• 2022年第59卷第1期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 土壤在植物多样性形成中的作用及其研究意义

      2022, 59(1):1-9. DOI: 10.11766/trxb202106170314

      摘要 (1057) HTML (1157) PDF 446.88 K (990) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤科学工作者熟知生物作为五大成土因素之一在土壤发生与演化过程中的作用,但是很少问津土壤在植物起源和演化过程的作用。笔者认为,陆地植物的起源和演化过程实质上是对其起源土壤环境的适应过程,土壤对起源植物特性的形成具有“模具效应”。土壤环境的剖面厚度和层次构型、物理、化学和生物学性质多样性形成了起源植物的多样性。由于植物根生长于土壤,通过根从土壤中吸收营养元素以满足自身生长的需求,因此,植物起源土壤对植物特性形成的作用主要体现在植物根型、营养生理和抗逆境生理方面的遗传特性。土壤-植物多样性为不同种类的生物构建了多样化的生境,在生物多样性的形成和维持中发挥着关键作用。保护土壤环境多样性是保护生物多样性的基础。追溯作物的起源土壤环境及其与植物遗传特性的关系对于作物布局和育种、作物养分管理等均具有极为重要的意义。这一研究需要丰富的土壤学、分子遗传学等多学科的知识。因此,开展这一领域的研究不仅是对土壤学研究领域的拓展和对土壤资源重要性的再认识,也是对土壤学与分子遗传学等学科交叉融合的客观要求。

    • >综述与评论
    • 中国盐渍土研究:历程、现状与展望

      2022, 59(1):10-27. DOI: 10.11766/trxb202110270578

      摘要 (1114) HTML (1290) PDF 11.75 M (2749) 评论 (0) 收藏

      摘要:盐渍土研究是以盐渍土和盐渍生境作为主要研究对象,以盐渍土和盐渍化的发生与演变过程、环境要素和人类活动对盐渍化的影响与作用机制、盐渍土的治理、改良和利用的理论与技术为主体的研究领域。我国盐渍土面积巨大、种类繁多,盐渍化问题突出,对农业生产和生态环境造成不同程度的影响。我国科学家提出的盐渍土“水盐调控”、“水盐平衡”,“淡化肥沃层”和“障碍消减”等理论与技术方法,为发展农业生产、提高土地产能、保障粮食安全、拓展耕地资源等发挥了积极作用。近期我国在土壤盐渍化演变过程的监测与多源数据融合、土壤水盐运移过程模拟与尺度转换、盐渍农田养分循环与减损增效、盐渍障碍的生态消减、盐渍障碍微生物修复、盐渍农田灌排优化管理与边际水安全利用等方面取得了积极的进展和成果。建议今后深入开展盐渍土精准控盐的高效和安全用水、土壤盐渍障碍的绿色消减与健康保育、盐渍农田养分库容扩增与增碳减排、土壤盐渍化与区域生态的耦合响应和协同适应等方面的理论与技术研究。应面向农业、资源、生态、环境等领域和行业,致力于拓展理论和新技术的研究,为国家农业升级、粮食安全、耕地保护、生态安全、高质量发展发挥重要作用。本文回顾了我国盐渍土研究工作的发展历程以及国内外研究之间的联系,系统阐述了近期盐渍土相关研究工作的特色进展,结合目前国内外相关研究的前沿热点和国家需求,提出了我国盐渍土研究的展望。

    • 土壤重金属污染健康风险评估新视角——概率风险评估的源起及展望

      2022, 59(1):28-37. DOI: 10.11766/trxb202009120516

      摘要 (547) HTML (371) PDF 2.69 M (919) 评论 (0) 收藏

      摘要:评估土壤重金属污染对人体产生的危害,是土壤环境风险管理的重要前提。概率风险评估秉持表征不确定性和变异性的理念,为土壤重金属污染健康风险评估带来全新视角。为强化对概率风险评估的理论认知,推动其在土壤重金属暴露风险评估领域的深入应用,本文结合文献计量及整合分析方法,系统阐述了概率风险评估的理论基础及内涵演进,进一步将其与传统风险评估进行比较,着重论述该方法在环境健康风险评估中的应用及发展动态,并探讨未来研究趋势和方向。研究表明:作为传统确定性健康风险的重要补充,概率风险评估是将变异性和不确定性纳入环境风险评估过程的一组理念和技术集成,其突破了对环境风险的保守单点估计,适用于人体暴露健康风险精细评估。当前概率风险评估框架对于参数边界定义及暴露场景的不确定性处理的阐述不明,导致其准确性、适用性及资源成本的消耗一直存在争议,且其在与土壤重金属源解析及生物靶标分析相整合,向多介质、多受体、多尺度概率风险集成分析框架拓展时还面临着技术挑战。未来可从理论基础、技术方法、实践应用等多方面深化概率风险评估研究,提升概率风险评估框架在土壤环境风险基准制定及管理体系发展中的政策价值。

    • 国内外污染场地风险管控技术体系与模式研究进展

      2022, 59(1):38-53. DOI: 10.11766/trxb202010120569

      摘要 (637) HTML (473) PDF 5.24 M (896) 评论 (0) 收藏

      摘要:以风险管理为基本原则的污染场地可持续治理修复及安全利用已成为全球范围内一个紧迫的环境和发展问题。为促进快速、经济、有效的风险管控技术在我国土壤污染防治初期阶段的广阔应用,本文在明确污染场地风险管控广义和狭义内涵属性的基础上,系统阐述了工程控制、制度控制和监测自然衰减等狭义风险管控技术的技术原理、工程应用和适用条件,剖析英美等发达国家风险管控体系并结合我国土壤环境管理实际建立技术体系和政策体系支撑下的风险管控模式,最后针对我国污染场地风险管理基础薄弱、风险管控体系不健全和风险管控技术支撑不足等问题,提出基于绿色可持续理念和全生命周期管理理论的“防、控、治、管”四位一体的污染场地风险管控总体布局,对于推动我国风险管控技术应用和提高场地风险管理水平具有重要的现实意义。

    • 土壤铁矿物的生物-非生物转化过程及其界面重金属反应机制的研究进展

      2022, 59(1):54-65. DOI: 10.11766/trxb202010300268

      摘要 (708) HTML (1168) PDF 4.32 M (1051) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁矿物作为土壤的重要组成成分,一般可通过吸附、络合和共沉淀等方式影响重金属的生物有效性和毒性。此外,土壤中有机物的存在会影响铁矿物的转化,导致转化产物的结构和表面特性发生改变,进一步影响重金属的环境行为。本文从铁矿物、有机质和重金属等要素入手,综述了反应pH、温度、亚铁和微生物等因素影响下土壤铁矿物非生物和生物转化过程、土壤有机物对铁矿物转化过程的影响机制、土壤铁矿物界面重金属反应机制以及土壤铁矿物-有机质相互作用下的重金属反应机制。最后,对今后在复杂的自然环境中深入揭示铁矿物转化机制、原位观测重金属在矿物-水界面的微观反应机制以及预测和评估重金属的归趋等有关方向进行了展望。

    • 驯化对植物微生物组结构和功能影响的研究进展

      2022, 59(1):66-78. DOI: 10.11766/trxb202006090210

      摘要 (299) HTML (633) PDF 2.15 M (596) 评论 (0) 收藏

      摘要:微生物组在植物的养分获取、健康生长过程中发挥重要作用。植物驯化对微生物组的结构和功能产生了不可忽视的影响,但是其机制仍缺少系统性梳理总结。为此,综述了驯化过程中,植物的类型和基因型、根外代谢产物、土壤生境的改变对微生物组的影响。通过多向比较归纳发现,在驯化过程中:(1)对微生物多样性影响显著。大多数植物微生物多样性随驯化过程下降;野生植物可招募更多有益于抵抗病原菌的微生物群落;植物种类和基因型的改变影响了根际微生物组成及其与植物的共生关系。(2)根外代谢产物的改变影响了微生物的养分吸收,驯化降低了植物的化学防御功能。(3)相对于农田等栽培土壤,原生土壤生境具有更多样和独特的微生物组成。综上所述,植物根际微生物组的改变是驯化过程多因素综合作用的结果。揭示驯化对微生物组功能的影响,恢复驯化过程中可能丢失的植物-微生物的有益联系和性状,可为基于微生物组的植物育种策略提供理论基础。

    • >研究论文
    • 四川盆地中生代古土壤发生学特征及古环境意义

      2022, 59(1):79-91. DOI: 10.11766/trxb202004300208

      摘要 (378) HTML (296) PDF 43.31 M (975) 评论 (0) 收藏

      摘要:古土壤形成于地质历史时期的地球表面,直接记录了其形成时地球陆地表层的环境信息。以四川盆地中生代古土壤为研究对象,通过古土壤的形态与微形态、矿物组成、颗粒组成以及地球化学等成土特征的观察与分析,开展土壤发生学特征概述与分类研究并探讨古土壤指示的环境意义。结果表明:(1)四川盆地中生代古土壤具有生物遗迹、成壤碳酸盐结核、土层颜色变化、土壤发生层次等成土特征。(2)古土壤的矿物组成以石英和方解石为主,含少量长石、蒙脱石和云母类矿物,且不同古土壤类型中矿物含量有差异。(3)古土壤总有机碳含量明显低于现代土壤,但变化趋势与其一致。(4)不同时期不同类型古土壤的化学风化强弱程度不同。古土壤类似于现代的新成土、雏形土、干旱土和淋溶土,其中淋溶土的比例较少。不同类型古土壤的发育表明四川盆地中生代环境整体上在干旱-湿润之间波动变化,但以半干旱、干旱环境为主。

    • 地震折射层析法在红壤关键带地层划分中的应用研究

      2022, 59(1):92-104. DOI: 10.11766/trxb202008080247

      摘要 (208) HTML (287) PDF 30.44 M (602) 评论 (0) 收藏

      摘要:地球关键带结构的识别对于理解关键带系统中发生的地球物理化学过程有重要意义,以往基于钻井和剖面来研究关键带地下结构的方法不足以充分反映关键带地下构造全貌,近些年地震折射层析方法在浅层地表勘探中兴起。为探究关键带地下结构的空间变异特征,本研究以红砂岩基岩的鹰潭孙家流域和板岩基岩的长沙沿江阶地为研究区,通过高精度地震折射层析(SRT)方法,绘制了关键带地层剖面速度图,将关键带划分为覆盖层、半风化层、基岩层。基于钻井实测数据定量评估地震勘探反演精度。结果表明:(1)红壤关键带深度为8.2~22.9 m,半风化层上界面深度为3.0~13.2 m,红壤关键带基岩面对应的地震波纵波速度在2 000~2 400 m·s-1之间。(2)含水层中的地下水会使地震折射法划分的关键带覆盖层厚度偏小;地下水水位与地震纵波1 000 m·s-1速度等值线有一定协同关系。(3)鹰潭研究区覆盖层下界面预测值与观测值的均方根误差(RMSE)为1.7 m,长沙研究区覆盖层下界面预测值与观测值的RMSE为2.4 m;鹰潭研究区基岩面预测值与观测值的RMSE为7.0 m,长沙沿江阶地基岩面预测值与观测值的RMSE为0.9 m。综上所述,地震折射层析方法在预测关键带覆盖层深度上效果较好,而在预测关键带基岩面深度尤其是鹰潭孙家流域基岩面深度上效果有待进一步提升。

    • 土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层障碍因素的影响

      2022, 59(1):105-117. DOI: 10.11766/trxb202011090401

      摘要 (228) HTML (242) PDF 4.02 M (676) 评论 (0) 收藏

      摘要:紫色土坡耕地是长江上游重要的耕地资源,明确不同侵蚀程度下紫色土坡耕地耕层土壤的主要障碍因素及障碍因素变化特征,对紫色土坡耕地耕层土壤质量调控和持续利用具有重要价值。以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,设置5个侵蚀程度(0、5、10、15、20 cm)的原位控制试验。从土壤属性角度出发,选取容重、总孔隙度、饱和导水率、土壤紧实度、土壤抗剪强度、有机质、全氮、全磷、pH、阳离子交换量等10个耕层质量指标,计算耕层质量指数(Cultivated-layer quality index,CLQI)及障碍度(Obstacle degree,Mij),定量评价不同侵蚀程度下耕层质量和障碍度变化特征。结果表明:(1)土壤侵蚀导致紫色土坡耕地耕层土壤质量指标恶化。总孔隙度、饱和导水率、抗剪强度、阳离子交换量、全氮、全磷随着侵蚀程度增加而减小,容重、土壤紧实度则随着侵蚀程度增加而增大。(2)紫色土坡耕地耕层质量指标障碍度排序依次为土壤紧实度(17.04%)>饱和导水率(15.83%)>全氮(11.49%)>有机质(11.47%)>全磷(10.73%),耕层质量主要障碍因素为土壤紧实度、饱和导水率、全氮、有机质、全磷。(3)土壤侵蚀对土壤紧实度的障碍度影响效果极显著(P<0.01);管理措施对土壤紧实度的障碍度影响效果显著(P<0.05),对有机质、饱和导水率的障碍度影响效果极显著(P<0.01);土壤侵蚀与管理措施的交互作用对饱和导水率、有机质的障碍度影响效果显著(P<0.05)。紫色土坡耕地耕层主要障碍类型分为土壤养分贫瘠型和土壤酸化型。研究结果可为紫色土坡耕地耕层质量调控提供理论依据。

    • 花岗岩红壤丘陵区崩岗土体界限含水量的温度效应研究

      2022, 59(1):118-128. DOI: 10.11766/trxb202007300287

      摘要 (252) HTML (341) PDF 2.30 M (507) 评论 (0) 收藏

      摘要:水分和温度会显著影响花岗岩红壤的力学状态,是崩岗发生和发展的两大驱动因素。以崩壁三个土层土壤:红土层、砂土层和碎屑层为研究对象,在15、25、40和60℃温度条件下对三个土层土壤的液塑限和结合水含量开展研究。结果表明:红土层的液限、塑限和塑性指数均高于砂土层和碎屑层,碎屑层土壤的液塑限最小。崩岗土壤的液塑限与细黏粒、有机质和氧化铁的含量呈线性正相关。温度从15℃升高至40℃时,三个土层土壤的液限和塑限均显著降低,同时土壤的结合水含量均降低。温度从40℃升高至60℃,红土层、碎屑层土壤塑限和红土层、砂土层土壤液限有所上升。温度对土壤结合水含量的影响规律与土壤液塑限的变化趋势一致。碎屑层土壤的液限接近饱和含水量,且液限随温度升高逐渐降低。在夏季高温多雨的情况下,碎屑层土壤最容易发生流动变形,可能是导致崩壁崩塌的主要原因之一。

    • 饱和紫色土初始态和稳定态细沟水力学特征研究

      2022, 59(1):129-138. DOI: 10.11766/trxb202005280259

      摘要 (175) HTML (212) PDF 4.02 M (374) 评论 (0) 收藏

      摘要:细沟水力学特征是影响坡面土壤侵蚀的重要动力因素。不同侵蚀阶段细沟形态影响水流动力学特征,进而影响细沟侵蚀发育与形态演变。试验以饱和紫色土为研究对象,在测量得到不同流量(2,4,8 L·min-1)及坡度(5°,10°,15°,20°)下初始态细沟和稳定态细沟径流流速的基础上,计算得到初始态和稳定态细沟水力学参数,包括平均径流深,雷诺数,弗劳德数,达西阻力系数,曼宁糙率系数等,对其特征进行对比分析。结果表明,在不同细沟侵蚀阶段,初始态细沟流速介于0.170~0.778 m·s-1之间,稳定态细沟流速介于0.156~0.619 m·s-1之间,在同一流量和坡度条件下,初始态细沟流速>稳定态细沟流速,且流量和坡度在不同细沟侵蚀阶段对流速和平均径流深的贡献率存在差异。流态以过渡流居多,均属于急流,弗劳德数在稳定态细沟阶段受到流速和平均径流深的调节保持相对稳定且趋近于1。达西阻力系数受流速和平均径流深的影响发生改变,在初始态细沟中流速的影响占主要作用,稳定态细沟中平均径流深的影响占主要作用。饱和紫色土细沟从初始态到稳定态的发育过程中,流速逐渐减小,平均径流深增大,雷诺数增大,弗劳德数减小,达西阻力系数和曼宁糙率系数增大。研究结果有利于明确饱和紫色土坡面不同细沟侵蚀阶段水力学特征,对建立土壤侵蚀物理模型具有一定参考价值。

    • 黄土区坡地和坝地土壤电阻率分布特征及应用

      2022, 59(1):139-147. DOI: 10.11766/trxb202004260196

      摘要 (200) HTML (268) PDF 4.83 M (511) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水分的准确高效测定是土壤水文学研究的重要基础,以土壤电学性质为基础的电阻率成像法(ERT)为土壤水分信息获取提供了新的技术手段。为探究ERT在黄土区土壤水文过程研究中的可行性,利用高密度电法仪测定了陕北六道沟小流域典型坡地和坝地剖面土壤电阻率(ρ),分析了不同土地利用方式下ρ二维分布特征,探讨了ERT在黄土区土壤水分及地下水监测研究方面的应用。结果表明:坡地土地利用方式和坡位对ρ具有显著影响,剖面平均ρ由高到低依次为:柠条灌木地>苜蓿草地>撂荒草地>农耕地,坡顶ρ显著高于坡底,这与土壤含水量高低有密切关系。坝地ρ具有明显的水平和垂直分异特征,垂直方向呈高阻层—低阻层—高阻层分布,低阻层上边界与浅层地下水位一致。在坝地尾部,低阻层厚度增加并穿透浅层高阻层,可能与尾部作物耗水较少有关。ERT可用于黄土区不同土地利用方式下土壤干湿状况及坝地地下水动态监测研究。

    • 淮北平原砂姜黑土区砂姜的空间分布及其驱动因素

      2022, 59(1):148-160. DOI: 10.11766/trxb202004280202

      摘要 (262) HTML (370) PDF 2.38 M (490) 评论 (0) 收藏

      摘要:砂姜黑土的典型特征就是土体内含有“砂姜”。本论文基于经典统计学及地统计学方法,研究了淮北平原砂姜黑土区东西(河南上蔡到安徽泗县)及南北(河南鹿邑到安徽怀远)两条典型样带0~100 cm土层内砂姜含量分布及0~20 cm土壤性质、地形因子和气候特征。结果表明:(1)东西样带内从西向东、南北样带内从北向南,砂姜含量逐渐增多,埋深也逐渐变浅;(2)两条样带砂姜含量随土层的加深呈增加的趋势,而极大值出现在20~60 cm土层,砂姜以2~5 mm粒级的占比最大(40%~44%);(3)相关分析表明砂姜含量与蒙脱石组成比例(r=0.321,P < 0.01)、年均降水量(r=0.416,P < 0.01)、年均温度(r=0.369,P < 0.01)呈正相关,而与土壤全钙(r=-0.279,P < 0.05)、高程(r=-0.387,P < 0.01)、年均蒸发量(r=-0.392,P < 0.01)呈负相关。可见,淮北平原砂姜含量受地形、气候条件和土壤性质等因素的共同作用,形成了“西低东高,北低南高”空间分布格局。

    • 融合无人机载激光雷达与多光谱遥感数据的冬小麦叶面积指数反演

      2022, 59(1):161-171. DOI: 10.11766/trxb202007130239

      摘要 (209) HTML (329) PDF 9.83 M (613) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步挖掘无人机载激光雷达(Light Laser Detection and Ranging,LiDAR)在农作物长势监测方面的潜力,探究机载LiDAR与多光谱遥感数据融合反演冬小麦叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)的效果,本研究以无人机载LiDAR和可见光-近红外多光谱为研究手段,获取试验区冬小麦孕穗期的无人机载LiDAR点云和多光谱数据,从中提取并筛选合适的LiDAR点云结构参数和植被指数,借助多元线性回归法(Multivariable Linear Regression,MLR)和偏最小二乘回归法(Partial Least Squares Regression,PLSR),通过融合LiDAR点云结构参数与植被指数以及单独使用植被指数作为模型输入参数,分别与实测LAI构建了LAI反演模型。用决定系数(Coefficient of Determination,R2)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)来评价模型时,结果显示融合LiDAR点云与多光谱数据能够较好地反演冬小麦LAI。而且,无论是利用MLR还是PLSR法,融合LiDAR点云结构参数与植被指数的模型(MLR:R2=0.901,RMSE=0.480;PLSR:R2=0.909,RMSE=0.445(n=16))均优于仅使用植被指数的模型(MLR:R2=0.897,RMSE=0.492;PLSR:R2=0.892,RMSE=0.486(n=16))。因此,加入无人机载LiDAR数据可以一定程度上弥补光谱数据在作物垂直方向上信息提取不足的缺陷,提高冬小麦LAI的反演精度,为冬小麦LAI反演提供了更优的手段。

    • 基于in vitro试验的中国典型土壤中砷的健康风险及影响因素

      2022, 59(1):172-182. DOI: 10.11766/trxb202005140100

      摘要 (259) HTML (239) PDF 1.93 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:采集中国红壤、黑土、褐土、棕壤和黄壤五种典型土壤,经一个月老化制备成浓度为600 mg·kg-1的砷污染土壤样品,利用体外(in vitro)试验方法(PBET-UF模型)研究经口部摄入的土壤砷在人体胃肠道的生物可给性/生物有效性,并评估其健康风险,进而从土壤性质角度(包括土壤基本理化特性及砷的赋存形态)综合地探讨砷的生物可给性/生物有效性的影响因素,以分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤砷在胃阶段的生物可给性为37.2%~71.8%,小肠阶段的生物可给性为49.0%~73.3%,小肠阶段的生物有效性为48.6%~72.1%,各类型土壤间差异极显著;土壤砷从胃到小肠是一个逐步被消化溶出的过程,且小肠中溶解态砷均可透过模拟小肠上皮细胞的专用超滤膜;各类型土壤经口部摄入的砷健康风险存在极显著差异,致癌风险和非致癌风险分别超过相应可接受限值两个数量级和一个数量级;此外,土壤砷的生物可给性/生物有效性与土壤pH、游离氧化铁铝含量、迁移系数S及迁移系数W存在显著或极显著相关性,迁移系数S是影响土壤砷在胃阶段的生物可给性的主导因子,土壤pH为影响其在小肠阶段的生物可给性/生物有效性的主导因子,而游离氧化铁铝则主要通过与砷形成新矿物的方式降低其在土壤中的活性及生物可给性/生物有效性。本研究的成果将为后续开展更符合现实土壤污染情形的调查及重(类)金属污染土壤健康风险评估手段的完善做出积极贡献。

    • 强还原土壤处理对再植龙牙百合生长不利因子的消减作用

      2022, 59(1):183-193. DOI: 10.11766/trxb202007220410

      摘要 (190) HTML (207) PDF 1.80 M (536) 评论 (0) 收藏

      摘要:病害和草害是再植龙牙百合生长的两大关键制约因素。以强还原土壤处理(Reductive soil disinfestation,RSD)为技术手段,以湖南省栽培过龙牙百合的土壤为研究对象,通过设置液体有机物料RSD处理(6 t·hm-2,MO)、固体有机物料RSD处理(15 t·hm-2,SB)和不做任何土壤处理的对照(CK),研究该技术手段对龙牙百合栽培土壤中土传病原菌和杂草种子库的影响。结果表明,与CK对照相比,RSD处理均能有效杀灭土壤中的尖孢镰刀菌、腐皮镰刀菌和立枯丝核菌等病原真菌,显著降低镰刀菌属在真菌类群中的占比,其杀菌率高达98.8%。同时,RSD处理还能有效抑制土壤杂草种子库中大部分杂草的萌发,显著降低田间杂草的密度和生物量,其对杂草数量和干质量的抑制率分别为94.1%~96.0%和71.0%~94.7%,且MO处理对杂草的防除效果优于SB处理。此外,RSD处理还能显著改变田间杂草的群落结构,并降低其多样性、丰富度和优势度。因此,强还原土壤处理能够显著消减土传病原菌、杂草等再植龙牙百合生长不利因子,是一种具有同时降低田间病害和草害发生潜力的农业措施,且可以为减少农药施用量、实现农业绿色可持续发展提供一定的理论依据和技术支持。

    • 油/麦-稻轮作和施肥对土壤养分及团聚体碳氮分布的影响

      2022, 59(1):194-205. DOI: 10.11766/trxb202004090091

      摘要 (377) HTML (319) PDF 669.39 K (589) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过田间定位试验探究油菜-水稻与小麦-水稻轮作在不同施肥措施下的土壤养分及团聚体碳氮分布差异,为长江中游油麦交错区水旱轮作模式选择及培肥地力提供依据。利用湖北沙洋的定位试验,选择油-稻和麦-稻轮作的不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、化肥与秸秆还田相结合(NPK+S)3个处理,在试验布置的第4年于油菜和小麦收获后取0~20 cm土壤样品,测定土壤有机质和氮磷钾养分含量、孔隙度、团聚体分布和稳定性、团聚体有机碳和全氮贡献率等指标。结果表明:(1)与麦-稻轮作相比,油-稻轮作土壤有机质和有效磷含量在各施肥处理中分别提高了13.1%~19.2%和18.8%~59.5%,土壤全氮含量在秸秆不还田时提高了28.1%(CK处理)和29.2%(NPK处理);(2)秸秆不还田时,油-稻轮作土壤总孔隙度较麦-稻轮作显著提高了8.1%(CK处理)和10.3%(NPK处理),相应的毛管孔隙度分别提高了11.7%和10.5%;(3)与麦-稻轮作相比,油-稻轮作土壤团聚体的平均重量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)和大团聚体含量(WSMA)在各施肥处理中均显著提高,且提高了大团聚体有机碳和全氮贡献率;(4)在相同轮作模式中,土壤有机质和养分含量均表现为:CK

    • 被孢霉对土壤养分有效性和秸秆降解的影响

      2022, 59(1):206-217. DOI: 10.11766/trxb202006020213

      摘要 (348) HTML (668) PDF 2.59 M (531) 评论 (0) 收藏

      摘要:腐生真菌被孢霉在富含有机质的土壤中丰度很高,为土壤碳及养分转化的关键微生物成员。然而目前关于土著被孢霉在秸秆分解过程中对土壤养分有效性影响的研究较少。采用常规平板稀释法从长期施用有机肥的红壤和砂姜黑土中分离真菌菌株,将分离得到的菌株序列与基因库(GenBank)中的序列进行比较,鉴定出了两株被孢霉菌株,即高山被孢霉(Mortierella alpina)和长孢被孢霉(Mortierella elongata)。通过设置盆栽试验,每盆土接种10 g菌剂,研究两株被孢霉对秸秆降解过程中土壤养分有效性和细菌群落的影响。结果表明,在红壤中,与未接种对照相比,接种高山被孢霉处理的土壤有效磷含量提高了29.0%,长孢被孢霉处理下土壤有效氮含量和β-葡萄糖苷酶活性分别提高了15.5%和81.3%。在砂姜黑土中,与对照相比,被孢霉菌株显著提高了土壤可溶性有机碳,速效氮和有效磷的含量以及β-葡萄糖苷酶和磷酸酶的活性。两株被孢霉在红壤中抑制了秸秆的降解,并显著改变细菌群落组成。而在砂姜黑土中,被孢霉菌株促进了秸秆降解,且对细菌群落结构影响不大。在红壤中,苍白杆菌属(Ochrobactrum)、无色杆菌属(Achromobacter)和链霉菌属(Streptomyces)是导致接种处理和对照之间细菌群落差异贡献最大的类群。本研究为土著被孢霉在农业土壤中秸秆分解和养分转化中的作用提供了理论依据。

    • 缺氮胁迫对小麦根际土壤微生物群落结构特征的影响

      2022, 59(1):218-230. DOI: 10.11766/trxb202005080225

      摘要 (370) HTML (537) PDF 4.94 M (702) 评论 (0) 收藏

      摘要:根际微生物在作物养分吸收的过程中发挥着重要作用。为提高小麦的氮肥利用率,有必要深入探究缺氮胁迫对小麦根际微生物群落结构的影响。利用氮素耗竭的陕西关中地区典型的塿土,设置了正常供氮(150 mg·kg-1)和缺氮(不施氮肥)的小麦根箱实验,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析了小麦根际、近根际和非根际土壤微生物的多样性和群落结构的差异。结果表明:土壤可溶性无机氮含量在微生物群落多样性和群落结构的变化中起主导作用。与正常供氮相比,土壤微生物群落在缺氮胁迫下具有更高的α多样性。厚壁菌门(Firmicutes)、纤细菌门(Gracilibacteria)、Candidatus Jorgensenbacteria和迷踪菌门(Elusimicrobia)等微生物的丰度与土壤硝态氮含量显著负相关,氨氧化古菌Nitrososphaeria则是受缺氮胁迫影响的微生物共存网络的重要节点。缺氮胁迫诱导了土壤微生物的mRNA合成、糖酵解、过氧化物代谢和磷酸肌醇代谢等代谢过程。亚硝化螺菌(Nitrosospira)和硝化螺旋菌(Nitrospiraceae)等对随机森林分类器准确度的影响最大,后续可作为土壤供氮水平的生物标记物。综上所述,缺氮胁迫对小麦根际微生物的多样性、群落结构和代谢功能产生了显著影响,且大于根际效应的影响,该发现对未来小麦根际促生微生物的培养和鉴定有启示作用,并为减氮增效的生产实践提供了理论依据。

    • 不同稻田生态系统周丛生物对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

      2022, 59(1):231-241. DOI: 10.11766/trxb202004190180

      摘要 (249) HTML (189) PDF 1.78 M (425) 评论 (0) 收藏

      摘要:周丛生物广泛分布于稻田生态系统淹水环境中,直接影响稻田养分的迁移转化过程及其生物有效性,但其是否影响水稻的生长、发育却鲜有报道。通过室内控制试验,利用延边(YB)、鹰潭(YT)和镇江(ZJ)的水稻土培养周丛生物,并研究了三种周丛生物对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,不同类型土壤培养的周丛生物主要由变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)组成;三种周丛生物的多样性存在显著差异,其中延边周丛生物(YBP)的物种数和Chao1指数显著高于其他两组处理(P < 0.05)。皮尔森(Pearson)相关性分析结果表明,周丛生物群落物种组成和多样性与土壤pH、全磷、总有机碳和全锰含量呈显著正相关(P < 0.01)。此外,三种周丛生物的碳代谢活性存在显著差异(P < 0.05)。其中,延边周丛生物(YBP)在整个检测期内的碳代谢活性最高,鹰潭周丛生物(YTP)的碳代谢活性最低。种子萌发试验结果显示周丛生物的存在显著提高了水稻种子的萌发率(最高18%)和α-淀粉酶活性(P < 0.05),同时提高了水稻幼苗的存活率(鹰潭周丛生物,P < 0.05),增加了水稻幼苗的根生物量和根长(延边周丛生物,P < 0.05)。皮尔森(Pearson)相关性分析结果表明,水稻种子萌发率和存活率与周丛生物理化特征呈显著正相关(P < 0.01)。本研究明确了周丛生物与不同土壤基质间的关系,为调节周丛生物的生长进而提高作物产量提供了新视角。

    • 种植模式影响施肥导致的土壤反硝化势变化及其微生物机制

      2022, 59(1):242-252. DOI: 10.11766/trxb202009250539

      摘要 (255) HTML (177) PDF 950.76 K (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:水田土壤反硝化势(Soil denitrification potential,SDP)往往高于旱地土壤,但施肥对水田和旱地SDP的影响差异往往基于不同气候条件下的不同土壤类型获取,其准确性可能受外界条件干扰。以发育自同一母质的相邻水田和旱地长期试验为平台,比较不同施肥模式下水田和旱地SDP的变化及其与功能基因(narGnirSnirKnosZ)丰度及nirS-型反硝化细菌群落组成之间关系的异同。结果表明,在水田中,与常规氮磷钾平衡施肥(NPK处理)相比,缺钾(NP处理)和缺氮(PK处理)的SDP分别提高33.01%和23.57%,而缺磷(NK处理)则降低35.76%,其中NP和NK处理的SDP变化与nirS基因丰度显著相关。这可能与施肥导致的土壤有效磷和氮/磷变化有关,而PK处理的SDP变化与nirS-型反硝化细菌Azospira sp.NC3H-14丰度的显著升高有关。在旱地中,与NPK处理相比,NP、NK和缺氮钾的P处理SDP分别提高13.94%、26.51%和25.41%,NK和P处理的SDP变化既与narG基因丰度显著增加相关,也与不同的nirS-型反硝化细菌丰度增加有关,其中NK处理与Azospira sp.NC3H-14和Ideonella sp.NC3L-43b丰度增加有关,P处理与Azospira sp.NC3H-14、Rhodanobacter sp.D206a和Rubrivivax gelatinosus丰度增加有关;而土壤无定形氧化铁含量的变化可能是影响narG基因丰度的主要因素。直接比较相同环境条件下的水田和旱地结果可以发现,水田中施肥导致的SDP变化主要与反硝化微生物群落组成变化有关,而旱地中则可能同时受制于功能基因和反硝化微生物群落组成的变化。

    • 水稻土Fe2+氧化耦合硝酸根异化还原成铵(DNRA)及其对氧气存在和碳源添加的响应

      2022, 59(1):253-262. DOI: 10.11766/trxb202007100382

      摘要 (261) HTML (252) PDF 631.19 K (396) 评论 (0) 收藏

      摘要:以江苏常熟和湖南桃源水稻土为研究对象,通过室内15N示踪实验研究水稻土中Fe2+氧化耦合硝酸根异化还原成铵(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)过程及其对氧气存在和碳源添加的响应。结果表明,两种水稻土中均存在Fe2+氧化耦合DNRA过程,常熟和桃源水稻土中DNRA的速率分别为0.38±0.15和0.36±0.21 nmol·g-1·h-1(以N计),当体系中Fe2+浓度为500 μmol·L-1时,DNRA速率有所提升但并不显著,当Fe2+浓度为800 μmol·L-1时,DNRA速率提升显著(P < 0.05),分别提升至2.35±0.30和0.81±0.22 nmol·g-1·h-1。在800 μmol·L-1 Fe2+浓度下,常熟水稻土中Fe2+氧化耦合DNRA的速率显著(P < 0.05)高于桃源水稻土,与两种水稻土中nrfA功能基因丰度的高低一致。在氧气存在和碳源添加的响应实验中,单一氧气处理、单一乳酸处理及氧气乳酸联合处理均显著(P < 0.05)促进桃源水稻土Fe2+氧化耦合DNRA过程速率,而在常熟水稻土中,800 μmol·L-1 Fe2+浓度下,单一乳酸及乳酸氧气联合处理显著(P <0.05)抑制Fe2+氧化耦合DNRA过程速率。以上研究表明,两种水稻土中均存在Fe2+氧化耦合DNRA过程,氧气和乳酸的单独、联合作用可以影响Fe2+耦合DNRA过程,但具体影响因土壤而异。未来研究还应纳入更多土壤样本,综合考虑环境因子和土壤性质对Fe2+氧化耦合DNRA过程的影响。

    • 冬种绿肥对水稻土硝化作用的影响

      2022, 59(1):263-273. DOI: 10.11766/trxb202004050150

      摘要 (302) HTML (187) PDF 1023.14 K (436) 评论 (0) 收藏

      摘要:冬闲田种植绿肥是传统的水稻土培肥增产措施,但绿肥-水稻种植系统中,不同绿肥种类对硝化作用的影响规律及调控机制尚不明确。采用盆栽试验,研究了冬种紫云英、油菜、黑麦草对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献。结果表明,冬种三种绿肥均显著降低了早稻移栽前、分蘖期和拔节期的硝化潜势,同时增加了多数取样时期的铵态氮含量,降低了硝态氮含量,硝态氮含量与硝化潜势显著正相关。与冬季休闲相比,绿肥处理提高了大部分时期的AOA和AOB amoA基因丰度。同时,AOB在水稻主要生长期土壤硝化过程中均占主导地位,相对贡献约为61.02%~82.37%。不同绿肥处理在早稻分蘖期促进了AOB对硝化作用的相对贡献,在早稻移栽前和拔节期降低了AOA的相对贡献。综上,绿肥可降低稻田土壤中的硝态氮淋失风险,冬种绿肥在稻田土壤氮素管理中有重要意义。

    • 基于稳定性同位素核酸探针技术的红壤微生物底物利用策略研究

      2022, 59(1):274-284. DOI: 10.11766/trxb202008100445

      摘要 (208) HTML (159) PDF 1.94 M (493) 评论 (0) 收藏

      摘要:外源活性碳底物输入强烈影响土壤微生物的生长,但是在系统发育分类水平上,细菌和真菌对活性底物的动态响应及利用特征和微生物群落组成的关系仍不清楚。以红壤为研究对象,采用13C标记葡萄糖为底物进行模拟培养并定期取样,利用稳定性同位素核酸探针(DNA-based stable isotope probingDNA-SIP)和高通量测序技术分析活性的真菌和细菌类群,并探讨不同微生物利用葡萄糖来源碳的动态特征。研究发现,微生物群落对葡萄糖的利用符合从细菌向真菌演替的r/K选择策略。在细菌群落中,隶属于富营养菌的变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)对活性底物的利用能力显著高于寡营养菌的酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)。和细菌的底物利用策略不同,真菌子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)在整个培养期间均可以利用葡萄糖和土壤原有组分。因此,葡萄糖的连续加入并未改变不同营养类型细菌的底物利用策略,而真菌对底物的利用具有广谱性特征,活性底物可诱导真菌对土壤原有组分的利用。

    • 长期施肥对水稻土剖面氨氧化古菌和细菌丰度及组成的影响

      2022, 59(1):285-296. DOI: 10.11766/trxb202007140240

      摘要 (331) HTML (327) PDF 7.70 M (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:长期施肥影响稻田土壤理化性质和硝化微生物群落,但长期施肥对稻田不同土层氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落结构的影响尚不明确。以湖南宁乡稻田不同施肥制度长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)、施秸秆有机肥(ST)、有机-无机肥配施(OM)和施全量化肥(NPK)4个处理,采用实时荧光定量PCR和Illumina MiSeq测序等技术,系统分析稻田不同土层(0~10、10~20、20~30和30~40 cm)理化性质和AOA、AOB丰度及组成的变化。结果表明,ST、OM和NPK处理显著提高各土层有机碳(SOC)、全氮(TN)、有效磷(Olsen-P)的含量及硝化势(NP),降低土壤pH。各处理中SOC、TN、碱解氮(AHN)和Olsen-P的含量及NP随土壤深度的增加而降低,pH则表现出相反趋势。CK处理土壤AOB丰度均高于AOA的丰度,ST、OM和NPK处理促进AOA的生长,三种施肥处理中各土层AOA/AOB在0.77~31.28之间,表明AOA在硝化过程中具有潜在作用。长期施肥均显著富集AOA中的Nitrosocosmicus和AOB中的Nitrosolobus。冗余分析(RDA)表明AOA、AOB的垂直分布特征受不同施肥措施和土层分化的影响,Olsen-P和pH分别是驱动土壤AOA和AOB群落结构演替的核心因子。

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