• 2022年第59卷第4期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 绿色智能肥料:从原理创新到产业化实现

      2022, 59(4):873-887. DOI: 10.11766/trxb202203290145

      摘要 (357) HTML (102) PDF 6.08 M (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:肥料作为粮食安全的物质基础,在支撑我国粮食产量、农产品品质、人类营养健康等方面发挥了至关重要的作用。迈入新时代,在全国社会经济特别是工农业绿色转型的大好形势下,肥料创新面临着协同实现粮食安全、资源高效、环境友好、营养健康、绿色低碳的巨大挑战。为破解这一重大难题,本文提出了绿色智能肥料概念与产业化途径,通过系统阐述土壤-植物-微生物-肥料-环境之间的协同原理,构建了匹配土壤、匹配作物、匹配气候环境条件的绿色智能肥料创制新学术思路,提出了绿色智能肥料的理论框架、关键科学问题、研发路径以及未来突破的重点,为多学科交叉创新、工农融合全产业链绿色发展的解决方案设计与实现提供借鉴,旨在推动我国化肥产业绿色转型升级,支撑农业绿色发展。

    • >综述与评论
    • 东北黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与展望

      2022, 59(4):888-898. DOI: 10.11766/trxb202107090354

      摘要 (270) HTML (84) PDF 861.60 K (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:除草剂是保障黑土粮仓粮食供给的重要生产资料。东北黑土区除草剂的高频高强度施用,可能导致其在土壤中残留累积,从而影响后茬作物生长,成为轮作换茬、种植结构调整的瓶颈。因此,开展黑土地除草剂污染过程与消减关键技术研究,对保障黑土地农业绿色可持续发展具有重要的科学意义。系统分析了黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域存在的科学与技术问题,提出了我国黑土地农田除草剂污染过程与消减技术的研究思路与重点方向,以推动我国黑土地农田除草剂污染与修复理论与技术的发展。

    • 东北农田黑土N2O排放研究进展

      2022, 59(4):899-909. DOI: 10.11766/trxb202106220322

      摘要 (215) HTML (90) PDF 1.63 M (257) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田是温室气体氧化亚氮(N2O)的重要排放源,位于东北地区的黑土地是我国重要的粮食生产基地。目前我国农田N2O排放增速正在放缓,但是东北黑土区仍在加快。针对我国东北黑土区的自身特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了黑土N2O排放特征、产生过程与影响因素。结果表明,东北农田黑土N2O-N背景排放量平均为0.56±0.29 kg·hm–2,施用化肥黑土N2O-N平均排放量为1.49±1.09 kg·hm–2,化肥氮诱导的N2O排放系数(EF)为0.45%±0.42%。与中国旱地和世界其他黑土区相比,东北农田黑土的背景排放量和EF均处于较低水平。这是因为在正常降雨条件下,东北黑土N2O主要是由硝化作用产生,反硝化作用受到活性碳缺乏的限制。冻融过程则可能促进反硝化作用进行,诱导春融期N2O出现爆发式排放。与我国其他农田相比,东北黑土N2O排放研究明显不足,今后应加强对不同区域黑土N2O排放的原位观测,阐明冻融过程N2O的产生机制,评估黑土N2O排放对气候变化的响应;同时应加强研究秸秆还田、有机肥施用等措施对N2O排放的影响效应,从而制定出黑土地质量提升和N2O减排的双赢措施。

    • 电位滴定法研究可变电荷土壤表面酸碱性质的进展

      2022, 59(4):910-923. DOI: 10.11766/trxb202010090558

      摘要 (127) HTML (97) PDF 549.21 K (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国长江以南地区的土壤富含铁铝氧化物,其土壤胶体表面电荷具有可变性,显著不同于温带地区的恒电荷土壤,因而称之为可变电荷土壤。开展可变电荷土壤的表面特性研究对农业可持续发展、土壤资源保护等均具有重要的现实意义。电位滴定法是开展可变电荷土壤表面特性研究最直接有效的方法。本文首先总结了电位滴定法的实验条件设置对可变电荷土壤表观电荷零点的影响,在此基础上,归纳了应用电位滴定法结合表面络合模型开展可变电荷土壤酸碱特性的研究进展,分类讨论了黏土矿物组成、氧化物、有机质等相关影响因子对可变电荷土壤酸碱缓冲能力的影响,并展望可变电荷土壤表面酸碱缓冲能力的未来研究。本文将有助于初学者理解可变电荷土壤,呼吁更多学者关注可变电荷土壤的酸碱缓冲特性研究及其在土壤资源可持续利用中所起的重要作用。

    • 高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

      2022, 59(4):924-934. DOI: 10.11766/trxb202007010354

      摘要 (99) HTML (72) PDF 2.40 M (245) 评论 (0) 收藏

      摘要:蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话(蔬菜间套作根系互作)、植物-微生物对话(蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作)以及微生物-微生物对话(菜地解磷微生物与根际微生物互作)在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。

    • >研究论文
    • 基于Meta分析评价东北黑土地保护性耕作与深耕的区域适宜性:以作物产量为例

      2022, 59(4):935-952. DOI: 10.11766/trxb202202220070

      摘要 (230) HTML (71) PDF 7.20 M (345) 评论 (0) 收藏

      摘要:为防治黑土退化、保护好利用好黑土地,本研究基于东北黑土区已发表61篇文献543组研究数据,利用Meta分析和随机森林模型等方法,分析黑土地保护性耕作与深耕对作物产量的影响及其驱动因素,耦合东北黑土地区气候、地形和土壤等信息,评价保护性耕作与深耕的适宜性。结果表明:与传统耕作相比,东北黑土地区整体而言保护性耕作增产不明显(1.21%) ,而深耕增产显著(12.3%) ,区域分析表明前者仅在辽河平原显著增产14.6%,而后者在三江、松嫩和辽河平原均增产10%以上。因素分析表明黑土区保护性耕作产量效应主要受多年平均气温(20%)、积温(19%)和干燥指数(16%)的影响,深耕产量效果则受坡度影响最大(14%) ,平坦区域适宜深耕,陡坡耕地适宜保护性耕作。综合上述因子评价区域适宜性程度,东北地区的西南部,包括辽宁省西部、吉林省西部以及内蒙古自治区东部(赤峰市、通辽)等严重风蚀区域实行保护性耕作效果更佳;典型黑土带以及三江平原等湿润、冷凉、低洼区域深耕的效果较好。本研究成果可为保护性耕作与深耕技术在东北黑土区的推广应用提供参考。

    • 添加木本泥炭和膨润土对侵蚀退化黑土理化性质的影响

      2022, 59(4):953-963. DOI: 10.11766/trxb202101150028

      摘要 (152) HTML (80) PDF 654.24 K (180) 评论 (0) 收藏

      摘要:为减缓黑土农田侵蚀退化,提高农田地力。本研究选取典型侵蚀退化黑土地,向土壤中添加木本泥炭和膨润土,利用室内模拟和田间原位观测相结合,进行土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率以及持水性、有机碳含量和作物产量研究。结果显示:室内条件下添加2%或4%木本泥炭会使饱和导水率分别降低14.3%和增加9.9%、导气率分别增加18.9%和4.1%、相对气体扩散率分别增加15.5%和6.6%、有机碳含量分别增加39.4%和71.5%、盆栽玉米产量分别增加2.0倍和1.9倍;添加1%膨润土会使饱和导水率、导气率和相对气体扩散率分别降低63.2%、55.3%和7.6%,有机碳含量和盆栽玉米产量分别增加1.0%和1.1倍;添加2%或4%木本泥炭和1%膨润土会使饱和导水率分别降低65.8%和73.1%、导气率分别降低33.2%和32.8%、相对气体扩散率分别增加0.2%和降低4.7%、有机碳含量分别增加37.8%和70.6%、盆栽玉米产量分别增加1.9倍和1.5倍。大田中添加木本泥炭会使土壤饱和导水率、相对气体扩散率、有机碳含量和大豆产量分别增加75.0%、32.0%、36.1%和43.2%,土壤导气率降低45.2%;添加膨润土会使土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率分别降低39.1%、44.4%和44.0%,有机碳含量和大豆产量分别提高3.6%和4.2%,但有机碳含量和大豆产量差异不显著。混合添加木本泥炭和膨润土会使土壤饱和导水率、相对气体扩散率、有机碳含量和大豆产量分别增加134.4%、28.0%、36.0%和26.3%,土壤导气率降低38.2%。添加木本泥炭和膨润土均可提高土壤持水能力,添加膨润土的处理有机碳分解减慢。总之,混合添加效果最好,可提高土壤通气透水性、持水能力、有机碳含量和作物产量,并有助于有机碳累积。

    • 土壤一维稳态溶质迁移研究的边界层方法比较

      2022, 59(4):964-974. DOI: 10.11766/trxb202009240537

      摘要 (97) HTML (67) PDF 1.64 M (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:边界层方法为土壤溶质迁移研究中描述一维稳态流条件下,仅考虑吸附作用的对流-弥散方程(Convection-dispersionequation,CDE)的求解和参数估算提供了简单可靠的新手段,利用该方法可以有效避免参数反演的不唯一性。对不同边界层解(多项式解、指数解、复合解、对数解和微小通量解)在预测溶质浓度分布和估算溶质迁移参数方面的精度进行了对比研究,归纳了边界层解的适用范围和选取方法。结果表明:边界层解的精度受平均孔隙水流速、弥散系数和延迟因子共同影响,当溶质浓度随剖面深度的变化率呈不断减小趋势时边界层解与精确解最接近;边界层解预测溶质分布误差随时间推移先减小后增加,溶质迁移过程初期三次多项式解精度最高,后期指数解表现最好;边界层方法对延迟因子的估算结果优于弥散系数,且不同边界层解对延迟因子的估算值近似,三次多项式解和对数解估算弥散系数最为准确。

    • 亚热带花岗岩坡地富铁土铁氧化物相分配对团聚体稳定性的影响

      2022, 59(4):975-986. DOI: 10.11766/trxb202009170519

      摘要 (91) HTML (64) PDF 3.43 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁氧化物是环境敏感矿物,也是土壤团聚体的重要胶结物。自然铁氧化物相存在多尺度分异现象,可能影响团聚体的形成与稳定。本文以闽中丘陵区花岗岩坡地上发育的富铁土序列为研究对象,通过湿筛法和吸管法分离团聚体;运用土壤化学和漫反射光谱(Diffuse reflectance spectroscopy,DRS)方法测定了全铁(Fet)、游离铁(Fed)、无定形铁(Feo)、赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)含量,并系统探讨了坡地、剖面和团聚体尺度铁氧化物相分异特征及其对团聚体稳定性的影响。研究表明,坡地尺度上,沿坡面向下,全样Fed与游离度(Fed/Fet)减小,Feo与活化度(Feo/Fed)增加,Hm与Hm/(Hm+Gt)明显降低,Gt变化不明显;剖面尺度上,上层土壤的Fed、Gt多高于下部,Feo和Hm则多低于下部;团聚体尺度上,Fed、Feo和Gt趋向微团聚体中富集,Hm在微团聚体和大团聚体中含量相当,Hm/(Hm+Gt)则随粒级增长而增大。坡地土壤团聚体粒级组成以微团聚体为主,但团聚体稳定性由>0.25 mm大团聚体主导。Feo、Feo/Fed和Hm(Hm/(Hm+Gt))分别与0.5~0.25 mm、1~0.5 mm和2~1 mm大团聚体显著正相关。不同尺度上铁氧化物存在明显分异,其中坡地尺度铁氧化物相的强烈分配导致Hm和Feo分别在坡顶和坡底相对富集,使得坡地两端团聚体稳定性高于坡中过渡区。

    • 福建周宁黄红壤的磁学特征及其磁性矿物转化

      2022, 59(4):987-998. DOI: 10.11766/trxb202008240424

      摘要 (62) HTML (42) PDF 3.67 M (63) 评论 (0) 收藏

      摘要:对我国亚热带地区发育于花岗岩之上的一个黄红壤剖面进行了系统的环境磁学测量,对土壤样品的磁化率、等温剩磁、磁滞回线等常温磁学参数进行测量,对代表性样品进行热磁分析,并结合色度、常量地球化学元素和漫反射光谱参数,探讨亚热带黄红壤的磁性特征,以及在相对湿冷的气候条件下,黄红壤中的磁性矿物具有怎样的转化规律。结果表明:亚热带黄红壤中强磁性矿物为亚铁磁性的磁铁矿、磁赤铁矿,弱磁性矿物为反铁磁性的赤铁矿、针铁矿。随着成土作用/风化作用增强,磁性矿物颗粒变细。母质和气候条件是影响区域磁性差异的重要因素,次生磁性矿物(特别是赤铁矿与针铁矿)的含量主要受气候条件控制。在相对湿冷的气候条件下,磁性矿物的转化以强磁性的磁铁矿与磁赤铁矿转化为弱磁性的赤铁矿与针铁矿为主。气温(而非降水)是湿润亚热带地区花岗岩风化壳上发育土壤中针铁矿和赤铁矿含量以及相对比例的主导影响因素。

    • 基于电磁感应技术的棉田土壤电导率时空异质性研究

      2022, 59(4):999-1011. DOI: 10.11766/trxb202010170576

      摘要 (76) HTML (40) PDF 6.15 M (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤剖面盐分的分布位置和含量的三维可视化研究,对干旱区盐渍化土壤定额灌溉具有重要意义。通过采集4个不同时期的土壤表观电导率数据和同步采集的土壤剖面样品的室内测定电导率数据,利用多元线性回归方法构建了土壤剖面不同土层实测电导率与表观电导率之间的反演模型,采用三维反距离权重插值法(3D-IDW)实现了土壤盐分的三维可视化,在此基础上研究了新疆干旱区膜下滴灌棉田土壤剖面盐分的时空变化。结果表明:表观电导率与实测电导率之间具有较好的相关性,基于表观电导率数据构建的实测电导率反演模型的决定系数(R2)在0.82~0.99之间;基于3D-IDW的三维可视化技术可高精度地展示出盐分在土壤剖面中的分布位置和含量,不同时期土壤电导率交叉验证的R2均大于0.75;土壤电导率的三维数据统计结果表明,由于灌溉、覆膜和揭膜活动等人为因素和气温、蒸发作用、地下水水位等自然因素的作用,不同时期土壤剖面盐分的分布特征和含量均存在较大的差异,3月份土壤剖面盐分分布类型为均匀型,0~100 cm土壤剖面的电导率范围为0.78~0.88 dS·m–1,6、7和10月份为表聚型,6月和10月份的盐分主要集中分布于0~20 cm,0~20 cm的电导率分别为3.32和5.28dS·m–1,7月份的盐分主要集中于0~40 cm,0~40 cm的电导率为2.25~2.45 dS·m–1。研究结果对于精确棉田灌溉时间节点和灌水量具有指导作用。

    • 不同土地利用方式对山东滨海盐碱土理化性质的影响

      2022, 59(4):1012-1024. DOI: 10.11766/trxb202008310491

      摘要 (163) HTML (83) PDF 11.50 M (324) 评论 (0) 收藏

      摘要:山东滨海盐碱土壤盐分高、养分低、结构差等问题严重影响了该地区的农业发展,因此有效开发和利用该地区土地对其农业增产增收至关重要。以东营市垦利县四种土地利用方式(荒地、草地、耕地、林地)为研究对象,探讨不同土地利用方式对滨海盐碱土基本理化性质、团聚体稳定性的影响。结果表明:(1)土壤的电导率(EC)和水溶性K+、Na+含量均表现为荒地>耕地>草地>林地,且荒地的EC和Na+含量显著高于其他样地;(2)土壤的全氮(N)和总有机碳含量(SOC)表现为林地>草地>耕地>荒地,各土壤0.25~2 mm粒级的水稳性团聚体的SOC最高;(3)林地的机械稳定性平均质量直径(MWD)和>0.25 mm的机械稳定性团聚体含量(R0.25)显著低于其他样地;(4)荒地的水稳性平均质量直径(WMWD)和>0.25 mm的水稳性团聚体含量(WR0.25)显著低于其他样地;(5)团聚体破坏率(PAD)依次表现为荒地>耕地>草地>林地。扫描电镜(SEM)结果显示草地、耕地和林地中>2 mm水稳性团聚体的表面和内部有较明显的颗粒、孔隙及黏结物质。Pearson相关分析表明,机械组成与MWD、R0.25存在显著相关性;PAD与水溶性Na+含量、0.25~2 mm组分水稳性团聚体SOC存在极显著相关性。不同土地利用方式对土壤的物理、化学和力学性质有不同的影响。草地和林地土地利用方式对滨海盐碱土壤理化性质的改良效果均显著,林地具有更高的碳储量及团聚体水稳性,但机械稳定性较低。研究结果可为滨海盐碱地区土地利用的合理规划与可持续发展提供参考。

    • 松嫩平原盐碱化人工草地土壤与植被群落空间变异特征研究

      2022, 59(4):1025-1035. DOI: 10.11766/trxb202101110601

      摘要 (103) HTML (42) PDF 33.86 M (344) 评论 (0) 收藏

      摘要:松嫩草地由于受太平洋季风气候的影响,具有较好的水热条件,且地势平坦,非常适宜畜牧业的机械化发展。在过去的几十年间,松嫩草地物种丰富度较高,优质的牧草以多年生的羊草为主,且在植被下形成了肥力较高的黑土。然而,松嫩草地独特的地形与高矿化度的地下水,导致了盐渍土与黑土接壤,因此松嫩草地生态环境较为脆弱。此外,由于草地的过度利用,导致了松嫩草地发生退化与盐碱化,进而使得草地生产力降低。较低的草地生产力已成为限制该区域畜牧业发展的主要因素,而草地生产力与土壤水盐动态密切相关。故本研究以松嫩盐碱化人工草地为研究对象,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对松嫩平原西部地区的盐碱化人工草地土壤理化性质以及牧草生物学-生态学性质的空间变异特征进行研究。结果表明,0~15 cm和15~30 cm层土壤的pH、电导率(EC)、总碱度(TA)、以及土壤质量含水量(MWC)具有中度或强空间变异。此外,试验区域的生物多样性指数(SWI)、紫花苜蓿的株高(SH)、生物量干重(DM)与盖度(CD)均具有强烈的空间变异特征。回归分析结果表明,试验区域盐碱化人工草地紫花苜蓿产量可用公式Y (DM)=2699.73–276.496pH(7.17

    • 中国耕地表层土壤重金属污染状况评判及休耕空间权衡

      2022, 59(4):1036-1047. DOI: 10.11766/trxb202009270541

      摘要 (142) HTML (76) PDF 8.69 M (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:耕地污染影响食品安全和公众健康,如何科学治理已刻不容缓。实行耕地轮作休耕对促进耕地休养生息、推进农田土壤治理修复和保障农业绿色发展具有重要意义。近几年一些地区已率先开展休耕试点,但“休多少”、“休哪里”、“怎么休”等重大管理问题并未得到解决。为此,构建了中国耕地表层土壤重金属污染状况数据库,基于土壤重金属污染水平、土壤综合质量影响指数及其潜在生态风险,从国家尺度上依据休耕迫切性制定空间权衡规则,划分为急切必休区(I)、常规必休区(II)、严控轮休区(III)和一般轮休区(IV) ,并建议按等级实施差异化休耕模式。结果表明:(1)中国耕地表层土壤重金属浓度点位超标率呈现出Cd>As>Ni>Hg>Zn>Pb>Cu>Cr;(2)中国耕地土壤总体上处于未受影响状态,重度超标占1.71%,潜在生态风险指数属于极强生态风险仅为0.29%;(3)土壤重金属污染必须休耕的占全部耕地面积的15.58%,其中I、II和III级分别占0.77%、1.53%和3.26%,且相对集中于河南和湖南。本研究有助于精准把握全国耕地表层土壤重金属污染状况及休耕的迫切性,为耕地污染治理及休耕时空配置提供依据。

    • 土壤—微塑料混合体系中磺胺甲恶唑的解吸行为研究

      2022, 59(4):1048-1056. DOI: 10.11766/trxb202101220038

      摘要 (74) HTML (49) PDF 1.26 M (117) 评论 (0) 收藏

      摘要:微塑料影响下土壤中抗生素的解吸行为对抗生素迁移转化和生物有效性具有重要意义,本研究主要探讨不同类型微塑料对土壤抗生素解吸特征的影响。采用酸性水稻土为供试土壤,通过在土壤中添加33.4 mg·kg–1磺胺甲恶唑后老化5 d进行批平衡解吸试验。选择聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯5种不同类型微塑料单一添加到供试土壤中,并调节不同氯化钠和富里酸浓度研究盐度和水溶性有机质探讨对土壤—微塑料混合体系中磺胺甲恶唑解吸行为的影响。结果显示:添加聚乙烯和聚苯乙烯微塑料可使土壤中磺胺甲恶唑的解吸速率降低,使土壤磺胺甲恶唑在10~48 h之间出现明显的慢解吸过程;并且添加聚乙烯和聚氯乙烯微塑料还能显著(P<0.05)降低溶液中磺胺甲恶唑的平衡解吸浓度。溶液的离子类型及其强度对供试土壤磺胺甲恶唑解吸的影响未受微塑料添加的影响,但体系中添加微塑料后可减小富里酸对土壤磺胺甲恶唑解吸的影响,使磺胺甲恶唑解吸量不会随着富里酸浓度的增加而降低。总体上,在土壤—微塑料混合体系下,微塑料可改变土壤抗生素的解吸,尤其是在富含水溶性有机质土壤中,微塑料的存在能增加抗生素解吸。因此,需要进一步关注微塑料对土壤抗生素迁移性和生物有效性的影响。

    • 长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

      2022, 59(4):1057-1067. DOI: 10.11766/trxb202009110515

      摘要 (108) HTML (61) PDF 1.20 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响,对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制,依托连续运行10年以上的中国稻田FACE(free-air CO2 enrichment)平台,观测2016—2017年正常大气条件(ACO2)和大气CO2浓度升高200µmol·mol–1条件(ECO2)下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度,并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明:对比ACO2处理,长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%(P<0.05),产甲烷菌群落丰度降低39%(P<0.05),同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%(P>0.05)。Meta分析结果发现,随着CO2熏蒸年限的增加,大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱,对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此,未来气候条件下,长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放,这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。

    • 日光温室栽培下土面及整棚氨挥发比较

      2022, 59(4):1068-1077. DOI: 10.11766/trxb202101280056

      摘要 (63) HTML (40) PDF 3.10 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:日光温室氮素投入量高,氨挥发损失是值得关注的问题之一。但目前对温室系统氨挥发排放测定多以土面氨挥发为主,而日光温室是一种半封闭式种植系统,由土面挥发出的部分NH3会被植物冠层吸收或溶解于棚膜水中回流于土壤,因此土面氨挥发难以准确反映日光温室排放到大气中氨的量,从而难以准确估计日光温室栽培系统NH3的实际排放量。为此,采用间歇式密闭室通气法连续测定了三季作物(番茄、西瓜、番茄)生长期间不同施肥处理(包括:不施氮+常规灌溉(N0+FI)、常规施氮+常规灌溉(FT+FI)、优化施氮+常规灌溉(OPT+OI)及优化施氮+优化灌溉(OPT+OI)4个处理)土面氨挥发损失量;同时连续两季采用风量罩测定通风口处气体流量,采用抽气法对通风口处氨浓度进行连续监测,以估算监测整棚(通风口处)氨挥发损失速率及损失量。结果表明,温室施肥后当天土面氨挥发速率出现峰值,7 d后施肥与未施肥对照无显著差异,三季种植期间各施氮处理其氨挥发排放量分别为N 2.82~4.97、6.59~9.97和15.77~21.83 kg·hm–2,相应的氨挥发系数分别为0.64%~1.50%、3.11%~4.21%和2.59%~3.90%;整棚氨挥发速率趋势与土面氨挥发基本一致,整棚氨挥发量第二季及第三季分别为N 2.22、2.92 kg·hm–2,仅占土面表氨挥发的13.38%~33.69%,氨挥发系数仅为0.46%~1.48%,显著低于土面氨挥发量。可见若以土面氨挥发来估算日光温室氨挥发会显著高估了我国日光温室系统氨挥发损失量,建议采用整棚观测的方法估算日光温室体系氨排放损失。

    • 渗漏是三峡库区砂质土橘园氮磷流失的主要途径

      2022, 59(4):1078-1088. DOI: 10.11766/trxb202010200584

      摘要 (88) HTML (66) PDF 1.57 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:过量施肥引起的氮磷流失是影响三峡库区水环境的重要因素。以三峡库区砂质土生草覆盖梯田橘园为研究对象,开展了不同施肥水平下的小区试验,连续2年对地表径流和渗漏液中的氮磷流失情况进行了观测。结果表明:(1)小区水分主要通过渗漏流失,地表径流系数低,土壤侵蚀弱。(2)深穴埋施施肥对地表径流氮磷流失无显著影响。(3)渗漏损失是小区氮磷流失的主要途径,分别占全氮和全磷总流失量的99.0%和76.9%。(4)氮磷流失量占施肥量的34.5%和6.4%,其中渗漏流失的氮磷分别占施肥量的34.3%和5.1%。(5)施肥引起的渗漏液氮流失量(y)随着施肥量(x)的增多而增大,二者具有极显著的线性相关关系(y=0.35x–5.77,P<0.01);而施肥引起的渗漏液磷流失量与施肥量无显著的相关性(P=0.05),主要因为一部分磷肥被根系利用,大部分残余的磷肥被耕层土壤吸附,仅有少量磷肥下渗至深层土壤,并且建园改土深层残余磷素对渗漏磷流失产生了影响。可见,砂质土梯田橘园养分渗漏流失,尤其是氮渗漏流失需要足够关注,养分管理需进一步优化,以减少流失,实现高效利用。

    • 凋落叶和磷添加对马尾松林土壤碳激发效应的影响

      2022, 59(4):1089-1099. DOI: 10.11766/trxb202101130025

      摘要 (85) HTML (49) PDF 1.27 M (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究土壤有机碳(SOC)矿化的激发效应(Priming effect,PE)对了解森林土壤碳吸存具有重要意义。凋落叶输入是调节激发效应的重要因素,其对激发效应的影响可能受到关键养分(如磷)的制约。在亚热带低磷土壤中,凋落叶和磷添加如何影响森林土壤碳矿化和激发效应目前仍不清楚。以马尾松林土壤为研究对象,探究三种凋落叶(马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)和枫香(Liquidambar formosana))和磷(KH2PO4)添加对土壤激发效应,土壤养分及微生物特性的影响。结果表明,三种凋落叶添加均显著增加了SOC矿化,产生了正激发效应,且马尾松凋落叶诱导的激发效应强度最大,火力楠凋落叶次之,枫香凋落叶诱导的激发最弱。此外,凋落叶添加整体上降低了土壤无机氮(铵态氮和硝态氮,IN)的含量,却增加了微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的含量,提高了β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,βG)和酸性磷酸酶(Acid phosphatase,ACP)的活性。单独添加磷显著增加了SOC矿化,且提高了土壤有效磷(AP)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)、MBN和MBP的含量。而与单独添加凋落叶相比,火力楠和枫香凋落叶与磷共同添加显著降低了土壤激发效应的强度和ACP的活性。回归分析结果表明,累积激发效应与AP、MBN和MBP含量显著负相关,与ACP活性呈显著正相关。综上,凋落叶添加刺激了微生物生长,产生了正激发效应,且激发强度与凋落叶质量有关;而磷添加可能会降低低质量凋落叶产生的土壤激发效应。

    • 磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制

      2022, 59(4):1100-1111. DOI: 10.11766/trxb202106220680

      摘要 (86) HTML (60) PDF 7.27 M (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:红壤地区施入的磷肥很容易被吸附固定而留存于土壤中,降低磷肥利用效率,留存于土壤中的磷对土壤生态功能和作物养分供应的后续效应值得关注。基于旱地红壤长期施肥定位试验,探讨常规施肥处理(CK)以及短期施入不同磷肥量(P2O5,0、50、100、150和1 000 kg·hm–2)多年后土壤养分、土壤氮循环过程和作物产量的变化特征。通过多元统计分析方法探讨不同磷肥处理下,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳和氮转化过程的潜在速率以及产量等因子间的相互关系及其与磷的后期效应的关系。结果表明,在短期投入高剂量磷肥(1 000 kg·hm–2,P1000)27年后,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳与常规施肥处理相比无明显差异,但显著提高了土壤pH和氮循环相关过程速率,包括氮矿化速率(Nitrogen mineralization rate,Nmin)、固氮酶活性(Soil nitrogenase activity,SNA)、潜在硝化速率(Potential nitrification rate,PNR)(P <0.05),同时降低了净N2O排放潜能(Net N2O production rate,NN2O)(P<0.05)。与不施磷(P0)和短期投入低剂量磷肥处理(50,100,150 kg·hm–2)相比,P1000处理中,土壤有效磷(AP)、氮矿化速率、固氮酶活性、潜在硝化速率和潜在N2O产生速率(PN2O)分别增加了33.3%~76.4%、88.2%~388.1%、111.4%~4 826.3%、22.6%~152.4%和13.8%~78.9%(P <0.05),同时净N2O排放潜能也降低了64.6%~78.9%(P<0.05),表现出明显的磷后效,且在作物生长季更为明显。相关分析和冗余分析表明AP和pH是影响以上土壤生物化学活性最主要的因子。近三年作物平均产量在所有处理中无显著差异,但与土壤TP、AP和pH呈显著正相关;但在长期尺度上(1992—2019年),P1000处理相对于其他低磷处理累积增产效应达3%~23%。以上结果表明,酸性红壤中短期大量施用磷肥多年后,由于大量磷肥投入导致的土壤pH提升和磷的缓释效应,使得磷肥在促进土壤肥力、微生物活性和土壤氮循环转化活性方面表现出较明显的后期效应。

    • 木霉生物有机肥应用于滨海盐土甘蓝种植的生物效应

      2022, 59(4):1112-1124. DOI: 10.11766/trxb202009100511

      摘要 (103) HTML (68) PDF 1.24 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文旨在研究滨海盐土种植体系下,2种木霉生物有机肥与不同比例化肥配施对甘蓝产量、结球品质及土壤理化性质的影响。以甘蓝(Brassica oleracea L.)“绿宝石”为试验材料,分别设置田间试验和盆栽试验,设计8个处理:不施肥对照(CON)、100%化肥(CF)、30%的木霉生物有机肥+70%化肥、60%的木霉生物有机肥+40%化肥、100%的木霉生物有机肥(无化肥),其中木霉生物有机肥分2种,分别由贵州木霉T.guizhouense NJAU 4742和滩涂木霉T.arenarium 1A131菌株制成。施肥处理间总氮、总磷和总钾养分均等。盆栽和田间试验结果均表明,60%木霉生物有机肥+40%的化肥处理,相比于CON和CF处理可显著提高甘蓝的地上部鲜物质量、叶绿素含量(SPAD值)和根系生物量,且30%和60%生物有机肥配施化肥的处理均显著提高了土壤硝态氮和有效磷含量(P <0.05)。同时,田间试验表明,相对于其他处理,60%的木霉生物有机肥+40%化肥处理对甘蓝产量的提高和结球品质的改善(还原糖、维生素C含量提高,硝酸盐含量降低)效果最为显著(P<0.05)。综上,在滨海盐土甘蓝种植体系中,60%的木霉生物有机肥与40%化肥配施为最优配比。该施肥模式下,甘蓝根系生长发育最佳;且与通过施肥引入的养分相比,功能菌木霉在该生物效应中发挥更为重要的作用。

    • 番茄青枯病抑病土壤根际微生物群落特征及其抑制性传递机制

      2022, 59(4):1125-1135. DOI: 10.11766/trxb202101200037

      摘要 (110) HTML (71) PDF 5.35 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:根际微生物在宿主植物抵御土传病害发生过程中发挥着重要作用。为探究抑病土壤与感病土壤根际微生物群落特征及其微生物群落构建机制,分别采集抑病土和感病土中的番茄根际土壤,采用实时荧光定量PCR技术检测两种根际土壤中的病原菌含量,并利用16 SrRNA基因扩增子高通量测序技术分析抑病和感病土中番茄根际土壤微生物群落多样性、组成、结构以及基于零模型的微生物群落构建机制的差异。结果表明,与感病土相比,抑病土壤中番茄的青枯病病情指数明显降低(病情指数分别为47.5和22.5),其根际中细菌群落具有更高的alpha多样性、更丰富的放线菌门、厚壁菌门以及芽孢杆菌科和链霉菌科等有益微生物,较低的青枯病菌丰度(病原菌丰度降低了12.22倍)并伴随着较高的随机性过程,因此抑病土壤受病害胁迫的适应性较强。将感病土壤与抑病土壤按照一定比例进行混合,形成了仅有感病土D10H0、感病土与抑病土质量比为1︰1的D5H5以及仅有抑病土D0H10这三种处理以进一步检测抑病土壤抑病特性的可传递性。结果表明,随着抑病土比例的增加,番茄青枯病病情指数逐步降低,D10H0、D5H5和D0H10的病情指数分别为41.67、29.17与16.67,而细菌alpha多样性增加,厚壁菌门、链霉菌科和芽孢杆菌科等丰度明显增加,随机性过程的主导作用加强。综上,病害胁迫对番茄根际微生物群落的多样性、组成、结构和群落构建过程产生了显著影响,而抑病土壤能通过植物根系招募有益微生物来抵御病害胁迫。

    • 土壤氨氧化古菌适应酸性胁迫的ATP酶基因分子进化研究

      2022, 59(4):1136-1147. DOI: 10.11766/trxb202101310062

      摘要 (55) HTML (60) PDF 2.30 M (109) 评论 (0) 收藏

      摘要:氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)被认为是酸性土壤硝化过程的主要微生物类群,但AOA如何适应酸性胁迫并发挥作用一直是研究难点,而ATP酶(ATPase)是能量代谢的关键,其编码基因可能在AOA适应酸性胁迫过程中发生了趋同性演化。据此,本研究针对5个不同种植年限的马尾松人工林酸性土壤(15 a、24 a、45 a、55 a、63 a),通过深度宏基因组测序获得7 360亿碱基对,重构AOA氨单加氧酶amoA基因和ATP酶A亚基(ATPase subunit A)基因的系统发育进化谱系,研究AOA适酸的分子机制。结果表明:根据经典的amoA基因系统发育进化分类,所有5个森林土壤中优势AOA主要包括NitrososphaeralesCa.Nitrosotaleales两大类群,但Nitrososphaerales类群与中碱性土壤中的AOA古菌亲缘关系更近,与嗜酸的Ca.Nitrosotaleales类群亲缘关系较远,表明amoA基因的系统进化关系不能解释Nitrososphaerales在酸性土壤中的成功定殖。然而,基于ATPase subunit A基因的系统进化分析则发现,所有酸性森林土壤中嗜酸/耐酸氨氧化古菌均含有亲缘关系较近的V-ATPase subunit A基因,表明氨氧化古菌可能通过基因水平转移获得V-ATPase基因适应酸性胁迫环境,较好地解释了氨氧化古菌适应酸性胁迫的生境扩展规律。随林龄的增加,Ca.Nitrosotaleales类群丰度先减少后增加,而Nitrososphaerales类群丰度先增加后减少,速效钾是显著影响AOA群落结构的重要环境因子。这些结果表明,不同种植年限下酸性人工林土壤中氨氧化古菌种群发生了明显的分化,V-ATPase基因水平转移可能是氨氧化古菌适应酸性胁迫的重要机制。

    • 长期秸秆覆盖对免耕稻-麦产量、土壤氮组分及微生物群落的影响

      2022, 59(4):1148-1159. DOI: 10.11766/trxb202011190522

      摘要 (118) HTML (50) PDF 986.13 K (64) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究长期秸秆覆盖对免耕区作物产量、土壤氮素组分及微生物群落特征的影响,以稻–麦定位免耕试验为研究对象,选取了其中免耕且秸秆移除和免耕且秸秆覆盖2个处理,于试验开展第12年(2018年)小麦收获后,统计分析近五年产量数据,并采集各处理0~5、5~10、10~20、20~30 cm的土壤样品,测定土壤全氮及活性氮组分,利用磷脂脂肪酸(PLFA)方法表征土壤微生物群落。结果表明:(1)秸秆覆盖显著提高了小麦产量(增幅为6.49%),对水稻产量影响不显著。(2)秸秆覆盖对土壤氮组分的影响略有差异:它显著提高了土壤0~5 cm全氮、硝态氮和铵态氮以及0~10 cm颗粒有机氮、0~5 cm和10~20 cm可溶性有机氮含量,对微生物生物量氮无显著影响;它提高了0~5 cm和10~20 cm可溶性有机氮占全氮的比例,对其他组分占全氮比例无显著影响。(3)秸秆覆盖显著提高了土壤微生物总PLFA和细菌PLFA丰度,对真菌PLFA和放线菌PLFA无影响,降低了土壤真菌/细菌比;微生物生物量氮、土壤全氮、颗粒有机碳/颗粒有机氮比是显著影响土壤微生物群落组成的关键土壤环境因子。(4)无论秸秆覆盖与否,土壤全氮、活性氮组分含量和微生物组分均表现出显著的深度效应。综上所述,秸秆还田提升了土壤氮素含量,提高了小麦产量,增加了土壤微生物总量,可在四川免耕稻–麦轮作区推广应用。

    • 不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

      2022, 59(4):1160-1176. DOI: 10.11766/trxb202008100444

      摘要 (146) HTML (64) PDF 2.26 M (119) 评论 (0) 收藏

      摘要:红壤是我国重要的土壤类型之一,其耕地地力低下问题亟待解决。探究不同改良措施影响下红壤地力提升效果,对实现中低产田可持续利用具有重要意义。本研究以湖南第四纪红黏土发育的旱地红壤为研究对象,分析了休闲(F)、不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、无机肥配秸秆还田(NPKS)、无机肥配施生石灰(NPKL)、无机肥配施骨粉有机肥(NPKA)和无机肥配施生物有机肥(NPKC)等改良措施下不同土层和改良年限土壤中pH及养分含量的变化,并利用微孔板荧光法比较了土壤中碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明,不同改良措施显著影响土壤养分及酶活性。与CK相比,2020年NPKC处理0~20 cm土层中有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和有效磷(AP)含量分别提高了73%、29%、61%和1 847%,同时该处理也显著增加了参与碳循环α-1,4-葡糖苷酶(αG)、β-1,4-葡糖苷酶(βG)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CBH)和参与氮循环β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖酐酶(NAG)活性。相关分析表明,SOM与αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性呈显著正相关(P<0.01),pH与酸性磷酸酶(ACP)活性呈显著负相关(P<0.01)。改良措施对0~20 cm土层酶活性的影响大于20~40 cm。2019年,NPKA处理0~20 cm土层中CBH酶活性较CK提高了352%,而在20~40 cm土层中CBH酶活性仅较CK提高了2%。此外,不同改良措施土壤中ACP酶活性也呈现出随改良年限增加而增加的趋势。综上可知,无机肥配施有机物料显著提升红壤养分状况,改善土壤酶活性,可作为贫瘠红壤地力提升的有效改良措施。

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