长期施肥对红壤固氮菌影响研究等近期5则土壤科学研究进展|研究

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近期5则土壤科学研究进展。

来源：根据中科院网站、土壤与农业可持续发展国家重点实验室网站相关报道整理

生物质炭和抑制剂对潮土N2O和NO影响研究取得进展

农田生态系统是大气N2O和NO的重要排放源。N2O作为重要温室气体之一，不仅产生温室效应，还会间接破坏臭氧层；NO可促进生态系统酸化和富营养化，二者排放不仅降低氮肥利用率，还会产生环境污染。施用生物质炭和抑制剂具有增加作物产量和降低N2O排放等的效果。然而对土壤NO排放影响的研究相对较少。

中科院南京土壤研究所丁维新课题组采用田间小区试验，研究了生物质炭和抑制剂对华北平原潮土N2O和NO的影响。试验包括9个处理：不施氮肥（control）、单施化肥（N）、化肥+3 ton ha-1生物质炭（NB3）、化肥+6 ton ha-1生物质炭（NB6）、化肥+12 ton ha-1生物质炭（NB12）、N+硝化抑制剂、NB3+硝化抑制剂、NB6+硝化抑制剂和NB12+硝化抑制剂。生物质炭施用于前一年玉米季，抑制剂则在当季施用。

研究发现，玉米季氮肥施用后N2O和NO均出现明显的排放峰，并且基肥施用后NO排放峰值显著高于N2O。除对照处理外，施肥处理的NO/N2O比值为1.11-1.72，表明N2O和NO主要来自硝化作用。N处理土壤N2O和NO排放量分别为1.00 kg N2O-N ha-1和1.39 kg NO-N ha-1，而NB3、NB6和NB12处理则分别下降至0.81-0.85 kg N2O-N ha-1和1.31-1.35 kg NO-N ha-1。添加抑制剂对土壤N2O排放无影响，但是显著降低NO排放。施用生物质炭和抑制剂均未对玉米产量和氮吸收量产生影响。

结果表明，前一年施用的生物质炭对次年土壤N2O和NO排放无显著作用；抑制剂对土壤N2O无影响，却显著降低了NO排放，可能是由于土壤低水分含量限制了反硝化作用，屏蔽了生物质炭和抑制剂对土壤N2O排放的潜在作用。

该研究结果发表在Biology and Fertility of Soils上。

玉米季不同土壤WFPS下N2O对抑制剂响应的变化

生物质炭和抑制剂对稻田氨挥发影响研究取得进展

氨挥发是农田生态系统氮素损失的重要途径之一，不仅降低经济效益，而且造成严重的环境污染。尽管生物质炭和抑制剂在土壤固碳和N2O减排等方面具有良好的效果，但是对稻田氨挥发损失的影响尚存争议。

中科院南京土壤研究所丁维新课题组采用田间小区试验，研究了生物质炭和抑制剂对稻田氨挥发的影响。试验包括7个处理：不施氮肥（Control）、单施化肥（N）、单施生物质炭（B）、化肥+生物质炭（NB）、NB+脲酶抑制剂（NBUI）、NB+硝化抑制剂（NBNI）和NB+脲酶抑制剂+硝化抑制剂（NBDI）。

研究发现，生物质炭添加当年NB处理显著增加了稻田氨挥发（14.1%），损失量与田面水的pH和NH4+-N浓度呈线性正相关，表明生物质炭施用提高了田面水pH，导致氨挥发增强；相反，次年显著降低了氨挥发，可能与土壤NH4+吸附和硝化作用增强有关。生物质炭与硝化抑制剂联用（NBNI）连续两年显著增加了稻田氨挥发，而生物质炭与脲酶抑制剂联用（NBUI）则显著降低了氨挥发。NBDI处理在生物质炭添加当年对氨挥发没有影响，但是生物质炭施用次年显著降低了氨挥发（19.8%）。生物质炭与氮肥联用（NB）以及与脲酶抑制剂（NBUI）或者两种抑制剂联用（NBDI）都增加了水稻产量（7.4–16.5%）。

研究结果为稻田生态系统生物质炭的合理施用提供了理论依据。

该研究结果发表在Agriculture, Ecosystems and Environment上。

生物质炭和抑制剂对yield-scale NH3 volatilization的影响

长期施肥对红壤固氮菌影响研究取得进展

生物固氮对减少农田生态系统氮肥施用具有重要作用，固氮菌是生物固氮的主要参与者。很多研究表明，固氮菌受土壤理化性质变化影响，然而长期施肥如何影响红壤固氮菌丰度、多样性和群落结构仍存在很大的不确定性。

中科院南京土壤研究所丁维新课题组以中科院鹰潭红壤生态试验站有机无机肥长期定位试验为研究平台，利用定量PCR技术和现代分子生态学分析方法，研究了长期施肥对红壤固氮菌的影响。试验包括7个处理：不施肥（Control）、单施化肥（N）、化肥+石灰（NL）、化肥+花生秸秆（NPS）、化肥+水稻秸秆（NRS）、化肥+萝卜菜（NR）和化肥+猪厩肥（NPM）。

研究发现，长期施肥显著降低了固氮菌的丰度和多样性，而施用石灰和猪厩肥进一步降低了固氮菌丰度和多样性，两者与土壤pH呈显著负相关，表明提高土壤pH可能会降低红壤的固氮潜力。NPS、NRS和NR处理土壤的固氮菌群落结构与N处理相似，表明作物残留物还田不会显著影响红壤固氮菌群落结构。相反，石灰和猪厩肥施用显著改变了红壤固氮菌的群落结构，优势固氮菌从Control处理的Bradyrhizobium分别演替为Azohydromonas和Azospirillum，而诱导演替的关键因子是土壤pH。

本研究结果加深了对长期施肥管理下红壤固氮菌特征的认知，为进一步挖掘和构建红壤固氮菌群落提供了理论依据。

该研究结果发表在Soil Biology and Biochemistry上。

长期施肥对固氮菌丰度的影响

 长期施肥对固氮菌群落结构的影响

 水稻土微生物残留物对氮素的响应研究获进展

微生物是土壤有机碳转化的重要参与者，其通过合成代谢作用将有机碳转化为自身细胞组成，待其死亡后以微生物残体形式在土壤中积累。其中，氨基糖是微生物细胞壁的重要组成部分，也是土壤稳定有机碳的重要来源。水稻土作为一种重要的碳汇场所。在淹水条件下，由于水中溶解氧的扩散作用，在水稻土表层形成一层约1cm深的含氧层，其较高的Eh、pH 和含水量，可能造成它与下层（>1cm）的微生物种群、碳和氮的生物地球化学转化过程不同。

基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所研究员苏以荣团队以13C-水稻秸秆为碳源，研究了水稻土0-1cm和1-5cm土层中微生物代谢产物（氨基糖）对氮素（(NH4)2SO4）的响应过程。结果表明，添加无机氮能够显著增加0-1cm土层内微生物利用外源碳合成的氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸的含量，而在1-5cm土层中并没有类似结果。培养前期，微生物利用外源碳合成的氨基糖在1-5cm土层显著高于0-1cm的土层。其原因可能是，氧化层发生了氨氧化作用，使得1-5cm还原层的铵态氮含量高于0-1cm氧化层，而微生物在利用氮素的时候优先利用铵态氮而不是硝态氮，促使还原层氨基糖合成量比氧化层高。总氨基糖中真菌和细菌残留物的比值是12.5-14.6，而利用外源碳的真菌和细菌的残留物比值为1.0-1.7，说明真菌和细菌对外源有机碳分解的贡献相当，而对原有有机碳的转化则以真菌占主导。

此项研究指出在水稻土中由于不同层次含氧量不同，造成微生物对碳氮的利用、转化与循环差异，其结果为稻田生态系统微生物残留物固碳的氮素调控提供科学基础。

该项研究近期以Effect of nitrogen fertilization on the fate of rice residue-C in paddy soil depending on depth: 13C amino sugar analysis 为题发表在土壤学国际期刊Biology and Fertility of Soils上。该研究得到了国家重点研发计划 (2016YFD0200106, 2017YFC0505503)、国家自然科学基金(41671298, 41430860)和亚热带生态所青年创新团队项目(2017QNCXTD_GTD)的支持。

图1 5天和100天时，水稻土中微生物利用外源碳生成的氨基糖对氮素添加的响应

图2 5天和100天时，水稻土中微生物利用原有碳和外源碳生成的氨基葡萄糖（真菌来源）与胞壁酸的比值

成都生物所在树木对土壤水、氮有效性的响应研究中获进展

关于树木对水氮响应的研究很多，但在土壤系列水氮供应下，其响应模式如何以及相关机制都不得而知。在研究树木对不同土壤水氮有效性的响应模式和机制中，利用幼苗较林分研究更简单易行。这不仅可以为评估育苗、乃至定植时幼苗生长响应提供可靠的信息；也可从生态生理机制方面为林分水平的诊断和生长的预测提供依据。

中国科学院成都生物研究所研究员尹春英、刘庆与美国杜克大学教授Ram Oren等合作，以川西亚高山森林广泛分布的主要针、阔树种云杉（Picea asperata）和红桦（Betula albosinensis）为研究材料，通过控制试验研究了其在系列土壤水分状况下对不同氮供应的响应。研究表明：云杉作为耐阴树种，土壤水分低于60%FC时，水分限制了其生长；而土壤水分高于60%FC，其生长主要是氮限制。而喜光树种红桦从水分限制到氮限制发生在更低的土壤水分。云杉的响应模式主要体现在根的响应上；叶片光合作用（包括光合-水分利用效率和光合-氮利用效率）的响应也与生长响应一致。而红桦主要是叶面积动态决定着其响应模式。总之，速生树种红桦当水氮资源不受限制时，能充分利用资源在较窄的土壤水氮有效性范围内达到其最大生长，并且在中等水氮供应时优先分配到地上部分以获取资源；而云杉在水分受限时随着水分供应增加逐渐增加地上生长；当水氮资源充足时优先生长更多的根。该研究对于不同降水地区的森林在氮沉降背景下生长和响应预测也具有重要意义。

该研究在国家自然科学基金（No. 31370495，31070533）等项目的资助下完成。近日以Differential responses of Picea asperata and Betula albosinensis to nitrogen supply imposed by water availability 为题发表在林学Top期刊Tree Physiology上。

图1. 实验布置 

图2. 云杉（A）和红桦（B）对水、氮供应的响应 

图3. 基于近年来木本植物对水氮响应的相关研究，针叶树种（A）和落叶阔叶树种（B）对水、氮供应的响应 

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