土壤氮转化过程：新方法与新认识

本书系统总结了作者团队在土壤氮转化过程方面的研究成果，内容分为上下两篇。上篇重点介绍土壤氮转化研究的新认识，共6章，分别介绍了土壤氮转化过程及其对氮去向的调控原理、土壤氮初级转化速率的地带性规律、农业利用对土壤氮转化过程的影响、土壤-作物氮形态契合程度与氮肥利用率的关系、植物对异养硝化的驱动作用及其生态意义、植物-土壤氮转化过程的互馈作用。下篇主要介绍土壤氮转化研究的新方法，也分为6章，分别为土壤氮初级转化速率研究方法、土壤N2O溯源方法，以及本书上篇相关新认识工作的具体实验方法。

累计发表SCI论文83篇（JCR1区32篇，ESI高引5篇），SCI他引1293次，Google Scholar引用4568次，相关工作得到15位国际学会Fellow的正面评价和引用。授权专利和软件著作权12项，其中8项技术依托国内企业和医院实现应用。先后获得5项省部级或一级学会奖励。

目录
上篇 土壤氮转化研究的新认识
第1章 土壤氮循环过程概述 3
1.1 氮的生物地球化学循环过程 3
1.2 土壤氮转化过程 5
1.2.1 生物固氮过程 7
1.2.2 无机氮同化过程 8
1.2.3 有机氮矿化过程 9
1.2.4 硝化过程 10
1.2.5 反硝化过程 12
1.2.6 厌氧氨氧化过程 14
1.2.7 铁氨氧化过程 15
1.2.8 硝态氮异化还原为铵过程 17
1.2.9 无机氮非生物固定过程 18
1.3 土壤各形态氮的行为特性 19
1.4 土壤氮转化速率研究方法存在的问题 20
第2章 土壤氮初级转化速率的地带性规律及氮素保持机制 22
2.1 土壤氮转化特点的地带性规律 22
2.1.1 硝化速率的地带性规律 22
2.1.2 反硝化潜力和产物比例的地带性规律 27
2.1.3 硝态氮同化和DNRA速率的地带性规律 33
2.1.4 土壤氮初级转化速率组合特点的地带性规律 34
2.2 与气候契合的土壤氮素保持机制 38
2.3 土壤N2O产生途径的地区差异 41
第3章 农业利用对土壤氮转化过程的影响及其作用机制 44
3.1 农业利用对土壤氮转化过程的影响 44
3.1.1 农业利用对红壤氮转化过程及氮素保持机制的影响 44
3.1.2 农业利用对温带土壤氮转化过程的影响 46
3.2 农业利用对红壤N2O 产生途径的影响 48
3.3 长期肥料管理措施对旱地土壤氮转化过程的影响及机制 49
3.3.1 长期肥料管理措施对土壤理化性质的影响 49
3.3.2 长期肥料管理措施对土壤氮初级转化速率的影响 50
3.3.3 作物产量和氮损失与氮转化速率的关系 53
3.4 长期肥料管理措施对旱地土壤氮转化过程的影响——Meta分析 56
3.4.1 长期肥料管理措施对土壤性质和作物产量的影响 56
3.4.2 长期肥料管理措施对土壤氮初级转化速率的影响 58
3.4.3 长期肥料管理措施对土壤有效氮供应途径的影响 62
第4章 土壤-作物氮形态契合程度与氮肥利用率的关系 65
4.1 土壤-作物氮形态契合关系对作物氮肥吸收率的影响 65
4.1.1 供试土壤的氮转化特点 65
4.1.2 土壤-作物氮形态契合有利于提高作物氮肥吸收率 67
4.2 土壤-作物氮形态契合关系对产量、氮利用率及氮损失的影响 69
4.2.1 供试土壤氮转化特点与无机氮动态 70
4.2.2 土壤-作物氮形态契合提高作物产量、生物量和总吸氮量 71
4.2.3 土壤-作物氮形态契合对农业增效减排的重要意义 73
4.3 水稻土氮转化的区域特点及其对水稻生产的影响 76
4.3.1 水稻土pH 的区域分布特征 77
4.3.2 水稻氮利用率的区域分布特征 78
4.3.3 水稻土氮转化的区域分布特征 79
4.3.4 水稻氮利用率和氮损失与水稻土氮初级转化速率的关系 81
4.4 土壤-作物氮形态契合原理对氮素调控的指导意义 83
4.4.1 土壤氮转化特点对氮稳定剂调控土壤氮形态的影响 83
4.4.2 土壤氮转化特点对氮稳定剂影响水稻产量的调控作用 84
4.4.3 土壤-作物氮形态契合原理对农业生产的指导意义 86
第5章 植物对异养硝化的驱动作用及其生态意义 87
5.1 植物活动对土壤有机氮异养硝化的驱动作用 88
5.2 植物激发土壤有机氮异养硝化的生态意义 91
第6章 植物-土壤氮转化过程的互馈作用 95
6.1 小麦与土壤氮转化过程的互馈作用 95
6.1.1 短期种植小麦对土壤性质的影响 96
6.1.2 种植小麦对土壤氮初级转化速率的影响 96
6.1.3 小麦氮吸收速率 98
6.1.4 小麦氮吸收与土壤氮转化过程的互馈关系 98
6.2 玉米与土壤氮转化过程的互馈作用 101
6.2.1 短期种植玉米对土壤性质的影响 101
6.2.2 种植玉米对土壤氮初级转化速率的影响 101
6.2.3 玉米氮吸收速率 103
6.2.4 玉米氮吸收与土壤氮转化过程的互馈关系 104
6.3 水稻与土壤氮转化过程的互馈作用 106
6.3.1 短期种植水稻对土壤性质的影响 106
6.3.2 种植水稻对土壤氮初级转化速率的影响 106
6.3.3 水稻氮吸收速率与氮利用率 109
6.3.4 水稻氮吸收与土壤氮转化过程的互馈关系 111
6.4 植物-土壤氮转化过程互馈作用的发生机理 113
6.4.1 土壤pH对玉米-土壤氮转化过程互馈作用的影响 113
6.4.2 土壤氮供应能力对玉米-土壤氮转化过程互馈作用的影响 115
6.4.3 光合产物输入对玉米-土壤氮转化过程互馈作用的影响 120
6.4.4 玉米基因型对玉米-土壤氮转化过程互馈作用的影响 124
6.5 作物-土壤氮转化过程互馈作用对农业生产的意义 131
6.5.1 选择氮肥品种 133
6.5.2 优化施肥时间 134
6.5.3 制定农业生产规划和新品种引种政策 134
6.5.4 判断氮素调控措施的优劣 134
6.5.5 挖掘土壤供氮能力 134
6.5.6 培育氮高效作物良种 135
下篇 土壤氮转化研究的新方法
第7章 土壤氮初级转化速率研究方法 139
7.1 15N同位素稀释法基本原理与初级转化速率计算方法 139
7.2 氮初级转化速率的数值模型分析方法 141
7.2.1 FLUAZ模型 141
7.2.2 Ntrace模型 143
7.2.3 NtracePlant模型的重要意义 144
7.3 15N稳定同位素成对标记方法 146
7.3.1 15N成对标记实验 146
7.3.2 土壤样品准备 148
7.3.3 标记方法 148
7.3.4 氮加入量、15N丰度和标记物种类 150
7.3.5 初始取样时间 153
7.3.6 土壤和植物样品处理与储存 154
7.3.7 无机氮样品前处理技术 155
7.3.8 同位素示踪实验误差来源与减小误差的关键技术 157
7.3.9 Ntrace模型运算前实验数据整理工作 158
7.3.10 Ntrace模型输出数据 158
第8章 土壤N2O溯源方法 161
8.1 土壤N2O库源解析方法 162
8.1.1 *和*两库源解析方法 162
8.1.2 *和土壤有机氮三库源解析方法 162
8.2 NtraceGas模型分析方法 163
8.3 N2O同位素异位体法 164
8.3.1 同位素异位体方法N2O溯源的基本原理 164
8.3.2 基于同位素混合模型定量土壤N2O产生途径 165
第9章 土壤氮初级转化速率的地带性规律研究方法 169
9.1 地带性森林土壤氮初级转化速率研究方法 169
9.1.1 供试土壤 169
9.1.2 15N成对标记实验 169
9.1.3 土壤理化性质分析方法 170
9.2 土壤N2O三库源解析研究方法 171
9.2.1 供试土壤 171
9.2.2 15N成对标记实验 171
9.2.3 土壤理化性质分析方法 171
9.2.4 数据计算方法 171
9.3 土壤氮转化特点对溪流氮形态组成的调控作用研究方法 172
9.3.1 溪流选取与水样采集方法 172
9.3.2 土壤氮初级转化速率和土壤理化性质数据获取方法 173
9.4 土壤反硝化潜力和气态产物比例研究方法 173
9.4.1 选择反硝化潜力测定方法 173
9.4.2 反硝化潜力测定方法 181
9.4.3 土壤反硝化潜力和气态产物比例的地带性规律研究方法 181
第10章 农业利用对土壤氮转化过程的影响研究方法 183
10.1 农业利用对红壤氮转化过程及氮素保持机制的影响研究方法 183
10.1.1 土壤样品 183
10.1.2 15N成对标记实验 183
10.1.3 土壤理化性质分析方法 183
10.1.4 数据计算方法 184
10.2 农业利用对温带土壤氮转化过程的影响研究方法 184
10.2.1 土壤样品 184
10.2.2 15N成对标记实验 185
10.2.3 土壤理化性质分析方法 185
10.2.4 数据计算方法 185
10.3 农业利用对红壤N2O 产生途径的影响研究方法 185
10.3.1 土壤样品 185
10.3.2 N2O排放及溯源实验方法 185
10.3.3 N2O浓度及其同位素特征值的分析方法 186
10.3.4 N2O溯源计算方法 186
10.4 长期肥料管理措施对旱地土壤氮转化过程的影响研究方法 186
10.4.1 长期肥料管理定位试验介绍 186
10.4.2 15N成对标记实验 187
10.4.3 N2O排放量、氮淋溶损失量测定方法 187
10.4.4 土壤理化性质分析方法 188
10.4.5 数据计算方法 188
10.5 长期肥料管理措施影响土壤氮转化过程的Meta分析方法 188
第11章 土壤-作物氮形态契合程度与氮利用率的关系研究方法 189
11.1 土壤-作物氮形态契合关系对作物氮肥吸收率的影响研究方法 189
11.1.1 土壤与作物 189
11.1.2 盆栽实验 189
11.1.3 15N成对标记实验 190
11.1.4 土壤理化性质分析方法 190
11.1.5 数据计算方法 190
11.2 土壤-作物氮形态契合关系对产量、NUE的影响研究方法 191
11.2.1 研究区简介 191
11.2.2 小区实验设计 191
11.2.3 15N成对标记实验 192
11.2.4 土壤理化性质分析方法 192
11.2.5 数据计算方法 193
11.3 水稻土氮转化特点及其对水稻生产的影响研究方法 193
11.3.1 土壤样品 193
11.3.2 15N成对标记实验 193
11.3.3 盆栽实验 194
11.3.4 土壤理化性质分析方法 194
11.3.5 数据计算方法 194
11.4 土壤-作物氮形态契合原理对氮素调控措施的指导意义研究方法
195
11.4.1 研究区简介 195
11.4.2 小区实验设计 195
11.4.3 土壤理化性质分析方法 196
11.4.4 数据计算方法 196
第12章 植物-土壤氮转化过程的互馈作用研究方法 197
12.1 小麦与土壤氮转化过程的互馈作用研究方法 197
12.1.1 供试土壤 197
12.1.2 小麦15N成对标记盆栽实验 197
12.1.3 土壤理化性质分析方法 198
12.1.4 数据计算方法 198
12.2 玉米与土壤氮转化过程的互馈作用研究方法 198
12.2.1 供试土壤 198
12.2.2 玉米15N 成对标记盆栽实验 199
12.2.3 土壤理化性质分析方法 199
12.2.4 数据计算方法 200
12.3 水稻与土壤氮转化过程的互馈作用研究方法 200
12.3.1 供试土壤 200
12.3.2 水稻15N 成对标记盆栽实验 200
12.3.3 土壤理化性质分析方法 201
12.3.4 数据计算方法 201
12.4 植物-土壤氮转化过程互馈作用的发生机理研究方法 201
12.4.1 土壤样品 201
12.4.2 15N成对标记盆栽实验 202
12.4.3 土壤理化性质分析方法 203
12.4.4 数据计算方法 204
主要参考文献 205