2022年第59卷第6期文章目次
> 新视角与前沿
2022, 59(6):1469-1478.
DOI: 10.11766/trxb202207030364
摘要:
长期保存的土壤样品是国家科技基础支撑条件的重要组成部分，对于土壤及环境长期变化研究和科学数据开放共享等具有重要价值。近年来，随着我国对农业和生态环境科技投入的不断增长，土壤调查强度逐步增大，土壤样品积累速度明显加快，因此，亟需相关的标准规范来指导土壤样品的长期保存。在国家标准《土壤质量土壤样品长期和短期保存指南》（GB/T32722-2016）的基础上，结合“十三五”期间CERN分布式土壤样品长期保存系统建设经验，本文对土壤样品保存管理策略、土壤样品保存条件要求和土壤样品信息管理系统进行了介绍，以期为我国土壤样品长期标准化保存，以及第三次全国土壤普查样品库建设提供参考。
长期保存的土壤样品是国家科技基础支撑条件的重要组成部分，对于土壤及环境长期变化研究和科学数据开放共享等具有重要价值。近年来，随着我国对农业和生态环境科技投入的不断增长，土壤调查强度逐步增大，土壤样品积累速度明显加快，因此，亟需相关的标准规范来指导土壤样品的长期保存。在国家标准《土壤质量土壤样品长期和短期保存指南》（GB/T32722-2016）的基础上，结合“十三五”期间CERN分布式土壤样品长期保存系统建设经验，本文对土壤样品保存管理策略、土壤样品保存条件要求和土壤样品信息管理系统进行了介绍，以期为我国土壤样品长期标准化保存，以及第三次全国土壤普查样品库建设提供参考。
> 综述与评论
2022, 59(6):1479-1491.
DOI: 10.11766/trxb202012270705
摘要:
近年来，关于微生物残体在土壤有机质积累和转化过程中的作用越来越受到研究者的关注。土壤有机质中微生物残体的数量和组成比例变化与土壤有机质的形成、容量大小及周转特征密切相关。对目前土壤微生物残体研究方面的相关进展进行了梳理和总结，在明确土壤微生物残体的来源及其重要性的基础上，介绍了土壤微生物残体定量和转化的表征方法，阐述了微生物残体在土壤有机质积累转化过程中的作用及其主要影响因素，探讨了微生物残体在土壤中的稳定机制，提出了微生物通过同化代谢作用驱动细胞残体积累进而促进土壤有机质积累和稳定过程中亟待探讨的科学问题。期望为进一步探究陆地生态系统土壤有机质周转与微生物过程的相互作用机理提供一定的思考。
近年来，关于微生物残体在土壤有机质积累和转化过程中的作用越来越受到研究者的关注。土壤有机质中微生物残体的数量和组成比例变化与土壤有机质的形成、容量大小及周转特征密切相关。对目前土壤微生物残体研究方面的相关进展进行了梳理和总结，在明确土壤微生物残体的来源及其重要性的基础上，介绍了土壤微生物残体定量和转化的表征方法，阐述了微生物残体在土壤有机质积累转化过程中的作用及其主要影响因素，探讨了微生物残体在土壤中的稳定机制，提出了微生物通过同化代谢作用驱动细胞残体积累进而促进土壤有机质积累和稳定过程中亟待探讨的科学问题。期望为进一步探究陆地生态系统土壤有机质周转与微生物过程的相互作用机理提供一定的思考。
2022, 59(6):1492-1503.
DOI: 10.11766/trxb202108260457
摘要:
随着农业经济发展，人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件，造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动，进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对Web of Science核心合集数据库中微生物入侵领域的主要研究热点及其变化趋势等进行计量分析。结果表明：微生物入侵相关研究文献数量逐年上升，受到的关注度越来越高；美国、中国、德国、印度、澳大利亚等国家在该领域发文量居前列，且具有较紧密的国际学术合作网络；高通量测序与宏基因组为核心的微生物测定分析技术的快速发展，使得微生物入侵成为研究热点，当前的研究文献集中于根际促生菌作用机制、根际微生物群与植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促进植物生长以及修复污染土壤等，但病原微生物入侵土壤可造成作物减产、质量下降，甚至可经食物链传播而威胁人类及其他动物的健康，因此微生物入侵的影响与入侵菌株性质紧密相关。未来研究趋势主要集中于入侵微生物与特异性土著微生物的相互作用关系、植物病原微生物的防控机制与技术应用等方面，以期为土壤健康与绿色农业生产提供理论依据。
随着农业经济发展，人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件，造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动，进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对Web of Science核心合集数据库中微生物入侵领域的主要研究热点及其变化趋势等进行计量分析。结果表明：微生物入侵相关研究文献数量逐年上升，受到的关注度越来越高；美国、中国、德国、印度、澳大利亚等国家在该领域发文量居前列，且具有较紧密的国际学术合作网络；高通量测序与宏基因组为核心的微生物测定分析技术的快速发展，使得微生物入侵成为研究热点，当前的研究文献集中于根际促生菌作用机制、根际微生物群与植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促进植物生长以及修复污染土壤等，但病原微生物入侵土壤可造成作物减产、质量下降，甚至可经食物链传播而威胁人类及其他动物的健康，因此微生物入侵的影响与入侵菌株性质紧密相关。未来研究趋势主要集中于入侵微生物与特异性土著微生物的相互作用关系、植物病原微生物的防控机制与技术应用等方面，以期为土壤健康与绿色农业生产提供理论依据。
> 研究论文
2022, 59(6):1504-1516.
DOI: 10.11766/trxb202101240043
摘要:
试验设置了对照处理（CK）、有机肥（OM）、聚丙烯酰胺+有机肥（PAM+OM）、秸秆覆盖+有机肥（SM+OM）、秸秆深埋+有机肥（BS+OM）和生物菌肥+有机肥（BM+OM）6个处理方式来探讨滨海盐碱地不同改良方式对土壤含盐量、pH、钠吸附比（SAR）和碱化度（ESP）的影响，进而识别影响土壤盐渍化程度的主要因子，并构建多元线性回归模型（Multi-linear Regression，MLR）、BP神经网络模型（BP Artificial Neural Network，BP-ANN）和随机森林模型（Random Forest，RF）对滨海重度盐碱地改良背景下的土壤盐渍化参数进行模拟预测。研究结果表明：各改良措施均能有效地降低表层土壤盐渍化水平，其中SM+OM处理对于土壤含盐量的抑制效果最好，而BM+OM处理则对于土壤碱分的抑制效果最好。改良过程中气象条件和土壤性质均对表层土壤盐渍化水平产生了显著影响。在模型预测中，随机森林模型对土壤含盐量、pH、SAR和ESP的综合预测精度明显优于BP神经网络模型和多元线性回归模型，体现在随机森林模型具有较高决定系数（Coefficient of determination，R2）和纳什系数（Nash-sutcliffe efficiency coefficient，NSE）和较低的均方根误差（Root mean square error，RMSE）。
试验设置了对照处理（CK）、有机肥（OM）、聚丙烯酰胺+有机肥（PAM+OM）、秸秆覆盖+有机肥（SM+OM）、秸秆深埋+有机肥（BS+OM）和生物菌肥+有机肥（BM+OM）6个处理方式来探讨滨海盐碱地不同改良方式对土壤含盐量、pH、钠吸附比（SAR）和碱化度（ESP）的影响，进而识别影响土壤盐渍化程度的主要因子，并构建多元线性回归模型（Multi-linear Regression，MLR）、BP神经网络模型（BP Artificial Neural Network，BP-ANN）和随机森林模型（Random Forest，RF）对滨海重度盐碱地改良背景下的土壤盐渍化参数进行模拟预测。研究结果表明：各改良措施均能有效地降低表层土壤盐渍化水平，其中SM+OM处理对于土壤含盐量的抑制效果最好，而BM+OM处理则对于土壤碱分的抑制效果最好。改良过程中气象条件和土壤性质均对表层土壤盐渍化水平产生了显著影响。在模型预测中，随机森林模型对土壤含盐量、pH、SAR和ESP的综合预测精度明显优于BP神经网络模型和多元线性回归模型，体现在随机森林模型具有较高决定系数（Coefficient of determination，R2）和纳什系数（Nash-sutcliffe efficiency coefficient，NSE）和较低的均方根误差（Root mean square error，RMSE）。
2022, 59(6):1517-1526.
DOI: 10.11766/trxb202012240707
摘要:
为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律，明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象，对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素，利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明，土壤抗剪强度由大到小依次为林地 > 柑橘地 > 灌木地 > 草地 > 侵蚀区，且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低，毛管孔隙度总体呈升高趋势，黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升，汇聚于坡下。随着恢复时间增加，土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下，随着恢复年限增加，表现为递增趋势，内摩擦角则表现为缓慢递减趋势，均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系，含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度，建立了预测方程（R2=0.80，RMSE=5.95），结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素，可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的参考。
为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律，明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象，对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素，利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明，土壤抗剪强度由大到小依次为林地 > 柑橘地 > 灌木地 > 草地 > 侵蚀区，且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低，毛管孔隙度总体呈升高趋势，黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升，汇聚于坡下。随着恢复时间增加，土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下，随着恢复年限增加，表现为递增趋势，内摩擦角则表现为缓慢递减趋势，均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系，含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度，建立了预测方程（R2=0.80，RMSE=5.95），结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素，可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的参考。
2022, 59(6):1527-1539.
DOI: 10.11766/trxb202012140689
摘要:
水土流失是限制山区坡耕地持续利用的主要问题。为探讨农作物根系固土机理，采用无侧限压缩试验测定了素土、玉米和大豆成熟期根土复合体的抗剪强度和应力应变特性，WinRHIZO（Pro.2019）根系分析系统测定了根系构型特征，分析了根土复合体力学特性与根系特征参数间的关系。结果表明：（1）玉米和大豆根系能显著增强土体抗剪强度（P < 0.01），其根土复合体强度相对素土分别提高了117.65%和71.91%；（2）两种农作物根土复合体黏聚力c与根长密度、根表面积密度、根体积密度、根重密度均呈极显著正相关（P < 0.01），其中D≤1mm细根对黏聚力增量Δc的贡献大于其他径级根系；（3）根系构型性状中，玉米根分支数高于大豆45.44%且各径级根系分布更均匀，其根土复合体随含根量的增加，在破坏时表现出弱应变硬化特征且裂缝拓展变缓，侧向变形减小。综上农作物根系均能增强土体抗剪强度，但根系结构类型不同则对土体力学特性的影响不同，细根和分支数较多的玉米根系更能有效增强土体强度和约束变形，因此须根系玉米对表层土体的固持能力优于直根系大豆。坡耕地利用中，可以通过合理布局须根系农作物来防治水土流失。
水土流失是限制山区坡耕地持续利用的主要问题。为探讨农作物根系固土机理，采用无侧限压缩试验测定了素土、玉米和大豆成熟期根土复合体的抗剪强度和应力应变特性，WinRHIZO（Pro.2019）根系分析系统测定了根系构型特征，分析了根土复合体力学特性与根系特征参数间的关系。结果表明：（1）玉米和大豆根系能显著增强土体抗剪强度（P < 0.01），其根土复合体强度相对素土分别提高了117.65%和71.91%；（2）两种农作物根土复合体黏聚力c与根长密度、根表面积密度、根体积密度、根重密度均呈极显著正相关（P < 0.01），其中D≤1mm细根对黏聚力增量Δc的贡献大于其他径级根系；（3）根系构型性状中，玉米根分支数高于大豆45.44%且各径级根系分布更均匀，其根土复合体随含根量的增加，在破坏时表现出弱应变硬化特征且裂缝拓展变缓，侧向变形减小。综上农作物根系均能增强土体抗剪强度，但根系结构类型不同则对土体力学特性的影响不同，细根和分支数较多的玉米根系更能有效增强土体强度和约束变形，因此须根系玉米对表层土体的固持能力优于直根系大豆。坡耕地利用中，可以通过合理布局须根系农作物来防治水土流失。
2022, 59(6):1540-1550.
DOI: 10.11766/trxb202104070019
摘要:
针对红壤旱坡地土壤侵蚀严重和渗漏淋溶强烈并存的现状，为探讨减量施氮对作物产量、氮素径流和渗漏损失特征及氮素表观平衡的影响，选择赣北红壤旱坡花生地开展田间随机区组试验，设置5个处理：100%施氮量（N100%，纯施氮180 kg·hm–2）、减1/6施氮量（N1/6）、减1/3施氮量（N1/3）、减1/2施氮量（N1/2）和不施氮（N0），每个处理重复3次。结果表明：（1）与N100%处理相比，N1/6和N1/2处理的花生产量和植株吸氮量略低，但差异不显著（P > 0.05）；与N100%处理相比，N1/6和N1/2处理在主茎长、株高、冠幅、饱果数和原始分枝数等农艺性状上无显著性差异（P > 0.05）。（2）与N100%处理相比，N1/6、N1/3、N1/2、N0处理显著（P < 0.05）降低了地表径流TN平均浓度，降幅分别为14.36%、26.35%、14.01%、21.34%；与N100%处理相比，N1/3、N1/2和N0处理降低了渗漏TN平均浓度，而N1/6处理提高了渗漏TN平均浓度。（3）有34.95~93.98 kg·hm–2氮素流出该花生种植体系，其中径流流失和渗漏淋失的氮量占38.31%~70.50%，高于气体等其他表观损失的氮量（29.50%~60.63%）。这表明径流流失和渗漏淋失是红壤旱坡花生地氮素损失的重要途径。在新开垦土地上不施氮处理降低了土壤无机氮量而减氮施肥处理增加了土壤无机氮量，增加幅度达18.66%~31.44%，减氮施肥可以提高土壤肥力。综合生产目标、环境影响及土壤肥力来看，红壤旱坡花生地推荐施氮水平为90 kg·hm–2。
针对红壤旱坡地土壤侵蚀严重和渗漏淋溶强烈并存的现状，为探讨减量施氮对作物产量、氮素径流和渗漏损失特征及氮素表观平衡的影响，选择赣北红壤旱坡花生地开展田间随机区组试验，设置5个处理：100%施氮量（N100%，纯施氮180 kg·hm–2）、减1/6施氮量（N1/6）、减1/3施氮量（N1/3）、减1/2施氮量（N1/2）和不施氮（N0），每个处理重复3次。结果表明：（1）与N100%处理相比，N1/6和N1/2处理的花生产量和植株吸氮量略低，但差异不显著（P > 0.05）；与N100%处理相比，N1/6和N1/2处理在主茎长、株高、冠幅、饱果数和原始分枝数等农艺性状上无显著性差异（P > 0.05）。（2）与N100%处理相比，N1/6、N1/3、N1/2、N0处理显著（P < 0.05）降低了地表径流TN平均浓度，降幅分别为14.36%、26.35%、14.01%、21.34%；与N100%处理相比，N1/3、N1/2和N0处理降低了渗漏TN平均浓度，而N1/6处理提高了渗漏TN平均浓度。（3）有34.95~93.98 kg·hm–2氮素流出该花生种植体系，其中径流流失和渗漏淋失的氮量占38.31%~70.50%，高于气体等其他表观损失的氮量（29.50%~60.63%）。这表明径流流失和渗漏淋失是红壤旱坡花生地氮素损失的重要途径。在新开垦土地上不施氮处理降低了土壤无机氮量而减氮施肥处理增加了土壤无机氮量，增加幅度达18.66%~31.44%，减氮施肥可以提高土壤肥力。综合生产目标、环境影响及土壤肥力来看，红壤旱坡花生地推荐施氮水平为90 kg·hm–2。
2022, 59(6):1551-1560.
DOI: 10.11766/trxb202104100187
摘要:
土壤有机碳（SOC）矿化一般通过培养松散土样来测定，但是松散土样与原状土的结构存在很大差异，二者之间SOC矿化的关系尚不明确；通过填装土柱可以获得接近田间状态的土壤样品，但填装的紧实程度会改变土壤孔隙结构，因此可能影响SOC矿化。本研究首先以施用不同量有机肥的红壤为研究对象，设置松散土样和填装土柱两个处理，采用室内培养法比较二者之间SOC矿化的差异；然后选择其中一种土壤填装土柱，设置BD1.1、BD1.3、BD1.5、BD1.7四个紧实程度处理，容重分别为1.1、1.3、1.5和1.7 g·cm–3，利用X射线显微CT（Computed Tomography，CT）成像技术分析土壤孔隙结构，分析紧实程度对土壤孔隙结构及SOC矿化的影响。结果表明，松散土样与填装土柱的SOC矿化量有显著差异，培养结束时（第57天），松散土样的有机碳累积矿化量约是填装土柱的4倍。紧实程度增加较大程度地降低了土壤的总孔隙度和大孔隙度，降低比例分别为12.9%~17.4%和18.7%~88.5%；并且使充气孔隙度从63.6%降至8.2%，而充水孔隙度从36.4%增至91.8%。填装土柱的SOC矿化量随紧实程度增加呈先增加后降低的趋势，培养结束时（第28天），BD1.5的SOC矿化量最高。回归分析的结果表明，SOC矿化量与总孔隙度、大孔隙度（> 16 μm）、充水孔隙度（Water-filled pore space，WFPS）或充气孔隙度（Air-filled pore space，AFPS）之间存在显著的非线性关系。当总孔隙度或大孔隙度低于46%或3.7%时，SOC矿化量随孔隙度增加而增加；反之，SOC矿化量随孔隙度增加而降低。SOC矿化量与WFPS或APFS之间的关系呈现出类似的规律，当WFPS为66%或AFPS为34%时，SOC矿化量最高。以上结果说明，通过培养松散土样测定SOC矿化将会高估田间SOC的矿化潜力；紧实程度的变化会改变土壤的孔隙结构进而影响填装土柱的SOC矿化；SOC矿化量与孔隙度之间存在显著的非线性关系。
土壤有机碳（SOC）矿化一般通过培养松散土样来测定，但是松散土样与原状土的结构存在很大差异，二者之间SOC矿化的关系尚不明确；通过填装土柱可以获得接近田间状态的土壤样品，但填装的紧实程度会改变土壤孔隙结构，因此可能影响SOC矿化。本研究首先以施用不同量有机肥的红壤为研究对象，设置松散土样和填装土柱两个处理，采用室内培养法比较二者之间SOC矿化的差异；然后选择其中一种土壤填装土柱，设置BD1.1、BD1.3、BD1.5、BD1.7四个紧实程度处理，容重分别为1.1、1.3、1.5和1.7 g·cm–3，利用X射线显微CT（Computed Tomography，CT）成像技术分析土壤孔隙结构，分析紧实程度对土壤孔隙结构及SOC矿化的影响。结果表明，松散土样与填装土柱的SOC矿化量有显著差异，培养结束时（第57天），松散土样的有机碳累积矿化量约是填装土柱的4倍。紧实程度增加较大程度地降低了土壤的总孔隙度和大孔隙度，降低比例分别为12.9%~17.4%和18.7%~88.5%；并且使充气孔隙度从63.6%降至8.2%，而充水孔隙度从36.4%增至91.8%。填装土柱的SOC矿化量随紧实程度增加呈先增加后降低的趋势，培养结束时（第28天），BD1.5的SOC矿化量最高。回归分析的结果表明，SOC矿化量与总孔隙度、大孔隙度（> 16 μm）、充水孔隙度（Water-filled pore space，WFPS）或充气孔隙度（Air-filled pore space，AFPS）之间存在显著的非线性关系。当总孔隙度或大孔隙度低于46%或3.7%时，SOC矿化量随孔隙度增加而增加；反之，SOC矿化量随孔隙度增加而降低。SOC矿化量与WFPS或APFS之间的关系呈现出类似的规律，当WFPS为66%或AFPS为34%时，SOC矿化量最高。以上结果说明，通过培养松散土样测定SOC矿化将会高估田间SOC的矿化潜力；紧实程度的变化会改变土壤的孔隙结构进而影响填装土柱的SOC矿化；SOC矿化量与孔隙度之间存在显著的非线性关系。
2022, 59(6):1561-1573.
DOI: 10.11766/trxb202102090088
摘要:
土壤环境承载力研究是“土十条”中加强土壤污染防治研究的重要内容，在场地土壤污染修复目标值确定方法中耦合土壤环境承载力的估算模型能够极大地提升修复目标值制定的科学性。以江苏省某市废弃化工场地为研究对象，针对场地土壤中的三种主要污染物汞、六氯苯和氯苯，通过场地土壤布点采样分析，进行了污染物浓度空间分布特征分析和健康风险评价，并基于土壤环境承载力计算公式进行了三类目标污染物的土壤环境承载力和修复目标值的估算。研究结果表明，目标场地土壤中汞和六氯苯浓度超过筛选值的样点占到总样点的50%以上，而氯苯浓度超过筛选值的样点占到了总样点的17%，其空间分布主要受生产过程中的污染源的分布及生产工艺影响；土壤汞和氯苯存在较为严重的非致癌风险，而六氯苯存在严重的致癌风险；以风险筛选值作为环境质量标准的一般情景下的三种污染物的土壤环境承载力均有样点出现了小于0，即超过承载力的现象；以风险管控值为环境质量标准的乐观情景下，该三种污染物的环境承载力均大于0，即该区域还具备继续吸纳污染物的能力；基于土壤环境承载力估算模型的修复目标值较对应的风险筛选值和管控值均高出1.8倍~1.9倍，这是由于在承载力估算模型中对风险产生过程以及土壤对污染物吸附固定过程进行了系数校正的原因。以上研究结果为污染物的土壤环境承载力研究的发展及应用提供了思路和技术方法。
土壤环境承载力研究是“土十条”中加强土壤污染防治研究的重要内容，在场地土壤污染修复目标值确定方法中耦合土壤环境承载力的估算模型能够极大地提升修复目标值制定的科学性。以江苏省某市废弃化工场地为研究对象，针对场地土壤中的三种主要污染物汞、六氯苯和氯苯，通过场地土壤布点采样分析，进行了污染物浓度空间分布特征分析和健康风险评价，并基于土壤环境承载力计算公式进行了三类目标污染物的土壤环境承载力和修复目标值的估算。研究结果表明，目标场地土壤中汞和六氯苯浓度超过筛选值的样点占到总样点的50%以上，而氯苯浓度超过筛选值的样点占到了总样点的17%，其空间分布主要受生产过程中的污染源的分布及生产工艺影响；土壤汞和氯苯存在较为严重的非致癌风险，而六氯苯存在严重的致癌风险；以风险筛选值作为环境质量标准的一般情景下的三种污染物的土壤环境承载力均有样点出现了小于0，即超过承载力的现象；以风险管控值为环境质量标准的乐观情景下，该三种污染物的环境承载力均大于0，即该区域还具备继续吸纳污染物的能力；基于土壤环境承载力估算模型的修复目标值较对应的风险筛选值和管控值均高出1.8倍~1.9倍，这是由于在承载力估算模型中对风险产生过程以及土壤对污染物吸附固定过程进行了系数校正的原因。以上研究结果为污染物的土壤环境承载力研究的发展及应用提供了思路和技术方法。
2022, 59(6):1574-1582.
DOI: 10.11766/trxb202102060081
摘要:
厌氧微生物降解是环境中多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）污染削减的重要途径。为系统、全面地了解PAHs厌氧微生物降解的研究现状，以Web of Science核心数据库为数据源，对该领域已发表文献进行文献计量分析，并以厌氧环境中不同还原条件对应的电子受体还原体系为切入点，分别论述反硝化体系、金属离子还原体系、硫酸盐还原体系和产甲烷体系中的PAHs厌氧微生物降解的研究进展，在此基础上重点对土壤中PAHs厌氧微生物降解研究的现存理论空白和未来发展趋势进行探讨。分析结果表明，PAHs厌氧微生物降解领域的研究整体较少，其中，绝大多数仅针对低环PAHs；不同还原条件中对产甲烷和金属离子还原体系的关注也较少；已有研究多侧重纯培养物或水体、沉积物等环境介质，较少基于土壤展开，且新兴技术在该领域尚未得到广泛应用。因此，目前针对土壤中PAHs厌氧微生物降解的认识尚存在诸多理论空白。土壤是环境中PAHs汇集和积累的重要场所，未来应当尝试将单体稳定同位素分析、稳定同位素核酸探针、组学等多种新兴技术与传统研究方法相结合，从多种角度深入探究土壤PAHs厌氧微生物降解的机制，并将已有的理论和经验在土壤中进行验证，以填补现存理论空白，推进厌氧土壤中PAHs污染微生物修复工作的开展。
厌氧微生物降解是环境中多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）污染削减的重要途径。为系统、全面地了解PAHs厌氧微生物降解的研究现状，以Web of Science核心数据库为数据源，对该领域已发表文献进行文献计量分析，并以厌氧环境中不同还原条件对应的电子受体还原体系为切入点，分别论述反硝化体系、金属离子还原体系、硫酸盐还原体系和产甲烷体系中的PAHs厌氧微生物降解的研究进展，在此基础上重点对土壤中PAHs厌氧微生物降解研究的现存理论空白和未来发展趋势进行探讨。分析结果表明，PAHs厌氧微生物降解领域的研究整体较少，其中，绝大多数仅针对低环PAHs；不同还原条件中对产甲烷和金属离子还原体系的关注也较少；已有研究多侧重纯培养物或水体、沉积物等环境介质，较少基于土壤展开，且新兴技术在该领域尚未得到广泛应用。因此，目前针对土壤中PAHs厌氧微生物降解的认识尚存在诸多理论空白。土壤是环境中PAHs汇集和积累的重要场所，未来应当尝试将单体稳定同位素分析、稳定同位素核酸探针、组学等多种新兴技术与传统研究方法相结合，从多种角度深入探究土壤PAHs厌氧微生物降解的机制，并将已有的理论和经验在土壤中进行验证，以填补现存理论空白，推进厌氧土壤中PAHs污染微生物修复工作的开展。
2022, 59(6):1583-1593.
DOI: 10.11766/trxb202101140027
摘要:
重金属元素镉砷由于毒性高、活性大及危害强等特点，其土壤界面化学过程是土壤科学研究中的热点问题。虽然已有大量报道涉及镉砷的界面化学过程研究，但很少排除pH这一重要因子对研究结果的干扰。因此，本研究通过序批式反应，在排除pH干扰的条件下，定量研究了砷及镉在不同矿物界面（包括氧化铝、二氧化钛和高岭石）单独存在以及共同存在条件下的相互作用过程。研究结果表明：不同矿物界面上砷和镉的吸附动力学符合准二级动力学模型，化学吸附为其控速步骤；镉及砷的吸附效率（吸附量/比表面积）在不同矿物界面上均呈现出二氧化钛界面远高于氧化铝界面，而氧化铝界面高于高岭石界面；随着镉/砷浓度比的递增，镉的关键界面作用过程调控机制由静电吸附控制为主逐步转变为静电吸附与形成界面-砷-镉三元络合物共同作用，继而转变为形成表面沉淀控制；而随着砷/镉浓度比的递增，砷的关键界面调控机制发生从吸附控制为主向沉淀控制为主的转变。该结果可为重金属元素在土壤矿物界面的微观化学作用过程及其调控措施研究提供借鉴。
重金属元素镉砷由于毒性高、活性大及危害强等特点，其土壤界面化学过程是土壤科学研究中的热点问题。虽然已有大量报道涉及镉砷的界面化学过程研究，但很少排除pH这一重要因子对研究结果的干扰。因此，本研究通过序批式反应，在排除pH干扰的条件下，定量研究了砷及镉在不同矿物界面（包括氧化铝、二氧化钛和高岭石）单独存在以及共同存在条件下的相互作用过程。研究结果表明：不同矿物界面上砷和镉的吸附动力学符合准二级动力学模型，化学吸附为其控速步骤；镉及砷的吸附效率（吸附量/比表面积）在不同矿物界面上均呈现出二氧化钛界面远高于氧化铝界面，而氧化铝界面高于高岭石界面；随着镉/砷浓度比的递增，镉的关键界面作用过程调控机制由静电吸附控制为主逐步转变为静电吸附与形成界面-砷-镉三元络合物共同作用，继而转变为形成表面沉淀控制；而随着砷/镉浓度比的递增，砷的关键界面调控机制发生从吸附控制为主向沉淀控制为主的转变。该结果可为重金属元素在土壤矿物界面的微观化学作用过程及其调控措施研究提供借鉴。
2022, 59(6):1594-1605.
DOI: 10.11766/trxb202103080130
摘要:
甲、乙、丙、丁酸在土壤圈广泛存在，通常含量较低，测定时易受基质中杂质干扰，难以准确定性定量。采用偶联酰胺化法将具有紫外高灵敏响应的吲哚基团引入其结构中，生成酰胺类衍生物，即可在液相色谱-二极管阵列/紫外检测器（HPLC-DAD/UV）下间接高灵敏度检测，达到准确测定的目的。衍生化操作步骤如下：先将适量样品和2-（N-吗啉代）乙磺酸（MES）水溶液加入反应小瓶中，使反应体系pH保持约5.5，再加入适量的1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺（EDC）水溶液，交联反应20 min后再加入适量的N-羟基丁二酰亚胺（NHS）水溶液，之后经偶联反应适当时间后再加入色胺的乙腈水溶液，酰胺化反应过夜，第二天用超纯水定容终止反应，待测。实验表明：在衍生化过程中，当保持MES：EDC：NHS：色胺：羧基≈10︰7︰3︰7︰1（摩尔比）的比例，加入NHS后偶联反应45 min时效果较佳。该方法中四种有机酸的检测限范围为0.008~0.046 mg·L–1，标准工作曲线的线性决定系数R2为0.991~0.998，平均回收率为85.9%~123%，方法精密度为1.69%~8.41%，可以满足有机分析要求。与液相色谱法直接测定小分子单羧酸相比，发现直接法测试结果与衍生-液相色谱法测试结果基本一致，但衍生法可以修正直接法中杂质干扰带来的阳性误差，同时提升低浓度单羧酸样品中有机酸的检出率，定性与定量结果更可靠。
甲、乙、丙、丁酸在土壤圈广泛存在，通常含量较低，测定时易受基质中杂质干扰，难以准确定性定量。采用偶联酰胺化法将具有紫外高灵敏响应的吲哚基团引入其结构中，生成酰胺类衍生物，即可在液相色谱-二极管阵列/紫外检测器（HPLC-DAD/UV）下间接高灵敏度检测，达到准确测定的目的。衍生化操作步骤如下：先将适量样品和2-（N-吗啉代）乙磺酸（MES）水溶液加入反应小瓶中，使反应体系pH保持约5.5，再加入适量的1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺（EDC）水溶液，交联反应20 min后再加入适量的N-羟基丁二酰亚胺（NHS）水溶液，之后经偶联反应适当时间后再加入色胺的乙腈水溶液，酰胺化反应过夜，第二天用超纯水定容终止反应，待测。实验表明：在衍生化过程中，当保持MES：EDC：NHS：色胺：羧基≈10︰7︰3︰7︰1（摩尔比）的比例，加入NHS后偶联反应45 min时效果较佳。该方法中四种有机酸的检测限范围为0.008~0.046 mg·L–1，标准工作曲线的线性决定系数R2为0.991~0.998，平均回收率为85.9%~123%，方法精密度为1.69%~8.41%，可以满足有机分析要求。与液相色谱法直接测定小分子单羧酸相比，发现直接法测试结果与衍生-液相色谱法测试结果基本一致，但衍生法可以修正直接法中杂质干扰带来的阳性误差，同时提升低浓度单羧酸样品中有机酸的检出率，定性与定量结果更可靠。
2022, 59(6):1606-1615.
DOI: 10.11766/trxb202012040672
摘要:
向含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥中添加山梨醇研制了新型生物有机肥，并通过黄瓜盆栽和拟南芥培养试验研究了该新型生物有机肥的促生效应与机理。结果表明，含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥对黄瓜具有显著促生效果，添加山梨醇有利于促进解淀粉芽孢杆菌SQR9在土壤中定殖，能进一步提高生物有机肥的促生效应。施用该新型生物有机肥能显著提高土壤中速效养分的含量以及黄瓜对养分的吸收。山梨醇能有效促进菌株SQR9分泌生长素（吲哚乙酸，IAA），进而促进野生型拟南芥根系的生长，而在使用IAA不敏感突变体时促生效果消失，说明山梨醇促进有益菌SQR9分泌IAA是该新型生物有机肥显著促进作物生长的机理之一。本研究提出了新型生物有机肥研发的新思路，为植物促生菌新应用模式的开发提供了理论依据。
向含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥中添加山梨醇研制了新型生物有机肥，并通过黄瓜盆栽和拟南芥培养试验研究了该新型生物有机肥的促生效应与机理。结果表明，含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥对黄瓜具有显著促生效果，添加山梨醇有利于促进解淀粉芽孢杆菌SQR9在土壤中定殖，能进一步提高生物有机肥的促生效应。施用该新型生物有机肥能显著提高土壤中速效养分的含量以及黄瓜对养分的吸收。山梨醇能有效促进菌株SQR9分泌生长素（吲哚乙酸，IAA），进而促进野生型拟南芥根系的生长，而在使用IAA不敏感突变体时促生效果消失，说明山梨醇促进有益菌SQR9分泌IAA是该新型生物有机肥显著促进作物生长的机理之一。本研究提出了新型生物有机肥研发的新思路，为植物促生菌新应用模式的开发提供了理论依据。
2022, 59(6):1616-1625.
DOI: 10.11766/trxb202012310721
摘要:
密闭室抽气法是稻田氨挥发的常用监测方法，但该方法在实施过程中仍存在一些问题，导致不同研究结果之间缺乏可比性，影响稻田氨排放的系统分析与评估。研究了换气频率、抽气时间段、是否串联洗气瓶、抽气室与洗气瓶规格等监测参数以及抽气与自然风对比对氨挥发量的影响。结果表明，氨挥发随换气频率的增加而增加，其增加速度分三个阶段，挥发量与换气次数的对数呈线性相关；尿素快速水解期与水解基本结束后的氨挥发日变化规律不同；直通型、球形多孔型洗气头分别较圆盘多孔型洗气头氨挥发量低25.6%和8.5%；抽气室内径越大，气相高度越低，氨挥发量越低；串联洗气瓶测定的氨挥发仅为单独洗气瓶的88.6%；抽气室内田面水蒸发量随抽气速率增加而增加，抽气与自然放置情况下氨挥发量相近时，后者田面水蒸发量大。建议密闭室抽气法监测稻田氨挥发采用直径15 cm的抽气室，配单独流量计，气相高度5~8 cm，抽气量15~20 L·min-1左右，无需串联洗气瓶，选择圆盘多孔型或直杆多孔型洗气瓶。
密闭室抽气法是稻田氨挥发的常用监测方法，但该方法在实施过程中仍存在一些问题，导致不同研究结果之间缺乏可比性，影响稻田氨排放的系统分析与评估。研究了换气频率、抽气时间段、是否串联洗气瓶、抽气室与洗气瓶规格等监测参数以及抽气与自然风对比对氨挥发量的影响。结果表明，氨挥发随换气频率的增加而增加，其增加速度分三个阶段，挥发量与换气次数的对数呈线性相关；尿素快速水解期与水解基本结束后的氨挥发日变化规律不同；直通型、球形多孔型洗气头分别较圆盘多孔型洗气头氨挥发量低25.6%和8.5%；抽气室内径越大，气相高度越低，氨挥发量越低；串联洗气瓶测定的氨挥发仅为单独洗气瓶的88.6%；抽气室内田面水蒸发量随抽气速率增加而增加，抽气与自然放置情况下氨挥发量相近时，后者田面水蒸发量大。建议密闭室抽气法监测稻田氨挥发采用直径15 cm的抽气室，配单独流量计，气相高度5~8 cm，抽气量15~20 L·min-1左右，无需串联洗气瓶，选择圆盘多孔型或直杆多孔型洗气瓶。
2022, 59(6):1626-1639.
DOI: 10.11766/trxb202203180119
摘要:
我国农田化肥氮用量高，造成较多肥料氮土壤残留，残留肥料氮既可被后季作物吸收利用，也可迁移进入环境。稻麦轮作是我国长江中下游农业区代表性种植制度，然而稻麦轮作农田土壤残留化肥氮的作物后效及去向目前尚不清楚。利用15N示踪长期试验，连续追踪了2004年小麦季施用30%的15N标记尿素后其土壤残留15N在之后17个稻麦轮作年的变化动态及被后季作物吸收利用特征。试验起始小麦季设100 kg·hm–2（N100）和250 kg·hm–2（N250）两个施氮量处理，后续作物均不再施用氮肥。结果发现，34.5%~37.9%施入氮被当季小麦吸收，随后各轮作年稻麦作物吸收残留氮量随年限增加呈指数下降；17年中有12.2%~15.8%残留氮被后季作物吸收，其中，水稻对残留氮吸收能力较强，为9.2%~11.8%，小麦为3.3%~4.0%；观测期内化肥氮累积利用率为50.1%~50.3%。氮肥施入小麦当季，0~20 cm土层残留为22.9%~33.5%，之后逐年减少；17年后降至7.8%~9.8%，但仍占0~100 cm土层氮残留量（9.9%~13.4%）的73.5%~78.5%。同位素质量平衡估算的观测期内氮肥累积总损失率为36.3%~39.9%，与基于当季小麦氮肥利用率和0~20 cm土壤残留率计算得出的当季化肥氮总损失率32.0%~39.2%接近。作物籽粒、秸秆及土壤15N丰度在观测期内均随时间呈指数递减；根据预测结果，不施氮下其降至15N自然丰度背景值仍需28~37年。上述结果表明，稻麦农田化肥氮损失主要发生在当季，土壤残留后效持续时间长，但再迁移进入环境数量低。协同化肥氮当季损失的高效阻控和土壤残留的有效调控应是稻麦农田氮肥优化管理的关键环节。
我国农田化肥氮用量高，造成较多肥料氮土壤残留，残留肥料氮既可被后季作物吸收利用，也可迁移进入环境。稻麦轮作是我国长江中下游农业区代表性种植制度，然而稻麦轮作农田土壤残留化肥氮的作物后效及去向目前尚不清楚。利用15N示踪长期试验，连续追踪了2004年小麦季施用30%的15N标记尿素后其土壤残留15N在之后17个稻麦轮作年的变化动态及被后季作物吸收利用特征。试验起始小麦季设100 kg·hm–2（N100）和250 kg·hm–2（N250）两个施氮量处理，后续作物均不再施用氮肥。结果发现，34.5%~37.9%施入氮被当季小麦吸收，随后各轮作年稻麦作物吸收残留氮量随年限增加呈指数下降；17年中有12.2%~15.8%残留氮被后季作物吸收，其中，水稻对残留氮吸收能力较强，为9.2%~11.8%，小麦为3.3%~4.0%；观测期内化肥氮累积利用率为50.1%~50.3%。氮肥施入小麦当季，0~20 cm土层残留为22.9%~33.5%，之后逐年减少；17年后降至7.8%~9.8%，但仍占0~100 cm土层氮残留量（9.9%~13.4%）的73.5%~78.5%。同位素质量平衡估算的观测期内氮肥累积总损失率为36.3%~39.9%，与基于当季小麦氮肥利用率和0~20 cm土壤残留率计算得出的当季化肥氮总损失率32.0%~39.2%接近。作物籽粒、秸秆及土壤15N丰度在观测期内均随时间呈指数递减；根据预测结果，不施氮下其降至15N自然丰度背景值仍需28~37年。上述结果表明，稻麦农田化肥氮损失主要发生在当季，土壤残留后效持续时间长，但再迁移进入环境数量低。协同化肥氮当季损失的高效阻控和土壤残留的有效调控应是稻麦农田氮肥优化管理的关键环节。
2022, 59(6):1640-1649.
DOI: 10.11766/trxb202012160696
摘要:
水体磷污染及其产生的富营养化等生态效应已成为流域性突出问题，其主要来源之一为农田磷流失。磷流失主要受土壤磷形态及有效性等因素影响，而土壤磷库又具有很强的空间分异特征。因此，聚焦水体富营养化较为突出的太湖流域，选取典型水旱轮作农田土壤为研究对象，基于系统随机布点法采集农田土壤样本319份，植株样本83株，分析土壤磷库演变规律并预测其环境风险。研究结果表明：与全国第二次土壤普查及2009年前期调查结果相比，该区域土壤全磷与有效磷（Olsen-P）含量均显著提高。根据水稻土Olsen-P的临界意义，该区域93.1%的农田土壤有效磷含量超过10 mg·kg–1，土壤基本不缺磷；有效磷高于20 mg·kg–1占总土壤样本的65.2%，说明大部分农田土壤磷库处于盈余状态。进一步基于磷素生物有效性的分级方法（biologically based P，BBP）对土壤磷的生物有效性进行分析，发现氯化钙磷（CaCl2-P）、柠檬酸磷（Citrate-P）、酶提取磷（Enzyme-P）以及盐酸磷（HCl-P）与Olsen-P均呈极显著正相关（P < 0.001），说明四种形态磷素均为土壤有效磷源。土壤全磷和有效磷含量呈极显著正相关关系（P < 0.001），土壤有效磷与植株地上部分（籽粒+秸秆）以及地下部分（根）全磷含量呈显著正相关关系（P < 0.01）。同时基于CaCl2-P与Olsen-P的相关性分析，认为该区域能造成环境风险的土壤有效磷阈值为30 mg·kg–1，超过环境阈值，环境污染风险会大大增加。因此，针对该区域土壤磷库较强的空间差异性，建议在区域养分管理以及环境保护过程中重点关注土壤磷的高效利用。
水体磷污染及其产生的富营养化等生态效应已成为流域性突出问题，其主要来源之一为农田磷流失。磷流失主要受土壤磷形态及有效性等因素影响，而土壤磷库又具有很强的空间分异特征。因此，聚焦水体富营养化较为突出的太湖流域，选取典型水旱轮作农田土壤为研究对象，基于系统随机布点法采集农田土壤样本319份，植株样本83株，分析土壤磷库演变规律并预测其环境风险。研究结果表明：与全国第二次土壤普查及2009年前期调查结果相比，该区域土壤全磷与有效磷（Olsen-P）含量均显著提高。根据水稻土Olsen-P的临界意义，该区域93.1%的农田土壤有效磷含量超过10 mg·kg–1，土壤基本不缺磷；有效磷高于20 mg·kg–1占总土壤样本的65.2%，说明大部分农田土壤磷库处于盈余状态。进一步基于磷素生物有效性的分级方法（biologically based P，BBP）对土壤磷的生物有效性进行分析，发现氯化钙磷（CaCl2-P）、柠檬酸磷（Citrate-P）、酶提取磷（Enzyme-P）以及盐酸磷（HCl-P）与Olsen-P均呈极显著正相关（P < 0.001），说明四种形态磷素均为土壤有效磷源。土壤全磷和有效磷含量呈极显著正相关关系（P < 0.001），土壤有效磷与植株地上部分（籽粒+秸秆）以及地下部分（根）全磷含量呈显著正相关关系（P < 0.01）。同时基于CaCl2-P与Olsen-P的相关性分析，认为该区域能造成环境风险的土壤有效磷阈值为30 mg·kg–1，超过环境阈值，环境污染风险会大大增加。因此，针对该区域土壤磷库较强的空间差异性，建议在区域养分管理以及环境保护过程中重点关注土壤磷的高效利用。
2022, 59(6):1650-1659.
DOI: 10.11766/trxb202104300231
摘要:
在集约化农田生态系统中，长期过量施用磷肥导致土壤中磷的累积，本文研究了集约化农田生态系统中长期、不同水平的磷肥供应驯化（training）微生物形成的遗留效应（legacy effect）。依托长期定位玉米试验地（始于2007），以长期不同供磷水平（来源于施用P2O5 0、75、300 kg·hm–2的处理，分别为P0、P75、P300）石灰性土壤中的微生物为研究对象，通过盆栽接种微生物，探究不同磷供应驯化下的土壤微生物，在2个基质供磷水平（不施磷No P和+P 30 mg·kg–1）下对玉米和三叶草植物生长、养分吸收、土壤酶活性及菌根特征的影响。结果表明，菌剂类型（灭菌处理，原位菌剂）显著影响玉米和三叶草地上部生物量和磷吸收量。在2个基质磷水平处理，相比于灭菌菌剂处理，接种原位菌剂显著提高了三叶草地上部生物量和磷吸收量，但三种菌剂之间差异不显著。在No P条件下，相比于灭菌处理，接种原位菌剂对玉米地上部生物量无显著影响。在+P条件下，接种原位菌剂显著降低了玉米的生物量；在2个基质供磷水平下，玉米地上部生物量在P300处理中显著高于P0和P75。菌剂和基质供磷水平共同影响土壤酶活性。与P0和P75相比，P300菌剂显著降低了三叶草土壤中过氧化物酶活性，提高了No P条件下玉米土壤中过氧化物酶和几丁质酶的活性。在No P条件下，接种P75显著提高了玉米土壤中酸性和碱性磷酸酶的活性。2种作物的菌根特征不同，接种位P300三叶草根系丛枝菌根真菌的侵染率显著低于P0和P75，而玉米根系的侵染率在三种菌剂之间差异不显著。综上，基质供磷水平以及植物种类共同影响累积磷驯化土壤微生物的效应，说明磷肥管理需要考虑植物-微生物的特性。
在集约化农田生态系统中，长期过量施用磷肥导致土壤中磷的累积，本文研究了集约化农田生态系统中长期、不同水平的磷肥供应驯化（training）微生物形成的遗留效应（legacy effect）。依托长期定位玉米试验地（始于2007），以长期不同供磷水平（来源于施用P2O5 0、75、300 kg·hm–2的处理，分别为P0、P75、P300）石灰性土壤中的微生物为研究对象，通过盆栽接种微生物，探究不同磷供应驯化下的土壤微生物，在2个基质供磷水平（不施磷No P和+P 30 mg·kg–1）下对玉米和三叶草植物生长、养分吸收、土壤酶活性及菌根特征的影响。结果表明，菌剂类型（灭菌处理，原位菌剂）显著影响玉米和三叶草地上部生物量和磷吸收量。在2个基质磷水平处理，相比于灭菌菌剂处理，接种原位菌剂显著提高了三叶草地上部生物量和磷吸收量，但三种菌剂之间差异不显著。在No P条件下，相比于灭菌处理，接种原位菌剂对玉米地上部生物量无显著影响。在+P条件下，接种原位菌剂显著降低了玉米的生物量；在2个基质供磷水平下，玉米地上部生物量在P300处理中显著高于P0和P75。菌剂和基质供磷水平共同影响土壤酶活性。与P0和P75相比，P300菌剂显著降低了三叶草土壤中过氧化物酶活性，提高了No P条件下玉米土壤中过氧化物酶和几丁质酶的活性。在No P条件下，接种P75显著提高了玉米土壤中酸性和碱性磷酸酶的活性。2种作物的菌根特征不同，接种位P300三叶草根系丛枝菌根真菌的侵染率显著低于P0和P75，而玉米根系的侵染率在三种菌剂之间差异不显著。综上，基质供磷水平以及植物种类共同影响累积磷驯化土壤微生物的效应，说明磷肥管理需要考虑植物-微生物的特性。
2022, 59(6):1660-1669.
DOI: 10.11766/trxb202102050077
摘要:
超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联，然而超高温产生的原因却仍然未知。本文利用PICRUSt（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states）预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化，重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现，超高温堆肥可达到超过80℃的超高温阶段并持续5天以上，该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度，有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加（P < 0.05），并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关（P < 0.05）。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现，两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著（对于超高温堆肥，校正R2=0.96；对于普通堆肥，校正R2=0.97）。该模型表明，K03943（NADH脱氢酶黄蛋白2）、K15862（细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II）和K05580（NADH醌氧化还原酶亚基I）的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下，普通堆肥温度最高不超过70℃，且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度显著负相关（P < 0.05）。以上结果表明，超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度，使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物，从而提高ATP合成速率，进而产生更多热量。
超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联，然而超高温产生的原因却仍然未知。本文利用PICRUSt（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states）预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化，重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现，超高温堆肥可达到超过80℃的超高温阶段并持续5天以上，该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度，有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加（P < 0.05），并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关（P < 0.05）。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现，两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著（对于超高温堆肥，校正R2=0.96；对于普通堆肥，校正R2=0.97）。该模型表明，K03943（NADH脱氢酶黄蛋白2）、K15862（细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II）和K05580（NADH醌氧化还原酶亚基I）的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下，普通堆肥温度最高不超过70℃，且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度显著负相关（P < 0.05）。以上结果表明，超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度，使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物，从而提高ATP合成速率，进而产生更多热量。
2022, 59(6):1670-1682.
DOI: 10.11766/trxb202106250131
摘要:
研究稻麦轮作体系中施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响，可为调控土壤微生物区系以维持作物稳产高产提供理论依据和科学指导。采集长期稻麦轮作体系中不同施氮水平下作物关键生育时期的土壤样品，使用高通量测序技术分析施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响，研究施氮水平通过改变土壤微生物异步性对稻麦产量产生的影响。小麦季和水稻季的施氮水平梯度分别为：0、50、100、200、300 kg·hm–2和0、90、180、270、360 kg·hm–2；土壤样品采集时期分别为：小麦种植前、拔节期、孕穗期、扬花期、成熟期和水稻种植前、最大分蘖期、拔节孕穗期、扬花期、成熟期。结果表明，施氮水平对各生育时期的土壤微生物多样性和组成均产生显著影响。施氮水平可解释约12%的水稻季微生物丰富度变异（P < 0.05）。当小麦季和水稻季施氮水平分别为100和180 kg·hm–2时，土壤微生物群落在作物多个生长阶段均能维持相对较高水平的丰富度。施氮水平可解释9%~11%的小麦季/水稻季微生物群落组成变异（P < 0.05）。随着施氮水平的提高，小麦季土壤中Phenylobacterium、Sphingomonas、Cyanobacteria GpI、Desulfovirga、Lacibacter、Terrimonas属和水稻季土壤中Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Acidobacteria Gp7、Arenimonas、Niastella属的种群异步性显著上升。其中，Phenylobacterium、Desulfovirga属的种群异步性和Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Arenimonas属的种群异步性分别与小麦、水稻的产量存在显著正相关关系。稻麦轮作体系中，土壤微生物多样性受到施氮水平的持续性影响，并随生育期推移而发生变化。施氮水平能够直接影响微生物种群异步性，从而影响微生物功能的互补性，进而对稻麦系统的产量产生积极作用。
研究稻麦轮作体系中施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响，可为调控土壤微生物区系以维持作物稳产高产提供理论依据和科学指导。采集长期稻麦轮作体系中不同施氮水平下作物关键生育时期的土壤样品，使用高通量测序技术分析施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响，研究施氮水平通过改变土壤微生物异步性对稻麦产量产生的影响。小麦季和水稻季的施氮水平梯度分别为：0、50、100、200、300 kg·hm–2和0、90、180、270、360 kg·hm–2；土壤样品采集时期分别为：小麦种植前、拔节期、孕穗期、扬花期、成熟期和水稻种植前、最大分蘖期、拔节孕穗期、扬花期、成熟期。结果表明，施氮水平对各生育时期的土壤微生物多样性和组成均产生显著影响。施氮水平可解释约12%的水稻季微生物丰富度变异（P < 0.05）。当小麦季和水稻季施氮水平分别为100和180 kg·hm–2时，土壤微生物群落在作物多个生长阶段均能维持相对较高水平的丰富度。施氮水平可解释9%~11%的小麦季/水稻季微生物群落组成变异（P < 0.05）。随着施氮水平的提高，小麦季土壤中Phenylobacterium、Sphingomonas、Cyanobacteria GpI、Desulfovirga、Lacibacter、Terrimonas属和水稻季土壤中Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Acidobacteria Gp7、Arenimonas、Niastella属的种群异步性显著上升。其中，Phenylobacterium、Desulfovirga属的种群异步性和Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Arenimonas属的种群异步性分别与小麦、水稻的产量存在显著正相关关系。稻麦轮作体系中，土壤微生物多样性受到施氮水平的持续性影响，并随生育期推移而发生变化。施氮水平能够直接影响微生物种群异步性，从而影响微生物功能的互补性，进而对稻麦系统的产量产生积极作用。
2022, 59(6):1683-1694.
DOI: 10.11766/trxb202105270277
摘要:
乙酸是甲烷产生过程的重要底物，其在水稻土中的矿化和转化过程对水稻土碳循环和固碳减排具有重要意义。在长期淹水的水稻土中，铁作为重要的变价金属元素，对乙酸的矿化和转化可能具有重要影响。通过室内培养试验，向水稻土中添加13C-乙酸、水铁矿和针铁矿，动态监测厌氧培养（100 d）期间CO2和CH4排放规律和土壤环境因子的变化规律，同时分析乙酸的矿化和转化特征以及CO2和CH4的激发效应，并解析不同铁氧化物在其中的作用效应。结果表明，培养结束后，仅添加乙酸的处理中33%和36%的乙酸分别矿化为CH4和CO2，另外0.12%、2%和28%的乙酸分别形成了可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）和土壤有机碳（SOC）。乙酸添加引起了CO2负激发效应和CH4正激发效应。土壤产生CO2和CH4比例因乙酸的添加由3.46：1变为1.83：1。针铁矿的添加显著增加了乙酸来源的CO2累积排放量，但水铁矿对乙酸来源的CO2累积排放量却无显著影响。水铁矿和针铁矿均显著降低了SOC来源的CO2累积排放量，加剧了乙酸引起的CO2负激发效应。水铁矿和针铁矿均显著降低了乙酸来源的CH4累积排放量，对SOC来源的CH4累积排放量无显著影响。水铁矿和针铁矿显著增加了乙酸转化为MBC和SOC的比例。因此，乙酸在土壤中的矿化和转化行为会影响土壤原有有机碳产生CO2和CH4；水铁矿和针铁矿结晶程度不同，对乙酸的矿化、转化及其激发效应的影响也不同。研究结果可为稻田的固碳减排提供一定的理论依据和技术支撑。
乙酸是甲烷产生过程的重要底物，其在水稻土中的矿化和转化过程对水稻土碳循环和固碳减排具有重要意义。在长期淹水的水稻土中，铁作为重要的变价金属元素，对乙酸的矿化和转化可能具有重要影响。通过室内培养试验，向水稻土中添加13C-乙酸、水铁矿和针铁矿，动态监测厌氧培养（100 d）期间CO2和CH4排放规律和土壤环境因子的变化规律，同时分析乙酸的矿化和转化特征以及CO2和CH4的激发效应，并解析不同铁氧化物在其中的作用效应。结果表明，培养结束后，仅添加乙酸的处理中33%和36%的乙酸分别矿化为CH4和CO2，另外0.12%、2%和28%的乙酸分别形成了可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）和土壤有机碳（SOC）。乙酸添加引起了CO2负激发效应和CH4正激发效应。土壤产生CO2和CH4比例因乙酸的添加由3.46：1变为1.83：1。针铁矿的添加显著增加了乙酸来源的CO2累积排放量，但水铁矿对乙酸来源的CO2累积排放量却无显著影响。水铁矿和针铁矿均显著降低了SOC来源的CO2累积排放量，加剧了乙酸引起的CO2负激发效应。水铁矿和针铁矿均显著降低了乙酸来源的CH4累积排放量，对SOC来源的CH4累积排放量无显著影响。水铁矿和针铁矿显著增加了乙酸转化为MBC和SOC的比例。因此，乙酸在土壤中的矿化和转化行为会影响土壤原有有机碳产生CO2和CH4；水铁矿和针铁矿结晶程度不同，对乙酸的矿化、转化及其激发效应的影响也不同。研究结果可为稻田的固碳减排提供一定的理论依据和技术支撑。
2022, 59(6):1695-1703.
DOI: 10.11766/trxb202109010267
摘要:
研究稻田土壤厌氧氨氧化微生物活性、丰度和群落结构对不同耕作方式与秸秆还田的响应，可为稻田土壤氮素管理提供科学依据。设3个不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）+秸秆还田处理，以翻耕+秸秆不还田处理作为对照，采用15N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分析厌氧氨氧化菌潜在活性、功能基因hzsB拷贝数及群落组成。结果表明，秸秆还田显著改变了土壤理化性质，与不还田相比，土壤有机质、全氮、容重均呈明显增加趋势，尤其是免耕还田条件下差异显著。秸秆还田条件下，厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕高于旋耕高于翻耕（P < 0.05），对照与旋耕+秸秆还田处理无显著性差异。各处理之间厌氧氨氧化菌功能基因（hzsB）拷贝数无显著性差异。Illumina测序从属水平鉴定出Kuenenia和Scalindua两种已知的厌氧氨氧化菌及部分未鉴定属，且各处理间二者的相对丰度具呈负相关（P < 0.05）。相关性分析结果显示，厌氧氨氧化菌活性与土壤反硝化活性显著相关，与功能基因拷贝数及群落组成无显著相关性。试验表明，免耕条件下秸秆还田显著提升了土壤容重，降低了土壤氧化势，可能是其厌氧氨化活性强的重要原因。与无机氮含量和土壤全氮等理化性质相比，水稻土氧化还原状况可能更好解释水稻土厌氧氨氧化活性，长期秸秆还田和不同耕作方式改变了厌氧氨氧化菌活性和群落组成，但其数量未发生显著变化。水稻田秸秆还田加翻耕可在一定程度提高土壤透气性，降低厌氧氨氧化活性，而秸秆还田与免耕结合则可能降低土壤通透性并导致更多的土壤氮素损失。
研究稻田土壤厌氧氨氧化微生物活性、丰度和群落结构对不同耕作方式与秸秆还田的响应，可为稻田土壤氮素管理提供科学依据。设3个不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）+秸秆还田处理，以翻耕+秸秆不还田处理作为对照，采用15N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分析厌氧氨氧化菌潜在活性、功能基因hzsB拷贝数及群落组成。结果表明，秸秆还田显著改变了土壤理化性质，与不还田相比，土壤有机质、全氮、容重均呈明显增加趋势，尤其是免耕还田条件下差异显著。秸秆还田条件下，厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕高于旋耕高于翻耕（P < 0.05），对照与旋耕+秸秆还田处理无显著性差异。各处理之间厌氧氨氧化菌功能基因（hzsB）拷贝数无显著性差异。Illumina测序从属水平鉴定出Kuenenia和Scalindua两种已知的厌氧氨氧化菌及部分未鉴定属，且各处理间二者的相对丰度具呈负相关（P < 0.05）。相关性分析结果显示，厌氧氨氧化菌活性与土壤反硝化活性显著相关，与功能基因拷贝数及群落组成无显著相关性。试验表明，免耕条件下秸秆还田显著提升了土壤容重，降低了土壤氧化势，可能是其厌氧氨化活性强的重要原因。与无机氮含量和土壤全氮等理化性质相比，水稻土氧化还原状况可能更好解释水稻土厌氧氨氧化活性，长期秸秆还田和不同耕作方式改变了厌氧氨氧化菌活性和群落组成，但其数量未发生显著变化。水稻田秸秆还田加翻耕可在一定程度提高土壤透气性，降低厌氧氨氧化活性，而秸秆还田与免耕结合则可能降低土壤通透性并导致更多的土壤氮素损失。
2022, 59(6):1704-1717.
DOI: 10.11766/trxb202107190169
摘要:
杉木连作障碍现象普遍发生，同为人工林的毛竹则很少发生。作为土壤健康的重要指标，微生物对土壤肥力具有不可忽视的作用。采用高通量测序法对阔叶、毛竹和杉木三种林分的土壤细菌和真菌群落进行研究，结果表明，毛竹林土壤细菌和真菌Shannon多样性和Invsimpson均匀度指数均显著高于杉木林，甚至高于阔叶林；而优势物种多样性Berger-Parker指数则是杉木林显著高于毛竹林；毛竹林土壤Actinobacteria门细菌相对丰度高于阔叶林和杉木林、Basidiomycota门真菌相对丰度显著高于阔叶林和杉木林，杉木林土壤Chloroflexi门细菌相对丰度和Mortierellomycota门真菌相对丰度显著高于毛竹林和阔叶林。结合土壤理化性质分析表明，杉木林土壤养分贫瘠是形成其特殊微生物群落的原因之一，而毛竹林土壤丰富的养分和高pH有利于形成良好微生物群落结构。与杉木林相比，毛竹林土壤细菌和真菌特征以及土壤理化性质与阔叶林的相似度更高。
杉木连作障碍现象普遍发生，同为人工林的毛竹则很少发生。作为土壤健康的重要指标，微生物对土壤肥力具有不可忽视的作用。采用高通量测序法对阔叶、毛竹和杉木三种林分的土壤细菌和真菌群落进行研究，结果表明，毛竹林土壤细菌和真菌Shannon多样性和Invsimpson均匀度指数均显著高于杉木林，甚至高于阔叶林；而优势物种多样性Berger-Parker指数则是杉木林显著高于毛竹林；毛竹林土壤Actinobacteria门细菌相对丰度高于阔叶林和杉木林、Basidiomycota门真菌相对丰度显著高于阔叶林和杉木林，杉木林土壤Chloroflexi门细菌相对丰度和Mortierellomycota门真菌相对丰度显著高于毛竹林和阔叶林。结合土壤理化性质分析表明，杉木林土壤养分贫瘠是形成其特殊微生物群落的原因之一，而毛竹林土壤丰富的养分和高pH有利于形成良好微生物群落结构。与杉木林相比，毛竹林土壤细菌和真菌特征以及土壤理化性质与阔叶林的相似度更高。
2022, 59(6):1718-1728.
DOI: 10.11766/trxb202110120235
摘要:
荒漠土壤中微生物生存适应机制及其生态系统功能对揭示干旱区物质转化过程具有重要意义。沿河西走廊东南至西北自然降水递减梯度下设置16个样带，采用高通量测序技术探究土壤细菌和真菌群落多样性特征，揭示微生物多样性、优势菌群与土壤机械组成、养分关系。结果显示：河西走廊荒漠土壤细菌中厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势群落，部分样带厚壁菌门相对丰度最高达85%；真菌中子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势群落，其相对丰度均大于 > 5%。相关性分析显示：粗粉粒（0.05~0.02 mm）、细粉粒（0.25~0.10 mm）、黏粒（< 0.002 mm）、有效磷（AP）和解碱氮（AN）对细菌多样性影响极显著，细粉粒（0.25~0.10 mm）、黏粒（< 0.002 mm）、有效磷（AP）和解碱氮（AN）对真菌多样性影响极显著（P < 0.01）。冗余分析显示：细粉粒（0.25~0.10 mm）、有效磷（AP）和有机碳（SOC）对细菌群落影响显著，黏粒（< 0.002 mm）和有效磷（AP）对真菌群落影响显著（P < 0.05）。研究表明了河西走廊荒漠土壤微生物群落结构的组成、变化及影响因子，解释了土壤环境对微生物分布的影响及微生物对土壤生态系统系统发展的作用，为保护生物多样性及荒漠生态服务提供理论参考。
荒漠土壤中微生物生存适应机制及其生态系统功能对揭示干旱区物质转化过程具有重要意义。沿河西走廊东南至西北自然降水递减梯度下设置16个样带，采用高通量测序技术探究土壤细菌和真菌群落多样性特征，揭示微生物多样性、优势菌群与土壤机械组成、养分关系。结果显示：河西走廊荒漠土壤细菌中厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势群落，部分样带厚壁菌门相对丰度最高达85%；真菌中子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势群落，其相对丰度均大于 > 5%。相关性分析显示：粗粉粒（0.05~0.02 mm）、细粉粒（0.25~0.10 mm）、黏粒（< 0.002 mm）、有效磷（AP）和解碱氮（AN）对细菌多样性影响极显著，细粉粒（0.25~0.10 mm）、黏粒（< 0.002 mm）、有效磷（AP）和解碱氮（AN）对真菌多样性影响极显著（P < 0.01）。冗余分析显示：细粉粒（0.25~0.10 mm）、有效磷（AP）和有机碳（SOC）对细菌群落影响显著，黏粒（< 0.002 mm）和有效磷（AP）对真菌群落影响显著（P < 0.05）。研究表明了河西走廊荒漠土壤微生物群落结构的组成、变化及影响因子，解释了土壤环境对微生物分布的影响及微生物对土壤生态系统系统发展的作用，为保护生物多样性及荒漠生态服务提供理论参考。
> 问题讨论
2022, 59(6):1729-1746.
DOI: 10.11766/trxb202102180101
摘要:
公开出版的专业书籍中土壤可溶性盐及其组分计算公式存在诸多意料不到的错误，却没有引起大家的重视并提出修正措施，这些错误的存在可能会导致盐分含量计算结果的出错和对盐碱土分类分级的错误判定。选取出版日期介于2000—2020年包含土壤可溶性盐总量和阴阳离子（CO32–、HCO3–、SO42–、Cl–、K+、Na+、Ca2+、Mg2+）含量9个指标计算公式的12本专业书籍为研究对象，基于相关概念、理论基础、实验原理和实验方法进行公式推导。结果表明，9个指标共出错68次，其中HCO3–出错次数最高，为11处，占比16.2%；其次为Ca2+，10处，占比14.7%；最低的是可溶性盐总量和Cl–，4处，占比5.88%。根据9个指标的出错特征，将其归纳为系数2、换算系数、公式、指代意义和公式不规范5种错误。5种错误中，换算系数出错次数最高，出现31处，占比45.6%；其次为公式，出现13处，占比19.1%；最低的是系数2，出现4处，占比5.88%。通过对土壤可溶性盐及其组分计算公式出错种类的特点和原因解析，指出问题所在，并提出了纠正措施，以期为相关公式的修正提供借鉴。
公开出版的专业书籍中土壤可溶性盐及其组分计算公式存在诸多意料不到的错误，却没有引起大家的重视并提出修正措施，这些错误的存在可能会导致盐分含量计算结果的出错和对盐碱土分类分级的错误判定。选取出版日期介于2000—2020年包含土壤可溶性盐总量和阴阳离子（CO32–、HCO3–、SO42–、Cl–、K+、Na+、Ca2+、Mg2+）含量9个指标计算公式的12本专业书籍为研究对象，基于相关概念、理论基础、实验原理和实验方法进行公式推导。结果表明，9个指标共出错68次，其中HCO3–出错次数最高，为11处，占比16.2%；其次为Ca2+，10处，占比14.7%；最低的是可溶性盐总量和Cl–，4处，占比5.88%。根据9个指标的出错特征，将其归纳为系数2、换算系数、公式、指代意义和公式不规范5种错误。5种错误中，换算系数出错次数最高，出现31处，占比45.6%；其次为公式，出现13处，占比19.1%；最低的是系数2，出现4处，占比5.88%。通过对土壤可溶性盐及其组分计算公式出错种类的特点和原因解析，指出问题所在，并提出了纠正措施，以期为相关公式的修正提供借鉴。
