• 2020年第57卷第1期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 土壤与人体健康

      2020, 57(1):1-11. DOI: 10.11766/trxb201907200376

      摘要 (3103) HTML (2043) PDF 547.13 K (3330) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤可以通过多条途径对人体健康产生正面或负面的影响。本文从土壤通过食物链提供人体必需的矿质营养、人体来自于土壤-食物链的有害重金属暴露、以及土壤中抗生素抗性基因传播等方面探讨土壤与人体健康的关系。土壤对人体健康的影响具有非均等性,贫困地区与低收入群体往往更容易受到土壤对人体健康的负面影响。在未来人口增长与全球气候变化双重压力下,土壤与人体健康的关系将变得更为突出。本文还提出了消减土壤对人体健康负面影响的一些干预措施选项及未来的研究方向。

    • >综述与评论
    • 南方红壤丘陵区林下水土流失防治研究进展

      2020, 57(1):12-21. DOI: 10.11766/trxb201901080614

      摘要 (1944) HTML (414) PDF 493.50 K (1508) 评论 (0) 收藏

      摘要:林下水土流失是南方红壤丘陵区一种典型的水力侵蚀现象,不仅造成林地土壤质量下降,影响林地生产力,而且破坏了当地生态环境,阻碍了区域经济发展。首先分析了南方红壤丘陵区林下水土流失的成因,总结了当前林下水土流失防治研究进展,深入探讨林下水土流失防治措施在水土保持、提高土壤肥力和促进植被生长方面的作用和适用范围,进而指出当前红壤丘陵区林下水土流失防治研究存在的不足,最后对未来林下水土流失防治进行了展望。建议创新林下水土流失治理模式,形成综合性防治技术体系,加强对林下水土保持措施实施的技术指导,构建林下水土流失防治措施综合评价指标体系,为南方红壤丘陵区的林下水土流失防治措施的筛选和应用提供科学依据。

    • 基于不同分析方法研究磷酸根在矿物表面吸附机制的进展

      2020, 57(1):22-35. DOI: 10.11766/trxb201901280573

      摘要 (1863) HTML (2217) PDF 1.10 M (1890) 评论 (0) 收藏

      摘要:磷素是植物生长必需的营养元素,也是联系生态系统中生物与非生物作用的关键元素。对磷酸根在矿物表面吸附反应机制的深入认识,有助于了解其在陆地和水环境中的形态、迁移、转化和生物有效性。本文主要综述了磷酸根在常见(土壤)矿物表面吸附机制的研究进展。各种分析技术或方法,如OH-释放量分析、Zeta电位分析(电泳迁移率测试)、等温滴定量热法、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振波谱、X射线吸收光谱、表面络合模型、量子化学计算等,均以不同方式揭示磷酸根在不同矿物体系的吸附机制。磷酸根在矿物(尤其是铁、铝氧化物)表面的吸附通常伴随着水基和羟基的交换。一般认为磷酸根在矿物表面主要形成双齿双核、单齿单核内圈络合物,且受pH的影响较大。pH以及磷酸根在矿物表面的吸附密度影响内圈络合物的质子化状态。在低pH、高磷浓度、较高反应温度、较长吸附时间,以及弱晶质矿物吸附等条件下矿物表面吸附的磷可在矿物表面转化形成含磷的表面沉淀,造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低。最后展望了磷酸盐在矿物-水界面吸附有关的研究热点和方向。

    • 粪肥施用土壤抗生素抗性基因来源、转移及影响因素

      2020, 57(1):36-47. DOI: 10.11766/trxb201903110049

      摘要 (1677) HTML (637) PDF 1.32 M (1554) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着新型抗生素开发速度的不断下降以及抗性基因(Antibiotic resistant genes, ARGs)的快速出现和传播,细菌抗药性和ARGs对公共健康存在威胁,被公认为当前全球亟待解决的难题。虽然土壤本底存在ARGs,但畜禽粪便施用等人类活动加速了ARGs在土壤环境中的扩散和传播。粪肥施入土壤后,其对土壤微生物的抗性选择压力及基因水平转移导致的ARGs扩散转移将持续存在。畜禽粪便中的抗性细菌所携带的ARGs、土壤中抗生素累积导致微生物产生的ARGs和粪肥刺激含有ARGs微生物的繁殖等均为土壤中ARGs的主要来源。土壤中ARGs可以向水体和农作物传移,并随着食物链向动物及人类传播。自然因素(温度、降水、时间和土壤类型)和人为因素(抗生素的含量和种类、粪便种类和处理方式、重金属含量及生物质炭添加)均会影响土壤中ARGs的持久和扩散。目前,粪肥施用土壤中ARGs污染对环境质量及健康的潜在影响并不完全清楚,建议加强模型建立、溯源、生物地理分布、从污染源向环境介质的转移规律、削减措施和机制等方面研究,以期有效遏制ARGs在环境中的污染,真正做到畜禽粪便的资源化、无害化利用。

    • >研究论文
    • 基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

      2020, 57(1):48-59. DOI: 10.11766/trxb201812110454

      摘要 (2322) HTML (824) PDF 13.01 M (4713) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2 473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。

    • “紫色砂、页岩岩性特征”颜色修订建议 ——基于四川紫色土母岩颜色特征

      2020, 57(1):60-70. DOI: 10.11766/trxb201901180578

      摘要 (1500) HTML (700) PDF 1.12 M (1133) 评论 (0) 收藏

      摘要:四川是我国紫色砂、页岩分布最具代表性的地区。利用《中国标准土壤色卡》(以下简称中国色卡)、日本《新版标准土色贴》(以下简称日本色卡)和分光测色计采集了四川45个典型紫色土母岩样品的颜色信息,并与《中国土壤系统分类检索(第三版)》中“紫色砂、页岩岩性特征”的紫色(RP)定义进行了比对,在此基础上提出了相关的修订建议。结果表明,用中国色卡和日本色卡对母岩岩块测色时,符合RP色调的样品分别占20.0% 和33.3%;而对母岩粉末测色时,仅中国色卡有2.2% 的样品符合RP色调;用分光测色计对母岩岩块及粉末的测色结果则均无RP色调,绝大部分为YR色调。因此,结合他人对紫色及红色的定义等,建议将“紫色砂、页岩岩性特征”的颜色修订为:色调为2.5RP~10RP;或色调为2.5R~5YR,干态明度为3~6,干态彩度为2~4。按修改后的标准,有62.2%~75.6%的样品符合紫色定义,这一结果更符合对紫色土颜色的传统认识。此外,建议进一步完善土壤色卡系统,或使用可客观、准确、自动读取Munsell颜色信息的便携式测色仪来测量土壤颜色;野外调查时对“紫色土”要注意观测土壤中紫色砂、页岩碎屑“紫色”区域的颜色,以防忽略有“紫色砂、页岩岩性特征”的土壤。

    • 赣南崩岗侵蚀区不同部位土壤抗剪强度及影响因素研究

      2020, 57(1):71-83. DOI: 10.11766/trxb201901300514

      摘要 (1316) HTML (311) PDF 2.91 M (1159) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确南方崩岗侵蚀区不同部位土壤抗剪强度的分布规律,探索在崩岗发育过程中土壤基本性质对抗剪强度指标的影响,以不同发育阶段崩岗各部位表层土(0~20 cm)为研究对象,对土壤基本性质和抗剪强度的差异进行对比研究。结果表明:(1)随着崩岗的发育,表层土壤基本性质逐渐恶化,容重逐渐减小,颗粒组成粗骨质化现象明显,土壤有机质的含量与根系密度的变化,均随崩岗的发育呈现出典型的退化特征;(2)崩岗各部位黏聚力和内摩擦角的变化规律相似,集水区部位达到峰值,沟道部位达到最小值,随崩岗的发育呈明显下降趋势;(3)根系密度与黏聚力有良好的线性相关关系,砾石含量、粉粒含量和黏粒含量对崩岗土体内摩擦角有显著影响,可以用幂函数表示它们之间的关系;(4)试验以根系密度、砾石含量、粉粒含量和黏粒含量来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了在崩岗发育过程中饱和抗剪强度的预测方程(R2=0.891, P<0.01),结果显示方程可信程度较高,预测效果较好。研究结果揭示了南方花岗岩崩岗区不同发育阶段抗剪强度的控制因素,为进一步防治水土流失提供理论依据。

    • 流动沙地建植人工固沙梭梭林的土壤演变过程

      2020, 57(1):84-91. DOI: 10.11766/trxb201812290592

      摘要 (1222) HTML (269) PDF 677.53 K (932) 评论 (0) 收藏

      摘要:梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭梭植物与土壤反馈作用及其对植被系统演变的影响。结果表明,随着梭梭种植年限的增加,土壤黏粉粒、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量逐渐增加,但显著变化发生在种植9a以后的0~20 cm表层土壤,而盐分的积累发生在0~100 cm整个土层,20~80 cm土层的盐分积累量高于表层0~20 cm;盐分组成中,SO42-、Ca2+ 和Na+含量随着梭梭种植年限的增加而增加,在16a和40a梭梭林土壤剖面中有显著积累。梭梭种植16 a和40 a后,0~10 cm土层SOC含量较未造林沙地分别增加3.3倍和5.7倍、0~100 cm土壤剖面盐分含量分别增加5.4倍和6.5倍,表明梭梭生长发育过程中土壤盐分积累较SOC和养分积累更为显著。盐分的积累可能对草本植物的生长发育产生负效应,进而影响人工植被系统的稳定性。在流动沙地建植人工梭梭林40 a的时间序列上,土壤从干旱砂质新成土向干旱正常新成土发育;随着盐分的进一步积累和干旱区钙化过程,最终可能演变为钙积正常干旱土,但需更长时间尺度的观测研究。

    • 土壤热通量板测量误差及Philip修正公式的适用性

      2020, 57(1):92-99. DOI: 10.11766/trxb201904090423

      摘要 (1162) HTML (411) PDF 562.53 K (894) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤热通量的测量是地表热量平衡研究中重要的一部分。测量土壤热通量有很多种方法,其中热通量板法简单易行但准确度无法判定。采用计算机模拟与室内实验相结合的方法,研究土壤热通量板测量误差及影响因素;将土壤作为均匀介质,将热通量板作为复合材料,研究复合材料在均匀介质中对温度场和热流分布的影响。此外,本文还对Philip在1961年提出的修正公式的效果进行了分析。结果表明,当土壤与热通量板的热导率接近时,热通量的测量误差较小;Philip修正公式在瞬态条件下的适用性较差。本研究表明,由于热通量板与土壤二者热导率的差异,热流在板边缘处会扭曲,从而导致热通量测量误差;由于Philip公式在推导过程中存在简化运算的处理,在土壤温度随时间波动的情况下,校正值与理论值间仍存在差异的现象,表明该公式的适用范围有限。

    • 高效复合处理剂的微观结构及其去除景观水体氮磷的机制

      2020, 57(1):100-107. DOI: 10.11766/trxb201811190558

      摘要 (1200) HTML (266) PDF 1.46 M (1202) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过电镜扫描、能谱分析、红外光谱和 X-射线衍射研究了蓬莱镇组紫色母岩(J3p)及聚合硫酸铁(PFS)复合处理剂(J3p+PFS) 的结构形态;通过分析J3p对总氮、总磷的等温吸附曲线以及系统Zeta 电位、分形维数、叶绿素a的变化,探索了复合处理剂去除总氮、总磷的机制。结果表明:电镜扫描及能谱分析发现J3p 与PFS复合后具有更大的团粒结构,表面更加蓬松,且元素构造大致与J3p一致,但金属元素含量有所改变。红外光谱及X-射线衍射结果显示,J3p与PFS复合后内部物质成分及功能基团均发生变化,形成了新的以羟基桥联的铁的多聚物。J3p对水体总氮的吸附作用是单层分子吸附以及表面吸附,对总磷的吸附作用主要是单层分子吸附;PFS对水体氮磷的絮凝机制是电性中和作用。通过综合分析,发现J3p+PFS结合了PFS的电性中和作用及J3p的吸附作用优势,可实现对景观水体总氮及总磷的快速、高效去除。处理3h后,J3p+PFS对总氮、总磷的去除率分别达到53.53%及86.48%。

    • 锰掺杂对针铁矿的结构、表面性质及吸附硒的影响

      2020, 57(1):108-118. DOI: 10.11766/trxb201808310280

      摘要 (1219) HTML (430) PDF 2.02 M (1361) 评论 (0) 收藏

      摘要:水热条件下制备了针铁矿(Goe)和不同含量锰掺杂产物(G-Mn0.1、G-Mn0.2、G-Mn0.3和G-Mn0.5),用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氮气物理性吸附、Zeta电位分析、酸碱滴定等手段对样品进行了表征,并研究其对亚硒酸盐(Se(IV))和硒酸盐(Se(VI))的吸附特性。结果表明:低比例的锰掺杂(锰/铁的摩尔比RMn/Fe =0.1~0.2)显著促进了针铁矿晶体沿b轴方向生长,导致针铁矿颗粒的长径比增大,形貌由短纺锤体形变为大长径比的扁平针状;当RMn/Fe =0.3~0.5时,样品中出现了大量的掺锰磁铁矿,且针铁矿晶体的b轴方向生长受到严重的抑制而a轴方向生长受到一定程度的促进并导致针铁矿颗粒呈纤细状。Goe、G-Mn0.2和G-Mn0.5的比表面积分别为36.78、53.22和71.33 m2•g-1,表面分形度分别为2.31、2.53和2.59,平均孔径分别为13.73、15.59、6.92 nm,Zeta电位零点分别为7.36、6.58和5.31,pH5.0时的Zeta电位分别为40.5、35.3和4.92 mV。3种样品的表面活性羟基密度表现为Goe < G-Mn0.2< G-Mn0.5。随着锰掺杂量升高,样品对不同价态硒的吸附量均不断增加,且对Se(IV)的吸附量明显高于Se(VI),初始pH5.0时,Goe、G-Mn0.2和G-Mn0.5对Se(IV)的吸附容量分别为11.6、16.8和20.4 mg•g-1,对Se(VI)的吸附容量分别为7.6、8.5和9.2 mg•g-1。3种样品对Se(IV)和Se(VI)的等温吸附数据均适合用Langmuir模型拟合(R2为0.966~0.996),其等温吸附模式主要属于均质性表面的单层吸附。

    • 有机质去除对黄土纳米颗粒悬浮液稳定性的影响

      2020, 57(1):119-129. DOI: 10.11766/trxb201905300188

      摘要 (1293) HTML (267) PDF 3.06 M (1629) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤纳米颗粒是有机无机复合体,研究有机质对土壤纳米颗粒体系稳定性的影响具有重要意义。以塿土和褐土纳米颗粒以及去除有机质塿土和去除有机质褐土纳米颗粒为研究对象,分别测定颗粒的粒径分布、zeta电位、临界聚沉浓度(Critical coagulation concentration, CCC)等指标,利用德查金-朗道-维韦-奥弗比克(Derjauin-Landau-Verwey-Overbeek, DLVO)理论计算颗粒的哈默克(Hamaker)常数和相互作用能。结果表明:塿土和褐土纳米颗粒的平均直径分别为94.00 nm和88.20 nm,去有机质黄土纳米颗粒的平均直径则略高于100 nm;相较于黄土纳米颗粒,去有机质黄土纳米颗粒的zeta电位绝对值降低,颗粒间静电排斥势能降低;DLVO模型拟合得到塿土和褐土纳米颗粒在真空中的哈默克常数分别为6.86 × 10-20 J和9.73 × 10-20 J,去有机质处理后相应数值为3.14 × 10-20 J和3.40 × 10-20 J,后者范德华引力势能降低;去有机质黄土纳米颗粒间总势能高于黄土纳米颗粒,其CCC更大,稳定分散能力更强。土壤有机质含量越高,有机无机复合程度越高,颗粒越趋向于凝聚,这可能是有机质增强团聚体稳定性的原因之一。

    • 吉兰泰盐湖盆地土壤重金属铬、汞、砷分布的多方法评价

      2020, 57(1):130-141. DOI: 10.11766/trxb201810160364

      摘要 (1307) HTML (515) PDF 4.03 M (997) 评论 (0) 收藏

      摘要:选择西北旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,以随机布点法对表土层(0~10 cm)、心土层(50 cm)、底土层(100 cm)的重金属铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)以及主要化学成分进行空间采样测定,揭示Cr、Hg、As的空间分布特征,研究确定其土壤环境背景值,并以此背景值为评价基准,利用单因子污染指数、地累积指数、生态风险指数、内梅罗综合污染指数、潜在生态风险综合指数、污染负荷指数等六种常用方法对表土进行评价及对比分析。结果表明:盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As总体具有相似的空间分布特征;盐湖盆地土壤Cr、Hg、As背景值分别为27.89 mg•kg-1、0.039 mg•kg-1、12.83 mg•kg-1,对比宁夏、新疆等相关地区,盆地Cr背景值较低,Hg背景值较高,As元素相近;以背景值为基准进行污染评价,盆地表层土壤重金属污染顺序依次为Hg、Cr、As,简单指数法呈现Cr、Hg、As整体处于轻微污染状态, Hg存在的生态风险较Cr、As大,类似的,综合指数法表明盆地整体上处于轻微污染状态,综合生态风险相对较大;单因子污染指数法的土壤污染等级评价结果大于综合污染指数法;三种综合指数法均与三种简单指数法对Hg的评价结果具有显著相关性,表明盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As形成受到成土母质、天然水文地球化学作用和气候特征条件等综合作用的影响,局部受到人类活动的扰动。

    • 蚓堆肥热干扰后对土壤质量和作物生长的影响

      2020, 57(1):142-152. DOI: 10.11766/trxb201902250580

      摘要 (1439) HTML (523) PDF 2.69 M (1220) 评论 (0) 收藏

      摘要:了解热干扰对蚓堆肥肥效的影响有助于指导其规模化加工和应用,促进有机废弃物的高效循环利用。通过模拟不同热干扰梯度(30、40、50、60和70 ℃)研究蚓堆肥自身性质的变化,将新鲜的蚓堆肥置于烘箱中加热20 h,并于温室中采用盆栽试验探究经过热干扰后的蚓堆肥对土壤性质及番茄生长的影响。结果表明,随着热干扰温度的升高,蚓堆肥的pH、可溶性有机碳及铵态氮含量呈上升趋势且在最高温干扰处理下达到最高,但硝态氮和速效钾含量呈下降趋势;微生物生物量碳氮含量先上升后下降,而其中参与碳氮循环的酶活性逐渐降低。经不同热干扰处理后的蚓堆肥施入土壤后,相比30 ℃的对照,蚓堆肥经热干扰后番茄的地上部生物量提高了2倍左右,根系生物量增加了56% ~ 115%;伴随蚓堆肥热干扰温度的增加,植物氮磷钾养分的吸收量逐渐提高,蚓堆肥对土壤氮磷钾养分的供应量(土壤速效养分与植物有效养分吸收量之和)先升高后下降并在50 ℃干扰处理后达到最高;土壤pH及可溶性有机碳含量逐渐升高,土壤微生物生物量碳氮含量呈先上升后下降的趋势且在70 ℃干扰后降至最低,而土壤中参与碳氮循环的酶活性变化趋势不一致,但与对照相比总体呈上升趋势。总之,热干扰导致蚓堆肥生物活性下降及养分有效性增加,相应地,热干扰后的蚓堆肥施入土壤后能明显促进作物氮磷钾养分的吸收,有利于蚓堆肥发挥其肥效。因此,蚓堆肥加热处理有利于其发挥短期培肥和植物促生功效,而其长期效果有待今后在更大时空尺度上的研究。

    • 秸秆与木本泥炭短期施用对潮土有机质及微生物群落组成和功能的影响

      2020, 57(1):153-164. DOI: 10.11766/trxb201811300537

      摘要 (2130) HTML (442) PDF 2.08 M (1531) 评论 (0) 收藏

      摘要:直接添加富含腐殖物质的木本泥炭可快速提升土壤有机碳含量,但其与常规施用秸秆相比的效应如何尚不清楚。通过设置不添加物料(CK)、施用秸秆(R)、施用木本泥炭(MT)、秸秆还田和木本泥炭联合施用(RMT)四个田间试验处理,经过一季玉米生长后比较不同处理对玉米产量、土壤肥力、细菌群落组成和功能的影响。结果表明,R和RMT处理的地上生物量与CK无显著差异,而在玉米整个生育期的平均呼吸速率则分别较CK高40%和64%;MT处理的地上生物量较CK低10%,但MT和CK的平均呼吸速率无显著差异。另一方面,R处理的土壤有机质(SOM)含量与CK无显著差异,而MT和RMT处理的SOM含量则较CK分别高79%和56%。基于主成分分析和功能预测发现,与CK处理比,R处理分解利用新鲜秸秆的绿弯菌门、芽单胞菌门、节细菌属、指孢囊菌属和 Rubellimicrobiu 显著增多,而化能异养、需氧化能异养、尿素代谢功能显著降低;MT处理降解大分子有机物的土壤杆菌属、纤维菌属、德沃斯氏菌属、农研丝杆菌属、类诺卡氏菌属和 Rubellimicrobiu显著增多,需氧化能异养功能显著降低,纤维素代谢功能显著升高;而RMT处理与CK群落组成和功能类似。以上结果表明,在潮土区单独施用MT尽管能迅速提升SOM含量,但可能导致短期内作物产量降低,而R和MT联合施用在迅速提升SOM的同时可提高土壤呼吸,维持稳定的微生物群落和功能。

    • 开垦年限对黑土氮初级转化速率和净转化速率的影响

      2020, 57(1):165-173. DOI: 10.11766/trxb201902180022

      摘要 (1249) HTML (307) PDF 535.48 K (910) 评论 (0) 收藏

      摘要:以东北黑土区开垦2 a和开垦30 a的典型旱作土壤为研究对象,采用15N同位素成对标记技术开展室内培养试验,利用数值计算模型 (FLUAZ) 计算不同开垦年限土壤的氮初级转化速率,以比较不同开垦年限黑土氮初级转化速率和净转化速率的差异,明确开垦年限对黑土氮转化过程的影响。结果表明,与开垦2 a土壤相比,开垦30 a土壤的有机碳和水溶性有机碳含量显著降低,导致土壤氮初级矿化速率和初级固定速率也显著降低。但开垦30 a土壤的初级硝化速率、净硝化速率和净氮矿化速率却显著高于开垦2 a土壤。两个开垦年限土壤的初级硝化速率分别为净硝化速率的1.15倍和1.02倍,说明土壤微生物对硝态氮的固定很少。开垦30 a土壤的m/i值 (氮初级矿化速率与初级固定速率之比) 和n/ia值 (初级硝化速率与初级铵态氮固定速率之比) 均显著大于1,而开垦2 a土壤的m/i值和n/ia值均接近1。表明开垦2 a土壤的氮矿化与固定过程紧密偶联,氮素损失的风险较小,而开垦30 a土壤中氮矿化量超过了固定量,这为硝化作用的进行提供了底物,增加了硝酸盐反硝化和淋溶风险。

    • 吡虫啉对伯克霍尔德氏菌生长和溶磷作用的影响

      2020, 57(1):174-182. DOI: 10.11766/trxb201806120189

      摘要 (1490) HTML (337) PDF 954.05 K (1209) 评论 (0) 收藏

      摘要:吡虫啉(Imidacloprid)是近年来国内外普遍使用的新型高效烟碱类广谱杀虫剂,残留期约25 d,对土壤有益微生物的生物风险有待评估。利用固、液培养技术,以3株溶解无机磷的伯克霍尔德氏菌(Burkholderia Yabunchi B05,B07和B09)为对象,设置0、5、10、20 mg•L-1浓度的吡虫啉处理,研究无机磷细菌(Inorganic phosphate-solubilizing bacteria, IPSB)的生长繁殖、对Ca3(PO4)2的溶解及其机理。结果表明,在固体培养时,吡虫啉显著抑制IPSB生长,但菌株不同抑制程度各异,菌落直径的降幅高达39.81%~55.45%;供试IPSB菌株不同,吡虫啉对它们溶解Ca3(PO4)2能力的影响也不一样,降低B09但提高B05和B07的溶磷圈直径和溶磷指数。在液体培养时,吡虫啉也抑制IPSB生长,菌密度降低49.87%~65.28%。吡虫啉对IPSB溶磷量的影响因浓度和菌株不同而异。具体表现为全浓度范围促进B05溶解无机磷;中、低浓度吡虫啉对B07溶解Ca3 (PO4) 2无显著影响,高浓度有促进作用;低浓度吡虫啉对B09溶解Ca3 (PO4) 2无显著影响,中、高浓度产生抑制作用。供试3株IPSB均能分泌氢离子(H+)、草酸和柠檬酸。除此之外,B05和B07可分泌乙酸,B07还会分泌琥珀酸,B09可分泌苹果酸。在分泌的这些有机酸中,草酸和柠檬酸分泌量最多,合计占有机酸分泌总量的67.65%~83.28%。吡虫啉不同程度地抑制IPSB分泌H+,但对IPSB分泌有机酸的影响因浓度、菌株和有机酸种类不同而表现出多样性。供试IPSB有机酸分泌总量和H+分泌量分别与Ca3 (PO4) 2溶解量呈显著线性正相关(r有机酸 = 0.876和r H+ = 0.823,P < 0.05,n = 12)。总之,吡虫啉显著抑制IPSB生长繁殖,通过改变有机酸和H+的分泌而影响Ca3 (PO4) 2溶解。农业生产中,施用吡虫啉影响土壤IPSB的代谢、种群结构和溶磷作用。

    • 长期施肥下红壤旱地解钾菌变化及其驱动因子

      2020, 57(1):183-194. DOI: 10.11766/trxb201903070649

      摘要 (1193) HTML (238) PDF 912.33 K (1051) 评论 (0) 收藏

      摘要:在南方红壤区,研究长期施肥下土壤解钾菌的变化规律及其驱动因素,可为该地区土壤钾素资源管理和钾肥合理施用提供理论依据。基于红壤旱地长期定位施肥试验(始于1986年),选取不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥配施有机肥(NPKM)处理,分析玉米开花期根际土壤的解钾菌类型和解钾能力及其有机酸和激素含量,并结合玉米根系特性和根际土壤理化性质进一步探讨影响红壤旱地解钾菌变化的关键因子。结果表明:施肥(NP、NPK和NPKM)处理的根长、根表面积和根体积均显著高于CK处理,土壤有机质、非交换性钾和交换性钾也表现出施肥处理显著高于不施肥的规律,且NPKM处理显著高于其他施肥处理。与NPK处理相比,NPKM处理的根长、根表面积、根直径和根体积分别增加了112.3%、174.4%、32.43%和291.5%,根际土壤pH提高了0.67个单位,土壤有机质、非交换性钾和交换性钾分别增加了29.50%、19.34%和53.89%。各施肥处理根际土壤中均存在解钾菌,CK和NP处理的解钾菌均为类芽孢杆菌属,NPK和NPKM处理则均为纤维菌属。与CK处理相比,NP、NPK和NPKM处理下根际土壤解钾菌的解钾效率分别增加了162.4%、139.0%和105.6%,其中NP处理解钾菌的解钾效率最高。偏最小二乘路径模型的结果显示,根系和施肥可以同时调控解钾菌的解钾效率。冗余分析(RDA)进一步表明,根系长度和表面积与土壤解钾菌特性呈显著正相关关系(P<0.05)。因此,红壤旱地长期不同施肥措施不仅直接影响玉米根系发育特征和根际土壤理化性质,还能显著改变土壤解钾菌群落及其解钾能力,其中根系长度和表面积是调控玉米根际土壤中解钾菌的关键因子。

    • 田间烤烟叶片缺钾症状与钾积累及土壤供钾水平关系

      2020, 57(1):195-205. DOI: 10.11766/trxb201903250643

      摘要 (1158) HTML (549) PDF 4.99 M (995) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于田间正常施肥烟株生长中期中、上部叶通常出现缺钾症状的现象,以烤烟品种K326为材料在砂质壤土上进行了田间试验,定期观察无钾(即K0,仅按常规施用氮磷肥,K2O用量为 0 kg·hm-2)、常规施肥但中后期出现缺钾症状(即CF,按常规施用氮磷钾肥,K2O 用量为364 kg·hm-2但中后期仍有缺钾症状)、常规施肥且正常生长(即CK,按常规施用氮磷钾肥,K2O 用量为364 kg·hm-2但中后期无缺钾症状)3处理烟株移栽后生长情况(特别是叶片缺钾症状的出现情况),并及时采集和测定了相应烟株的干物质、钾含量及根区土壤速效钾含量,以阐明正常施肥烤烟中、上部叶出现缺钾症状的可能原因。结果表明:(1)CF和K0烟株在移栽后33 d前叶片均未出现缺钾症状;但根区土壤速效钾含量移栽后42 d低于99.86 mg·kg-1时,K0烟株第8~第15叶陆续表现缺钾;CF烟株根区土壤速效钾含量移栽后57 d低于131.1 mg·kg-1时,第12~第16叶也相继缺钾,而其他叶位叶片正常。(2)从移栽至42 d,CK和K0烟株干物质和钾素累积量虽皆明显增加,但K0烟株总量偏低趋势愈发显著;至移栽后57 d期间,CK和K0烟株前述两个指标继续增加,但此期CF干物质累积有相似的增加趋势,而钾素累积与出现缺钾症状前相比(即移栽后42 d时CK)则略有减少;(3)移栽后42 d至57 d,CF烟株上、中部叶和K0烟株上部叶钾净输出明显,而茎中净输入显著,其他器官或部位总体持平或略有增加;CK烟株上部叶钾素输入、输出维持平衡,其他器官有净增加。(4)生长期间,CK烟叶钾含量皆表现出随叶位上升而呈总体下降,K0烟叶前期有相似规律,但移栽后42 d、57 d呈“上升-下降-上升”,CF于移栽后57 d为“下降-上升”趋势。上述结果说明,K0烟株移栽后42 d中部叶开始缺钾是钾整体吸收不足所致,后期则兼有上部叶钾净输出原因;CF烟株出现中、上部叶缺钾而下部叶正常则有3个原因,一是后期体内干物质累积持续增加导致的稀释;二是此期整株钾累积不仅未增加,且有下降;三是CF烟株中、上部叶钾净输出增加。

    • 不同耕作方式下黑土微生物群落对干湿交替的响应

      2020, 57(1):206-216. DOI: 10.11766/trxb201808230253

      摘要 (1526) HTML (462) PDF 1.08 M (1408) 评论 (0) 收藏

      摘要:以吉林德惠市黑土长期田间定位实验地土壤为研究对象,通过室内模拟培养,采用高通量测序方法(16S rRNA)研究免耕和垄作土壤微生物群落对不同频率和强度的干湿交替处理的响应。结果表明:干湿交替显著降低免耕土壤中微生物群落的多样性,且频率越高干旱强度越大多样性降低越显著;但干湿交替对垄作土壤的微生物多样性影响不显著。与对照相比,干湿交替显著增加免耕土壤中浮霉菌门(Planctomycetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度,显著降低免耕和垄作土壤中Saccharibacteria菌门和Parcubacteria菌门的相对丰度。无论是免耕还是垄作条件下,干湿交替频率的不同导致土壤微生物群落结构产生显著差异,而干湿交替强度的不同对土壤微生物群落结构没有显著影响。研究结果为预测干旱气候对黑土生态功能的影响提供了理论基础。

    • 银北盐碱区植物根际土壤酶活性及微生物群落特征

      2020, 57(1):217-226. DOI: 10.11766/trxb201807050359

      摘要 (1558) HTML (476) PDF 1.17 M (1239) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展盐碱区耐盐植物根际微生物群落多样性研究,对于盐碱土壤的植被恢复和生态修复具有重要意义。运用Biolog 微平板技术,对宁夏银北盐碱区6种耐盐植物根际土壤酶活性及微生物群落代谢功能多样性进行研究。结果表明:不同植物根际土壤理化性质和酶活性存在一定的差异。与裸地相比,6种植物能显著提高盐碱地土壤酶活性,苜蓿根际土壤三种酶活性显著高于其他植物。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而逐渐增加,大小顺序依次为苜蓿(MX)、芨芨草(JJC)、柽柳(CL)、柳枝稷(LZJ)、苦豆子(KDZ)、枸杞(GQ)和裸地土壤(CK),根际土壤与盐碱裸地土壤之间差异显著(P <0.05)。土壤微生物群落香农指数、辛普森指数和麦金塔指数均以苜蓿根际土壤最高,芨芨草次之,二者较其他土壤差异显著(P <0.05)。不同植物根际土壤微生物碳源利用能力存在差异,苜蓿根际土壤微生物的利用率显著高于其他土壤(P <0.05),碳水化合物类是根际土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类和羧酸类,胺类的利用率最小。主成分分析显示,对PC1 和PC2 起分异作用的主要碳源为碳水化合物类和羧酸类。综合各项指标,均表现为植物根际土壤优于盐碱裸地,其中苜蓿和芨芨草能显著提高土壤微生物群落功能多样性,对盐碱地根际微环境的养分循环具有积极意义。

    • 不同林龄马尾松人工林土壤微生物群落结构和功能多样性演变

      2020, 57(1):227-238. DOI: 10.11766/trxb201805210269

      摘要 (1364) HTML (648) PDF 787.80 K (1103) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤微生物在森林生态系统中起着至关重要的作用,研究人工林演变中土壤微生物群落结构特征,对评价人工林土壤质量动态变化和维持土壤微生态平衡具有重要意义。以亚热带地区马尾松人工林为研究对象,采用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)和BIOLOG技术研究不同林龄(13 a,25 a,38 a和58 a)对土壤微生物群落结构和代谢功能多样性的影响。结果表明:不同林龄土壤微生物类群均以细菌为主,其次为真菌和放线菌,最后为原生动物;土壤微生物总PLFAs量、真菌数量和真菌/细菌均表现为13 a最高,38 a最低;土壤细菌、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)和放线菌数量均25 a最高。层次聚类和主成分分析(PCA)结果表明,林龄对土壤微生物群落结构产生显著影响,13 a和25 a林龄分别与38 a和58 a林龄的土壤微生物群落结构差异较大。冗余分析表明,有机碳、全氮和pH是土壤微生物群落结构的主要影响因素。不同林龄土壤平均颜色变化率(AWCD)和微生物功能多样性指数(香农指数、辛普森指数和McIntosh指数)总体表现为25 a>13 a>58 a>38 a;不同林龄土壤微生物对碳源的利用存在差异,各林龄利用的主要碳源为氨基酸类、羧酸类和酚类,其中25 a在各碳源中利用率最高。PLFA和BIOLOG综合分析可知,马尾松人工林种植25 a后,土壤微生物群落结构稳定性和功能代谢活性明显降低,加剧了土壤微生态失衡。

    • 林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响

      2020, 57(1):239-250. DOI: 10.11766/trxb201904080633

      摘要 (1255) HTML (485) PDF 743.30 K (1035) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响,以38 a生5种密度杉木人工林为研究对象,调查林下植被,测定土壤理化性质及酶活性,对物种多样性指数和土壤指标进行单因素方差、相关性及主成分分析。结果显示:杉木人工林下物种种类多达121种,灌木层以杜茎山(Maesa japonica)为主,草本层以双盖蕨(Diplazium)、黑足鳞毛蕨(Dryopteris fuscipes)等蕨类为主。灌木层和草本层物种多样性各指数大多在初植密度为5 000 hm-2时最高。不同土层间各种土壤养分变化趋势基本一致,不同密度间土壤养分变化趋势不同,更多的土壤养分在高密度或低密度林分下达到最大。除了pH、有机碳以及纤维素酶外,其他土壤养分受林分密度变化响应均显著(P < 0.05)。0~20 cm土层的土壤养分与草本层物种多样性关系更为密切,而20~40 cm土层的土壤养分与灌木层物种多样性关系更为密切。pH、全氮、碱解氮、有效磷与灌草层多样性指数的相关性最为密切。主成分分析综合得分显示,初植密度为6 667 hm-2时最高(1.17),第二为3 333 hm-2(0.93),其次为5 000 hm-2(0.28)、1 667 hm-2(0.12)和10 000 hm-2(-2.49),得分前两名显著大于其他得分。以上结果表明,初植密度在5 000 hm-2更有利于林下物种多样性的稳定,但不利于土壤养分的累积;密度过低或过高皆不利于土壤理化性质和植物多样性的发展,特别是密度过高时,对林地伤害巨大;基于土壤理化性质和植物多样性的主成分分析结果出现“驼峰模式”,杉木人工林初植密度6 667 hm-2和3 333 hm-2更适合土壤理化性质和植物多样性的发展。

    • >研究简报
    • 电荷辅助氢键对腐殖酸分子量和溶解性的影响

      2020, 57(1):251-257. DOI: 10.11766/trxb201903240158

      摘要 (1345) HTML (413) PDF 545.66 K (1015) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用体积排阻色谱和总有机碳分析法,分别测定腐殖酸体系中加入盐酸、甲酸、乙酸和丙酸后其分子量和溶解性发生的变化;通过分析抗坏血酸、苯甲酸、苯酚和邻苯二酚4种模型化合物在甲酸影响下的紫外光谱,以验证电荷辅助氢键的存在。结果表明:小分子有机酸能够明显降低腐殖酸的分子量;此外,当腐殖酸体系pH接近小分子有机酸的p Ka时(p Ka < 0.5),腐殖酸溶解性明显增大。小分子有机酸可能与腐殖酸之间形成电荷辅助氢键,从而打破弱作用力维持的腐殖酸超分子的稳态结构,导致腐殖酸分子量的降低和溶解性的增加;且弱酸与有机物之间的pKa相差越小,形成的电荷辅助氢键能量越高,腐殖酸分子结构受到的扰动程度越大。一维紫外光谱和同步二维相关紫外光谱分析进一步表明,小分子有机酸可能与p Ka接近的化合物之间形成电荷辅助氢键,整体跃迁所需能量提高,造成低波长吸收增大而高波长吸收减小的结果。

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