用~(15)N同位素稀释法评估诱发结瘤春小麦的固氮作用

盆载试验表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌处理麦苗能成功地诱发根部结瘤,其植株生育正常。株高和干重明显高于不固氮参照组(2,4-D加灭活田菁固氮根瘤菌处理)。ARA法证实其根系呈现固氮酶活性;Kjeldahl法表明其植株,特别是根部,全氮产量大多高于参照组;~(15)N同位素稀释法测得其茎叶~(15)N原子百分超低于不固氮参照组,表明,2,4-D加田菁固氮根瘤菌诱发的小麦“类瘤”能固定大气氮。连续4年多次试验表明,2,4-D加田菁固氮根瘤处理能使小麦百分之百诱发结瘤,但并非诱发瘤都能固氮。用~(15)N同位素稀释法测定表明,其固氮能力较低,波动甚大。每盆净固氮量约为0.05～18.1mg纯氮(合0.01～3.87mg N/株),占植株全氮量的2.32％～18.07％。~(15)N同位素稀释法还证实了盆载试验条件下的田菁固氮根瘤菌的自生固氮活性,其固氮产物能为小麦植株吸收。最后还提出了准确计算结瘤小麦固氮百分率的数学方程式。     

利用~(15)N天然丰度法评估森林生态系统植物的固氮能力

利用森林生态系统中植物茎叶与土壤氮的氮同位素组成(~(15)N天然丰度值)的变化评估植物固氮能力,为野生固氮植物资源调查提供一种简便易行的测试方法。试验测定了小五台山自然保护区内的豆科植物、非豆科植物和土壤样品的氮含量及其~(15)N天然丰度值。植物茎叶的δ~(15)N值明显不同于表土的δ~(15)N值。豆科植物能固定大气N_2,其茎叶的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰)。在估测森林生态系统中固氮植物％Ndfa值时,对不固氮参照植物的选择进行了讨论。油松等少数非豆科植物的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值,很可能具有固氮能力。     

利用~(15)N天然丰度法评估森林生态系统植物的固氮能力

利用森林生态系统中植物茎叶与土壤氮的氮同位素组成(~(15)N天然丰度值)的变化评估植物固氮能力,为野生固氮植物资源调查提供一种简便易行的测试方法。试验测定了小五台山自然保护区内的豆科植物、非豆科植物和土壤样品的氮含量及其~(15)N天然丰度值。植物茎叶的δ~(15)N值明显不同于表土的δ~(15)N值。豆科植物能固定大气N_2,其茎叶的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰)。在估测森林生态系统中固氮植物％Ndfa值时,对不固氮参照植物的选择进行了讨论。油松等少数非豆科植物的δ~(15)N值接近大气δ~(15)N的δ~(15)N值,很可能具有固氮能力。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

利用同位素~(15)N对豆科作物固氮量测定的研究

本文报导了利用同位素~(15)N对豆科作物固氮量测定的研究。结果表明,~(15)N-A值法和总氮差值法测定五个大豆品种和两种豆科牧草的固氮量值显著相关,两方法的测定结果明显地呈线性关系。通过比较非固氮作物重复间总氮测量值和~(15)N％原子超测定值变异系数的大小,表明用A_N值法估计固氮百分率比用总氮差值法可靠,试验结果还表明,A_N值法测定固氮量比总氮差值法和乙炔还原法具有一定的优越性。     

用~(15)N示踪研究大豆和玉米在混作系统的生态互补作用

用_(15)N同位素稀释技术分别通过盆栽、小区和大田示范对比试验,研究了大豆与玉米植株在单作和混作系统中的氮行为和生态互补作用。结果表明,混作时玉米植株来自土壤氮比单播降低了9.13％～24.58％,来自肥料氮比单播时降低了7.15％～22.52％,减低了玉米植株对土壤和肥料氮的剧烈竞争。混作时大豆固定的氮除供本身生长发育用外,还能转     

用~(15)N示踪研究大豆和玉米在混作系统的生态互补作用

用~(15)N同位素稀释技术分别通过盆栽、小区和大田示范对比试验,研究了大豆与玉米植株在单作和混作系统中的氮行为和生态互补作用。结果表明,混作时玉米植株来自土壤氮比单播降低了9.13％～24.58％,来自肥料氮比单播时降低了7.15％～22.52％,减低了玉米植株对土壤和肥料氮的剧烈竞争。混作时大豆固定的氮除供本身生长发育用外,还能转移给与之混作的玉米植株,输出率达18.44％～35.32％,使玉米植株从与之混作的大豆根际获得本身生长所需氮的8.75％～24.05％,成为玉米植株土壤和肥料氮之外的第3氮源。这种负反馈机制使混作系统中大豆植株的固氮率比单作时提高29.10％～32.69％。对大豆混作玉米进行了示范,每公顷收获大豆与玉米的复合产值分别比大豆单作增收30.51％和52.95％,比玉米单作增收22.60％和43.69％。大豆与玉米以2:1株数比混作时,两种作物植株的含氮量比其他混作组合的高,对土壤氮的消耗则比其他组合的低,表现出2:1混作组合的氮营养优势。     

几种饲用牧草的δ~(15)N值及其固氮能力初评

不同种、不同品种豆科牧草茎叶的δ~(15)N值相差甚大,表明了它们的固氮能力的明显不同。某些禾本科牧草茎叶的δ~(15)N值很低,接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰),表明它们很可能通过联合固氮等途径获取生长所需的N素,值得进一步研究。     

几种饲用牧草的δ~(15)N值及其固氮能力初评

不同种、不同品种豆科牧草茎叶的δ~(15)N值相差甚大,表明了它们的固氮能力的明显不同。某些禾本科牧草茎叶的δ~(15)N值很低,接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰),表明它们很可能通过联合固氮等途径获取生长所需的N素,值得进一步研究。     

新疆大叶苜蓿氮行为的研究

用~(15)N同位素稀释法,于1985～1988年在盆栽和草场小区条件下,研究了新疆大叶苜蓿和其它新疆主要豆科牧草及新疆主要禾本科牧草在单播和混播系统中的氮行为。新疆大叶苜蓿、覃木樨、红豆草、白三叶和红三叶等新疆主要豆科牧草植株对肥料氮的要求是微不足道的,仅占0.7％～5.3％,但对土壤和空气氮的依赖性则差异很大。总的趋势是豆科牧草对土壤或肥料氮的依赖性随着固氮能力的增强而降低。新疆大叶苜蓿植株中有79％的氮来自空气,是高固氮作物,肥料氮仅占0.7％。在混播系统中,新疆主要禾本科牧草牛尾草、老芒麦、冰草和无芒雀麦植株来自肥料和土壤氮的比例比单播时都有较大的降低,发生了苜蓿固氮产物向与之混作的禾本科牧草转移。新疆大叶苜蓿与老芒麦1:1混播,为合适组合。合适组合的混合干草产量,产氮量,苜蓿固氮量及向老芒麦转移量都最优。混合干草中苜蓿与老芒麦的组成重量比为1:0.9,搭配合理,营养完全。     

新疆大叶苜蓿氮行为的研究

用~(15)N同位素稀释法,于1985～1988年在盆栽和草场小区条件下,研究了新疆大叶苜蓿和其它新疆主要豆科牧草及新疆主要禾本科牧草在单播和混播系统中的氮行为。新疆大叶苜蓿、覃木樨、红豆草、白三叶和红三叶等新疆主要豆科牧草植株对肥料氮的要求是微不足道的,仅占0.7％～5.3％,但对土壤和空气氮的依赖性则差异很大。总的趋势是豆科牧草对土壤或肥料氮的依赖性随着固氮能力的增强而降低。新疆大叶苜蓿植株中有79％的氮来自空气,是高固氮作物,肥料氮仅占0.7％。在混播系统中,新疆主要禾本科牧草牛尾草、老芒麦、冰草和无芒雀麦植株来自肥料和土壤氮的比例比单播时都有较大的降低,发生了苜蓿固氮产物向与之混作的禾本科牧草转移。新疆大叶苜蓿与老芒麦1:1混播,为合适组合。合适组合的混合干草产量,产氮量,苜蓿固氮量及向老芒麦转移量都最优。混合干草中苜蓿与老芒麦的组成重量比为1:0.9,搭配合理,营养完全。     

~(15)N同位素在华北冬小麦夏玉米氮营养来源研究中的应用

小麦-玉米一年两作是华北平原最主要的种植方式之一,对保障国家粮食安全至关重要。阐明该种植体系作物氮营养来源定量组成对区域养分资源管理、施肥制度优化、作物营养状况调控都具有十分重要的意义。~(15)N作为氮元素的一种稳定同位素,其示踪技术在农田氮肥去向,作物氮营养来源等农业生产领域得到广泛应用。本文主要概述了~(15)N同位素技术在研究当季施入化肥氮、前茬残留化肥氮、播前土壤固有硝态氮对华北冬小麦-夏玉米氮营养贡献中的具体应用方法、实例及相关研究结果,并对叶面肥氮、还田秸秆氮、大气沉降氮等其他氮营养来源的研究进行了展望,以期为该种植体系养分资源管理以及施肥制度优化提供理论参考。     

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ~(15)N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥(以下简称堆肥)对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ~(15)N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ~(15)N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1)连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45t·hm-2时效果最为显著,较单施化肥(CK)处理分别增加了265.83%和284.31%(P0.05)。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮(PON)增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现:颗粒态有机氮(PON)轻组有机氮(LFON)水溶性有机氮(DON)微生物量氮(SMBN)。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例(P0.05),从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2)施用堆肥显著降低了土壤δ~(15)N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ~(15)N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ~(15)N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ~(15)N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3)冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平(IFI)均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ~(15)N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著(P0.05),解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45t·hm-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ~(15)N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。     

应用~(15)N示踪研究秸秆对保存和提高氮肥肥效的影响

应用~(15)N示踪技术研究了作物秸秆不同施用方式对保存和提高施入氮肥肥效的影响。氮肥硫酸铵标记丰度为8.92％,经三年盆栽和田间小区试验表明,化肥氮与秸秆配合铺施(~(15)N 铺)或混(翻压)施(~(15)N 混或翻),作物可增产5.4～30.0％(盆栽春小麦、夏谷)和18～23％(田间冬小麦、夏玉米)。~(15)N示踪试验表明,在~(15)N 铺处理下,盆栽四季作物对施入的化肥氮的利用率分别为57.8％、65.8％、36.6％和8.5％,较单施~(15)N的分别增高3.7％、10.2％、21.5％和2.8％;随土壤渗漏水流失的氮量较单施~(15)N的减少50％;以气态逸失的氮量减少30.3％;进入土壤腐殖质的化肥氮较单施~(15)N的增多21.1％,证明了秸秆的不同施用方式调控了土壤微生物的活性,从而起到了保存和提高土壤肥效的作用。     

应用~(15)N示踪研究秸秆对保存和提高氮肥肥效的影响

应用~(15)N示踪技术研究了作物秸秆不同施用方式对保存和提高施入氮肥肥效的影响。氮肥硫酸铵标记丰度为8.92％,经三年盆栽和田间小区试验表明,化肥氮与秸秆配合铺施(~(15)N 铺)或混(翻压)施(~(15)N 混或翻),作物可增产5.4～30.0％(盆栽春小麦、夏各)和18～23％(田间冬小麦、夏玉米)。~(15)N示踪试验表明,在~(15)N 铺处理下,盆栽四季作物对施入的化肥氮的利用率分别为57.8％、65.8％、36.6％和8.5％,较单施~(15)N的分别增高3.7％、10.2％、21.5％和2.8％;随土壤渗漏水流失的氮量较单施~(15)N的减少50％;以气态逸失的氮量减少30.3％;进入土壤腐殖质的化肥氮较单施~(15)N的增多21.1％,证明了秸秆的不同施用方式调控了土壤微生物的活性,从而起到了保存和提高土壤肥效的作用。     

应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮和磷的吸收作用

本文叙述了在1983～1986年间应用同位素~(15)N和~(32)P中研究作物对氮肥和磷肥的吸收利用。实验表明,在淹水条件下,水稻对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3形式的铵态氮利用率分别为40.58％和33.80%;而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3形式的硝态氮利用率分别为15.99％和15.30%,水稻对铵态氮的利用率显著高于硝态氮。在旱地条件下,谷子对(~(15)NH_4)_2SO_4 和~(15)NH_4NO_3的利用率分别为52.4%和42.2%,而对NH_4 ~(15)NO_3和K~(15)NO_3的硝态氮利用率分别为71.6%和59.5%,谷子对铵态氮的利用率明显低于硝态氮。用~(15)N、~(32)P作示踪剂研究表明:水稻对氮磷复合肥中氮的利用率分别是:尿素磷铵44.65%,氯磷铵45.54%,尿素44.12%,尿素+普钙40.51%,硝酸磷肥36.65%。水稻对上述几种肥料的肥磷利用率是:硝酸磷肥22.55%,氯磷铵22.36%,尿素磷铵21.08%,尿素+普钙20.74%,普钙11.87%。用放射性扫描和放射自显影方法研究了,肥料磷在土壤中经过20天的垂直移动距离。     

辐照土壤使作物增产及机理研究初报

土壤经2.5×10~4Gy ~(60)Coγ射线照射后,冰草的地上部干重增加86.49％,茎叶含氮量提高37.68％。冬小麦株高增加17.30％,单株干重增加49.18％,穗粒数增加30.67％,千粒重提高15.69％,产量提高48.41％。经~(15)示踪表明,辐照土壤对冰草的有效养分氮素的供应量(A_N)由未辐照组的1616.8 mgN/盆增加到5112.8 mgN/盆,为原土壤的3.2倍。冰草茎叶~(15)N丰度下降了50.45％,得到显著稀释。土壤经γ射线辐照后,速效N、P和有效Mn分别增加了21.3％、30.8％和47.0％,有机质含量、pH值、α和β放射性及土壤中的N、P、K、Mn全量值未见变化。     

应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮和磷的吸收作用

本文叙述了在1983～1986年间应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮肥和磷肥的吸收利用。实验表明,在淹水条件上,水稻对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3形式的铵态氮利用率分别为40.58％和33.8O％;而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3形式的硝态氮利用率分别为15.99％和15.30％,水稻对铵态氮的利用率显著高于硝态氮。在旱地条件下,谷子对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3的利用率分别为52.4％和42.2％,而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3的硝态氮利用率分别为71.6％和59.5％,谷子对铵态氮的利用率明显低于硝态氮。 用~(15)N、~(32)P作示踪剂研究表明:水稻对氮磷复合肥中氮的利用率分别是:尿素磷铵44.65％,氯磷铵45.54％,尿素44.12％,尿素 普钙40.51％,硝酸磷肥36.65％。水稻对上述几种肥料的磷肥利用率是:硝酸磷肥22.55％,氯磷铵22.36％,尿素磷铵21.08％,尿素 普钙20.74％,普钙11.87％。 用放射性扫描和放射自显影方法研究表明,肥料磷在土壤中经过20天的垂直移动距离依次是:硝酸磷肥4.21cm>尿素磷铵4.20cm>氯磷铵4.0cm>尿素 普钙3.50cm>硫磷铵3.02cm>普钙3.0cm。     

水稻根际固氮粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)的反硝化作用、固氮作用和水稻的根分泌作用

粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)是从水稻根分离得到的固氮菌。在厌氧条件下,它能以乳酸钠为碳源,NH_4~ 为氮源进行反硝化作用。~(15)NO_3~-作为最终电子受体,接受无氧呼吸链传递的末端电子,经~(15)NO_2~-等氮氧化物最终还原为~(15)N_2。反硝化作用产生的~(15)N_2能被微好氧条件下生长的粪产碱菌所重新固定,电子传递过程中产生的能量支持固氮作用。水稻幼苗通过根分泌各种有机酸和糖。接种粪产碱菌能刺激水稻根的分泌作用,并能对根分泌物的组成及含量产生影响。本课题用~(15)N、~(14)C示踪法对5种水稻进行研究。实验结果指出:粳稻“京白”幼苗~(14)C_-光合产物的2.63％以分泌物形式释放到根区,接种粪产碱菌后根分泌量增至3.52％,并且大部分被粪产碱菌吸收作用。植株根分泌能力的强弱直接影响根际固氮活性的高低。