2021年第58卷第4期文章目次
> 新视角与前沿
2021, 58(4):805-813.
DOI: 10.11766/trxb202012310722
摘要:
植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而，当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题，本文提出“根际生命共同体（Rhizobiont）”学术思路，围绕“根际互作与养分高效”这一重大科学命题，构建“植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物”根际生命共同体理论体系，突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制，阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制，建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径，开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域，根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题，支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容，尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。
植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而，当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题，本文提出“根际生命共同体（Rhizobiont）”学术思路，围绕“根际互作与养分高效”这一重大科学命题，构建“植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物”根际生命共同体理论体系，突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制，阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制，建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径，开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域，根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题，支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容，尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。
2021, 58(4):814-824.
DOI: 10.11766/trxb202003230038
摘要:
作物土传病害已经成为集约化农业可持续发展中的瓶颈，在粮食安全、资源高效和生态健康多目标协同发展的指导思想下，系统的绿色防控理论和技术体系构建是破解该难题的重要前提。作为植物-土壤互作的热点区域，根际栖息着较土体土壤更丰富的微生物群落，是土传病原物入侵作物根系的必经之路。根际微生态系统中的植物、土壤、微生物组和病原物之间的交互作用必然影响着植物健康。笔者将根际微生态系统抵御土传病原物入侵的现象和能力，称之为“根际免疫”。本文重点梳理根际免疫概念形成的4个重要阶段：（1）抑病土壤概念的提出与发展；（2）抑病微生物筛选与作用机制；（3）抑病土壤核心微生物组及互作机制；（4）根际免疫概念的形成与发展思考。最后从关注根际微生态、注重学科交叉和系统揭示根际免疫机制三方面进行展望，以期为提升土壤-植物系统健康和实现农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。
作物土传病害已经成为集约化农业可持续发展中的瓶颈，在粮食安全、资源高效和生态健康多目标协同发展的指导思想下，系统的绿色防控理论和技术体系构建是破解该难题的重要前提。作为植物-土壤互作的热点区域，根际栖息着较土体土壤更丰富的微生物群落，是土传病原物入侵作物根系的必经之路。根际微生态系统中的植物、土壤、微生物组和病原物之间的交互作用必然影响着植物健康。笔者将根际微生态系统抵御土传病原物入侵的现象和能力，称之为“根际免疫”。本文重点梳理根际免疫概念形成的4个重要阶段：（1）抑病土壤概念的提出与发展；（2）抑病微生物筛选与作用机制；（3）抑病土壤核心微生物组及互作机制；（4）根际免疫概念的形成与发展思考。最后从关注根际微生态、注重学科交叉和系统揭示根际免疫机制三方面进行展望，以期为提升土壤-植物系统健康和实现农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。
> 综述与评论
2021, 58(4):825-836.
DOI: 10.11766/trxb202006010266
摘要:
镉污染土壤因其导致粮食作物超标以及通过食物链对居民健康构成威胁，引起了人们的高度关注。土壤镉的迁移转化、植物根部对镉的吸收、植物体内对镉的装载转运和贮存是土壤-植物体系镉生物地球化学循环的重要过程。近年来，稳定同位素分馏技术被广泛应用于土壤-植物系统中镉的迁移和储存，为研究镉在不同土壤库和植物部位中的迁移和转化提供了新的思路和视角。本文首先介绍了镉同位素组成分析的基本原理和方法；其次对土壤矿物溶解、共沉淀、吸附和有机质螯合配位等四个关键过程引起的镉同位素分馏方向和程度进行综述，并重点针对植物根部对镉的吸收、根部-地上部转运和籽粒储存等三个关键过程阐述植物体内镉同位素分馏机制；最后基于目前研究现状，展望了土壤-植物体系镉同位素分馏尚需解决的科学问题和未来的研究方向。有助于深入理解镉在土壤-植物体系中的生物地球化学过程与机制，以期为镉污染土壤的安全利用与治理修复、农产品减毒脱毒等应用技术的研发提供科学依据。
镉污染土壤因其导致粮食作物超标以及通过食物链对居民健康构成威胁，引起了人们的高度关注。土壤镉的迁移转化、植物根部对镉的吸收、植物体内对镉的装载转运和贮存是土壤-植物体系镉生物地球化学循环的重要过程。近年来，稳定同位素分馏技术被广泛应用于土壤-植物系统中镉的迁移和储存，为研究镉在不同土壤库和植物部位中的迁移和转化提供了新的思路和视角。本文首先介绍了镉同位素组成分析的基本原理和方法；其次对土壤矿物溶解、共沉淀、吸附和有机质螯合配位等四个关键过程引起的镉同位素分馏方向和程度进行综述，并重点针对植物根部对镉的吸收、根部-地上部转运和籽粒储存等三个关键过程阐述植物体内镉同位素分馏机制；最后基于目前研究现状，展望了土壤-植物体系镉同位素分馏尚需解决的科学问题和未来的研究方向。有助于深入理解镉在土壤-植物体系中的生物地球化学过程与机制，以期为镉污染土壤的安全利用与治理修复、农产品减毒脱毒等应用技术的研发提供科学依据。
2021, 58(4):837-850.
DOI: 10.11766/trxb201912170575
摘要:
我国土壤重金属污染严重，尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用，其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响，增加了镉砷复合污染土壤的修复难度，严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果，为了同时钝化镉砷，通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用，常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等，其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等；磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施，通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷；金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施，通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷；铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷；黏土矿物中多施用海泡石，主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施，通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷；污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质，主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷；此外，富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结，归纳了镉砷钝化材料特性，以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。
我国土壤重金属污染严重，尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用，其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响，增加了镉砷复合污染土壤的修复难度，严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果，为了同时钝化镉砷，通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用，常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等，其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等；磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施，通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷；金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施，通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷；铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷；黏土矿物中多施用海泡石，主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施，通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷；污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质，主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷；此外，富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结，归纳了镉砷钝化材料特性，以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。
2021, 58(4):851-861.
DOI: 10.11766/trxb202007280143
摘要:
利用功能细菌辅助植物固定重金属是目前农田土壤污染修复中高效且环境友好的方式，其中细菌与矿物间相互作用广泛存在，包括细菌对矿物的溶解作用、矿物对细菌活性的影响以及细菌-矿物复合体的形成等，并贯穿整个修复过程。一方面，细菌与矿物互作会影响细菌的活性和表面特性，如带电性、表面官能团位点类型及浓度等，进而影响细菌对重金属的生物吸附行为以及辅助植物修复作用的发挥；另一方面，细菌-矿物结合形成的复合体较单一细菌、矿物组分对重金属的固定行为不同，在重金属修复过程中发挥不可忽视的作用。本文综合分析细菌与矿物的结合作用、细菌对矿物的溶解作用以及矿物对细菌活性的影响，阐述细菌-土壤矿物（矿物材料）复合体在重金属污染修复中的应用潜能，为复合体应用于重金属污染土壤环境提供理论依据。
利用功能细菌辅助植物固定重金属是目前农田土壤污染修复中高效且环境友好的方式，其中细菌与矿物间相互作用广泛存在，包括细菌对矿物的溶解作用、矿物对细菌活性的影响以及细菌-矿物复合体的形成等，并贯穿整个修复过程。一方面，细菌与矿物互作会影响细菌的活性和表面特性，如带电性、表面官能团位点类型及浓度等，进而影响细菌对重金属的生物吸附行为以及辅助植物修复作用的发挥；另一方面，细菌-矿物结合形成的复合体较单一细菌、矿物组分对重金属的固定行为不同，在重金属修复过程中发挥不可忽视的作用。本文综合分析细菌与矿物的结合作用、细菌对矿物的溶解作用以及矿物对细菌活性的影响，阐述细菌-土壤矿物（矿物材料）复合体在重金属污染修复中的应用潜能，为复合体应用于重金属污染土壤环境提供理论依据。
2021, 58(4):862-875.
DOI: 10.11766/trxb202006150207
摘要:
近年来，微生物成矿技术成为环境污染治理领域研究热点之一。结合典型矿化菌与砷的成矿关联规律对微生物成矿作用固定砷的机制及环境污染治理中的应用进行归纳：（1）环境中的碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌及硫酸盐还原菌可通过诱导成矿的方式，直接促进含砷矿物的形成或生成其他矿物间接吸附砷，通过对砷的成矿产物和成矿因素分析，揭示微生物成矿机理、特征及形成条件；（2）总结了国内外应用微生物成矿技术处理水体和土壤中砷污染的研究，利用微生物成矿技术可降低水体及土壤中溶解性或可提取态砷浓度、减少砷的生物可利用性；（3）微生物对重金属的成矿作用受环境因素影响，环境中砷的初始浓度、共存金属离子、pH、温度、营养盐浓度等均会影响微生物成矿的效率。加强微生物成矿过程微界面反应机制研究，并筛选重金属耐性和成矿能力强的微生物以提高成矿效率，同时研究成矿作用固定的砷在环境中的溶出和迁移规律进而减少矿物中砷的再次溶出，将成为未来该领域的重点研究方向之一。
近年来，微生物成矿技术成为环境污染治理领域研究热点之一。结合典型矿化菌与砷的成矿关联规律对微生物成矿作用固定砷的机制及环境污染治理中的应用进行归纳：（1）环境中的碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌及硫酸盐还原菌可通过诱导成矿的方式，直接促进含砷矿物的形成或生成其他矿物间接吸附砷，通过对砷的成矿产物和成矿因素分析，揭示微生物成矿机理、特征及形成条件；（2）总结了国内外应用微生物成矿技术处理水体和土壤中砷污染的研究，利用微生物成矿技术可降低水体及土壤中溶解性或可提取态砷浓度、减少砷的生物可利用性；（3）微生物对重金属的成矿作用受环境因素影响，环境中砷的初始浓度、共存金属离子、pH、温度、营养盐浓度等均会影响微生物成矿的效率。加强微生物成矿过程微界面反应机制研究，并筛选重金属耐性和成矿能力强的微生物以提高成矿效率，同时研究成矿作用固定的砷在环境中的溶出和迁移规律进而减少矿物中砷的再次溶出，将成为未来该领域的重点研究方向之一。
> 研究论文
2021, 58(4):876-886.
DOI: 10.11766/trxb202001190693
摘要:
以黄土高原山西省14个淋溶土剖面的31个偏红的黏化层（Bt）为研究对象，分析了其全铁、游离氧化铁、无定形态氧化铁的含量与土壤颜色参数、黏粒含量之间的相关性，并建立了定量关系模型。结果表明：Bt的黏粒含量与氧化铁含量之间呈极显著正相关（P<0.01）；颜色的红度与全铁、游离氧化铁和无定形氧化铁含量之间均呈极显著正相关（P<0.01），其中游离氧化铁是最直接的土壤红色“染色剂”；色调、明度与彩度等颜色参数与土壤全铁、游离氧化铁含量之间亦呈现出显著的相关性，这也间接说明了黏粒含量与土壤颜色具有一定相关性。野外观测发现，某些黏化层结构体表面颜色较结构体内基质颜色更红，证实了在土壤结构体表面氧化铁随着黏粒在土壤空隙中的迁移淀积。黄土高原淋溶土偏红的黏化层多是来自由于土壤侵蚀而出露地表或接近地表的第三纪保德红土和第四纪红黏土，其黏粒含量、土壤颜色等指标均表明第三纪的古气候条件较第四纪更为湿热。
以黄土高原山西省14个淋溶土剖面的31个偏红的黏化层（Bt）为研究对象，分析了其全铁、游离氧化铁、无定形态氧化铁的含量与土壤颜色参数、黏粒含量之间的相关性，并建立了定量关系模型。结果表明：Bt的黏粒含量与氧化铁含量之间呈极显著正相关（P<0.01）；颜色的红度与全铁、游离氧化铁和无定形氧化铁含量之间均呈极显著正相关（P<0.01），其中游离氧化铁是最直接的土壤红色“染色剂”；色调、明度与彩度等颜色参数与土壤全铁、游离氧化铁含量之间亦呈现出显著的相关性，这也间接说明了黏粒含量与土壤颜色具有一定相关性。野外观测发现，某些黏化层结构体表面颜色较结构体内基质颜色更红，证实了在土壤结构体表面氧化铁随着黏粒在土壤空隙中的迁移淀积。黄土高原淋溶土偏红的黏化层多是来自由于土壤侵蚀而出露地表或接近地表的第三纪保德红土和第四纪红黏土，其黏粒含量、土壤颜色等指标均表明第三纪的古气候条件较第四纪更为湿热。
2021, 58(4):887-899.
DOI: 10.11766/trxb202001140623
摘要:
耕地土壤有机碳（Soil Organic Carbon，SOC）含量既是土壤质量的重要表征，也是农业温室气体的重要源库，而环境变量与随机森林算法（Random Forest，RF）是提高土壤有机碳空间预测精度的重要方法，但不同组合环境变量对RF模型预测精度的影响仍需深入研究。本文以福建闽东南复杂地貌区为例，以两种环境变量组合（遥感变量+气候因子和遥感变量+气候因子+土壤属性）为输入数据集，利用RF算法对耕地表层SOC含量进行模拟预测和精度对比，并与普通克里格（Ordinary Kriging，OK）插值模型进行对比。结果表明，基于全部环境变量构建的RF模型表现最佳，其模型拟合度和预测精度相较于未加入土壤属性的模型有显著提高（r提高7.95%，为0.95，RMSE下降45.13%），且对SOC空间分异信息的捕获更精确，OK模型总体预测精度最弱。利用最优模型反演得到的研究区耕地SOC含量为14.70±2.95 g·kg-1，东部沿海低于西部内陆。变量贡献率分析显示，除了与土壤碳紧密相关的水解性氮（N），遥感变量中数字高程模型（DEM）也是影响闽东南地区SOC预测精度的重要变量，因此，遥感变量、气候因子和土壤属性共同驱动的随机森林模型可作为闽东南复杂地貌区耕地有机碳含量空间预测的有效方法。
耕地土壤有机碳（Soil Organic Carbon，SOC）含量既是土壤质量的重要表征，也是农业温室气体的重要源库，而环境变量与随机森林算法（Random Forest，RF）是提高土壤有机碳空间预测精度的重要方法，但不同组合环境变量对RF模型预测精度的影响仍需深入研究。本文以福建闽东南复杂地貌区为例，以两种环境变量组合（遥感变量+气候因子和遥感变量+气候因子+土壤属性）为输入数据集，利用RF算法对耕地表层SOC含量进行模拟预测和精度对比，并与普通克里格（Ordinary Kriging，OK）插值模型进行对比。结果表明，基于全部环境变量构建的RF模型表现最佳，其模型拟合度和预测精度相较于未加入土壤属性的模型有显著提高（r提高7.95%，为0.95，RMSE下降45.13%），且对SOC空间分异信息的捕获更精确，OK模型总体预测精度最弱。利用最优模型反演得到的研究区耕地SOC含量为14.70±2.95 g·kg-1，东部沿海低于西部内陆。变量贡献率分析显示，除了与土壤碳紧密相关的水解性氮（N），遥感变量中数字高程模型（DEM）也是影响闽东南地区SOC预测精度的重要变量，因此，遥感变量、气候因子和土壤属性共同驱动的随机森林模型可作为闽东南复杂地貌区耕地有机碳含量空间预测的有效方法。
2021, 58(4):900-910.
DOI: 10.11766/trxb202002240069
摘要:
在自然降雨条件下，黄土区坡耕地土壤表层中的养分会随地表径流流失，从而加剧了土壤质量和生产力的下降并造成严重的农业面源污染，使得准确预测黄土区养分随地表径流的流失过程尤为重要。现有的养分流失模型着重于估算长时段的养分流失总量，且未考虑开始产流前入渗水对交换层养分的稀释作用。根据不同降雨时段的养分迁移特性，将整个降雨过程划分为三个阶段：（1）从降雨开始（t0）至交换层土壤完全饱和（tsa），（2）从交换层土壤完全饱和（tsa）至开始产流（tp），（3）从开始产流（tp）至降雨结束。在运动波模型近似解析解的基础上建立了综合雨滴击溅、扩散和入渗作用的养分流失近似解析模型；并进行了降雨试验，以率定模型参数和验证模型的可靠性。结果表明：径流及养分的模拟值可与实测值精确匹配（R2> 0.8，纳什效率系数NSE> 0.347）。养分流失模型中的雨滴诱导水分转移速率er取值在0.006～0.023 cm·min-1之间，交换层深度de取值在0.68～1.32 cm之间；雨滴诱导水分转移速率er可显著影响硝态氮和铵态氮的峰值流失速率，er的增大使得养分流失过程中流失速率减小阶段的衰减速率更快；而交换层深度de可显著影响硝态氮和铵态氮损失率的总体变化范围，即随交换层深度的增大，养分的峰值流失速率和流失总量也随之增大。因此，应采取植被覆盖或深层施肥等措施，减弱雨滴动能、降低交换层养分含量以达到减少养分流失的目的。
在自然降雨条件下，黄土区坡耕地土壤表层中的养分会随地表径流流失，从而加剧了土壤质量和生产力的下降并造成严重的农业面源污染，使得准确预测黄土区养分随地表径流的流失过程尤为重要。现有的养分流失模型着重于估算长时段的养分流失总量，且未考虑开始产流前入渗水对交换层养分的稀释作用。根据不同降雨时段的养分迁移特性，将整个降雨过程划分为三个阶段：（1）从降雨开始（t0）至交换层土壤完全饱和（tsa），（2）从交换层土壤完全饱和（tsa）至开始产流（tp），（3）从开始产流（tp）至降雨结束。在运动波模型近似解析解的基础上建立了综合雨滴击溅、扩散和入渗作用的养分流失近似解析模型；并进行了降雨试验，以率定模型参数和验证模型的可靠性。结果表明：径流及养分的模拟值可与实测值精确匹配（R2> 0.8，纳什效率系数NSE> 0.347）。养分流失模型中的雨滴诱导水分转移速率er取值在0.006～0.023 cm·min-1之间，交换层深度de取值在0.68～1.32 cm之间；雨滴诱导水分转移速率er可显著影响硝态氮和铵态氮的峰值流失速率，er的增大使得养分流失过程中流失速率减小阶段的衰减速率更快；而交换层深度de可显著影响硝态氮和铵态氮损失率的总体变化范围，即随交换层深度的增大，养分的峰值流失速率和流失总量也随之增大。因此，应采取植被覆盖或深层施肥等措施，减弱雨滴动能、降低交换层养分含量以达到减少养分流失的目的。
2021, 58(4):911-920.
DOI: 10.11766/trxb202004090037
摘要:
咸水冰融化入渗对重盐碱地具有明显的改良作用，而咸水冰融化是融水水质和水量的动态变化过程。为模拟咸水冰融化入渗滨海盐土过程，探讨咸水灌溉改良盐碱地的可行性，本研究设置了不同咸水梯次入渗滨海盐土的土柱试验，试验处理为：咸水梯次入渗（GSI）、咸水单一入渗（DSI）和咸水冰融化入渗（MSI），以淡水入渗（CK）为对照；其中咸水矿化度和水量分别为15 g·L-1和314.3 mm。根据咸水冰融化过程中融水水质和水量的变化过程，GSI设置了4个矿化度和水量（S1：81 g·L-1和25 mm；S2：19 g·L-1和125.8 mm；S3：3 g·L-1和94.3 mm；S4：0 g·L-1和69.2 mm）的咸水连续入渗。结果表明：相同时间内，咸水处理的入渗深度和速度均大于CK；入渗初期，GSI的入渗深度和速率均高于DSI，且上一梯次咸水的入渗能显著提高下一梯次咸水的入渗率，后期GSI处理随着入渗咸水矿化度的降低，入渗率显著低于DSI。入渗后，0～40 cm土层土壤水盐含量由大到小依次为DSI>GSI>MSI，GSI和MSI土壤水盐分布一致，脱盐率分别为92.87%和91.38%，显著大于DSI的74.74%。以上结果明确了不同咸水梯次入渗滨海盐土的入渗特征，咸水梯次入渗可获得与咸水冰融化入渗一致的脱盐效果，这为后续模拟咸水冰融水入渗盐碱土过程提供了手段，同时也为咸淡水轮灌技术提供了理论依据。
咸水冰融化入渗对重盐碱地具有明显的改良作用，而咸水冰融化是融水水质和水量的动态变化过程。为模拟咸水冰融化入渗滨海盐土过程，探讨咸水灌溉改良盐碱地的可行性，本研究设置了不同咸水梯次入渗滨海盐土的土柱试验，试验处理为：咸水梯次入渗（GSI）、咸水单一入渗（DSI）和咸水冰融化入渗（MSI），以淡水入渗（CK）为对照；其中咸水矿化度和水量分别为15 g·L-1和314.3 mm。根据咸水冰融化过程中融水水质和水量的变化过程，GSI设置了4个矿化度和水量（S1：81 g·L-1和25 mm；S2：19 g·L-1和125.8 mm；S3：3 g·L-1和94.3 mm；S4：0 g·L-1和69.2 mm）的咸水连续入渗。结果表明：相同时间内，咸水处理的入渗深度和速度均大于CK；入渗初期，GSI的入渗深度和速率均高于DSI，且上一梯次咸水的入渗能显著提高下一梯次咸水的入渗率，后期GSI处理随着入渗咸水矿化度的降低，入渗率显著低于DSI。入渗后，0～40 cm土层土壤水盐含量由大到小依次为DSI>GSI>MSI，GSI和MSI土壤水盐分布一致，脱盐率分别为92.87%和91.38%，显著大于DSI的74.74%。以上结果明确了不同咸水梯次入渗滨海盐土的入渗特征，咸水梯次入渗可获得与咸水冰融化入渗一致的脱盐效果，这为后续模拟咸水冰融水入渗盐碱土过程提供了手段，同时也为咸淡水轮灌技术提供了理论依据。
2021, 58(4):921-934.
DOI: 10.11766/trxb202003180714
摘要:
为改善我国东北地区黑土亚耕层的土壤结构并解决当地玉米秸秆还田难问题，于2015—2018年开展切碎秸秆（QS）与秸秆颗粒（KL）2种秸秆形态下1倍（15 000 kg·hm-2）、3倍（45 000 kg·hm-2）与5倍（75 000 kg·hm-2）3种秸秆用量的一次性深埋（30～40 cm）还田试验，探究其对黑土亚耕层（20~40 cm）土壤容重、紧实度及土壤含水量的影响，并分析土壤团聚体变化对主要物理性状的调控效应。3年玉米成熟期的测试结果表明：（1）秸秆深还对亚耕层土壤容重、紧实度以及土壤含水量的改善程度高于耕层（0~20 cm），表现为随秸秆用量的增加而提高，随还田后的时间延长而降低，一次性秸秆高量深还改善土壤物理性状的效果可维持多年。（2）秸秆3倍、5倍量还田显著提高了亚耕层土壤> 0.25 mm与> 2 mm水稳性大团聚体的含量，降低了微团聚体含量；秸秆还田第1、2年为> 0.25 mm和> 2 mm水稳性团聚体的主要形成时期，其含量最高为CK的5倍和1.5倍（P< 0.05）。（3）亚耕层土壤0.25～0.053 mm微团聚体以及> 0.25 mm水稳性大团聚体含量均与土壤容重、紧实度以及采样时土壤含水量显著相关，其中0.25～0.053 mm、>2 mm和>0.25 mm粒径团聚体为2016与2017年驱动土壤物理性状变化的关键因子，1~0.5 mm粒径团聚体为2018年驱动土壤物理性状变化的关键因子。综上，切碎秸秆75 000 kg·hm-2还田是值得优先推荐的调控土壤团聚体分布、改善亚耕层土壤物理性状的良好措施，兼具改土培肥与秸秆资源化利用的双重优点，可为今后我国黑土区农田土壤改良提供理论依据与技术指导。
为改善我国东北地区黑土亚耕层的土壤结构并解决当地玉米秸秆还田难问题，于2015—2018年开展切碎秸秆（QS）与秸秆颗粒（KL）2种秸秆形态下1倍（15 000 kg·hm-2）、3倍（45 000 kg·hm-2）与5倍（75 000 kg·hm-2）3种秸秆用量的一次性深埋（30～40 cm）还田试验，探究其对黑土亚耕层（20~40 cm）土壤容重、紧实度及土壤含水量的影响，并分析土壤团聚体变化对主要物理性状的调控效应。3年玉米成熟期的测试结果表明：（1）秸秆深还对亚耕层土壤容重、紧实度以及土壤含水量的改善程度高于耕层（0~20 cm），表现为随秸秆用量的增加而提高，随还田后的时间延长而降低，一次性秸秆高量深还改善土壤物理性状的效果可维持多年。（2）秸秆3倍、5倍量还田显著提高了亚耕层土壤> 0.25 mm与> 2 mm水稳性大团聚体的含量，降低了微团聚体含量；秸秆还田第1、2年为> 0.25 mm和> 2 mm水稳性团聚体的主要形成时期，其含量最高为CK的5倍和1.5倍（P< 0.05）。（3）亚耕层土壤0.25～0.053 mm微团聚体以及> 0.25 mm水稳性大团聚体含量均与土壤容重、紧实度以及采样时土壤含水量显著相关，其中0.25～0.053 mm、>2 mm和>0.25 mm粒径团聚体为2016与2017年驱动土壤物理性状变化的关键因子，1~0.5 mm粒径团聚体为2018年驱动土壤物理性状变化的关键因子。综上，切碎秸秆75 000 kg·hm-2还田是值得优先推荐的调控土壤团聚体分布、改善亚耕层土壤物理性状的良好措施，兼具改土培肥与秸秆资源化利用的双重优点，可为今后我国黑土区农田土壤改良提供理论依据与技术指导。
2021, 58(4):935-947.
DOI: 10.11766/trxb202002210685
摘要:
基于田间长期定位试验，通过原位监测和计算机断层微扫描技术相结合的方法，分析种植模式对川中丘陵石灰性紫色土结构和地力的影响。结果表明，玉米-小麦（MW）模式耕层土壤孔隙配比合理且连通性好，有利于耕层保水保肥和土壤可持续利用，但该模式土壤动物丰富度和经济效益偏低。玉米-油菜（MR）模式土壤孔隙结构较玉米-小麦模式差，但腐食性土壤动物丰富，有利于改善土壤结构，且经济效益优于玉米-小麦模式。玉米-红薯-小麦（MWP）模式经济效益最高，作物类型和孔隙结构有利于土壤动物生存繁殖，但该体系耕层土壤孔隙结构不利于保水保肥，且养分消耗量高，不利于土壤养分积累和长期地力维护。该区传统粮油种植模式利弊共存，选择时需因地制宜、趋利避害进行综合评估。
基于田间长期定位试验，通过原位监测和计算机断层微扫描技术相结合的方法，分析种植模式对川中丘陵石灰性紫色土结构和地力的影响。结果表明，玉米-小麦（MW）模式耕层土壤孔隙配比合理且连通性好，有利于耕层保水保肥和土壤可持续利用，但该模式土壤动物丰富度和经济效益偏低。玉米-油菜（MR）模式土壤孔隙结构较玉米-小麦模式差，但腐食性土壤动物丰富，有利于改善土壤结构，且经济效益优于玉米-小麦模式。玉米-红薯-小麦（MWP）模式经济效益最高，作物类型和孔隙结构有利于土壤动物生存繁殖，但该体系耕层土壤孔隙结构不利于保水保肥，且养分消耗量高，不利于土壤养分积累和长期地力维护。该区传统粮油种植模式利弊共存，选择时需因地制宜、趋利避害进行综合评估。
2021, 58(4):948-956.
DOI: 10.11766/trxb202001080611
摘要:
探讨间歇降雨条件下土壤干湿交替对团聚体粒级动态变化的影响，对加深径流泥沙运移和分选机制的理解、揭示土壤微量元素随地表径流迁移的规律具有重要意义。通过37d内的5场间歇性人工降雨实验，观测了降雨激发的团聚体破碎过程和降雨间歇段干缩过程导致的团聚体粒径分布的动态变化，并通过分析不同团聚体粒级总磷、铜、锌含量的动态变化，评估了间歇降雨对土壤污染物富集特征的影响。结果表明，间歇性降雨导致的土壤干湿交替引发了剧烈的团聚体粒级周转，团聚体稳定性随实验推移呈总体退化状态，具体体现在>250 μm微团聚体的比例随实验推移显著下降，而<250 μm微粒的比例显著上升（P<0.05）。团聚体粒径分布的变化引起了不同粒径磷、铜、锌含量的同步变化，三种元素从>250 μm向<63 μm粒级逐渐转移，造成<63 μm粒级内各元素浓度在实验末期达到最高，这意味着间歇性降雨引起的团聚体结构退化和<250 μm微粒的增加及微量元素富集会加大水土流失及伴随的污染物排放的风险。本研究揭示了间歇性降雨引起的土壤团聚体结构变化及对泥沙分选和元素迁移过程的影响，为土壤侵蚀引起的横向物质运移机制提供了一定的理论参考。
探讨间歇降雨条件下土壤干湿交替对团聚体粒级动态变化的影响，对加深径流泥沙运移和分选机制的理解、揭示土壤微量元素随地表径流迁移的规律具有重要意义。通过37d内的5场间歇性人工降雨实验，观测了降雨激发的团聚体破碎过程和降雨间歇段干缩过程导致的团聚体粒径分布的动态变化，并通过分析不同团聚体粒级总磷、铜、锌含量的动态变化，评估了间歇降雨对土壤污染物富集特征的影响。结果表明，间歇性降雨导致的土壤干湿交替引发了剧烈的团聚体粒级周转，团聚体稳定性随实验推移呈总体退化状态，具体体现在>250 μm微团聚体的比例随实验推移显著下降，而<250 μm微粒的比例显著上升（P<0.05）。团聚体粒径分布的变化引起了不同粒径磷、铜、锌含量的同步变化，三种元素从>250 μm向<63 μm粒级逐渐转移，造成<63 μm粒级内各元素浓度在实验末期达到最高，这意味着间歇性降雨引起的团聚体结构退化和<250 μm微粒的增加及微量元素富集会加大水土流失及伴随的污染物排放的风险。本研究揭示了间歇性降雨引起的土壤团聚体结构变化及对泥沙分选和元素迁移过程的影响，为土壤侵蚀引起的横向物质运移机制提供了一定的理论参考。
2021, 58(4):957-967.
DOI: 10.11766/trxb202002200514
摘要:
当前土壤环境中重金属和抗生素的广泛共存及二者复合存在所诱导出的细菌抗性，与单一物质的污染相比，均能够加剧对土壤质量和作物安全的破坏。在在实验室模拟培养条件下，向土壤中加入不同浓度的重金属（铜）和抗生素（强力霉素），探讨抗生素和重金属复合污染对土壤微生物呼吸、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性和四环素抗性基因的丰度等土壤微生物指标的影响。结果显示，在整个培养期（30 d）内，铜和强力霉素单一及复合污染均会显著抑制土壤微生物呼吸强度，对脲酶活性主要表现为促进作用，对蔗糖酶、过氧化氢酶活性主要为抑制作用，对过氧化氢酶活性的抑制强度明显大于蔗糖酶。综合而言，铜和强力霉素的复合污染相对于单一污染对上述微生物指标的影响较大，强力霉素的加入可以促进铜对微生物呼吸或酶活性的初始影响。此外，该研究还表明添加为400 mg·kg-1铜可以提高强力霉素在土壤培养中后期诱导的抗性基因相对丰度的能力水平。本研究从微生物角度定量探讨铜与强力霉素单一及复合污染对土壤微生物指标的影响程度，以期为重金属与抗生素协同污染的土壤构建微生物预警体系，并为土壤修复和风险评估工作提供理论依据。
当前土壤环境中重金属和抗生素的广泛共存及二者复合存在所诱导出的细菌抗性，与单一物质的污染相比，均能够加剧对土壤质量和作物安全的破坏。在在实验室模拟培养条件下，向土壤中加入不同浓度的重金属（铜）和抗生素（强力霉素），探讨抗生素和重金属复合污染对土壤微生物呼吸、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性和四环素抗性基因的丰度等土壤微生物指标的影响。结果显示，在整个培养期（30 d）内，铜和强力霉素单一及复合污染均会显著抑制土壤微生物呼吸强度，对脲酶活性主要表现为促进作用，对蔗糖酶、过氧化氢酶活性主要为抑制作用，对过氧化氢酶活性的抑制强度明显大于蔗糖酶。综合而言，铜和强力霉素的复合污染相对于单一污染对上述微生物指标的影响较大，强力霉素的加入可以促进铜对微生物呼吸或酶活性的初始影响。此外，该研究还表明添加为400 mg·kg-1铜可以提高强力霉素在土壤培养中后期诱导的抗性基因相对丰度的能力水平。本研究从微生物角度定量探讨铜与强力霉素单一及复合污染对土壤微生物指标的影响程度，以期为重金属与抗生素协同污染的土壤构建微生物预警体系，并为土壤修复和风险评估工作提供理论依据。
2021, 58(4):968-977.
DOI: 10.11766/trxb201911210536
摘要:
1，9-癸二醇是由水稻根系分泌物中发现的一种新型生物硝化抑制剂，在农业生产中可提高氮肥利用率，减少氮素损失。为建立一套超声波提取-气相色谱检测土壤中1，9-癸二醇的方法，分别对超声波提取条件（提取剂、提取次数、液料比、超声时间）和气相色谱检测参数（进样口温度、检测器温度、升温程序）进行研究。结果表明，超声波提取土壤1，9-癸二醇的最佳方法为甲醇作为提取剂超声提取1次，液料比40 mL· g-1，超声时间30 min。气相色谱Agilent 8890测定1，9-癸二醇的最佳条件为进样口温度250℃；氢火焰离子化检测器（FID）温度310℃；升温程序：初始柱温60℃，保持2 min，以20℃·min-1的速率升至150℃，然后以3℃·min-1的速率升至180℃，保持2 min，最后以20℃·min-1的速率升至270℃。在最佳提取和测定条件下，不同浓度1，9-癸二醇的加标回收率为90.58%～94.55%。超声提取-气相色谱法检测限低、灵敏度和精密度高，快速高效、重复性好，为今后1，9-癸二醇的实际应用工作奠定了基础。
1，9-癸二醇是由水稻根系分泌物中发现的一种新型生物硝化抑制剂，在农业生产中可提高氮肥利用率，减少氮素损失。为建立一套超声波提取-气相色谱检测土壤中1，9-癸二醇的方法，分别对超声波提取条件（提取剂、提取次数、液料比、超声时间）和气相色谱检测参数（进样口温度、检测器温度、升温程序）进行研究。结果表明，超声波提取土壤1，9-癸二醇的最佳方法为甲醇作为提取剂超声提取1次，液料比40 mL· g-1，超声时间30 min。气相色谱Agilent 8890测定1，9-癸二醇的最佳条件为进样口温度250℃；氢火焰离子化检测器（FID）温度310℃；升温程序：初始柱温60℃，保持2 min，以20℃·min-1的速率升至150℃，然后以3℃·min-1的速率升至180℃，保持2 min，最后以20℃·min-1的速率升至270℃。在最佳提取和测定条件下，不同浓度1，9-癸二醇的加标回收率为90.58%～94.55%。超声提取-气相色谱法检测限低、灵敏度和精密度高，快速高效、重复性好，为今后1，9-癸二醇的实际应用工作奠定了基础。
2021, 58(4):978-988.
DOI: 10.11766/trxb201912040540
摘要:
利用具有35a的长期定位试验，在保证原定位试验继续正常开展的前提下，将原化肥处理改施有机肥，原有机肥处理改施化肥或增施有机肥，分析增减施有机肥后耕层土壤团聚体稳定性总有机碳（TOC）及其组分和铁铝氧化物的变化与作用关系，探究胶结物对红壤性水稻土团聚体稳定性变化的影响。结果表明：化肥（CF）及常量有机肥（NOM）处理增施有机肥后，团聚体平均重量直径（MWD）变化不明显，易氧化有机碳（EOC）分别升高87.44%和20.53%；高量有机肥（HOM）及NOM处理减施有机肥后，MWD分别显著降低8.39%和6.80%，高改化（H-C）处理的TOC、轻组有机碳（LFOC）及粗颗粒态有机碳（cPOC）含量显著降低，而常改化（N-C）处理的TOC及其组分变化不明显。无论增施还是减施有机肥，铁铝氧化物含量的变化规律不明显。相关及结构方程模型分析表明，大于0.25 mm团聚体含量是影响团聚体稳定性的唯一直接影响因素；影响MWD及大于0.25 mm团聚体含量的效应系数由大到小依次为：易氧化有机碳、轻组有机碳、游离氧化铁、络合态铁。因此，大于0.25 mm大团聚体在红壤性水稻土的团聚体稳定性中发挥主导作用，有机碳活性组分对大团聚体的形成与破坏具有重要影响。
利用具有35a的长期定位试验，在保证原定位试验继续正常开展的前提下，将原化肥处理改施有机肥，原有机肥处理改施化肥或增施有机肥，分析增减施有机肥后耕层土壤团聚体稳定性总有机碳（TOC）及其组分和铁铝氧化物的变化与作用关系，探究胶结物对红壤性水稻土团聚体稳定性变化的影响。结果表明：化肥（CF）及常量有机肥（NOM）处理增施有机肥后，团聚体平均重量直径（MWD）变化不明显，易氧化有机碳（EOC）分别升高87.44%和20.53%；高量有机肥（HOM）及NOM处理减施有机肥后，MWD分别显著降低8.39%和6.80%，高改化（H-C）处理的TOC、轻组有机碳（LFOC）及粗颗粒态有机碳（cPOC）含量显著降低，而常改化（N-C）处理的TOC及其组分变化不明显。无论增施还是减施有机肥，铁铝氧化物含量的变化规律不明显。相关及结构方程模型分析表明，大于0.25 mm团聚体含量是影响团聚体稳定性的唯一直接影响因素；影响MWD及大于0.25 mm团聚体含量的效应系数由大到小依次为：易氧化有机碳、轻组有机碳、游离氧化铁、络合态铁。因此，大于0.25 mm大团聚体在红壤性水稻土的团聚体稳定性中发挥主导作用，有机碳活性组分对大团聚体的形成与破坏具有重要影响。
2021, 58(4):989-997.
DOI: 10.11766/trxb201909260505
摘要:
东北地区气候寒冷，稻田土壤休耕期长，多处于冻结状态；水稻生长期短，土壤温度高且季节性淹水。外源水稻秸秆碳氮在东北地区稻田土壤休耕期和水稻生长期不同水热条件下的释放特征尚不完全清楚。通过室外培养试验方法，利用双标记（13C和15N）水稻根系和茎叶示踪技术和稳定同位素质谱分析技术，研究水稻根系和茎叶在稻田土壤中的腐解率、有机碳（氮）释放率的动态变化特征。结果表明：水稻茎叶、根系于秋季添加稻田土壤后，经过寒冷漫长的土壤休耕期（11月至次年5月），S1（标记根系+不标记茎叶）和S2（不标记根系+标记茎叶）处理的秸秆腐解率分别达30.2%和34.5%，水稻根系和茎叶碳释放率分别达30.9%和38.2%，氮释放率分别达7.4%和35.0%。添加一年时，S1和S2处理的秸秆腐解率分别达66.5%和66.6%，水稻根系和茎叶碳释放率分别为63.7%和65.8%，氮释放率分别为28.6%和51.1%，水稻根系氮释放率显著低于水稻茎叶氮释放率（P<0.05）。本试验条件下，水稻根系和茎叶添加稻田土壤1年，水稻根系和茎叶的腐解率达65%左右，其碳释放与腐解几乎同步，但氮释放相对缓慢，水稻根系氮释放速度显著低于茎叶氮释放速度，温度升高明显促进了水稻根系和茎叶的腐解及其碳氮释放。
东北地区气候寒冷，稻田土壤休耕期长，多处于冻结状态；水稻生长期短，土壤温度高且季节性淹水。外源水稻秸秆碳氮在东北地区稻田土壤休耕期和水稻生长期不同水热条件下的释放特征尚不完全清楚。通过室外培养试验方法，利用双标记（13C和15N）水稻根系和茎叶示踪技术和稳定同位素质谱分析技术，研究水稻根系和茎叶在稻田土壤中的腐解率、有机碳（氮）释放率的动态变化特征。结果表明：水稻茎叶、根系于秋季添加稻田土壤后，经过寒冷漫长的土壤休耕期（11月至次年5月），S1（标记根系+不标记茎叶）和S2（不标记根系+标记茎叶）处理的秸秆腐解率分别达30.2%和34.5%，水稻根系和茎叶碳释放率分别达30.9%和38.2%，氮释放率分别达7.4%和35.0%。添加一年时，S1和S2处理的秸秆腐解率分别达66.5%和66.6%，水稻根系和茎叶碳释放率分别为63.7%和65.8%，氮释放率分别为28.6%和51.1%，水稻根系氮释放率显著低于水稻茎叶氮释放率（P<0.05）。本试验条件下，水稻根系和茎叶添加稻田土壤1年，水稻根系和茎叶的腐解率达65%左右，其碳释放与腐解几乎同步，但氮释放相对缓慢，水稻根系氮释放速度显著低于茎叶氮释放速度，温度升高明显促进了水稻根系和茎叶的腐解及其碳氮释放。
2021, 58(4):998-1007.
DOI: 10.11766/trxb201911210581
摘要:
利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO2释放来源（根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放），研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响。在玉米拔节期（24～53 d）、抽穗期（54～66 d）和灌浆期（67～99 d）末分别破坏性取样，测定根系、土壤有机碳和无机碳的13C含量等指标；自拔节期开始至生育期末，每隔3d测定种植玉米与不种玉米的土壤呼吸CO2量以及13C-CO2含量。结果表明，利用IsoSource软件三源区分土壤CO2的排放，土壤CO2排放累计量以根源呼吸贡献为主（48.0%），其次为土壤有机碳（31.2%），最小为土壤无机碳（20.8%）。玉米对土壤无机碳与有机碳释放均表现为正根际效应，从拔节期至生育期末，种植玉米土壤有机碳与无机碳的释放分别较不种植土壤多65%和156%。土壤无机碳对于稳定全球碳库和调节大气CO2浓度具有重要意义，若忽视石灰性土壤无机碳对土壤CO2释放的贡献，有可能高估土壤有机碳的分解。
利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO2释放来源（根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放），研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响。在玉米拔节期（24～53 d）、抽穗期（54～66 d）和灌浆期（67～99 d）末分别破坏性取样，测定根系、土壤有机碳和无机碳的13C含量等指标；自拔节期开始至生育期末，每隔3d测定种植玉米与不种玉米的土壤呼吸CO2量以及13C-CO2含量。结果表明，利用IsoSource软件三源区分土壤CO2的排放，土壤CO2排放累计量以根源呼吸贡献为主（48.0%），其次为土壤有机碳（31.2%），最小为土壤无机碳（20.8%）。玉米对土壤无机碳与有机碳释放均表现为正根际效应，从拔节期至生育期末，种植玉米土壤有机碳与无机碳的释放分别较不种植土壤多65%和156%。土壤无机碳对于稳定全球碳库和调节大气CO2浓度具有重要意义，若忽视石灰性土壤无机碳对土壤CO2释放的贡献，有可能高估土壤有机碳的分解。
2021, 58(4):1008-1017.
DOI: 10.11766/trxb202003240513
摘要:
云南省森林生态系统在全球碳循环及平衡中具有不可替代的作用，但其森林土壤腐殖质组分特征及其影响因素尚不十分清楚。基于云南省不同林区采集的88个表层土样，通过描述性统计和回归分析量化了海拔、土壤类型、坡向和坡度、年均温和年降水量对土壤腐殖质组分分布影响的相对重要性，探讨云南省森林土壤腐殖质组分分布特征。结果表明：云南省森林土壤表层有机碳含量为8.40～199.73 g·kg-1，平均含量为51.37 g·kg-1，土壤可提取腐殖质碳含量为2.54～84.02 g·kg-1，平均含量为24.52 g·kg-1；胡富比均值小于1，土壤腐殖质聚合度较低；土壤腐殖质组分分布特征总体表现为滇西北、滇东北部较高，滇中、滇南部较低；土壤类型、海拔、年均温是影响云南省森林土壤腐殖质组分含量的主导因子，各因素的贡献程度总体呈现为土壤类型最高，其次是年均温、海拔，这说明土壤类型对森林表层土壤腐殖质的积累起重要作用。
云南省森林生态系统在全球碳循环及平衡中具有不可替代的作用，但其森林土壤腐殖质组分特征及其影响因素尚不十分清楚。基于云南省不同林区采集的88个表层土样，通过描述性统计和回归分析量化了海拔、土壤类型、坡向和坡度、年均温和年降水量对土壤腐殖质组分分布影响的相对重要性，探讨云南省森林土壤腐殖质组分分布特征。结果表明：云南省森林土壤表层有机碳含量为8.40～199.73 g·kg-1，平均含量为51.37 g·kg-1，土壤可提取腐殖质碳含量为2.54～84.02 g·kg-1，平均含量为24.52 g·kg-1；胡富比均值小于1，土壤腐殖质聚合度较低；土壤腐殖质组分分布特征总体表现为滇西北、滇东北部较高，滇中、滇南部较低；土壤类型、海拔、年均温是影响云南省森林土壤腐殖质组分含量的主导因子，各因素的贡献程度总体呈现为土壤类型最高，其次是年均温、海拔，这说明土壤类型对森林表层土壤腐殖质的积累起重要作用。
2021, 58(4):1018-1027.
DOI: 10.11766/trxb202001170025
摘要:
土壤表层及深层的微生物互作对土壤养分循环和物质转化等具有重要意义。为揭示典型红壤水稻土剖面微生物分子生态网络特征，通过16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术，运用CoNet分析方法，构建上层（0～20 cm）、中层（20～60 cm）和下层（60～100 cm）土壤细菌、真菌分子生态网络。结果表明，土壤全碳和全氮含量、细菌和真菌的丰富度沿土壤剖面显著降低（P<0.05）。微生物网络拓扑参数，如连通度、群聚系数和网络密度等均明显增加，表明微生物互作随深度增加而增强。与细菌和真菌界内网络互作特征相反，界间的网络互作随深度减弱。进一步利用随机森林模型和方差分解分析，表明土壤碳氮是影响微生物分子生态网络的关键因素；沿土壤剖面碳对微生物互作的贡献逐渐增加，由上层的3.58%增加到下层的32.67%。
土壤表层及深层的微生物互作对土壤养分循环和物质转化等具有重要意义。为揭示典型红壤水稻土剖面微生物分子生态网络特征，通过16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术，运用CoNet分析方法，构建上层（0～20 cm）、中层（20～60 cm）和下层（60～100 cm）土壤细菌、真菌分子生态网络。结果表明，土壤全碳和全氮含量、细菌和真菌的丰富度沿土壤剖面显著降低（P<0.05）。微生物网络拓扑参数，如连通度、群聚系数和网络密度等均明显增加，表明微生物互作随深度增加而增强。与细菌和真菌界内网络互作特征相反，界间的网络互作随深度减弱。进一步利用随机森林模型和方差分解分析，表明土壤碳氮是影响微生物分子生态网络的关键因素；沿土壤剖面碳对微生物互作的贡献逐渐增加，由上层的3.58%增加到下层的32.67%。
2021, 58(4):1028-1039.
DOI: 10.11766/trxb202005110021
摘要:
为研究亚热带不同森林植被类型土壤固碳微生物特征及其影响因子，选取毛竹林（Moso banboo groves）、阔叶林（Broad-leaved forest）、杉木林（Chinese fir forest）和马尾松林（Masson pine forest）等4种森林植被为研究对象，以cbbL为固碳细菌指示基因，利用实时荧光定量PCR（Real-time Quantitative PCR）和MiSeq高通量测序为研究手段。结果表明，4种林分土壤的细菌16S rRNA基因和固碳细菌cbbL基因丰度范围分别是5.40×1010～2.81×1011 copies·g-1干土和4.55×108～3.53×109 copies·g-1干土，其中毛竹林显著高于其他三种林分（P<0.05）；基因丰度显著关联的环境因子是阔叶林土壤的有效磷、不同土层的pH（P<0.05）。杉木林土壤固碳细菌多样性显著低于其他3种林分（P<0.05），其亚表层土壤高于表层（P<0.05）；双因子分析表明，林型、土层之间土壤固碳细菌多样性均存在显著或极显著差异。所有土壤具有相似的优势属但相对丰度不同，其中毛竹林和杉木林土壤的甲基化石油杆菌属（Methylibium）和诺卡菌属（Nocardia）占比明显高于阔叶林和马尾松林。冗余分析结果显示，不同林分土壤pH、土壤有机碳、有效磷、全氮差异是影响土壤固碳细菌群落特征形成的主要因素。综上，4种植被对土壤固碳微生物数量及群落结构多样性影响明显，从土壤理化性质、固碳细菌基因丰度、多样性以及结构特征等多维度结果证明，毛竹林对土壤肥力以及固碳细菌影响效果最好，固碳微生物对毛竹林土壤有机质积累贡献大于阔叶林，定量结论有待进一步研究。
为研究亚热带不同森林植被类型土壤固碳微生物特征及其影响因子，选取毛竹林（Moso banboo groves）、阔叶林（Broad-leaved forest）、杉木林（Chinese fir forest）和马尾松林（Masson pine forest）等4种森林植被为研究对象，以cbbL为固碳细菌指示基因，利用实时荧光定量PCR（Real-time Quantitative PCR）和MiSeq高通量测序为研究手段。结果表明，4种林分土壤的细菌16S rRNA基因和固碳细菌cbbL基因丰度范围分别是5.40×1010～2.81×1011 copies·g-1干土和4.55×108～3.53×109 copies·g-1干土，其中毛竹林显著高于其他三种林分（P<0.05）；基因丰度显著关联的环境因子是阔叶林土壤的有效磷、不同土层的pH（P<0.05）。杉木林土壤固碳细菌多样性显著低于其他3种林分（P<0.05），其亚表层土壤高于表层（P<0.05）；双因子分析表明，林型、土层之间土壤固碳细菌多样性均存在显著或极显著差异。所有土壤具有相似的优势属但相对丰度不同，其中毛竹林和杉木林土壤的甲基化石油杆菌属（Methylibium）和诺卡菌属（Nocardia）占比明显高于阔叶林和马尾松林。冗余分析结果显示，不同林分土壤pH、土壤有机碳、有效磷、全氮差异是影响土壤固碳细菌群落特征形成的主要因素。综上，4种植被对土壤固碳微生物数量及群落结构多样性影响明显，从土壤理化性质、固碳细菌基因丰度、多样性以及结构特征等多维度结果证明，毛竹林对土壤肥力以及固碳细菌影响效果最好，固碳微生物对毛竹林土壤有机质积累贡献大于阔叶林，定量结论有待进一步研究。
2021, 58(4):1040-1049.
DOI: 10.11766/trxb201912260562
摘要:
凋落物是森林生态系统的重要组成部分。对福建南平峡阳林场7年生二代杉木人工林生态系统进行添加8种不同凋落物处理3年后，分析不同质量凋落物对土壤微生物群落组成的影响。结果表明：（1）添加高质量的桉树凋落物会使土壤磷脂脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌生物量比添加杉木凋落物分别增加了27%、35%和19%，而添加低质量的樟树凋落物使得土壤磷脂脂肪酸总量和革兰氏阴性细菌较杉木显著降低29%和10%。（2）桉树凋落物添加下土壤真菌/细菌比（0.14）显著高于其他凋落物添加的比值，樟树凋落物添加下土壤的革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比（1.64）显著高于其他凋落物添加处理的比值。（3）不同质量凋落物添加处理对土壤pH和碳氮比无显著影响。毛竹凋落物添加下土壤中硝态氮含量最高。（4）相关性分析表明，凋落物碳含量与土壤中脂肪酸总量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和菌根真菌具有正相关关系。烷基碳（Alkyl C）与脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌、细菌、真菌及真菌细菌比均有正相关性。甲氧基碳（N-alkyl C）、氧烷基碳（O-alkyl C）和芳碳（Aryl C）与革兰氏阳性阴性细菌比呈显著正相关。冗余分析表明，烷基碳（Alkyl C）与16：1ω7c、18：1ω7c、18：2ω6c、18：1ω9显著正相关，对土壤微生物群落结构有显著影响。可见，不同树种之间凋落物烷基碳组分的差异是影响土壤微生物生物量和群落组成的重要指标。
凋落物是森林生态系统的重要组成部分。对福建南平峡阳林场7年生二代杉木人工林生态系统进行添加8种不同凋落物处理3年后，分析不同质量凋落物对土壤微生物群落组成的影响。结果表明：（1）添加高质量的桉树凋落物会使土壤磷脂脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌生物量比添加杉木凋落物分别增加了27%、35%和19%，而添加低质量的樟树凋落物使得土壤磷脂脂肪酸总量和革兰氏阴性细菌较杉木显著降低29%和10%。（2）桉树凋落物添加下土壤真菌/细菌比（0.14）显著高于其他凋落物添加的比值，樟树凋落物添加下土壤的革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比（1.64）显著高于其他凋落物添加处理的比值。（3）不同质量凋落物添加处理对土壤pH和碳氮比无显著影响。毛竹凋落物添加下土壤中硝态氮含量最高。（4）相关性分析表明，凋落物碳含量与土壤中脂肪酸总量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和菌根真菌具有正相关关系。烷基碳（Alkyl C）与脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌、细菌、真菌及真菌细菌比均有正相关性。甲氧基碳（N-alkyl C）、氧烷基碳（O-alkyl C）和芳碳（Aryl C）与革兰氏阳性阴性细菌比呈显著正相关。冗余分析表明，烷基碳（Alkyl C）与16：1ω7c、18：1ω7c、18：2ω6c、18：1ω9显著正相关，对土壤微生物群落结构有显著影响。可见，不同树种之间凋落物烷基碳组分的差异是影响土壤微生物生物量和群落组成的重要指标。
2021, 58(4):1050-1059.
DOI: 10.11766/trxb201912210508
摘要:
微生物对土壤有机质（SOM）转化和形成具有重要作用，然而微生物残体对SOM贡献的评估仍是目前的热点。以长白山5个森林次生演替序列（20 a、80 a、120 a、200 a和≥300 a ）和2个土壤深度（0～5 cm有机质层和5～15 cm矿质层）为对象，利用氨基糖和中红外光谱技术，探究森林次生演替过程中微生物残体变化及其对土壤有机碳（SOC）的贡献。森林次生演替序列80~200 a显著增加了有机质层和矿质层微生物残体含量及其对SOC的贡献，而在演替300 a均显著降低。森林演替80～200 a有机质层和矿质层土壤芳香族碳组分/多糖较低，有利于微生物生物量碳（MBC）产生和微生物碳利用（高的MBC/SOC），促进微生物残体积累及其对SOC的贡献；而演替300 a芳香族碳组分/多糖较高，抑制MBC产生和微生物碳利用，导致微生物残体及其对SOC贡献的下降。SOC含量差异导致不同土壤深度微生物残体含量的变化，有机质层高的SOC产生高的MBC，进而刺激微生物残体积累；此外，有机质层难利用SOM组分高于矿质层，导致真菌残体对SOC的贡献比例下降，而细菌残体的贡献增加。
微生物对土壤有机质（SOM）转化和形成具有重要作用，然而微生物残体对SOM贡献的评估仍是目前的热点。以长白山5个森林次生演替序列（20 a、80 a、120 a、200 a和≥300 a ）和2个土壤深度（0～5 cm有机质层和5～15 cm矿质层）为对象，利用氨基糖和中红外光谱技术，探究森林次生演替过程中微生物残体变化及其对土壤有机碳（SOC）的贡献。森林次生演替序列80~200 a显著增加了有机质层和矿质层微生物残体含量及其对SOC的贡献，而在演替300 a均显著降低。森林演替80～200 a有机质层和矿质层土壤芳香族碳组分/多糖较低，有利于微生物生物量碳（MBC）产生和微生物碳利用（高的MBC/SOC），促进微生物残体积累及其对SOC的贡献；而演替300 a芳香族碳组分/多糖较高，抑制MBC产生和微生物碳利用，导致微生物残体及其对SOC贡献的下降。SOC含量差异导致不同土壤深度微生物残体含量的变化，有机质层高的SOC产生高的MBC，进而刺激微生物残体积累；此外，有机质层难利用SOM组分高于矿质层，导致真菌残体对SOC的贡献比例下降，而细菌残体的贡献增加。
2021, 58(4):1060-1071.
DOI: 10.11766/trxb201912300613
摘要:
为明确酚酸类自毒物质阿魏酸在蚕豆连作障碍形成中的作用，研究其促进蚕豆枯萎病发生的组织病理学机制，揭示小麦蚕豆间作对阿魏酸胁迫的缓解效应。以蚕豆为试材，研究尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.fabae，FOF）与不同浓度（0、50、100、200 mg·L-1）阿魏酸双重胁迫下，小麦蚕豆间作对蚕豆枯萎病发生、根系细胞壁降解酶（果胶酶、纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶）活性、木质素含量、胼胝质沉积和根系超微结构的影响。结果表明：与不添加阿魏酸的对照相比，阿魏酸不同浓度处理均显著增加了蚕豆枯萎病的发病率、病情指数和细胞壁水解酶活性，显著提高了木质素含量和胼胝质沉积，使细胞结构扭曲变形，胞内物质外泄，表明阿魏酸与尖孢镰刀菌协同作用加剧了蚕豆连作障碍的发生。与单作相比，不同浓度阿魏酸胁迫下，间作均显著降低蚕豆枯萎病和病情指数；显著降低根系果胶酶、纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶活性；减少胼胝质沉积，保证营养物质的正常运输，缓解细胞结构的变形。根系细胞膜、细胞核、细胞器等胞内物质受损较单作轻，有效阻止尖孢镰刀菌进一步入侵蚕豆，减轻枯萎病危害，保证蚕豆的正常生长。上述结果表明，阿魏酸胁迫下小麦与蚕豆间作能提高蚕豆对FOF侵染的抗性，因此，利用非寄主作物小麦与蚕豆间作是缓解蚕豆连作障碍的有效措施。
为明确酚酸类自毒物质阿魏酸在蚕豆连作障碍形成中的作用，研究其促进蚕豆枯萎病发生的组织病理学机制，揭示小麦蚕豆间作对阿魏酸胁迫的缓解效应。以蚕豆为试材，研究尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp.fabae，FOF）与不同浓度（0、50、100、200 mg·L-1）阿魏酸双重胁迫下，小麦蚕豆间作对蚕豆枯萎病发生、根系细胞壁降解酶（果胶酶、纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶）活性、木质素含量、胼胝质沉积和根系超微结构的影响。结果表明：与不添加阿魏酸的对照相比，阿魏酸不同浓度处理均显著增加了蚕豆枯萎病的发病率、病情指数和细胞壁水解酶活性，显著提高了木质素含量和胼胝质沉积，使细胞结构扭曲变形，胞内物质外泄，表明阿魏酸与尖孢镰刀菌协同作用加剧了蚕豆连作障碍的发生。与单作相比，不同浓度阿魏酸胁迫下，间作均显著降低蚕豆枯萎病和病情指数；显著降低根系果胶酶、纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶活性；减少胼胝质沉积，保证营养物质的正常运输，缓解细胞结构的变形。根系细胞膜、细胞核、细胞器等胞内物质受损较单作轻，有效阻止尖孢镰刀菌进一步入侵蚕豆，减轻枯萎病危害，保证蚕豆的正常生长。上述结果表明，阿魏酸胁迫下小麦与蚕豆间作能提高蚕豆对FOF侵染的抗性，因此，利用非寄主作物小麦与蚕豆间作是缓解蚕豆连作障碍的有效措施。
