• 2019年第56卷第6期文章目次
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    • >综述与评论
    • 指纹技术识别泥沙来源:不确定性研究进展

      2019, 56(6):1279-1289. DOI: 10.11766/trxb201812100570

      摘要 (1515) HTML (237) PDF 433.84 K (1609) 评论 (0) 收藏

      摘要:泥沙指纹技术是近年来研究流域泥沙来源与动态变化的一项重要技术方法,其主要局限性在于诸多的前提假设与实践条件的差异带入了一系列不确定性。泥沙从源到汇的迁移过程受自然环境和人为干扰的影响,其源地特征、迁移路径以及泥沙性质的潜在变化等均是指纹技术应用的不确定性因素,而采样方案设计、指纹选择方法、混合模型应用的一些主观因素进一步增加了不确定性的来源。不确定性分析是泥沙指纹技术的重要组成部分,是评估泥沙来源指纹识别结果可靠性的主要依据。本文综述了泥沙指纹技术的诸多不确定性问题以及主要应对方法的研究进展,总结了当前不确定性定量评估的研究现状并提出了未来的研究展望。

    • 有机磷与土壤矿物相互作用及其环境效应研究进展

      2019, 56(6):1290-1299. DOI: 10.11766/trxb201811100553

      摘要 (2077) HTML (657) PDF 1.20 M (2138) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤有机磷是土壤环境中重要的磷组分,其在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、转化、生物有效性以及环境行为。本文主要总结了土壤中典型有机磷在矿物表面的吸附-解吸、溶解-沉淀等反应特性和微观机制,以及有机磷-矿物相互作用对有机磷形态、金属离子界面反应行为,以及矿物胶体化学稳定性与溶解转化的影响等环境效应。土壤有机磷可含多个磷酸基团,相对分子质量大,电荷密度高,通过界面反应与环境矿物发生强烈的相互作用,并影响矿物的电荷性质、共存金属离子的吸附特性、以及胶体化学稳定性。有机磷界面反应特性和机制受矿物类型和结晶度、有机磷相对分子质量、pH、温度和共存离子等因素的影响。有机磷在矿物表面的吸附密度一般随着体系pH、矿物结晶度和有机磷相对分子质量的升高而降低。有机磷一般可在矿物表面形成内圈络合物,某些情况下还存在氢键作用,甚至转化形成表面沉淀。有机磷和金属离子在矿物表面的吸附一般存在协同效应(尤其是在低pH条件下),即金属离子促进了有机磷的吸附,有机磷也促进金属离子的固定;吸附机制因反应体系而异,主要包括形成三元表面络合物和表面沉淀等,多数时候存在多种机制的共同作用。最后讨论了环境中有机磷与矿物相互作用的主要研究热点和方向。

    • >研究论文
    • 水耕人为土有机碳和全氮对水分状况和耕作时间的响应

      2019, 56(6):1300-1308. DOI: 10.11766/trxb201812190421

      摘要 (1509) HTML (209) PDF 750.71 K (1096) 评论 (0) 收藏

      摘要:以我国南方地区数十年至千年尺度的水耕人为土时间序列为研究对象,分析水耕人为土有机碳(SOC)和全氮(TN)对水分状况和耕种时间的响应,阐明不同水分类型水耕人为土的固碳趋势。结果表明,水耕人为土SOC的演变特征和固碳能力受水分状况和起源土壤SOC含量的影响很大。进贤序列(地表水型)在种稻初期SOC的增加主要集中在耕作层,到一定阶段后下层也明显增加。慈溪序列(良水型)SOC只在耕作层累积,种稻50 a内基本达到饱和。中山序列(地下水-良水型)SOC在种稻30 a内达到饱和,之后随地下水位的下降而略有下降。相比之下,宝应序列(地下水-良水型)SOC在种稻5 a内相对稳定,之后在15 a内地下水位明显下降,SOC显著降低。不同水分类型水耕人为土耕作层碳氮比(C/N)随耕种年限的增加均表现出明显的趋同性,高度熟化的水耕人为土耕作层可能存在相近的碳氮耦合平衡。地表水型水耕人为土在300 a内可一直作为相对稳定的农田有机碳汇,但固碳速率偏低。进贤、中山和宝应序列水耕人为土TN的演变特征和其SOC的演变特征基本一致。慈溪序列土壤含有较多的无机氮,TN的演变特征和其SOC的演变特征差异很大。要注意评估无机氮含量高的水耕人为土在长期耕种过程中土壤氮富集或亏损对环境的影响。

    • 河南省成土母质与土壤空间分布多样性的特征

      2019, 56(6):1309-1320. DOI: 10.11766/trxb201810260482

      摘要 (1573) HTML (509) PDF 3.67 M (1553) 评论 (0) 收藏

      摘要:成土母质作为土壤发育的主要形成因素,二者间的关系密切。选取河南省作为研究区,从多样性的角度运用经典的仙农熵测度方法分析成土母质和土壤要素的构成组分多样性、不同母质基础上各土壤分类级别的多样性特征,并运用改进的仙农熵公式研究5 km×5 km网格尺度下不同成土母质对土类空间分布离散程度的影响及不同成土母质和土壤的空间分布多样性特征和相关性。结果表明:(1)成土母质类型虽少,但其构成组分多样性高于土类,这与二者分类系统的分支率有关;(2) 6类母质类型中,残积、坡积物母质面积最大且发育土壤类型最为复杂;15种土壤类型与6类母质之间的关系有一对多、一对一和多对一3种类型;(3) 不同母质上发育的土类的空间分布离散性程度不同,残积、坡积物母质上分布的优势土类为粗骨土,河流冲积物和河湖相沉积物母质上的优势土类分别是潮土和砂姜黑土,洪积物和黄土与红土母质上发育较好的两种土类为黄褐土和褐土,风积物母质上仅发育了风砂土一种土类;(4)潮土和河流冲积物母质分别是是河南省面积最大、空间分布多样性值最高的土类类型和成土母质类型,且成土母质与土类空间分布多样性间存在不同程度的相关性。综上,河南省的6大类成土母质与15种土类的构成组分多样性和空间分布离散性程度存在差异,且二者的空间分布多样性间存在一定的相关性。

    • 样点数量与空间分布对县域尺度土壤属性空间预测效果的影响

      2019, 56(6):1321-1335. DOI: 10.11766/trxb201811210470

      摘要 (1480) HTML (276) PDF 19.31 M (934) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确样点数量和空间分布对土壤属性空间预测的影响,有助于科学制定土壤采样策略、有效提高土壤空间预测精度。从5 403个土壤样点中随机抽取验证数据集以及包含不同样点数量的训练数据子集(每个子集包括五种样点空间分布实例),在研究区表层土壤有机质含量普通克里格(Ordinary Kriging, OK)和反距离加权(Inverse Distance Weighted, IDW)插值结果的基础上,分析和探讨样点数量与空间分布对土壤空间预测效果的影响。结果显示,当样点数量从5 000降至39个时,OK和IDW插值图的局部变异信息逐渐减少,基于20和10个样点的插值图存在失真畸变。当样点数量从5 000降至1 250个时,OK插值精度相近(r变幅为0.55~0.59、RMSE变幅为3.03~3.15);从样点数量减少至625个开始,OK插值精度明显下降,同一训练子集不同样点空间分布的插值精度分异明显。IDW插值精度随样点数量与空间分布的变化与OK插值相似,不同的是从1 875个样点开始出现插值精度的明显下降和不同空间分布插值精度的明显分异。在插值图发生失真畸变之前,OK平均插值精度大于IDW。研究结果表明,样点数量及空间分布均可在不同程度上影响土壤属性空间预测结果,当样点数量足够多时,样点数量和空间分布对预测结果的影响非常有限;当样点数量减少至一定程度时,随着样点数量的减少,空间预测图的局部变异信息逐渐减少,预测精度逐渐下降,同时样点空间分布对预测结果的影响开始凸显;在空间预测结果发生失真畸变之前,与OK相比,IDW插值精度较低且更早响应样点数量和空间分布的变化。

    • 不同质地重塑土坡面水沙定量关系研究

      2019, 56(6):1336-1346. DOI: 10.11766/trxb201812270440

      摘要 (1536) HTML (205) PDF 1.58 M (1013) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定不同质地重塑土坡面水力学参数与土壤侵蚀速率间的定量关系,采用模拟径流冲刷动床试验的方法,对不同质地坡面的土壤侵蚀速率进行了研究,建立了土壤侵蚀速率与水力学参数、土壤性质间的定量关系。结果表明:(1)土壤侵蚀速率与坡度和流量关系密切,且坡度对土壤侵蚀速率的影响更大;土壤质地对土壤侵蚀速率具有明显的影响,相同试验条件下使土壤侵蚀速率呈现“单峰状”分布,在50%含沙量的坡面最大;(2)细沟平均沟深、断面宽深比与土壤侵蚀速率之间具有极显著的相关关系(r=-0.865,P<0.01),可以作为反映坡面侵蚀产沙程度的指标;(3)单位水流功率是描述土壤侵蚀速率的最佳水力学参数(r=0.911,P<0.01),幂函数可以很好地表达两者之间的定量关系(Dr =49.96Pr2.07R2=0.795);(4)考虑到土壤性质对坡面侵蚀的影响,在单位水流功率与土壤侵蚀速率的定量关系中引入了土壤黏聚力,进一步提高了定量关系的可靠性(Dr =165.22Pr2.36 C -0.44R2=0.816),由于方程中参数获取的相对简便,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。

    • 矿区排土场边坡不同植被配置模式的控蚀效益研究

      2019, 56(6):1347-1358. DOI: 10.11766/trxb201806260346

      摘要 (1299) HTML (390) PDF 1.39 M (1057) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同植被配置模式对露天煤矿排土场边坡径流产沙的影响。以内蒙古永利煤矿恢复4 a的排土场边坡为研究对象,采用原位放水冲刷试验方法。以裸坡(BS)为对照,研究了递增型放水流量(5-10-15-20 L•min-1)条件下内蒙古永利煤矿排土场边坡不同植被配置模式(上坡冰草(面积占比30%)+下坡沙蒿(70%),C3H7;上坡冰草(70%)+下坡沙蒿(30%),C7H3;冰草,QC;冰草和沙棘混合配置,CG)的减水减沙效益。结果表明:(1)流量递增初期(0~9 min),径流率与侵蚀速率急剧增大,后波动减小。随着放水流量的递增,坡面径流率随产流历时的延长呈阶梯式增长,相对于首次放水流量(5 L•min-1)冲刷时,流量增大至10、15、20 L•min-1防护坡面与未防护径流率差异缩小。侵蚀速率随放水流量的变化较径流率的变化趋势减小,且后期较大流量下,坡面侵蚀速率有下降趋势;(2)C3H7、C7H3、QC、CG配置模式坡面的减水和减沙效益分别为31.99%、18.72%、15.29%、34.36%和81.28%、87.29%、84.80%、58.73%。“冰草-沙棘(CG)”配置坡面和“冰草-沙蒿(C7H3)”配置坡面分别具有最优的减水效益和减沙效益;(3)坡面不同根系植被混合搭配时的减水减沙效益高于单一根系植被防护坡面,直根系与须根系植被合理配置具有更好的防护效果;(4)各坡面侵蚀速率和径流率呈极显著的幂函数(BS、C3H7、QC、CG)和线性(C7H3)关系。(5)坡面各植被配置模式在该区能较好地抵御持续暴雨径流的冲刷袭击。研究结果可为矿区合理进行生态恢复提供依据。

    • 土壤表面电场对黄土母质发育土壤水分入渗特性的影响及模拟

      2019, 56(6):1359-1369. DOI: 10.11766/trxb201809110457

      摘要 (1322) HTML (216) PDF 747.47 K (860) 评论 (0) 收藏

      摘要:水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设主要的限制因子。土壤水分入渗过程不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,团聚体破碎后土壤孔隙将发生重要变化,并影响水分入渗过程。然而,目前关于土壤电场作用对黄土母质发育土壤水分入渗过程的影响尚不清楚,同时考虑表面电场作用后经典土壤水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此,本研究采用室内一维定水头土柱模拟试验,通过定量调控土壤表面电场,研究了不同土壤电场强度对水分入渗速率、湿润锋运移、累积入渗量的影响,并采用Kostiakov模型和Philip模型对土壤水分入渗过程进行拟合。结果表明:(1)湿润锋运移速度、入渗速率和累积入渗量均随入渗电解质浓度的减小、表面电位(绝对值)和电场的增大而降低,这表明土壤表面电场对土壤水分入渗具有重要的、不可忽略的影响。(2)当电解质浓度 < 0.01 mol•L-1,塿土和褐土的电位绝对值大于233 mV和223 mV时,土壤水分入渗特性参数随时间的变化曲线较为接近,表明233 mV和223 mV分别是影响两种土壤水分入渗过程的临界电位值。(3)Kostiakov模型和Philip模型对于塿土和褐土入渗过程的模拟均有较好的适用性,但通过进一步分析其拟合统计特征值(决定系数R2、残差平方和、均方根误差RMSE值),发现Kostiakov模型的拟合结果更优。该研究结果可为黄土高原土壤水分入渗的内部调控新技术提供理论参考。

    • 不同耕作方式对砂姜黑土物理性质和玉米生长的影响

      2019, 56(6):1370-1380. DOI: 10.11766/trxb201902280624

      摘要 (1755) HTML (0) PDF 770.49 K (1198) 评论 (0) 收藏

      摘要:砂姜黑土结构不良是影响其生产力的主要限制因子。为改良其土壤结构,基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作定位试验基地,设置免耕、旋耕、深松和深翻四种处理,研究不同耕作方式对砂姜黑土0 ~ 40 cm土层土壤物理结构、玉米根系发育及其产量的影响。结果表明:1)在玉米生育期内,免耕处理下0 ~ 40 cm土壤平均容重和紧实度分别为1.52 ~ 1.57 g•cm-3和926 ~ 1 748 kPa,高于其他耕作处理;0 ~ 10 cm土层有效水分库容和饱和导水率低于其他耕作处理,分别仅为0.12 cm3•cm-3和3.5×10-5 mm•min-1;根系发育受到明显抑制,根长密度和根干物质的量密度较其他耕作方式分别降低42.5% ~ 117%、35% ~ 73.9%;2016—2017周年作物产量较深松和深翻降低8% ~ 12%。2)与旋耕和深松相比,深翻处理下10 ~ 20 cm土壤容重和10 ~ 30 cm土壤穿透阻力分别降低至1.39 ~ 1.51 g•cm-3和725 ~ 1 575 kPa,0 ~ 10 cm土壤饱和导水率显著提高至4.15×10-2 mm•min-1,0 ~ 20 cm土壤有效水分库容提高至17.9% ~ 18.4%,促进了0 ~ 10 cm土层根系发育,具有较好的增产效果。3)相关分析表明根长密度与土壤容重(r = -0.74**,P < 0.01)和穿透阻力(r = - 0.73**,P < 0.01)呈极显著负相关关系。综上所述,深翻改良砂姜黑土结构效果明显,有利于作物生长,为该区较适宜的耕作模式。

    • 蒙脱石-氧化铁复合体的表征及其对不同形态磷的吸附特性

      2019, 56(6):1381-1389. DOI: 10.11766/trxb201902150626

      摘要 (1434) HTML (0) PDF 2.81 M (1280) 评论 (0) 收藏

      摘要:制备了蒙脱石-针铁矿复合体(Mt-Goe)和蒙脱石-非/弱晶质氧化铁复合体(Mt-HFO),研究了它们的结构、表面性质及其对无机磷酸盐(Pi)和植酸(IHP)的吸附特性。结果显示,Mt-Goe中少量羟基铁离子进入了蒙脱石晶层间导致其层间距增大,针铁矿颗粒较好地包被在蒙脱石外表面;Mt-HFO中蒙脱石层间则发生了Fe3+水解,生成了(羟基)铁氧化物,并在蒙脱石表面形成非晶质氧化铁颗粒。蒙脱石、Mt-Goe和Mt-HFO的比表面积分别为258.7、185.4和226.4 m2 ?g-1 ,其表面分形度、等电点和表面羟基含量均依次升高,pH5.5时的表面Zeta电位分别为-46.1、-13.6和-19.4 mV。3种样品对Pi和IHP的吸附模式以匀质性表面单层吸附为主,Langmuir饱和吸附量(qmax)和吸附亲和力均表现为由大到小依次为Mt-HFO、Mt-Goe、蒙脱石。3种样品对Pi和IHP的动力学吸附过程适合用准二级动力学模型描述,其速率常数由小到大依次为Mt-HFO、Mt-Goe、蒙脱石。与吸附Pi相比,3种样品吸附IHP的动力学速率常数明显减小,吸附量明显增大;Mt-HFO对IHP的吸附速率尤其缓慢,而吸附量远大于对Pi的吸附量。

    • 田块尺度上的农田土壤Cd污染分布不均匀性

      2019, 56(6):1390-1400. DOI: 10.11766/trxb201902180052

      摘要 (1325) HTML (0) PDF 654.15 K (1213) 评论 (0) 收藏

      摘要:长江三角洲地区存在田块尺度上农田土壤Cd污染分布不均匀的现象。相关土壤环境地球化学调查结果显示,当土壤Cd>1.0 mg.kg-1时,其田块中土壤Cd分布存在显著空间差异性。在一块面积不足0.13 hm2的田块内土壤Cd含量最大可相差几十倍,且同时存在轻度、中度、重度污染。长条状田块土壤中Cd污染分布有近似的指数衰减趋势,距离源头最近地段土壤Cd污染最严重。旱地较水田土壤中Cd污染分布更不均匀。Cd污染分布不均匀主要表现在田块的水平方向上,在田块土壤垂直方向上Cd污染主要聚集在表层20 cm以上土层。与Cd相反,Cu、Pb、Zn、As、Cr等重金属在田块土壤中则以相对均匀分布为主。微地貌的差异、人工干扰不均衡等是导致田块土壤Cd污染分布不均匀的主要原因。

    • 20年持续施钾对烤烟/油菜轮作土壤钾素Q/I关系的影响

      2019, 56(6):1401-1413. DOI: 10.11766/trxb201811200543

      摘要 (1245) HTML (0) PDF 866.16 K (793) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究长期施钾下烤烟/油菜轮作土壤钾素供应能力变化特征及其机制,为农田合理施用钾肥和农业土壤发生发育的研究提供科学依据。烤烟/油菜轮作下选取连续20 a烤烟季施钾量0、187.5和375 kg·hm-2 处理,测算其土壤钾素表观平衡(Kab )以及土壤钾素容量和强度关系曲线(Q/I曲线)的土壤钾素平衡活度比(ARe)、土壤活性钾(KL)、非专性活性钾(-ΔK0)、专性活性钾(Kx)、土壤钾位缓冲容量(PBC)、K+与Ca2++Mg2+交换自由能(-ΔG)等参数,以及速效钾(Kav)、缓效钾(Knex)、K+饱和度(KS)、黏土矿物组分等土壤性质,分析Q/I曲线参数变化及其与土壤理化性质变化之间的关系。结果表明,经过20 a定位试验后,ARe在0.38×10-3 ~8.91×10-3 (mol·L-10.5 之间,-ΔK0在0.02~0.55 cmol·kg-1 之间,KL在1.61~2.16 cmol·kg-1 之间,KX在1.06~2.14 cmol·kg-1 之间,PBC在6.20~7.76 cmol·kg-1 (mol·L-1)-0.5之间,-ΔG在11.70~19.72 kJ·mol-1之间。持续施钾土壤的ARe、-ΔK0较不施钾土壤显著增大,KL、KX、PBC、-ΔG较不施钾土壤显著减小。ARe、-ΔK0与Kav、Knex、KS、Kab呈极显著正相关,KL、KX、PBC、-ΔG与Kav、Knex、KS、Kab呈极显著负相关。土壤钾素Q/I曲线参数彼此之间显著相关。上述指标可被整合成一个主成分指标,不施钾肥土壤的主成分指标值显著大于施钾肥土壤。施钾肥土壤的活性钾主要保持在黏土矿物晶体的契形边缘点位,植物有效性较高,不施钾肥土壤的活性钾主要保持在黏土矿物晶体的层间点位,植物有效性降低。不施钾肥土壤的蛭石含量高于施钾土壤,而伊利石含量小于施钾土壤。综上,土壤钾素Q/I参数ARe、-ΔK0、KL、KX、PBC和-ΔG可作为土壤供钾能力指标,土壤钾素表观平衡驱动了土壤钾素Q/I曲线形状与参数分异、土壤供钾能力分异及土壤黏土矿物变化,施钾肥量越大、土壤钾素盈余越大,土壤供钾能力越强。长期钾素亏缺下,矿物钾转化为专性活性钾的速率大于专性活性钾释放成非专性活性钾的速率。长期钾素亏缺导致伊利石向蛭石转化。

    • 地下水位和长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化特征的影响

      2019, 56(6):1414-1424. DOI: 10.11766/trxb201810230472

      摘要 (1453) HTML (0) PDF 686.38 K (1006) 评论 (0) 收藏

      摘要:以1982年开始的长期定位试验红壤性水稻土为对象,采用室内模拟培养试验方法,对耕层土壤有机碳矿化特征进行分析,以探究两个地下水位(20 cm、80 cm)下,长期不同施肥处理(高量有机肥 + 化肥(2/3OM)、常量有机肥 + 化肥(1/3OM)、单施化肥(NPK))红壤性水稻土有机碳矿化特征和差异。结果表明,较高的地下水位有利于土壤有机碳累积,提高长期施有机肥的土壤有机碳矿化速率,增加有机碳累积矿化量和潜在可矿化有机碳量,降低长期施用化肥的土壤有机碳累积矿化率。长期不同施肥的土壤有机碳矿化特征在不同地下水位条件下变化明显,2个地下水位的土壤有机碳含量、土壤有机碳矿化速率及有机碳累积矿化量高低排序均表现为:2/3OM>1/3OM>NPK;20 cm地下水位长期施用2/3OM和1/3OM土壤有机碳累积矿化率分别较NPK高出53.32%(P<0.05)、15.44%,80 cm地下水位则分别低出5.56%、17.95%(P<0.05);20 cm地下水位2/3OM和1/3OM处理的土壤潜在可矿化有机碳量(C0)显著高于NPK处理,而80 cm地下水位C0表现为1/3OM处理显著低于NPK处理;地下水位对相同施肥处理土壤有机碳周转常数(k)影响不明显,而在同为80 cm的地下水位条件下,长期施用有机肥可显著提高k。因此,长期不同施肥对红壤性水稻土有机碳累积矿化率、潜在可矿化有机碳量及周转常数的影响在不同地下水位条件下发生变化。

    • 若尔盖高寒沼泽湿地退化过程中土壤有机氮组分的演变特征

      2019, 56(6):1425-1435. DOI: 10.11766/trxb201812240572

      摘要 (1386) HTML (386) PDF 1.06 M (1060) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确湿地退化过程中土壤有机氮组分的变化及其生物有效性,采用实地采样调查、室内分析与数理统计法,研究若尔盖自然湿地保护区内相对原生沼泽(RPM)向轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)退化过程中土壤有机氮组分的演变特征及与有效氮的耦合关系。结果表明,当沼泽发生中度、重度退化时,土壤全氮(TN)含量分别降低33.4%~77.8%、69.4%~93.7%(P<0.05),碱解氮(AN)含量分别降低36.8%~80.2%、57.6%~82.2%(P<0.05)。4类湿地土壤的酸解氨态氮、氨基酸态氮、未知态氮含量均按RPM、LDM、MDM、HDM的顺序降低。与RPM相比,HDM土壤酸解氨态氮与未知态氮含量分别降低66.3%~70.8%、62.2%~78.4%(P<0.05),MDM和HDM土壤氨基酸态氮含量分别降低47.2%~68.6%、85.7%~86.7%(P<0.05)。氨基糖态氮含量随着湿地退化先升高后降低。随着湿地退化程度的加剧,氨基糖态氮与酸解氨态氮占全氮的比例上升,而氨基酸态氮的比例下降。酸解氨态氮和未知态氮分别是影响RPM和HDM土壤碱解氮含量的主要有机氮组分,LDM与MDM土壤碱解氮含量却主要受有机氮组分中氨基酸态的控制。若尔盖湿地退化降低了土壤全氮及酸解组分氮含量,减弱了土壤氮“汇”功能,改变了有机氮组分对氮素有效性的贡献。

    • 有机物料对灌漠土结合态腐殖质及其组分的影响

      2019, 56(6):1436-1448. DOI: 10.11766/trxb201811280536

      摘要 (1279) HTML (219) PDF 751.93 K (1211) 评论 (0) 收藏

      摘要:为查明不同有机物料的土壤培肥效果,通过持续7 a的定位试验,研究了长期不施肥(CK)、仅施化肥氮磷(NP)、70%NP+牛粪(NF)、70%NP+猪粪(ZF)、70%NP+鸡粪(JF)、70%NP+沼渣(ZZ)、70%NP+菌渣(JZ)和70%NP+污泥(WN)对灌漠土结合态腐殖质及其组分的影响。结果表明,施有机物料处理土壤有机碳含量和储量较对照(CK)和常规施肥(NP)均显著(P< 0.05)增加,但增幅有差异,鸡粪和污泥处理增幅最高,其次为猪粪。牛粪、猪粪和污泥处理游离态有机碳含量显著高于对照和常规施肥,而猪粪、鸡粪、菌渣、沼渣和污泥处理结合态腐殖质含量较对照和常规施肥显著(P<0.05)增加。6种有机物料处理土壤结合态腐殖质的胡敏酸(HA)含量较对照和常规施肥均显著(P<0.05)增加,而仅有菌渣对土壤松结态腐殖质影响不显著,但施菌渣和沼渣土壤稳结态腐殖质含量较对照和常规施肥显著增加(P< 0.05)。施鸡粪、沼渣和污泥土壤紧结合态腐殖质和富里酸含量较对照和常规施肥显著增加(P<0.05),而胡敏素含量仅有牛粪和鸡粪处理较对照处理显著增加(P<0.05)。综上,有机物料种类显著影响土壤游离态有机碳、结合态有机碳含量、腐殖质结合形态及其组分,进而影响土壤有机碳含量。猪粪、鸡粪和污泥的土壤培肥效果较好,而牛粪、菌渣和沼渣的效果略差。

    • 模拟氮沉降下施石灰对休耕红壤优势植物根际土壤微生物群落的影响

      2019, 56(6):1449-1458. DOI: 10.11766/trxb201808260218

      摘要 (1471) HTML (314) PDF 714.04 K (1410) 评论 (0) 收藏

      摘要:氮沉降引起红壤酸化加剧和土壤生态系统功能退化。采用休耕植物自然演替恢复土壤生物多样性和生态系统功能;同时,针对氮沉降造成的土壤酸化,通过施石灰来调控土壤pH,以期加速土壤生态恢复进程。土壤微生物群落结构的改变能够指示土壤恢复措施的影响。为探究氮沉降背景下,石灰施用措施对休耕红壤生态功能的恢复效果,以高强度农作休耕地上最初出现的优势植物狗尾草(Setaria viridis (L.) Beauv)根际为研究对象,研究模拟氮沉降(0 kg•hm-2,45 kg•hm-2和90 kg•hm-2)下施石灰(0 kg•hm-2和110 kg•hm-2)对根际土壤微生物群落的影响。结果表明,模拟氮沉降降低了各类群微生物磷脂脂肪酸(PLFA)量、革兰氏阴/阳性细菌比及香农多样性指数。在没有额外施氮的处理中,施石灰降低了各类群微生物PLFA量。而氮和石灰交互作用下,各类群微生物PLFA量均随氮沉降量增加而增加。结构方程模型显示,石灰对微生物群落的影响最为强烈;模拟氮沉降和施石灰通过综合影响土壤pH、养分有效性及植物—微生物养分竞争而改变微生物群落结构和多样性。总之,模拟氮沉降下施用石灰措施能够改善休耕红壤生境,降低因氮沉降造成的酸化对根际微生物群落的危害,加速土壤生态系统恢复。

    • 长期三水平磷肥施用梯度对砂姜黑土细菌群落结构和酶活性的影响

      2019, 56(6):1459-1470. DOI: 10.11766/trxb201805080149

      摘要 (1746) HTML (309) PDF 822.99 K (1495) 评论 (0) 收藏

      摘要:磷素缺乏是砂姜黑土区作物生产的重要限制因子,然而不同磷肥施用量如何影响微生物群落结构尚不清楚。以安徽蒙城氮磷钾肥肥效长期定位试验为平台,选取P0(不施磷肥)、P1(P2O5 45 kg•hm-2)和P2(P2O5 90 kg•hm-2)三个磷肥施用梯度,明确土壤理化性质、土壤酶活性及细菌群落结构之间关系。研究表明长期施用磷肥显著提升土壤肥力:与P0相比,P2处理土壤有机碳、可溶性有机碳、全磷、有效磷和铵态氮分别增长10.33%、31.36%、40.00%、384.19%和79.49%。变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)是砂姜黑土中的优势菌,相对丰度分别为40.16%、19.75%和14.91%。长期施用磷肥可显著提高细菌多样性,改变细菌群落结构:P1和P2处理中的香农指数分别较P0处理提高2.49%和4.52%;具有溶磷作用的3个门(放线菌门、浮霉菌门(Planctomycetes)和拟杆菌门(Bacteroidetes))和3个属( TerracoccusFlavisolibacterArthrobacter)相对丰度随磷肥施入而显著升高,而一些寡营养型细菌(绿弯菌门(Chloroflexi)和疣微菌门(Verrucomicrobia))、具有反硝化作用(KaistobacterRhodanobacter)和固氮作用(BradyrhizobiumBurkholderia)的细菌相对丰度则在P2处理中显著降低。主坐标和多元回归树分析表明可溶性有机碳和全磷是导致不同磷肥处理中细菌群落结构差异的主要因素。β-葡糖苷酶、蛋白酶和脱氢酶等活性均随磷肥施入量增加而显著升高,酸性磷酸酶活性则没有显著变化。上述四种酶活性均与拟杆菌门、Flavisolibacter属等在施磷处理中富集的微生物成显著正相关。以上结果表明长期施用磷肥导致的土壤理化性质变化驱动土壤细菌群落变化,从而提高与碳氮循环转化相关微生物活性,其中可溶性有机碳和全磷是导致细菌群落结构改变的关键理化因子。

    • 秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

      2019, 56(6):1471-1481. DOI: 10.11766/trxb201901290650

      摘要 (1362) HTML (246) PDF 3.10 M (939) 评论 (0) 收藏

      摘要:为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism, T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量 (P<0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate, PNR)分别为0.58、0.49 μg·h-1·g-1(以NO2-计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40 μg·h-1·g-1)差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P<0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27 μg·h-1·g-1),显著高于CK和S处理(P<0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH4+浓度和土壤容重显著相关(P<0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌 Nitrosospira 簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。

    • 植物秸秆腐解特性与微生物群落变化的响应

      2019, 56(6):1482-1492. DOI: 10.11766/trxb201810210315

      摘要 (1541) HTML (333) PDF 587.62 K (1683) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用网袋法探讨不同新鲜秸秆在农田土壤的腐解特征,结合Biolog微平板技术,对不同秸秆处理中土壤微生物群落多样性进行了研究。结果表明,随着腐解时间的增加,新鲜秸秆的残留率波动不大,秸秆的腐解速度为玉米秸秆大于大豆秸秆。整个腐解时期,不同秸秆处理中土壤微生物群落的平均颜色变化率 AWCD 值由高到低依次为FCN(新鲜玉米秸秆+氮)、FC(新鲜玉米秸秆)、FB(新鲜大豆秸秆),说明玉米不同秸秆处理中土壤微生物群落的密度大、稳定性好,大豆秸秆处理中土壤微生物群落相对密度小,稳定性差,3种不同秸秆处理中土壤微生物的AWCD值之间没有显著差异(P>0.05),但不同秸秆类型与腐解时间的交互作用之间的差异达到极显著水平(P<0.01)。3种不同秸秆处理中土壤微生物的优势种群主要以糖类和多聚物为主,在腐解中后期难分解物质逐渐累积,均表现为对芳香化合物的利用最弱。3种秸秆的腐解残留率与土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾、土壤温度、氨基酸、多胺类的碳源利用方面影响较大,土壤含水量和秸秆含水量的高低在一定程度上影响不同秸秆的腐解残留率。

    • 再植枸杞根际真菌群落对长期连作的响应研究

      2019, 56(6):1493-1503. DOI: 10.11766/trxb201807020355

      摘要 (1237) HTML (190) PDF 647.81 K (1085) 评论 (0) 收藏

      摘要:受枸杞自身种植特点和道地产区土地资源限制,连作障碍已成为制约宁夏枸杞产业可持续发展的主要因素之一,导致严重的经济损失和生态问题。前期研究表明,连作能够显著影响再植枸杞根际土壤细菌的群落结构和多样性,但就连作对真菌群落结构和功能的影响目前仍不清楚。本文利用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,研究连作对再植枸杞根际真菌群落丰度及多样性的影响。实时荧光定量PCR分析表明,与对照样地相比,连作显著促进再植枸杞根际及非根际土壤中细菌和真菌的丰度。但连作对真菌的促进作用明显高于细菌,导致细菌/真菌比例失衡,使再植枸杞根际及非根际土壤微生物环境偏向于真菌型。对测序结果的分析发现,所测定样地中枸杞根际及非根际土壤中的优势真菌门分别为子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门及球囊菌门,其中连作地再植枸杞根际子囊菌门的相对丰度较对照样地显著降低,而接合菌门的相对丰度则显著增加(P <0.05)。FUNGuild真菌功能预测也证实连作显著抑制再植枸杞根际土壤丛枝菌根真菌的相对丰度(P <0.05)。基于距离的冗余分析(db-RDA)结果表明,土壤pH、电导率、硝态氮和有效磷含量是影响枸杞根际土壤真菌群落变化的主要因子(P <0.05),而土壤硝态氮和有效磷含量则是解释非根际土壤真菌群落变化的主要因子(P <0.05)。这些结果说明长期施用化肥可能是改变连作地再植枸杞根际土壤真菌群落结构及枸杞-真菌互作关系的主要因素之一。这一研究结果为理解枸杞连作障碍的形成机制提供理论基础。

    • 采伐残余物不同处理方式对杉木幼林土壤有机碳组分和相关酶活性的影响

      2019, 56(6):1504-1513. DOI: 10.11766/trxb201812110500

      摘要 (1647) HTML (433) PDF 648.38 K (1359) 评论 (0) 收藏

      摘要:对福建三明格氏栲自然保护区40多年生杉木成熟林的采伐残余物进行保留(Residue retained, RR)、清除(Residue removed, R)、火烧(Residue burnt, RB)处理,种植杉木三年后不同土层(0~10 cm和10~20 cm)土壤有机碳组分及相关酶活性进行研究。结果表明,(1)RR处理显著提高土壤有机碳及各组分的含量,在0~10 cm土层RR处理土壤有机碳含量(24.74 g·kg-1)显著高于R(13.43 g·kg-1)和RB处理(20.14 g·kg-1);R处理土壤有机碳的活性指数(土壤有机碳活性组分占土壤总有机碳的比例)(43.5%)显著高于RR(32.6%)和RB(36.1%)处理(P<0.05),RR和RB处理土壤有机碳的难降解指数(67.4%和64%)分别为R处理(56.52%)的1.2倍和1.1倍,但 RR和RB处理间土壤有机碳难降解指数差异不显著(P>0.05)。(2)在10~20 cm土层,RR和RB处理土壤有机碳含量(20.54 g·kg-1和16.84 g·kg-1)差异不显著(P>0.05),但明显高于R处理(10.8 g·kg-1)。RR处理的土壤有机碳活性指数最低,难降解指数最高。同一处理不同土层土壤有机碳的活性指数大小均表现为10~20 cm高于0~10 cm,而10~20 cm土壤有机碳的难降解指数却低于0~10 cm。(3)RR处理土壤中β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、过氧化物酶(PER)活性高于RB和R处理。RR处理0~10 cm土层土壤的β-葡糖苷酶和纤维素水解酶活性显著高于10~20 cm土层(P<0.05)。RB处理0~10 cm土层仅有纤维素水解酶活性明显高于10~20 cm土层,R处理两土层间3种酶活性差异均不显著(P>0.05)。(4)相关性分析表明,β-葡糖苷酶、纤维素水解酶活性分别与土壤活性组分I(LP I)、活性组分II(LP II)呈显著正相关,而过氧化物酶活性与难降解组分(RP)显著相关。可见RR处理对提高土壤有机碳的含量和稳定性具有积极影响,同时有利于提高土壤养分有效性和土壤质量。

    • >研究简报
    • 基于1:5万土壤数据库的太湖地区水稻土全氮含量动态变化研究

      2019, 56(6):1514-1525. DOI: 10.11766/trxb201809180422

      摘要 (1321) HTML (238) PDF 2.86 M (1186) 评论 (0) 收藏

      摘要:准确评估农田土壤全氮含量变化是有效制定农业管理措施的基础。选择太湖地区37个县(市、区)2.32 M hm2水稻土为研究对象,以1982年第二次土壤普查的1 096个和2000年“973”项目的1 393个表层样点建立1:5万高精度土壤数据库为基础,定量化该地区近20年来水稻土全氮含量的动态变化。结果表明:1982—2000年太湖地区水稻土全氮含量上升了0.21 g•kg-1,氮素富集效应明显。其中,脱潜型水稻土全氮含量上升最多,增幅达17.0%,而潜育型水稻土有所下降,降幅为26.2%。从不同土区来看,低山丘陵土区全氮含量上升最多,增幅达31.8%,而太湖平原土区变化幅度最小,增幅仅为9.8%。从不同行政区来看,安吉县、长兴县、川沙县、闵行区、余杭县和崇明县全氮含量增长幅度均超过40%,而吴县、青浦县、嘉善县和丹阳县均有所下降。总体来看,太湖地区水稻土全氮含量空间动态变化差异很大,今后根据不同土壤类型、土区和行政区氮素富集程度适当减少氮肥施用量,以防止氮素流失造成的水体富营养化风险是十分必要的。

    • 旱地转变为稻田对关键带红壤剖面土壤团聚体碳含量的影响

      2019, 56(6):1526-1535. DOI: 10.11766/trxb201806200338

      摘要 (1296) HTML (266) PDF 512.73 K (930) 评论 (0) 收藏

      摘要:在红壤关键带江西鹰潭孙家小流域观测站选取花生旱地、新稻田(< 30 a)及老稻田(> 200 a)3个典型剖面(0~120 cm),按照30 cm的土层间隔自下而上地采集剖面样品,采用湿筛法逐级提取了粒级为> 250 μm、250~53 μm及< 53 μm团聚体的样本,分析各粒级团聚体的全碳含量及其对土壤全碳贡献率的变化,探讨铁铝氧化物与团聚体碳含量的相关关系。结果表明:红壤关键带的花生旱地和新、老稻田剖面土壤中250~53 μm团聚体所占比例高达41.9%~58.2%;花生旱地向新、老稻田转换的过程中,剖面土壤> 250 μm团聚体的比例呈现出“低-高-低”的变化趋势,250~53 μm团聚体的比例呈现出“高-低-低”的变化趋势,而< 53 μm团聚体的比例呈现出“低-低-高”的变化趋势;从旱地转为稻田,尤其是长期的水耕熟化作用会使各土层土壤及大小粒级团聚体的全碳含量显著增加,且无定形氧化铁的形成对红壤旱地和老稻田的全碳含量有重要影响;三个剖面的土壤全碳含量均随着剖面呈现出先快速降低,后趋于平稳的变化规律,但较深土层中< 53 μm团聚体对老稻田新增加的全碳贡献最大。

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