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基于群体感应的生物膜技术在土壤污染修复中的应用与展望
生弘杰，王芳，冯发运，程金金，张银萍，葛静，张雷刚，蒋新，余向阳
2024,61(3):583-593, DOI: 10.11766/trxb202208210463
摘要：
生物膜修复技术凭借其高效性、安全性和经济性，已被广泛应用于土壤中难降解污染物的去除。其中，群体感应效应在生物膜修复过程中起着至关重要的作用。群体感应是微生物普遍存在的细胞间通讯形式，有助于生物膜内不同细菌种内/种间的信息交流，使微生物能够在“群体水平”上相互协作，能够调控生物膜胞外聚合物的生成以及对污染物的吸附固定与降解。本文在简要介绍生物膜和群体感应的功能和作用基础上，结合近年来群体感应调控生物膜形成以及对污染物的降解基础上，综述了群体感应在生物膜修复技术中的应用，最后对生物膜群体感应系统在污染土壤修复中的工程化设计进行了展望。
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水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化机制研究进展
2024,61(3):594-606, DOI: 10.11766/trxb202212180694
摘要：
土壤矿物作为土壤重要活性组分，可驱动土壤有毒有机物化学转化，降低污染风险。以往土壤矿物与有毒有机物界面行为研究主要集中于水环境或矿物悬浊液体系，然而实际环境中土壤及其矿物常处于干燥、湿润等水分非饱和状态。近年来，水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已成为研究热点，相关研究获得一系列新发现。低含水量铁锰矿物、黏土矿物和金属离子饱和黏土矿物能驱动多环芳烃、抗生素等疏水性有毒有机物化学转化。水分非饱和环境会减弱矿物界面水分子与有毒有机物竞争活性位点，并使矿物发生脱水、向高活性结构转变。此外，土壤矿物水分状态也会影响有毒有机物转化产物，水分非饱和环境更有利于持久性自由基和卤代二噁英等中间产物的形成和稳定。以往研究认为，电子转移反应是土壤矿物界面有毒有机物转化机制，随着检测技术与理论计算的发展，自由基催化和水解作用机制逐渐被发现，相关机制研究精准至矿物晶型和晶面层面。虽然水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已逐渐清晰，但其研究广度和深度有待进一步拓宽和加深。建议未来在实际水分非饱和土壤和矿物中开展有毒有机物转化研究，深入探究还原转化过程，研发原位反应装置及检测方法，尝试从微纳米尺度和分子水平解析有毒有机物在矿物界面转化机制。
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土壤抗生素抗性基因研究进展及热点分析
2024,61(3):607-618, DOI: 10.11766/trxb202210200578
摘要：
抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）的产生和传播对全球公共健康产生巨大威胁。土壤作为ARGs的重要储存库和介质，已引起众多学者广泛关注。为全面了解土壤ARGs相关领域的研究进展及热点，本研究利用可视化软件VOSviewer和CiteSpace，基于Web of Science数据库，对2013—2022年发表的土壤ARGs领域相关文献进行计量学分析。结果表明，土壤ARGs相关研究的发文数量和被引频次逐年上升。我国在土壤ARGs领域的发文量最高，占总发文量的61.40%，且与澳大利亚、美国等27个国家合作紧密。四环素和磺胺嘧啶为该领域重点关注的抗生素类型；大肠杆菌作为模式菌一直是土壤ARGs领域备受关注的微生物类型。不同时期土壤ARGs研究热点存在明显差异：初期关注的重点方向为ARGs的认识和定量，随后引起较多关注的是ARGs源解析及其与微生物的内在联系，而对ARGs传播扩散和归趋相关研究已成为现今科学家关注和研究的热点。
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多样化种植对提升耕地质量的作用：进展与展望
2024,61(3):619-634, DOI: 10.11766/trxb202209160509
摘要：
多样化种植是现代生态农业的重要举措之一，对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下，多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样化种植的理解多集中在提高生物多样性和发挥生态功能等方面，对其提升耕地质量的作用关注较少，特别是多样化种植如何通过改善土壤物理、化学、生物多样性来提高耕地质量和维持土壤健康方面的理解还较为局限。本文在总结多样化种植的内涵及对促进耕地土壤健康和提高生态服务功能作用的基础上，系统梳理了多样化种植对改善土壤物理、化学、生物多样性等方面的作用研究进展，展望了未来以提升耕地质量为核心发展多样化种植亟需关注的方向和研究重点，以期为多样化种植在我国耕地质量提升策略中发挥更大作用提供参考。
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基于特征筛选算法的数字土壤制图研究
2024,61(3):635-647, DOI: 10.11766/trxb202208090441
摘要：
平缓地带数字土壤制图中，环境协变量的选择是提高制图精度的关键。已有研究证明遥感影像可作为推理制图的辅助因子，而如何确定环境因子推理制图时各自的权重已成为现阶段研究的重点。选取湖北省麻城市乘马岗镇为研究区，采用3种特征筛选方法进行有效环境变量筛选，探索参与平原-丘陵混合区域制图的因子并确定其重要性，依据选择的相对稳定的指标，进一步探索提高土壤类型制图准确性的途径。根据141个野外独立样点的检验结果表明：在推理制图中，遥感因子在平原区域的重要性程度高于丘陵区域，且遥感因子中归一化植被指数（NDVI）和均值（Mean）较为稳定；基于递归特征算法的按地形推理制图精度最高为75.89%，分别高于ReliefF算法和基于Tree的特征筛选算法13.48%和4.97%；此外3种特征筛选算法制图结果中，按地形因子分区制图的精度均高于整体区域制图。因此，遥感因子作为辅助手段参与推理过程可有效提高制图精度。本研究采用的特征挖掘与机器学习算法对提升土壤制图精度具有一定的理论意义。
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基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究
2024,61(3):648-661, DOI: 10.11766/trxb202211020602
摘要：
土壤有机碳（Soil Organic Carbon，SOC）作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图（Digital Soil Mapping，DSM）框架下，选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的（平均）值作为输入变量，而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此，引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征，探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域，采用随机森林模型，选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中，并用普通克里格（Ordinary Kriging，OK）对模型结果进行残差修正，最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明，时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能，并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度，相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合，将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示，SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此，物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景，未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。
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不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征
2024,61(3):662-673, DOI: 10.11766/trxb202211180627
摘要：
土壤有机质（soil organic matter，SOM）含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标，热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素，可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下（平坦）自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下（有地表侵蚀和沉积）受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面，采用热重分析法，基于不同温度区间的质量损失，分别以Exo1（200~350℃区间的质量损失）和Exo2（350~550℃区间质量损失）代表热易分解SOM和热稳定SOM，以微分热重曲线及热重参数指标（Exo1/Exo2和TG-T50）表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征，并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明：稳定地形下自然发育的黑土，热易分解SOM（Exo1）含量相较于热稳定SOM（Exo2）含量随深度下降更快，Exo1/Exo2随深度减小，TG-T50随深度增加，脂肪族碳/芳香族碳减少，SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下，黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势，存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象，这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约，而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积，由于埋藏作用，这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而，非稳定地形区域一旦再遭侵蚀，这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程，同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放，成为黑土区碳排放的“热点”。
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黄土高原北部典型县域耕地土壤碳氮时空变异特征及影响因素
2024,61(3):674-686, DOI: 10.11766/trxb202210050549
摘要：
黄土高原生态环境脆弱，耕地质量的变化直接影响土地生产力的高低。选取其北部典型县域——天镇县，研究长时期耕地土壤有机质和全氮的时空演变规律及其影响因素，为黄土高原耕地质量提升和农业生态环境保护提供理论依据。基于1983年、2008年和2019年耕地质量数据，运用地统计学等方法分析天镇县有机质和全氮的时空演变特征。结果发现：（1）36年（1983—2019年）来，天镇县土壤有机质和全氮含量呈现整体上升、后期快速增加的变化特征。有机质和全氮含量的年均增加量前期（1983—2008年）较低，分别为0.20 g·kg-1和0.01 g·kg-1，在后期（2008—2019年）较高，分别为0.29 g·kg-1和0.03 g·kg-1。碳氮比呈现前期无显著变化，后期显著降低。（2）36年来土壤有机质和全氮的块基比均提升至高于25%，表明地形等自然因素影响逐渐减弱，施肥等人为因素影响增强。（3）土壤有机质和全氮的空间分布特征相似，呈现西部低、东部高的格局，西北部和中部的变化速度快。综上，36年（1983—2019年）来，施肥及秸秆还田等因素是导致天镇县有机质和全氮含量变化的主要因素，因此，结合当地条件增施有机肥、推广秸秆还田并合理施用氮肥能快速提升耕地土壤肥力。
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可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究
李学兰，李德成，郑光辉，曾荣，蔡凯，高维常，潘文杰，姜超英，曾陨涛
2024,61(3):687-698, DOI: 10.11766/trxb202210040548
摘要：
对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外（350~2500 nm）与中红外光谱（4000~650 cm-1）对土壤养分的预测能力，以贵州省500个土样为例，对光谱进行Savitzky-Golay（SG）平滑去噪处理，再用标准正态化（SNV）方法进行基线校正，然后分别应用偏最小二乘回归（PLSR）和支持向量机（SVM）两种方法进行建模，探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）和碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）共六种土壤养分的预测效果。结果表明：（1）无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱，PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。（2）中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱，可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK（性能与四分位间隔距离的比率（RPIQ）大于2.10），中红外光谱可相对较可靠地预测AN（RPIQ=1.87）；但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差（RPIQ < 1.34）。（3）当变量投影重要性得分（VIP）大于1.5时，PLSR模型在中红外光谱区域预测TN和TK的重要波段多于可见-近红外光谱区域，TN的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的1910和2207 nm附近，中红外光谱区域的1 120、1 000、960、910、770和668 cm-1附近；TK的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的540、2176、2225和2268 nm附近，中红外光谱区域的1 040、960、910、776、720和668 cm-1附近。因此，中红外光谱技术结合PLSR模型对土壤养分预测效果较好，可快速准确预测土壤TN和TK，可为指导适时施肥提供技术支撑。
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脱硫石膏改良盐碱土壤综合效果评价研究
2024,61(3):699-713, DOI: 10.11766/trxb202209020488
摘要：
为探究区域脱硫石膏改良盐碱土壤的综合效果，通过文献调研统计分析了施加量在0~60 t·hm-2范围内的脱硫石膏，对土壤pH、交换性钠百分率、浸提液电导率和作物产量的变化特征。基于灰色关联分析法和熵权法建立了以脱硫石膏施加量为自变量的盐碱土壤综合改良评价模型。结果表明：施用脱硫石膏可降低土壤pH和交换性钠百分率，提高作物产量（油葵、苜蓿、玉米、水稻、小麦、枸杞和甜高粱），但增加了土壤浸提液的电导率值。随着脱硫石膏施加量的增加，土壤pH和交换性钠百分率的降低率及作物产量的增加率呈先增加后减少的趋势，而土壤浸提液电导率的增加率呈增加的趋势。在中度或重度盐碱土壤为获得作物高产，脱硫石膏施加量不宜超过30 t·hm-2。为综合分析脱硫石膏改良盐碱土壤的效果，本文基于熵权—灰色关联度评价模型，分析脱硫石膏最佳施加量。轻、中度盐碱土施加18~22 t·hm-2的脱硫石膏；重度盐碱土施加23~29 t·hm-2的脱硫石膏可取得良好的改土增产效果。研究成果为脱硫石膏改良盐碱土壤提供参考依据。
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基于ERT技术反演红壤剖面水分入渗过程
2024,61(3):714-726, DOI: 10.11766/trxb202209220525
摘要：
水分运动是土壤中物质和能量传输的主要驱动力，但是水分在土壤中的运动轨迹复杂多变，难以直接捕捉。本研究以第四纪红黏土发育的红壤为研究对象，借助电阻率成像技术（ERT），反演水分在林地和农地土壤中的入渗过程。研究发现，ERT技术能够实现水分在红壤包气带入渗过程的可视化，ERT测定的表观电阻率的变化量与烘干法测定的土壤水分之间呈极显著正相关关系（P < 0.01），林地的决定系数为0.72，农地为0.53。土地利用类型影响水分入渗的范围和方式，在2 cm水头高度注水100 L的情况下，林地的入渗深度大于80 cm，而农地约为50 cm，在此基础上，继续注水200 min，林地和农地均出现明显的优先流现象。但是，林地的优先流比农地更为发育，林地是通过根系等大孔隙快速向下传输，而农地则以“指流”的方式，间断性向深层运动。在土壤层次复杂、背景含水量高、土壤黏重等不利因素的影响下，ERT技术依然能捕捉优先流在红壤中发生和发育的过程。
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赣南稀土尾矿山土体硝态氮累积特征研究
2024,61(3):727-736, DOI: 10.11766/trxb202207280415
摘要：
稀土开采会造成大量浸矿剂（硫酸铵）残留在土壤中，高浓度铵态氮（NH4+-N）可能在生物化学作用下转化为硝态氮（NO3--N）。为探明NO3--N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素，明确硝酸盐污染程度，本研究选择赣南地区一个离子型稀土原地浸矿尾矿山，由表土分层采样至基岩面，并分析土壤NO3--N及相关的理化性质。研究结果表明，尾矿山土体NO3--N含量变异范围非常大（2.80~193.99 mg·kg-1），其平均值为46.30±55.16 mg·kg-1，表层土壤NO3--N含量均值为5.16 mg·kg-1，与自然土壤相近；含矿层土壤NO3--N含量均值为48.64 mg·kg-1，是自然土壤的10倍。尾矿山土体深部含矿层土壤
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泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响
2024,61(3):737-745, DOI: 10.11766/trxb202208250469
摘要：
泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一，可加速微塑料老化破碎，进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征，但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域，采集多年覆膜的玉米地土壤，对比分析风干原土、泥沙浸润静置，和含沙量为560 kg·m-3，800 kg·m-3和930 kg·m-3三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响，并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明：（1）研究区土壤微塑料以聚氨酯（Polyurethane，PU）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）、橡胶（Rubber，RB）为主，多为直径10~50 μm的碎片状。（2）风干原土处理中微塑料的平均面积最大（5 234 μm2），泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小（2 067 n·kg-1），而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大（14 400 n·kg-1），且平均面积最小（2 868 μm2）。（3）三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异，其中，平均丰度表现为：中含沙量（18 300 n·kg-1） > 低含沙量（13 730 n·kg-1） > 高含沙量（8 667 n·kg-1），而平均面积表现为：低含沙量（3 932 μm2） > 中含沙量（2 472 μm2） > 高含沙量（2 099 μm2）。总之，本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度，减小其面积，而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值，且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同，为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。
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不同形态河谷沉积物中稀土元素的粒径分布特征
2024,61(3):746-756, DOI: 10.11766/trxb202207070375
摘要：
稀土元素（REE）作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素，明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征，对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围（< 1、1~10、10~50、50~250和250~1 000 μm）土壤/沉积物颗粒中的REE含量，分析了俄罗斯普罗特瓦河左岸河谷形态（“U”和“V”形谷）、地貌部位（坡面、沟坡/沟壁、沟道底部和洪积扇）、侵蚀（坡面、沟坡/沟壁）和沉积（沟道底部和洪积扇）环境对土壤/沉积物REE含量、富集系数等的影响。结果表明：（1）“U”和“V”形谷四类地貌下，轻稀土（LREE）、重稀土（HREE）和总稀土（ΣREE）含量均随颗粒粒径变粗呈降低趋势。在相同地貌部位，“U”形谷细颗粒中（< 50 μm）中LREE、HREE和ΣREE含量较“V”形谷分别低14.6%~24.7%、10.0%~33.5%和14.2%~21.1%。（2）无论河谷形态和地貌部位，LREE和HREE均明显富集在细颗粒中，尤其是“V”形谷，LREE和HREE主要富集在 < 10 μm的颗粒中。（3）对比侵蚀和沉积区，“U”和“V”形谷沉积区细颗粒中LREE和HREE的富集程度均显著（P < 0.05）大于侵蚀区。可见，无论河谷形态、地貌部位和侵蚀沉积区，REE均主要富集在细颗粒中；但河谷形态和侵蚀、沉积对REE含量的粒径分布有重要影响。
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基于文献数据的PAHs生态安全土壤环境基准研究
2024,61(3):757-769, DOI: 10.11766/trxb202211040517
摘要：
多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）具有致癌、致畸、致突变等“三致”效应，其造成的土壤污染问题受到世界各国的强烈关注。然而我国基于生态安全的土壤风险筛选值和管控标准仍未确立，致使当前土壤生态安全风险评估仍无据可依。通过系统调研国内外土壤中PAHs的生态毒性研究结果，针对16种优先控制PAHs，筛选获得248组毒性数据（Effect concentration10，EC10和No observed effect concentration，NOEC），并利用物种敏感性分布法推导出不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准。不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准分别为1.00~10.60 mg·kg-1（自然保护地和农用地）、1.03~25.44 mg·kg-1（公园用地）、1.12~51.00 mg·kg-1（住宅用地）、1.20~68.41 mg·kg-1（商服及工业用地）。该研究结果可为我国土壤生态安全环境质量标准的制定和PAHs污染土壤的生态风险评估提供数据支撑和方法指导。
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铁还原和硫酸盐还原对红壤中二苯砷酸释放与硫化的影响
2024,61(3):770-782, DOI: 10.11766/trxb202209080499
摘要：
二苯砷酸（diphenylarsinic acid，DPAA）是含砷化学武器在环境中的主要降解产物之一，研究铁还原和硫酸盐还原对土壤中DPAA释放与硫化的影响对于深入认识DPAA的环境地球化学行为至关重要。考察了在淹水和添加不同浓度乳酸钠（C）和硫酸钠（S）培养时花生地和林地红壤中DPAA的释放与硫化情况，并分析铁还原和硫酸盐还原的影响。结果显示：（1）对花生地而言，与不添加硫酸钠和乳酸钠（S-C-）以及仅添加硫酸钠（426 μg·g-1，以S计，S+C-）的处理相比，同时添加硫酸钠和乳酸钠（1 300 μg·g-1（以C计，下同），S+C+；2 170 μg·g-1，S+C++）的处理中DPAA释放明显增强，这与乳酸钠促进了铁还原（> 45%）从而有利于DPAA的释放有关；（2）在花生地的S+C+处理中硫酸盐还原最为显著（13周时溶解态硫化物浓度为11.28 mg·L-1），DPAA的去除率（59.6%）最高且主要发生硫化，而在S+C++处理中铁还原程度的增加和硫酸盐还原程度的降低不利于DPAA的硫化；（3）与花生地不同，无论是否添加乳酸钠和硫酸盐，林地中未见DPAA的释放与硫化现象，这与其铁还原程度较低（< 25%）和硫酸盐未发生还原（未检测到溶解态硫化物）有关；（4）与林地相比，花生地中梭菌属、芽孢杆菌属和脱硫芽孢杆菌属的丰度明显增加，这很可能分别促进了铁还原和硫酸盐还原，最终对DPAA释放和硫化产生了更显著的影响。总体而言，与铁还原促进DPAA的释放和进一步的硫化相比，硫酸盐的还原程度以及溶液相中硫化物的浓度很可能是控制淹水红壤中DPAA硫化的一个更重要的因素。研究结果将为深入认识DPAA的环境行为和发展DPAA污染红壤的生物刺激修复技术提供理论基础。
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水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制
2024,61(3):783-793, DOI: 10.11766/trxb202211230642
摘要：
砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，以及菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移酶基因（arsM）丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸（IAA），菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌（例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae）相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。
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甲氰菊酯在土壤中的降解及对蚯蚓的毒性效应研究
杨馥荣，冉露露，杨沐，刘畅，陈敏，蔡依芸，杨灿灿，何林，张平
2024,61(3):794-801, DOI: 10.11766/trxb202210130560
摘要：
拟除虫菊酯作为全球第三大杀虫剂品种，在农业生产中广泛使用，同时也带来了一系列不利的环境影响。然而，目前有关拟除虫菊酯在土壤环境中的残留行为和风险评估报道较少。以典型拟除虫菊酯类杀虫剂甲氰菊酯（FEN）为研究对象，重点探究其在不同性质土壤中的降解行为以及对典型土壤生物蚯蚓的毒性效应。结果表明，甲氰菊酯在碱性土壤中的降解速度快于酸性土壤，同时在非灭菌土壤中的降解速度为灭菌土壤的4倍。因此，土壤酸碱度和微生物是影响FEN在土壤中降解快慢的主要因素。此外，在降解过程中检测到甲氰菊酯主要代谢物3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）的生成。蚯蚓富集结果表明，FEN在蚯蚓体内的含量先升高后降低，最大生物富集因子为0.3。亚急性毒性结果表明，高剂量（5 mg·kg-1）甲氰菊酯暴露14 d后，蚯蚓体内蛋白质含量显著降低（P < 0.05），细胞色素P450（CYP450）、羧酸酯酶（CarE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量均显著增加（P < 0.05），同时存在剂量效应，证实土壤中残留的FEN对蚯蚓具有毒性效应。本文对甲氰菊酯在土壤环境中的降解行为研究以及生态毒性风险评估具有重要的指导意义。
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不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征
2024,61(3):802-812, DOI: 10.11766/trxb202210150568
摘要：
为揭示福建省洋口林场不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征，以15年林龄的第三代优良组培材料和实生苗（包括洋003（Y003）、洋008（Y008）、洋020（Y020）、洋061（Y061）、洋062（Y062）、第2代种子园良种（Ysec）和无性系混系扦插苗（Ymix））共计7种无性系杉木人工林土壤为研究对象开展室内培养试验，测定培养期间土壤无机氮含量变化，进而计算不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明：不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率均处于较低水平（净矿化速率和净硝化速率分别为-0.093~0.118 mg·kg-1·d-1和-0.021~0.051mg·kg-1·d-1）均处于较低水平，表明亚热带地区杉木人工林土壤的供氮能力较弱。但在不同无性系间氮净矿化和硝化速率均存在显著差异。Y061土壤的平均净矿化速率显著高于其他无性系人工林土壤，为0.118 mg·kg-1·d-1，其次为Ymix和Y062无性系，分别为0.046 mg·kg-1·d-1和0.033 mg·kg-1·d-1；而其他4种无性系土壤平均净矿化速率均为负值，表现为无机氮的净同化作用；对不同无性系杉木人工林土壤而言，Y008的净硝化速率最高，为0.051 mg·kg-1·d-1，其次为Ymix和Y020无性系，分别为0.003和0.007 mg·kg-1·d-1，其他4种土壤平均净硝化速率均为负值，表现为硝态氮的净同化作用，因而保氮能力强。综上，Y061和Y062两种无性系杉木人工林土壤的供氮能力和保氮水平显著高于其他无性系，而Y008土壤发生淋溶等氮素损失的风险高于其他无性系，在实际栽植中应当合理选择无性系树种以保证更好的土壤肥力供应。
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酸化与富磷对农田土壤硅有效性的影响
2024,61(3):813-823, DOI: 10.11766/trxb202208300482
摘要：
目前，大量农田土壤及其生态功能正经受着土壤酸化的严重威胁，而土壤pH深刻影响着土壤中硅、磷养分的移动性及两者间的相互作用。关于硅肥施用可有效提升土壤磷素植物有效性的研究已有大量报导，但在农业集约化生产区，土壤磷素已大量累积的背景下，磷富集对土壤硅移动性与有效性的影响及其机制尚不清楚。选取2种不同有效硅水平的农田土壤（低有效硅土壤LASi：有效硅28.20 mg·kg-1；高有效硅土壤HASi：有效硅253.6 mg·kg-1），通过等摩尔浓度硅磷竞争吸附试验、土壤培养试验等，探究人工酸化与磷添加对土壤硅吸附性能与移动性的影响及其机制。结果表明，酸化土壤pH在3.5~8.0范围内，当硅与磷等摩尔浓度同时添加时，磷的存在会降低硅的吸附，各相应pH的LASi与HASi 2种土壤对硅的吸附量分别降低26%~74%、31%~84%。这说明，土壤对磷的吸附大于对硅的吸附。设置土壤pH3.5~8.0范围内，降低pH可降低土壤对硅的吸附；磷添加降低土壤硅吸附的效应，在高pH条件下更为显著。土壤酸化与磷添加降低了土壤对硅的吸附，降低了土壤有效硅（HOAc-NaOAc-Si）水平；不同类型土壤移动性硅（CaCl2-Si）水平对酸化与磷添加的响应不同，具体机理尚需进一步研究。
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长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响
2024,61(3):824-835, DOI: 10.11766/trxb202210090556
摘要：
不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生，但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验（2005—2020年）为研究平台，其包含5个施氮水平：0（F0）、150 kg·hm-2（F1）、190 kg·hm-2（F2）、230 kg·hm-2（F3）和270 kg·hm-2（F4），研究了不同施氮量对土壤团聚体组成（> 2 000 μm、2 000~250 μm、250~53 μm和 < 53 μm）的影响，以及团聚体组成与生物胶结物质（球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）及微生物生物量碳（MBC））和土壤真菌之间的相关关系。结果表明，土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组，分别为F0、F1和F2以及F3和F4，其中，（1）F1和F2处理团聚体平均重量直径（MWD）最高，同时大于2 000 μm团聚体的质量比例显著增加，并与拟棘壳孢属（Pyrenochaetopsis）富集有关；（2）F1和F2、F3和F4处理均表现为2 000~250 μm团聚体的质量比例增加，而小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低，2 000~250 μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值（EE-GRSP/T-GRSP）以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白（EE-GRSP）显著正相关，而与亚隔孢壳属（Didymella）和被孢霉属（Mortierella）相对丰度显著负相关；小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属（Mortierella）、白腐菌属（Phlebia）、黑孢壳属（Melanospora）、Fusicolla、柄孢壳属（Podospora）和亚隔孢壳属（Didymella）相对丰度显著正相关，而与EE-GRSP和/或支顶孢属（Acremonium）、柱霉属（Scytalidium）、外瓶霉属（Exophiala）、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此，土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下，150 kg·hm-2和190 kg·hm-2施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg·hm-2和270 kg·hm-2施氮水平，与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。
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绿肥介导的土壤代谢物-微生物变化缓解草莓自毒并增产提质
2024,61(3):836-847, DOI: 10.11766/trxb202211050608
摘要：
为探讨禾本科绿肥对设施大棚草莓产量和品质的影响及机制，于2017—2021年选取玉米、高粱和高丹草绿肥进行还田试验，设置休闲农田-草莓、玉米-草莓、高粱-草莓和高丹草-草莓4个处理，测定草莓盛果期的植株生长及生理指标、果实产量及品质、土壤化学特征、细菌群落结构及代谢组。结果表明，不同绿肥处理均促进后茬草莓生长、产量形成及品质提高。其中，玉米绿肥的效果最为明显，该处理下草莓植株干重、根表面积、根长、根平均直径、根尖数、根系活力和叶片叶绿素含量分别较休闲对照显著增加53.4%、34.4%、40.0%、21.0%、94.7%、36.0%和7.8%。同时，玉米绿肥处理下果实单株产量、总糖含量、维生素C含量和可溶性固形物含量分别显著增加44.6%、13.9%、14.4%和12.8%。此外，玉米绿肥处理下土壤pH、阳离子交换量、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性均显著增加。绿肥介导了草莓根际土壤细菌群落多样性及丰富度增加，有益细菌如黄杆菌属（Flavobacterium）、贪噬菌属（Variovorax）和鞘氨醇杆菌属（Pedobacter）显著富集。绿肥对有益细菌的招募可能与之介导的土壤中糖类代谢物（如山梨糖、甘露糖和果糖）相对丰度显著增加有关，而脂类代谢物（如棕榈酸、硬脂酸和油酸）相对丰度的显著降低缓解了草莓自毒作用。因此，禾本科绿肥引起土壤特定代谢物变化通过招募有益菌并缓解自毒作用提高草莓产量和品质，以玉米为主的禾本科绿肥适用于设施大棚草莓生产。
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土壤真菌群落和潜在功能对施加外源Bt毒素的响应
李玉洁，葛蕾，胡聪，王璐瑶，郭官清，武国干，王翠，宋丽莉，孙宇，王金斌，曾海娟，徐勤青，全哲学，李鹏
2024,61(3):848-861, DOI: 10.11766/trxb202209070496
摘要：
转Bt（Bacillus thuringiensis）基因植物和Bt菌生物农药释放的Bt毒素是一类具有生物毒性的潜在环境外源污染物，Bt毒素环境行为和生态效应是转基因植物和植物用转基因微生物安全风险评价的重要内容，但是外源Bt毒素对土壤真菌群落和潜在功能的影响还不清楚。以施加不同浓度Bt毒素处理土壤和未施加Bt毒素对照土壤为研究对象，分析Bt毒素在土壤中的持留动态；同时采用真菌18S rRNA基因高通量测序技术，分析施加Bt毒素对土壤真菌群落和功能多样性的影响。结果表明，Bt毒素施加量和培养时间均可以显著影响土壤真菌群落组成，且随着Bt毒素施加量增加和土壤培养时间延长，土壤真菌群落差异性逐渐变大。施加Bt毒素提高了土壤真菌群落香农指数和关联网络的负相关性比例及模块数，因而没有对土壤真菌群落的多样性和稳定性产生负面影响。上述结果表明，评估Bt毒素的环境行为及微生态效应要关注Bt毒素施加量及其长期影响。随着Bt毒素施加量增加，Phymatotrichopsis、Homalogastra、Geosmithia和Apiotrichum等真菌以及参与蛋白质降解、碳素代谢和磷素代谢的功能基因编码酶相对丰度显著升高，推测上述真菌物种和潜在功能参与了Bt毒素在土壤中的降解和转化过程。研究结果为转Bt基因植物、Bt重组菌生物农药以及Bt毒素的生态安全风险评价提供了科学参考和理论依据。
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基于Meta分析研究毛竹入侵致土壤pH提升及养分和微生物群落结构的变化
2024,61(3):862-877, DOI: 10.11766/trxb202208210462
摘要：
诸多研究发现毛竹入侵周围林分提高土壤pH，但未见统计性描述报道。为此，本研究将通过大数据分析证实此现象的普遍性以及探究伴随的土壤养分和微生物变化。本研究收录包含毛竹入侵有关土壤pH变化的42篇文献总计101组数据，采用整合分析方法（Meta-analysis）进行深入探讨。在研究土壤养分变化时，本文还结合了团队采集的12个毛竹入侵带的样地数据总计92个样品18组数据进行分析。结果表明，在所有的数据组中，84.9%的土壤在经过毛竹入侵后其pH有不同幅度的提升，说明毛竹入侵周围林分普遍提高土壤pH；土壤pH增加幅度随入侵阶段、毛竹纯林时间增加而增加，随土层深度增加而降低；入侵针叶林致土壤pH增加的幅度高于阔叶林。入侵的毛竹纯林与原生林相比，总体上显著降低（P < 0.05）了土壤全氮（-15.9%）、硝态氮（-21.7%）、全碳（-2.0%），却增加（P < 0.05）了土壤有效磷（+54.9%）、铵态氮（+14.7%）和碱解氮（+8.2%）。对27篇包含微生物数据的文献进行整合分析，结果表明毛竹入侵改变了微生物群落结构，增加（P < 0.05）了放线菌门相对丰度（+25.86%），而降低（P < 0.05）了酸杆菌门（-15.49%）、浮霉菌门（-26.66%）、拟杆菌门（-22.58%）的相对丰度。本研究通过Meta分析证明毛竹入侵周围林分提高土壤pH为普遍自然现象，结合土壤硝态氮和铵态氮指标的变化推测了导致土壤pH提升的可能机制，毛竹入侵提高了土壤细菌和真菌多样性，表明入侵对土壤微生物具有正反馈效应。
综述与评论
研究论文
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不同坡位柑橘园土壤团聚体矿物结合态有机碳矿化特征
唐开钊, 张君耀, 吴 聪, 王 帅, 廖文娟, 尹力初, 周卫军, 崔浩杰
DOI: 10.11766/trxb202311170478
摘要：
矿物结合态有机碳(MAOC)是土壤有机碳(SOC)的主要组成部分，其矿化特性对土壤固碳和全球气候变化具有重要影响。坡位作为重要的地形因子，显著影响有机碳与土壤矿物的相互作用及稳定性。然而，目前关于不同坡位土壤MAOC矿化特征尚不清楚。本研究以南方丘陵区典型柑橘园土壤为研究对象，通过室内培养探究了不同坡位(坡上、坡中和坡下)柑橘园土壤团聚体MAOC的矿化特征，分析了土壤理化因子和疏水性对MAOC矿化的影响。结果表明：坡下柑橘园土壤MAOC的累积矿化量(Ct)、矿化速率和潜在可矿化量(Co)均明显高于坡上和坡中，但坡下土壤Co/MAOC的比值明显低于坡上和坡中。随着团聚体粒径的减小，各坡位柑橘园土壤MAOC的Ct、矿化速率和Co均呈上升的变化趋势，而MAOC的矿化强度逐渐减弱。冗余分析(RDA)表明，MAOC潜在可矿化量(Co)与pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著正相关(P < 0.05)，与铁铝氧化物(Fed/Ald、Feo/Alo和Fep/Alp)和疏水性呈显著负相关(P<0.05)。Co/MAOC与铁铝氧化物和MAOC疏水性呈显著正相关，而与Co、Ct、pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著负相关。层次分割分析表明，Alo、Alp和Fep是影响MAOC矿化的重要因子。变差分解分析表明，Alo、Alp、Fep、C/N、MAOC和Feo的共同作用显著影响不同坡位团聚体中MAOC的矿化。研究结果对深入认识南方丘陵区不同坡位柑橘园土壤团聚体中矿物结合态有机碳形成机制、稳定特性以及提高土壤固碳具有重要意义。
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有机物料品种和用量对设施土壤过量硝酸盐和硫酸盐的去除效果研究
DOI: 10.11766/trxb202305030168
摘要：
淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分，改善土壤质量。田间有机物料品种多样，关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮（C/N）和碳/硫（C/S）的六种有机物料并进行淹水厌氧培养。结果显示，淹水并添加有机物料可快速创造出土壤的还原环境，在培养的第一天氧化还原电位（Eh）就已迅速降至0 mV附近，同时伴随土壤电导率（EC）、硫酸盐（SO42?）和硝酸盐（NO3??N）的快速下降，至厌氧培养过程结束时，NO3??N近乎被完全去除，有机物料的品种和添加量对NO3??N的去除无显著影响。而C/S较低的油菜秸秆去除SO42?的效果较弱，去除比例为58%，C/S较高的玉米秸秆可将SO42?由初始的153 mg·kg?1降至17 mg·kg?1，降幅达89%。不同物料添加量仅影响SO42?去除的速度而不影响最终的去除效果，至培养结束时，添加2 g·kg?1与添加8 g·kg?1有机物料的处理去除SO42?效果无显著差异。除有机硫含量显著升高外，其他形态硫的含量变化不明显，说明减少的SO42?大部分转化成了有机硫。若以修复土壤中过量的SO42?为目的，建议选用C/S较高的有机物料如玉米秸秆，并将添加量设置为2 g·kg?1即可获得良好效果。
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微生物利用性不同的有机碳源阻控尿素诱导红壤酸化的作用机制
DOI: 10.11766/trxb202308140323
摘要：
为研究有机物料中不同类型碳源对肥料氮转化及其引起土壤酸化的调控作用，选择葡萄糖、苯甲酸钠、纤维素、木质素四种微生物利用程度不同的碳源，在外加碳源和尿素的C/N = 40的条件下进行45 d的室内培养实验，分析有机碳源与尿素配合施用对红壤氮素形态转化和酸度的影响。结果表明，在红壤中单施尿素会发生强烈的硝化作用，培养结束时土壤pH降低1.17个单位。与单施尿素处理相比，有机碳源与尿素配施处理土壤呼吸作用显著增强，土壤无机氮和NO3--N分别减少了17.1%~99.4%和46.1%~99.9%，土壤微生物生物量氮和固相有机氮共增加了3.0%~14.8%，土壤pH提高0.67~3.11个单位。有机碳源与氮肥配施促进了土壤微生物对肥料氮的同化作用和土壤固持，显著降低硝化作用及其诱导的土壤酸化。其中微生物易利用的葡萄糖有利于促进前期肥料氮被微生物快速同化和后期有机氮的矿化作用，对肥料氮可起暂存和缓释作用；较难利用的纤维素促进肥料氮微生物同化的作用比葡萄糖滞后，但同化作用强、效率高，有利于肥料氮在土壤中较长时间的固持；难利用的木质素促进肥料氮的微生物同化作用弱，但直接抑制了硝化作用，以上有机碳源调控氮素转化过程可提升土壤pH约0.6个单位。而苯甲酸钠作为易利用有机酸盐，虽然促进肥料氮的微生物同化作用显著低于葡萄糖和纤维素，但其具有直接抑制硝化作用的能力，而且苯甲酸钠的脱羧作用可以快速消耗H+，可大幅提升土壤pH约3.0个单位。综上，有机碳源本身的化学性质，如化学结构的复杂程度、微生物碳利用效率、有机物本身的毒性效应等是影响土壤碳、氮转化过程及其耦合的土壤酸化过程的重要因素，研究结果为农田土壤养分和酸度调控的高效管理提供重要理论依据。
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棉隆熏蒸和强还原处理对农田土壤抗生素抗性基因的影响研究
于文豪, 李舒, 林于蓝, 张晶清, 徐晨伟, 刘亮亮, 张金波, 蔡祖聪, 赵军
DOI: 10.11766/trxb202309100369
摘要：
化学熏蒸和强还原处理（Reductive soil disinfestation, RSD）是农业生产上广泛应用的土壤灭菌措施，但它们是否同样能够消减土壤中富集的抗生素抗性基因（Antibiotics resistance genes, ARGs），目前还不得而知。本研究以长期鸡粪施用导致ARGs富集的农田土壤为研究对象，分别设置0.02%的棉隆熏蒸（DZ）和以1%的乙醇（ET，总有机碳：521.7 g·kg-1）、苜蓿粉（AL，总有机碳：454.9 g·kg-1，碳氮比：21.2）、糖蜜（MO，总有机碳：270.1 g·kg-1，碳氮比：12.6）以及苜蓿粉和糖蜜复合物（AM，m/m=1:1）为有机物料的RSD处理，同时设置最大持水量（FCK）和不处理对照（CK），利用荧光定量PCR技术研究土壤中主要ARGs和可移动遗传元件（Mobile genetic elements, MGEs）在绝对丰度和相对丰度上的变化，并通过消减率来评估不同处理对土壤ARGs和MGEs的消减效果。研究发现，RSD处理能够消减aadA21、msrE、tetG、tetM、ErmF等基因的相对丰度，其中AL、MO和AM处理对aadA21基因相对丰度的消减率达到50.5%~58.3%，而ET处理对msrE、tetG和tetM基因相对丰度的消减效果显著，其消减率分别高达80.9%、78.3%和66.9%。同时，RSD处理能够显著降低土壤中MGEs（IS6100和IS26）的相对丰度，消减率分别为67.7%~74.3%和38.1%~42.6%。此外，DZ处理对土壤中ARGs和MGEs的相对丰度具有一定的增加作用，其中ARGs和IS26的相对丰度分别提高了21.9%和42.6%。综上，RSD处理能够通过降低ARGs和MGEs的相对丰度，限制ARGs的水平转移能力，实现对土壤ARGs的消减，且其消减效果与所使用的有机物料类型有关。此外，相较于棉隆熏蒸，RSD处理对ARGs和MGEs的消减效果更好，具备快速修复ARGs污染土壤的潜力。
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稻油复种不同措施下土壤有机碳组分积累及其稳定性特征
舒业勤, 彭复细, 雷文硕, 姜彤彤, 陈玉梅, 刘伟民, 张振华, 夏银行
DOI: 10.11766/trxb202311030452
摘要：
复种油菜是南方稻区促进稳粮增油的重要种植模式，研究秸秆全量还田下，稻油复种不同种植措施对土壤有机碳积累及其稳定性特征的影响，对深入解析稻田土壤碳循环、充分利用冬闲田种植油菜具有重要意义。本文基于田间定位试验（8年），以水稻-水稻-冬闲（稻稻闲）为对照，探究水稻-水稻-油菜（稻稻油）、水稻-油菜-翻耕（稻油翻）和水稻-油菜-免耕（稻油免）三种稻油复种处理下土壤有机碳及其组分积累特征。结果表明：相对稻稻闲，稻油复种各处理使有机碳含量在0~20 cm土层增加5.28%~25.13%，尤其稻稻油处理，在20~40 cm土层增幅为18.48%~43.97%，其中稻油翻和稻油免处理达到显著水平；除稻油翻处理在0~20 cm土层外，稻油复种均显著提高了不同层次土壤中矿物结合态有机碳（MAOC）含量。同时，在0~20 cm和20~40 cm土层中，稻油复种各处理均显著降低了有机碳中颗粒态有机碳（POC）的比例，提高了其MAOC的占比，且在两个土层中提高比例分别为2.31%~7.49%和1.56 %~2.66%。其原因可能是稻油复种不同程度地提高了0~20 cm土层中有机碳转化相关酶（β-葡萄糖苷酶、β-1,4-葡聚糖酶和漆酶）活性以及微生物生物量碳，进而促进土壤颗粒有机碳向矿物结合态有机碳的转化。综上，秸秆全量还田下冬季复种油菜促进了稻田土壤有机碳的积累，且提高了矿物结合态有机碳的占比，增强了土壤碳库的稳定性。
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种植年限对枳壳根际微生物群落和土壤性质的影响
DOI: 10.11766/trxb202308140224
摘要：
根际微生物影响土壤养分的有效性与转化，与植物的生长和健康密切相关。探讨不同种植年限枳壳根际微生物和土壤性质的变化，为枳壳的田间管理提供科学依据。采集重庆市种植4、20和40年的枳壳根际土壤，高通量测序技术分析不同种植年限土壤细菌和真菌多样性和群落结构变化规律，进一步研究微生物群落与土壤性质的相关性。结果表明，连续种植40年的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于4和20年，而土壤pH则显著降低（P<0.05）。随着种植年限的增加，细菌的多样性指数无明显变化，而真菌的多样性和均匀度指数显著增加（P<0.05）。主坐标分析显示，种植40年的枳壳根际土壤细菌和真菌群落结构和组成与其它年限显著不同。在门水平上，优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门，占总丰度的61.07~87.79%；优势真菌门为子囊菌门和担子菌门，占总丰度的64.70~85.75%。在属水平上，随种植年限的增加，40年枳壳根际土壤有益细菌和真菌属丰度比第4年的显著减少（P<0.05），如鞘氨醇单胞菌属、苍白杆菌属、类诺卡氏菌属、假单胞菌属、毛孢子菌属和毛壳菌属，分别下降了51.21%、91.32%、78.60%、81.87%、70.58%和60.74%。此外，致病菌属丰度显著增加，如镰刀属、Plectosphaerella属和Ilyonectria属分别增加了117.6%、323.9%和1631%。Mantel分析表明，土壤pH值和营养因素是影响细菌和真菌群落组成的重要环境因子。枳壳长期种植会改变根际微生物群落结构和组成，随着种植年限增加，真菌的多样性指数显著增加，有益的根际细菌和真菌属丰度减少，而潜在的致病菌属丰度增加，这可能是枳壳长期栽培长势变差和病害逐渐加重的主要原因。
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培养基和代次影响土壤可培养解磷菌多样性评估
夏围围, 张泽霖, 邹萌萌, 次仁拉姆, 陈晓芬, 孙祥鑫, 王玉芳, 贾仲君
DOI: 10.11766/trxb202306130113
摘要：
利用高通量测序技术，研究连续传代微生物培养过程中土壤可培养解磷菌的群落变化。采用固体和液体无机磷（IPM）和有机磷培养基（OPM）分别对供试水稻土中解磷菌进行传代富集培养，获得第一代（1st-En）、第二代（2nd-En）和第三代（3rd-En）可培养微生物集合，通过高通量测序技术分析富集物和土壤DNA中细菌16S rRNA基因，评估土壤可培养“潜在”解磷菌群落富集规律及其占本底土著细菌群落的比例。结果表明：供试土壤共检测到本底细菌群落58门、160纲、373目、575科和979属，而利用四种培养基连续传代三次共富集20门、35纲、80目、121科和223属“潜在”解磷菌。OPM富集“潜在”解磷菌分类单元数普遍高于IPM。可培养“潜在”解磷菌在土壤本底土著细菌群落中的比例在门水平最高（8.62%~25.9%），而在其他分类水平上仅为3.22%~12.5%。与本研究构建的“已知解磷菌”数据库进行比较，土壤本底包括“已知解磷菌”110属，而四种培养基连续传代三次共富集“已知解磷菌”83属，对土壤“已知解磷菌”属的培养比例为75.5%，亦表明土壤中至少约24.5%“已知解磷菌”属未被富集或遗漏。不同培养基和代次富集了优势解磷菌门，主要包括Proteobacteria、Actinobacteriota和Firmicutes，三者之和为97.20~99.97%；而在属水平下，不同培养基和代次富集了具有明显生理代谢特征差异的解磷菌属。另外，培养基还富集到大量尚未被证实具有解磷功能或特征基因的细菌属140个，占可培养“潜在”解磷菌群落62.8%，其中绝大部分为数量弱势的稀有属，少数具生长富集优势，如Chelatococcus等。通过将传统微生物培养技术与高通量测序技术相结合，本研究揭示了培养基成分、培养基形态和传代次数均能强烈影响土壤可培养解磷菌多样性评估，为环境解磷菌资源的定向发掘和研究提供了参考。
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骨粉生物质炭对酸性土壤的改良作用
赵文瑞, 孔群芳, 张文娟, 胡程凯, 林雨欣, 陶炳娇, 王国鑫, 彭可睿, 王聪, 赵宽
DOI: 10.11766/trxb202309150379
摘要：
以猪、鸡、牛和羊骨为原材料厌氧热解制备成生物质炭（骨炭）作为改良剂，探究骨炭最佳制备条件及其对酸性土壤改良效果，并从土壤固相和液相二个角度探究骨炭对酸性土壤铝（Al）形态的影响。结果表明：高温厌氧热解制备的骨炭富含CaO、CaCO3和Ca5(PO4)3(OH)，同时含有NaO、MgO等碱性物质及-OH等多种官能团。但骨炭碱含量受热解温度影响较大，鸡骨和牛骨在800℃、猪骨和羊骨在900℃时其炭碱含量接近峰值并保持稳定，约为生石灰的90%，是最佳制备温度。此温度下制备的四种骨炭均可有效地提高pH<6.0的酸性红黏土、红砂土和砖红壤pH。骨炭中的碱性物质主要以H+缓冲剂的形式存在，从而导致其提高土壤pH的幅度与初始土壤pH成反比。pH=4.40的红黏土中添加5 g?kg-1猪、鸡、羊和牛骨炭后土壤溶液Al浓度分别较对照降低33%、34%、47%和41%，固相有机结合态Al含量无显著变化（P>0.05）。骨炭增加了酸性土壤阳离子交换量，并通过促进活性Al向土壤固相吸附态羟基Al和更稳定态Al转化从而降低土壤溶液Al及交换态Al含量。骨炭富含植物生长所需营养元素，具备无机和有机改良剂的双重特性，是可替代传统石灰作为酸性农田土壤改良剂的优质材料。
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反映样点微域空间变异的多穴位黑土层厚度快速勘察与预测方法研究
高 张, 马利霞, 于东升, 胡文友, 李德成, 高 磊, 刘 峰, 张久明, 姜 军, 匡恩俊, 王 鑫, 宋 洁, 王 桐, 丁琪洵, 王昌昆, 迟凤琴, 赵玉国
DOI: 10.11766/trxb202308210333
摘要：
黑土层厚度作为土壤质量的重要标志，在土壤可持续发展、粮食安全和生态功能中发挥着不可替代作用。然而，基于土壤剖面调查数据分析，往往样本数量少、区域范围小，多数仅依据点位数据统计，缺乏空间变异预测分析，迫切需要黑土层厚度快速调查与高性能空间预测方法。通过新建调查样点黑土层厚度多穴位“浅层挖掘+深层土钻”快速获取方法，在黑龙江省获取357个样点的黑土层厚度系列样本数据；通过对随机森林预测模型参数优化，预测黑土层厚度空间变异及其不确定性；分析不同穴位观测值及其均值样本对优化模型预测精度及稳定性影响，评价模型空间预测潜能。研究区耕地预测平均黑土层厚度为53.42 cm，新建黑土层厚度快速获取与预测方法行之有效，可替代剖面调查方法。优化随机森林模型预测黑土层厚度的空间变化解释力R2达到60%，可精细刻画黑土层厚度空间分异；样点单个观测穴位的随机性可改变模型预测协变量重要性数值，甚至影响黑土层厚度空间预测分布格局；相较于样点多穴位观测均值的空间预测，单穴位观测值预测的空间分布不确定性评估准确性较低，预测精度显著下降；交叉验证指标和散点图分析表明，优化随机森林模型对黑土层厚度具有稳定的空间预测潜能。本研究为黑土层厚度高精度快速调查与预测提供了新经验、新途径。
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铝氧化物对层状硅酸盐矿物和红壤酸化过程中铝活化的影响
DOI: 10.11766/trxb202311260497
摘要：
层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源，二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物和土壤悬液的pH，研究了三水铝石对高岭石、无定型铝氧化物对高岭石和蒙脱石酸化过程中铝活化的影响；此外，还研究了两种铝氧化物和两种层状硅酸盐矿物在不同pH条件下的铝活化动力学；最后，选择了一种第四纪红黏土发育的红壤进行了包铝处理，研究了包铝对土壤铝活化的影响。结果表明，三水铝石对高岭石酸化过程中铝活化有促进作用。而包铝处理对高岭石酸化过程中交换性铝的产生有抑制作用，对水溶性铝的产生有促进作用。对于蒙脱石，无定型铝氧化物主要对交换性铝的产生有明显的促进作用。四种矿物的铝活化动力学结果表明，矿物铝释放的难易程度为：无定型铝氧化物＞蒙脱石＞高岭石＞三水铝石。土壤包铝处理后，在pH4.3条件下，土壤交换性铝和水溶性铝含量均明显增加，水溶性铝含量增加幅度更大。这与高岭石包铝处理后的结果一致，主要原因是该土壤中的主要黏土矿物为高岭石。因此，铝氧化物对不同层状硅酸盐矿物铝活化有不同影响，主要与矿物的本性有关（如1:1或2:1型矿物）。而对于土壤酸化过程中铝活化的影响主要与其所含黏土矿物类型有关。
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改良剂施用下的土壤降酸培肥效果——基于中国酸性土壤改良研究的Meta分析
明润廷, 万方, 那立苹, 吴海程, 王薇, 谭文峰, 伍玉鹏
DOI: 10.11766/trxb202311050456
摘要：
为了准确评估土壤改良剂施用对中国酸性土壤的降酸培肥效果，对127篇已发表的相关文献进行了Meta分析，明确了酸性土壤改良剂施用对土壤酸度、土壤肥力和作物产量的影响。结果显示：改良剂在极强酸性土壤（pH≤4.5）中的降酸效果最好，施用后土壤pH增幅达14.39%，土壤交换性铝和交换性酸的削减率分别为68.61%和69.90%。改良剂本身的pH和碱度是影响改良剂降酸效果的主要因素，其中以石灰类改良剂降酸效果最好，施用后土壤pH增加18%，交换性酸减少75.81%。改良剂本身的养分含量和施用量是影响改良剂培肥土壤的主要因素，其中有机肥类改良剂施用对土壤速效氮、有效磷的提升效果最好（分别为60.16%和135.30%），生物质炭类改良剂对土壤速效钾和有机质的提升效果最好（达75.52%和76.02%）。施用改良剂通过降低土壤酸度、增加土壤肥力达到增产的效果，其中以生物质炭类改良剂的增产效果最好（达78.23%）。综上，对于强酸性土壤建议施用石灰、高碱度生物质炭等高pH、高碱度改良剂；对于酸性且有机质含量较低的土壤建议施用高碱度有机肥、生物质炭等改良剂；对于酸性且有机质含量较高的土壤建议施用生物质炭、矿物类改良剂；而对于弱酸性土壤，建议施用普通有机肥。未来有必要进一步加强无机类和有机类改良剂的配合施用研究，以此获得较好的酸性土壤改良效果。
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稻田土壤溶解性有机质组成及其与Cd2+络合过程研究
DOI: 10.11766/trxb202310180426
摘要：
镉（Cd）是我国稻田土壤超标率最高的重金属污染物。土壤的溶解性有机质（DOM）影响Cd的生物有效性和迁移性。稻田是我国重要的粮食产地，同时稻田种养作为重要的生态农业模式，稻田环境改建和养殖等环节会改变DOM，但稻田以及稻田种养过程中土壤DOM与Cd2+的络合过程尚未清晰。基于紫外可见-吸收光谱、三维荧光光谱和同步荧光光谱，结合平行因子分析和二维相关分析、修正型Stern-Volmer 络合反应模型等方法，以稻虾种养（RS）和水稻单作（CK）两种模式作为试验对象，对稻田土壤DOM与Cd2+的络合过程进行研究。结果显示，RS与CK土壤DOM组分相似，包括一个色氨酸物质组分（C1）和三个类腐殖质组分（C2、C3、C4），相比CK，RS的C2和C4比例低，C3比例较高，C1差异不显著；紫外吸光度CK较RS高，吸收峰位于200~230 nm；同步荧光和二维相关分析表明，两种稻田系统土壤DOM荧光强度随Cd2+增加而发生变化，但不同模式土壤DOM与Cd2+的络合顺序不同，RS土壤DOM与Cd2+发生络合作用的顺序依次为腐殖质（310 nm）、色氨酸、腐殖质（375 nm），而CK为色氨酸、腐殖质（375 nm）、腐殖质（310 nm）；络合反应模型表明稻田土壤DOM中色氨酸组分C1和富里酸组分C4与Cd2+络合后发生了显著的荧光猝灭，且C1和C4的络合常数lgK值表现为RS＞CK。上述结果表明，RS与CK的土壤DOM均以腐殖质为主，但二者组成比例不同，DOM中存在较多芳香结构，这影响了腐殖质DOM与Cd2+的络合稳定性，种养同时也增强了色氨酸和富里酸DOM与Cd2+的络合能力。本研究结果可为稻田土壤Cd的污染机理研究与污染防治提供科学参考。
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长期保护性耕作下土壤团聚体全氮与氮功能微生物关系研究
DOI: 10.11766/trxb202307120214
摘要：
长期不同的耕作措施能够显著改变农田土壤团聚体分布、微生物丰度以及全氮储量，但其之间是否存在相关性尚不清楚。依托连续10年（2009—2020）旱地长期耕作试验为平台，比较传统耕作（翻耕+秸秆还田，PT）和保护性耕作（深松耕+秸秆还田，CPT；免耕+秸秆还田，ZT）下土壤团聚体氮含量的变化及其与功能基因（amoA-AOA、amoA-AOB、nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ）丰度之间的关系。结果表明，长期保护性耕作（CPT和ZT）处理显著增加了机械稳定性和水稳定性宏团聚体（>2 mm）和大团聚体（0.25~2 mm）的质量百分比，降低了微团聚体（<0.25 mm）质量百分比。与传统耕作相比，长期CPT和ZT处理0~20 cm土层的全氮含量分别提高了53.4%和49.9%，宏团聚体全氮贡献率分别提高了16.2%和21.8%，但土壤氮矿化速率、硝化潜势和反硝化潜势显著降低。通过q-PCR定量发现CPT和ZT显著提高了细菌、真菌以及氮功能基因（除氨氧化细菌（amoA-AOB外））丰度；在各粒级团聚体内部，大团聚体内部真菌、nirS、nosZⅠ的丰度显著高于微团聚体和宏团聚体，而nosZⅡ基因丰度则表现出相反趋势。Mantel分析结果表明，团聚体尺寸、土壤质地、矿质氮素含量、蔗糖酶活性、脲酶活性等因素是调控团聚体内部氮功能微生物丰度的关键因子。相关性分析表明，团聚体土壤全氮含量与微生物生物量氮、可溶性有机氮、细菌、真菌、amoA-AOB和nosZⅡ基因丰度呈现显著正相关关系，而与nirS和nirK型反硝化基因丰度呈现显著负相关关系。综上，长期保护性耕作不仅有利于改善旱作农田土壤团聚体组分，增加全氮在土壤团聚体中的储存，还调控了细菌、真菌和氮功能微生物在团聚体内部的丰度，从而改善了旱作农田土壤氮循环的趋势，有助于提升旱作农田土壤肥力。
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风化壳颗粒大小是决定典型干旱区硝态氮深部累积特征的关键因素
DOI: 10.11766/trxb202303290119
摘要：
我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积，威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素，可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区—新疆阿克苏地区为研究区域，从南向北沿地形序列布设三个钻孔点，分别为60年棉田XJ1（40°36′48.7″N，80°48′14.2″E）、32年老苹果园XJ2（41°16′16.2″N，80°19′9.1″E）和15年新苹果园XJ3（41°20′37.6″N，80°17′11.0″E），海拔依次为971 m、1 129 m和1 213 m，采样深度依次为7.75 m、10.52 m和9.91 m，利用线性和非线性相关分析方法研究了土壤有关理化性质与土壤硝态氮浓度变异的关系。结果表明，海拔低处棉田和海拔高处不同种植年限的苹果园土壤深部均出现了硝态氮显著累积特征，深部浓度高达44 mg·kg-1，最大累积深度超过10 m。土壤含水量和不同粒径颗粒（砾石、砂粒、粉粒与黏粒）含量等关键理化性质可解释土壤硝态氮浓度垂直变异的约50%。其中，土壤含水量和土壤颗粒大小是决定土壤硝态氮深部累积特征的重要因素，土壤含水量越高、土壤颗粒越细，土壤硝态氮浓度通常越高。棉田土壤硝态氮在4 m深地下水位以下发生了明显的反硝化作用，使累积的硝态氮浓度降至较低水平（< 1 mg·kg-1）。苹果园因地下水位较深，土壤硝态氮未发生明显的反硝化作用，且已大量迁移累积至植物根系难以触及的深部区域（> 5 m）。土壤含水量是影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部直接性因素；土壤颗粒大小通过调控土壤含水量空间变异，而成为影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部根本性因素。
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贵州典型喀斯特流域土壤氧化铁特征分异及其影响因素
DOI: 10.11766/trxb202305040171
摘要：
探究亚热带喀斯特流域土壤氧化铁特征及其分异，对认识这类特殊地域综合体上土壤的发生发育及类型演化等具有重要意义。以贵州省普定县后寨河流域内53个典型剖面土壤为研究对象，测定诊断表层和诊断表下层不同形态氧化铁含量并计算其风化度指标，分析土壤氧化铁特征及其分异情况，探讨成土环境和土壤属性对氧化铁特征分异的影响。结果表明：由诊断表层至诊断表下层，全铁、游离铁呈增加趋势，平均增幅分别为25.54%和39.63%，铁氧化物具有在诊断表下层富集的特征；诊断表层铁活化度高于诊断表下层，而铁游离度和铁晶胶率与之相反。大部分诊断表下层土壤游离铁在30 g·kg−1以上，铁游离度≥50%，铁活化度< 30%，土壤处于中期脱硅富铝化阶段。母岩、土地利用、流域部位、有机质、pH、黏粒阳离子交换量和质地等对不同形态土壤氧化铁含量及其风化度指标分异均有显著影响（P<0.05）；地理探测器分析表明，母岩与有机质对各氧化铁特征（除铁游离度）分异的解释力较大，二者交互作用下的q值最大（全铁41.9%、游离铁39.8%、非晶质铁40.1%、铁活化度41%、铁晶胶率52.5%），因此母岩和有机质为亚热带喀斯特流域土壤氧化铁特征分异的主控因子。
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林冠氮沉降对毛竹林土壤磷组分的影响
魏经纬, 肖向前, 卓寿佳, 蒋文婷, 孙宏洋, 陈有超, 李永夫, 余兵, 蔡延江
DOI: 10.11766/trxb202309110372
摘要：
大气氮沉降是影响森林土壤磷循环的一个重要全球变化因素。以往在森林生态系统中的研究通常采用林下喷施无机氮的方式来模拟氮沉降，该研究方法忽略了林冠对氮的截留吸收，且未考虑大气中有机氮的影响，因而无法全面、准确地评估氮沉降的生态环境效应。因此，同步对比分析林冠、林下不同形态氮沉降对土壤磷的影响，可为更准确地评估氮沉降下森林土壤磷的动态变化提供重要科学依据。基于浙江农林大学毛竹林林冠氮沉降试验平台（包括林冠对照、林冠无机氮沉降、林冠有机氮沉降、林下对照、林下无机氮沉降和林下有机氮沉降处理），测定土壤理化性质、磷组分、微生物生物量磷、酸性磷酸酶活性和磷循环功能基因丰度等，探究不同模拟方式氮沉降和不同形态沉降氮对土壤磷组分的影响及其作用机制。结果显示，林下模拟氮沉降下土壤全磷、难利用磷和易利用磷含量分别显著高于林冠模拟氮沉降下相应的磷组分15.1%~26.5%、18.3%~21.5%和9.7%~38.3%。但是，土壤磷组分在林冠有机氮和无机氮沉降处理间无显著差异，而林下无机氮沉降较林下有机氮沉降显著降低了树脂磷和易利用磷含量。酸性磷酸酶、pH是影响毛竹林土壤磷组分的主要因素，磷循环功能基因丰度并未对氮沉降产生显著响应。综上可知，林冠方式模拟氮沉降显著降低了毛竹林土壤全磷和磷组分中难利用磷和易利用磷的含量，而用传统的林下方式模拟氮沉降则会低估该削减效应。
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有机物料单施及与生物质炭配施对红壤微生物群落组成的影响
徐祎萌, 章磊, 白美霞, 周燕, 秦华, 徐秋芳, 陈俊辉
DOI: 10.11766/trxb202308200332
摘要：
为明确有机物料不同还田方式对土壤微生物群落特征的影响，依托2年的旱地红壤改良田间试验，利用定量PCR和高通量测序技术分析了玉米秸秆、羊粪单施以及与生物质炭配施下土壤微生物群落丰度和结构的变化。结果表明：（1）与对照（不施任何物料）相比，单施羊粪显著提高了土壤养分含量和pH，而单施秸秆对土壤pH和养分无显著影响。与单施秸秆和羊粪相比，生物质炭配施秸秆和羊粪处理土壤有机碳含量分别显著提高了133.5%、81.47%。（2）单施羊粪处理细菌和真菌丰度分别显著提高了448.7%、1 709%，且与生物质炭配施处理细菌丰度进一步提高了35.34%；而单施秸秆仅提高了真菌丰度。单施秸秆及其与生物质炭配施显著降低了细菌多样性和丰富度，而对真菌多样性无显著影响。（3）秸秆、羊粪单施及与生物质炭配施均显著改变了细菌和真菌群落结构，且存在显著的交互效应。功能预测分析表明，生物质炭与有机物料配施降低了碳水化合物代谢和潜在植物病原菌丰度。有效磷、pH、全氮和速效钾是影响土壤微生物群落丰度和结构的主要因素。综上，羊粪与生物质炭联合施用可有效提升旱地红壤肥力，提高土壤微生物丰度，降低潜在病原菌数量，因而可作为改善旱地红壤肥力和维护土壤健康的有效措施。
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缙云山两种森林表层土壤胡敏酸的性质及凝聚特征研究
DOI: 10.11766/trxb202309280403
摘要：
区域土壤的植被覆盖类型影响着胡敏酸（HA）的数量、质量和组成，进一步影响其凝聚特性。以重庆缙云山竹林（海拔580 m）和阔叶林（海拔280 m）表层土壤HA为研究对象，采用元素分析、热重分析（TG）和傅里叶红外光谱分析（FTIR）表征其结构特性，结合动态光散射（DLS）和?电位测定，比较研究了Na+、Mg2+、Ca2+离子引发两种HA胶体凝聚的动力学特征。结果发现，竹林土壤HA具有更高的碳氮比（C/N）和碳氢比（C/H）、更强的热稳定性以及更多的芳香性红外吸收谱带，意味着竹林土壤HA结构更复杂、芳香性官能团更多，因此竹林土壤HA腐殖化程度更高。光散射研究结果表明，竹林土壤HA凝聚需要的Na+、Mg2+、Ca2+的临界聚沉浓度分别为1 097.9 mmol?L-1、8.6 mmol?L-1、5.1 mmol?L-1；阔叶林土壤HA在Na+体系中不凝聚，在Mg2+、Ca2+体系中的临界聚沉浓度分别为80.7 mmol?L-1和20.2 mmol?L-1。竹林土壤HA的?电位远低于阔叶林土壤HA，具体表现为：竹林土壤HA的?电位绝对值是阔叶林土壤HA的3.43倍，可用于解释二者凝聚特征的差异；竹林土壤HA对三种阳离子的敏感程度远高于阔叶林土壤HA，能够快速形成有效粒径更大的凝聚体。覆盖植被类型的改变会引起表层土壤中HA性质差异，高海拔竹林土壤HA腐殖化程度更高，对土壤溶液中阳离子的敏感程度也更强烈。研究结果对深入理解有机物质输入土壤后HA的形成及稳定性具有重要作用。
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中国设施种植土壤可持续利用的难点与应对策略
董金龙, 徐烨红, 全智, 尹义蕾, 赵云云, 徐乔, 田康, 黄斌, 蔡祖聪, 马艳, 段增强
DOI: 10.11766/trxb202311010449
摘要：
中国设施种植大多采用中低端装备土壤栽培模式，具有高投入、高产出和高强度利用的特点。截至2021年，设施播种面积在267万hm2左右，占全球设施总面积80%以上。但长期设施种植导致土壤质量下降，诱发面源污染加剧、温室气体排放增加、农产品产量和质量下降等诸多问题。本文聚焦设施种植土壤，总结分析了中国设施土壤可持续利用的难点，主要表现为：土壤养分失衡、环境质量下降、农产品产量和质量降低、设施农用地管理制度不健全等。设施种植可持续利用难题主要归因于：装备水平落后导致设施微环境和土壤养分供应调控不精准、施肥不合理和作物种类单一诱发土壤连作障碍、设施农用地管理制度革新动力不足导致土壤管理技术集成创新缓慢等。本文围绕设施土壤可持续利用提出了7项应对策略：建设期耕作层构建、休闲期土壤改良、设施微环境调控、投入品管控、轮作模式构建、作物抗逆调控以及设施农用地管理制度优化，旨在为小农中低端装备条件下设施土壤可持续利用提供研究思路和科学依据。
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典型黑土区坡耕地土壤微生物多样性及群落结构对侵蚀-沉积的响应
DOI: 10.11766/trxb202308150325
摘要：
东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，但严重的土壤侵蚀导致该区域土壤健康和生态功能下降。以典型黑土区坡耕地土壤为研究对象，分析了不同坡面位置土壤的微生物多样性及其与共现网络之间的关系，并结合土壤理化性质探究了侵蚀-沉积现象对土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）土壤侵蚀显著降低了微生物α多样性，而沉积有利于其增加。有机碳（SOC）、平均重量直径（MWD）与微生物多样性存在显著的正相关性。（2）侵蚀-沉积未改变细菌和真菌门、科水平的主要优势菌群。真菌门、科水平的主要优势菌群相对丰度变化较细菌明显。（3）冗余分析结果表明侵蚀-沉积通过改变SOC、全磷（TP）、MWD等，导致受其影响显著的物种相对丰度出现了不同的变化趋势。（4）土壤侵蚀显著影响了细菌共现网络复杂性，其节点数和边数分别从540、572（坡顶）下降至488、520（坡下），而沉积又使两者分别增加至546、602。土壤侵蚀显著增大了细菌网络聚类系数，其值从0.38（坡顶）增至0.41（坡下）。同时，侵蚀-沉积显著改变了真菌网络节点数，其值从223（坡顶）降至187（坡下）后增至201（坡脚）。此外，随着侵蚀强度的增大，细菌网络稳定性呈下降趋势，而真菌网络稳定性呈现出先下降后增大的趋势。总体而言，本研究揭示了侵蚀-沉积作用下黑土区坡耕地土壤微生物多样性和群落结构的变化及驱动因素，为进一步了解黑土区坡耕地土壤理化性质与微生物的相互作用提供了一定的理论依据。
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基于食物系统全链条定量的可持续氮素管理框架研究
DOI: 10.11766/trxb202307310303
摘要：
氮素的环境排放贯穿于整个食物链和生态链，单一农田系统的优化已无法有效控制氮素污染，亟需创新系统化的研究方法和管理手段。本研究基于氮素阶梯流动（Cascade flow）概念及全链条氮素研究框架（CAFE），以全球13个国家为研究对象，定量各地区种植、种养、食物链子系统到区域生态的氮素通量，分析各子系统氮素盈余（N surplus）和氮素利用率（NUE），剖析相邻子系统间氮素盈余增量的驱动因素，并提出全链条氮素管理优化方案。从作物生产到动物生产、初级农产品、食品生产及消费，绝大多数国家的氮素盈余不断增加而利用率逐渐下降。尽管所有国家盈余增加的趋势一致，但不同国家盈余增加的幅度差异较大，决定了每个国家改善氮素管理的优先序不同。对于中国而言，高氮素盈余主要来自种植系统，因此科学施肥技术和相关的政策仍是研究和管理的重点。对于大部分西方国家，农田以外系统对总氮素盈余贡献更大，需要重视相关系统的氮素循环利用。如荷兰需重点关注种养结构的匹配，日本需进一步减少食物浪费或增加循环，非洲国家则需要降低作物储存浪费和提高整体生产率等。对全球CAFE系统的分析发现，影响系统盈余增量的主要因素包括农田氮素投入结构、养殖密度、饲料自给率以及食品贸易与国内供需关系等，而这些因素目前尚未在全球氮素管理中得到重视。CAFE为全球氮素全链条管理提供了一致的定量研究方法，有助于跨区域的比较、经验分享和政策制定。
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森林土壤不同粒径颗粒的碳矿化研究
DOI: 10.11766/trxb202303140102
摘要：
土壤是由不同粒径颗粒组成的，各粒径颗粒的性质差异大、在土壤中的空间位置不同。为了研究它们各自碳的变化差异，评估这些颗粒在土壤有机碳稳定和周转中的作用。选择亚热带阔叶林土壤，采用物理分组的方法，获得不同粒径土壤颗粒（>2 000、2 000~250、250~53、<53、53~20、20~2、<2μm），与全土等重量开展矿化试验，研究碳矿化量差异、主要碳形态变化及其相互关系，反向探究不同粒径颗粒在全土壤中的作用。结果表明，不同粒径颗粒按照质量比例作为权重计算的CO2累积排放量、全碳、C/N、芳香性指数、游离氧化铁含量占全土的95.0%~101.8%。<2 μm和20~2 μm土壤颗粒CO2累积排放量显著高于其他颗粒和全土。全土及各颗粒土壤CO2累积排放量与比表面积、总孔隙体积、全碳、土壤可溶性有机碳（DOC, Dissolved organic carbon）、 土壤微生物生物量碳 (Soil microbial biomass carbon, MBC)、易氧化碳、游离氧化铁呈正相关性，而与C/N呈负相关性。通过对不同粒径颗粒16个指标降维分析，综合特征指数显示<2 μm和20~2 μm颗粒最高，即它们的综合作用最大。因此，全土壤的碳变化可追溯到土壤不同粒径颗粒碳的不同变化及关系，且土壤小粒径的团聚或被大粒径颗粒包闭可能是降低全土碳矿化的机理之一，有利于维持全土壤碳的稳定或增加保存。
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香根草和紫花苜蓿水培根系分泌物缓解黏质红壤机械阻力模拟研究
何阳波, 董俊琦, 曾 蕙, 刘思宇, 王法明, 杨明萱, 郭再华
DOI: 10.11766/trxb202304190155
摘要：
南方黏质红壤土壤机械阻力高，本文采用两种植物根系分泌物处理土壤，分析其对两种压实情况下的土壤机械阻力（SPR）影响。通过水培法提取须根系植物香根草和主根系紫花苜蓿根系分泌物，分析其组成特征、并冷冻干燥获取分泌物干物质。分泌物干物质按照4种施加水平处理土壤，之后对平衡后的重塑环刀土壤实施两种压实处理，并分析土壤SPR、含水量（SWC）、团聚体和容重。结果表明：紫花苜蓿根系分泌物中芳香基碳类、烷氧基碳类和羰基碳类相对含量（3.23%、6.83%、55.09%）较香根草高（1.64%、4.12%、45.78%），而疏水物质/亲水物质则呈现相反趋势。SPR随分泌物施加水平升高而降低，但只有施加水平≥0.2 mg·g-1时引起土壤SPR显著降低,且紫花苜蓿降低SPR幅度较香根草明显。相关性和回归分析证明根系分泌物中较低的疏水性物质/亲水性物质比和较高的烷氧基碳类相对含量，通过增加SWC和团聚体平均质量直径降低土壤SPR。综上所述，主根系植物根系分泌物对黏质红壤SPR的缓解效果优于须根系植物。
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横坡垄作对坡耕地产流产沙及氮磷养分流失过程影响研究
DOI: 10.11766/trxb202305040172
摘要：
横坡垄作是一种常见的水土保持耕作措施，它通过增大坡面拦蓄和入渗能力，进而影响坡面土壤侵蚀过程。为揭示黄土坡耕地养分流失特征，通过人工模拟降雨试验，利用投影面积为4.5 m×1.5 m的径流小区，设计降雨强度（90 mm·h-1）、5个地表坡度（3º、5º、10º、15º、20º）以及横坡垄作和平整坡面两种坡面处理，探究横坡垄作对不同坡度坡耕地产流产沙特性及其携带的氮磷养分流失情况。结果表明：（1）坡面坡度小于20º时，横坡垄作能明显降低降雨过程中坡面的产流产沙量，产流量和产沙量最大分别可降低95%和99%；而当坡度增大至20º时，横坡垄作坡面发生断垄，横坡垄作对径流和泥沙的控制效应随之减弱，产流和产沙量会接近或大于平整坡面。（2）横坡垄作对养分流失浓度的影响较小，但对养分流失量具有明显影响。坡面坡度小于20º时，横坡垄作具有较好的控制坡面养分流失量的效果；当坡度增大至20º时，横坡垄作控制养分流失的作用减弱。径流中全氮的流失量始终大于全磷的流失量；除横坡垄作10º坡面外，泥沙中全磷的流失量均大于全氮的流失量。（3）坡面养分流失量主要由坡面径流量和泥沙量决定。径流养分流失率和产流速率、泥沙养分流失率和产沙速率满足线性正相关关系。横坡垄作对径流和泥沙中养分减少效益分别可以达到45%~100%、59%~100%。整体上而言，横坡垄作是控制坡面土壤侵蚀及减少养分流失的一种有效方法。
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基于REE示踪对红壤细沟间侵蚀团聚体周转和泥沙迁移特征的研究
DOI: 10.11766/trxb202306270248
摘要：
土壤团聚体是土壤结构的基本单元，土壤表层团聚体的粒径分布变化对土壤结构和侵蚀过程发育具有重要意义。为探究细沟间侵蚀过程中土壤团聚体周转和泥沙迁移路径过程，本研究基于微型土槽，设置90 mm·h-1雨强，10°坡度的条件，进行室内模拟降雨试验。利用稀土元素示踪技术标记土壤团聚体，通过ICP-MS测定稀土元素浓度，对不同粒径土壤团聚体（5~2 mm、2~0.2 5 mm、0.25~0.053 mm、<0.053 mm）的破碎和形成过程进行定量分析，同时量化侵蚀泥沙的来源特征。结果表明，细沟间侵蚀过程中，侵蚀泥沙颗粒主要由同等粒径大小的团聚体受径流搬运形成，且该粒径泥沙含量随降雨时间增加而减少；残留团聚体呈明显的周转过程，<0.25 mm的团聚体更易粘结或吸附至大粒径团聚体上，而˃0.25 mm团聚体倾向于发生破碎（破碎率分别为45.8%和43.3%），且破碎程度不断增加；<0.053 mm和2~0.25 mm 大小的泥沙含量及相应粒径的团聚体在泥沙中的贡献率对径流系数和泥沙粒径分形维数具有重要作用。所以，细沟间侵蚀过程中土壤表土结构变化、泥沙迁移与团聚体粒径密切相关，该成果进一步为土壤侵蚀过程模型和水土保持措施提供理论依据。
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浏览器/服务器架构场地土—水系统中有机污染物多场耦合模拟与可视化系统
杨 蕴, 杨 浩, 徐 斌, 左劲松, 熊贵耀, 赵 良, 王锦国, 吴吉春
DOI: 10.11766/trxb202306150233
摘要：
场地土壤—地下水系统（土—水系统）中有机污染驱动机制复杂，污染物时空分布的预测与可视化是科学、规范开展土水污染绿色低碳修复管控的前提。基于WebGIS地理信息系统基础平台，嵌入有机污染多相流场—温度场—化学场多场耦合模拟与Cesium可视化技术，自主开发浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构的场地土—水系统有机污染物时空分布模拟与可视化系统。本系统可应用于场地土—水系统中有机污染调查与监测数据的集成管理、有机污染物时空分布图形化建模和多场耦合污染过程的场景可视化表达，与场地污染物实测数据相比，系统模拟误差小于30%，可为场地进一步开展有机污染风险评估、精准防控和综合管理提供信息化平台。
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两种母岩发育森林土壤微生物生物量碳代谢的差异性
付瑞桐, 万翔宇, 杨馨逸, 李德军, 胡培雷, 段鹏鹏, 张玉玲
DOI: 10.11766/trxb202302210071
摘要：
针对不同母岩发育土壤的微生物生物量碳代谢特征及驱动因子不明确的科学问题，以石灰岩和碎屑岩两种母岩发育的森林土壤为研究对象，利用18O-H2O标记测定微生物生长速率、微生物呼吸速率、微生物生物量碳利用效率（CUE）以及微生物周转时间，并结合土壤理化性质、土壤有机质矿物保护特性和土壤酶活性以及微生物生物量和群落组成，明确岩性对森林土壤微生物生物量碳代谢的影响机制。结果表明：石灰岩发育土壤的pH和0.05mm～0.002 mm粒径含量高于碎屑岩发育土壤，而有机碳（SOC）、全氮（TN）、可溶性碳（DOC）、C:P和N:P却低于碎屑岩发育土壤（P<0.05）；石灰岩发育土壤交换性钙镁（(Ca+Mg)）和游离态铁铝（(Fe+Al)d）含量高于比碎屑岩发育土壤，但非晶态铁铝（(Fe+Al)o）含量则低于碎屑岩发育土壤；石灰岩发育土壤碳氮磷循环、相关酶活性均显著低于碎屑岩发育土壤（P<0.05）；石灰岩发育土壤微生物生物量磷（MBP）高于碎屑岩发育土壤，但微生物生物量碳（MBC）、真菌细菌比（F:B）和革兰氏阳性菌阴性菌比（G+:G-）则显著低于碎屑岩发育土壤（P < 0.05）；石灰岩发育土壤微生物生长速率和周转速率显著高于碎屑岩发育土壤（P < 0.05），但微生物呼吸速率和CUE在两种土壤之间差异并不显著。土壤微生物生长速率和微生物周转速率均与土壤pH、(Ca+Mg):(Fe+Al)o、(Ca+Mg):SOC、(Fe+Al)d:SOC和革兰氏阴性细菌呈显著正相关（P<0.05），而与DOC、铁铝结合态有机碳、酶活性、MBC:MBN、F:B和G+:G-比呈显著负相关关系（P < 0.05）。此外，土壤CUE与MBC和MBC:MBN呈显著负相关（P < 0.05）；微生物呼吸速率仅与酚氧化酶活性呈显著负相关（P<0.05）。两种岩石发育的森林土壤微生物生物量碳代谢受生物和非生物因素的控制，这一研究结果为解释不同母岩发育森林土壤有机碳库的差异提供参考。
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秸秆与有机无机肥配施对不同质地潮土土壤质量和小麦产量的影响
郭 伟, 李丹丹, 徐基胜, 周云鹏, 王青霞, 周谈坛, 赵炳梓
DOI: 10.11766/trxb202306120228
摘要：
秸秆与化肥和粪肥配施是改善土壤质量的有效措施，但其在不同质地潮土中对小麦产量的影响及影响机制尚不清楚。本研究基于中国科学院封丘农业生态实验站设置的7年长期定位试验，选取砂质、壤质和黏质3种质地潮土（下文分别简称砂土、壤土和黏土），每种质地潮土均包含5个处理：不施化肥+秸秆离田（N0S0）、不施化肥+秸秆还田（N0S）、常规施化肥+秸秆离田（NS0）、常规施化肥+秸秆还田（NS）和施化肥+秸秆还田+鸡粪替代20%氮肥（NSM），研究了不同施肥模式在不同质地潮土中对土壤质量和小麦产量的影响。结果表明，在砂土、壤土和黏土中，与N0S0处理相比，NS处理的籽粒产量分别增加611.56%、440.00%和403.55%，NSM处理的籽粒产量分别增加676.56%、546.67%和492.86%。在砂土、壤土和黏土中，与N0S0处理相比，N0S和NS0处理的土壤质量指数（SQI）显著提升，NS处理则进一步提升。NSM处理在砂土中SQI优于NS处理，但在壤土和黏土中与NS处理无显著差异。随机森林分析表明，砂土中，pH、碱解氮（AHN）、可溶性有机氮（DON）、有效磷（AP）、有机碳（SOC）和速效钾（AK）是影响籽粒产量的关键土壤性质；壤土中，AP、pH、AK、AHN、微生物生物量碳（MBC）和SOC是影响籽粒产量的关键土壤性质；黏土中，AP、DON、AHN和pH是影响籽粒产量的关键土壤性质。偏最小二乘路径模型表明，在砂土、壤土和黏土中，影响小麦产量的关键土壤性质均受施肥模式显著调控，且均对SQI具有显著影响，而SQI均对小麦籽粒产量具有直接显著影响，影响小麦产量的关键土壤性质可以作为监测土壤质量和小麦产量变化的指标以指导优化施肥。此外，在壤土中，SQI还通过影响小麦产量构成因素而间接影响籽粒产量。因此，秸秆与化肥和鸡粪配施改善了土壤质量，并在不同质地潮土中通过不同作用方式直接或间接影响了小麦产量。
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土壤微生物碳利用效率对农田管理措施响应的机制
DOI: 10.11766/trxb202309020351
摘要：
为明确农田生态系统中土壤微生物CUE（Carbon Use Efficiency, CUE）对不同管理措施的响应及驱动因素，深刻理解土壤有机碳周转、快速提升土壤肥力和有效减缓气候变化。本研究收集全球已公开发表198组文献数据，通过整合分析（Meta-analysis）和皮尔森（Pearson）分析方法探究不同农田管理措施对土壤微生物CUE的影响和主控因素。结果表明：添加生物质炭能够增加土壤微生物CUE13C和CUE18O，而降低土壤微生物CUEST。施用化肥降低土壤微生物CUE18O（-4.71%），但提高土壤微生物CUEST（28.20%）。秸秆还田导致土壤微生物CUE18O和CUEST分别降低14.08%和28.64%。免耕/少耕使通过三种方法评估的土壤微生物CUE均得到显著增加。特定气候、土壤属性和试验条件显著影响了土壤微生物CUE的变化趋势。干旱指数和土壤pH是影响土壤微生物CUE13C效应值的关键因素。土壤微生物CUE18O效应值随着土壤微生物生长速率和微生物生物量碳的增加而增加。土壤微生物CUEST效应值与土壤有机碳和微生物细胞外酶活性呈显著正相关关系（P＜0.05），与土壤黏粒含量呈显著负相关关系（P＜0.01）。因此，充分考虑特定地点的气候、土壤化学性质以及微生物活性和功能对农田管理措施的响应有利于调节作用于微生物群落或者细胞层面的土壤微生物CUE，从而更有效地促进农田生态系统中土壤有机碳的形成和积累。
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滴灌条件下盐碱地垦殖对土壤盐度和肥力影响的长期观测
霍伟歌, 彭 懿, 张少民, 刘盛林, 白灯沙•买买提艾力, 冯 固
DOI: 10.11766/trxb202309080368
摘要：
膜下滴灌种植模式下内陆干旱区盐碱地垦殖后理化性状的演变过程，尤其是土壤盐分和有效养分含量的变化规律一直受到广泛关注。以新疆硫酸盐灰漠土为对象，采用长期定位观测的方法开展研究。在新疆玛纳斯县选择了始于1996年的不同年份开荒样地，于2010—2020年间开展了四次定位调查，定点监测了垦荒后膜下滴灌条件下土壤盐度和肥力性状指标的动态变化，比较了不同种植年限样地的差别。主要结果如下：荒地开垦植棉后耕层（表层0~20 cm）土壤盐分显著降低，垦种6~10年后达到轻度盐渍化水平，各地块的盐分含量平均下降至3.71 g·kg-1，年均下降速率为 1.41 g·kg-1·a-1，随着开垦年限的增加（垦种11~25年），耕层土壤盐分基本维持在2.1 g·kg-1，达到非盐化水平。不同开垦年限地块的土壤pH在垦种后呈现显著下降的趋势，随着开垦年限增加（垦种11~25年），土壤pH维持在8.2~8.5之间。土壤有效磷含量随垦种年限延长而显著增加，磷素肥力明显提升，垦种11~25年后平均有效磷水平在13~20 mg·kg-1之间。不同垦种年份土壤有效磷变化速率不同，近年开垦地块土壤有效磷上升幅度较大。土壤有机质含量在垦种6~10年开始显著增加；土壤速效钾含量在垦种1~5年显著降低，垦种6~10年开始缓慢增加，垦种11~16年能够增加至初始水平，然后维持稳定。土壤无机氮含量在垦种6~15年处于显著增加阶段，垦种16~25年基本维持稳定。综上，盐化灰漠土荒地开垦后采用膜下滴灌模式种植棉花25年能有效降低土壤盐度并将耕层盐分含量控制在轻度盐渍化水平以下，荒地开垦后需要6~10年时间可变为良田。本研究可为内陆干旱区盐碱地节水种植对土壤剖面盐分含量控制和肥力培育的长效机制提供依据。
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臭氧污染和EDU喷施对小麦根际细菌群落的影响
张浩然, 施羽, 刘园园, 程诚, 王琪, 徐彦森, 冯兆忠
DOI: 10.11766/trxb202307010254
摘要：
为揭示臭氧（O3）浓度升高、亚乙基二脲（Ethylenediurea，EDU）喷施及其交互作用对小麦根际细菌群落多样性与结构的影响，利用完全开放式熏蒸系统（Free-Air Concentration Enrichment，FACE）对“农麦88”进行环境O3浓度（A处理）和1.5倍环境O3浓度（E处理）熏蒸，同时设置叶面喷施6次450 mg·L-1 EDU或等量清水的处理。结果表明，EDU喷施使小麦根系生物量上升8%~58%、土壤pH下降4%~10%，且A处理下均达到显著水平。O3浓度升高、EDU处理及其交互作用对细菌群落alpha-多样性没有显著影响。O3浓度升高改变了细菌群落结构，而E处理下EDU对细菌群落的影响较A处理更为显著。所有处理根际土中Proteobacteria（相对丰度占比28%~39%）、Bacteroidota（11%~20%）、Acidobacteria（7%~11%）为最优势菌门。E处理和EDU处理均显著降低了Alphaproteobacteria的相对丰度，但提高了Chloroflexi的相对丰度。E处理使Nitrospirota菌门的相对丰度提高了71%~164%，EDU处理使Planctomycetota菌门的相对丰度提高了23%~70%。Spearman相关性分析结果表明，土壤速效钾含量与Chloroflexi和Nitrospirota菌门的相对丰度呈显著负相关(r = -0.846 ~ -0.586)，而与Alphaproteobacteria菌门的相对丰度呈显著正相关（r = 0.604）。综上，小麦可能通过降低富营养菌群和提高贫营养菌群相对丰度来提高自身对O3浓度升高的适应性，而叶面喷施EDU可能也通过该途径来缓解小麦的O3胁迫。
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基于长期土壤移置实验的不同气候条件下土壤有机碳水热响应驱动机制研究
DOI: 10.11766/trxb202305220077
摘要：
土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大的碳库，其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而，关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台，开展了一项8年的土壤移置试验，其中将寒温带地区（中国海伦）的黑土剖面移置到温带和中亚热带地区（即封丘和鹰潭）来模拟土壤水热条件增加。水热增加提高了植被生物量，地上部植株C/N与微生物酶活性；降低了土壤有机碳、全氮、微生物残体碳（MNC）和活性矿物的相对含量。并且，微生物残体碳对有机碳的贡献也随着水热条件的增加而降低。通过计算DMNC/DSOC以表征水热增加后微生物残体碳损失速率。结果发现，DMNC/DSOC随着水热条件的增加而显著增加，封丘地区为72.50% ± 9.35%，而在鹰潭达到了82.67 ± 2.37%。重要的是，土壤活性矿物的变化与DMNC/DSOC呈强烈的负相关关系，突出了矿物保护在调控?MNC/?SOC发挥的关键作用。这些结果表明，水热增加降低了土壤矿物对微生物残体碳的保护和/或刺激了土壤中微生物对微生物残体碳的利用，通过减少微生物残体碳促进了有机碳的显著损失。
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纳米Fe3O4/生物炭促进红壤性水稻土中六氯苯厌氧脱氯作用研究
DOI: 10.11766/trxb202303290120
摘要：
为明确磁铁矿（Fe3O4）与生物炭对厌氧土壤中六氯苯（HCB）还原脱氯降解的影响及其机理，首先制备并表征了纳米Fe3O4、生物炭及纳米Fe3O4/生物炭复合材料，采用红壤性水稻土的泥浆进行厌氧培养试验，分析反应体系的pH、Eh、吸附态和溶解态Fe(II)与HCB脱氯降解过程之间的内在关系。结果发现，灭菌对照处理的HCB脱氯降解作用很弱，表明HCB还原脱氯主要在微生物的作用下进行；添加生物炭可通过降低土壤的酸性、增强反应体系的还原性且促进生成吸附态Fe(II)而加速HCB还原脱氯降解；纳米Fe3O4促进HCB还原脱氯的效果较生物炭更强，主要归因于添加纳米Fe3O4使反应体系中生成更多的吸附态Fe(II)；纳米Fe3O4/生物炭复合材料促进HCB还原脱氯的效果较纳米Fe3O4更强，是因为Fe3O4/生物炭复合材料的比表面积更大且纳米Fe3O4的分散性更好，更有利于反应体系中的电子传递过程。因此，与纳米Fe3O4和生物炭相比，纳米Fe3O4/生物炭复合材料是一种更加理想的HCB污染土壤的修复剂。
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稻田土壤中病毒多样性研究
DOI: 10.11766/trxb202306130230
摘要：
病毒是地球上最丰富多样的微生物类群，广泛存在于各种生物体及环境中，但关于稻田土壤的病毒组研究较少。使用公共数据库中的稻田土壤宏基因组测序数据，构建由8 791个病毒操作分类单元（viral operational taxonomic units, vOTU）和168 940个蛋白序列组成的稻田土壤病毒数据库（Paddy soil virus database，PSVD），该数据库中31.41%的序列能够预测出物种分类地位信息，这些病毒序列分属于76个已知的病毒科，以有尾病毒纲（Caudoviricetes）病毒为主，宿主分布在11个细菌门中。同时还对稻田土壤病毒中所携带的辅助代谢基因（Auxiliary Metabolic Genes, AMGs）进行分析，发现了39个可能广泛存在与稻田系统的碳水化合物活性酶（carbohydrate active enzymes，CAZymes）,该类基因的存在，可能对生物地球化学循环产生潜在的影响。综上，本研究创新性构建了PSVD数据库，并利用DRAM-v挖掘了稻田土壤系统中的AMGs基因，为后期稻田土壤病毒组的研究奠定了研究基础，并为稻田病毒群落的解析提供新的见解。
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生物质炭负载硫化纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中典型恶臭苯系物的规律与机制
李炎璐, 杨兴伦, 卞永荣, 马智勇, 谷成刚, 宋洋, 相雷雷, 王芳, 蒋新
DOI: 10.11766/trxb202310240433
摘要：
纳米零价铁（nZVI）以及硫化纳米零价铁（S-nZVI）活化过硫酸盐（PS）降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物（BTEX）是石化污染场地中典型的恶臭污染物，实现BTEX的高效去除并探究其降解机理有着重要的环境意义。本研究建立了以生物质炭负载硫化纳米零价铁（S-nZVI@BC）为活化剂的过硫酸盐氧化体系，探究不同条件下BTEX的降解效果，并与其他材料催化PS降解体系的效果进行了比较。同时基于化学探针实验、电子顺磁共振实验（EPR）及吹扫捕集-气质联用法（PT-GC-MS）测定的转化产物推测BTEX可能的降解途径。结果表明，S-nZVI@BC/PS体系在pH=3、S/Fe=1/4、Fe/C=1/2、材料投加量为0.01 g•g-1、PS浓度为30 mmol•L-1时对土壤中BTEX均有着95%以上的降解效果；S-nZVI@BC/PS 体系下苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的降解率在2 h内分别可达到96.7%、98.5%、96.9%、98.4%；S-nZVI@BC催化体系在所研究的五种不同催化剂体系表现最佳，即催化效果表现为：PS
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连作根系分泌物加剧土传病害的机制和缓解措施研究进展
游川, 杨天杰, 周新刚, 王孝芳, 徐阳春, 沈其荣, 韦中
DOI: 10.11766/trxb202307180281
摘要：
基于植物-土壤反馈理论，连作体系中的根系分泌物必然在加剧土传病害发生中起重要作用，但相关研究证据尚缺少系统总结。本文梳理了连作导致土传病害加剧的现象以及连作对典型根系分泌物组分的累积。从有利于土传病原菌由土体向根际迁移、增殖和致病（“利病”）、破坏根际有益微生物群落防线（“压益”）和毒害根系免疫系统（“自毒”）等三个方面，揭示连作根系分泌物中某些物质促进土传病原菌入侵的机制。从根系分泌物角度阐述轮作、间作、套作、伴生和嫁接等多样性种植方式缓解连作土传病害的机制。提出鉴定“利病”、“压益”和“自毒”物质以及构建对应的消减技术途径，可为土传病害绿色高效综合防控提供理论和技术支撑。
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长期种植作物对中国农田土壤有机碳影响的Meta分析
DOI: 10.11766/trxb202308230339
摘要：
探讨长期种植作物对农田土壤有机碳的影响程度，对于早日实现农业“碳中和”与可持续发展具有重要意义。以Meta整合分析法定量分析长期种植作物下中国农田土壤有机碳含量的变化特征，并系统分析各类因素的影响程度。结果表明，中国长期种植作物耕层土壤有机碳含量整体提高了17.85%，但随土层加深有机碳增幅呈降低趋势。当海拔为200~600 m、温度为8~15 ℃和降水为600~1000 mm时土壤有机碳的积累程度最大。除pH和碱解氮外，随着初始土壤养分含量的增加，有机碳增幅呈下降趋势，其中土壤有机碳为0~10 g·kg-1、全氮为0~0.9 g·kg-1、速效磷为0~10 mg·kg-1、速效钾为0~75 mg·kg-1时有机碳增幅最大。中国相对温暖湿润的低海拔暖温带地区更有利于农田土壤有机碳的积累。随土层加深，长期种植作物对土壤有机碳的增加逐渐降低。除碱解氮外，初始养分越贫瘠的土壤越有利于有机碳的积累。在各类田间管理措施中，秸秆全量还田对促进土壤有机碳的积累最为有效。
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生物质炭改良盐渍土CT孔隙图像的多重分形与相对熵特征
DOI: 10.11766/trxb202304070130
摘要：
定量化分析土壤结构对于了解土壤的物理、化学和生物过程有至关重要的作用。结合尺度分析理论和图像处理技术可从微观角度阐明土壤结构演变过程，解决生物质炭添加对土壤结构影响的争议问题。本研究以江苏滨海盐渍土为研究对象，设置0%、2%、5% （占0~20 cm表层土壤质量比）3个生物质炭添加水平改良盐渍土。每年在水稻收割后，采用塑料环刀取表层（0~20 cm）原状土，进行Micro-CT扫描获取土壤CT孔隙结构，采用不同的理论方法（多重分形分析和相对熵分析）分析生物质炭改良土壤CT孔隙的复杂尺度行为。结果表明，多重分形分析适合于灰度图像，而相对熵分析适合于二值图像。所有处理的孔隙复杂度逐年增加，生物质炭添加能够加快土壤孔隙结构的发育，孔隙复杂度增加速率更快。在不同生物质炭处理中，2%生物质炭处理的孔隙结构复杂程度最高（∆α=0.061，Range∆E=0.436），土壤的孔隙结构改善效果最好。高生物质炭的添加量（5%生物质炭处理）减少孔隙结构的复杂度（∆α=0.045，Range∆E=0.531），降低生物质炭的改良效果。本研究从孔隙微观角度为生物质炭改良孔隙结构提供理论依据。
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黄土高原旱地夏闲期残留肥料氮淋溶特性研究
DOI: 10.11766/trxb202308250340
摘要：
冬小麦-夏休闲是黄土高原旱地典型的种植模式，夏闲期间为该地区雨季，加上土壤表面裸露，一季作物收获后土壤残留肥料氮的淋失特性是值得关注的问题。在大型渗漏池(3 m×2.2 m×3 m)上采用15N示踪技术于第一季（2014年）小麦播种前基施15N肥料（150 kg•hm-2），测定小麦收获后15N肥料被小麦吸收和土壤残留的量，之后连续3年（2015—2017年）夏季休闲期间测定第一季小麦收获后土壤中残留的15N肥料在0~200 cm土壤剖面中的15N丰度及含量变化，旨在研究残留肥料氮连续多年在夏季休闲期间的淋溶特性。结果表明，小麦对当季15N肥料的利用率（吸收量/施氮量）为53.9%，一季小麦收获后残留于0~100 cm土壤中的肥料氮平均为施氮量的36.3%。第一年夏季休闲前残留肥料氮主要累积在0~40 cm土层，15NO3--N多累积在80 cm以上土层；而休闲后60~100 cm土层残留肥料氮显著增加，80~100 cm土层15NO3--N累积量显著增加。随着年限增加，残留肥料氮及15NO3--N持续向土壤深层迁移；在正常降水条件下，一个夏季休闲期间残留肥料氮向下迁移的速度平均为20 cm。夏季休闲期间0~100 cm土壤中残留肥料氮减少，100~200 cm土壤中增加，同一年休闲前后0~200 cm土壤剖面残留肥料氮累积总量损失小，说明残留肥料氮在土壤剖面的再分配是其迁移的主要机制。
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放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能的影响：Meta分析
DOI: 10.11766/trxb202304150149
摘要：
为明确放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能影响的普遍规律，并为草原生态保护提供理论依据，收集了119条放牧草地的土壤真菌原始数据，使用统一的生物信息学处理方式和Meta分析方法探究放牧草地土壤真菌α-多样性、群落组成和功能群落的变化，并使用加权混合效应模型进行环境因素分析。结果表明：放牧使土壤真菌α-多样性降低，同时显著降低了土壤中病原真菌、木腐真菌、土壤腐生真菌、内生真菌的相对丰度。土壤真菌α-多样性降低以及功能真菌相对丰度的改变依赖于不同地区环境因素的变化。在土壤有机碳含量和碳氮比较低以及年均降水量高的地区，放牧对土壤真菌α-多样性的负效应被适当缓解。初始有机碳含量和禁牧时间影响了土壤功能真菌丰度变化的趋势。长期禁牧能够恢复土壤腐生型和共生型真菌的相对丰度。随初始碳氮比的升高，放牧条件下病原真菌相对丰度的减少程度减弱，而腐生真菌相对丰度的减少程度增强。降水量越低的地区，放牧会更大程度减少腐生和共生真菌的相对丰度。总体而言，放牧对中国北部草地土壤真菌群落的α-多样性和功能产生负效应，但负效应程度和趋势依赖于当地环境状况。
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中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估：研究进展与展望
DOI: 10.11766/trxb202306130229
摘要：
农田土壤重金属污染对食品安全和人体健康构成巨大的威胁。重金属主要通过经口摄入土壤、吸入土壤颗粒、皮肤接触和食物链摄取等暴露途径进入人体，其中经口摄入重金属污染土壤和农产品是主要的暴露途径。人体健康风险评估在农田土壤质量分类和风险管控中起着重要作用。因此，梳理了中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估的发展状况，介绍了人体健康风险评估的基本流程和评估技术，论述了影响人体健康风险评价准确性的主要因素及优化措施。在农田土壤重金属健康风险评估中，应加强耦合污染源识别技术、重视食物消费暴露途径、精准识别不同敏感受体、本土化敏感受体的暴露参数、纳入重金属的生物可给性，同时提高农田土壤重金属健康风险评估的准确性。未来可从加强应对健康风险评估过程不确定性的技术方法、考虑各种饮食的暴露途径和建立本土化的重金属毒性标准数据等多方面深化农田土壤重金属健康风险评估，以期推动中国农田土壤重金属人体健康风险评估的理论和技术发展。
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植被类型对煤矿区复垦土壤根际微生物的影响
DOI: 10.11766/trxb202303140100
摘要：
煤矿开采改变了矿区土壤条件、地表植被覆盖和微生物生存环境。植被由于生长条件和根际分泌物的不同，影响根际土壤微生物的组成和多样性。以山西省晋华宫煤矿复垦区侧柏、云杉、樟子松、油松、桧柏5种复垦植被为研究对象，分析其土壤理化性质、根际土壤酶活性和微生物群落结构的差异性，并计算综合土壤肥力指数以反映不同复垦植被的生态恢复效果。结果表明：不同植被对土壤物理和化学性质、土壤酶活性、根际微生物多样性和群落结构具有显著影响，樟子松林具有最高的全碳、全氮含量，为微生物提供更多的碳氮等养分，导致其具有显著高的微生物丰度和多样性；不同植被类型间微生物群落差异性显著，变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是优势菌门，全硫、容重和碱性蛋白酶是影响土壤根际微生物群落结构的关键因子；土壤综合肥力指数表明樟子松林和云杉林优于其他植被。综上，不同植被对矿区生态恢复的效果具有一定差异，樟子松林和云杉林有助于提高根际土壤细菌多样性和土壤肥力，研究可为半干旱区煤矿复垦区生态恢复的植被选择提供科学依据。
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干湿变化调控稻田土壤活性细菌群落与潜在功能
丁晨晓, 刘耀威, 刘亥扬, 叶鑫喆, 陈雅雯, 叶 静, 邸洪杰, 徐建明, 李 勇
DOI: 10.11766/trxb202302180065
摘要：
大量研究发现干湿变化显著影响土壤微生物群落和温室气体排放。然而，土壤干湿变化下活性微生物和温室气体排放的瞬时动态变化仍不清楚。因此，本实验首先观察稻田土壤在干旱、湿润和干湿变化三种情况下细菌群落和温室气体排放的动态变化，然后运用基于18O的稳定性同位素核酸探针技术（DNA-SIP）和高通量测序探讨干湿变化下土壤活性细菌群落的多样性、构建与潜在功能。相比于干旱和湿润处理，干湿变化显著促进二氧化碳的排放和含有更高相对丰度的放线菌门和浮霉菌门。干湿变化下变形菌门、放线菌门和浮霉菌门的相对丰度均随着培养时间呈现显著增长。而DNA-SIP试验结果表明干湿变化处理活性细菌的alpha多样性随着培养时间显著降低，变形菌门和放线菌门细菌是最主要的活性细菌，其中变形菌门中黏球菌目的相对丰度随培养时间呈显著增加。活性细菌的群落构建由确定性所主导，且随着培养进行，确定性的主导作用进一步加强。活性细菌的功能预测进一步发现碳水化合物代谢潜能随培养时间显著降低。综上，干湿变化处理显著改变土壤细菌群落，并促进稻田土壤二氧化碳排放，干湿变化处理的活性细菌由变形菌门和放线菌门细菌主导，活性细菌的群落构建由确定性过程主导。
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“非粮化”土壤优质耕层快速重构材料的创制及其评价方法
DOI: 10.11766/trxb202307140272
摘要：
优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提，但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭，蔬菜玉米壳及微生物菌剂，按不同配方创制耕层重构材料，并构建相应的评价方法体系。研究表明，苔藓泥炭与稻壳生物炭配置形成的耕层重构材料质地疏松，蓄水保墒能力强；有机质含量高，范围介于658.85～704.92 g·kg-1之间，同时有机碳难降解指数范围为75.27%～84.71%，具备较高的固碳增汇潜力；有机碳、活性碳组分I、总腐殖酸、全氮、全钾、毛管孔隙度、pH可作为耕层重构材料的评价指标体系，结合质量指数模型可以评价耕层重构材料综合质量，依托该体系筛选出了最佳耕层重构材料配方，即当苔藓泥炭(M)与稻壳生物炭(R)按质量比1：1、2 ：1、3：1，再按质量比10:1与蔬菜玉米壳(C)((M+R)10C1、(2M+R)10C1、(3M+R)10C1)混合配置时可以形成优质耕层重构材料；将优质耕层重构材料施入“非粮化”土壤可以显著降低土壤容重、增加土壤有机质及活性养分含量，增强土壤固碳潜力，提高小麦产量。本研究所建立的指标评价体系可以全面客观评价耕层重构材料的综合质量，以苔藓泥炭、稻壳生物炭为原料创制的耕层重构材料在改善土壤质量、提高土壤固碳能力以及恢复作物生产方面均表现出较高的应用价值。
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便携式土壤多参数快速检测仪原位测量东北黑土pH
张凤, 胡文友, 王亮亮, 李德成, 张超, 谢恩泽, 严国菁, 姜军, 徐仁扣
DOI: 10.11766/trxb202304200157
摘要：
土壤pH是耕地质量的重要指标之一，准确快速获取土壤pH对数字农业具有重要意义。以我国东北黑土地区耕地土壤为研究对象，利用便携式土壤多参数快速检测仪（SHMI2000）对辽河平原和松嫩平原黑土pH进行原位测量调查，并将结果与实验室电位法（HJ 962–2018）测定结果进行比较。结果发现：（1）实验室电位法测定我国黑土区表层和亚表层黑土pH分别为4.04~10.09和4.01~10.06，平均值分别为6.13和6.47，变异系数分别为19.64%和18.37%，属于中等变异强度。整体上，黑土呈现西南（黑龙江西部、吉林北部和内蒙古南部地区）偏碱，东部（三江平原）、北部（松嫩平原）和黑吉辽南部偏酸的空间分布格局。（2）利用SHMI2000在野外原位测定了表层和亚表层土壤pH，与HJ 962–2018法测定的pH具显著相关，皮尔逊相关系数r达到0.81（P=9.11×10-52）（3）以0.2个单位的原位pH为步长，对两种方法获得的黑土pH进行移动平均处理后，皮尔逊相关系数r提高至0.93。因此，SHMI2000原位测定黑土pH准确可靠，适合东北黑土pH的快速获取。
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长期秸秆掩埋配施氮肥对土壤细菌群落特征的影响
DOI: 10.11766/trxb202303090096
摘要：
为揭示典型潮土微生物群落及其生态网络对秸秆还田的响应机制，选择长期小麦-玉米轮作下不同秸秆还田处理的试验地为对象，应用高通量测序和生态网络等方法，阐明秸秆掩埋配施不同氮肥后土壤细菌群落组成、细菌网络共存关系以及与土壤养分的关联。结果表明：（1）与秸秆移除且不施氮肥处理相比，秸秆还田配合常规施肥处理显著降低土壤pH，提高了土壤全氮、有机碳、有效磷、速效钾和硝态氮含量（P < 0.05）。秸秆掩埋配施氮肥有利于增加土壤养分含量。（2）不同秸秆还田方式和氮肥施用量处理的细菌Alpha多样性无显著差异，而细菌群落结构差异显著。pH、SOC和TN等因子驱动了细菌群落结构变异。酸杆菌门、变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门是潮土细菌群落的主要优势菌门。（3）共现网络分析得到4个主要的生态集群，均与土壤养分有显著相关性。模块1中物种丰度与SOC、TN、TP、NO3- -N、AP和AK呈极显著负相关（P < 0.001），与pH呈极显著正相关（P < 0.001）；模块2和模块3中物种丰度与大部分养分含量呈正相关，与pH呈负相关。因此秸秆还田配施氮肥可以通过调节细菌互作关系，从而调控土壤肥力。研究结果可为秸秆的资源化利用和土壤施肥管理提供科学依据。
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典型冶炼厂大气沉降区农田耕层土壤重金属（Cd、Cu、Pb）输入输出平衡研究
米雅竹, 梁家妮, 周俊, 刘梦丽, 寇乐勇, 夏睿智, 田瑞云, 施颖, 舒天才, 舒伍星, 周静
DOI: 10.11766/trxb202302180064
摘要：
为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）的质量平衡特征，以距离贵溪冶炼厂34 km（背景区）、6 km（中沉降区）、1 km（高沉降区）的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象，通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径（大气沉降、灌溉水、农药肥料）和输出途径（地表径流、土壤淋溶、籽粒带走）开展为期三年的监测与定量分析。结果表明：背景区、中沉降区、高沉降区由大气沉降导致的Cd年均输入通量分别为0.84、2.26、9.01 mg•m-2•a-1，分别占比43.18%、38.33%、100%；Cu年均输入通量分别为17.62、99.68、747.6 mg•m-2•a-1，分别占比80.76%、86.24%、100%；Pb年均输入通量分别为13.93、27.43、73.17 mg•m-2•a-1，分别占比97.75%、92.36%、100%。背景区和中沉降区由灌溉水导致的Cd年均输入通量分别为1.05、3.60 mg•m-2•a-1，分别占比54.62%和60.82%；农药肥料带入的重金属年均输入量占比小于5%，可忽略不计。不同沉降区土壤的主要输出途径均为地表径流和土壤淋溶，输出占比介于86.66%~100%；籽粒带走的重金属输出占比介于2.88%~13.34%。2019—2021年，背景区、中沉降区、高沉降区土壤Cd、Cu、Pb的年均净输入通量均大于0，Cd年均净输入通量分别为1.54、1.96、4.38 mg•m-2•a-1；Cu年均净输入通量分别为12.72、28.02、184.0 mg•m-2•a-1；Pb年均净输入通量分别为13.03、21.31、55.04 mg•m-2•a-1。综上，建议加强研究区域大气污染源和灌溉水质的长期监测并采取一定的控制措施，同时避免秸秆直接还田。本研究可为区域农田环境质量保护及重金属污染修复治理提供理论支持。
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基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响
DOI: 10.11766/trxb202303200109
摘要：
增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此，以土壤氨基糖为微生物残体标识物，筛选国内外已发表的12篇文献，收集总氨基糖数据29组，氨基葡萄糖35组，胞壁酸39组，氨基半乳糖25组，利用Meta分析方法，探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明：整体上，增温背景下微生物残体积累有所增加，但响应规律具有生态系统特异性，其中，农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同，表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量，增幅分别为10.3%和5.0%。相应地，增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值，说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下，细菌残体占土壤有机碳（SOC）比例显著增加，微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变，暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现，增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子，增温幅度小于或等于2 ℃时，微生物残体的积累数量会增加，增加比例为2.7%~14.6%，而增温幅度大于2 ℃则会降低微生物残体在土壤中的积累，降低比例为8.0%~14.3%。此外，增温的时间尺度不同（短期、中期、长期）也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上，增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例，影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关，而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。
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绿肥、秸秆和石灰联用对红壤性水稻土酸度特征和水稻产量的影响
刘芳禧, 方畅宇, 庾振宇, 高雅洁, 张江林, 鲁艳红, 廖育林, 曹卫东, 聂军, 屠乃美
DOI: 10.11766/trxb202304040125
摘要：
长期耕作和施肥加快了红壤性水稻土壤酸化，为研究绿肥、秸秆还田和石灰联用对水稻土壤酸度特征及水稻产量的影响，基于2016年开始的长期定位微区试验，探究不施肥（CK）、化肥（F）、化肥+紫云英+稻草还田（GRF）、化肥+紫云英+稻草还田+石灰（GRFL）处理对水稻产量、红壤性水稻土壤不同形态酸、土壤盐基离子及土壤酸碱缓冲容量的影响，解析土壤酸碱缓冲容量、交换性酸、有机质及交换性盐基离子之间的相关性。连续7年的微区试验结果表明，与F处理相比，GRF处理的早、晚稻产量分别提高了19.9%和5.1%，7年平均增产率分别为12.8%和5.9%；GRFL处理的早、晚稻产量分别提高了23.4%和14.2%，7年平均增产率分别为11.1%和8.9%。CK、F和GRF处理早、晚稻土壤pH均呈逐年下降的变化趋势，而GRFL处理早、晚稻土壤pH呈先上升后下降的变化趋势，下降幅度最小，且一直处于较高水平。同时，与F处理相比，GRF与GRFL处理显著提高了早、晚稻土壤交换性K+、交换性盐基离子总量和酸碱缓冲容量，GRF与GRFL处理间无显著差异，但GRFL处理各指标均有提高的趋势。相关分析表明，pH与交换性酸、交换性H+呈极显著负相关（P<0.01），与酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量呈极显著正相关（P<0.01）；土壤酸碱缓冲容量主要与交换性酸、交换性H+、交换性Na+和交换性Mg2+有关，水稻产量与土壤酸度性质和养分作用有关，就本研究而言，土壤酸度性质的影响最大。研究结果表明，翻压绿肥、秸秆还田可有效缓解稻田土壤的酸化并提高水稻产量，增施石灰可增强其效果，交换性酸、交换性H+、酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量是影响土壤pH的主要因素。
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基于“源-径-汇”关系的土壤重金属污染风险空间区划研究
DOI: 10.11766/trxb202303220112
摘要：
构建土壤污染风险管控空间区划体系是对《中华人民共和国土壤污染防治法》“分类分区分阶段管理”思想的深入落实，高分辨率的风险空间区划地图能为划分风险管控优先区和大尺度统筹部署土壤污染防治铺排工作提供科学有效的决策指导。利用正定矩阵因子分析模型（PMF）源解析模型明确了浙江省宁波市某工业集聚区铬、铜、砷、镉、铅、镍、锑和汞等8种重金属的污染源和贡献率，然后基于“源-径-汇”关系和质量平衡理论形成土壤重金属污染风险管控空间区划技术体系。结果表明，土壤重金属的空间分布具有明显异质性，主要排放源包括火力发电燃煤燃烧源（17.08%）、其他工业源（17.94%）、农业活动排放源（26.07%）、自然源（28.61%）和交通排放源（10.31%）等五类；利用构建的空间区划技术体系可将土壤重金属污染风险划分为极高、高、中、低和极低共五个等级，分别占研究区总面积的8.64%、17.28%、18.27%、22.92%和32.89%。区域风险胁迫水平的空间量化表达能有效识别高风险热点，进而采取优先管控措施实现土壤污染精准防治。
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滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响
吴拓铮, 周嘉文, 周通, 李柱, 胡鹏杰, 黄化刚, 李廷轩, 张锡洲, 骆永明, 詹娟
DOI: 10.11766/trxb202303060092
摘要：
云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区，超积累植物能否有效修复镉（Cd）地质高背景土壤，从而实现农产品安全生产，尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象，开展温室盆栽试验，探究Cd、锌（Zn）超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果，及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明，种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%；伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好，与富源土壤肥力相对最高有关；伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳，与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关，这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后，全生育期淹水种稻，其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低，可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复，旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻，再结合水分管理措施，可进一步降低稻米中Cd浓度，实现稻米安全生产，为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。
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提高水稻耐盐能力的根际核心菌株筛选及应用
马爱媛, 任轶, 汪姣, 严河, 石晨雨, 沈其荣, 张瑞福, 荀卫兵
DOI: 10.11766/trxb202302190069
摘要：
根际微生物能通过多种途径增强作物对盐胁迫的适应性。为获得能显著提高水稻耐盐性的根际促生菌并探究其应用效果，选择耐盐品种湖南籼和盐敏感品种南粳46两个水稻品种，分别比较了耐盐水稻和盐敏感水稻在自然盐土和灭菌盐土中的生理指标，然后基于16S rRNA基因扩增子测序，通过根系细菌群落差异分析和共现网络分析，鉴定了在耐盐水稻根际富集且与耐盐性相关的关键类群。随后，采用根际微生物宏培养方法从耐盐水稻根际筛选出关键细菌类群的可培养菌株。最后通过盆栽试验评估了菌株增强盐敏感水稻耐盐能力的作用效果。结果表明，自然盐土中耐盐水稻株高和根长均显著高于灭菌土壤中的植株，而脯氨酸含量则显著低于灭菌土壤中的植株，表明耐盐水稻品种根际的微生物群落在增强水稻耐盐能力中具有重要作用。扩增子测序分析发现耐盐水稻品种和盐敏感水稻品种根际微生物群落差异显著，差异分析明确黄杆菌科（Flavobacteriaceae）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae）为耐盐水稻根际富集的关键细菌类群。通过设置盐胁迫下盐敏感水稻发芽试验和苗期水培试验，筛选出普氏假单胞菌P34和大安金黄杆菌C18两株功能菌。最后通过盆栽试验证明C18和P34作为直接接种剂或种子包衣剂均能在盐胁迫下显著促进盐敏感水稻生长。综上，C18和P34具有良好的增强水稻耐盐能力的潜力，可作为开发盐碱地专用的种子包衣及微生物肥料的候选菌剂。
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修复连作大蒜土壤生产力衰退的有机质补偿方案与初步机理
洪华阳, 魏天齐, 周红梅, 任艳云, 马龙传, 苏彦华, 张焕朝
DOI: 10.11766/trxb202303140101
摘要：
针对山东省金乡县品牌大蒜主产区长期连作大蒜田中土壤有机质亏缺和大蒜产量连年衰减的典型问题，以不同比例的有机肥替代化肥作为有机质补偿方案，研究了有机肥替代化肥对大蒜产量和土壤障碍的修复效果。试验选取了大于25年连作历史的代表性田块，以未种植大蒜的麦田作为非连作田块对照，设置常规化肥施肥（CF）、以氮（N）为基准进行有机肥替代化肥25%（M25）、50%（M50）和100%（M100）四个处理。结果表明，在长期大蒜连作土壤中，有机替代处理对大蒜的产量衰退具有显著的当季修复效果，增产幅度可达20%，同时改善了土壤中的氮素养分供应状态和土壤大于2 mm团聚体的比例；其中25%有机替代率（M25）具有较佳的经济效益；而在土壤有机质未出现亏缺的非连作土壤中，有机替代处理并无直接的增产效果。综上,本研究明确了增施有机肥仅在土壤有机质出现明显亏缺的连作大蒜土壤中可通过促进大颗粒土壤团聚体的形成和提升全生育期土壤有效态养分的固持能力,进而对连作大蒜土壤生产力的退化具有显著的修复效果。该研究对缓解连作体系中的类似土壤退化问题和维持土壤生产力的可持续性，具有有益的借鉴作用。
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典型旱作农田土壤氧化亚氮排放的氨氧化微生物相对贡献
DOI: 10.11766/trxb202303250115
摘要：
氨氧化过程对氧化亚氮（N2O）排放具有重要贡献。在不同土壤类型和农田管理下，氨氧化微生物类群对N2O排放的相对贡献组成规律还缺乏系统的研究。本研究选取典型农田耕层土壤（潮土、黑土、砖红壤），以及有机肥改良的砖红壤剖面土壤，采用选择性抑制法（乙炔和辛炔）研究氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌和全程硝化菌（AOA+comammox）以及异养硝化菌对土壤硝化潜势、净硝化速率及N2O排放的相对贡献。结果表明，在耕层土壤中，潮土、黑土和砖红壤的pH分别是8.0、6.7和5.7，硝化潜势分别是N 32.5、6.6和4.8 mg?kg-1?d-1，净硝化速率分别是N 7.1、3.0和0.5 mg?kg-1?d-1，7天N2O累积排放量分别是N 38.0、35.4和8.7 μg?kg-1。AOB主导耕层土壤的硝化潜势，对硝化潜势的贡献分别是82%、58%和100%。对于净硝化速率，在潮土和砖红壤中，AOB和AOA+comammox贡献相当（均在30%~40%），而黑土中由AOB主导（72%）。AOB主导耕层土壤的N2O排放，对N2O排放的贡献分别是72%、92%和58%。在改良的砖红壤剖面土壤中，在0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm，pH分别是7.0、5.5和4.9，硝化潜势分别是N 6.6、2.0和1.1 mg?kg-1?d-1，净硝化速率分别是N 4.1、0.9和0.2 mg?kg-1?d-1，N2O排放分别是N 16.3、6.5和2.8 mg?kg-1?d-1。随土壤由深层至表层，硝化潜势、净硝化速率及N2O排放显著提高。AOA+comammox主导表层硝化潜势及净硝化速率的提高（分别贡献63%和54%），AOB主导N2O排放的增加（贡献54%）。本研究为制定与土壤氨氧化特性及土壤性质相匹配的N2O减排措施提供了新的科学依据。
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土壤温度预报方程研究进展
DOI: 10.11766/trxb202210220581
摘要：
土壤温度（尤其是地表温度）是陆地和大气之间相互作用中关键的物理量，在地球系统中扮演了十分重要的角色。土壤温度预报技术一直是陆面模式、数值天气预报和气候预测中核心科学问题。本文系统回顾了土壤温度预报方程的研究进展，从经典的热传导方程到考虑了土壤水分垂直运动物理过程的热传导-对流方程，从用单一正弦波逼近到用傅里叶级数逼近地表温度日变化，从假设对流参数无日变化为常数到考虑其日变化，着重概述了土壤热传导-对流方程的创建、改进及求解。最后，本文对热传导-对流方程在地表能量平衡、土壤水分垂直运动、水通量和地震、冻土热传输研究中的应用进行了回顾。同时指出，全相态的土壤水和植物根系对热传导-对流方程的影响是土壤温度预报方程未来的研究方向。
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