• 2022年第59卷第2期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 2021年度国家自然科学基金土壤学项目受理与资助分析

      2022, 59(2):297-307. DOI: 10.11766/trxb202201290039

      摘要 (660) HTML (551) PDF 705.41 K (731) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对2021年度国家自然科学基金土壤学的资助格局进行分析,并以环境地球科学学科土壤学领域的三个二级申请代码:D0701环境土壤学、D0709基础土壤学和D0710土壤侵蚀与土壤肥力等为重点,对面上、青年科学基金、地区科学基金、国家杰出青年科学基金、优秀青年科学基金和重点等项目的申请与受理、通讯评议与上会推荐、资助立项、研究队伍和分类属性等方面进行了深入的分析,为将来的土壤学领域的基金申请提供科学指导。

    • 细菌胞外聚合物:基于土壤生态功能的视角

      2022, 59(2):308-323. DOI: 10.11766/trxb202107310271

      摘要 (749) HTML (1094) PDF 3.60 M (642) 评论 (0) 收藏

      摘要:胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)是微生物分泌到胞外环境的高分子量天然聚合物,其建立了生物膜结构和功能的完整性,是决定生物膜物理化学特性的关键组分。EPS是细菌生命的基础,为化学反应发生、养分捕获和抵抗环境胁迫提供了理想的环境。细菌分泌的EPS可以通过自身特性(如粘着性、吸湿性和络合性能等)实现土壤功能增益,如提高团聚体稳定性、增强保水持水能力、以及固持重金属等。本文梳理了细菌EPS的土壤生态功能,即充当细胞保护层、调节土壤生物响应、缓解土壤非生物胁迫和改善土壤整体功能,并探讨了土壤中细菌EPS未来研究的着眼点,以期呼吁更多学者关注细菌EPS及其在土壤生态系统中的功能。

    • >综述与评论
    • 土传病原细菌的生存与致病权衡

      2022, 59(2):324-333. DOI: 10.11766/trxb202008310399

      摘要 (694) HTML (742) PDF 4.52 M (622) 评论 (0) 收藏

      摘要:土传病原细菌严重威胁土壤-植物系统健康和农业可持续发展。在接触和入侵寄主植物根系之前,病原细菌会经受土壤pH、含氧量、营养物质种类和数量等非生物因素骤变以及其他土壤微生物的竞争、寄生和捕食等生物胁迫。病原细菌的生物膜形成、代谢、运动、毒力、DNA修复以及对噬菌体、抗生素或环境压力的抵抗能力等特性对其在土壤环境中生存和侵染寄主非常重要。为适应复杂且多变的土壤生物和非生物环境,病原细菌必须动态权衡其生存和致病力之间的关系,维持其生存、传播、增殖和侵染致病间的平衡,以最大化其在土壤环境中的适应性。系统理解土传病原细菌应对胁迫和侵染寄主植物的过程及权衡机制是建立精准、高效生态防控手段的关键。为此,以土传病原细菌为代表,总结了土传病原细菌生存与致病的权衡规律和典型现象及土壤中的生物和非生物影响因素,阐述了土传病原细菌入侵植物根际过程中的生存与致病权衡机制,并提出一些与土传病原细菌生存与致病权衡相关的科学问题,呼吁建立基于生存-致病权衡理论的土传病害生态防控策略,为绿色农业可持续发展提供理论参考。

    • 解钾菌及其释钾微观机制的研究进展

      2022, 59(2):334-348. DOI: 10.11766/trxb202011270525

      摘要 (649) HTML (488) PDF 6.37 M (756) 评论 (0) 收藏

      摘要:解钾菌主要通过黏附到矿物表面并释放酸性物质,将难溶性钾、磷和硅等营养元素释放出来进而供植物吸收利用。研究解钾菌释钾机制,对土壤肥力改善和绿色农业发展具有重要作用,并促使其成为国内外学者关注的热点问题。前人有关解钾机制(酸解、酶解、多糖络合溶解等)和室内或田间施用效果等宏观方面做了大量的研究和总结,然而,从微观尺度揭秘解钾菌和矿物间的生物物理相互作用机制很可能是剖析解钾过程黑匣子的关键和新思路。本文简要概述了解钾菌的种类和施用效果,重点剖析了单细胞水平上解钾菌在含钾矿物表面生物膜形成微观过程及影响因素,并详细介绍了研究解钾菌相关的前沿科学技术。

    • 土壤中微塑料的生态效应与生物降解

      2022, 59(2):349-363. DOI: 10.11766/trxb202102240040

      摘要 (658) HTML (832) PDF 527.92 K (729) 评论 (0) 收藏

      摘要:塑料污染已成为环境污染治理中重要的一部分,其生态效应和防治一直是近几年污染防治的关注点。由于塑料在环境中较难降解,经过环境中风化的等物理作用,这些难以降解的塑料最终形成了直径小于5 mm的微塑料。微塑料作为近几年全球重点研究的污染物,其生态效应和降解方法一直备受关注。除了塑料垃圾污染外,一次性塑料产品、地膜等农用材料的使用,也会造成土壤中微塑料的污染。土壤中的微塑料会通过发生横向和纵向迁移扩大污染范围,加大微塑料在土壤中的污染程度,给土壤微塑料治理带来了很大的挑战。本文从土壤环境、土壤微生物、植物体、食物链等方面综述了微塑料的生态效应,总结了近几年微塑料的危害,探讨了微塑料在植物和食物链中的积累,并且对微塑料沿食物链富集的风险进行分析。土壤微塑料的生态效应主要来自三个方面:塑料的主要成分、塑料合成过程中的添加剂、微塑料在环境中吸收挟带的污染物。微塑料能直接改变土壤的理化性质,影响土壤微生物群落的功能和结构多样性,并且会在植物体内积累,影响植物体健康。微塑料可能会通过饮食、饮水和呼吸等方式进入动物体和人体。除了通过沿食物链传递外,土壤微塑料还能通过扬尘的方式扩散到空气中,从而被食物链中不同层次的动物通过呼吸吸入到体内。一旦微塑料进入生物体内后,可能会进入生物体内的循环系统,从而在动物体内各处积累。还对微塑料的生物降解方法进行了论述,尤其是对真菌和细菌的降解机制进行了详细的讨论。研究发现土壤中的昆虫、细菌和真菌均具有降解微塑料的能力,这些生物也均能成为解决土壤微塑料污染很好的对策。考虑到微塑料在环境中的生态效应和持久性,结合现有的微塑料降解方法,本文对未来土壤微塑料的研究方向和重点进行了分析和展望。

    • 土壤中微塑料的分离及检测方法研究进展

      2022, 59(2):364-380. DOI: 10.11766/trxb202012070566

      摘要 (670) HTML (1248) PDF 558.17 K (826) 评论 (0) 收藏

      摘要:微塑料一般是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,具有稳定性高、粒径小及迁移性强等特性,能长期存在于土壤环境中,并且充当各种污染物迁移的载体,甚至通过植物富集等方式经食物链逐级传递,对环境和人体健康造成严重危害。然而,由于土壤基质的复杂性和分析技术的限制,关于土壤微塑料的研究尚存很多空白。开展土壤微塑料分析技术的研究是探索微塑料在土壤中的迁移转化规律和评估微塑料生态风险的基础。本文综述了国内外环境样品中微塑料的分离提取和识别定量技术的研究进展,探讨了各方法的优缺点及其对土壤样品的适用性,并对未来分析技术的发展方向提出展望。文章认为,密度分离法作为最常用的分离方法,操作简单且分离效果良好,但存在无法有效去除有机物和分离小塑料颗粒(<50 μm)的问题;新兴的加压流体萃取技术会对微塑料结构造成一定破坏,但由于其自动化程度高、成本低、效率高,仍具有良好的应用前景;其他替代方法(如油提法、磁性分离法等)的应用相对有限,其对土壤样品的适用性还有待研究。不同强度的消解方法均会对微塑料结构造成不同程度的破坏,且增强有机质消解效率往往以牺牲微塑料回收率为代价。现阶段的识别定量方法主要包括借助显微镜的目视鉴定方法、以红外光谱和拉曼光谱及其衍生技术为主的光谱分析方法以及与质谱或色谱等联用的热分析方法,这些方法在应用于土壤微塑料识别时存在耗时长、微塑料尺寸和样品量大小受限或破坏微塑料结构等诸多问题,将不同的方法进行组合有望解决这些不足。此外,由于研究者采用的分离检测方法的差异性,研究结果难以横向比较。考虑到现有分离检测方法的局限性,今后的研究重点应在于:(1)建立一套适合土壤中微塑料分离提取和识别定量的标准方法;(2)探索适合小颗粒微塑料的分析手段;(3)开发不损害微塑料结构的高效分离/识别/定量方法。

    • 基于文献计量分析的土壤有机碳矿化研究进展与热点

      2022, 59(2):381-392. DOI: 10.11766/trxb202010280600

      摘要 (472) HTML (604) PDF 4.29 M (891) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解土壤有机碳矿化的研究进展和未来发展趋势,以Web of Science核心合集数据库中1045篇土壤有机碳矿化的研究论文为数据源,通过CiteSpace、VOS viewer和GIS分别以发文数量、总/平均被引频次等为指标,对国家、机构、作者等进行了分类与可视化展示。结果表明:1982-2020年间,土壤有机碳矿化研究的发文数量不断增长,尤其是1993-2019年。美国总发文量第一且中介中心性较高,影响力较大;中国在2016年后年均发文数量第一但需加强科研创新性;目前形成了联系紧密的核心作者群,研究机构以中国科学院发文数量最多,但国家以德国和法国的国际影响力最大。土壤有机碳矿化的研究是基于多个学科、多个领域的知识相互融合而开展的,研究热点集中在土壤类型、环境因素和土地利用的变化对土壤有机碳的矿化量、周转情况及时空分布特征的影响上。未来应加强不同条件下土壤有机碳矿化的内在机制与模型研究,同时应更加注重对激发效应、土壤侵蚀以及外源碳氮添加等研究主题的关注度。

    • >研究论文
    • 古日乃湖盆沉积物发育土壤盐分与碳酸钙积累机制

      2022, 59(2):393-404. DOI: 10.11766/trxb202007070373

      摘要 (363) HTML (374) PDF 9.83 M (565) 评论 (0) 收藏

      摘要:干旱区湖泊是维持生态脆弱区环境平衡的重要载体,随着环境变化和人类对水土资源的不合理利用,我国干旱区湖泊日渐萎缩、干涸直至消失。湖泊干涸过程中,地下水位持续下降,风积物不断加积,土壤演化过程随之发生变化,但关于湖泊沉积物发育土壤演化特征的研究十分匮乏。本研究结合土壤发生学和地球化学方法分析了古日乃湖盆沉积物发育土壤的盐分与碳酸钙积累特征与机制。结果表明:盐分积累是古日乃湖盆土壤形成的主要特征,盐化土壤表层水溶性盐含量、Na+浓度和钠吸附比分别为13.15~650.50 g·kg-1、186.9~12 114.7 mmol·L-1、22.3~890.5(mmol·L-11/2,土壤具有高含盐量、高Na+浓度与高钠吸附比,表现出强度盐化特征。古日乃湖盆干涸,土壤积盐过程由现代盐化向残积盐化演化,盐分类型由氯化物型、氯化物-硫酸盐型向硫酸盐-氯化物型、硫酸盐型转变。借助于与Ca地球化学行为相似的Sr同位素组成分析,表明土壤碳酸钙以次生碳酸钙为主,其占比超过碳酸钙总量的80%;土壤碳酸钙主要来源于母质和地下水,地下水持续供给Ca2+是碳酸钙强度积累形成钙磐的基础。古日乃湖盆土壤盐分与碳酸钙积累特征可为评估环境变化背景下土壤的形成与演变,并为预测我国内陆河尾闾湖地区土壤与生态环境变化提供科学依据。

    • 汉江上游阶地黄土磁学特征研究

      2022, 59(2):405-419. DOI: 10.11766/trxb202006040276

      摘要 (298) HTML (375) PDF 4.14 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:汉江上游地区位于北亚热带季风气候区边缘,对气候响应异常敏感。流域内发育不对称四级阶地,且阶地上覆盖有厚度不等的黄土堆积。以汉江上游三级阶地黄坪村(HPC)和高客站(GKZ)两个剖面作为研究对象,测量样品的磁化率和频率磁化率,并选取代表性样品进行热磁曲线、等温剩磁获得曲线和磁滞回线等的测定。结果表明,汉江上游黄土沉积物中的载磁矿物以磁铁矿和磁赤铁矿为主,同时含有一定量的赤铁矿和针铁矿,磁化率的增强以超顺磁和准单畴亚铁磁性矿物的贡献为主。GKZ剖面中低矫顽力亚铁磁性矿物含量低于HPC剖面,且黄土中含有更多的亚铁磁性矿物,HPC剖面中则黄土-古土壤中载磁矿物差别不大。汉江上游磁化率的降低与该区较高的有效降水量有关,季节性丰沛降水使土壤水分过饱和,在局部湿润的还原环境中,土壤中大量强磁性铁氧化物被溶解转化为能够在湿润环境中稳定存在的弱磁性矿物,磁性矿物的转化导致成壤强的汉江上游地区磁化率低于成壤弱的黄土高原地区。在成壤条件处于还原环境时,有效降水越高,还原程度也越高,强磁性铁氧化物被溶解的越多,磁化率就越低,这是GKZ剖面降水大于HPC剖面,但磁化率却更低的原因。

    • 细沟间侵蚀影响因子交互作用定量分析

      2022, 59(2):420-429. DOI: 10.11766/trxb202006250334

      摘要 (211) HTML (320) PDF 729.32 K (350) 评论 (0) 收藏

      摘要:细沟间侵蚀是多种影响因子共同作用形成的复杂过程,不同因子的作用依赖于其他因子的变化而变化。利用前人已发表数据,基于多元线性回归分析,定量分析土壤类型、雨强、坡度和坡长对坡面细沟间侵蚀过程影响及因子间交互作用效应。结果表明:雨强、坡度、细沟间可蚀性及坡长对细沟间侵蚀率的影响具有正向效应,雨强对细沟间侵蚀率的贡献最大(62.93%)。因子间交互作用分析表明,坡长的增加对坡度因子的贡献具有促进作用,对雨强因子的贡献具有抑制作用;坡度增加对坡长因子的贡献具有先促进后抑制的作用,对雨强因子的贡献则相反,20%为坡度对坡长和雨强交互作用方向变化的拐点;雨强增加对坡长因子和坡度因子具有正向交互作用,但是与坡长相比,坡度对雨强的依赖性更强。

    • 横、顺坡垄作对黑土坡面侵蚀-沉积周期规律的影响

      2022, 59(2):430-439. DOI: 10.11766/trxb202006250332

      摘要 (216) HTML (520) PDF 3.40 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国东北黑土区的水土流失和土地退化正严重制约着东北地区农业经济发展,威胁国家粮食生产安全。掌握不同垄作方向耕作措施下的东北黑土区土壤侵蚀规律,对合理布设水保措施、控制水土流失等具有重要意义。采用137Cs示踪技术并结合小波分析方法,对不同垄作方向坡耕地土壤侵蚀-沉积速率的空间变化规律开展研究。结果表明:(1)横、顺坡垄作坡面137Cs平均浓度分别为1 802 Bq·m-2和1 770 Bq·m-2,均小于当地背景值2 417 Bq·m-2,说明在两种垄作方向下均发生了不同程度的土壤侵蚀。(2)横坡垄作的坡面平均侵蚀速率(1 341 t·km-2·a-1)小于顺坡垄作(1 477 t·km-2·a-1),表明在长期平均条件下前者的水土保持作用优于后者。尽管研究区土壤侵蚀属于轻度侵蚀,但其侵蚀速率远大于黑土区的土壤容许流失量(200 t·km-2·a-1),因而在本研究区进行水土流失综合治理已迫在眉睫。(3)横、顺坡垄作在整个坡面均存在侵蚀-沉积的周期性变化规律,顺坡垄作存在一个45 m的主周期和一个75 m的次周期,而横坡垄作只存在一个45 m的主周期。准确把握土壤侵蚀-沉积在坡面的周期性变化规律,可为坡面水土保持措施的精确布设提供科学的理论依据。

    • 黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分异特征

      2022, 59(2):440-450. DOI: 10.11766/trxb202006250335

      摘要 (377) HTML (453) PDF 10.49 M (937) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(10~20 cm),9.96±4.14(20~30 cm),8.03±3.45(30~40 cm)g·kg-1,分别处在三级至五级水平;0~20 cm各土层中,高值区域主要分布在太行山山前平原、山东引黄灌区等传统农业生产地带,以及河南南部和安徽北部的砂姜黑土区。随着土层深度的增加,有机质含量的空间分布结构趋于明显,10~40 cm各土层中,河北平原和鲁西北地区呈现LL(低-低)/HL(高-低)型分布特征;河南和安徽地区主要为HH(高-高)/LH(低-高)型,但不同土层的具体分布差异较大。有机质含量与黏粒含量之间存在显著的数理相关关系,与容重之间关系并不明显;有机质/黏粒含量和有机质/容重的双变量局部空间自相关类型中,LL/HL型主要分布在河北平原和鲁西北地区,其中HL型在0~20 cm各土层中集中分布在太行山山前平原和山东引黄灌区地带,HH/LH型样点主要分布在河南和安徽地区,但不同土层具体分布差异明显。有机质与黏粒含量的空间自相关结构更明显;0~10 cm、10~20 cm土层较20~30 cm、30~40 cm土层的空间自相关结构更明显;农业管理措施及其地域差异性是造成各分布结构在空间水平方向及土壤垂直分层方向上差异化的重要原因。

    • 基于多源辅助变量和随机森林模型的表层土壤全氮分布预测

      2022, 59(2):451-460. DOI: 10.11766/trxb202008240312

      摘要 (249) HTML (516) PDF 7.34 M (546) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤全氮与土壤质量和肥力密切相关,准确掌握土壤全氮的空间分布特征对精准农业管理措施的实施具有重要意义。以寻乌县为研究区域,利用随机森林(RF)和随机森林残差克里格(RFRK)方法,结合地形因子、地理坐标、遥感因子、气候因子、距离因子和土壤理化因子等多源辅助变量,对寻乌县表层土壤全氮的空间分布进行预测和制图,并在迭代100次模型后对比了两种模型的预测精度。结果表明,在选择的4种模型精度指标中,RF模型的决定系数均值(R2=0.6291)和一致性相关系数均值(CCC=0.7613)均高于RFRK模型(R2=0.5719,CCC=0.6881),而RF模型的平均相对误差均值(MAE=0.1570 g·kg -1)和均方根误差均值(RMSE=0.2108 g·kg -1)均小于RFRK模型(MAE=0.1682 g·kg -1,RMSE=0.2267 g·kg -1)。将残差作为误差项加入RF模型并未提高其预测精度,因此,RF模型可以作为土壤属性预测的一种有效方法,为农业管理措施的实施提供技术支撑。

    • 基于生态系统多功能性的农田土壤健康评价

      2022, 59(2):461-475. DOI: 10.11766/trxb202006160306

      摘要 (417) HTML (428) PDF 3.38 M (647) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田土壤健康状况不仅影响作物产量和品质,还影响大气、水环境质量和生物安全,因而农田土壤健康评价应将土壤生产能力与生态环境效应结合考虑。基于土壤生态系统多功能性,将土壤功能归纳为作物生产、持水净水、养分运移与缓冲、碳固存及栖息地与多样性等5项功能。进一步针对每项功能,按照固有属性和动态属性两个方面分别选取基础项指标,同时考虑具有区域特点的威胁土壤功能发挥的限制项指标,并采用2个乘数来体现限制因子对固有和动态属性影响的差异性,共同构建农田生态系统土壤健康评价指标体系。以中国生态系统研究网络(CERN)内位于黄淮海平原的封丘、栾城和禹城3个实验站典型农田生态系统为例,应用所建立的指标体系,采用灰色关联分析法对其土壤健康状况进行综合评价。结果显示,3个农业生态实验站土壤健康状况总体相当且处于较高水平,但仍有所差异,表现为禹城 > 栾城 > 封丘,且作物生产功能与产量R2达到0.60,验证表明该评价体系比较合理。因此,基于多功能性的土壤健康评价方法可为进一步探究土壤健康长期变化趋势,实施土壤资源有效管理提供一定参考。

    • 团聚体大小分布对孔隙结构和土壤有机碳矿化的影响

      2022, 59(2):476-485. DOI: 10.11766/trxb202101270631

      摘要 (452) HTML (687) PDF 3.57 M (642) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤团聚体在外部和内部因素影响下发生团聚和破碎过程,形成不同大小分布的团聚体。团聚体大小分布的变化会改变土壤孔隙结构,影响各种土壤物理、化学和生物学过程,进而影响土壤有机碳(SOC)的周转。选择三种长期施用不同量有机肥的红壤(不施肥,CK;施低量有机肥,LM;施高量有机肥,HM),过不同大小孔径筛(5 mm,S5;2 mm,S2;0.5 mm,S0.5)改变团聚体的大小分布,然后填装土柱(直径2.9 cm、高度4 cm),填装容重为1.3 g·cm-3。利用X射线显微CT(Computed Tomography)成像技术分析土壤的孔隙结构,采用室内培养法测定土壤有机碳矿化量。结果表明,团聚体大小对孔隙结构有极显著的影响。相较于S5和S2处理,S0.5处理土壤的大孔隙度(>16 μm)降低了83.0%~93.9%,孔隙连通性降低了95%以上。而S5和S2处理的大孔隙度和孔隙连通性只在HM土壤中有显著差异,在CK和LM土壤中无显著差异。团聚体大小分布对土壤有机碳矿化量有显著影响。团聚体破碎增加了土壤有机碳矿化量。在CK土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量较S5和S2分别高64.2%和79.1%;在HM土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量较S5和S2分别高19.3%和14.1%。与之不同的是,在LM土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量与S5无显著差异,可能是受到孔隙结构的影响。相关分析发现,土壤有机碳累积矿化量与16~30 μm孔隙的孔隙度呈显著的正相关关系。团聚体大小分布的变化改变了土壤的孔隙结构,大团聚体破碎降低了填装土柱的大孔隙度。团聚体破碎促进土壤有机碳的矿化,一部分原因是释放出了被保护的有机碳。此外,团聚体大小改变导致的孔隙结构变化可能是影响土壤有机碳矿化的另一个重要因素。

    • 干旱区绿洲农田土壤大孔隙与水分入渗特征

      2022, 59(2):486-497. DOI: 10.11766/trxb202006180316

      摘要 (255) HTML (363) PDF 11.48 M (876) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤大孔隙虽然占土壤总孔隙的极少部分,但影响着土壤水分入渗途径和过程。本研究以干旱区山前绿洲、老绿洲、边缘绿洲三种典型绿洲农田为研究对象,通过原位染色示踪和CT扫描技术,定量研究了绿洲农田的大孔隙特征和土壤水分入渗性能。结果表明:绿洲农田的土壤大孔隙大多集中在0~20 cm土层,老绿洲农田的大孔隙三维结构较山前绿洲农田和边缘绿洲农田复杂,其土壤大孔隙度、分形维数、分支密度、连接点密度、连通性指数显著大于山前绿洲和边缘绿洲农田(P<0.05)。绿洲农田的稳定入渗率存在显著性差异(P<0.05),表现为:边缘绿洲(0.48 mm·min-1)>老绿洲(0.28 mm·min-1)>山前绿洲(0.16 mm·min-1)。绿洲农田水分的入渗特征呈现异质性,入渗的染色面积比随土层深度增加而减小,老绿洲的优先流长度指数、最大入渗深度显著高于山前绿洲和边缘绿洲(P<0.05),其优先流现象明显。在干旱区绿洲农田,土壤大孔隙是影响优先流的关键因素,土壤的大孔隙度高,且连通性好,更容易产生优先流。

    • 基于Gouy-Chapman理论估算碱金属离子在Cu2+-蒙脱石表面Hofmeister能

      2022, 59(2):498-508. DOI: 10.11766/trxb202007090378

      摘要 (299) HTML (291) PDF 745.57 K (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:Hofmeister效应在离子交换吸附过程中具有重要的科学意义。本研究基于Gouy-Chapman理论研究三种碱金属阳离子(Na+、K+、Cs+)在Cu2+-蒙脱石饱和样表面吸附过程的Hofmeister效应,进一步计算了离子-表面Hofmeister能以及表观电荷系数。研究发现:(1)Na+、K+、Cs+在Cu2+-蒙脱石表面的吸附均表现为弱静电力作用下的一级动力学过程,平均吸附速率以及平衡吸附量均表现出明显的Hofmeister效应,呈现出Na+ < K+ < Cs+的趋势;(2)Hofmeister能随着电解质浓度的降低而增加,在Cs+-黏土矿物相互作用中,Hofmeister能为主要贡献者,在K+/Na+-黏土矿物相互作用中,经典库伦能为主要贡献者;(3)非经典极化作用显著增大了离子的表观电荷系数,Na+、K+、Cs+的表观电荷系数分别从标准的+1值增加为+1.14、+1.76和+2.78。本研究明确了Hofmeister效应主要来源于离子的非经典极化作用引起的离子与表面相互作用能的差异,为阐明土壤这一特殊体系的界面反应机制提供了新的思路。

    • 拟合方式对酸碱滴定法测定土壤酸缓冲容量准确性的影响

      2022, 59(2):509-516. DOI: 10.11766/trxb202007230301

      摘要 (237) HTML (393) PDF 678.70 K (331) 评论 (0) 收藏

      摘要:酸碱滴定法是测定土壤酸碱缓冲容量的主要方法。该方法中酸碱滴定数据点的拟合方式对测得的土壤酸碱缓冲容量结果影响极大。为此,采用酸碱滴定法对38个酸性紫色土的酸缓冲容量进行测定,分别采用4种拟合方式(整段多项式曲线拟合、突跃范围内线性拟合、酸段多项式曲线拟合、酸段线性拟合)对酸碱滴定数据进行拟合并计算得到土壤的酸缓冲容量,比较分析了不同拟合方式计算得到的土壤酸缓冲容量的可靠性和准确度。结果表明:不同拟合方式获得的酸缓冲容量差异较大;不同拟合方式获得的曲线方程的决定系数(R2)不同,酸段线性拟合方式得到的R2显著低于其他三种拟合方式,计算得到的酸缓冲容量的准确度较低;整段多项式曲线拟合方式获得的方程对酸碱滴定数据的拟合度最佳。进一步分析发现,4种拟合方式计算得到的酸缓冲容量与交换性盐基总量(r1)和有效阳离子交换量(ECEC,r2)间的相关性由大到小依次为:整段多项式曲线拟合(r1=0.486**r2=0.525**)、突跃范围内线性拟合(r1=0.223,r2=0.245)、酸段多项式曲线拟合(r1=0.183,r2=0.220)、酸段线性拟合(r1=-0.219,r2=0.002),整段多项式曲线拟合算得的酸缓冲容量与土壤当前所处的阳离子交换和硅酸盐缓冲关系最为密切。综合得出,4种拟合方式中,整段多项式曲线拟合计算得到的酸缓冲容量的可靠性和准确度最好,有助于土壤酸减缓冲性能的准确测定。

    • 离子型稀土尾矿深层土壤剖面铵态氮污染特征及影响因素

      2022, 59(2):517-527. DOI: 10.11766/trxb202006190317

      摘要 (173) HTML (443) PDF 6.10 M (348) 评论 (0) 收藏

      摘要:稀土元素在国家经济、战略上意义重大,随着科学技术快速发展,稀土元素的需求急剧增加,由稀土矿山开采产生的环境污染问题也引起了广泛关注。在南方离子型稀土矿原位浸矿开采过程中大量使用铵盐作为浸矿剂,造成矿区水土环境受到严重化学污染,其中尾矿土壤铵态氮残留尤为严重。然而,稀土矿区土壤中铵态氮沿深层剖面(200 cm以下)变化机制仍不清楚。选择江西赣南足洞矿区典型离子型稀土尾矿矿山(2003年开始采矿,2007年闭矿),对表层土壤、深层土壤进行系统采样,共157件土壤剖面样品,测定了土壤pH、质量含水率和铵态氮含量。结果表明:(1)土壤酸化严重和高浓度铵态氮残留是采矿活动遗留的主要环境污染问题;(2)矿山关闭12年后,尾矿土壤平均pH为3.87,铵态氮浓度为60~204.3 mg·kg-1,是未开矿土壤铵态氮背景值的12倍~40倍。(3)土壤pH和含水率影响铵态氮的吸附和解吸附过程,原位淋洗技术是去除残留铵态氮有效方法。研究成果有望为离子型稀土尾矿土壤中铵态氮迁移转化规律和污染治理提供技术支撑。

    • 武夷岩茶中矿质养分的地域性差异及影响因素

      2022, 59(2):528-535. DOI: 10.11766/trxb202008170341

      摘要 (256) HTML (533) PDF 1.46 M (361) 评论 (0) 收藏

      摘要:武夷岩茶是一种传统名优乌龙茶,其品质差异具有明显的地域性。本研究旨在探索不同产地武夷岩茶茶青中矿质养分的差异规律,以期了解茶青养分对武夷岩茶品质的贡献。共采集武夷山112个茶园的茶青和土壤样品,主要测定了茶青中12种矿质元素和土壤中5项肥力指标(pH、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质)。通过主成分分析发现,不同产地茶青矿质元素差异明显;利用随机森林分析,明确了不同岩区的茶青中磷、铜和氮元素的差异贡献最大,且总体上浓度由高到低依次为洲茶区、半岩区、正岩区,表明高品质的正岩茶中存在较低浓度的磷、铜和氮;皮尔森相关分析显示,土壤肥力5项指标与茶青中上述三种元素浓度相关性较弱,说明茶青养分受到综合环境因素的影响。综上所述,茶青中磷、铜和氮的水平与武夷岩茶的品质存在一定的负相关,可为茶园土壤养分管理提供参考依据。

    • 生物质炭载体联合有益菌防控番茄土传青枯病的效果研究

      2022, 59(2):536-544. DOI: 10.11766/trxb202008310357

      摘要 (359) HTML (383) PDF 1.93 M (421) 评论 (0) 收藏

      摘要:土传青枯病是由青枯菌(Ralstonia solanacearum)引起的一种细菌性病害。根际有益细菌在青枯病的防控中发挥着重要作用,其在根际有效定殖是发挥生防作用的前提。以玉米秸秆、木块(松木)和稻壳为原料制成的3种生物质炭为有益菌Bacillus amyloliquefaciens T-5的载体,探究生物质炭对有益菌防控番茄土传青枯病效果的影响,并利用室内模拟试验探究生物质炭对青枯菌的吸附、固持以及对根系分泌物的吸附作用,旨在阐述施用生物质炭提升有益菌T-5抑制病原青枯菌能力的可能机制。温室试验结果表明:单独施用3种生物质炭均显著降低青枯病的发病率和根际青枯菌的数量,其中具有高比表面积的木块生物质炭的防控效率达到60.56%。3种生物质炭作为有益菌T-5的载体均能够显著提升有益菌T-5的根际定殖数量及其防病效率,其中木块生物质炭的提升效果最好。与仅接种青枯菌的对照相比,木块生物质炭与有益菌T-5组合处理的根际青枯菌数量降幅达97.42%;与单独有益菌T-5处理相比,有益菌T-5以木块生物质炭为载体使其根际定殖数量提高了5.71倍。进一步研究发现,木块生物质炭能够有效吸附青枯菌,吸附量接近90.00%,且能够有效固持吸附的青枯菌,青枯菌的逃离降低了96.66%。此外,生物质炭不仅可以有效吸附根系分泌物,且有益菌T-5能够有效利用这些根系分泌物并抑制青枯菌的生长。生物质炭作为生防有益菌的载体,促进根际有益菌的定殖能力,并吸附、固持病原菌,有效抑制土传青枯病的发生。

    • 化肥减量和有机替代对潮土微生物群落分子生态网络的影响

      2022, 59(2):545-556. DOI: 10.11766/trxb202008130260

      摘要 (282) HTML (342) PDF 16.62 M (999) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用细菌16S rRNA基因高变区和真菌ITS区的Illumina MiSeq高通量测序技术结合分子生态网络方法,分别测定了5种施肥处理(常量化肥,NPK;化肥减量,NPKR;化肥减量配施秸秆,NPKRS;化肥减量配施有机肥,NPKRO;化肥减量配施有机肥和秸秆,NPKROS)土壤中细菌和真菌的群落组成,构建可视化分子生态网络,并针对土壤有机质(soil organic matter,SOM)进行相关性网络分析,探究化肥减量和有机替代下土壤微生物群落分子生态网络及有机质相关性网络的变化特征。结果表明,化肥减量和有机替代显著提高了土壤SOM含量。与NPK处理相比,在细菌分子生态网络中,化肥减量和有机替代处理均增加了网络节点数和边数,降低了平均路径长度;在真菌分子生态网络中,NPKR处理提高了网络节点数和边数;有机替代处理增加了平均路径长度,降低了平均聚类系数;化肥减量和有机替代处理下与土壤SOM含量显著正相关的细菌菌群占比增加,真菌菌群占比降低。综上所述,化肥减量和有机替代能提高细菌分子生态网络规模和物种间传递物质、能量和信息的效率。化肥减量能提高真菌分子生态网络规模和群落互作,有机替代使真菌群落结构更加稳定。

    • 氮素水平对土壤甲烷氧化和硝化微生物相互作用的影响

      2022, 59(2):557-567. DOI: 10.11766/trxb202101050577

      摘要 (276) HTML (634) PDF 10.40 M (785) 评论 (0) 收藏

      摘要:甲烷氧化微生物和氨氧化微生物均是既可以氧化甲烷(CH4)又可以氧化氨(NH3),氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是好氧土壤氧化亚氮(N2O)排放的主要生物路径。选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象,利用稳定同位素核酸探针技术(DNA-SIP)探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮添加促进甲烷氧化活性,而高氮添加抑制甲烷氧化活性;低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系,进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明,氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用,研究结果为采取措施调控草原土壤CH4的汇和N2O的源功能以及减缓气候变暖的进程提供理论基础。

    • 大气CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

      2022, 59(2):568-579. DOI: 10.11766/trxb202011190629

      摘要 (257) HTML (258) PDF 843.37 K (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO2浓度自动调控平台,在背景CO2浓度(AC)基础上,设置了CO2浓度缓增处理(每年增加40 μL·L-1,持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO2处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明:大气CO2浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO2浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从II型菌转变为I型菌。CO2浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO2浓度缓增具有积极的响应作用,这对全球气候变暖有一定的缓解作用。

    • 腾格里沙漠固沙植被区微生境土壤微生物功能群时空格局

      2022, 59(2):580-590. DOI: 10.11766/trxb202006140295

      摘要 (250) HTML (348) PDF 960.69 K (352) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤微生物是探究生态系统植被生产力和生物地球化学循环的基础。然而,针对干旱沙区人工植被建立后不同建植年代、植物种、微生境指示碳、氮、磷循环的土壤微生物功能群的研究较少。以腾格里沙漠东南缘沙坡头区不同年代建植的柠条(Caragana korshinskii)和油蒿(Artemisia ordosica)土壤为研究对象,用稀释平板分离培养法研究了指示土壤碳、氮、磷循环微生物功能群数量的时空变化规律及与土壤理化性质间的关系。结果表明:(1)随固沙年限增加,微生物功能群数量显著增加,且表层(0~5 cm)土壤微生物数量高于亚表层(5~10和10~20 cm);(2)土壤微生物功能群数量呈现明显的季节变化特征。纤维素分解菌呈"V"型分布,表现为春季低夏季高;氨化和硝化细菌从冬、春、夏到秋季均表现为逐渐上升的趋势;溶磷菌数量则是从冬季、秋季到春夏季依次递减;(3)柠条与油蒿样地中纤维素分解菌和溶磷菌数量均表现为1990年高于2010年,而油蒿地则相反;(4)全氮和有效磷对微生物功能群数量影响极显著。可见,荒漠生态系统中土壤氮、磷元素含量较碳元素含量对微生物功能群数量限制更大,上述结果为更好地理解干旱沙区人工植被演替过程中微生物与土壤相互作用奠定了基础。

    • >书评
    • 《土壤:地球的皮肤》专家评述

      2022, 59(2):591-592.

      摘要 (244) HTML (463) PDF 303.53 K (389) 评论 (0) 收藏

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