• 2022年第59卷第5期文章目次
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    • 三峡库区不同植被覆盖坡地的土壤优先流运动特征研究

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202102230616

      摘要 (20) HTML (0) PDF 8.13 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究土壤优先流运动特征与植被覆盖、坡位及土壤结构的关系,既能丰富山坡水文学的研究内容,还能进一步揭示森林涵养水源、保持水土的机制。以三峡库首大老岭林区常绿林、林灌混合落叶林和弃耕草地覆盖的坡地为研究对象,运用染色示踪和图像处理的方法,定量分析了3种植被覆盖的坡面上、下坡位的优先流染色特征,阐明了植被覆盖和坡位对土壤优先流运动和坡面水分入渗特征的影响。结果表明:(1)各样地染色面积比(SAR)和染色路径数(SPN)均呈现浅层高、深层低的特征。不同植被覆盖下,0~60 cm土层的SAR表现为落叶林坡地(44.2%)>弃耕坡地(36.1%)>常绿林坡地(35.3%),SPN表现为落叶林坡地(43条)>常绿林坡地(19条)>弃耕坡地(15条)。不同坡位下,0~60 cm土层的SAR表现为上坡(41.5%)>下坡(35.6%),SPN表现为上坡(23条)<下坡(28条)。落叶林坡地土壤染色深度最大,60~110 cm深度土层仍有很多狭长的水流路径延伸,而其他样地较少出现;(2)各样地的染色路径宽度(SPW)以1~10 cm和>10 cm为主,二者之和占剖面总染色面积的84.2%。除弃耕地坡上位点缺少均质流与非均质指流外,其他样点0~30 cm土层以均质流和非均质指流为主,30 cm以下为不同类型大孔隙流的混合分布;(3)弃耕坡地的侧向流最为明显,染色剂延伸到染液喷洒区外50 cm处,常绿林地和落叶林地仅延伸至10~20 cm。植被覆盖类型与坡位的耦合作用影响了土壤理化性质,从而影响优先流路径的形成与水分的入渗过程。常绿林与落叶林的水源涵养能力强于弃耕坡地,耕作形成的犁底层限制了弃耕坡地的水分垂直入渗,增加了侧向入渗与地表径流的风险,需要通过破除犁底层或种植根系发达的乔灌木以增加降雨蓄存能力。

    • 长期施用微肥条件下微量元素和有机官能团在团聚体中的积累特征

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202012290640

      摘要 (31) HTML (0) PDF 6.74 M (36) 评论 (0) 收藏

      摘要:微量元素对作物生长至关重要,长期施用微肥可能影响微量元素在农田土壤中的分布,进而影响作物产量及土壤有机碳结构。以渭北旱塬35年锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)微肥处理农田为研究对象,分别测定耕层土壤≥250、250~125、125~63、63~20、≤20 μm粒级中Zn、Mn、Cu元素含量,并通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)测定各粒级有机官能团类型及含量,以期揭示长期微肥下微量元素积累与有机官能团之间的相互关系。结果表明,试验区土壤有机碳含量处于较低水平(6~12 g?kg-1),长期施用Zn、Mn、Cu肥并未显著改善土壤有机碳含量,但导致Zn、Cu元素在表层土壤中明显富集(幅度分别为10%、100%以上),而 Mn元素无明显富集(幅度在10%以内)。三种元素在微小团聚体(≤20 μm)中的富集程度最高,但该粒级有机碳抗分解能力最小(0.30~0.32),这主要因为该粒级不稳定官能团C-O含量较高且矿物含量较高,与有机碳稳定性正相关的C=O、C=N、C=C含量少。试验区土壤中Cu元素积累与C-O、C=O、C=N呈正相关,而Zn、Mn元素与官能团之间无相关性,这与有机碳丰富的土壤存在较大差异。综上,长期施用微肥未显著改变试验区表层土壤有机碳含量及结构,但导致Zn、Mn、Cu元素在表层微小团聚体中产生不同程度的积累,这主要与有机碳总量、有机官能团含量及类型、元素吸附效率有关。

    • 加积型红土剖面成壤特征及网纹化成因的土壤微形态证据

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011240643

      摘要 (21) HTML (0) PDF 140.21 M (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:亚热带加积型红土很好地记录了中国南方第四纪以来风化特征及其变化趋势,但相应风化强度下古土壤成壤细节仍尚待进一步揭示。本文以庐山东麓海会剖面(L-HH)为研究对象,借助土壤微形态研究方法分析不同风化强度下古土壤成壤特征,并结合粒度、色度、磁化率、地球化学等指标,进一步探讨加积型红土成土环境及网纹机制。结果表明:(1)加积型红土土壤基质以黏土、胶体为主,并具有一定铁质侵染。沿剖面自下而上,胶体含量由70%减少至50%,黏土胶体与碎屑配比由8:2逐渐变化为6.5:3.5,成壤强度呈减弱趋势。(2)土壤孔隙和形成物类型沿剖面的变化差异较好地记录了土壤水分及其干湿变化。网纹红土层以线状大孔道为主,连通性好,铁质迁移活跃,铁锰质胶膜沿孔道分布且多层叠置,部分铁质胶膜有脱色现象,指示水分充足,干湿变化频繁。网纹黄棕色土层大孔道减少,孔洞、囊状孔隙增加,有一定连结性,铁锰胶膜多沿孔隙壁淀积,铁锰质结核也尤为丰富,指示水分减少,干湿变化仍然频繁。黄棕色土层,孔道极少,以面状裂隙、囊状及不规则状孔隙、孔洞为主,连结性差,淀积胶膜多为扩散-团聚型,水分少,铁游离程度降低。(3)土壤孔隙及其发育程度与网纹化程度有较好的对应关系,裂隙产生、加宽、连通是网纹化的物理学基础。(4)剖面土壤微形态特征与粒度、色度、磁化率等环境指标间有良好对应关系,是解读红土形成环境、季风演化和网纹化机制的重要土壤学指标。

    • 水氮互作对稻田温室气体排放的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011250646

      摘要 (16) HTML (0) PDF 879.58 K (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:水肥管理对农田土壤肥力质量和环境质量有重要影响。依托安徽科技学院长期定位试验小区,通过设置两种灌溉模式(控制灌溉C1和常规灌溉C2)以及三个施氮水平(低氮N1、中氮N2和高氮N3),研究水氮互作对稻田温室气体CH4、N2O和CO2排放及土壤理化性质的影响。结果表明,与常规灌溉相比,控制灌溉可显著降低稻田中的CH4和N2O的累计排放量,降幅分别为43.12%和23.53%;常规灌溉条件下,低、中、高施氮处理的土壤铵态氮含量分别为35.26、38.90和35.20 mg?kg-1,而控制灌溉分别为33.08、34.30和42.40 mg?kg-1;控制灌溉条件下,CO2排放量高于常规灌溉,且随施氮水平的提高而增加。根据总体温室效应分析,控制灌溉下稻田的全球增温潜势(global warming potential,GWP)为0.55 t?hm-2(以CO2当量计),远低于常规灌溉下稻田0.82 t?hm-2,且中氮处理下稻田的GWP远低于低氮和高氮处理。水氮耦合是稻田N2O排放的主要影响因素,且在中、高氮施肥条件下,稻田N2O排放对于温室效应的贡献大于CH4。因此,采用控制灌溉结合氮肥减量施用,可有效减少农田温室气体CH4和N2O的排放,维持较高的土壤铵态氮水平,这对提高土壤肥力质量和发展可持续农业具有重要意义。

    • 毕节植烟区炭基有机肥施用适宜性区划研究

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011270652

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.24 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:炭基有机肥在改善土壤环境方面的作用越来越受到重视,不同土壤条件下炭基有机肥的施用分区研究对于区域土壤管理具有现实意义。选择贵州省毕节植烟区为案例区,在对其土壤pH和酸碱缓冲潜力空间分异特征研究的基础上,对该地区以改良酸化土壤为目的的炭基有机肥施用适宜性等级进行了区域划分。结果表明,毕节烟区全部采样点的pH均值为6.5,其中大方县、七星关区和威宁县的pH均值较低,分别仅为6.2、6.3和6.3,而织金县、金沙县和黔西县的pH均值超过了7.0,表现出较强的空间变异性;土壤酸碱缓冲潜力在各县区之间也存在较大差异,大方和威宁两县区的缓冲综合指数均仅为0.96,而织金县的缓冲综合指数达到了1.23。各成土母岩和土壤类型的pH和酸碱缓冲潜力的综合分级表明:砂岩、砂页岩和玄武岩土壤属于最适宜施用炭基有机肥来提升土壤pH的区域,其次为砂页岩紫色土,页岩黄壤、黄棕壤、紫色土,以及碳酸盐岩黄棕壤和黄壤,而碳酸盐岩粗骨土和石灰土则属于当前不适宜施用炭基有机肥提升pH的区域。毕节烟区的全部乡镇中,威宁、织金和赫章等县区的82个乡镇属于炭基有机肥重点施用乡镇,大方县和七星关区为主的144个乡镇属于一般施用乡镇,而黔西和金沙等县区中的32个乡镇属于当前不宜施用炭基有机肥的乡镇。研究结果不仅可对毕节烟区土壤的精准施肥和科学管理提供有益参考,也可丰富烟区土壤管理分区的研究成果。

    • 基于随机森林的耕地质量评价智能模型及其应用研究

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202012030670

      摘要 (30) HTML (0) PDF 3.19 M (43) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更精确地表达耕地质量的系统性、非线性、差异性等特点,本研究旨在探索一种新的智能化耕地质量评价方法,提高耕地质量评价精度。以襄州区为研究区域,从地形地貌、土壤条件、社会经济、生态安全4个方面构建耕地质量综合评价指标体系,选用熵权法(EW)、后向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)三种模型进行训练,比较三种模型的评价精度,并分析襄州区2018年耕地质量等级分布规律。结果表明:(1)襄州区耕地质量整体较好,以二、三等级为主,累积面积占比达到54.63%,呈现出明显的地域分异规律,高质量耕地主要分布在中北部,低质量耕地主要聚集在南部,且各乡镇耕地质量等级分布也具有明显差异;(2)耕地质量RF评价模型能够较为精确地模拟指标之间的复杂关系,科学定量分析各指标对耕地质量的贡献;(3)耕地质量平均指数比较,RF>BPNN>EW,RF与BPNN的评价结果具有相似的空间分布,且均与EW的差异较为显著;(4)相比于BPNN和EW,RF具有更高的数据挖掘能力和训练精度,其评价结果最为理想,决定系数R2为0.814 5,MAE为0.009,MSE为0.012,RF能有效运用于耕地质量评价研究。本研究丰富和完善了县域尺度耕地质量评价指标体系及方法,为襄州区耕地资源数量、质量、生态“三位一体”的管护提供理论依据,同时为其他类似地区耕地质量评价提供借鉴与参考。

    • 基于大比例尺数据库的福建省耕地土壤固碳速率和潜力研究

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202012040671

      摘要 (14) HTML (0) PDF 5.79 M (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确土壤固碳速率和潜力是制定耕地固碳减排措施的基础。以我国典型亚热带地区—福建省不同地理位置的闽侯、浦城、同安、武平和永定5个县为研究区,运用生物地球化学过程模型DNDC(DeNitrification and Decomposition),模拟这5个县在目前区域尺度最详细的1:5万土壤数据库下1980─2009年和2010─2039年有机碳动态变化,并运用尺度上推的方法估算出全省耕地土壤固碳速率和潜力。结果表明,福建省耕地土壤1980─2009年的固碳总量为7.37 Tg,而2010─2039年的固碳潜力为7.04 Tg,两个时段的年均固碳速率分别为:190 kg·hm-2和176 kg·hm-2,说明目前的农田管理措施有利于研究区长期固碳。其中,水稻土和盐渍水稻土分别在土类和亚类级别中固碳速率最大,不同时段均大于175 kg·hm-2·a-1;而红壤在土类和亚类级别中固碳速率皆最小,不同时段均小于3 kg·hm-2·a-1。总体来看,1980─2009年和2010─2039年水稻土的固碳总量均占全省耕地固碳总量的92%以上,是今后制定固碳减排措施的重点。

    • 羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202012070675

      摘要 (20) HTML (0) PDF 414.71 K (43) 评论 (0) 收藏

      摘要:科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90%~15.17%、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%~604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%~3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。

    • >综述与评论
    • 稳定同位素示踪土壤中重金属环境行为的研究进展

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202101180694

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.35 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:随随着以多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)为代表的高精度质谱分析技术的革命性突破,稳定同位素的研究取得了跨越式发展。重金属稳定同位素成为了示踪土壤环境介质中重金属地球化学循环的有效工具,在识别污染来源、解析关键过程、跟踪环境行为等方面展现出极大的应用潜力。从同位素基本概念出发,系统介绍了利用重金属稳定同位素示踪土壤环境重金属污染的来源与归趋、土壤-植物体系重金属元素的迁移转化以及金属纳米颗粒的环境过程等方面的研究进展,并进一步总结了氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸、络合反应、生物作用等影响重金属稳定同位素分馏的相关机制,最后针对当前应用和研究现状,提出了拓展稳定同位素示踪重金属环境行为的潜在研究方向和研究内容,对土壤重金属污染防治及修复具有重要的指导意义。

    • >研究论文
    • 秸秆源性碳在黑土和褐土中的转运及其对氮肥的响应

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202105210059

      摘要 (19) HTML (0) PDF 254.56 K (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用室内培养结合同位素13C标记技术,探讨了添加小麦秸秆和氮肥后黑土和褐土的碳素矿化特征,分析了土壤原有碳(Cs)和秸秆源性碳(Cstr)在土壤不同有机碳组分(轻组、闭蓄态组分、重组)中的转运特征。结果表明:土壤培养过程是碳矿化损失的过程,施氮肥对黑土和褐土中碳矿化均有一定的抑制效应,褐土中该抑制效应在施秸秆时较不施秸秆时更显著。土壤有机碳组分中Cs损失率表现为由高到低依次为重组、闭蓄态组分、轻组,施秸秆使黑土重组Cs损失率由2.83%增加至5.53%(P<0.05),使褐土闭蓄态组分中Cs损失率由1.86%减少至0.82%(P<0.01)。随培养时间的进行,土壤轻组中Cstr经降解逐渐向闭蓄态组分和重组中转移,180 d后转移缓慢;至培养结束(300 d)时,Cstr总残留率在黑土与褐土之间无显著差异,轻组中Cstr残留率为褐土(4.98%~8.52%)显著高于黑土(1.71%~2.47%)。与不施氮相比,施氮处理使褐土轻组的Cstr残留率增加了近一倍。综上,施氮肥对黑土和褐土中碳矿化均有一定的抑制效应,重组是土壤碳损失的主要来源,添加秸秆对黑土重组的碳矿化有激发效应,而对褐土闭蓄态组分的碳矿化有抑制作用。褐土轻组中外源秸秆的降解程度低于黑土,并且施氮肥抑制其降解。

    • 设施大棚间作玉米对丛枝菌根网络形成及辣椒疫病防治的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202102280112

      摘要 (19) HTML (0) PDF 878.35 K (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌对辣椒疫病等土传病害具有生防潜力,但由于难以纯培养而未能实现规模化生产应用,如能调动土著AM真菌的抑病功能则对实际生产具有重要指导意义。依托重庆石柱辣椒科技园,研究设施大棚中间作玉米对土著AM真菌生长及辣椒疫病防治的影响。结果表明,与辣椒单作相比,间作玉米处理辣椒根系AM真菌侵染率、根际AM真菌数量与土壤磷酸酶活性以及小区作物养分总吸收量均显著提高,辣椒疫病发病率与病情指数、单株辣椒的磷吸收量及果实生物量均显著下降,其中种植密度更高的等垄宽间作处理两种作物根系AM真菌侵染率、小区玉米产量及作物养分总吸收量均显著高于等行距间作处理,辣椒疫病发病率与之正好相反。设施环境下间作玉米或能通过促进AM真菌生长及其对辣椒根系的侵染来增强其对辣椒疫病的防治功效,其中等垄宽间作处理具有更好的经济效益。

    • 不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202103040128

      摘要 (31) HTML (0) PDF 2.31 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期(32年)裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明:与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作种植或自然草地恢复后,土壤有机质含量从52.07 g?kg-1显著增加至54.83 g?kg-1和61.54 g?kg-1,增幅分别为8.0%和27.5%,土壤氮磷钾养分有效性也显著增加。同时,每克干燥土壤中微生物丰度从2.25×107拷贝数增加至8.08×107拷贝数和1.69×108拷贝数,分别增加了2.58倍和6.51倍。裸地、农田和草地土壤的优势微生物菌门均为变形菌、酸杆菌和放线菌,其相对丰度均高于19%,且三者无显著差异(P > 0.05)。然而,所有检测到的228个微生物属中,高达54个微生物属有显著差异(P < 0.05),但绝大多数为相对丰度较低的微生物。分析表明土壤养分含量是微生物群落分异的主要环境驱动力,Granulicella微生物属可作为指示类群评估黑土环境的变化。上述研究结果表明,植被覆盖是土壤微生物群落演替的重要影响因素,未来应深入研究原位条件下黑土微生物的功能及其农业环境意义,为维系土壤养分元素循环和发展可持续农业生态管理模式提供理论参考。

    • 潮土长期不同施氮水平对秸秆降解及其细菌群落结构的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202103150145

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.36 M (34) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田过量施氮所引发的问题已经引起广泛关注,但长期施氮后土壤无机氮水平状况及其对秸秆降解的作用尚不清楚。本研究以中国科学院封丘农业生态实验站长期(2005~2018年)施氮肥(5个施氮水平:0(N0)、150(N1)、190(N2)、,230(N3)和270 (N4)kg ha-1 yr-1)的潮土为研究对象,开展短期(50天)的秸秆降解-土壤培育实验。培育期间监测秸秆碳的矿化、土壤无机氮(硝态氮和铵态氮)、可溶性有机碳、微生物生物量碳的动态变化,利用高通量测序测定细菌群落结构。结果表明,长期施氮后,土壤无机氮含量和秸秆碳的矿化率随施氮水平的升高而增加。不同长期施氮水平的土壤细菌群落结构呈现显著差异。网络分析揭示:秸秆降解过程中细菌群落内部物种间的共现模式随长期施氮水平发生改变,具体体现为长期高施氮水平下细菌群落彼此间的负相关得到了加强;同时,变形菌主导地位减弱、酸杆菌主导地位增强。综上,土壤无机氮含量、细菌群落结构及物种之间的关系随着长期施氮水平的不同发生了改变。本研究探究了长期不同施氮水平下土壤中无机氮的水平状况、秸秆降解状况以及秸秆降解过程中土壤细菌的生物特性,以期为秸秆还田和科学施氮提供一定的数据支撑和思路启示。

    • 藻、菌配合施用对水稻土磷有效性及微生物群落的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202103240159

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.12 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:解磷菌和微藻广泛用作生物肥料,影响土壤养分循环及微生物群落的组成和活性。本研究以巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium)、小球藻 (Chlorella vulgaris)、句容水稻土为试验材料,通过室内培养实验,设置只施用小球藻 (A)、只施用巨大芽孢杆菌 (B)、小球藻和巨大芽孢杆菌配合施用 (A+B)、对照 (CK) 4个处理,探索巨大芽孢杆菌和小球藻配合施用对水稻土磷有效性和微生物群落的影响。结果表明,培养第30天,巨大芽孢杆菌和小球藻配施的处理土壤有效磷含量 (15.92 mg·kg-1) 显著高于对照和单独施用小球藻的处理 (A: 14.46 mg·kg-1, CK: 14.61 mg·kg-1),比对照土壤 (14.61 mg·kg-1) 提高9.0%。巨大芽孢杆菌和小球藻配施还可以显著提高水稻土的pH、全氮以及总有机碳含量。巨大芽孢杆菌和小球藻配施的处理,土壤中芽孢杆菌属的相对丰度 (1.70%) 比单独施用巨大芽孢杆菌的处理 (1.33%) 提高27.9%,小球藻在绿藻门中的相对丰度 (3.14%) 比单独施用小球藻的处理 (3.04%) 提高3.18%。巨大芽孢杆菌和小球藻配施也显著提高了土壤微生物的代谢活性和增殖速率。综上,本研究表明巨大芽孢杆菌和小球藻配合施用可以显著提高水稻土磷有效性,提高土壤微生物的活性,为藻、菌复合生物肥的开发和利用提供了理论基础,为提高水稻土磷有效性、缓解磷积累及其环境风险提供了新的视角。

    • >综述与评论
    • 磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环中的应用

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202104210205

      摘要 (27) HTML (0) PDF 265.45 K (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:磷是土壤生态系统中的重要组成元素,开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷酸盐氧同位素技术已经被证明是一种示踪环境中磷生物地球化学行为的有效方法。本文系统综述了磷酸盐氧同位素技术的研究进展和未来发展方向。详细介绍了磷酸盐氧同位素的技术原理、样品处理和测定方法;阐述了无机磷和有机磷的氧同位素特征及时空分布特征;从评估土壤磷微生物利用状况和示踪土壤磷循环两个方面探讨了磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环研究中的应用前景,分析了磷来源、环境条件、生物活动和样品前处理过程对土壤磷酸盐氧同位素特征的影响,最后展望了该技术未来的研究方向。以期为磷酸盐氧同位素技术在土壤学和环境科学领域的发展和应用提供新的视角和科学指导。

    • >研究简报
    • 一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202104230215

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.11 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:病毒在地球上无处不在,几乎能感染任何生物,包括动物、植物、真菌以及细菌等,因而在生物地球化学元素和能量的循环过程中发挥重要作用。了解土壤病毒基因信息有助于我们深入理解病毒在生态系统中所扮演的角色。本研究选取一个东北农田黑土样品中的病毒为研究对象,基于病毒宏基因组测序技术获得土壤病毒基因序列,并利用生物信息分析方法揭示土壤病毒多样性。同时,结合个性化分析宏病毒组基因序列、进行功能基因分析、宿主预测和单病毒基因组组装和注释。研究发现该农田土壤检测到的病毒主要归属于有尾噬菌体目(Caudovirales,59.38%)和疱疹病毒目(Herpesvirales,2.56%)等2个病毒目中的29个病毒科,其中以长尾噬菌体科(Siphoviridae)、微小噬菌体科(Microviridae)的病毒数量最多,分别占44.48%和20.53%。基因功能分析表明土壤病毒可能参与土壤中的酶催化、生物代谢(如氮化合物代谢、分解代谢、多生物代谢、细胞代谢、初级代谢、含碱基小分子代谢以及有机物代谢等)等过程。宿主预测分析揭示检测到的病毒宿主分属5个菌门中的35个菌属。本研究结果丰富了土壤病毒的基因数据库,为土壤病毒分离提供参考,并为进一步理解土壤病毒生态学意义提供数据支撑。

    • >综述与评论
    • 森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202105150258

      摘要 (18) HTML (0) PDF 1.05 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:大气中氧化亚氮(N2O)浓度的上升加剧了全球变暖。森林土壤在调节大气N2O浓度中发挥着至关重要的作用。近年来,氮(N)输入对森林土壤N2O通量的影响备受关注。然而,森林土壤N2O排放对N输入响应的机制,尤其是植物和微生物对N2O通量的调控作用尚缺乏系统研究。因此,本文综述了N输入如何通过森林植被(根系N吸收、凋落物分解和形成丛枝菌根)和土壤微生物(微生物量和群落组成)调控N2O产生途径从而影响森林土壤N2O排放。结果表明,植物的竞争性氮吸收能降低氮输入对N2O排放的促进作用,其作用大小可能主要取决于土壤“氮饱和”状态。植物凋落物主要通过分解过程中的养分归还和次生代谢产物释放来影响氮输入背景下的森林土壤N2O排放,前者具有促进作用,而后者具有抑制作用。丛枝菌根主要通过吸收有效氮和水分、促进团聚体形成以及改变N2O相关功能基因群落调控森林土壤N2O通量。N输入导致的土壤酸化或养分限制,通常会降低微生物量和/或改变微生物群落组成,从而控制N2O排放。N输入对N2O不同产生途径也会造成影响,受土壤湿度、N2O底物浓度以及N2O相关功能基因丰度(AOB、 AOA、nirK、 nirS和nosZ)的调控。未来在模型预测中,需要将植物氮吸收、凋落物分解、菌根以及N2O产生途径充分纳入模型,以提高模型预测准确性,为全球变化背景下制订森林管理政策和温室气体减排措施提供支持。

    • >研究论文
    • 长期不同利用方式对黑土剖面中有机质化学组成的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202106010286

      摘要 (26) HTML (0) PDF 6.60 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究土地利用方式改变对土壤有机质(SOM)组成和稳定的影响。以典型黑土区29年长期定位试验为平台,采用红外光谱和固体13C核磁共振技术,对农田、草地和林地三种利用方式下不同剖面深度(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80和80~100 cm)SOM的活性组分含量和有机质官能团进行了分析,探讨了土地利用方式变更对SOM化学组成的影响。结果表明:土壤剖面中4种活性有机碳(微生物生物量碳,溶解性有机碳,轻组有机碳和易氧化有机碳)的含量均表现为草地>林地>农田。随着剖面深度的增加,SOM的脂族碳、甲氧基碳和烷氧基碳逐渐降低,而芳香碳和羧基碳则逐渐增加,其稳定程度逐渐增强。草地和林地土壤剖面中的SOM含有较多氧化程度低、易分解的甲氧基和烷氧碳,而农田SOM则含有较高的芳香结构和羧基碳,其腐质化程度较高。土地利用方式的改变会引起上、下土层中SOM化学组成的变化,植被恢复有利于SOM活性组分的形成,长期耕作可促进SOM稳定组分的积累。

    • 黑土区农田土壤氮循环关键过程微生物基因丰度的分布特征

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202107260381

      摘要 (22) HTML (0) PDF 2.42 M (34) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤微生物作为碳氮循环过程的主要驱动者与作物生产和生态环境安全关系密切。目前,仅有少数基于单一氮循环过程的研究报导了功能基因的空间分布特征,缺乏关于氮循环关键过程微生物分布特征的耦联分析。本研究采用实时荧光定量PCR技术,对东北黑土农田土壤氮循环关键过程的固氮、氨氧化和反硝化过程功能基因丰度特征及对土壤因子的响应进行关联分析。研究发现,在低pH(4.5?5.0)土壤中,不同氮循环基因丰度均显著低于其他pH土壤样本。种植大豆的土壤nifH基因丰度显著高于种植玉米的土壤样本(分别高于60%和83%)。AOA amoA基因丰度显著高于AOB amoA基因丰度,AOA amoA与AOB amoA基因丰度的比值为3.1到91.0。氮循环功能基因丰度与土壤pH和TC之间存在显著的正相关关系(P < 0.01)。非度量多维尺度分析(NMDS)结果显示主要表征黑土区氮循环基因组成的NMDS1与土壤pH和TC显著正相关。方差分解分析(VPA)和随机森林分析(RF)结果显示土壤pH和TC是氮循环微生物基因丰度空间分布的最主要驱动因子。本研究发现除了土壤因子外,地理距离对农田土壤氮循环关键过程微生物分布也产生重要影响,为认识土壤微生物参与的农田生态系统的生物地球化学循环过程提供理论基础。

    • >综述与评论
    • 土壤生态系统多功能性研究进展

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202109290532

      摘要 (37) HTML (0) PDF 1.24 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:健康土壤培育是耕地产能提升的先决条件,也是应对粮食安全和环境保护挑战,保障土壤可持续利用,实现农业绿色发展和构建生命共同体的基础。健康土壤培育的核心是实现土壤生态系统多功能性。在生态文明建设的新时代,土壤生态系统多功能性评价、培育过程及机制研究已成为全球土壤健康行动的焦点和前沿。本文系统梳理了土壤功能、土壤生态系统服务与土壤生态系统多功能性的概念,讨论了土壤生物多样性对多功能性的影响、土壤功能间的协同与权衡关系,总结了土壤功能评价及量化的方法,并提出了突破单一追求粮食高产目标,发展基于多功能性综合调控的农田健康土壤培育新思路。提出在不同层级上提高土壤多功能性的途径:在全国尺度调整土地利用方式及农业结构、区域尺度协调资源配置、景观尺度构建农业设施建设与景观格局、田块尺度优化田间土壤管理技术,全面提升土壤健康和多功能性。未来需要通过多学科交叉深入探索不同时空尺度的土壤多功能性形成与维持机理,与现代科技相结合,完善土壤功能管理相关政策与落地方案,强化土壤多功能性在可持续环境政策与管理中的多维作用,为山水林田湖草生命共同体协调发展和“碳达峰、碳中和”国家战略的实施提供重要支撑。

    • >研究论文
    • 天然橡胶与生化抑制剂联合包膜控释尿素对土壤供氮及冬小麦生长的影响

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202012010592

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.48 M (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过控制氮素的溶解与转化速率使其与小麦的需求相匹配,可提高施肥效益,实现小麦高产稳产和减轻环境污染。以天然橡胶为包膜材料与生化抑制剂涂层尿素联合包膜,制备了天然橡胶包膜尿素(CRU1)、正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU2)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP )涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU3)、NBPT+DMPP组合涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU4)四种新型控释尿素。采用扫描电镜、25℃静水释放和土壤培养试验探讨了自制双控释尿素的微观结构、控释性能及NBPT和DMPP控制氮素转化效果,并通过田间试验,验证了四种控释尿素对土壤供氮能力及冬小麦生长的影响。结果表明,天然橡胶作为膜材料制备控释肥,成膜性好,剖面养分通道明显。25℃静水条件下,天然橡胶包膜控释肥控释期达60 d。与普通尿素(U)处理相比,各控释肥均能显著降低土壤氨气挥发速率,推后氨挥发峰值天数。与U相比,CRU1、CRU2、CRU3、CRU4在减氮10%条件下依然能显著提高土壤持续供氮能力,提高小麦产量。CRU4在降低冬小麦生育期内土壤脲酶活性、抑制土壤NH4+-N向NO3--N的转化及减少土壤氨挥发等方面较单独添加NBPT和DMPP更优。与U相比,CRU1、CRU2、CRU3、CRU4冬小麦分别增产16.96%、21.46%、17.37%和25.90%。CRU4土壤氮素持续供应能力最强,冬小麦增产幅度最大,这表明将天然橡胶与抑制剂涂层尿素联合包膜制备的双控释尿素既能“控溶”又能“控转”,在氮素减施10%条件下,能够实现小麦高产、稳产。

    • >研究简报
    • 基于磁性纳米颗粒分选的土壤活性纤维素降解微生物富集研究

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011270598

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1.49 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:磁性纳米粒子介导分离(magnetic nanoparticle-mediated isolation, MMI)技术是从复杂微生物群落中鉴定分离具有特定代谢功能活性物种的有力工具。针对我国江西鹰潭水稻土三种不同施肥模式(不施肥CK、化肥NPK和有机肥OM),利用MMI技术定向富集活性纤维素降解细菌。结果表明,与不施肥相比,施肥可提高微生物数量和活性,增加拟杆菌门与厚壁菌门(特别是紫单胞菌科与类芽孢杆菌科)等活性纤维素降解细菌的占比,同时降低活性微生物种间依赖性,进而加速羧甲基纤维素钠的降解;此外,有机肥还增加了微生物生态网络中的潜在生态功能模块数量,因而效果好于化肥。以上结论与基于DNA稳定性同位素核酸探针(DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP )技术的结论一致,进而证明了MMI技术用于鉴定分离活性纤维素降解菌的可行性,同时本结果也为农田秸秆的资源化管理提供理论依据和实际指导。

    • >研究论文
    • 多场次降雨条件下不同土岩镶嵌坡面土壤侵蚀特征

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011020606

      摘要 (20) HTML (0) PDF 432.26 K (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究多场次降雨条件下喀斯特区不同土岩镶嵌坡面土壤侵蚀特征,采用人工模拟降雨方法,研究了四场次(每场间隔24 h)降雨条件下,三类土岩镶嵌坡面(岩石嵌入土层,未露出地表(全埋);岩石嵌入土层,露出地表(半埋)和岩石未嵌入土层,覆盖在地表(覆盖))的土壤侵蚀特征。试验坡度为25°,降雨强度为50 mm·h-1,降雨历时为90 min。结果表明:(1)随降雨场次增加,全埋、半埋和覆盖地表径流量增大,而壤中流量和地下径流量则呈先增大后减小的特征。在前两场降雨中,三类土岩镶嵌坡面的地表径流量无明显规律,但后两场降雨中地表径流量呈现为半埋>全埋>覆盖;(2)随降雨场次增加,全埋、半埋和覆盖地表产沙量增大。除第一场降雨外,后三场降雨中半埋产沙量是全埋和覆盖的1.04倍~4.82倍;(3)在多场次降雨条件下,受前期降雨影响土壤含水量增大,后续降雨中地表径流和壤中流产流时间提前5~16 min。总之,在多场次降雨条件下,岩石嵌入土壤可以增加地表产流产沙。研究结果为进一步认识喀斯特石漠化坡地水土流失过程对气候变化的响应提供了科学依据。

    • 毛乌素沙地东南缘人工林樟子松根系吸水来源与影响因素

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202011060608

      摘要 (93) HTML (0) PDF 1.78 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:水资源短缺是我国西北旱区沙漠化防治和植被恢复重建的主要限制因子。揭示典型治沙植物根系吸水来源及其主控因子可为该地区科学治沙和水资源高效利用提供依据。本研究选取毛乌素沙地东南缘圪丑沟小流域樟子松人工林(18 – 20 年)为研究对象,通过定期采集和测定植物木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δ2H和δ18O),结合多元线性混合模型研究樟子松根系吸水来源、动态变化特征及其影响因素。结果表明:监测期间(6—11月)樟子松木质部水、降水、土壤水和地下水的δ2H值变化范围分别为?69.95‰~ ?49.25‰、?144.81‰ ~ ?6.60‰、?83.62‰ ~ ?48.57‰和?65.63‰ ~ ?53.65‰,δ18O值变化范围分别为?8.77‰ ~ ?8.21‰、?18.86‰~ ?2.07‰、?9.45‰ ~ ?6.54‰和?9.97‰ ~ ?8.26‰。雨季(7—9月)降雨量、土壤含水量和地下水位分别高于旱季(6月,10月和11月)24.8 ~ 90.10 mm,3.36 ~ 8.40%和5 ~ 15 cm。樟子松根系在6月主要利用深层土壤水(> 90 cm)(15.40%)和地下水(70.10%),7—9月逐渐转变为以吸收浅层土壤水(< 80 cm)为主(61.03%),10—11月随着降雨量减少,深层土壤水(> 70 cm)和地下水对樟子松根系吸水的贡献比雨季(7—9月)分别增加5.82% ~ 28.00%和20.64% ~ 23.30%。毛乌素沙地樟子松人工林根系吸水来源受土壤水分供耗和地下水位季节波动的共同影响。

    • 基于整合高通量绝对定量法的土壤微生物多样性分析

      2022, 59(5). DOI: 10.11766/trxb202010200588

      摘要 (119) HTML (0) PDF 1.92 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,常用的高通量测序技术只能得到微生物群落结构的物种种类和相对丰度,而整合高通量绝对定量法(iHAAQ)结合了高通量测序技术和qPCR技术,可以进一步计算得到微生物群落结构的绝对含量。相对丰度和绝对含量均是描述微生物群落结构的必备指标,其中相对丰度适合描述和评价微生物群落结构在单个样本内微生物之间的关系,而绝对含量更适于描述和评价微生物群落结构真实的数量变化以及在样本间微生物之间的关系。本研究基于发表的香蕉土传病害、再造沙地农业生态系统和微生物抑制剂作用3篇文献的高通量测序和qPCR数据,通过整合高通量绝对定量法获得3篇文献中古菌域、细菌域和真核生物域的真菌三类微生物群落结构的绝对含量数据,并进一步计算出这三类微生物整体(简称三域微生物)的绝对含量和相对丰度,从而对土壤微生物群落结构不同物种的相对丰度和绝对含量进行分析,旨在更加深入、准确地揭示土壤微生物群落及其生态功能。结果表明:(1)土壤中细菌的物种丰度和绝对含量高于古菌和真菌,在三域微生物中占据主导地位,缺乏绝对含量指标可能造成对微生物群落结构变化理解的偏差;(2)基于相对丰度和绝对含量数据分析,微生物群落结构α多样性指数结果相同,但β多样性指数结果不同;(3)在香蕉土传病害和再造沙地农业生态系统研究中,三域微生物的PCoA结果与细菌的结果较为相似,表明这两项研究中三域微生物群落结构主要受细菌的影响,但在微生物抑制剂的研究中未发现类似结果。整合高通量绝对定量法可以应用于所有同时进行高通量测序和qPCR测序的研究,在未来的土壤微生物群落结构研究中,采用高通量绝对定量法开展三域微生物群落的物种种类、相对丰度和绝对含量的整体评价,具有重要的生态学意义。

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