水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响孙波
土壤肥料学智慧树知到答案章节测试2023年山东农业大学
第一章测试1.土壤资源的数量是有限性，质量是可变化的，在空间分布上具有固定性。
A:对B:错答案:A2.土壤的本质属性是土壤肥力。
A:错B:对答案:B3.岩石是组成矿物的基本单位，矿物是岩石的集合体。
A:错B:对答案:A4.同一类岩石，成土性质是一样的。
A:错B:对答案:A5.不同生物气候条件下，土壤有机质累积的数量不同。
A:错B:对答案:B6.下列属于运积母质的是A:冲积母质B:洪积母质C:黄土母质D:残积母质答案:ABC7.生物因素在土壤形成中的作用A:木本植物形成酸性土壤B:起主导作用C:木本植物形成土壤多呈碱性D:草本植物易形成酸性土壤答案:B8.下列哪些因素影响土壤温度变化A:土层深浅B:坡向与坡度C:海拔高度D:土壤颜色答案:ABCD9.母质与岩石的区别是A:具有一定胶体性质B:具有肥力C:具有一定通透性D:具有一定蓄水性答案:ACD10.土壤的固相由（）组成。
A:矿物质B:孔隙C:有机质D:矿物质和有机质答案:D第二章测试1.在一般土壤中，腐殖质约占有机质总量的A:60~70%B:10~20%C:85~90%D:30~40%答案:C2.微生物在生命活动过程中，需要有机质的碳氮比为A:55:1B:80:1C:100:1D:25:1答案:D3.我国耕地土壤有机质年矿化率大约是A:1~4%B:20~40%C:30~35%D:10~20%答案:D4.腐殖质是亲水胶体A:错B:对答案:B5.土壤微生物主要有细菌、真菌、放线菌和藻类或原核动物四个种类A:错B:对答案:B6.腐殖酸组分的提取用碳酸钠A:对B:错答案:B7.吸湿水是汽态水A:错B:对答案:B8.相对含水量是土壤自然含水量与土壤饱和含水量的比值A:对B:错答案:B9.萎蔫系数是土壤含水的下限A:错B:对答案:A10.一般把耕层含有机质（）的土壤成为有机土壤。
A:30%B:10%C:40%D:20%答案:D第三章测试1.土壤孔隙是土粒与土粒或团聚体之间以及团聚体内部的孔洞。
土壤水气热三者之间的关系
土壤水气热三者之间的关系土壤、水、气、热是地球上四个最基本的物质。
而这四者之间的关系也是极为密切的。
在生态学中，土壤水气热的交互作用是非常重要的，它们之间的关系对于生态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。
土壤是生态系统的基础，是生命的根基。
土壤是由无机物质、有机物质和微生物组成的。
土壤中的无机物质包括矿物质和土壤颗粒，而有机物质则包括腐殖质、生物残体和生物体等。
这些物质的存在和相互作用决定了土壤的性质和质量。
土壤中的水分和空气含量也对土壤的性质和功能产生了重要影响。
土壤中的水分对于植物的生长发育和生态系统的稳定性起着至关重要的作用。
当土壤中的水分含量不足时，植物的生长会受到限制，生态系统的稳定性也会受到影响。
水是生态系统中另一个重要的因素。
水可以滋润大地，调节气温，维持生态平衡。
水的循环过程也是非常复杂的。
在生态系统中，水的循环过程主要包括蒸发、降水和地下水循环。
在这些过程中，水分子与空气分子的相互作用起着重要的作用。
空气中的水分子在水的循环中扮演着至关重要的角色。
水分子与空气分子的相互作用对于水分子的蒸发和降水过程起着重要的作用。
气体是生态系统中的另一个重要组成部分。
在大气中，氧气、氢气、氮气、二氧化碳等气体分子相互作用，形成了大气层。
气体的温度和压力也对生态系统的稳定性产生了影响。
气体的温度和压力的变化会影响生态系统中的生物、土壤和水的性质和功能。
热是生态系统中最基本的能量形式，是生态系统中的另一个重要因素。
热的传递和转移对于生态系统的稳定性产生了重要影响。
热的传递和转移的过程中，热与空气、水和土壤分子的相互作用起着重要的作用。
热的传递和转移对于生态系统中的生物、土壤和水的性质和功能产生了重要影响。
热的传递和转移的过程中，热会影响土壤中的水分和空气含量，进而影响植物的生长和生态系统的稳定性。
土壤、水、气、热四者之间的相互作用是生态系统中必不可少的部分。
这些物质的存在和相互作用对于生态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。
农学：土壤学考试答案
农学：土壤学考试答案1、名称（江南博哥）阳离子交换作用解析：土壤胶体上吸附的阳离子与周围溶液中的阳离子进行得等当量交换过程叫阳离子交换作用。
2、填空矿物按成因可分为（）、（）二大类。
解析：原生矿物；次生矿物3、判断反硝化过程是土壤N素的无效化过程之一。
答案：对4、问答试述不同质地的土壤的肥力特征？解析：（1）砂质土类①水粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝；②气大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质；③热水少气多，温度容易上升，称为热性土，有利于早春作物播种；④肥养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久；⑤耕性松散易耕。
（2）粘质土类①水粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流，保水抗旱力强，易涝不易旱；②气小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质；③热水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利；④肥养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。
早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素；⑤耕性耕性差，粘着难耕。
（3）壤质土类土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。
耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。
5、名称 BS解析：盐基饱和度是指交换性盐基离子占阳离子交换量的百分率。
6、名称土壤容重解析：指单位体积自然土体（包含孔隙）的干重7、填空由土壤溶液中游离的氢离子所引起的酸度叫（），由土壤胶体所吸收的氢离子或铝离子所引起的酸度叫（）。
解析：土壤活性酸度；土壤潜在酸度8、填空 10.在中国温带东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为：（）、（）、（）、（）、（）和（）。
——从“棕壤褐土、暗棕壤、黄壤、黄棕壤砖红壤，红壤”中选择。
解析：暗棕壤;棕壤褐土;黄棕壤;黄壤;红壤;砖红壤9、问答今有一容重为1.2g/cm3的紫色土，田间持水量为30%。
若初始含水量为10%，某日降雨30mm，若全部进入土壤（不考虑地表径流和蒸发），可使多深土层含水量达田间持水量？解析：单位厚度土层达田间持水量需水量=（0.3-0.1）×1.2=0.24（g/cm3）土层厚度h=30/0.24=125（mm）。
土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
1
影响氮素含量的因素：
1、植被
2、气候条件
3、土壤质地 4、地形及地势：
5、耕作利用及其他
(二) 土壤氮素形态
无机态氮
水溶态 NO3- NH4+ NO2交换态NH4+ 、吸附态NO3- （少） 固定态NH4+
有机态氮：土壤氮素的主要形态。
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土壤有机氮包括：
①水溶性有机态氮（占5%）主要有氨基酸、酰胺等。 ②水解性有机态氮（50~70%）
四、土壤养分的动态平衡
水溶态
交换态
矿物态 或有机结合态
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第二节 土壤水分
土壤和母质中的水连同存在于其中的溶液，犹如活 有机体的血液，无水就无土壤，因此在土壤形成中水 文状况应居首要地位。
— T.H.维索茨基《土壤和地下水状况概论》
除经过植物根系从土壤内吸收水分外，任何一滴 水都不能渗入植物的有机体内。
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）硝化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
（一）土壤钾素的含量及影响因素
我国土壤钾素含量在0.5~25.0g/kg之间，其影响因素有:
成土母质 生物气候条件 土壤质地 耕作施肥
（二）土壤中钾的形态
（1）水溶态 （2）吸附态
有效钾
氮素是植物的重要营养元素之一
氮素是植物的重要营养元素之一,植物生长的主要限制因子,但多以植物难以利用的有机态存在土壤中。
土壤微生物是氮素转化(如氨化过程、硝化过程)的主要驱动力。
水热条件和土壤性质是影响土壤微生物数量和活性的重要因素。
在脱氨的同时，产生有机酸、醇或碳氢化合物以及二氧化碳等。
具体途径和产物随作用的底物、微生物种类以及环境条件而异。
氨作为微生物的代谢产物释放出来，一部分被植物吸收，一部分被土壤颗粒吸附，另一部分被其他微生物吸收利用。
如果土壤中的碳氮比(C:N)大于25:1,碳源和能源充足，微生物将迅速生长，充分利用氨合成细胞物质，把氨固定起来。
在这种情况下，微生物常与植物争夺无机氮。
如果土壤中的碳氮比小于25:1，微生物的生长和细胞物质的合成，因受可利用碳源的限制，使氨能有剩余，可供植物利用。
微生物死亡后，其所吸收固定的氮，经细胞的分解再被释放出来。
土壤中氨化作用的强弱除与有机含氮化合物的数量有关外，还受土壤环境条件的影响。
在水分适宜、通气良好的中性土壤中,氨化作用能正常进行,作用的速度随温度的升高而加强。
另外,土壤中的通气状况不同,参与氨化作用的微生物种类就不同，最终产物也不一样。
通气良好时，主要由好气微生物作用，最终产物为氨；在通气不良的条件下，由厌气微生物作用，最终产物为氨和胺。
一般数量比根际外多几倍至几十倍。
它们和植物间是互生关系，与植物根系相互作用、相互促进。
微生物大量聚集在根系周围，将有机物转变为无机物，为植物提供有效的养料；同时，微生物还能分泌维生素，生长刺激素等，促进植物生长。
在植物生长过程中，死亡的根系和根的脱落物（根毛、表皮细胞、根冠等），以及根系向根外分泌的无机物和有机物是微生物重要的营养来源和能量来源；由于根系的穿插，使根际的通气根际微生物条件和水分状况优于根际外，从而形成利于微生物的生态环境。
根际微生物在同一植物的不同品种可表现出其特异性，如雀稗根际内的雀稗固氮菌（Azotobacter paspali）只在雀稗品种的根际内受到刺激，而在另一品种的根际内则发育不好。
土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
依靠毛细管的吸引力而被保持在土壤孔隙中的 水分，称毛管水。
毛管水的上升高度: h = 0.15 / r（cm）
一般只有砂土到细砂和粗粉质土才符合这个规律，而从中、 重壤土开始至粘土，反而是质地愈粘重，毛管水上升高度愈 低。这是因为极细孔隙中的水分为相当强的吸附力所影响， 粘滞度高，很难移动。
h 壤土
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2、 土水势的优点 ①表明水分的运动方向 ②可以在土壤、植物、大气之间统一使用 ③在研究手段上可提供一些更精确的方法
3、土水势的定量表示及换算
①单位质量水的势能
用焦尔/公斤表示
②单位容积水的势能 （多用）
③单位重量水的势
用巴、毫巴或大气压表示
用 厘米水柱高表示
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关系：1 atm=1033 cmH2O 1 bar = 0.9896 atm = 1020 cmH2O 1 bar = 100 Kp = 1000 hP = 0.1MP 1 mbar = 1 hP
1土壤有机氮的cn比2土壤含水量3施肥2无机态氮的转化nh无机胶体表面的铵硝化作用nh挥发粘土矿物固定层状硅酸盐矿物层间nh生物氮有机固相结合态铵1氨的挥发2硝化作用3反硝化作用4氮的固定粘粒矿物晶格固定无机氮的生物固定有机质对亚硝态氮的化学固定作用四农田土壤氮平衡1土壤氮素的来源2土壤氮素的输出生物固氮大气沉降施肥与灌溉作物吸收土壤残留氮的损失3我国农田土壤氮素平衡状况五土壤氮素调节二土壤磷素二土壤磷的形态1有机态
（二）土壤磷的形态
（1）有机态： （2）无机态：水吸溶附态态
矿物态 Ca-P、Fe-P、Al-P、O-P等 9
（三）土壤中磷的转化
1、有机磷的矿质化作用
2、无机磷的固定作用
化学固定作用 表面吸附固定 闭蓄固定 生物固定
土壤_根系_微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展_孙波
土 壤 (Soils), 2015, 47(2): 210–219①基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(XDB15030200)资助。
作者简介：孙波(1968—)，男，江苏南京人，博士，研究员，研究方向为土壤质量演变与农田养分循环，近期重点研究农田土壤碳氮转化微生物过程及其驱动因素。
E-mail: bsun@DOI: 10.13758/ki.tr.2015.02.004土壤–根系–微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展①孙 波1，廖 红2，苏彦华1，许卫锋1瑀，蒋霁1(1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)，南京 210008；2 华南农业大学资源环境学院，广州 510642)摘 要：根际是养分进入作物系统的门户，也是土壤-根系-微生物相互作用的微域。
根际界面过程决定了氮磷养分的供应强度和有效性，最终影响了氮磷养分的利用效率和作物生产力。
近年来，国内外在揭示农田土壤-根系-微生物系统中不同界面的养分转化、吸收和运输机制方面取得了一些新进展。
在不同时空尺度上分析了影响土壤氮磷转化微生物组成的影响因子；研究了丛枝菌根系统形成的信号机制及其对氮磷吸收的基因调控机制；从信号网络、根系质子分泌和根构型的角度系统揭示了作物根系应对根际环境氮磷养分供应的形态和生理响应机制。
未来针对根际氮磷高效利用问题，需要深入研究土壤-根系-微生物不同界面的协同机制和调控原理，在根际微域和土壤团聚体尺度开展微生物食物网及其关键功能微生物分布格局和演替规律的研究；揭示根构型对根系–微生物协同结构和功能的影响，研究养分缺乏条件下根内质子分泌和关键转运蛋白对根系生长和养分吸收的调控机制；针对粮食作物，研究根系-微生物对话中已知信号物质(如独脚金内酯和N-酰基高丝氨酸内酯)和新的信号物质(小RNA)的网络作用机制及其对多养分协同代谢的影响；最后，针对不同气候、土壤、作物类型区，提出提高氮磷利用效率的根际生物调控途径和措施。
简述土壤水气热的关系
简述土壤水气热的关系水是生命的摇篮，没有水就没有生命。
可以这样说：水是生命的源泉。
我们都知道，植物生长离不开水，植物所需的水在整个生命周期中占80%以上，如果连水都无法供应，植物又如何生存？土壤对植物来说十分重要。
因为土壤是植物的重要营养来源。
由于各种条件和原因，使得土壤的化学性质和物理性质发生了一系列变化。
据统计， 20世纪以来，全球土壤平均每年流失0。
7％的氮、 5。
1％的磷、 2。
8％的钾。
有些土壤甚至流失30％，流失面积约占土壤总面积的10％。
另外，经过风雨侵蚀和人类活动，不仅表层土壤流失殆尽，许多地下土层也受到了破坏，土壤肥力减退，直接影响着植物的生长。
水分状况决定植物体内外含水量的多少，决定其生命现象的强弱和进程的快慢，并对植物的抗逆性产生深刻的影响。
植物需水量很大，但不同植物的需水量有很大差别。
根据各种植物对水的需求，可将植物分为喜水植物、湿生植物、中生植物、旱生植物四大类型。
高等植物大部分属于旱生植物。
植物在生长季节需要适量的水分。
如果水分缺乏，植物就会停止生长，甚至死亡；如果水分过多，植物虽然也能吸收水分，但是往往只有老叶能保持正常的生理机能，新芽却难以发出。
从太阳能来看，水是吸热的好材料，因此水在植物生长过程中的作用相当重要。
有人做过试验，植物在无土培养时，水的消耗比无土培养时多。
在自然界里，植物通过叶片，主要靠叶绿素来进行光合作用。
然而叶绿素只有在遇到氢离子或者氧离子的条件下，才能够合成。
因此，水是叶绿素合成的必需条件之一。
在植物的一生中，水既是植物最好的溶剂，又是它的唯一养料。
如果缺水，植物体内的淀粉不能被降解，形成单糖，糖就不能变成糖原贮藏在组织细胞里，这样就会使细胞液浓度变小，植物组织中出现渗透压差，造成组织坏死。
反之，如果土壤水分过多，会使土壤中的空气和二氧化碳浓度降低，植物缺乏必要的氧气，就会出现窒息现象。
水还可以通过植物叶子的蒸腾作用而增加空气中的湿度，防止干燥天气对农作物的危害。
简述土壤水气热的关系
简述土壤水气热的关系
土壤水气热是具有特定关系的三个物质，它们与土壤的健康及人类生态的平衡有关。
按照土壤的复杂性，它们的关系可以概括为水-气-热的运动，它们与土壤结构及矿物组分有紧密的联系。
土壤水气热之间彼此相互作用，并影响土壤的水化学特性、温度特性、有机质含量等。
首先，土壤水、气和热之间的关系是有机的。
土壤水分有润湿和干燥两种状态，土壤湿润时，吸附水分分布均匀，水分易于通过土壤，渗透率高，水分利用率较高，气体易挥发蒸发。
当土壤湿润时，气体的含量会减少，并会影响土壤的热特性，从而影响土壤的酸碱度。
另外，当土壤水分过低时，土壤气体的含量会增加，并会影响土壤温度特性，从而影响土壤的有机质积累。
其次，土壤水气热还受到土壤结构、矿物组分的影响。
土壤结构会影响土壤水分的分布和渗透性，从而影响土壤水的利用率，以及土壤气体的扩散、蒸发和温度特性。
土壤矿物组分也会影响土壤水分的分布和渗透性，并影响土壤的有机质积累。
此外，土壤水气热之间的关系也受到外界因素的影响。
外界因素如气温、降雨量、日照强度等，都会影响土壤温度、湿度、pH值等。
由于气温高会增加蒸腾，因而影响土壤水分的分布和渗透性；降雨会增加土壤水分含量，会影响土壤有机质积累；而日照强度会影响土壤气体的含量及水分的分布和渗透性。
总之，土壤水气热之间存在着复杂的关系，它们与土壤的健康
及人类生态的平衡有紧密的联系。
要维护土壤的健康，除了要注重土壤结构、矿物组分的调控外，还要加强土壤水气热的管理，保持它们之间的均衡，同时尤其要重视外界的影响，妥善应对气温、降雨量、日照强度等变化，以保证土壤能尽可能地发挥其功能。
土壤温度、水分和NH_4~+-N浓度对土壤硝化反应速度及N_2O排放的影响
Ｗ ＡＮ Ｇ ｉＬｉ Ｇａ — ｎｇ ，ＣＨＥＮ ． Ｄｅ Ｌｉ，ＬＩＹｏ ｎｇ （． ｎ ｔｕｅｏ Ｒｅ ｏ ｒ ｅａ ｄＥ ｖｒｎ ｎ ， ｈ ｎ ｉ ｒ ｕｔｒｌ ｉｅｓｔ， ａｇ ３ ８ １ Ｃｈｎ ； ． ａ ｕｔ ｆ ａ ｄａ ｄ １ Ｉｓｉ ｔ ｆ ｓ ｕ ｃ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔＳ ａ ｘ ｉ ｌ ａ ｖ ｒｉ Ｔ ｉｕ ０ ０ ０ ， ｉａ ２ Ｆ ｃ ｌ ｏ Ｌ ｎ ｎ ｔ Ａｇ ｃ ｕ Ｕｎ ｙ ｙ Ｆ ｏ ｅ ｏ ｒｅ ， ｉｅｓｔ ｆＭ ｅｂ ｕｎ ， ｃｏｉ ０１ ， ｓｒｌ ） ｏ ｄＲ ｓｕ ｃ ｓ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｌｏ ｒ ｅ Ｖｉｔｒａ３ Ａｕ ｔａｉ ｙ ０ ａ
土壤温 度 、水 分和 Ｎ ＋ Ｈ４ Ｎ浓度对 土 壤硝化 －
反应速度及 Ｎ ｏ排放的影响木 ２
王 改玲 陈德 立 ２ 李 勇 ２
（．山西 农 业 大 学 资 源 环境 学 院 太谷 １ ０ ０ ０ ； ．墨尔 本 大 学 粮 食 与 土 地 资 源 学 院 澳 大 利 亚 维 多 利 亚 ３ １ ） ３８１２ ０ ０
摘 要 硝 化反应是 土壤 、特 别是 干旱半 干旱地 区农 业土壤 Ｎ２ ０产 生的重 要途径 之 一。但 目前环境 条件 对硝
化反 应 中 Ｎ２ 排放 的影响研 究 较少，而在 国 内外通 用 的几个模 型 中均用 固定 比例 估 算硝 化反 应 中 Ｎ 的排 Ｏ Ｏ 放 。本文通 过砂壤 土培养 试验 ，研 究 了土壤 温度 、水分 和 ＮＨ４－ 浓度 对硝 化反 应速度及 硝 化反 应 中 Ｎ２ 排 ＋ Ｎ Ｏ 放 的影响 ，并 用数 学模 型定 量表 示 了各 因素对 硝 化反 应的 作用 ，用 最小 二乘 法 最优 拟合 求得该 土壤 的 最大硝 化反 应速度及 Ｎ２ Ｏ最 大排放 比例 。 结果 表 明，随着 温度 升 高，硝 化反应速 度呈 指数增 长；水 分含 量 由 ２ ％充水 ０
第八章 土壤热状况详解
与此同时，大气因吸热升高温度后，又向地 面产生长波逆辐射，其强度记为G。
这两种长波辐射的差值，代表地面的有效长 波辐射，记为r，
r = E-G
(三)
R =〔S+s-(S+s)×a〕- (E-G) = (S+s)(1-a)-r
R可以为瞬时值，也可以是某一段时间的总 和。R为正，表明地面辐射收入大于支出，R为 负，表明地面辐射支出大于收入。
单位是J ·cm ·s-1 ·℃-1。
＝ Q / AT 或
Qd
(t1 t2 ) / d
AT (t1 t2 )
：土壤导热率；
Q: 在一定时间内流动的热量； A: 土壤面积； T: 时间; (t1- t2)/d: 土壤温度梯度。
土壤三相物质的导热率差异显著，水的
导热率为0.0013—0.0014，空气为0.000055— 0.000056，水为空气的25倍左右。
三、土壤的导温率
土壤既然能传导热量，而热量能使土壤温度 升高，因此土壤也具有导温性。
土壤传导温度的性能称为导温性。
在一定的热量供给条件下，土壤温度的变化 多少取决于土壤的导热性和热容量。
(一) 导温率的概念 土壤导温性的强弱通常用导温率来衡量。 导温率在有些国外文献称为热扩散率：
soil thermal diffusivity， soil heat diffusivity
1、土壤温度状况影响养分的有效性 直接的—风化、纯化学反应， 间接的—通过微生物。
2、土壤温度影响水分的蒸发、蒸腾、再分布， 影响水的能量状况、粘滞度，因而对水分
3 4、对植物的生命活动有直接响。
二、影响土壤的形成和发展过程
从赤道到两极，土壤类型呈现有规律的变化， 主要原因就是由于温度的不同造成的。在土壤分 类中，土壤的热状况是一个重要的依据，放在高 级分类单元。
水的热力学性质及其对地球生态系统的影响
水的热力学性质及其对地球生态系统的影响水是地球上最常见、最重要的物质之一，也是维持地球生态系统稳定运行的关键因素之一。
水的热力学性质对地球生态系统的影响深远且多样化，与地球物质循环、能量传递以及生物多样性的维持息息相关。
首先，水的热容量高是水对地球生态系统影响的重要因素之一。
热容是物质吸收或释放热量的能力，热容量高意味着水具有较大的热量储存能力。
由于水分子之间的氢键结合较强，水的热容量比大部分物质都要高，因此水温的变化相对较缓慢。
这使得水体能在吸收或释放大量热量时，保持相对稳定的温度，对生物有良好的保护作用。
其次，水的比热量高涉及到水的蒸发过程。
水在吸收热量时，它的温度不仅上升，还可以产生相变，即从液态转变为气态。
水的蒸发过程中，大量热量被吸收，使周围环境变冷。
这种机制在地球上形成了水循环，水蒸气通过蒸发、降水、蒸发等过程，维持了地球上水分的循环。
水的蒸发还能够调节陆地生态系统的温度和湿度，对气候形成和维持起着重要的作用。
此外，水的热导率低也对地球生态系统产生重要影响。
热导率是物质传导热量的能力。
由于水的热导率相对较低，包括海洋在内的水体能够有效阻隔水下和水上环境的温度差异。
这使得水体能够储存大量的热量，使得地球上的气候更加稳定。
水的密度和凝固特性也对地球生态系统的影响非常重要。
水分子在凝固过程中会形成晶格结构，使得密度降低。
这一特性造成了水凝固时体积膨胀的现象，从而形成密度较低的冰。
在地球的水域中，冰的膨胀作用导致了水体的上浮，保持了冰块上和下的水体之间的交换，维持了海洋生态系统的物质循环和生物多样性。
最后，水的溶解性也在地球生态系统中起着关键作用。
水是一种极好的溶剂，几乎可以溶解所有物质，这使得它能够在地球上广泛传递和储存物质。
在地球上的土壤和水体中，水的溶解性使得地球上的有机和无机物质能够相互交换，使得营养元素得以传递，对生物的生长和发展具有重要的影响。
总结起来，水的热力学性质对地球生态系统具有深远影响。
不同管理方式下山地胶园土壤物理和水热特性
不同管理方式下山地胶园土壤物理和水热特性
山地胶园是一种特殊类型的农田，其土壤物理和水热特性对胶园生产效益起着重要的影响。
本文将探讨不同管理方式下山地胶园土壤的物理和水热特性。
土壤物理特性是指土壤的密度、质地、孔隙度等特性。
不同管理方式对土壤物理特性有不同的影响。
一种常见的管理方式是传统农耕，这种方式下土壤容易发生压实现象，使得土壤密度增加，孔隙度减小。
而采用保护性农耕方式，如植物秸秆覆盖、轮作等，可以减少土壤的压实现象，提高土壤的孔隙度和透气性。
不同管理方式下植被的覆盖率也会影响土壤物理特性，植被覆盖度越高，土壤的水分蒸发减少，孔隙度增加。
土壤水热特性是指土壤对水分和热量的吸附和传递性能。
传统农耕方式下，土壤容易发生水分蒸发和流失，导致土壤干燥，影响胶园的生产效益。
保护性农耕方式下土壤的水分保持性能较好，土壤含水量较高，可保持胶园的湿润环境。
保护性农耕方式下土壤表面被植被覆盖，减少了太阳辐射的直接照射，降低了土壤温度，保持了适宜的生长环境。
不同管理方式下山地胶园土壤的物理和水热特性存在差异。
保护性农耕方式下土壤的物理和水热特性更好，有利于胶园的生产效益提高。
建议农民采用保护性农耕方式，如合理覆盖植被、轮作等措施，提高土壤的孔隙度、保持土壤湿润，创造良好的生长条件，提高山地胶园的产量和质量。
不同管理方式下山地胶园土壤物理和水热特性
不同管理方式下山地胶园土壤物理和水热特性山地橡胶园土壤物理和水热特性是种植过程中需要关注的重点之一。
在不同的管理方式下，土壤的物理和水热特性会有所不同。
本文将对比分析传统山地橡胶园和生态山地橡胶园管理方式下土壤物理和水热特性的差异。
1. 土壤水分特性传统山地橡胶园因为采用传统流域特点管理方式，导致植被破坏严重，林下植被稀疏，土壤容易流失。
因此土壤无法很好地储存水分，导致土壤中含水量较低，降水的入渗能力差，有效供水量不足，土壤干旱。
同时，由于排水不畅，容易出现积水现象，影响植物的生长发育。
传统山地橡胶园土壤中的有机质含量低，孔隙度小，通气性差，容易造成土层压实，阻碍植物根系的发育。
此外，受人为管理干扰的影响较大，土壤酸碱度和肥力较差。
导致植物的营养吸收和生长发育不良，产量和品质下降。
传统山地橡胶园因为树冠覆盖率低、植被杂乱，地表温度相对较高，土壤温度也较高。
这种情况下，土壤中的微生物、蚯蚓等生物活动也较少，对土壤生态系统造成一定的负面影响。
生态山地橡胶园管理方式采用生态流域管理，同时进行水土保持、道路网修建、植物种植和修剪等措施，能够有效地提高土壤水分的储存能力和入渗能力，增加土壤的供水能力，减少流失率和水土流失。
同时通过排水系统的建立，能有效避免土壤积水现象的出现，保证根系吸收充足的水分。
生态山地橡胶园能通过间作、轮作、混作等措施，达到土壤中有机质含量的增加，改善了孔隙度和通气性，防止土壤压实，有利于植物根系的发育，提高了土壤耕作质量。
同时对土壤进行科学合理的施肥措施，合理提高土壤的肥力及酸碱度，有利于植物生长、增产和提高品质。
生态山地橡胶园以树的自然生长和良好的植被为主要特征，能在一定程度上保护土壤表面，减少太阳辐射直接照射的面积，使得土壤变得相对凉爽，为土壤生物的繁殖创造了条件，增加了土壤生态系统多样性。
同时，生态山地橡胶园能够改善山体的生态环境，提高空气质量，缓解气候变化的影响。
综上所述，传统山地橡胶园和生态山地橡胶园在土壤物理和水热特性上存在明显差异。
水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响
水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响•相关推荐水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响摘要：水热条件、土壤性质和耕作管理影响了土壤的硝化作用从而影响农田氮素循环和平衡.本试验选择中国东部3个气候带上的主要农田土壤:中温带黑龙江海伦的黑土、暖温带河南封丘的潮土和中亚热带江西鹰潭的红壤,在上述3个地点的`生态试验站建立土壤置换试验,对比研究不同水热条件和土壤类型对玉米单作系统中土壤硝化作用的交互影响.2006～2007年的试验结果表明,在玉米抽雄期,从海伦到鹰潭(月均温由22.3℃上升到26.8℃,月降水由100.8 mm增加到199.6 mm),3种土壤的硝化作用强度均随着月均温和月降水的增加而下降,黑土、潮土和红壤分别下降了64.2%～67.2%、52.1%～52.5%和41.7%～75.2%,土壤的硝化作用强度与气温(r＝-0.354,p<0.01)和降水(r＝-0.290,p<0.01)均呈极显著负相关.土壤类型也显著影响了土壤硝化细菌的数量和硝化强度,硝化细菌数和硝化强度的大小顺序为:潮土> 黑土> 红壤.土壤pH对土壤硝化强度有显著影响,其相关系数r=0.551(p<0.01).总体上,在玉米抽雄期,区域水热状况及土壤类型、施肥均影响了土壤的硝化强度,水热×土壤类型、水热×施肥、土壤类型×施肥、水热×土壤类型×施肥等对硝化强度有着极显著的交互作用.作者：孙波郑宪清胡锋李辉信孔滨王帘里隋跃宇 SUN Bo ZHENG Xian-qing HU Feng LI Hui-xin KONG Bin WANG Lian-li SUI Yue-yu 作者单位：孙波,孔滨,王帘里,SUN Bo,KONG Bin,WANG Lian-li(中国科学院南京土壤研究所,南京,210008)郑宪清,ZHENG Xian-qing(中国科学院南京土壤研究所,南京,210008;南京农业大学资源与环境科学学院,南京,210095) 胡锋,李辉信,HU Feng,LI Hui-xin(南京农业大学资源与环境科学学院,南京,210095)隋跃宇,SUI Yue-yu(中国科学院东北地理与农业生态研究所,哈尔滨,150040)期刊：环境科学ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE 年，卷(期)：2009, 30(1) 分类号：X703.1 关键词：土壤硝化作用强度硝化细菌土壤类型气温降雨交互作用土壤置换试验。
培养温度和土壤类型对土壤硝化特性的影响
培养温度和土壤类型对土壤硝化特性的影响王帘里;孙波【摘要】An incubation experiment was conducted to evaluate the effects of temperature and soil types on soil net nitrification rate. Four temperatures (15, 20, 25, and 30%) were set, and three types of soils (black soil, chao soil, and red soil) with high and low content of soil organic matter (SOM) were selected. Urea N was applied at an equivalent rate of 200 mg kg-1 soil. All soil nitrification rates increased along with incubation temperature within the range of 15 ～ 30% , and the relationship between accumulated soil NO,-N contents and accumulation temperature of incubation (T x t, ℃ ×d) could be fitted by a single exponential model. Under the same incubation temperature, the soil nitrification rates decreased in a sequence of; chao soil with high SOM > chao soil with low SOM > black soil with high SOM > black soil with low SOM > red soil with low SOM > red soil with high SOM. There was a significant relationships between soil nitrification rate (incubated under 25℃ for 14 days) and soil total phosporus (TP) , total potassium (TK) , clay content and pH. Soil pH and TP content was the key factors controlling nitrification rate (R2 =0. 981).%采用室内恒温好气培养方法,研究了温度(15℃、20℃、25℃和30℃)和土壤类型(黑土、潮土和红壤)对土壤硝化率的影响.氮素加入比率为N200 mg kg-1土壤.结果表明:在15 ～30℃培养范围内,随着培养温度的升高,硝化率呈升高趋势；硝态氮累积量和培养积温(培养温度×培养天数,温度以0℃为基准)之间的关系可用单参数指数模型表示.在相同培养温度条件下,供试土壤硝化率从大到小的顺序为:高有机质含量潮土＞低有机质含量潮土＞高有机质含量黑土＞低有机质含量黑土＞低有机质含量红壤＞高有机质含量红壤.硝化率(25℃恒温培养)与土壤全磷含量、全钾含量、黏粒含量及pH呈极显著相关；土壤pH和全磷含量解释了硝化率差异的98.1％.土壤pH是影响其硝化率的主要因素,并抑制土壤有机质含量及温度对硝化率的影响.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2011(048)006【总页数】7页(P1173-1179)【关键词】硝化率;温度;土壤类型;pH;有机质【作者】王帘里;孙波【作者单位】中国科学院南京土壤研究所,南京210008;中国农业科学院农田灌溉研究所,河南新乡453003;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院南京土壤研究所,南京210008【正文语种】中文【中图分类】S152.3;5153.1硝化作用是微生物将铵氧化为硝酸，并从中获得生活所需能量的过程。
八 土壤水、气、热状况
●
土壤物理性质
特别是土壤质地、结构
和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和
蒸发有重要影响。 ● 地形 地形影响水分的再分配。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
● 水文地质
在不透水层接近地面、地下
水位高的地方，或者有承压地下水来源的 地方，由于地下水通过支持毛管水上行，
在一定条件下可形成蒸发型。
● 人为影响 如灌溉、排水以及耕作等土
● 地下水位的高低 只有在地下水位适当（2～ 4m），毛管支持水方可以上升到根系活动层， 供应根系吸水。
五、土壤水分有效性
一般说来，凋萎系数与田间持水量之间的水 分，属于有效含水量的范围。
（一）土壤水分常数 在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤 水分常数。 ● 萎蔫含水量 萎蔫含水量又称稳定凋萎含 水量。植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含 水量，称萎蔫含水量，或凋萎系数。 ● 田间持水量 田间持水量指田间水饱和后， 在防止蒸发条件下2～3天内自由水排除至可忽
地面辐射平衡示意图
土壤吸收太阳辐射热的性能称为土壤的 吸热性。
（二）土壤热消耗和土壤散热性 土壤向大气散失热的性能称为土壤的散 热性。土壤的吸热和散热随时都在进行，处 于一种动态平衡。 二、土壤的热学性质
（一）土壤热容量
单位质量土壤（或容积土壤）每升高1℃温 度时所需要的热量，称土壤热容量。
土壤热容量有质量热容量和容积热容量两种 表示方法。
1013250 10000000
1013
10000
4
pF值=4.5——最大吸湿量 pF值=4.2——萎蔫含水量 pF值=3.8——最大分子持水量
pF值=3.0——作物生长阻滞含水量
pF值=2.7——田间持水量 pF值=1.6——最大毛管持水量
2025版高考地理全程一轮复习第一部分自然地理第八章第40课时土壤的形成课件湘教版
3．随着灌木的扩张，该地区土壤( ) A．日温差变大 B．厚度增加 C．有机质减少 D．生物多样性减少
答案：B
解析：第3题，随着灌木的扩张，该地区土壤吸收的太阳辐射较少，日温差变 小，A错误；生物活动加速土壤的形成，厚度增加，B正确；灌木的枯枝落叶多 于地衣群落，土壤有机质增多，C错误；灌木扩张，生物多样性增多，D错误。 故选B。
【知识体系构建】
关键能力提升
能力点 土壤的性质与形成 1.土壤的性质及其影响因素
土壤性质
影响因素
①“收”：大气降水、地下水、灌溉用水。
土壤含水量
②“支”：蒸发、植物吸收和蒸腾、水分渗漏和径流( 壤中流)。
③“储”：最大储水量受土壤孔隙空间大小制约
受土壤孔隙空间和土壤含水量的共同影响。①土质疏
松、土壤含水量小，土壤透气性好(但水分不足时，植
①“收”：直接来源为太阳辐射。 ②“支”：地面辐射、蒸发。 土壤温度 ③“调”：土壤含水量增加导致土壤温度变化减小、人类活 动(如覆盖黑膜可减少到达地面的太阳辐射，使土壤温度降低； 覆盖透明膜可减少地面辐射的散失，提高土壤温度)
2.影响土壤发育的主要因素 (1)成土母质 成土母质的粒级与化学成分对土壤质地和化学元素的影响如下图所 示：
分析白浆化棕壤“上砂下黏”的剖面构型在不同季节对土壤水分的 影响。(6分)
答案：上层砂土孔隙多，土质疏松；下层黏土，结构紧实，形成隔水层。雨季， 下层黏土层阻止土壤水下渗，导致土壤水分含量高。旱季：上层砂土水分易蒸发， 下层黏土层阻隔地下水虹吸上升，造成土壤水分含量低。
1．该地区植被“绿化”的主要原因是( ) A．降水增多 B．气温升高 C．光照增强 D．风力减弱
答案：B
解析：第1题，海拔越高，热量条件往往越差，高海拔地区因热量条件较差限 制了灌木的分布高度。近年来，该地区灌木向高海拔的地衣群落扩张，植被出现 “绿化”现象，说明温度升高，热量条件更加充足，更高海拔处也适合灌木丛的 生长，B正确；制约高海拔地区植被生长的主导因素是热量，而与降水、光照、 风力关系不大，A、C、D错误。故选B。
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水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响孙波1,郑宪清1,2,胡锋2,李辉信2,孔滨1,王帘里1,隋跃宇3(1.中国科学院南京土壤研究所,南京 210008; 2.南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095; 3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,哈尔滨 150040)摘要:水热条件、土壤性质和耕作管理影响了土壤的硝化作用从而影响农田氮素循环和平衡.本试验选择中国东部3个气候带上的主要农田土壤:中温带黑龙江海伦的黑土、暖温带河南封丘的潮土和中亚热带江西鹰潭的红壤,在上述3个地点的生态试验站建立土壤置换试验,对比研究不同水热条件和土壤类型对玉米单作系统中土壤硝化作用的交互影响.2006~2007年的试验结果表明,在玉米抽雄期,从海伦到鹰潭(月均温由2213e 上升到2618e ,月降水由10018mm 增加到19916mm),3种土壤的硝化作用强度均随着月均温和月降水的增加而下降,黑土、潮土和红壤分别下降了6412%~6712%、5211%~5215%和4117%~7512%,土壤的硝化作用强度与气温(r =-01354,p <0101)和降水(r =-01290,p <0101)均呈极显著负相关.土壤类型也显著影响了土壤硝化细菌的数量和硝化强度,硝化细菌数和硝化强度的大小顺序为:潮土>黑土>红壤.土壤p H 对土壤硝化强度有显著影响,其相关系数r =01551(p <0101).总体上,在玉米抽雄期,区域水热状况及土壤类型、施肥均影响了土壤的硝化强度,水热@土壤类型、水热@施肥、土壤类型@施肥、水热@土壤类型@施肥等对硝化强度有着极显著的交互作用.关键词:土壤硝化作用强度;硝化细菌;土壤类型;气温;降雨;交互作用;土壤置换试验中图分类号:X70311 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2009)01-0206-08收稿日期:2008-01-25;修订日期:2008-03-25基金项目:中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCX2-YW -407);国家自然科学基金重大项目(30590381)作者简介:孙波(1968~),男,博士,研究员,主要研究方向为土壤质量演变与农田养分循环,E -mail:bsun@i Effect of Temperature,Rain fall and Soil Properties on Farmland Soil NitrificationSUN Bo 1,Z HENG Xian -qing 1,2,HU Feng 2,LI Hu-i xin 2,KONG Bin 1,W ANG Lian -li 1,SUI Yue -yu3(1.Insti tute of Soil Science,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China; 2.College of Resources and Environmental Sciences,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China; 3.Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences,Harbin 150040,China)Abstract :Climate conditions,soil properties and management practices control soil nitrification process which affects ni trogen cycling and balance in agro -ecosystems.The interaction of temperature,rainfall,soil type and fertilization on the soil ni trification process was s tudied by a soil transplantation experimen t installed in 3experiment stations of Chinese Ecological Research Network,i.e.Hailun,Fenqiu and Yin gtan Agroecological E xperiment Station,which represents middle temperature,warm temperature and middle subtropical zone,respecti vely.Three types of cropland soils were selected,i.e.neutral black soil (Phaeozem),alkaline Chao soil (Cambisol)and acidic red soil (Acrisol).Then one -meter depth soil profiles for each soil were transplanted in 3stations to build the field experimen t.The two -year experimental results (2006-2007)showed soil ni trification intensi ty (SNI)changed with the temperature and rainfall during the maize tasseling stage.From Hailun to Yingtan,with an i ncrease of monthly average temperature from 2213e to 2618e and the monthly rai nfall from 10018m m to 19916mm,SNI decreased by 6412%-6712%for black soil,5211%-5215%for Chao soil,and 4117%-7512%for red soil,respectively.There were significan t negative correlations between SNI and temperature and rainfall,with a correlation coefficient of r =-01354(p <0101)and r =-01290(p <0101),respectively.The total number of soil nitrobacteria and the intensity of soil nitrificati on was affected by soil types,which increased in a sequence of Chao soil >black soil >red soil.Among soil properties,pH affected SNI significantly,with a correlation coefficient of r =01551(p <0101).In generally,climate condition (temperature and rainfall),soil type and fertilization present an integrated impact on soil ni trification process,and there were significant interactions of cli mate @soil type,climate @fertilization,soil type @fertilization,and climate @soil type @fertilization.Key words :soil ni trification;ni trobacteria;soil type;temperature;rainfall;interaction;soil transplantation experimen t土壤微生物是土壤生态系统中极其重要和最为活跃的部分[1],在土壤养分转化、循环、系统稳定性和抗干扰能力以及土壤可持续生产力中占据主导地位[2,3].由于全球变暖,未来几十年内全球平均气温将每10a 升高012e .我国预计在2013~2022年,全国平均气温将增加0145e ,降水增加3%[4].全球变化通过影响温度、降雨和养分沉降等影响着土壤生态过程[5,6],最终影响了生态系统的生产力及其稳定性.土壤硝化过程是生态系统氮循环中的重要过程,影响了温室气体(N 2O)的排放,是全球变化研究中的一个重要内容[7].水热条件和土壤性质影响了土壤硝化过程的强度.C ookson 等[8]通过室内培养试第30卷第1期2009年1月环 境 科 学ENVIRONME NTAL SCIENCEVol.30,No.1Jan.,2009验研究了5~25e森林、草地和农田土壤硝化作用的变化,认为温度是通过改变土壤供应碳的能力和微生物种群组成影响了土壤的硝化过程.但Dalias 等[9]发现土壤类型不同,硝化强度的最佳温度也不同,寒冷地区土壤其硝化强度的最适温度较低.周才平等[10]对山地土壤的室内土柱试验发现,在5~ 25e范围内,硝化速率与温度和含水量呈正相关;当温度超过25e,含水量超过0120kg P kg时,净硝化速率反而降低,同时温度和湿度对土壤硝化过程有明显的交互作用.范晓辉等[11]基于长期施肥试验中土壤样品的培育试验,发现酸性红壤中的硝化作用明显低于偏碱性的潮土,长期施用有机肥和化肥明显提高了土壤氮素的硝化速率.上述对土壤硝化过程影响因素的研究以实验室控制试验为主,在利用定位试验对比研究土壤性质对土壤硝化过程的影响时,由于设置在不同的水热条件下,因此无法剔除气候条件不一致导致的差异,同时也无法比较不同土壤类型中土壤硝化过程对气候条件变化的响应程度.本试验针对我国东部主要的农田土壤类型(中温带的黑土、暖温带的潮土,中亚热带的红壤),通过在中国科学院生态系统研究网络的农业生态试验站设置田间土壤剖面的置换试验,研究气候条件对不同土壤硝化过程的影响,分析土壤性质、水热条件和施肥对硝化细菌数量和硝化强度的作用,以期为提出适应水热变化的农田养分管理措施提供理论依据.1材料与方法111供试土壤及实验小区的设计在中国东部南北热量梯度带上的主要农区选择3种土壤:黑龙江海伦(代表半湿润的中温带季风气候)黄土母质发育的黑土,河南封丘(代表半湿润的暖温带季风气候)黄河冲击物发育的潮土和江西鹰潭(代表湿润的中亚热带季风气候)第四纪红粘土发育的红壤,分别置换至3个气候条件下,研究气候-土壤对土壤养分转化过程的影响.本试验主要研究在玉米生长旺盛期,中国东部南北热量梯度带上不同气候条件下温度、降雨和土壤性质对土壤硝化过程的影响(表1).黑土、潮土和红壤在中国系统分类中分别属于粘化湿润均腐土、淡色潮润雏形土和粘化湿润富铁土[12],在国际土壤分类参比系统中分别属于Phaeozem、Cambisol和Acrisol[13].置换试验于2005年10月分别设置在中国科学院黑龙江海伦、河南封丘和江西鹰潭农业生态试验表1不同气候带玉米抽雄期的气象条件(2006~2007年)Table1M eteorological conditions during the maize tass eli ng stagein different cli mate zones(2006-2007)玉米抽雄期的气象因子年份农业生态试验站海伦封丘鹰潭月均温P e200622.526.728.3200722.125.825.2表层土壤温度(0~20cm)P e200622.127.530.0200723.226.426.8月降水P mm2006119.2167.5265.0200782.4204.2134.2站.试验小区规格为:112m宽@114m长@1m深度,小区隔墙厚20cm(高出地面30cm),以砖砌水泥覆盖,底部铺有石英沙,内壁覆盖防水布(防止水肥互渗).2005年9~10月,在中国科学院海伦、封丘和鹰潭生态试验站,按小区规格分层(以20c m为1层)采集3种土壤1m深度的剖面,分别置换至3个实验站上(在每1站选取3份土壤原地留1份,其余2份分别运至其余2站),分层填装到小区中,小区建成后休闲.并在2006年4月(江西鹰潭)、5月(黑龙江海伦)、6月(河南封丘)种植玉米,开始正式的置换试验.试验开始前土壤的基本性质见表2.试验设置2个施肥处理:¹不施肥(C K);º施肥(NPK),施肥量为N150kg P hm2、P2O575kg P hm2、K2O60kg P hm2,NPK肥料分别为尿素、(NH4)2HPO4和KCl.每个处理3个重复.每年种植1季玉米,品种为海育6号(海伦),郑单958(封丘)和澄海11号(鹰潭),采用雨养,不灌溉.种植前条施底肥(1P2氮肥、全部磷肥和钾肥),玉米大喇叭口期追施尿素(1P2氮肥).112研究区气候条件海伦站(47b26c N,126b38c E)属于半湿润的中温带季风气候,年均气温115e,年降水量500~600 mm.站区土壤主要为松嫩平原典型黑土,有机质含量较多.封丘站(35b00c N,114b24c E)属半干旱、半湿润的暖温带季风气候,年均温为1319e,年降水量605 mm,年蒸发量1875mm.站区土壤主要为黄河沉积物发育的潮土,并伴有部分盐土、碱土、沙土和沼泽土的插花分布.鹰潭站(28b15N c,116b55c E)属于中亚热带湿润季风气候,年均温度1716e,年均降雨量1795mm,蒸发量1318mm.站区土壤主要为第四纪红色粘土发育的红壤.2071期孙波等:水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响表2不同气候带3种土壤表土(0~20cm)理化性状的比较(2006年)1)Table2Soil physicochemical properties in the surface layer(0-20cm)in different cli mate zones(2006)土壤性质黑土潮土红壤海伦封丘鹰潭海伦封丘鹰潭海伦封丘鹰潭有机质P g#kg-153.74a49.95b52.40a8.88a8.50a9.15a8.44a8.68a8.42a 全N P g#kg-1 2.28a 2.24a 2.35a0.50a0.65a0.95a0.61a0.81a0.77a 全P P g#kg-10.94a0.88b0.87b0.69a0.62a0.89a0.25a0.29a0.27a 全K P g#kg-113.52c14.75b16.68a12.32a13.12a13.53a 6.80b 6.82b7.83a 速效P P mg#kg-130.11a25.59b24.47b8.11a11.76a12.77a40.13a34.27a26.47a 速效K P mg#kg-1153.05b144.16b177.28a53.11c64.41b76.75a207.05a213.45a180.18a NH+4-N P mg#kg-121.80a21.08a21.78a16.87a15.16b16.85a23.21a19.15a19.49a NO-3-N P mg#kg-114.47ab21.28a10.25b12.66b23.67a7.91c14.70a17.62a 2.04b pH 5.46a 5.34b 5.37b7.68a7.75a7.72a 3.97b 4.02a 3.98ab 含水量P%32.53a31.83a29.59b20.27a19.73a17.51a23.69a22.15a20.47c 田间持水量P%38.6[14])))30.0[15])))30.2[16]含水量P持水量P%84.2782.4676.6667.5765.7758.3778.4473.3467.78 1)同一行中同种土壤平均值后面的不同字母表示显著性差异(p=0105),下同113采样和分析方法当玉米生长进入抽雄期(追肥后15d)时采集土壤样品,采集时间分别为:鹰潭(2006-07-10、2007-06-05)、海伦(2006-08-04、2007-07-27)、封丘(2006-07-28、2007-07-25).用不锈钢土钻(直径2cm)采集0~20cm耕层土壤,每个小区采用对角线法采集10个点左右,混合后采用四分法留取实验用土量,并将新鲜土壤装入聚乙烯封口袋中,用保鲜箱低温冷藏带回实验室.一部分土样风干磨碎进行理化性状的测定[17];另一部分放入冰箱于4e保存,立即进行硝化细菌数量与硝化强度的测定.土壤硝化细菌数量采用最大或然值法(most possible number,MPN),土壤硝化强度采用悬液培养法测定[18].数据的统计分析采用SPSS1310,差异显著性分析利用方差分析(ANOVA)中的Post Hoc Multiple Comparisons法,计算p=0105的最小显著性差异(LSD).测定方法:土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定,全氮采用自动定氮仪(B chi,Autokjeldahl Unit,K-370)测定,氨态氮和硝态氮采用2mol P L KCl 浸提-连续流动分析仪测定,全磷采用酸溶-钼锑抗比色法,速效磷采用碳酸氢钠法,全钾采用氢氧化钠熔融法-火焰光度计测定,速效钾采用乙酸铵提取法-火焰光度计测定,pH值采用电位法测定(其中黑土、潮土用0101mol P L的CaCl2浸提;红壤用110 mol P L的KCl浸提,水B土比为215B1),含水量采用烘干法测定.2结果与分析211土壤硝化细菌数量的变化硝化细菌数量在不同气候条件、土壤和施肥处理间存在差异,3种土壤中(以干土计,下同)硝化细菌数量的变幅在0101@104~2137@104个P g之间. 2006年的实验结果显示,在玉米抽雄期,施肥处理中黑土和潮土的硝化细菌数量在封丘显著高于在海伦和鹰潭,而红壤在3个地点差异不显著;不施肥处理中黑土和红壤的硝化细菌数量在海伦和封丘显著高于鹰潭,而潮土的变化顺序是封丘>海伦>鹰潭.从土壤类型对土壤硝化细菌数量的影响看,土壤硝化细菌数量的大小顺序是潮土>黑土>红壤(表3),这与土壤pH的大小顺序一致,而与土壤中有机质及养分的大小顺序不同(表2),说明土壤pH的影响较土壤养分大,但施肥均增加了土壤中硝化细菌的数量.同一种土壤在不同的气候区,土壤硝化细菌平均数量的大小顺序是:封丘>海伦>鹰潭.在玉米抽雄期海伦、封丘、鹰潭的月均温分别为2213e、2615e和2618e,说明除了温度,其他环境因素(如降雨等)也影响了土壤中硝化细菌数量的变化.212硝化强度的变化特征21211同种土壤在不同气候带上硝化强度的变化硝化强度是指亚硝酸氧化细菌将NH+4-N氧化成NO-3-N的作用,土壤环境因子对硝化作用强度有明显的影响.在玉米抽雄期,从海伦到鹰潭,3种土壤均随着温度和降水量在不同气候带上的增加而显著下降(图1),土壤硝化强度与温度(r= -01354,p<0101)和降水量(r=-01290,p<0101)均呈极显著负相关.2.2.2同一气候带上不同土壤的硝化强度的比较208环境科学30卷表3 玉米抽雄期表土(0~20cm)硝化细菌数的变化(2006~2007年)1)Table 3 Changes of the total number of soil ni trobacteria in the surface layer (0-20cm)during the maiz e tas seling s tage (2006-2007)处理硝化细菌数@104P 个#g -12006年2007年黑土潮土红壤黑土潮土红壤海伦1142b 1144bc 0116ab 1101b 1163b 0115bc NPK封丘2130a 2137a 0117a 1192a 2112a 0127a 鹰潭1100c 1131cd 0111b 0185c 1126c 0116b 海伦1102c 1125d 0115ab 0139d 1122c 0111cd CK封丘1103c 1156b 0118a 0123e 1166b 0103e 鹰潭0154d0191e0101d0119e0123d0109d图中不同字母代表具有显著差异,p <0105,误差线为标准差图1 玉米抽雄期3种土壤施肥(NPK)和不施肥(CK)处理中土壤硝化强度的变化Fi g.1 Changes of soil nitrification i ntensi ty during the maize the tas seling s tage for fertilization (NP K)and non -fertiliz ati on (CK)treatment土壤质地、酸碱性、养分含量直接影响着土壤微生物的生长和活性.在相同气候带上玉米抽雄期,不同土壤硝化强度的大小顺序是:潮土(9919%~2414%)>黑土(9910%~6157%)>红壤(7519%~4183%),方差分析表明在同一气候带上3种土壤间均呈现出显著性差异(p <0105).同时,施肥也显著提高了土壤的硝化强度.总体上看,土壤硝化强度在碱性潮土中最高,在酸性红壤中最低,这与其他一些研究的结果一致.丁洪等[19]对潮土在玉米种植期氮肥硝化反硝化损失的研究表明,潮土硝化作用活性较强,施入的氮肥在20d 内基本硝化完全;李辉信等[20]对红壤氮素的矿2091期孙波等:水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响化和硝化作用的研究表明,红壤硝化作用很弱,这可能是由于红壤养分贫瘠,本身氮素含量较低[21].3讨论311硝化细菌的影响因素硝化细菌数量受土壤类型(黑土、潮土、红壤)以及环境因子(温度、降水量)的影响较大.在3种土壤间硝化细菌数量的顺序是:潮土>黑土>红壤.虽然在土壤置换实验中,3个气候带分别种植了不同的玉米品种,但已有的研究表明土壤类型是影响土壤细菌群落结构和群落密度的主要因素,玉米品种的影响很小[22].da Dasilva等[23]研究了2种不同土壤中玉米根际土壤类芽孢杆菌(Paenibacillus)的结构和数量,发现土壤类型而非玉米栽培品种是决定因素. Latour等[24]对荧光假单胞菌(Pseudomonas)属的细菌种群多样性研究也表明,土壤类型是主要的影响因子,寄主植物类型的影响较小.同种土壤硝化细菌数量在暖温带的封丘高于中温带的海伦和中亚热带的鹰潭,很可能与温度和降水量的大小及其季节分配有关.相关分析表明(表4),月均气温、降水量、土壤含水量与土壤硝化细菌数量之间有显著和极显著的相关性.表4土壤和气候因素与土壤硝化细菌和土壤硝化强度之间的相关性1)Table4Correlations between the soil and climate factors and the total number of s oil nitrobac teria and s oil nitri fication intensity影响因子相关系数r(n=108)硝化强度硝化细菌总数全N-0.1220.149全P0.1340.197*全K0.324**0.216*NH+4-N0.0920.126NO-3-N0.290**-0.053土壤有效P-0.340**-0.044土壤速效K-0.495**-0.023土壤有机质-0.0660.124土壤pH0.551**0.076鲜土含水量-0.0400.326**月均温-0.354**0.246*月降水-0.290**0.225*1)*表示两尾测验显著性相关水平(p=0105),**表示两尾测验显著性相关水平(p=0101);n指土壤硝化细菌和硝化强度在2a中的所有测定数,下同312水热因素对土壤硝化过程的影响温度和降水量等环境因子控制硝化细菌生长的同时,对土壤硝化强度也产生强烈的作用.影响土壤有机质分解和氮矿化过程的环境因子主要是温度和水分[25~27].本研究中发现,在玉米抽雄期,不同气候带上的温度与降水共同影响了土壤的硝化强度,从海伦、封丘到鹰潭,随着温度和降雨量的提高(表1),土壤的硝化强度下降,且与温度和降水呈显著或极显著的相关性(表4).玉米抽雄期的高温(22~ 28e)可能抑制了3种土壤的硝化作用,因为高温降低O2的溶解度,并增加异养微生物对O2的需求,硝化微生物在缺O2条件下活性下降.Keeney[28]曾报道在40e下土壤的硝化活性很低,没有发生硝态氮的累积.Thiagalinga m等[29]研究夏威夷土壤的硝化作用发现,4种土壤中有3种土壤在40e下硝化作用受到很强的抑制.Brady等[30]认为硝化作用的最适温度范围是25~35e,低于5e或高于50e硝化作用基本停止.这些研究说明土壤硝化作用的合适温度范围依赖于不同土壤所在的气候带,是硝化微生物长期适应性的表现.不同土壤中硝化强度的最适温度不同,吕殿青等[31]报道,在20~40e范围内,低温(20e)对石灰性土壤硝化作用比较适宜;张树兰等[32]对3种耕作土壤(黄绵土、土和水稻土)的研究表明,20e和40e均抑止了土壤硝化作用,30e最适宜.本试验中说明红壤、潮土和黑土在低于25e 下有利于土壤的硝化作用,这与周才平等[10]对山地土壤的研究结果相似,他们发现低温(5~25e)时净硝化速率随温度的升高有所增加,超过25e时呈下降趋势[33].降水通过改变土壤含水量来间接影响硝化强度.不同质地和性质的土壤,最大田间持水量不同,硝化强度的最适含水量也不一样.研究表明[32],黄绵土、蝼土和水稻土的土壤含水量为田间持水量的60%时土壤硝化作用最适合,过湿(80%)和过干(40%)都抑制了土壤的硝化作用.左余宝等[16]发现潮土和火山灰土中硝化作用的适宜土壤水分含量分别为田间持水量的60%~90%和75%~90%,过干土壤硝化力降低.本实验中,潮土在海伦(6716%)和封丘(6518%)的土壤含水量较适合土壤硝化过程的进行,而在鹰潭的土壤含水量(5814%)较低,不适宜土壤硝化过程的进行.313土壤性质对土壤硝化过程的影响土壤硝化作用是供给作物生长所需氮素的关键过程[34].在水热条件和植被相同时,改变土壤性质和施肥成为调控土壤微生物硝化强度的重要方法.贫瘠的酸性红壤不利于硝化作用的进行,而施肥显著提高了红壤中的硝化细菌数量,增加了土壤的硝化强度.Martikainen[35]也发现,在酸性土壤上施用尿210环境科学30卷素有利于硝化作用的进行,但施用硫铵则抑制了硝化作用,这可能是施用尿素后水解导致短时间内土壤pH值的提高促进了硝化作用,其他研究也表明施用尿素可使土壤pH从710上升到910[36].土壤养分影响了土壤微生物的数量和活性,在同一气候带上,土壤全钾含量对硝化作用强度表现出显著或极显著的正相关(表5),而速效K和速效P 含量在玉米抽雄期与土壤硝化作用强度之间表现出极显著的负相关,说明此时这些速效养分在土壤中含量过多不利于硝化强度.表5土壤硝化作用强度与影响因子间的相关性分析(2006~2007年) Table5Correlation analysis of soil nitri fication intensity and impact factors(2006-2007)影响因子相关系数r(n=36)不同气候带下同一气候带上黑土潮土红壤海伦封丘鹰潭土壤全N0.102-0.361*-0.067-0.106-0.137-0.167土壤全P-0.2240.0180.0290.2650.2480.305土壤全K-0.259-0.154-0.0210.405*0.445**0.419*土壤N H+4-N0.0410.461*0.343*0.1760.114-0.088土壤NO-3-N0.333*0.517**0.3190.0020.443**0.167 NH+4-N P NO-3-N-0.0780.041-0.1450.049-0.135-0.293土壤速效P0.416*0.1090.090-0.459**-0.489**-0.606**土壤速效K-0.129-0.2200.104-0.562**-0.609**-0.675**土壤有机质0.1650.081-0.173-0.050-0.110-0.151土壤碳氮比-0.0640.441**0.1170.105-0.063-0.046土壤pH-0.0960.150-0.2020.565**0.680**0.796**土壤含水量-0.1010.0580.1430.166-0.0190.106月均温-0.439**-0.429**-0.420*0.345*0.2560.057月降水-0.370*-0.409*-0.2480.345*-0.2560.057月降水P月均温-0.343*-0.389*-0.1860.345*-0.2560.057总体上,红壤、潮土和黑土的硝化强度并没有随有机质和全氮含量的增加而增加,而是表现出随土壤pH的增加而增加,说明土壤pH控制了土壤硝化作用的大小.通常pH值的升高增加了有机质的可溶性,为微生物生长提供了大量C、N基质,促进了C、N的矿化.Dancer等[37]的研究表明,土壤pH从417增高到615时,硝化速率增加3~5倍.李良谟等[38]对太湖地区土壤的研究也表明,在pH516~ 810的范围内,土壤硝化速率随pH的升高而增大,呈极显著的正相关(r=01941).研究表明,酸性土壤中亚硝化单胞菌属的活性受到抑制[39].酸性土壤中自养硝化菌的数量很少,这是土壤硝化活力低的主要原因.314多因子的交互作用对硝化作用强度的影响气候、土壤和耕作施肥因素对土壤硝化强度的影响是综合的.方差分析表明,在玉米抽雄期水热@土壤、水热@施肥、土壤@施肥、水热@土壤@施肥等对硝化强度有着明显的交互影响作用,F值分别为7160、4113、2311和4518,均达到了极显著程度(p=0105).虽然各种影响因素共同对硝化作用强度产生影响,但在不同的空间尺度上,各因素的影响程度也是不同的.在相同的气候带水热条件下,以土壤全氮含量(X1)、全磷(X2)、全钾(X3)、铵态氮(X4)、硝态氮(X5)、速效磷(X6)、速效钾(X7)、有机质(X8)、pH (X9)、鲜土含水量(X10)以及温度(X11)和降水量(X12)为自变量,以硝化强度(Y)为因变量,进行逐步回归,在温度、降水量和植被相同的条件下,最优回归方程如下.海伦站:Y=-881485+11195X9+01742X12(r2=01410,n=36)封丘站:Y=86135-3154X9+2106X5-01469X7(r2=01671,n=36)鹰潭站:Y=-2515+8114X9(r2=01619,n=36)可以看出在相同的气候带水热条件下,土壤pH、NO-3-N、速效K、降水量是决定土壤硝化强度的关键因素,其中土壤pH与硝化强度的相关性最强,相关系数r=01551(p<0101).而同种土壤在不同气候带上,土壤硝化强度(Y)与影响因子的最优回归方程如下.黑土:Y=84717-8129X11-11017X9(r2=01333,n=36)2111期孙波等:水热条件与土壤性质对农田土壤硝化作用的影响潮土:Y=42716-19154X11+41008X5+01492X12(r2=01726,n=36)红壤:Y=1761078-51375X11+01166X4-01249X7(r2=01447,n=36)可以看出同种土壤在不同气候带水热条件下,温度、降水量以及土壤pH、NO-3-N、NH+4-N、速效K 是决定土壤硝化强度的关键因素,其中温度与硝化强度的相关性最强,相关系数(r)为-01354(p< 0101).利用水热梯度变化条件土壤置换试验开展的模拟试验,反映的是土壤微生物过程对气候条件突变的响应,需要通过长期试验研究土壤微生物过程对气候条件变化的长期适应性.但本试验中2a的研究结果表明,沿南北水热梯度设置土壤置换试验是一种研究气候变化对土壤生态学过程影响的有效方法.4结论(1)在玉米抽雄期,同种土壤在不同气候带下,从黑龙江的海伦站至江西的鹰潭站土壤硝化强度随温度和降水量的增加而呈降低趋势,但不同土壤因本身性质不同而降幅不同,较贫瘠的红壤降幅最大,达7512%.(2)在相同的气候带和植被下,土壤性质影响了土壤的硝化强度,不同土壤间硝化作用强度的大小顺序是:潮土>黑土>红壤.主要影响因素包括土壤pH、硝态氮和速效钾含量,其中土壤pH值最重要.(3)区域水热状况及其土壤类型、施肥对土壤硝化作用有交互作用.致谢:感谢张兴义、梁音、郝红涛协助设置土壤置换试验;感谢陈长青、赵莉敏协助分析土壤样品和数据处理.参考文献:[1]Jenkinson D S,Ladd J N.Microbi al biomass i n s oil:M eas ure mentand turnover[A].In:Paul V E A,Ladd J N(eds).SoilBioche mistry[C].Ne w York:M arcel Dekker,1981.415-471. 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