• 2021年第58卷第5期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 土壤动物与土壤健康

      2021, 58(5):1073-1083. DOI: 10.11766/trxb202012290717

      摘要 (1658) HTML (1492) PDF 2.79 M (1836) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物的多样性和功能能够灵敏地反应人类活动和气候变化引起的土壤扰动。同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用。当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要针对土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标体系。因此,本文围绕土壤动物在指示土壤健康方面的潜力,总结了现有基于土壤动物的土壤健康评价指标,强调未来应建立和完善土壤动物基因组信息数据库,挖掘土壤动物的功能性状,加强土壤食物网结构和生态功能的研究,建立集成土壤动物物种多样性、功能性状和土壤食物网的指标体系,从而促进土壤健康和生态系统的可持续发展。

    • >综述与评论
    • 土壤中有机复合污染物微生物组转化机制与调控原理:进展与展望

      2021, 58(5):1084-1093. DOI: 10.11766/trxb202009300458

      摘要 (1068) HTML (972) PDF 959.37 K (1490) 评论 (0) 收藏

      摘要:实际污染土壤中有机污染物通常以复合污染状态存在,有机复合污染物的微生物降解过程及其作用机制显得更为复杂。土壤微生物类群多样,具有丰富的功能多样性。而有机复合污染物的降解通常由微生物组操控,通过微生物群落代谢网络完成污染物的去除。近年来,研究者逐渐关注有机复合污染土壤中微生物群落适应机制-微生物组转化过程-合成微生物组设计-原位微生物组修复等方面的研究,对认知污染土壤治理和修复具有重要的科学意义。本文以具有代谢协同性及功能互补性的微生物组为切入点,系统阐述土壤中有机复合污染物的微生物组转化机制与调控原理等,探讨微生物组在复合污染土壤绿色可持续原位生物修复中的发展前景。

    • 中国农田土壤环境质量管理现状与展望

      2021, 58(5):1094-1109. DOI: 10.11766/trxb202009220533

      摘要 (1254) HTML (698) PDF 3.48 M (1528) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田土壤环境质量保护与管理是保障粮食安全和农业可持续发展的重要前提。近年来,随着我国社会经济的快速发展,农田土壤环境质量退化和土壤污染问题逐渐凸显。经过几十年的努力,我国目前基本形成以“土壤污染防治法”和“土壤污染防治行动计划”为核心政策,相关配套管理办法、标准和技术规范等为基础的土壤环境质量管理体系。本文简要梳理了我国农田土壤环境质量状况与污染成因,回顾了我国农田土壤环境保护及环境管理的发展历程,总结了我国农田土壤环境质量管理与标准体系建设的最新进展,对比分析了农田土壤环境管理的国际经验,针对性地提出了我国农田土壤环境管理的对策与展望,以期为我国农田土壤环境质量管理及污染防控提供参考和借鉴。

    • 土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

      2021, 58(5):1110-1122. DOI: 10.11766/trxb202004280200

      摘要 (907) HTML (218) PDF 2.42 M (1300) 评论 (0) 收藏

      摘要:综述了有机污染土壤的电动力修复和微生物电化学修复的最新研究进展。分析了电动力修复中电极材料、运行条件等因素对污染物去除效果的影响,总结了添加表面活性剂、引入具有降解能力的基质、与化学或生物联合等方式对土壤修复效果的强化作用,阐述了微生物电化学修复的效果、影响因素和微生物群落演变的规律。电化学技术能够有效去除土壤中的有机污染物,且电动力较微生物电化学具有更好的去除效果。为了实现电化学技术在污染土壤修复中的应用,未来需要从土壤导电性、电极材料以及反应器构型等方面优化以提高修复效果;此外,电化学修复技术的机理、功能微生物的群落特征研究等也是下一步研究的重点。

    • 黄土高原生物土壤结皮研究进展与展望

      2021, 58(5):1123-1131. DOI: 10.11766/trxb202007140391

      摘要 (895) HTML (474) PDF 3.30 M (1252) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土高原是典型的生态脆弱敏感区和世界上水土流失最为严重的地区,也是当今我国生态恢复和生态文明建设的重点区域。生物土壤结皮是细菌、藻类、真菌和孢子植物与土壤颗粒胶结而成的有机复合体,是干旱半干旱地区地表系统的重要组成部分,它们对黄土高原的水土保护、养分积累和生态恢复具有重要的生态功能。本文论述了生物土壤结皮类型与演替过程;系统总结了黄土高原不同环境中生物结皮微生物和藓类的物种多样性、生态功能、人工生物结皮培养与生态恢复的研究进展与存在问题,最后从黄土高原生物结皮微生物多样性和功能群、生物结皮不同生物类群之间及其与种子植物的种间关系、生物结皮人工培养和生态恢复方面提出了研究建议与展望,以期对黄土高原生物结皮的相关研究提供参考。

    • 土壤团聚体氧化亚氮排放及其微生物学机制研究进展

      2021, 58(5):1132-1144. DOI: 10.11766/trxb202008240311

      摘要 (1282) HTML (266) PDF 1.37 M (1388) 评论 (0) 收藏

      摘要:氧化亚氮(N2O)是主要温室气体之一,土壤是N2O的重要排放源,其排放主要受N2O产生和还原的功能微生物影响。土壤团聚体是由原生颗粒(砂、粉、黏粒)、胶结物质和孔隙组成的土壤基本结构单元。土壤不同粒径团聚体之间因基质和孔隙差异形成特殊独立的微生境被视为N2O的生物化学反应器。在不同的微生境中,N2O产生和还原的功能微生物分布不同,因而土壤不同粒径团聚体N2O排放可能存在差异。目前在不同生态系统土壤全土N2O排放特征的报道较多,而对于不同粒径土壤团聚体N2O排放相对贡献尚不清楚、功能微生物分布还未知、N2O产生和还原热区尚未明确。本文综述了近年来国内外关于土壤团聚体对N2O产生和排放机制的研究,总结了土壤团聚体性状特征对N2O产生和还原的影响,阐述了不同粒径土壤团聚体对N2O排放影响的微生物学机制,进一步明确了今后需加强土壤团聚体N2O产生和还原的热区、环境因子阈值范围的确定、系列功能基因(酶)整体性的研究,以期为N2O模拟排放模型优化提供参考,为土壤N2O减排提供理论依据。

    • >研究论文
    • 典型薄层黑土区前期地表风蚀作用影响坡面水蚀的研究

      2021, 58(5):1145-1156. DOI: 10.11766/trxb202005040112

      摘要 (767) HTML (183) PDF 7.56 M (1180) 评论 (0) 收藏

      摘要:水力、风力、冻融作用等多营力叠加的复合土壤侵蚀是东北黑土区土壤侵蚀的重要特征,但目前该地区复合土壤侵蚀研究还相当薄弱,进而影响黑土复合侵蚀防治措施的精准实施。采用室内风洞试验和模拟降雨试验相结合的方法,分析前期地表风蚀作用对黑土坡面水蚀的影响。结果表明:(1)前期地表风蚀作用使坡面产流时间明显滞后,但其显著增加了坡面水蚀量(P<0.05),且坡面径流和水蚀强度均随前期风蚀作用的风速增加而增加。(2)前期地表风蚀作用对后期坡面水蚀产生了明显的正向效应,地表风蚀作用对坡面水蚀的贡献随前期风蚀作用的风速增大而显著增加,且雨强较小时前期地表风蚀作用对后期坡面水蚀的影响更加明显。在50和100 mm·h-1两种降雨强度下,9、12和15 m·s-1风速的风蚀作用对坡面水蚀量的贡献率分别为24.2%、45.4%、80.3%和17.5%、26.3%、46.3%。(3)地表风蚀作用增加坡面水蚀的主要原因一方面是前期风蚀作用使土壤抗侵蚀能力指标(地表土壤抗剪强度和土壤硬度)减小;另一方面是风蚀过程中的风沙颗粒运动冲击、摩擦地表,使坡面形成了风蚀凹痕微形态,改变了后期坡面水蚀过程的径流路径,加快了坡面径流汇集,增加了坡面径流流速和减少了水流阻力,从而增加了坡面径流侵蚀力和搬运能力;此外,前期风蚀作用也为后期坡面水蚀过程提供了侵蚀物质。本研究结果不仅丰富了复合土壤侵蚀理论,也为黑土区土壤侵蚀防治提供了科学依据。

    • 砾石含量对土壤可蚀性因子估算的影响研究

      2021, 58(5):1157-1167. DOI: 10.11766/trxb202004200185

      摘要 (555) HTML (372) PDF 9.20 M (1066) 评论 (0) 收藏

      摘要:砾石(>2 mm)是土壤组成部分之一,其含量对侵蚀产沙有重要影响。在土壤可蚀性因子(K)计算中充分考虑砾石含量的影响,计算所得土壤可蚀性因子会更加准确。利用30弧秒分辨率土壤砾石含量和土壤质地等级等数据,利用文献报道的砾石含量与土壤渗透性和土壤侵蚀关系估算方法,在全球范围内分析估算砾石含量对土壤可蚀性因子的影响。结果表明,(1)土壤剖面中砾石的存在,通过降低土壤入渗速率(土壤渗透性等级增加5.68%)、增加地表径流而使土壤侵蚀增加,进而使全球土壤可蚀性因子增加4.43%;砾石覆盖通过保护土壤免遭雨滴打击和径流冲刷减少侵蚀,在山地、荒漠(沙漠和戈壁)地区,这一影响会使土壤可蚀性值减小约18.7%。考虑土壤剖面砾石含量和表面砾石覆盖综合影响时,土壤可蚀性因子降低5.52%。(2)以砾石影响为主的地区,占全球62.7%,土壤可蚀性因子可降低0.0091(t·hm2·h)·(hm-2·MJ-1·mm-1);以剖面砾石影响为主的地区,占全球的31.1%,土壤可蚀性因子增加0.0019(t·hm2·h) (hm-2·MJ-1·mm-1)。(3)剖面和表面砾石共同作用使6个样区土壤流失速率减少约11.8%。因此,剖面砾石的存在会增加土壤可蚀性,而表面砾石覆盖会减少土壤可蚀性,综合影响使土壤侵蚀降低。在区域土壤可蚀性制图研究中,应考虑这两个方面的影响,进而提高土壤可蚀性因子的制图精度。

    • 红壤低山丘陵区水土流失防治分区方法与措施配置——以宁都县小洋小流域为例

      2021, 58(5):1168-1178. DOI: 10.11766/trxb202003290139

      摘要 (542) HTML (329) PDF 8.44 M (1127) 评论 (0) 收藏

      摘要:水土保持区划历经70年发展日趋成熟,明确了水土保持工作的发展方向,但却难以直接指导水土保持措施布设,故本研究提出在小流域(50 km2)尺度划分水土流失防治分区。基于压力-状态-响应模型构建包含水土流失敏感性、土壤侵蚀态势、生态系统服务三个维度的指标体系。并且针对目前应用于分区的方法众多,其分区效果有待评价的问题。以江西省宁都县小洋小流域为例,使用三种聚类评价指标对三种常用聚类算法所得水土流失防治分区方案进行评价。结果表明,k-means算法最适用于小洋小流域水土流失防治分区。水土流失防治分区探讨了复杂环境特点和社会发展需求,并在此基础上提出了水土保持措施布设意见,为小流域合理配置水土保持措施提供科学依据,提高综合治理效益。

    • 喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对坡面集中流水力学特性的影响

      2021, 58(5):1179-1189. DOI: 10.11766/trxb202002140046

      摘要 (499) HTML (231) PDF 5.79 M (1050) 评论 (0) 收藏

      摘要:喀斯特槽谷区地表出露的岩石与坡面形成不同夹角,塑造了复杂的微地貌,显著改变坡面集中水流路径,使得水流特性发生重大变化。目前,不同岩石与坡面夹角下集中流水力学特性的变化特征还不清楚。通过室内放水冲刷模拟试验,研究了3个坡度(10°、15°和20°)、3个冲刷流量(5、7.5、10 L·min-1)和6个岩石与坡面夹角(30°、60°、90°、120°、150°和180°(0°))组合条件下喀斯特槽谷区地表集中流的水力学特性。结果表明:集中水流雷诺数(Re)随冲刷历时变化趋势较复杂,试验条件下,Re随流量的增大而增大,随坡度变化规律不明显,变化范围为517~3 343。Darcy-Weisbach阻力系数(f)随冲刷历时表现出增大的变化趋势,其随坡度增大而增大,随流量增大而减小,变化范围为0.62~5.70。Re和岩石与坡面夹角关系均不显著,f和岩石与坡面夹角间的关系在各流量和坡度组合下表现不同。fRe之间的耦合关系受岩石与坡面夹角的显著影响,当岩层与坡面夹角小于90°时,f-Re关系用对数方程描述比较好;夹角大于等于90°时,则用幂函数方程描述更好。试验条件下,当Re<1 791时,fRe关系不显著;当Re>1 791时,fRe则呈显著正相关。本研究可为喀斯特槽谷区土壤侵蚀预报模型的建立提供依据。

    • 黄土高原不同土质和植被类型下Cl-运移特征及影响因素

      2021, 58(5):1190-1201. DOI: 10.11766/trxb202002200059

      摘要 (640) HTML (194) PDF 821.68 K (1142) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定不同土质和植被类型下溶质运移特征及影响因素,采用垂直土柱易混置换法,研究了陕北六道沟和圪丑沟流域不同土质(砂土S、壤土L)和植被类型(乔AR、灌SH、草GR)下Cl-运移特征。结果表明:Cl-初始穿透时间(TS:12~80 min)、完全穿透时间(TE:75~480 min)、平均孔隙水流速(V:0.52~1.98 cm·h-1)和水动力弥散系数(D:0.75~2.55 cm2·h-1)均随土壤质地、植被类型和土层深度而发生变化。0~20 cm土层Cl-的TS和TE最小,随深度增加而增大,VD则相反。同一质地不同植被类型条件下0~1 m剖面中Cl-VD均值表现为:S-AR > S-GR > S-SH和L-AR> L-SH > L-GR,TS和TE则相反,这是由于砂土和壤土中不同类型植物根系生物量剖面分布具有显著差异,进而影响大孔隙数量、孔隙连通性密度和优先流路径。同一植被类型不同质地土壤0~1 m剖面中Cl-VD均值表现为:S-AR > L-AR;S-SH > L-SH;S-GR > L-GR,TS和TE则相反,这是由于土壤机械组成影响孔隙分布状况,砂土中大孔隙数量多且孔隙连通性密度高,有助于形成优先流,而壤土中细小孔隙所构成的复杂孔径及带电团聚体对离子的吸附作用会阻碍Cl-运移。容重、大孔隙数、孔隙连通性密度、有机碳含量和颗粒组成均与V,TS和TE显著相关,表明土壤性质显著影响不同土质和植被类型下Cl-运移特征。上述结果可为黄土高原不同质地土壤人工植被合理布局与配置,降低养分流失风险,提升生态系统服务功能提供参考。

    • 新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土壤盐分多尺度空间分布特征

      2021, 58(5):1202-1213. DOI: 10.11766/trxb201912060666

      摘要 (556) HTML (199) PDF 7.37 M (1105) 评论 (0) 收藏

      摘要:明晰土壤盐渍化空间分布特征是盐碱地改良的基础。与单一尺度相比,嵌套多尺度研究可更好地分析土壤盐分的空间变异结构特征,更精确地表达盐渍化程度的自相关随尺度的变化情况。采用传统统计学和地统计学相结合的方法,通过野外实地分层采集土样,分析了4 km、500 m和100 m三个嵌套尺度条件下,新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土壤含盐量的空间分布规律及其变异特性。结果表明,灌区棉田各尺度根系层土壤含盐量整体水平较低(平均1.52~1.87 g·kg-1),属中等变异,具有明显的连续变化和底聚特征。轻度盐化土和非盐化土在整个灌区占主导地位并主要分布于地表水矿化度较低、地势较高、排水相对通畅的灌区东南侧,盐渍化相对较重区域主要位于地下水埋深较浅的泉水溢出带,以及受平原水库和干渠渗漏影响的区域。受地形地貌等结构性因素与人为活动等随机性因素共同影响,土壤含盐量呈强空间自相关性:随尺度加大,地统计模型的块基比减小,相关距离增加,自相关性增强,结构性因素影响增强,随机因素影响减弱;反之随尺度减小,空间分布更加清晰明确,随机因素的影响则逐渐增强。对于盐渍化严重区域,有必要针对整个根系层采用嵌套方式在更小尺度上加密采样,以充分了解土壤盐分的空间分布规律与变异特性。

    • 数值反演模型模拟层状土壤水力性质

      2021, 58(5):1214-1223. DOI: 10.11766/trxb202005030212

      摘要 (521) HTML (314) PDF 711.48 K (1025) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水力性质主要包括土壤水力传导率和水分特征曲线,是进行土壤水分运动数值模拟必不可少的基础数据。自然界中的土壤大都呈层状分布,模拟中涉及到的水力性质参数较均质土壤更多。通过室内土柱入渗试验,利用Hydrus-1D软件对垂向一维水分运动进行数值模拟,以入渗过程中不同实测变量(累积入渗量、压力水头及二者组合)为目标函数开展数值反演,优化得到各层土壤水力性质。根据决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、变异系数(CVs)、优化参数相关矩阵及优化参数标准误差等评价指标,探讨了不同测定变量对解非唯一性、准确性等的影响。结果表明,目标函数仅含有累积入渗量时,虽然反演模拟值与实测值符合度较高,R2达到0.999,RMSE小于0.005 62 cm,但用压力水头实测值验证参数准确性,效果较差,R2最高仅为0.338,RMSE小于0.096 5 cm。使用压力水头作为目标函数进行参数优化求解时,拟合度R2达到0.855以上,RMSE小于0.038 4 cm;用累计入渗量实测值进行验证,效果较好,R2可达到0.99以上,RMSE小于0.038 56 cm。累积入渗量和压力水头联合反演求土壤水力性质拟合度较高,R2达到0.905以上,RMSE小于0.035 4 cm。虽然累积入渗量和压力水头联合反演时R2和RMSE指标次于累积入渗量,但累积入渗量和压力水头联合反演可以一定程度降低优化参数的相关性和标准误差,从而降低解的非唯一性,提高解的准确性。以上结论可为层状土壤瞬态流试验反演参数过程中,测量变量的选取提供科学依据。

    • 基于光谱相似性匹配的土壤有机碳估算

      2021, 58(5):1224-1233. DOI: 10.11766/trxb202003010082

      摘要 (607) HTML (155) PDF 1.63 M (1089) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球土壤光谱库的建立,为利用可见-近红外光谱预测土壤属性提供了参考集,如何从光谱库中挑选合适的建模集以实现对局部地区土壤有机碳的高精度预测,是一个值得研究的问题。本研究基于欧氏距离、马氏距离和光谱角三种光谱相似性指数,探索利用全球光谱库预测局部地区土壤有机碳的有效策略,并比较了不同光谱相似性指数、不同建模集数量及不同建模方法对预测精度的影响。研究表明:(1)三种相似性算法较全局模型均极大提升了预测精度,其中光谱角预测精度稍高,最佳预测精度为R2=0.75,RPD=1.73;(2)建模数量对建模精度有较大影响,三种算法的最佳建模集数量范围在本研究中约为400~500(0.71<R2 <0.75,1.56R2 >0.6,RPD>1.4);建模集数量较多(>50)时,PLSR建模预测精度较高(R2 >0.6,RPD>1.4)。

    • 污染场地研究现状与发展趋势:基于知识图谱的分析

      2021, 58(5):1234-1245. DOI: 10.11766/trxb202002280030

      摘要 (750) HTML (231) PDF 7.80 M (1255) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解国内外污染场地相关研究状况,利用知识图谱工具VOSviewer、CiteSpace与HistCite对Web of Science核心合集数据库中发文的主要国家(地区)与机构、主要发文期刊、主要研究学者、重要文献和研究热点及其变化趋势等进行了计量分析。结果表明:(1)污染场地的研究涉及多个国家之间相互合作,发文机构中中国科学院、橡树岭国家实验室、滑铁卢大学、中国科学院大学与亥姆霍兹环境研究中心在该研究领域合作广泛。中国于近五年发文量超过美国,成为该领域发文最多的国家。(2)污染场地研究的主要发文期刊有Science of the Total EnvironmentChemosphereEnvironmental Science&TechnologyEnvironmental Science and Pollution Research等,Naidu Ravi、Huang Guohe、Megharaj Mallavarapu等是该领域发文较多的研究学者。污染场地前十(TOP 10)的重要文献中,生物修复相关内容中占据了较高比例。(3)关键词聚类网络主要可分为污染场地生物毒理研究、土壤重金属及修复技术、污染物环境行为及水体修复、有机污染物生物修复等4类。(4)文献计量的结果分析表明土壤与地下水均为污染场地有害物质重要承载体,污染场地中土壤和地下水具有一体性,如果忽视了对地下水中污染的修复,则可能会导致场地的二次污染。重金属与多环芳烃是污染场地重点关注的污染物,我国目前重金属污染防治工作依然不容乐观,需要进一步加强和落实相应工作。寻求高效绿色的修复技术仍是解决污染场地问题的一个重点,提升微生物修复技术在有机污染场地修复中的应用价值,具有重要意义。

    • 地质高背景土壤重金属赋存特征及微生物群落结构差异

      2021, 58(5):1246-1255. DOI: 10.11766/trxb202001030003

      摘要 (576) HTML (331) PDF 967.03 K (1135) 评论 (0) 收藏

      摘要:以广西岩溶地区不同发育阶段和母质类型的地质高背景农田土壤(马岭、锣圩、苏圩、云表)为研究对象,比较重金属赋存状态、土壤理化性质以及微生物群落功能多样性差异,结合冗余分析(RDA)获得影响地质高背景土壤微生物群落结构的关键环境因子。结果表明:(1)发育阶段和母质类型显著影响土壤基本性质以及重金属浓度。发育阶段较早的马岭土壤有机质含量及重金属富集量更高。碳酸盐系石灰岩发育而来的马岭土壤镉(Cd)元素含量高于第四纪河流沉积物发育而来的其他土壤。(2)不同土壤微生物活性和群落结构差异显著。苏圩土壤微生物对碳源的利用能力及微生物多样性指数显著低于其他三个土样;云表、锣圩与马岭土壤利用胺类和氨基酸类碳源的微生物代谢活性较高,苏圩土壤利用糖类和多聚物类碳源的微生物代谢活性较高。(3)冗余分析(RDA)表明,土壤有机质、pH、全量砷(As)、Cd、铅(Pb)以及有效砷是引起土壤微生物碳源利用分异的主要环境因子。(4)相关性分析表明土壤微生物对胺类、氨基酸类、酚酸类的利用强度与土壤有机质、pH呈正相关,与As、有效铜、有效砷呈负相关。

    • 利用13C标记和自然丰度三源区分玉米根际CO2释放

      2021, 58(5):1256-1266. DOI: 10.11766/trxb202005070111

      摘要 (652) HTML (168) PDF 2.01 M (1193) 评论 (0) 收藏

      摘要:石灰性土壤中,根际土壤释放的CO2有三个来源,即根源呼吸、土壤有机碳(SOC)分解和土壤无机碳(SIC)溶解,三源区分土壤释放的CO2是量化土壤碳平衡的前提。分别在玉米拔节期、抽穗期和灌浆期进行7 h的13CO2脉冲标记,经过27 d示踪期后破坏性取样,测定13C标记与自然丰度处理中,玉米地上部、根系、土壤和土壤CO2的碳含量和δ13C值,利用13C示踪并结合自然丰度法区分玉米土壤CO2的来源。研究结果显示,随着玉米生长,根源呼吸对土壤CO2的贡献呈降低趋势,从拔节期的66.7%降低至灌浆期的25.8%。整个玉米旺盛生育期内(从拔节期到生育期末),根源呼吸和土壤总碳释放对土壤CO2具有同等贡献,SOC和SIC释放对土壤总碳释放的贡献率分别为30%和20%。玉米生长对土壤的碳输入(根系+根际沉积物)超过土壤总碳(SIC+SOC)的释放,总体表现为土壤碳汇。研究表明,SIC溶解对全球碳库稳定性和调节CO2浓度的影响非常重要,若忽视石灰性土壤中SIC溶解,则会高估SOC的分解,进而影响SOC激发效应以及土壤碳平衡的评估。

    • 周丛生物对稻田氨挥发的影响

      2021, 58(5):1267-1277. DOI: 10.11766/trxb202005060218

      摘要 (641) HTML (360) PDF 5.67 M (1020) 评论 (0) 收藏

      摘要:周丛生物是一种普遍生长在稻田水-土界面中的微生物聚集体,在调节稻田氮循环中起重要作用。通过野外田间微区试验研究稻田周丛生物对氨挥发的影响,分别设置了周丛生物正常生长以及添加特丁净(C10H19N5S)调控周丛生物生长2个处理,每个处理3个重复,分别于基肥(BF)、分蘖肥(TF)、穗肥(PF)施加后测定周丛生物影响下的氨挥发速率,计算整个水稻生长期内的氨挥发通量,分析不同稻田周丛生物的微生物群落结构、田间理化性质与土壤氨挥发的关系,构建基于周丛生物的稻田氨挥发预测模型。结果表明:周丛生物正常生长状态下基肥和分蘖肥时期氨挥发累计损失量分别达到24.8±1.1 kg·hm-2、10.9±0.1 kg·hm-2,添加C10H19N5S后氨挥发累积量分别降低71.3%、39.3%,穗肥期氨挥发差异不显著。淡色藻门Ochrophyta(8.1%~67.6%)、隐真菌门Cryptomycota(3.9%~54.8%)、线虫动物门Nematoda(0.6%~42.6%)为周丛生物中真核微生物优势门,变形菌门Proteobacteria(52.1%~23.7%)、拟杆菌门Bacteroidetes(58.1%~16.8%)、绿湾菌门Chloroflexi(14.6%~0.8%)、酸杆菌门Acidobacteria(11.0%~3.3%)为原核微生物优势门。相关性分析表明,周丛生物生物量、田面水氮素含量、风速是影响日氨挥发通量的关键因素。综上,使用C10H19N5S调控周丛生物生长能够有效的降低基肥以及分蘖肥期间稻田土壤氨挥发,减缓因氨挥发造成的氮肥损失问题。

    • 黄土高原采煤沉陷对土壤微生物群落的影响

      2021, 58(5):1278-1288. DOI: 10.11766/trxb202003160122

      摘要 (694) HTML (215) PDF 8.41 M (1064) 评论 (0) 收藏

      摘要:采矿对环境本底影响极大,近自然恢复是唯一可行的手段。土壤微生物影响物质循环转化,对生态恢复起重要作用。厘清土壤微生物群落如何适应和进化,不同菌群之间如何互作,哪些功能群更适应干旱、贫瘠的环境,对提升矿山生态恢复力至关重要。利用高通量测序和分子生态网络方法探索东坪煤矿和大柳塔煤矿地表沉陷区土壤微生物群落结构与组成、主要种群及与环境因素间的互馈机制。结果表明:沉陷环境对土壤微生物群落多样性、结构和分布模式影响显著,但放线菌门(Actinobacteria)一直最为丰富。东坪煤矿分子生态网络互作关系较大柳塔煤矿更复杂、网络节点和连接数更多。前者的关键菌群属于放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和奇古菌门(Thaumarchaeota),后者的关键菌群属于变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。此外,网络结构与土壤性状之间存在显著相关性。为适应矿山土壤营养贫瘠,微生物种群间更偏向相互合作,其中HolophagaeAquabacterium为优势菌属,或可助力矿山生态修复。

    • AM真菌菌丝际细菌具有固氮解磷双重功能

      2021, 58(5):1289-1298. DOI: 10.11766/trxb20200316004

      摘要 (663) HTML (966) PDF 2.36 M (1223) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了认识和理解丛枝菌根真菌(AM真菌)根外菌丝表面定殖的细菌是否同时具有固氮和解磷能力,从田间生长的玉米菌根根外菌丝表面分离鉴定了固氮菌,评价了其固氮和解磷能力。从AM真菌根外菌丝表面分离出23株可在无氮培养基中生长的细菌,分属于变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)下的9个不同的属(BrevundimonasMicrobacteriumSphingomonasPaenibacillusVariovoraxXenophilusHydrocarboniphagaArthrobacterBacillus);11株细菌具有固氮酶活性,固氮酶活性最高值为(2.97 ±1.32)nmol·mg-1·h-1;12株细菌具有活化有机磷的能力,11株细菌具有溶解难溶性无机磷的能力,其中8株细菌同时具有解有机磷和难溶性无机磷能力,并且解有机磷能力高于解难溶性无机磷能力;16株细菌具有分泌IAA(吲哚乙酸)能力,IAA分泌量最高值为(688.00 ±19.17)μg·mL-1;6株细菌同时具备固氮酶活性、解有机磷、解难溶性无机磷和分泌IAA能力。上述结果表明,AM真菌根外菌丝表面定殖有多种具备固氮、解磷和促生能力的细菌,这些具有多重功能的细菌可能极大地扩展菌根途径吸收土壤养分的能力。

    • 稻鸭共生对土壤养分和水稻病虫害防控的影响

      2021, 58(5):1299-1310. DOI: 10.11766/trxb202003050694

      摘要 (550) HTML (242) PDF 4.87 M (1093) 评论 (0) 收藏

      摘要:在上海淀山湖稻区,设置稻鸭共生田间试验,研究稻田养鸭对水稻土壤养分、田面水和水稻病虫害防控的影响。试验分为四个处理:(1)稻鸭共生(DR);(2)受稻鸭共生区田面水影响,但无鸭子进入(ND);(3)受稻鸭共生区田面水影响,无鸭子进入,但人工除草(NDW);(4)不受稻鸭共生区田面水影响,水稻单作(CK)。结果表明:无论受稻鸭直接影响(DR)还是间接影响(ND和NDW),均能显著提高土壤养分。DR处理土壤有机质和碱解氮平均含量分别为33.0 mg·g-1、138.3 μg·g-1,高于CK 13.6%、17.6%。而且,DR处理鸭子活动搅动水土层,增加溶解氧,提高了土壤微生物量和土壤酶活性。受鸭子活动和粪便排泄影响,稻鸭共生区(DR、ND、NDW)田面水养分大多显著高于CK(P<0.05),尤其是在9月26日,其铵态氮、有效磷、总磷含量分别达到1.18 mg·L-1、0.40 mg·L-1、0.93 mg·L-1,高于CK 137%、178%、316%。DR处理鸭子啄食、践踏及浑水作用,抑制杂草生长,杂草密度平均较CK降低了91.6%;ND处理杂草密度很高;NDW处理杂草密度仍高于DR处理。这说明水田定期人工拔草效果不及稻田鸭除草效果。ND、NDW和DR处理显著促进水稻分蘖,分蘖数平均高于CK 33.6%、32.1%和34.2%。DR处理卷叶螟、纹枯病和稻飞虱显著低于CK和其他处理。DR处理增产效果显著,水稻产量达到8 507 kg·hm-2,为CK的1.42倍。总之,稻鸭共生增肥、抑草、防虫效果显著,有利于大幅减少农药和化肥使用,保护生态环境,同时,产出健康优质稻米和鸭肉。

    • 基于宏基因组学的酸性森林土壤氨氧化微生物群落特征研究

      2021, 58(5):1311-1321. DOI: 10.11766/trxb202002020040

      摘要 (807) HTML (217) PDF 751.89 K (1115) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球30%以上陆地面积是酸性土壤(pH<5.5),而酸性土壤中氨氧化微生物群落特征研究是破译其硝化过程微生物学机理的基础。尤其随着完全硝化微生物(Complete ammonia oxidizer,comammox)的发现,亟需重新认知酸性土壤中氨氧化微生物类群。以酸性马尾松林为研究对象,综合利用荧光定量PCR(qPCR)、凝胶电泳半定量和宏基因组测序等技术研究土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和Comammox的相对丰度以及群落组成特征。研究发现AOA和AOB amoA基因丰度分别为2.61×106 copies·g-1和1.45×106 copies·g-1;而comammox amoA基因qPCR结果存在显著的非特异性扩增,导致其丰度被高估,而经凝胶电泳半定量矫正后,约为(1.38~1.47)×106 copies·g-1,该结果和土壤宏基因测序揭示的comammox相对丰度基本吻合。此外,宏基因组分析发现经典嗜酸group 1.1a-associated仅占AOA总类群的12%,而group 1.1b则占88%,尽管目前仍未有嗜酸group 1.1b AOA纯菌株的报道。AOB主要类群为Nitrosospira(约64%),而Nitrosomonas约占36%。Comammox主要类群为clade B(约64%),而clade A仅占36%且均隶属于clade A.1亚枝,这暗示clade B与已报道的嗜中性comammox clade A纯菌株有极大的生理代谢差异。总之,本研究提供了综合利用qPCR、半定量和宏基因组分析土壤氨氧化微生物群落的策略,并建议优化comammox的qPCR引物,同时本研究系统分析了酸性马尾松林土壤中氨氧化微生物的相对丰度和群落组成特征。

    • >研究简报
    • 基于Munsell颜色的土壤游离铁预测研究

      2021, 58(5):1322-1329. DOI: 10.11766/trxb202004130048

      摘要 (496) HTML (489) PDF 940.86 K (1160) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤颜色和游离铁均是土壤系统分类中的指标,两者之间具有一定的关系,但迄今关于两者之间定量关系的报道甚少。以川中丘陵区典型土系为研究对象,通过定量分析其Munsell颜色与游离铁含量间的关系,尝试利用Munsell颜色建立的BP神经网络模型反演土壤游离铁含量,并与利用反射光谱模型反演的土壤游离铁含量进行比较。结果表明,Munsell色调、明度、彩度值与游离铁含量呈显著正相关,据此建立的游离铁含量Munsell颜色预测模型在单隐含层神经元个数为4时,R2为0.94,RMSE为4.20,RPD为4.37;光谱模型的R2为0.98,RMSE为3.35,RPD为5.99,两者的模型拟合度、精度均呈较高水平,表明利用Munsell颜色可以有效地对土壤游离铁含量进行预测。

    • 雷竹凋落叶不同分解环境中土壤动物群落特征

      2021, 58(5):1330-1340. DOI: 10.11766/trxb202008210182

      摘要 (496) HTML (233) PDF 1.34 M (1067) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究火烧迹地雷竹(Phyllostachys violascens)凋落叶分解过程中土壤动物群落特征,以毗邻雷竹林为对照,采用凋落物袋法研究雷竹凋落叶分解速率及土壤动物群落结构的变化特征。结果显示,两个样地雷竹凋落叶分解过程总体上可以划分为3个阶段,即分解初期(质量损失率较高)、分解中期(凋落叶的质量损失率较上阶段减缓)、分解后期(质量损失率再次上升)。调查共捕获土壤动物824只,其中火烧迹地375只,对照样地449只,以绥螨科、蚁科、线虫纲和等节䖴科为优势类群,所占百分比为49.27%,火烧迹地土壤动物类群数变化幅度较个体数小。统计分析表明,火烧迹地和对照样地凋落叶分解过程中土壤动物类群数无显著差异(P>0.05)。两个样地土壤动物均匀度指数、多样性指数和丰富度指数均呈上升趋势,而优势度指数则逐渐降低,凋落叶分解过程中土壤动物个体数、类群数均与降水量存在显著相关关系(P<0.05)。主坐标分析(PCoA)表明,凋落叶分解初期受火烧干扰较大,后期受分解时间累积效应影响较大。试验表明,火烧干扰延缓了雷竹凋落叶的分解速率,但随着时间的延续,火烧迹地雷竹叶分解速率则迅速提升,土壤动物群落也得到恢复。

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