• 2021年第58卷第3期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 耕地土壤健康及其评价探讨

      2021, 58(3):537-544. DOI: 10.11766/trxb202009280546

      摘要 (2639) HTML (483) PDF 4.07 M (2124) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展面向耕地的土壤健康评价,对保障我国粮食安全和生态文明建设具有紧迫的现实意义。针对相关研究中土壤健康概念抽象、评价尺度杂糅等普遍性问题,及欧美主流技术路线中的局限性,文章从概念解构的视角进行了探讨,提出研究框架,以期为我国耕地土壤健康评价工作提供参考。首先,通过构建基于土壤功能与胁迫的土壤健康观,从理论方面将耕地土壤健康解构为初级生产力、水净化与调节、碳封存与调节、生物多样性供给、养分供给与循环等5类土壤功能,探讨了耕地土壤健康管护理念;然后,基于土地评价的一般性原则,从实践角度对耕地土壤健康进行了尺度划分,识别了田块、县域、省域和国家等4级尺度的耕地土壤健康管护目标。由此,提出了以表征耕地土壤功能与重金属胁迫为核心的耕地土壤健康评价全流程研究框架。然而,如何定义并量化耕地(旱地、水浇地和水田)土壤健康状况与土壤功能的供需关系,科学应用土壤功能评价指标与表征方法,以实现从土壤功能与胁迫到耕地土壤健康的表达,仍是重难点,值得重点关注和进一步研究。

    • >综述与评论
    • 生物硝化抑制剂的研究进展及其农业应用前景

      2021, 58(3):545-557. DOI: 10.11766/trxb202003120113

      摘要 (1403) HTML (1075) PDF 1.02 M (1861) 评论 (0) 收藏

      摘要:在我国农业集约化以及高投入的生产模式下,氮肥利用率较低。相当部分的氮肥以氨(NH3)、硝酸盐(NO3-)以及温室气体氧化亚氮(N2O)等形式损失至环境中,造成生产成本增加,并加剧了生态环境污染。硝化作用是土壤氮循环的关键转化过程,与农田氮素损失密切相关。一些植物的根系能产生和分泌抑制硝化作用的物质,被称为生物硝化抑制剂(BNIs),如果加以利用,是一种高效且环境友好的氮素管理对策。系统总结了国内外生物硝化抑制剂研究领域的重要进展,探讨了根系分泌生物硝化抑制剂的意义、物质种类和功能、分泌及作用机制。以往研究仅认为BNIs是自然生态系统中植物适应低氮环境的一种保氮生存机制,主要关注热带牧草和高粱,本文提出了BNIs在高氮投入的农业生态系统中同样重要,以及相当的粮食作物品种具有高BNI活性的观点,并讨论了其在农业中提高氮素利用率和减少环境污染方面的应用前景,为未来BNIs技术及产品的开发、提升农产品品质、及推动现代农业绿色发展提供借鉴。

    • 近三十年农田土壤磷分子形态的研究进展

      2021, 58(3):558-567. DOI: 10.11766/trxb202003100107

      摘要 (1704) HTML (816) PDF 1.02 M (1832) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田土壤磷的赋存形态决定迁移、转化及归趋过程,单单通过全磷或有效磷含量并不能全面、准确、长效地评估土壤磷的养分供应能力和生态环境风险,探索可持续的农田磷素管理措施迫切需要能够科学表征、准确认识土壤磷形态。随着分析测试技术发展,农田土壤磷形态领域经历了以传统连续提取法为主的分级组分研究,到目前基于先进光谱技术的分子形态研究的发展历程。液相磷-31核磁共振技术(P-NMR)、基于同步辐射的X射线吸收近边结构谱技术(P-XANES)是当今土壤磷分子形态表征的主流技术,分别促进土壤多种有机磷和无机磷(铁磷/钙磷/铝磷)分子形态的有效识别。借助Histcite软件进行引文网络分析,梳理了近三十年(1990—2019年)土壤磷分子形态研究发展历程中具有重大借鉴意义的关键性成果,基于此综述了该领域的发展脉络,归纳发现农田土壤磷分子形态研究最初主要借助P-NMR技术侧重有机磷分子形态表征,而后过渡至与同步辐射XANES以及X射线微探针技术相结合,实现了土壤磷分子形态的全面认识。最后,对多谱学技术联用推动土壤磷分子形态研究的发展趋势进行了展望。

    • 土壤宏病毒组的研究方法与进展

      2021, 58(3):568-577. DOI: 10.11766/trxb202008210474

      摘要 (1311) HTML (880) PDF 1.78 M (1872) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤是病毒遗传多样性的储存库,但由于土壤自身特性及技术手段的限制,基于传统培养方法对土壤病毒的研究及功能认知存在局限性。宏病毒组学技术能直接从土壤环境样品中获取病毒基因组,随后通过高通量测序、拼接组装、ORF预测,最终可对病毒基因进行功能注释,极大地丰富了对土壤病毒功能的认识。本文在阐释土壤病毒DNA提取、测序与病毒判别、功能基因注释等研究方法的基础上,重点探讨了单株噬菌体基因组,及近年来国内外土壤与极端陆地环境中宏病毒组研究进展。并对土壤宏病毒基因组研究的前沿和发展趋势进行了总结,强调了土壤病毒研究的整体化、技术流程规范化以及病毒资源库完善化的重要性。

    • 火山灰土在土壤系统分类中的提出与修订

      2021, 58(3):578-587. DOI: 10.11766/trxb202002070686

      摘要 (713) HTML (591) PDF 1.31 M (1365) 评论 (0) 收藏

      摘要:《中国土壤系统分类检索》(第三版,CST)关于火山灰土的诊断标准还存在一定问题,需要进一步修订。为此,整理并比较了《世界土壤资源参比基础》(World Reference Base for Soil Resources,WRB,1998—2014版)、美国《土壤系统分类检索》(Keys to Soil Taxonomy,KST)(第3~12版,1987—2012年)、《中国土壤系统分类检索》(首次方案至第三版,1991—2001年)中,关于火山灰土的描述、诊断标准、分类检索和类型划分的演变历程,在此基础上提出了CST关于火山灰土诊断标准和分类检索的修订建议。

    • >土壤健康与绿色发展
    • 新疆天山南麓土壤系统分类研究

      2021, 58(3):588-598. DOI: 10.11766/trxb202003090579

      摘要 (758) HTML (978) PDF 610.14 K (1443) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解新疆天山南麓土壤的成土特点和系统分类归属,研究区共挖掘出8个典型土壤剖面,通过剖面形态观测和分层取样分析,发现新疆天山南麓的主要成土过程符合海拔变化且变化过程为原始成土过程-有机质聚积过程-潜育化过程-熟化过程-盐积过程。根据《中国土壤系统分类检索(第三版)》检索发现8个典型剖面随海拔变化在天山南麓至塔里木盆地边缘呈现出了雏形土-潜育土-人为土-雏形土-干旱土的变化特征,检索结果包括4个土纲、6个亚纲、7个土类、7个亚类、8个土族和8个土系。将典型剖面在中国土壤系统分类与发生分类、美国土壤系统分类和世界土壤资源参比基础中的位置进行参比发现,中国土壤系统分类更加强调中国土壤特点,提出了具有中国特色的土壤类型。

    • 基于微根管技术的盐胁迫下小麦根系生长原位监测方法

      2021, 58(3):599-609. DOI: 10.11766/trxb201912310561

      摘要 (867) HTML (338) PDF 7.77 M (1288) 评论 (0) 收藏

      摘要:常用的作物根系生长监测一般采用破坏性采样方法,如土钻法和挖掘法等,虽然精度较高,但很难实现对作物根系生长的原位重复观测。采用桶栽法,利用微根管技术对分蘖期、返青期、拔节期和孕穗期的小麦根系进行了连续观测和采样,获取不同盐胁迫下小麦根长密度和根长等参数,研究不同生长时期小麦根系生长参数随土壤深度分布的规律。结果显示,微根管法获得的小麦根长密度与土钻法所得到的结果呈极显著正相关(r=0.91),且在拔节期和孕穗期二者的相关性最好。通过不同时期根系图像对比及根系参数分析发现,小麦根系在0~10 cm土层分布最多,并随深度增加而减少。此外,随着土壤盐含量的增加,各生长期根长变短;在分蘖期,土壤盐分含量最高(S5,盐分含量6.61 g·kg-1)的小麦根系长度不足对照处理的1/2,至孕穗期,其根系长度甚至低至对照处理的1/3,说明小麦根系受盐分胁迫影响较大,且以孕穗期受胁迫程度最严重,尤其当土壤盐含量超过3 g·kg-1时影响最明显。由此可见,与传统破坏性取样方法相比,微根管技术结合图像处理技术可更好地快速、无损获取小麦根系生长的相关参数,为盐渍化区域作物根系的原位观测研究提供了新的方法。

    • 小麦玉米轮作条件下不同生物质炭对土壤腐殖物质的影响

      2021, 58(3):610-618. DOI: 10.11766/trxb202005070632

      摘要 (861) HTML (278) PDF 3.30 M (1404) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物质炭是有效的土壤固碳材料。通过1年的田间试验探究了小麦玉米轮作施用花生壳生物质炭和木材生物质炭后盐化潮土腐殖物质(HS)含量及化学结构的变化。试验设置不施肥(CK)、常规单施化肥(T1)、花生壳生物质炭(T2)、木材生物质炭(T3)4个处理。结果表明,与CK和T1处理相比,小麦季和玉米季生物质炭处理的土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量均显著提高了。与小麦季相比,玉米季T2和T3处理胡敏素(humin,Hu)含量分别增加了0.54 g·kg-1和0.35 g·kg-1。在玉米季,T2和T3处理的土壤胡敏酸(humic acid,HA)、富里酸(fulvic acid,FA)和Hu在红外光谱(2 920+2 850)cm-1处吸收峰相对强度均比小麦季升高了。与小麦季相比,玉米季T2处理HA和FA在1 630 cm-1处吸收峰相对面积分别降低了2.46%和5.77%。与T3处理相比,玉米季T2处理Hu在1 630 cm-1处吸收峰相对面积增加了0.33%;本试验中所用花生壳生物质炭芳香性物质相对含量较高。随着时间延长,T2处理土壤Hu的缩合度增加了,氧化度降低了,而T3处理则相反。生物质炭有利于提高土壤HS含量,尤其是Hu的含量。施用生物质炭后土壤Hu的缩合度增加了,氧化度降低了。生物质炭可增加HS亚甲基和甲基相对含量。不同材料来源生物质炭本身的化学结构差异性影响了土壤HS化学结构。

    • 牛粪配施生物质炭的土壤碳净变化率和腐殖物质组成研究

      2021, 58(3):619-627. DOI: 10.11766/trxb202004290588

      摘要 (800) HTML (380) PDF 880.61 K (1286) 评论 (0) 收藏

      摘要:牛粪是农业生产中常用的有机肥,牛粪配施生物质炭是否会提高有机物料在土壤中的碳净变化率是高效利用有机物料重要问题。通过1年田间试验施用常量(M1)和倍量(M2)牛粪、常量(CBM1)和倍量(CBM2)牛粪配施生物质炭对比了短期腐殖物质碳净变化率差异和结构特征。结果表明,与单施牛粪(M1和M2)相比,牛粪配施生物质炭(CBM2)土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量增至1.36 g·kg-1、2.50 g·kg-1和5.03 g·kg-1;土壤胡敏酸和富里酸碳净变化率分别提高1.18%和3.67%。与施用牛粪相比,牛粪配施生物质炭胡敏酸、富里酸和胡敏素脂族碳和多糖相对含量增加;CBM2处理胡敏酸和胡敏素芳香碳相对含量增加,CBM1处理富里酸芳香碳相对含量增加。表明牛粪配施生物质炭在土壤固碳效果上优于单施牛粪,可形成更多的腐殖物质,提高胡敏酸和富里酸的碳净变化率;同时也有利于腐殖物质脂族碳和多糖相对含量的增加,而生物质炭用量不变的情况下,配施更多的牛粪可增加胡敏酸和胡敏素芳香碳相对含量。施用牛粪或牛粪配施低量生物质炭可使Hu和FA的缩合度增加,氧化度降低,而HA则相反。

    • 长期施肥对红壤稻田土壤微生物生物量和酶活性的影响

      2021, 58(3):628-637. DOI: 10.11766/trxb201912050570

      摘要 (1183) HTML (471) PDF 1.48 M (1535) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究长期施肥下红壤双季稻田土壤胞外酶活性(EEAs)变化特征及其主要驱动因子,可为该地区稻田土壤培肥和合理施肥提供理论依据。选择持续了37 a的长期定位试验的不施肥(CK)、化肥(NPK)、高倍化肥(HNPK)和化肥有机肥配施(NPKM)4个处理,采用微孔板荧光法测定了土壤胞外酶活性,分析了土壤化学指标和土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN),并通过主成分分析和冗余分析探讨土壤胞外酶分布特征及其与土壤养分和微生物生物量碳氮的关系。研究结果显示,长期施肥提高了土壤养分含量和水稻产量;与CK处理相比,NPKM处理土壤MBC和MBN分别提高了60.2%和60.4%,土壤α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(ACP)活性分别提高12.7%、41.1%、36.2%和50.0%,酚氧化酶(POX)活性下降29.7%。红壤稻田土壤EEAs的变化主要由养分因子驱动,其中土壤全氮(TN)和MBC是关键的决定因子,分别解释了酶活性变异的34.3%和20.9%。化肥配施有机肥有利于土壤养分、微生物生物量和土壤胞外酶活性提高,是维持作物高产和提升土壤质量最优的施肥管理措施。

    • >研究论文
    • 基于时空变异的旱地土壤有机碳高效采样策略研究

      2021, 58(3):638-648. DOI: 10.11766/trxb201911150515

      摘要 (786) HTML (370) PDF 19.64 M (1820) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤有机碳(SOC)空间分布具有时序差异性,明确样点数量对不同时期SOC预测精度影响是制定高效采样策略的基础。选取3.93×104 km2江苏北部旱地作为案例区,运用普通克里金插值方法,分析样点数量对不同时期SOC空间预测精度的影响。结果表明:不同数量样点数据集下1980年苏北旱地SOC预测值与实测值的相关系数r和均方根误差RMSE变幅分别在0.15~0.56和2.09~2.63 g·kg-1之间,当样点数量大于75%时,预测精度较高且能达到相对稳定水平,最佳采样数目在563个左右;而2008年r和RMSE变幅分别在0.24~0.63和2.11~2.62 g·kg-1之间,预测精度对于样点数量的变化更为敏感,70%的样点数量即可达到相对稳定水平,最佳采样数目在526个左右,这表明不同时期SOC空间预测精度对于样点数量变化的响应不同,土壤属性的空间自相关性越大,预测精度对于采样数量的敏感性越强,空间信息达到饱和状态所需样点数量也相对较少;此外,本研究也发现在SOC高、低值等关键区域设置足够的样点数量是提高土壤空间预测效果的重要手段之一。

    • 土壤原始颗粒对不同破碎机制下团聚体稳定性的影响

      2021, 58(3):649-656. DOI: 10.11766/trxb201910150481

      摘要 (850) HTML (379) PDF 1.27 M (1542) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤团聚体是土壤结构的基本单元,其稳定性是描述土壤抵抗外力破坏作用的重要指标。目前常用的团聚体测定方法很少考虑到土壤原始颗粒对其不同破碎机制下稳定性的影响。以两种不同质地团聚体特征差异明显的壤质砂土和砂质黏壤土为研究对象,对土壤全样进行快速湿润(FW)、预湿润后震荡(WS)以及慢速湿润(SW)三种处理方式预处理以研究团聚体不同破碎机制,同时考虑将各粒级团聚体中的土壤原始颗粒剥离出来,消除土壤原始颗粒对各粒级团聚体含量结果的影响,研究土壤原始颗粒对不同破碎机制下团聚体稳定性的影响。结果表明:两种土壤在不同处理方式下,各粒级土壤含量存在较大差异,砂质黏壤土在三种处理模式下平均质量直径(MWD)均显著大于壤质砂土,两种土壤MWD均呈现MWDfw < MWDws < MWDsw的大小顺序,两种土壤团聚体破坏均是团聚体快速湿润时孔隙内部封闭的空气压力作用为主,其次是机械扰动作用,黏粒膨胀作用影响最小。土壤原始颗粒对各粒级团聚体的影响程度受到土壤类型和破碎机制影响,土壤原始颗粒对壤质砂土影响较大,对砂质黏壤土的影响相对较小。分散前的团聚体(>0.05 mm)占总土壤的百分比(AR)值难以正确反映土壤团聚体稳定性,消除土壤原始颗粒影响后,AR能够较好体现土壤团聚体稳定性。消除土壤原始颗粒影响前后的AR比值表明土壤原始颗粒对壤质砂土的影响远远大于对砂质黏壤土的影响。

    • 紫色土细沟水流输沙能力对近地表水流作用的响应

      2021, 58(3):657-664. DOI: 10.11766/trxb201910090461

      摘要 (632) HTML (201) PDF 3.31 M (1255) 评论 (0) 收藏

      摘要:地表径流与近地表水流耦合作用会引发强烈的土壤侵蚀。输沙能力作为土壤侵蚀的关键参数之一,对完善近地表水流作用下的土壤侵蚀过程具有重要的理论意义。通过限定性细沟模拟试验,采用从底部供水的方式构建近地表水流,在此基础上测定了距弱透水层不同饱和深度(5、10、15 cm)与水力条件(3个流量2、4、8 L·min-1,3个坡度5°、10°、15°)下细沟水流的输沙能力,进一步采用多变量非线性方程分析流量、坡度、近地表水流饱和深度及其交互作用对细沟水流输沙能力的影响。结果表明,输沙能力随近地表水流饱和深度的增加而增大,且增大的速率逐渐减小,最终输沙能力趋于稳定。细沟水流输沙能力与流量、坡度及近地表水流饱和深度呈正相关关系,与坡度相比流量对输沙能力的影响作用更大。试验结果为明确地表径流与近地表水流耦合作用的土壤侵蚀机制提供了一定的理论基础与科学依据。

    • 基于USLE的大豆C因子计算模型研究

      2021, 58(3):665-672. DOI: 10.11766/trxb201911110417

      摘要 (613) HTML (281) PDF 499.53 K (1199) 评论 (0) 收藏

      摘要:作物覆盖与管理对土壤侵蚀的影响通常用C表示,它来自于美国通用流失方程(USLE),是有效治理土壤侵蚀,减少水土流失必须深入研究的重要因子。目前,我国有大量的通过植被覆盖度计算C值的模型,且关系模型的形式也各有不同。但植被覆盖度只是表征地表作物覆盖的指标之一,且并无体现管理措施对土壤流失的影响,建模方法也多是直接进行回归分析。因此,本研究以大豆为研究对象,通过室外人工模拟降雨,以植被覆盖度作为关键因子,以株高、结皮厚度、地表糙度作为调节因子逼近误差建立C因子估算模型。得到的模型公式为:C=-0.595ln0.01V×(-0.779x1+0.439x2+0.061h-0.357)。式中,V为植被覆盖度,%;h为株高,cm;x1为结皮厚度,mm;x2为地表糙度,无量纲。模型R2=0.935,均方根误差仅为0.089。本研究结果可为黄土高原农耕地土壤C因子模型的不断完善提供理论参考。

    • 哈尔滨荒山岩芯黄土-古土壤的化学风化特征——对古土壤形成环境指示

      2021, 58(3):673-684. DOI: 10.11766/trxb201910080472

      摘要 (909) HTML (1161) PDF 8.21 M (1407) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土-古土壤的化学风化特征对于理解亚洲内陆干旱化、东亚季风演化以及全球碳循环等具有重要意义。然而,对于亚洲内陆干旱化东进进程最前缘的哈尔滨黄土-古土壤的化学风化特征一无所知。本文对哈尔滨荒山岩芯的黄土-古土壤进行元素地球化学、磁化率和重矿物分析。哈尔滨古土壤的颜色为灰褐色-灰黑色,不同于其他地区的棕红色。黄土-古土壤的CIA(Chemical Index of Alteration)值为68~74(平均值为72),表明了中等程度的化学风化。然而,古土壤表现出与黄土相近甚至更低的化学风化程度。磁化率和重矿物结果显示,古土壤的磁化率明显低于黄土,铁磁性矿物含量明显低于黄土。因此本文认为尽管哈尔滨古土壤是间冰期气候的产物,但其成壤过程中的气候条件冷湿,导致古土壤层的化学风化甚至低于黄土层。冷湿的成壤环境也使得古土壤层的磁铁矿还原分解,导致古土壤层相对于黄土层具有更低的磁化率。哈尔滨古土壤的形成环境和现在的黑龙江黑土相似,可称之为古黑土。

    • 基于双线性理论的黏质土介电谱与含水量频域测量研究

      2021, 58(3):685-693. DOI: 10.11766/trxb201912230443

      摘要 (546) HTML (229) PDF 2.05 M (1206) 评论 (0) 收藏

      摘要:黏粒含量较多的黏质土(黏土类、黏壤土类)介电极化复杂,含水量测量混合介电模型研究较少。通过双线性介电测量理论对黏质土4种不同质地土壤分别配置0、5%、10%、15%、20%、25%、30%体积含水量,在0.001~3 GHz频段进行介电谱测量。分析发现,介电值(复介电常数实部、视在介电常数)在300.4~2 952 MHz内较为稳定;不同体积含水量下对应的介电值显著不同;1 050~1 503 MHz为黏质土含水量频域测量理想频段,1503 MHz为最佳频率点。在最佳频率点上,构建了2个黏质土含水量频域测量经验模型。对黏质土土样和验证样本进行分析,复介电实部模型计算值与含水量实测值对比,其R2均大于0.9600,RMSE均小于0.0190,RPD均大于5.000。对黏质土土样分析,视在介电模型计算值与含水量实测值对比,两者R2=0.9669,RMSE=0.0176,RPD=5.515,与Topp模型、Roth模型和Malicki模型相比,视在介电模型计算值与含水量实测值相关性更优。验证样本视在介电模型计算值与含水量实测值对比,两者R2=0.9537,RMSE=0.0208,RPD=4.602。研究表明,双线性理论对黏质土含水量介电法测量有较好适应性,本文构建的2个经验模型对黏质土特性土壤含水量有较高测量精度。

    • 基于VIS-NIR光谱的互花米草入侵湿地土壤有机碳预测研究

      2021, 58(3):694-703. DOI: 10.11766/trxb201912110467

      摘要 (672) HTML (407) PDF 3.71 M (1223) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究可见光—近红外光谱技术预测互花米草入侵背景下滨海湿地土壤有机碳含量的潜力,以江苏省典型互花米草湿地为研究对象,利用时空替代法采集15个土壤剖面3个深度共45个土壤样品。在实验室测定土壤光谱及有机碳含量,利用偏最小二乘回归方法建立了基于6种光谱变换的土壤有机碳预测模型,并分析了互花米草入侵年限和土层深度对土壤光谱和模型预测精度的影响。结果表明,表层土壤有机碳含量随互花米草入侵而显著增加。相对于仅包含光谱信息的预测模型,加入辅助变量(土层深度和植物入侵年限)建立的混合模型预测精度更高。交叉验证结果表明,基于光谱倒数1/R建立的混合模型预测精度最高,其决定系数(R2)为0.68,预测相对分析误差(RPD)为1.6,是预测互花米草入侵湿地土壤有机碳含量的最优模型。本研究表明,利用可见光—近红外光谱技术可以对互花米草入侵湿地的土壤有机碳含量进行有效预测,土层深度和植物入侵年限辅助变量可以在一定程度上提高模型预测精度。

    • α-氧化铝-细菌二元复合胶体对锑的吸附研究

      2021, 58(3):704-711. DOI: 10.11766/trxb201911080492

      摘要 (748) HTML (246) PDF 4.26 M (1311) 评论 (0) 收藏

      摘要:锑(Sb)在土壤胶体微界面的吸附解吸深刻影响其迁移、转化和归趋。土壤矿物、有机物、微生物等胶体组分多结合在一起,形成复杂的矿物-有机复合体。目前,锑在单一土壤组分上的吸附研究颇多,但较少有学者关注锑在土壤矿物-有机复合胶体界面的吸附过程和机制。通过宏观吸附以及光谱学技术探究锑在典型铝氧化物-细菌复合胶体上的吸附行为,结果表明:α-Al2O3纳米级颗粒覆盖在蜡状芽孢杆菌表面,形成一层不完整的“矿物膜”。朗格缪尔(Langmuir)模型可以很好地拟合Sb(V,Ⅲ)的等温吸附数据(R2>0.98);α-Al2O3对Sb的吸附量远大于细菌;Sb在Al2O3-细菌复合胶体上的吸附不符合“组分相加”原则,存在显著的促进效应。扫描电镜-能谱分析显示Sb主要结合在复合胶体的矿物组分上。X-射线光电子能谱结果表明铝羟基、羧基和氨基参与了Sb的吸附,且细菌会抑制Sb(Ⅲ)在α-Al2O3表面的氧化。本研究证实,细菌不仅影响锑在矿物界面的吸附量,还影响其氧化还原反应,因此,在预测锑在土壤中的形态转化、迁移和归趋时必须考虑矿物-微生物相互作用。

    • BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚的吸附

      2021, 58(3):712-721. DOI: 10.11766/trxb201912220511

      摘要 (625) HTML (262) PDF 754.94 K (1174) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用共沉淀法制备磁性海泡石(MST)、磁性沸石(MZT)和磁性凹凸棒石(MAT),并以两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)对其进行改性,以X射线衍射(XRD)对不同吸附剂材料进行表征分析,通过批处理法比较不同磁性黏土矿物经BS-12改性后对苯酚的吸附特征,同时考察温度、pH和离子强度对BS-12改性磁性黏土矿物吸附苯酚的影响。结果表明,三种黏土矿物原样和磁化样对苯酚的吸附能力分别呈NAT > NST > NZT、MAT > MST > MZT的大小顺序,磁化对凹凸棒石的苯酚吸附能力影响最大,这与Fe3O4在凹凸棒石上的覆盖度较高有关。经BS-12改性后,三种改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附量均随改性比例的增大而增加,具有一致性;三种磁性黏土矿物中,BS-12改性对磁性海泡石的苯酚吸附能力提升最多,这与BS-12在磁性海泡石的改性率较高有关。温度和溶液初始pH的升高不利于BS-12改性磁化样对苯酚的吸附,但离子强度的增加对BS-12改性磁化样吸附苯酚具有促进作用。BS-12改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附以疏水分配作用为主,吸附能力取决于有机碳含量。三种改性磁性黏土矿物中,BS-12改性磁性凹凸棒石上的有机碳含量最高,对苯酚的吸附能力最强,且吸附受温度、pH和离子强度的影响最小。

    • 红壤有机矿物复合体吸附Cu(Ⅱ)的分子机制

      2021, 58(3):722-731. DOI: 10.11766/trxb201912260389

      摘要 (777) HTML (267) PDF 4.72 M (1403) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用元素分析、X射线衍射分析(XRD)、同步辐射扫描透射显微术(STXM)等手段,表征湖南祁阳红壤中颗粒态有机质(Particle organic matter,POM)和有机矿物复合体(Organo-mineral complexes,OMC)的元素组成、矿物组成,以及Cu(Ⅱ)在土体土壤(Bulk soil,BS)和OMC表面的吸附行为、元素微区分布和分子固定机制,以明确实际土壤系统有机矿物复合体对铜吸附的能力及其固定机制。元素分析、XRD结果表明,土体土壤主要由OMC组成,富含黏土矿物,且所含有机质矿化度较BS和POM组分高。等温吸附实验结果表明,BS和OMC等温吸附曲线符合Langmuir和Freundlich方程,BS及OMC对Cu(Ⅱ)吸附等温线类似,且理论最大吸附量相当,说明供试土壤对Cu(Ⅱ)的吸附主要由OMC决定。STXM在亚微米尺度上表征了BS和OMC吸附样品中Cu与C、Fe、Al、Si的微区分布特征,发现Cu在红壤中分布具有空间异质性,Cu主要与羧基碳与铁氧化物形成的有机矿物复合体相结合,控制着红壤中Cu(Ⅱ)的形态分布与有效性。

    • 铅锌矿区周边农田土壤跳虫群落特征与重金属污染的关联

      2021, 58(3):732-743. DOI: 10.11766/trxb202004020212

      摘要 (882) HTML (311) PDF 2.08 M (1416) 评论 (0) 收藏

      摘要:以云南兰坪铅锌矿区周边的农田为对象,按距矿区距离设四条样带,每个样带按距河流由近至远等距选3个样点进行定量采样,测定和分析土壤跳虫物种多样性和群落结构、土壤重金属含量和理化性质、及跳虫体内的铅含量。共获跳虫26种,平均密度12 042 ind·m2。样点与矿区或河流距离增加,土壤中镉、铅和锌含量下降,跳虫体内重金属含量下降,物种丰富度(种数)、丰富度指数和个体数多度(密度)均呈增加趋势,且对重金属有效态的响应大于重金属全量,以种数和体内重金属含量最为明显。棘跳属的Onychiurus sp.的个体数多度与有效态铅呈明显负相关,等节跳属Isotoma的三个种均与全镉及有效态含量呈负相关,而其中的Isotoma sp.3与全锌及有效态含量呈负相关,但Lepidocyrtus sp.与镉、铅、锌全量均呈正相关,以上物种有作为相应重金属污染评价指示种的潜力。此外,Onychiurus sp.和白棘跳Onychiurus folsomi与土壤有机质含量呈正相关,吉井氏球角跳Hypogastrura yosii与土壤pH负相关,Isotoma sp.1与土壤pH和土壤容重呈正相关,以上物种有作为土壤质量指示种的潜力。

    • 丛枝菌根育苗缓解西瓜枯萎病的机制

      2021, 58(3):744-754. DOI: 10.11766/trxb202001070007

      摘要 (599) HTML (289) PDF 2.70 M (1173) 评论 (0) 收藏

      摘要:西瓜易受尖孢镰刀菌侵害发生枯萎病。植物形成丛枝菌根(AM)可有效促进养分吸收和病害防控。在田间直接接种丛枝菌根菌时,侵染效率和生态效应多数会受到限制。采用育苗期接种丛枝菌根菌(Rhizophagus intraradices,R.i)培养菌根苗,成苗后移栽入盆钵,研究西瓜丛枝菌根苗在抗西瓜枯萎病中的作用及其机制。将西瓜丛枝菌根苗移栽入大田,研究丛枝菌根西瓜苗在田间防控西瓜枯萎病及改善磷营养的效果。结果表明,苗期形成的丛枝菌根苗,在移栽后上调几丁质酶编码基因ClPR4、ClPR5在根系的表达量,上调b-1,3-葡聚糖酶编码基因ClGlu3和苯丙氨酸解氨酶编码基因ClPAL4、ClPAL11在根系的表达量;西瓜丛枝菌根育苗提高了根际土壤酸性磷酸酶活性,提高土壤有效磷含量,改善磷营养,提高西瓜植株抗枯萎病的能力。同时丛枝菌根育苗提高了西瓜根际土壤中的丛枝菌根菌孢子数,降低了根际土壤中病原菌数量,降低西瓜枯萎病发病率及病情指数。因此,丛枝菌根育苗上调了西瓜植株抗性相关酶基因表达,提高西瓜抗病性;同时提高了根际酸性磷酸酶活性而改善了磷营养,提高植株抗病能力。

    • 三元肥料效应模型的整合与优化建模策略

      2021, 58(3):755-766. DOI: 10.11766/trxb201912170507

      摘要 (608) HTML (300) PDF 3.15 M (1274) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前作物肥效模型建模成功率普遍偏低的问题,探讨了提高建模成功率的优化建模策略。在分析整合三元非结构肥效模型非线性最小二乘(NLS)和三元二次多项式肥效模型普通最小二乘(OLS)、主成分回归(PCR)和可行广义最小二乘回归(FGLS)四种建模法的适用性基础上,根据水稻和露地蔬菜的1 122个氮磷钾田间肥效试验结果,探讨三元肥效模型的综合应用方法。结果表明,三元肥效模型不同函数式及其建模法的适用性有明显差别。三元二次多项式肥效模型OLS建模法的典型式比例平均仅有19.8%,克服多重共线性危害的PCR建模法和克服异方差危害的FGLS建模法均有利于提高典型式比例,而同时克服了模型设定偏误和多重共线性危害的非结构肥效模型及其NLS建模法的典型式比例则提高至41.4%。根据不同模型及其建模法的适用性,提出三元肥效模型四步建模法,结果使典型式的比例进一步提高至57.5%,且在双季稻、单季稻和露地蔬菜中的相关比例差异很小。因此,四步建模法是大幅度提高三元肥效模型建模成功率的有效技术方法。

    • 不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

      2021, 58(3):767-776. DOI: 10.11766/trxb201908050402

      摘要 (1162) HTML (747) PDF 4.91 M (1524) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用15N2气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明:变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和蓝藻门(Cyanobacteria)是水稻土中优势微生物类群。四种类型土壤发育的水稻土细菌群落结构差异显著(Stress<0.001),群落结构分异(NMDS1)与土壤pH存在极显著正相关关系(P<0.01)。土壤有机碳和碱解氮含量显著影响水稻土中细菌丰度和群落多样性(P<0.01)。红壤发育的水稻土细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于其他三种类型水稻土,但OTU数量、Chao1指数和PD指数均低于其他三种类型水稻土。土壤pH对水稻土生物固氮速率有显著影响(P<0.01),紫色土发育的水稻土具有最高的生物固氮速率(3.2±0.7 mg×kg-1×d-1),其中优势类群细鞘丝藻属(Leptolyngbya)可能是生物固氮的主要贡献者。研究结果丰富了对水稻土微生物多样性的认识,为通过调控土壤pH和微生物群落组成来提高稻田生物固氮潜力提供了理论依据。

    • 有机物料施用对潮土活性有机碳及微生物群落组成的影响

      2021, 58(3):777-787. DOI: 10.11766/trxb201911070488

      摘要 (876) HTML (381) PDF 2.49 M (1430) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤活性有机碳是土壤中周转较快,对管理措施反应较为敏感的碳组分,但不同有机物料的影响效应及其微生物机制尚不清楚。比较小麦-玉米轮作条件下,麦季秸秆还田(R)和木本泥炭(MT)连续施用2年对玉米收获期潮土可矿化有机碳(PCM)、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)、颗粒有机碳(POC)的影响,评估其与细菌和真菌群落组成之间的关系。结果表明:与不施用任何有机物料的CK相比,R处理及秸秆和木本泥炭联合施用(RMT)的DOC含量分别显著增加30.33%和31.46%;MT和RMT处理的POC含量分别显著增加104.86%和64.78%;而PCM、MBC、ROC在处理之间无显著变化。高通量测序发现,4个处理之间的细菌群落组成无显著变化,而真菌发生显著变化,并主要受制于POC、DOC、NH4+-N变化。相关性分析发现,DOC和POC均与转化酶活性显著正相关。DOC和转化酶均在R处理中显著增加,与Trichoderma peltatumTrichoderma aerugineum丰度显著正相关;DOC同时与能促进根系分泌物生成的Pyrenochaeta unidentified丰度显著正相关,它在RMT处理中显著增加。POC和转化酶均与Cladorrhinum flexuosumBasidiobolus ranarum显著负相关,该俩微生物在MT处理中显著降低,而在RMT中仅Cladorrhinum flexuosum显著降低;POC和转化酶均与Chaetothyriales unidentified显著正相关,它们在RMT处理中显著升高。施用秸秆或木本泥炭分别改变了潮土不同活性有机碳的含量,可能是因为两种有机物料施用分别产生了不同的真菌群落组成,进而改变了功能微生物丰度及相关酶活性。

    • 增温对结皮土壤系统氮转化速率及微生物生物量碳氮与酶活性的影响

      2021, 58(3):788-797. DOI: 10.11766/trxb201911080393

      摘要 (806) HTML (439) PDF 976.68 K (1395) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究增温对结皮土壤系统氮转化速率及微生物生物量碳氮与酶活性的影响,从不同水平(功能基因→微生物生物量→酶活性)揭示结皮土壤系统氮转化特征对增温的响应机制,为进一步认知未来气候变化背景下藓类结皮在土壤氮循环中的生态功能提供理论依据。以藓类结皮土壤为研究对象,采用野外培养原状土柱的方法,研究了温带荒漠生态系统藓类结皮土壤氮转化速率、微生物生物量、酶活性和功能基因对增温的响应。结果表明,增温和土壤类型对土壤净氮转化速率(净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率)、酶活性(N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和脲酶)、微生物生物量碳和氮转化功能基因(gdhhaoamoA)丰度具有显著影响且两者间存在明显交互作用;此外,与对照相比,增温后藓类结皮土壤净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率分别降低49.5%、63.2%和59.7%;土壤酶活性(N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和脲酶)和微生物生物量碳氮均显著降低;除gdh基因外,增温显著抑制了藓类结皮土壤ureChaoamoA丰度;相同处理下,藓类结皮土壤净氮转化速率、酶活性、微生物生物量碳氮和氮转化功能基因丰度均显著高于无结皮土壤。综上,增温通过降低土壤酶活性、微生物生物量和功能基因丰度来抑制土壤氮转化过程,而藓类结皮的退化丧失了对土壤微环境的调节作用,进而加速了该过程。

    • >研究简报
    • 南美蟛蜞菊、蟛蜞菊和杂交蟛蜞菊土壤磷组分特征及其影响因素

      2021, 58(3):798-804. DOI: 10.11766/trxb201907220310

      摘要 (679) HTML (434) PDF 528.31 K (1146) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究入侵植物南美蟛蜞菊土壤磷转化过程与驱动机制,采用野外控制试验,比较研究了南美蟛蜞菊、蟛蜞菊和杂交蟛蜞菊土壤磷组分、微生物生物量磷以及酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性。结果表明:3种蟛蜞菊土壤易分解态磷仅占全磷的2.2%~6.3%,且全碳与有机磷的比例大于200,表明本研究区受到磷限制。有机磷是土壤磷库的主要组分,在南美蟛蜞菊、蟛蜞菊和杂交蟛蜞菊土壤中分别占全磷的28.7%、17.6%和25.0%。相关分析表明,三种蟛蜞菊土壤有机磷磷组分矿化主要受碱性磷酸酶影响,受酸性磷酸酶影响较小,且碱性磷酸酶与有机磷呈显著负相关,与易分解态磷呈显著正相关。因此,在缺磷的亚热带地区,碱性磷酸酶对有机磷的分解可能是该地区入侵植物对磷限制的适应机制。

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