• 2021年第58卷第6期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望

      2021, 58(6):1341-1358. DOI: 10.11766/trxb202102280114

      摘要 (1387) HTML (2178) PDF 1.39 M (1551) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国东北黑土是世界上最肥沃、垦殖时间较短的土壤类型之一,在保障国家粮食安全中具有非常重要的地位。本文在总结东北黑土地概况(定义、分布、土壤类型和垦殖时间)的基础上,梳理了东北黑土地的研究足迹,并提出了未来东北黑土地科技研发的方向。东北黑土地包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤6种土壤类型,主要分布在辽河平原、松嫩平原和三江平原。自然黑土肥力较高,但是开垦后受生态系统改变和人类活动的双重驱动,土壤肥力发了巨大变化,土壤有机质含量在垦殖初期(约30a)迅速下降,开垦50a后下降速度趋于稳定;侵蚀区黑土层受风蚀和水蚀等影响出现了不同程度的流失。有机培肥、轮作、等高种植等技术措施已经被广泛应用于黑土培肥与水土流失防治。黑土层是黑土地的标志性土层,是黑土地肥力的核心。基于黑土层保护的东北黑土地保护利用建议从以下3方面开展科学研究:(1)解析人类活动下的黑土层厚度及颜色变化过程和驱动机制,探索现代农业管理方式下维持和增加黑土层厚度的技术途径;(2)针对东北黑土地6种土壤类型耕地限制粮食生产能力的主控因子,因地制宜建立以“肥沃耕层构建”、“障碍性土层消减”和“控蚀固土增肥”为核心的东北黑土地保护利用技术模式,研发相关配套技术,探索模式的适应性及应用效果和机理;(3)以长坡为研究对象建立水土流失观测场,集中研发坡耕地控制面蚀和沟蚀的新技术和新模式。

    • >综述与评论
    • 病原青枯菌土壤存活的影响因素研究进展

      2021, 58(6):1359-1367. DOI: 10.11766/trxb202008140252

      摘要 (710) HTML (701) PDF 578.26 K (1137) 评论 (0) 收藏

      摘要:土传青枯病是一种毁灭性的细菌性病害,广泛分布于热带、亚热带和温带地区,严重威胁世界粮食安全。病原青枯菌主要从土壤中侵染作物根系,其在土壤中存活能力强,因此防治极为困难。明确病原青枯菌土壤存活的关键影响因素有助于创建高效阻控土传青枯病的技术。国内外学者在青枯菌土壤存活方面开展了大量研究,但由于影响青枯菌土壤存活的因素复杂,而相关研究多围绕单一因素展开,缺乏针对青枯菌土壤存活规律和影响因素的系统性认识。本文系统梳理了青枯菌的自身特性(基因、行为和代谢产物)及土壤生物、非生物因素对其在土壤中存活的影响,阐明了青枯菌在寄主存在时土体存活、向寄主根表方向运动迁移时根际存活以及入侵寄主根系时根表存活的主要影响因子,以期为土传青枯病的高效阻控提供参考。

    • 城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异:研究进展与展望

      2021, 58(6):1368-1380. DOI: 10.11766/trxb202007110387

      摘要 (809) HTML (493) PDF 5.33 M (1038) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。

    • 秸秆还田下土壤有机质激发效应研究进展

      2021, 58(6):1381-1392. DOI: 10.11766/trxb202006260259

      摘要 (1738) HTML (1341) PDF 7.28 M (2335) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤有机质是农田肥力的基础与核心,对作物产量、农业环境,甚至地球碳循环意义重大。作物秸秆作为农田土壤有机碳库的重要外部补充,其还田过程对土壤有机碳周转和碳库平衡具有显著影响。激发效应是一种因新鲜有机质输入而导致土壤本底有机质矿化速率发生改变的现象。秸秆还田导致的土壤有机质分解激发,不仅涉及到秸秆资源化高效利用,还直接关系到农田土壤碳库的平衡及其功能,因此备受科学界关注。尽管对外源有机质输入引起的土壤有机质激发效应的理论研究已取得了较大进展,但如何结合最新的理论结果到秸秆还田固碳减排的生产实践中仍面临着较大的挑战,这主要归结于对农田土壤有机质分解激发效应的发生特点和规律,及其背后的土壤、气候、管理等相关的驱动因子和过程还未完全明确。据此,本文首先对土壤有机质分解激发效应发生的理论研究进展(包括:共代谢理论、氮矿化理论、化学计量比和微生物残体再利用)进行了系统综述。其次,结合已有的研究证据和理论假设进一步概述了秸秆还田过程中影响激发强度和方向的潜在驱动因素,如:秸秆类型和数量、还田方式、水肥管理、土壤属性、气候因子等。最后,从秸秆还田的高效性、农田碳库的可持续和农业环境的友好性出发,对秸秆还田土壤有机质分解激发的潜在研究方向进行了展望,并就秸秆还田改善土壤碳库的优化措施提出了建议。

    • 糖醇螯合肥在农业上的应用研究进展

      2021, 58(6):1393-1403. DOI: 10.11766/trxb202005180245

      摘要 (594) HTML (1570) PDF 544.13 K (1093) 评论 (0) 收藏

      摘要:糖醇是许多植物的光合作用初产物,在植物体内具有多种生物学效应,作为配体合成的糖醇螯合肥能促进钙、硼等营养元素在植株韧皮部迁移,该特性使其在农业生产中备受关注,但是糖醇螯合肥在我国的发展仍处于初始阶段,其科学研究远滞后于实际应用,根源在于当前的研究侧重糖醇螯合肥的作物效应,较少关注施用糖醇螯合肥对土壤环境及根际、叶际微生物造成的生态影响。同时,既往的研究通常忽略糖醇配体在生物体内的作用,且应用的糖醇螯合肥多为混合物,难以明确是糖醇、糖醇螯合物或按一定比例合成的混合物对作物生长起到关键作用。此外,由于糖醇螯合物的螯合机理不明,难以利用有效手段对其进行定性与定量分析,也阻碍了糖醇螯合肥的肥效机理研究。基于此,本文简要阐述了糖醇螯合技术及糖醇螯合肥的优势,并概述了糖醇配体在植物体内的生物学效应,通过当前糖醇螯合肥的应用现状指出糖醇螯合肥应用研究和开发中的不足,旨在为糖醇螯合肥的发展提供技术依据与发展方向。

    • >研究论文
    • 西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

      2021, 58(6):1404-1415. DOI: 10.11766/trxb202002200055

      摘要 (636) HTML (649) PDF 5.85 M (1107) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了黄土塬区罕见的3个层次的全新世中期古土壤,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化及沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。

    • 模拟降雨条件下坡度对关中地区塿土溅蚀的影响

      2021, 58(6):1416-1422. DOI: 10.11766/trxb202003130116

      摘要 (511) HTML (426) PDF 559.03 K (841) 评论 (0) 收藏

      摘要:为掌握关中地区坡耕地上坡度对溅蚀量以及溅蚀距离的影响,深入探究不同坡度对单位面积溅蚀量影响的潜在机理。以陕西关中地区塿土为研究对象,选用5个具有不同坡度(0°,5°,10°,15°,20°)的装土槽进行单位面积土坡的模拟。使用针头式模拟降雨机进行模拟降雨试验,通过溅蚀收集装置对模拟降雨结束后的不同方向和不同距离范围的溅蚀量进行收集。结果表明:在0~20°坡度范围内,溅蚀总分散量,溅蚀净搬运量以及向下坡溅蚀量随着坡度的增大呈现出不同的上升趋势。向上坡溅蚀量在0~15°范围内呈减少趋势,在15~20°范围内呈增加趋势。溅蚀距离随着坡度的增大而增大。研究结果对深入探究溅蚀的潜在机理有着重要作用。

    • 不同整地措施坡面土壤水分时空分布特征

      2021, 58(6):1423-1435. DOI: 10.11766/trxb202002270076

      摘要 (633) HTML (1008) PDF 3.09 M (911) 评论 (0) 收藏

      摘要:了解不同整地措施的梯田果园土壤水分的时空异质性及影响机制对提升林果产业发展具有重要意义。以赣南小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型的土地利用结构坡面(优化整地坡面、粗放整地坡面、未整地荒草地坡面)和4种土地利用类型(优化整地果园、粗放整地果园、荒草地、农地)为研究对象,研究其在0~100 cm土壤剖面上的水分时空分布特征及主控地形因子。结果表明:不同土地利用类型土壤含水量在雨季表现为农地>粗放整地果园>优化整地果园>荒草地,果园之间无显著差异,其他土地利用之间差异均显著(P<0.05);在旱季为农地>优化整地果园>粗放整地果园>荒草地,荒草地和粗放整地果园土壤含水量大幅降低,要显著低于优化整地果园(P<0.05)。在不同坡位,雨季与旱季土壤含水量从坡顶到坡脚均表现为逐渐升高趋势,且坡上、中、下部位的差异均很小。通过冗余分析也发现雨季和旱季土壤水分异质性的主控因子分别为坡位和土地利用类型(P<0.01),均通过表层(0~20 cm)土壤来影响水分分布。整地措施对坡面土壤水分的空间异质性提升明显,且显著提升了坡面在雨季对降雨的入渗能力,同时优化整地措施显著提升了梯田表层土壤在旱季的蓄水保水能力。研究结论可为区域内整地措施空间布局优化以及水土流失的综合治理提供理论依据。

    • 不同退耕年限干旱绿洲植被群落及灰棕漠土特性变化

      2021, 58(6):1436-1447. DOI: 10.11766/trxb202003160121

      摘要 (434) HTML (344) PDF 603.57 K (857) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探讨不同退耕年限对植被恢复及土壤特性的影响,选择民勤绿洲不同年代退耕地(1,2,4,8,13,20,30,40年)和耕地(对照CK)为研究对象,运用时空替代法,测定并系统分析其植被组成、土壤理化特性、土壤微生物特性和土壤酶活性。结果表明:在40年退耕地植被自然演替过程中,9个样地(包括一个CK)的所有样方中共出现43种植物,植被群落由一年生草本植物逐渐演替为单一的灌木,表现出较强的连续性与递进性。随着退耕年限的增加土壤含水率呈先降再升后降的趋势,总体呈倒“N”字型变化。土壤容重总体表现为逐渐减小;土壤粒径变化规律不明显,各样地细砂粒占比最大,黏粒最少;土壤全氮、速效钾、土壤有机质含量及土壤微生物量碳呈先上升后下降趋势,速效磷含量变化不明显,但是变化幅度较大;细菌与放线菌数量不同程度的减少,细菌是土壤中主要的微生物类群,最大数量达到611.46×105 cfu.g-1;土壤酶活性随退耕年限延长呈波动式下降。随着土层深度增加,土壤容重、土壤养分及土壤微生物总体表现为逐渐减小,表聚现象明显;通过退耕地聚类谱系图可以推断出退耕第4年是民勤绿洲退耕地恢复治理的关键时期。

    • 四川盆地沙溪庙组地层(J2s)岩石发育土壤的系统分类研究

      2021, 58(6):1448-1459. DOI: 10.11766/trxb202003020084

      摘要 (521) HTML (399) PDF 6.25 M (938) 评论 (0) 收藏

      摘要:地理发生分类的紫色土在中国土壤系统分类中的归属一直受到高度关注,以四川盆地分布最为广泛的侏罗系沙溪庙组地层岩石发育的土壤为研究对象,在对19个典型剖面的成土条件、剖面形态特征和土壤理化性质分析的基础上,根据《中国土壤系统分类检索(第三版)》,确定了供试土壤的诊断层和诊断特性及其在中国土壤系统分类中的高级类别。结果表明,供试土壤归属于3个土纲、3个亚纲、7个土类和12个亚类;色卡确定的颜色上满足“紫色砂、页岩岩性特征”的剖面仅7个;但若在原颜色定义上增加“或色调为2.5YR~5YR,干态明度为4~6,干态彩度为3~4”条件,则有11个剖面的色卡定色符合“紫色砂、页岩岩性特征”,3个剖面的仪器定色符合该特征。

    • 煤矸石和钙结石对植物生长和土壤含水量的影响

      2021, 58(6):1460-1471. DOI: 10.11766/trxb202012110682

      摘要 (479) HTML (607) PDF 1.03 M (861) 评论 (0) 收藏

      摘要:确定煤矸石和钙结石对植物生长和土壤水分变化的影响,是准确量化黄土高原地区土壤含水量和科学制定植被恢复策略的基础。通过小区试验,将土壤分别与煤矸石和钙结石混合后(碎石含量为300 g·kg-1)填装至2 m3的地下小区中,以不含碎石土壤为对照,种植柠条(Caragana Korshinskii Kom.)和苜蓿(Medicago sativa.),定期观测植物生长指标和含水量。结果表明:(1)煤矸石对植物生长具有抑制作用,钙结石则无显著影响。含煤矸石土壤中柠条和苜蓿累积生物量较无碎石土壤中分别低47%和21%,较含钙结石土壤中分别低45%和24%。苜蓿对含煤矸石土壤的适应性优于柠条。(2)介质类型对土壤含水量变化的影响较植物类型更为显著,含煤矸石土壤含水量显著高于其他两种介质,30~50 cm土层深度差异更显著。(3)柠条小区中,含煤矸石土壤与钙结石土壤中蒸散量的差值分别占土壤平均储水量的12%和23%。苜蓿小区中,含煤矸石、钙结石土壤与无碎石土壤中蒸散量的差值分别占土壤平均储水量的-11%和11%。可见,煤矸石和钙结石对土壤水分损失的抑制作用不同,随植物种类而变化。在预测区域土壤含水量时,煤矸石和钙结石对含水量的影响不可忽略,尤其在植被生长条件下。

    • 喀斯特坡地浅层岩溶裂隙土壤团聚体稳定性与养分垂向变化特征

      2021, 58(6):1472-1485. DOI: 10.11766/trxb202006300351

      摘要 (692) HTML (499) PDF 1.87 M (1148) 评论 (0) 收藏

      摘要:浅层岩溶裂隙(SKF)为植物提供生长空间、水分和养分,是石漠化地区的重要生境类型。以矩形和漏斗形SKF剖面为研究对象,采用干、湿筛分法和Le Bissonnais法,分析了不同土层土壤团聚体稳定性特征和破坏机理,测定了团聚体中土壤有机质(SOM)、碱解氮(AHN)和有效磷(AP)的含量。结果表明:SKF剖面粒径>0.25 mm的团聚体均超过90%,PAD值范围为0.01%~4.75%。干、湿筛作用下,MWD值变化范围分别为4.63~7.69 mm和1.33~4.24 mm,团聚体分形维数D范围分别为1.57~2.18和1.55~2.15。SKF土壤团聚体的稳定性随剖面深度加深而降低,矩形SKF土壤团聚体的稳定性要强于漏斗形SKF,快速湿润产生的消散作用是造成团聚体破碎的主要机制。团聚体破坏率(PAD)、团聚体分形维数(D)和平均重量直径(MWD)这三类指标均表明,SKF土壤团聚体水稳定性、通透性均较好。SKF剖面30 cm以下土层,团聚体SOM、AHN和AP含量相较0~20 cm土层大幅下降,含量范围分别为13.27±0.94~37.53±3.47 g·kg-1、71.58±3.27~198.54±22.63 mg·kg-1和0.15±0.03~0.38±0.10 mg·kg-1,土壤AP十分贫乏。SKF形态会影响SOM含量随土层深度的变化,矩形SKF 30 cm以下土层含量随深度加深而降低,而漏斗形SKF则没有显著性差异。随土层深度加深,矩形和漏斗形SKF剖面AP含量的变化趋势一致,AHN含量的变化趋势则与SKF形态之间没有明显关联。SOM、AHN和AP含量越高,SKF剖面团聚体水稳定性越强。

    • 有机肥长期施用对设施土壤全镉和有效态镉含量的影响

      2021, 58(6):1486-1495. DOI: 10.11766/trxb202003030088

      摘要 (619) HTML (1035) PDF 535.37 K (909) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用长期田间定位试验方法,比较研究了长期有机肥不同施肥方式(不施肥、有机肥常量、有机肥减量及有机肥减量配施化肥)对设施土壤镉(Cd)全量及有效态含量的影响,同时考察了其对土壤特性的影响及二者的相关性。结果表明:与不施肥的设施土壤(对照)相比,长期定量施用有机肥土壤表层(0~20 cm)Cd全量显著降低,且随着施用量下降,该效果更显著,但对亚表层(20~40 cm)Cd全量无显著影响。长期施用有机肥会提高设施土壤表层Cd有效态含量,特别是0~10 cm土壤有效态Cd含量显著高于对照,但与有机肥常量处理相比,有机肥减量和有机肥减量配施化肥处理土壤有效态Cd含量分别显著降低了17.56%和14.04%;同时,有机肥减量配施化肥对设施土壤有机质、全氮、表层有效磷均有大幅提升,且pH偏高于有机肥常量。相关分析表明,设施土壤有机质、有效磷含量均与土壤Cd全量和有效态含量之间呈显著或极显著正相关,土壤全氮含量与Cd有效态含量呈显著正相关,pH与有效态含量之间呈极显著负相关。上述结果表明有机肥适当减施,同时辅以适量化肥,可进一步改善设施土壤特性,进而控制设施土壤表层Cd累积。

    • 黄淮麦区小麦籽粒锌含量差异原因与调控

      2021, 58(6):1496-1506. DOI: 10.11766/trxb202003150119

      摘要 (490) HTML (460) PDF 877.03 K (840) 评论 (0) 收藏

      摘要:小麦高产优质生产对保障我国粮食安全和人们营养健康有重要意义。通过实地调研和取样分析,研究了黄淮麦区276个田块的小麦籽粒锌含量与产量和产量构成、施肥和土壤养分、作物锌吸收利用等参数的关系。结果表明,黄淮麦区缺锌和非缺锌土壤的比例分别为42%和58%,两种土壤上的小麦籽粒锌含量分别介于16~52和17~58 mg·kg-1,分别有7%和9%样本的籽粒锌达到推荐值40 mg·kg-1。缺锌田块,籽粒锌含量与磷肥用量(r=-0.273,P < 0.01)、0~20 cm土壤有效磷(r=-0.283,P < 0.01)显著负相关,高低籽粒锌组的磷肥用量分别为73和137 kg·hm-2,土壤有效磷分别为13和20 mg·kg-1,有效锌分别为0.8和0.7 mg·kg-1,但籽粒产量低于非缺锌土壤(7 204和7 857 kg·hm-2)。非缺锌田块,籽粒锌含量与磷肥用量显著负相关(r=-0.181,P < 0.05),与0~20 cm(r=0.236,P < 0.01)和20~40 cm(r=0.183,P < 0.05)土壤有效锌显著正相关,高低锌组的磷肥用量分别为112和145 kg·hm-2,0~20 cm的土壤有效磷分别为29和30 mg·kg-1,有效锌分别为3.3和2.2 mg·kg-1。因此,在缺锌土壤上,应首先解决土壤缺锌问题,将有效锌提升至临界值1.0 mg·kg-1以上,非缺锌土壤有效锌保持在3.0 mg·kg-1以上,同时适当减少磷肥用量和降低土壤有效磷水平,以减少磷对小麦锌吸收的负面影响,维持黄淮麦区小麦高产并改善籽粒锌营养。

    • 秸秆还田配施控释掺混尿素对玉米产量和土壤肥力的影响

      2021, 58(6):1507-1519. DOI: 10.11766/trxb202003100702

      摘要 (807) HTML (400) PDF 1.67 M (1123) 评论 (0) 收藏

      摘要:探讨秸秆还田配施控释掺混尿素对玉米产量和土壤肥力的影响,为其科学合理配伍提供依据。2014—2018年开展了控释掺混尿素(硫加树脂包膜尿素:树脂包膜尿素:普通尿素为3.5:3.5:3)应用于夏玉米(Zea mays L.,郑单958)的田间长期定位试验。试验设6个处理:1)不施氮且秸秆不还田处理(CK1);2)不施氮但秸秆还田处理(CK2);3)普通尿素但秸秆不还田处理(BBF1);4)普通尿素且秸秆还田处理(BBF2);5)控释掺混尿素但秸秆不还田处理(CRF1);6)控释掺混尿素且秸秆还田处理(CRF2)。成熟期测定叶面积指数(LAI)和叶片叶绿素相对含量测定值(SPAD),调查玉米产量和产量构成,同时取0~20 cm土壤样品测定相关土壤肥力状况。结果表明:1)BBF2相比BBF1处理,5年平均玉米产量和氮素累积利用率显著提高5.9%和13.3%;CRF2、CRF1相比BBF2处理玉米5年平均产量分别显著提高12.0%和4.2%,氮素累积利用率分别显著提高57.3%和42.4%;2)较2013年基础土壤,2018年玉米收获季CRF2、BBF2、CRF1和BBF1处理土壤有机质含量分别提高33.5%、25.9%、19.5%和11.4%,全氮含量分别提高26.6%、18.6%、9.9%和7.0%;3)秸秆还田的CRF2、BBF2较同类肥料秸秆不还田的CRF1、BBF1处理,土壤有机质含量分别显著提高11.8%、13.0%,全氮含量分别显著提高15.2%、10.9%;4)较BBF1处理,CRF1处理的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾分别显著提高52.0%、18.6%、19.5%和24.7%;秸秆长期还田进一步提高了土壤养分含量,CRF2土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高66.3%、25.2%、47.5%和30.4%。本试验条件下,秸秆还田配施控释掺混尿素可协同增效,显著提高土壤肥力、玉米产量、氮素累积利用率和净收益。

    • 秸秆添加对石灰性土壤有机与无机碳释放的影响

      2021, 58(6):1520-1529. DOI: 10.11766/trxb202010180578

      摘要 (545) HTML (310) PDF 1.23 M (948) 评论 (0) 收藏

      摘要:在富含碳酸盐的石灰性土壤上,土壤本身CO2释放不仅来自土壤有机碳(SOC)的分解,也源于无机碳(SIC)的溶解。在秸秆还田下,石灰性土壤CO2释放来源达到三个(秸秆碳、SOC和SIC),由于区分技术的限制,当前区分CO2释放三源的研究,尚少见报道。以华北石灰性农田土壤为研究对象,采用13C标记玉米秸秆添加土壤进行室内培养32周,设置4个处理,分别为无添加对照(CK)、低量秸秆添加(S1,相当于田间秸秆还田量9.6 t·hm-2)、中量秸秆添加(S2,秸秆还田量28.8 t·hm-2)和高量秸秆添加(S3,秸秆还田量48.0 t·hm-2),利用秸秆碳、SOC与SIC之间的δ13C差异,借助稳定同位素溯源模型IsoSource,区分土壤CO2的释放来源,明确秸秆添加对石灰性土壤有机与无机碳释放的影响。结果表明,随着培养时间的进行,土壤释放CO2中源于秸秆的贡献呈下降趋势;秸秆分解对土壤CO2释放的贡献随着秸秆添加量增加而增加,对于S1、S2和S3处理,土壤释放CO2中源于秸秆、SOC和SIC的贡献比值约分别为3:3:4、5:2:3和6:2:2;与CK相比,S1处理降低SOC分解的激发效应(程度为9%),S2和S3处理反而增加了SOC分解的激发效应(程度分别为22%和57%);秸秆和SOC矿化增加SIC溶解的释放,随秸秆添加量增加而增加,S1、S2和S3处理提高SIC源CO2的释放程度分别为368%、561%和652%。因此,秸秆添加不仅影响SOC源CO2的释放,也增加了SIC源CO2的释放,若忽略SIC溶解对土壤CO2释放的贡献,可能导致SOC矿化量的高估,进而影响SOC激发效应评估的准确度。

    • 针铁矿吸附态和包裹态有机碳在稻田土壤中的矿化及其激发效应

      2021, 58(6):1530-1539. DOI: 10.11766/trxb202005050215

      摘要 (480) HTML (483) PDF 679.06 K (833) 评论 (0) 收藏

      摘要:南方水稻土富含铁氧化物,土壤有机碳通过与铁氧化物结合的形式长期固存于土壤中;由于土壤中氧化铁和有机碳主要通过吸附、键和与包裹等形式存在,所以不同的碳铁复合物的稳定性存在一定的差异。尽管已有较多研究分析了土壤中有机碳与铁矿的结合与赋存形式,但是有机碳与铁矿间的结合方式对有机碳在水稻土中矿化及其激发效应的影响机制尚不明确。以葡萄糖为典型小分子外源有机碳,通过制备针铁矿吸附态葡萄糖和包裹态葡萄糖,采用室内模拟培养实验,研究两种铁矿结合态葡萄糖在淹水水稻土中的矿化特征及其激发效应。结果表明:与单独添加葡萄糖处理相比,碳铁复合物的添加分别使CO213CO2释放量增加了0.39倍~0.53倍和0.87倍~1.07倍,却使CH413CH4释放量分别降低了0.44倍~0.59倍和0.25倍~0.44倍。相对于针铁矿吸附态葡萄糖,针铁矿包裹态葡萄糖显著抑制了CH4释放。而且,碳铁复合物的添加均在一定程度上促进了土壤原有有机碳矿化释放CO2,但抑制了来源于土壤原有有机碳的CH4释放。其中,针铁矿包裹态葡萄糖对来源于土壤原有有机碳的CH4释放量是针铁矿吸附态葡萄糖的1.33倍。针铁矿包裹态葡萄糖的快速矿化的碳库比例显著高于针铁矿吸附态葡萄糖,且其半衰期(T1/2)较针铁矿吸附态葡萄糖大10.85倍,其快库转化速率(k1)和慢库转化速率(k2)比铁矿吸附态葡萄糖的小10.74倍和19倍。其次,针铁矿包裹态葡萄糖对土壤有机质CO2累积激发效应表现为较弱的正激发(6.44 mg·kg-1),而对土壤有机质CH4累积激发效应则表现为负激发(-15.49 mg·kg-1),即针铁矿包裹态葡萄糖的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化(-9.05 mg·kg-1),从而增强了土壤有机碳的固持潜力。因此,不同结构碳铁复合物的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化,且针铁矿包裹态有机碳比针铁矿吸附态有机碳在水稻土中具有更强的稳定性和固碳效应。该研究结果也表明,水稻土中与铁氧化结合的小分子有机碳相对于游离态的有机碳,具有更强的生物稳定性,更低的矿化速率,而且能够抑制土壤有机碳的矿化,产生负激发效应,有利于增加土壤的长期固碳效应。

    • 秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响

      2021, 58(6):1540-1551. DOI: 10.11766/trxb202005110231

      摘要 (494) HTML (242) PDF 1.26 M (936) 评论 (0) 收藏

      摘要:氧化亚氮(N2O)和氮气(N2)是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2(反硝化产生N2量),观测2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量(CK:每季0 t·hm-2;1BC:每季2.25 t·hm-2;5BC:每季11.3 t·hm-2;10BC:每季22.5 t·hm-2)0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮(NO3-+NH4+)含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳(DOC)和溶解氧(DO)浓度以及氧化还原电位(Eh)。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮(NO3-)及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量(按1 m深度计算)CK处理下为2.3~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮(DON)淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2。综上,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。

    • 短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

      2021, 58(6):1552-1563. DOI: 10.11766/trxb202101080015

      摘要 (461) HTML (742) PDF 1.97 M (983) 评论 (0) 收藏

      摘要:硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1%、5%、10%、15%和20%)配施对土壤硝化作用及N2O和CO2排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺(DCD)进行保氮减排效果的对比。结果表明,与未施加氮肥的对照(CK)相比,单施氮肥(N)显著提高土壤硝化强度并促进N2O排放。DCD能显著抑制硝态氮和N2O的积累,抑制效率分别为68.6%和93.3%。而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7%。所有ATU处理N2O排放量均显著降低,降幅为60.3%~68.2%,仍远高于DCD处理。处理间N2O和CO2的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,不同ATU施用量处理之间差异不显著。相关分析发现氨氧化细菌(AOB),而不是氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox),与土壤硝态氮积累和N2O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关。高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用。此外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低PatulibacterAeromicrobiumActinomycetosporaDefluviicoccusAcidipila等微生物属在群落中的相对丰度。该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。

    • 生物质炭对稻田土壤团聚体稳定性和微生物群落的影响

      2021, 58(6):1564-1573. DOI: 10.11766/trxb202005280258

      摘要 (759) HTML (856) PDF 2.44 M (1119) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤团聚体决定着土壤功能与质量,受土壤生物与非生物因素的共同作用。本文从非生物和生物学角度解析生物质炭施用对土壤团聚体稳定性的长期影响。以句容和南京两个独立施用生物质炭3年或5年后的稻田麦季土壤为研究对象,选取常规施肥(CK)和常规施肥+生物质炭(AB)处理,利用湿筛法获得不同粒级土壤团聚体,并测定其中有机碳(SOC)、全氮、全磷含量,同时采用定量PCR技术测定土壤微生物(细菌、真菌、丛枝菌根真菌、古细菌和放线菌)丰度。结果表明:句容和南京土壤AB处理生物质炭原位老化后,土壤pH、田间持水量和大团聚体比例(R>0.25)显著增加,平均重量直径和几何平均直径表现出增加趋势(P>0.05);土壤团聚体养分含量(SOC、全磷)和土壤微生物丰度发生显著变化。与对照处理相比,句容和南京老化生物质炭处理的土壤大团聚体比例分别显著增加93.0%和61.5%,0.002~0.053 mm和<0.002 mm粒级团聚体均呈减少趋势;句容和南京土壤AB处理全土SOC含量分别显著增加26.3%和26.9%,大团聚体中SOC含量分别显著增加72.4%和52.3%,微团聚体中SOC含量分别显著增加20.8%和30.0%,全土真菌丰度显著增加;南京土壤全磷含量显著增加25.4%,丛枝菌根真菌和古细菌丰度也呈增加趋势(P>0.05)。由相关性分析可知,土壤团聚体平均重量直径与大团聚体比例、SOC含量、真菌和丛枝菌根真菌丰度极显著正相关(P<0.01),与全磷含量和古细菌丰度显著正相关,相关系数分别为0.641和0.646。综上所述:生物质炭可以改善土壤pH、田间持水量等理化性质,增加稻-麦轮作麦季土壤0.25~2 mm大团聚体比例和碳、磷含量,增加土壤真菌、丛枝菌根真菌和古细菌丰度,提高土壤团聚体稳定性,具有持续性。

    • 水分管理对水稻籽粒硒积累及根际土壤细菌群落多样性的影响

      2021, 58(6):1574-1584. DOI: 10.11766/trxb202004090050

      摘要 (530) HTML (327) PDF 1.54 M (984) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用盆栽试验方法,研究不同水分管理方式对水稻根际土壤硒组分、籽粒硒积累以及根际土壤细菌群落多样性的影响。结果表明:在水稻的各生育期,好氧和干湿交替较淹水灌溉一定程度上提高了土壤pH和氧化还原电位(Eh),土壤水溶态和可交换态硒含量增加,从而提高了土壤硒的有效性。水稻成熟后,不同部位的含硒量由高到低依次为根(1.38~2.22 mg·kg-1)、叶(0.55~0.85 mg·kg-1)、茎(0.53~0.61 mg·kg-1)和籽粒(0.15~0.53 mg·kg-1)。水稻籽粒含硒量以干湿交替灌溉最高,淹水灌溉最低,二者含硒量差异达显著水平。干湿交替灌溉的水稻产量显著高于常规淹水灌溉,且较淹水灌溉提高了7.83%,较好氧灌溉提高13.51%。水稻根际土壤优势菌为变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、Patescibacteria和芽单胞菌门,变形菌门是不同水分管理方式下水稻根际土壤中丰度最高的细菌,水分管理措施显著影响其丰富度,干湿交替和好氧灌溉中变形菌门的丰富度明显高于淹水灌溉。从纲水平看,Gammaproteobacteria的丰度与土壤有效硒含量呈正相关,故Gammaproteobacteria丰度的增加可能是土壤硒生物有效性增加的另一个重要原因。综上,干湿交替灌溉不但能提高水稻产量和稻米硒含量,且较正常淹水管理节约用水,在水稻生产中,是一种优先推荐的水分管理方法。

    • 毛乌素沙地苔藓结皮对沙化土壤性质和细菌群落的影响

      2021, 58(6):1585-1597. DOI: 10.11766/trxb202012060221

      摘要 (506) HTML (616) PDF 5.45 M (840) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物土壤结皮能有效防风固沙,对沙漠地区生态恢复意义重大,但目前缺乏对生物结皮层与同厚度裸沙表层之间以及它们各自下方土壤之间的比较与分析。采用荧光定量PCR和高通量测序技术,对毛乌素沙地苔藓结皮层与裸沙表层,结皮下方土壤与裸沙下层土壤细菌16S rRNA基因丰度和群落结构进行分析。结合土壤理化因子数据,分析苔藓结皮对沙地细菌群落多样性的影响。对苔藓结皮层和结皮下方土壤,以及裸沙地的相应表层和下层土壤,进行样品采集,通过综合分析更细致研究生物结皮对土壤细菌群落及其生存环境的影响。结果表明:相比于裸沙表层,苔藓结皮显著提高了土壤速效养分、全氮和有机质的水平,结皮下方土壤中速效养分、全磷和有机质含量均高于裸沙下层。结皮层及其下方土壤中粗粉砂和粉粒的含量显著高于裸沙表层和下层,表明苔藓结皮显著改善了沙地土壤的理化性质。有效磷、速效钾、有效氮、黏粒、粉粒、粗砂是影响沙地土壤细菌群落组成的重要环境因子。苔藓结皮层中16S rRNA基因拷贝数最高,结皮层及其下方土壤中的细菌丰度显著高于裸沙表层和下层。多样性分析显示,结皮下方土壤中细菌多样性最高。在苔藓结皮层中,发现分类学地位尚未明确的难培养属unclassifiled_f__Micromonosporaceae和norank_c__Cyanobacteria,以及Pseudonocardia(假诺卡氏菌属)的相对丰度均显著高于裸沙表层;在结皮下方土壤中,发现分类学地位尚未明确的难培养属norank_c__Acidobacteria和Rubrobacter(红色杆菌属)的相对丰度均显著高于裸沙下层,这些差异显著的物种对稳定沙地土壤结构具有重要作用。因此,苔藓结皮的形成对沙地原有表层及下层土壤的细菌群落产生显著影响,利于生物固沙。研究结果为风沙治理和荒漠生态恢复提供了重要的微生物学理论依据。

    • 盐胁迫对番茄种子萌发中多胺形态变化和抗氧化的影响

      2021, 58(6):1598-1609. DOI: 10.11766/trxb202002180051

      摘要 (508) HTML (620) PDF 691.23 K (938) 评论 (0) 收藏

      摘要:以番茄“合作903”为材料,研究25~200 mmol·L-1NaCl胁迫对其种子发芽、种子活力指数(SVI)、丙二醛(MDA)含量、保护酶活性、溶质积累和不同形态多胺含量的影响。结果表明:25、50 mmol·L-1NaCl处理7 d,不影响番茄种子发芽率,但显著降低SVI;随着盐处理浓度上升,发芽率和SVI均显著下降。分别以种子发芽率和SVI为因变量,NaCl处理浓度为自变量,种子萌发和萌发后幼苗建成的耐盐阈值分别为106.1 mmol·L-1NaCl(0.62%)和43.38 mmol·L-1NaCl(0.25%)。随着NaCl处理浓度上升,萌发种子MDA含量显著上升,保护酶活性、可溶性蛋白(SP)和可溶性糖(SS)均上升,游离态腐胺(fPut)、游离态亚精胺(fSpd)和游离态精胺(fSpm)、(fSpd+fSpm)/fPut均显著上升,束缚态腐胺(bPut)、束缚态亚精胺(bSpd)、束缚态精胺(bSpm)均显著增加,而(bSpd+bSpm)/bPut变化不明显。与对照相比,50 mmol·L-1NaCl处理下,番茄萌发种子结合态亚精胺(cSpd)、结合态精胺(cSpm)含量及(cSpd+cSpm)/cPut均极显著上升,随着NaCl处理浓度上升,cPut、cSpd、cSpm含量及(cSpd+cSpm)/cPut均逐渐下降。综上所述,盐胁迫延缓、抑制番茄种子萌发,对于萌发后幼苗的建成抑制作用更强。番茄种子萌发阶段对盐分具有一定的抗性,主要由于番茄萌发种子中多胺代谢在盐胁迫下呈现(fSpd+fSpm)/fPut比值的急剧上升、cSpd和cSpm含量的显著上升和束缚态各多胺的显著积累,同时SS和SP的积累随盐胁迫加剧显著积累,从而提高了萌发种子的抗氧化和渗透调节能力;但是在高盐(150 mmol·L-1NaCl)下,cSpd和cSpm的上升调控作用明显减弱,而束缚态各多胺、fSpd和fSpm的上升以及SS和SP积累调控作用仍在增强。

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