苏、安徽、上海)和西南部(贵州、云南)采集16个土壤表层样品(0~20 cm),进行理化性质测定和高通量测序,并对获得的数据进行相应的生态学分析。结果表明,在所有的OTUs中,3.28%被归为泛化种,9.07%被归为特化种。泛化种和特化种在门水平的分布模式不同,特化种在绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、厚壁菌门(Firmicutes)和浮霉菌门(Planctomycetes)中所占的比例高于泛化种。基于β多样性零模型的群落构建分析表明,泛化种与特化种均由确定性过程主导,与特化种相比,泛化种受随机性过程的影响更大。驱动泛化种和特化种群落结构变异的环境因子不同,pH、年均降雨量、黏粒含量、全氮是驱动泛化种群落结构变异的主导因素,而特化种群落结构变异由pH和黏粒含量主导。对泛化种和特化种的共现网络和鲁棒性分析发现,特化种网络联系更多、结构更复杂、鲁棒性更强。FAPROTAX功能预测发现,生物固氮功能主要存在于泛化种中。本研究在细菌亚群落层面研究典型水稻表层土细菌泛化种和特化种的群落结构、环境驱动因子、构建过程、共现网络特性和氮循环相关功能,为稻田细菌群落演变和调控提供了理论依据。 展开更多
关键词 水稻土 泛化种 特化种 生态位宽度 群落构建 共现网络鲁棒性
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长期连续施用生物质炭对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响
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作者 陈哲 靳鹏辉 +7 位作者 胡天龙 王慧 周蓉 张静如 刘琦 张燕辉 蔺兴武 谢祖彬 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1230-1236,共7页
基于长期田间试验,研究了6 t/(hm^(2)·a)玉米秸秆还田(Straw)以及2.4、6和12 t/(hm^(2)·a)玉米秸秆生物质炭添加(分别记为BC1、BC3、BC5)对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响。结果表明:与不添加玉米秸秆及其生物质... 基于长期田间试验,研究了6 t/(hm^(2)·a)玉米秸秆还田(Straw)以及2.4、6和12 t/(hm^(2)·a)玉米秸秆生物质炭添加(分别记为BC1、BC3、BC5)对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响。结果表明:与不添加玉米秸秆及其生物质炭的处理(CK)相比,BC5处理显著提高了2021年小麦产量,且3个剂量生物质炭处理2021年小麦产量平均提高15%。经过11 a的连续添加,土壤容重从CK的1.06 g/cm^(3)降低至BC5处理的0.73 g/cm^(3),全碳从CK的14.9 g/kg增加至BC5处理的83.8 g/kg。土壤碱解氮、有效磷和速效钾均随生物质炭施用量增加而增加,表现为BC5>BC3>BC1>Straw≥CK。本研究中,长期连续施用玉米秸秆及其生物质炭没有显著改变细菌群落多样性,而BC5处理略增加真菌群落多样性。PICRUSt2功能预测表明生物质炭处理显著提高了碳固定相关功能基因丰度,而降低碳降解相关功能基因丰度。 展开更多
关键词 长期田间试验 生物质炭 土壤肥力 小麦生产 微生物群落结构
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3种水稻土中7株固氮蓝细菌的分离与特征 被引量:1
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作者 靳海洋 王慧 +5 位作者 张燕辉 胡天龙 林志斌 刘本娟 蔺兴武 谢祖彬 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3655-3666,共12页
【背景】蓝细菌是水生和陆地生态系统中生物固氮的主要贡献者。【目的】增加对稻田土壤固氮蓝细菌的了解,获得用于进一步研究的可培养固氮蓝细菌菌株。【方法】选择3种具有不同固氮能力的水稻土,采用BG11-N培养基分离培养固氮蓝细菌菌株... 【背景】蓝细菌是水生和陆地生态系统中生物固氮的主要贡献者。【目的】增加对稻田土壤固氮蓝细菌的了解,获得用于进一步研究的可培养固氮蓝细菌菌株。【方法】选择3种具有不同固氮能力的水稻土,采用BG11-N培养基分离培养固氮蓝细菌菌株,对新分离菌株进行形态特征观察,通过基因组DNA的nifH基因扩增明确其固氮潜力,进一步采用乙炔还原法和15N2示踪法定量测定其固氮能力,通过基因组DNA的16SrRNA基因序列比对进行鉴定。【结果】在光照培养条件下,采用BG11-N培养基共分离纯化得到自养菌株7株,细胞呈圆形或椭圆形、单列、无分枝、丝状和念珠状,在固体培养基上形成团垫状菌落。新分离菌株在BG11-N培养基中生长状况良好,以基因组DNA为模板可扩增出nifH基因,乙炔还原法和15N2示踪法测定结果显示具有较高固氮能力,同时具有铁载体生成能力。结合16S rRNA基因序列比对和形态特征,7株菌被初步鉴定隶属于念珠藻科(Nostocaceae)。【结论】从水稻土中分离到在稻田生物固氮中发挥重要作用的蓝细菌(念珠藻科)菌株,可培养固氮蓝细菌菌株固氮能力较高,兼具铁载体生成能力,可作为进一步深入研究的微生物资源,具有潜在的研究应用价值。 展开更多
关键词 生物固氮 蓝细菌 念珠藻 乙炔还原法 15N2示踪法
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长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N_(2)O排放的影响
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作者 靳鹏辉 陈哲 +6 位作者 王慧 徐乔 胡天龙 周蓉 蔺兴武 刘琦 谢祖彬 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期964-973,共10页
为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N_(2)O排放的影响,于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理:无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm^(2)·a... 为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N_(2)O排放的影响,于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理:无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm^(2)·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm^(2)·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm^(2)·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm^(2)·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明,BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N_(2)O总排放量与CK没有显著差异,但是BC3处理的N_(2)O总排放量比CK提高了245.31%,并显著高于其他处理。BC3处理的N_(2)O总排放量和施氮肥后N_(2)O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm^(2)和3.36 kg/hm^(2)(以N_(2)O-N计),BC3处理对土壤N_(2)O排放的刺激作用主要体现在施氮肥后的N_(2)O排放高峰期内。与CK相比,BC3处理显著提高了土壤阳离子交换量(20.35%),同时分别增加了土壤微生物生物量碳和生物量氮含量(26.13%和49.96%)。不同处理在复水并施用穗肥后引起的N_(2)O排放高峰期的累积排放量占总排放量的27.66%~32.83%,其中BC3处理的排放占比最高。研究结果说明生物质炭长期连续施用下土壤阳离子交换量的增加,提高了土壤NH_(4)^(+)的持留,进而促进了土壤硝化过程,同时延长穗肥施用和复水间隔时间可有效减少N_(2)O排放量。 展开更多
关键词 N_(2)O 生物质炭 秸秆还田 长期连续 稻田
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