13C标记技术在土壤和植物营养研究中的应用

过去研究有机物在土壤中的周转通常采用14C标记技术 ,但由于人们对其放射性的关注 ,进入 80年代以来研究者趋于使用稳定性同位素13C标记技术。虽然13C标记技术相对来说还较年轻 ,但从已有有限的研究资料来看其优越性已经显示出来。一是在一定的条件下可以利用自然丰度分异较大的天然材料作为标记材料 ,既可以省去标记的时间和费用 ,又可以做到真正的原位研究 ;二是利用13C和15N加富标记技术 ,结合核磁共振测定 ,不仅可以研究有机物分解的动态变化 ,还可以追踪有机物在周转过程中C、N组分化学结构的变化 ,能为揭示土壤养分循环和腐殖质形成机理提供更多的信息。本文根据已收集到的部分资料 ,对13C标记技术在土壤和植物营养中的应用情况作一简要综述 ,并在此基础上讨论了13C加富标记技术在研究植物光合作用、光合产物的去向以及标记秸杆在土壤中的分解等方面的应用及其注意点 ,旨在能为国内开展这方面的工作提供十分有用的参考     

气候条件和作物对黑土和潮土固氮微生物群落多样性的影响

固氮微生物是土壤氮素的主要贡献者之一。利用在黑龙江海伦(寒温带)、河南封丘(暖温带)和江西鹰潭(中亚热带)设置的2种农田土壤(黑土、潮土)的置换试验,研究了不同气候、土壤和种植条件对固氮微生物多样性的影响。通过直接从土壤中提取DNA,对固氮酶基因nifH PCR扩增并进行DGGE电泳的分析方法研究了2种类型土壤在3种不同水热条件下固氮微生物群落多样性的变化特征。研究结果表明,在置换到不同气候条件下3年后,土壤类型是决定固氮微生物结构及多样性的主要影响因子,其次是短期气候条件变化的影响,最后是种植玉米的影响。土壤固氮微生物多样性、优势度与土壤C/N及碱解氮含量呈显著正相关(p<0.01),与pH呈显著负相关;多元回归分析及典范对应分析均表明土壤碱解氮含量是影响固氮微生物多样性的决定因素。水热条件与土壤固氮微生物多样性没有线性相关关系,暖温带条件下黑土固氮微生物多样性最高,而潮土最低。种植玉米提高了土壤固氮微生物多样性。     

土壤中“接力反硝化”机制的部分证据

设想土壤中存在不同类型的不完全反硝化细菌 ;这些细菌可以彼此配合 ,此菌产物作为彼菌的底物 ,共同完成完整的反硝化过程。该机制称之为“接力反硝化”机制 ,有别于传统的反硝化机制。本文为“接力反硝化”机制的存在提供部分证据。以土壤浸提液为培养基、N2 O为电子受体富集土壤微生物 ,获得了 1株仅完成NO-3 →NO-2 反应的细菌 (原始编号 2 1 6 9 2 )、1株仅完成NO-2 →N2 O反应的细菌 (原始编号 1 9 5 3)、1株仅完成NO-2 →N2 O→N2 反应的细菌 (原始编号 2 1 6 3 6 )。把菌株 2 1 6 9 2和 1 9 5 3两菌株以适当的数量比例混合于灭菌的土壤中 ,不添外来碳源 ,仅添加NO-3 ,厌气培养 1周后 ,测得土壤中剩余的NO-3 仅为原添加量的 39 4 %～ 5 3 0 % ,与此同时有 5 2 %～ 13 9%的NO-3 被还原成NO-2 ,有 2 8 6 %～ 30 8%以N2 O形态被回收 ,总回收率为 75 4 %～ 95 5 % ,说明两者可以相互配合 ,菌株 2 1 6 9 2的硝酸根还原产物可以被菌株 1 9 5 3用作底物 ,共同完成反硝化过程 ,从而支持我们设想的“接力反硝化”机制。     

基于长期定位试验的典型稻麦轮作区作物产量稳定性研究

为探讨长期施肥条件下作物持续稳产和高产的途径,利用始于1980年的江苏太湖典型稻麦轮作区水稻土长期定位试验,分析水稻和小麦不同年份产量数据和土壤养分数据,研究了长期不同施肥方式对作物产量稳定性的影响,以及作物产量波动和土壤养分变化相关性。结果表明：各处理试验小区水稻和小麦的平均产量均呈锯齿状波动,受气候和其他因素影响不同年份间的产量变动差异较大。数十年期间,各施肥处理包括对照的水稻和小麦产量均有增长趋势,水稻增产趋势较小麦明显,小麦产量年际间的波动较大。有机肥与化肥配施和秸秆还田较单施化肥或有机肥有更明显的增产效果。水稻产量的稳定性高于小麦,各处理水稻产量的变异系数（CV）较小麦低,而稳定性系数（SYI）较高。其中MPK（有机肥+化肥磷钾）处理的产量稳定性最高,而MNPK（有机肥+化肥氮磷钾）的稳定性最低。施化肥尤其是氮肥可能是造成产量稳定性降低的一个因素。氮肥是增产的主要因素,也可能是引起稻田生态系统稳定性降低的因素。水稻和小麦产量与土壤氮素之间的相关性较显著、相比旱季,在稻季条件下,水稻产量稳定性更高,且增产趋势更明显,说明稻田土壤生态系统可能稳定性较高,并且随着耕作年限的延长其稳定性有提高趋势。     

长期施肥水稻土氮素剖面分布及温度对土壤氮素矿化特性的影响

利用太湖地区26a的水稻土长期定位试验,研究了长期施肥对水稻土剖面氮素分布和C/N的影响,分析了10℃和30℃下不同施肥处理土壤氮素矿化过程的差异,拟合了30℃下土壤累积矿化量与有效积温的方程式。结果表明:(1)长期施肥使表层土壤氮素累积量明显增加,0～20cm土层,施有机肥处理的含氮量普遍高于施化肥处理。20～30cm土层,化肥氮+磷处理(CNP)、化肥氮+磷+钾处理(CNPK)、秸秆+氮处理(CRN)及不施肥对照CK的含氮量高于有机肥+氮+磷处理(MNP)、有机肥+氮+磷+钾处理(MNPK)、秸秆+有机肥+氮处理(MRN)和仅施有机肥处理(M0),而40～50cm土层含氮量差异较小;(2)施有机肥或秸秆还田使表层土C/N值有降低趋势。0～10cm表层土壤的C/N,CNPK>MNPK,CK>M0,而施秸秆处理MRN的C/N最低。20～50cm土层,施有机肥处理的C/N普遍高于化肥处理,施化肥土壤下层的有机质分解程度较高。(3)在30℃下,土壤矿化过程达到稳定状态需要时间较短,且累积矿化量较高。在10℃下,培养后期的矿化速率高于30℃下的速率,但累积矿化量较低,低温条件引起了土壤氮素矿化率的降低。土壤累积矿化量与有效积温的关系符合有效积温方程式(p<0·01),K值较接近反应矿化初期各处理的矿化潜力,n值的差异反应MRN、MNP以及CNPK、CNP处理在矿化后期有更高潜力。