盐渍化对农田氮素转化过程的影响机制和增效调控途径
发布时间：2021-01-31 10:24
本文在回顾我国盐渍化农田氮肥利用现状的基础上,总结了盐渍化对农田土壤氮素转化关键过程的影响规律,剖析了其对参与氮素转化的微生物的作用机制,归纳了盐渍化农田氮素养分增效调控的主要途径。盐渍化对农田土壤氮素矿化、硝化和反硝化过程存在阈值效应,不同范围内影响差别较大。盐分以及次生障碍对相关微生物也具有不同的影响,且同样存在阈值效应。目前盐渍化农田氮素增效调控的途径主要包括土壤改良剂改良、生物质材料改良、种植耐盐植物、优化氮素形态配比和生物抑制剂改良,最后提出盐渍化农田氮素循环过程研究目前存在的不足以及未来的研究方向。本文对盐渍化农田氮素减损增效、化肥养分高效利用与农业面源污染阻控具有重要指导意义。
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
农田地下水-土壤-植被-大气连续体系统土壤氮素养分转化迁移过程示意图
对有机氮氨化过程的新模式研究认为,氨化过程首先将高分子量可溶性有机氮(HMW-DON)在胞外酶的作用下转化为低分子量可溶性有机氮(LMW-DON),之后一部分LMW-DON进入微生物细胞内代谢产生氨,另一部分则在胞外进行脱氨作用产生氨[36]。一般认为,HMW-DON转化为LMW-DON的过程是氨化过程的限速步骤,并且由细菌和真菌分泌的蛋白酶在胞外酶中的比重最大[37]。土壤微生物生物量氮在氮素矿化过程中也具有重要作用,微生物活性和微生物生物量氮影响土壤氮素的有效性[38]。研究表明,土壤脲酶活性和蛋白酶活性与土壤氮矿化量具有显著的正相关关系[39]。操庆等[40]发现,盐分对土壤微生物生物量氮有显著的抑制作用,对脲酶和蛋白酶活性也具有抑制作用。李玲等[33]也发现,盐分使土壤微生物生物量氮减少,并且外源氮的添加不会增加微生物生物量氮。由于土壤中耐盐细菌所占比例不同,不同土壤对盐分的响应程度有差别,但均会对蛋白酶、脲酶、微生物活性以及微生物生物量氮产生抑制[41](图2)。温度和水分也是影响氮矿化过程的重要因子,在一定的含水量和温度范围内,随着湿度和温度的升高微生物活性增强[42]。盐渍土易滞水,透气性差,春秋季节土壤温度低于正常土壤,夏季土壤温度则高于正常土壤[43],导致微生物活性也相继发生变化。硝化作用可根据微生物代谢分为由氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)主导的氨氧化过程和由硝化细菌(NOB)主导的亚硝酸盐氧化过程。研究表明,硝化势与AOA和AOB amoA基因多样性指数有显著正相关关系,并且AOA比AOB与硝化势的关系更密切[44]。与在其他类型土壤中AOA丰度高于AOB丰度的结果不同[45-47],何园等[48]发现,在盐渍土壤中AOB的丰度高于AOA的丰度。但李明等[49]发现,AOA与土壤盐分和pH值均没有显著相关性,与AOA相比,AOB对盐度的变化更不敏感,丰度变化更小[47],说明丰度的变化不是盐分直接影响导致的,而是盐渍化通过其他两种途径间接导致的,并且在其他因素的综合影响下,高盐渍化土壤中AOB和AOA的amoA基因拷贝数低于正常的土壤,导致硝化作用受到抑制。但张慧敏[17]研究发现,轻度NaCl胁迫可以提高土壤中AOA丰度,从而促进硝化作用,与前文低盐分促进硝化作用的结果一致。在高盐高碱条件下NOB受到强烈的抑制作用,使硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]肥料添加剂NAM对盐渍土壤理化性质及水稻氮肥农学利用效率的影响[J]. 孙艳,张士荣,丁效东,曾路生,丁芳,王玲莉,石元亮. 山东农业科学. 2020(04)
[2]盐碱地土壤养分和盐分含量的空间变异特征研究[J]. 姜右锦,张松林,刘阳. 河南农业科学. 2020(03)
[3]沙枣改善盐碱土壤养分的研究进展[J]. 武海雯,杨秀艳,王计平,刘正祥,朱建峰,张华新. 生态学杂志. 2019(11)
[4]灌溉方式和改良措施对河套灌区盐渍土氨挥发的影响[J]. 常菲,红梅,武岩,李艳勤,赵巴音那木拉,德海山. 中国土壤与肥料. 2019(02)
[5]高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征[J]. 代伟,赵剑强,丁家志,刘双. 环境科学. 2019(08)
[6]不同水盐条件下盐渍土硝化过程特征[J]. 李亚威,徐俊增,卫琦,百文焕,李坤霖,刘笑吟. 排灌机械工程学报. 2018(09)
[7]种植绿肥对滨海盐渍土养分及盐分动态变化的影响[J]. 朱小梅,温祝桂,赵宝泉,刘冲,邢锦城,董静,丁海荣,洪立洲. 西南农业学报. 2017(08)
[8]施用生物炭和聚丙烯酰胺对海涂围垦区盐碱土水力性质的影响[J]. 曹雨桐,佘冬立. 应用生态学报. 2017(11)
[9]氮肥对盐渍化枸杞园土壤微生物群落和氨氧化微生物丰度的影响[J]. 李明,张俊华,黄菊莹. 土壤通报. 2017(04)
[10]生物炭和有机肥对华北农田盐碱土N2O排放的影响[J]. 石玉龙,刘杏认,高佩玲,张晴雯,张爱平,杨正礼. 环境科学. 2017(12)
硕士论文
[1]不同盐碱胁迫对土壤氮素转化和氨氧化微生物的影响[D]. 张慧敏.石河子大学 2018
[2]外源氮输入下双抑制剂组合（NBPT+CP）对盐渍化土壤N2O和NH3排放的影响[D]. 张前前.石河子大学 2017
[3]长期施肥对稻田土壤氮素转化特征及酶活性的影响[D]. 邓婵娟.华中农业大学 2008
本文编号：3010680
【文章来源】：应用生态学报. 2020,31(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
农田地下水-土壤-植被-大气连续体系统土壤氮素养分转化迁移过程示意图
对有机氮氨化过程的新模式研究认为,氨化过程首先将高分子量可溶性有机氮(HMW-DON)在胞外酶的作用下转化为低分子量可溶性有机氮(LMW-DON),之后一部分LMW-DON进入微生物细胞内代谢产生氨,另一部分则在胞外进行脱氨作用产生氨[36]。一般认为,HMW-DON转化为LMW-DON的过程是氨化过程的限速步骤,并且由细菌和真菌分泌的蛋白酶在胞外酶中的比重最大[37]。土壤微生物生物量氮在氮素矿化过程中也具有重要作用,微生物活性和微生物生物量氮影响土壤氮素的有效性[38]。研究表明,土壤脲酶活性和蛋白酶活性与土壤氮矿化量具有显著的正相关关系[39]。操庆等[40]发现,盐分对土壤微生物生物量氮有显著的抑制作用,对脲酶和蛋白酶活性也具有抑制作用。李玲等[33]也发现,盐分使土壤微生物生物量氮减少,并且外源氮的添加不会增加微生物生物量氮。由于土壤中耐盐细菌所占比例不同,不同土壤对盐分的响应程度有差别,但均会对蛋白酶、脲酶、微生物活性以及微生物生物量氮产生抑制[41](图2)。温度和水分也是影响氮矿化过程的重要因子,在一定的含水量和温度范围内,随着湿度和温度的升高微生物活性增强[42]。盐渍土易滞水,透气性差,春秋季节土壤温度低于正常土壤,夏季土壤温度则高于正常土壤[43],导致微生物活性也相继发生变化。硝化作用可根据微生物代谢分为由氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)主导的氨氧化过程和由硝化细菌(NOB)主导的亚硝酸盐氧化过程。研究表明,硝化势与AOA和AOB amoA基因多样性指数有显著正相关关系,并且AOA比AOB与硝化势的关系更密切[44]。与在其他类型土壤中AOA丰度高于AOB丰度的结果不同[45-47],何园等[48]发现,在盐渍土壤中AOB的丰度高于AOA的丰度。但李明等[49]发现,AOA与土壤盐分和pH值均没有显著相关性,与AOA相比,AOB对盐度的变化更不敏感,丰度变化更小[47],说明丰度的变化不是盐分直接影响导致的,而是盐渍化通过其他两种途径间接导致的,并且在其他因素的综合影响下,高盐渍化土壤中AOB和AOA的amoA基因拷贝数低于正常的土壤,导致硝化作用受到抑制。但张慧敏[17]研究发现,轻度NaCl胁迫可以提高土壤中AOA丰度,从而促进硝化作用,与前文低盐分促进硝化作用的结果一致。在高盐高碱条件下NOB受到强烈的抑制作用,使硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]肥料添加剂NAM对盐渍土壤理化性质及水稻氮肥农学利用效率的影响[J]. 孙艳,张士荣,丁效东,曾路生,丁芳,王玲莉,石元亮. 山东农业科学. 2020(04)
[2]盐碱地土壤养分和盐分含量的空间变异特征研究[J]. 姜右锦,张松林,刘阳. 河南农业科学. 2020(03)
[3]沙枣改善盐碱土壤养分的研究进展[J]. 武海雯,杨秀艳,王计平,刘正祥,朱建峰,张华新. 生态学杂志. 2019(11)
[4]灌溉方式和改良措施对河套灌区盐渍土氨挥发的影响[J]. 常菲,红梅,武岩,李艳勤,赵巴音那木拉,德海山. 中国土壤与肥料. 2019(02)
[5]高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征[J]. 代伟,赵剑强,丁家志,刘双. 环境科学. 2019(08)
[6]不同水盐条件下盐渍土硝化过程特征[J]. 李亚威,徐俊增,卫琦,百文焕,李坤霖,刘笑吟. 排灌机械工程学报. 2018(09)
[7]种植绿肥对滨海盐渍土养分及盐分动态变化的影响[J]. 朱小梅,温祝桂,赵宝泉,刘冲,邢锦城,董静,丁海荣,洪立洲. 西南农业学报. 2017(08)
[8]施用生物炭和聚丙烯酰胺对海涂围垦区盐碱土水力性质的影响[J]. 曹雨桐,佘冬立. 应用生态学报. 2017(11)
[9]氮肥对盐渍化枸杞园土壤微生物群落和氨氧化微生物丰度的影响[J]. 李明,张俊华,黄菊莹. 土壤通报. 2017(04)
[10]生物炭和有机肥对华北农田盐碱土N2O排放的影响[J]. 石玉龙,刘杏认,高佩玲,张晴雯,张爱平,杨正礼. 环境科学. 2017(12)
硕士论文
[1]不同盐碱胁迫对土壤氮素转化和氨氧化微生物的影响[D]. 张慧敏.石河子大学 2018
[2]外源氮输入下双抑制剂组合（NBPT+CP）对盐渍化土壤N2O和NH3排放的影响[D]. 张前前.石河子大学 2017
[3]长期施肥对稻田土壤氮素转化特征及酶活性的影响[D]. 邓婵娟.华中农业大学 2008
本文编号：3010680
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