蘋果園土壤碳氮比對植株—土壤系統(tǒng)氮素平衡影響的研究.pdf

1、本研究通過采集全國12個蘋果主產(chǎn)省1583個蘋果園土壤，分析了我國蘋果園土壤碳氮養(yǎng)分現(xiàn)狀;以棲霞市為例，從1984到2012年，每隔14年對同一蘋果園（165個）進行土壤采樣，研究了土壤質(zhì)量的動態(tài)變化;以平邑甜茶和2年生‘富士’/平邑甜茶為試材，研究了不同土壤C/N對植株生長、碳氮代謝和氮素平衡的影響;應(yīng)用氣壓過程分離技術(shù)，研究了不同土壤C/N下土壤N素總硝化、反硝化、N2O排放的特性;連續(xù)三年研究了蘋果園土壤C/N與土壤酸化的關(guān)系;利

2、用高通量數(shù)字基因表達譜(DGE)技術(shù)和碳氮雙標(biāo)記技術(shù)，研究了低pH營養(yǎng)液對平邑甜茶根系轉(zhuǎn)錄組以及不同土壤pH對2年生‘富士’/平邑甜茶生長及碳氮利用的影響;最后研究了添加外源碳對土壤特性和植株生長及氮素平衡的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1黑龍江、新疆和云南蘋果園土壤有機碳含量較高，山東、河南、河北和陜西較低(6.44～7.76 g·kg-1)。土壤全氮含量以山東最高(1.26 g·kg-1)，其次是北京(1.23 g·kg-1)

3、，陜西和寧夏最低（0.58和0.68 g·kg-1）。土壤C/N最高的是黑龍江(15.42)，最低的是山東(6.05)。全國蘋果園土壤有機碳、全氮和C/N平均值分別為9.52、0.93 g·kg-1和10.34。
　　2隨種植年限和養(yǎng)分投入時間的延長，棲霞市蘋果園土壤有機碳和全氮含量顯著增加，分別由1984年的4.34和0.45 g·kg-1，增加為1998年的5.99和0.69以及2012年的7.03和1.14 g·kg-1。土

4、壤C/N顯著降低，由1984年的9.64降低到1998年的8.54和2012年的6.18。土壤pH顯著下降，由1984年的6.33下降到1998年的5.96和2012年的5.32。
　　3隨著土壤C/N的逐漸增大，根系干重逐漸增加，而株高、莖粗、地上部干重、植株總干重和15N利用率均先增加后降低，以土壤C/N為20～25時最大。隨著土壤C/N的增大，葉片15N分配率逐漸升高，13C分配率逐漸降低;而根系15N分配率逐漸降低，13C

5、分配率逐漸升高。土壤C/N處于20～25時，植株吸收的氮素來自于肥料氮的比例較高，而土壤C/N較低(＜15)或太高(＞30)時，植株吸收的氮素來自于土壤氮的比例較高。
　　4不同土壤C/N對N素轉(zhuǎn)化及平衡的研究表明:土壤C/N較低時，總硝化、反硝化和N2O速率非常高;隨著土壤C/N的增加，總硝化、反硝化和N2O速率均逐漸降低;當(dāng)土壤C/N處于較高水平時(＞30)總硝化非常低，從而影響了肥料N的有效性。
　　5蘋果園土壤酸化驅(qū)

6、動因素（N循環(huán)、BCs的吸收、P的吸收和S的吸收）研究表明:H+的凈產(chǎn)生量隨施氮量的增加而顯著增加，N循環(huán)的產(chǎn)酸量對凈H+產(chǎn)生量的貢獻隨施氮量的增加而顯著增大。硝態(tài)氮損失量與H+產(chǎn)生量呈正相關(guān)，而硝態(tài)氮損失量與土壤C/N呈顯著負相關(guān)，因此低土壤C/N加速了土壤酸化。
　　6數(shù)字基因表達譜和碳氮雙標(biāo)記試驗表明:與對照(pH為=6.5)相比，根區(qū)營養(yǎng)液酸化后(pH為=3.0)，平邑甜茶幼苗根系有44個基因的表達被顯著上調(diào)，1705個基

7、因的表達被顯著下調(diào)。表達水平發(fā)生顯著改變的基因主要參與了N代謝、光合進程、次生代謝物的生物合成、激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、淀粉和蔗糖代謝、類胡羅卜色素生物合成等過程?！皇俊?平邑甜茶植株根系、地上部、植株總干重、根冠比、葉片凈光合速率和15N利用率均隨土壤pH的降低而降低，且土壤pH越低降低幅度越大。各器官的15N和13C分配率在不同土壤pH處理間呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律:葉＞1年生莖＞根＞2年生莖。同一器官不同土壤pH處理間15N和13C分配率存在差

8、異，以根和葉最為顯著;隨土壤pH的降低，葉中的15N和13C分配率逐漸升高，而根中的15N和13C分配率則逐漸降低。
　　7添加外源碳顯著影響了N在土壤中的轉(zhuǎn)化和利用。室內(nèi)土柱模擬方法表明:與單施N相比，添加外源碳后土壤淋溶液體積、NH4+-N和NO3--N濃度及其累積量均顯著降低，其中以添加生物質(zhì)炭效果最好，氮素淋失量僅為N處理的57.87％。田間小區(qū)試驗也表明:與單施氮肥(N)相比，添加生物質(zhì)炭(N+B)和秸稈(N+S)顯著降

9、低了0-5和5-10 cm土壤容重，提高了0-10 cm土壤陽離子交換量，以N+B效果較好。植株總干重和15N利用率均以N+B最高，N+S次之，N最低。N+B和N+S顯著降低了氮素氨揮發(fā)損失，而N2O排放量稍微有所增加，但差異不顯著。耕層土壤(0-50 cm)的15N殘留量以N+B最高，N+S次之，N最低;而深層土壤(50-100 cm)則正好相反?？梢?，添加秸稈和生物質(zhì)炭顯著改善了土壤特性，促進了蘋果植株生長和對肥料氮的吸收，增加了土