• 2023年第60卷第2期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 2022年度国家自然科学基金土壤学项目受理与资助分析

      2023, 60(2):305-316. DOI: 10.11766/trxb202211020599

      摘要 (659) HTML (939) PDF 3.73 M (1289) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文分析了2022年度国家自然科学基金土壤学的项目受理与资助情况,以环境地球科学学科土壤学有关的D0701环境土壤学、D0709基础土壤学、D0710土壤侵蚀与土壤肥力等三个二级申请代码为重点,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类别的项目的申请、受理、评议、资助立项、研究队伍、分类属性、关键词数据云等方面进行了统计与分析,旨在为今后的相关申请提供参考。

    • >综述与评论
    • 土壤中铁锰结核微结构与组分研究进展

      2023, 60(2):317-331. DOI: 10.11766/trxb202107130360

      摘要 (661) HTML (1673) PDF 8.72 M (1183) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁锰结核是土壤演化过程中形成的一种特殊新生体,其内部同心圆环带构造可用于反演古气候条件和成土环境,其组分可为微生物代谢提供营养元素和能量,进而影响土壤中养分和重金属的转化、固定与释放。本文综述了近几十年来国内外学者对土壤中铁锰结核研究所取得的进展,包括铁锰结核形成机制、演变过程与影响因素,不同地区铁锰结核微结构与组分差异,以及铁锰结核对养分转化与重金属吸附的影响。未来需进一步研究不同成土阶段铁锰结核形成速率与环境阈值,构建不同成土环境中铁锰结核演化模型,阐明铁锰结核对土壤中养分和重金属的固释机理,以期更好地理解地表关键带土壤发生过程与元素生物地球化学循环,为定量评价变化环境下土壤质量和功能提供依据。

    • 微生物介导的农业土壤氧化亚氮减排研究进展

      2023, 60(2):332-344. DOI: 10.11766/trxb202106170315

      摘要 (810) HTML (1611) PDF 927.19 K (1080) 评论 (0) 收藏

      摘要:氧化亚氮(N2O)是一种在大气存留时间长且破坏臭氧层的重要温室气体。农业土壤源N2O是其重要来源,具有产生路径广、影响因素多、调控复杂等特点。减少农业土壤N2O排放一直是研究的热点。含有N2O还原酶的N2O还原细菌能将N2O还原为氮气(N2),这是目前已知的微生物还原N2O唯一的汇。直接应用微生物减少农业土壤N2O排放是一种新兴的减排技术。本文详细阐述了农业土壤N2O的生物源与汇,重点论述了N2O减排微生物的筛选及应用策略。综述了微生物介导的农业土壤N2O减排的两种微生物生态学机制:一种是利用含有nosZ基因的N2O还原细菌直接减少N2O排放,另一种是利用能改变N2O还原细菌群落组成和丰度及其活性的植物根际促生菌间接减少N2O排放。最后,讨论了影响微生物介导的农业土壤N2O减排的环境因素及可能存在的问题,并对该技术在减少农业土壤N2O排放中的应用进行展望。本文可为我国实现农业碳中和的战略目标提供重要技术参考。

    • 人工腐殖化及产品在农业增产中的应用

      2023, 60(2):345-354. DOI: 10.11766/trxb202110080469

      摘要 (625) HTML (516) PDF 6.08 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:腐殖质(humic substance,HS)作为农业生产中土壤养分组成的重要指标,在维护土壤地力、碳储存、植物营养及生态环境稳定性等方面具有重大战略意义。然而,由于HS的天然提取源不足,导致HS市场供给需求逐年攀升。鉴于木质素与HS的结构相似,能否采用人工腐殖化方法,精准调控大分子木质素的氧化分解或其小分子衍生物的自由基耦合,生成可媲美甚至超越商业HS作用和功效的类HS产品?该创造性思路对实现我国农业连续增产增收具有极大的经济价值和应用前景。本文简述了天然HS的结构特征和多功能属性,探讨了人工腐殖化的最新理念、方式和机理,对比了人工腐殖化产物与天然HS的差异性,并总结了人工腐殖化产品在农业实践中的潜在应用和价值,旨在为研究者攻克木质素及其衍生物人工腐殖化的科技瓶颈提供理论支撑和技术指导。

    • >研究论文
    • 基于模糊数学(Fuzzy)法的中国水稻土肥力质量近30年的时空变化特征

      2023, 60(2):355-366. DOI: 10.11766/trxb202107050343

      摘要 (409) HTML (602) PDF 1.84 M (747) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于农业农村部在我国主要稻区的长期定位监测数据(1988—2017年),采用模糊数学(Fuzzy)法对水稻土肥力质量进行评价,并结合地统计学和机器学习,阐明我国水稻土肥力质量时空变化特征及其影响因素。近30 a来全国稻区土壤肥力质量呈显著上升趋势(P<0.05),从前期(1988—1999年)至中期(2000—2009年)和从中期至近期(2010—2017年),全国稻田土壤肥力指数(SFI)分别平均增加了6.9%和17.7%。各稻区SFI阶段性变化特征存在差异,西南和长江中游稻区呈前慢后快的显著上升趋势(P<0.05),华南和长江三角洲(长三角)稻区呈前快后稳的上升趋势,东北稻区呈前降后升的变化趋势。近期全国稻田SFI呈现北高南低、东高西低的分布特征,SFI超过全国平均值(0.61)的区域占50.2%。与中期相比较,近期全国稻区SFI总体呈上升趋势,SFI增加的区域占69.3%。各稻区在前期和中期(东北稻区的中期除外)均表现为土壤有机质和全氮影响SFI变化的相对重要性占比(19.4%~60.3%)远大于其他指标(0.1%~13.3%)。至近期,所有稻区各指标影响SFI变化的相对重要性占比差距缩小(7.4%~26.8%),土壤有效磷和速效钾及土壤pH(东北稻区pH除外)等指标的相对重要性增加,其中长江中游稻区土壤有效磷含量的相对重要性增至最大,但各稻区仍均以土壤全氮和有机质含量的相对重要性较大。综上,应综合考虑不同阶段和不同稻区土壤肥力质量时空差异特征及其关键肥力指标相对重要性的变化,针对性地优化施肥措施,防治水稻土酸化,以改善和提高水稻土肥力质量。

    • 武陵秦巴山区不同母质植烟土壤抗酸化性能研究

      2023, 60(2):367-377. DOI: 10.11766/trxb202107010339

      摘要 (255) HTML (374) PDF 764.35 K (653) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究武陵秦巴山区烟田土壤的抗酸化性能及其影响因素,分别采集区域典型母质发育黄棕壤和黄壤,比较不同母质发育土壤的酸缓冲容量差异,结合模拟酸化实验对不同土壤的潜在酸化风险进行了初步评估。结果表明,土壤初始pH和母质类型均显著影响土壤酸缓冲容量大小。除硅质岩发育黄棕壤外,酸性土壤的酸缓冲容量较相同母质发育的中性土壤低22%~81%。在中性土壤中,碳酸盐类母质发育黄棕壤和黄壤含有较多碳酸盐,酸缓冲容量分别较硅质岩类母质发育黄棕壤和黄壤高44%和16%。酸性黄棕壤和黄壤则呈相反趋势。模拟酸化结果表明,酸缓冲容量较高的土壤,在外源酸输入时,土壤pH下降较为缓慢,土壤溶液铝和交换性铝增幅相对较小,潜在酸化风险较低。12种供试土壤中,泥质岩发育的酸性黄棕壤酸缓冲容量最低,仅为11.79 mmol·pH-1·kg-1,对外源酸极度敏感,潜在酸化风险最高。在武陵秦巴山区不同母质发育土壤中,需重点关注泥质岩发育黄棕壤酸度的变化,并采取有效措施增强其抗酸化性能,降低土壤酸化风险。

    • 微咸水冰体融出水质及基于HYDRUS-1D的土壤淋洗特征研究

      2023, 60(2):378-389. DOI: 10.11766/trxb202105250272

      摘要 (243) HTML (607) PDF 2.38 M (733) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示微咸水结冰融水时咸淡分离状况及对盐渍土盐分的淋洗效应,通过室内融冰试验研究不同解冻温度(10℃、15℃)和矿化度处理(纯净水、0.5 g·L-1、2 g·L-1、4 g·L-1)冰体的融化速度及融出水质,并借助HYDRUS-1D模型,模拟分析了不同处理融出水与微咸水直接入渗对剖面土壤盐分的淋洗效果差异。结果表明:微咸水冰体咸淡分离效果明显,各处理下的微咸水冰体融出淡水体积占比均超75%,矿化度越小融出淡水体积越大;微咸水冰体先咸后淡融出水入渗对盐渍土中的盐分有较好的淋洗效果,优于相同矿化度的微咸水直接入渗处理;10 ℃处理微咸水冰融出水对盐渍土的淋洗效果要好于15℃处理。研究结果对于探索内陆干旱区地下微咸水资源利用及新的非生育期节水控盐模式具有一定的指导意义。

    • ERT与TDR联合反演层状土壤水分运动过程

      2023, 60(2):390-398. DOI: 10.11766/trxb202104280227

      摘要 (289) HTML (515) PDF 2.15 M (676) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水是地表水与地下水联系的纽带,是物质输送和运移的载体,在土壤-植物-大气(SPAC)系统中起着关键性的作用。土壤水分运动是一个非常复杂的过程,为充分了解水分在土壤中的运动过程,应用微扰动的高密度电阻率仪(ERT)监测了一层状结构的土壤剖面在注水入渗试验前、后不同时刻的电阻率的变化过程;同时,用时域反射仪(TDR)测量了点尺度上土壤体积含水量,建立了土壤电阻率和含水量的定量关系。结果表明,高密度电阻率法能够较为准确地监测土壤水分入渗深度和剖面含水量,土壤水分运动以向下的垂向运动为主并伴有微弱的水平流动;当土壤含水量低于0.15 cm3·cm-3时,随着含水量的增大,电阻率变化较大;当土壤含水量较高时,电阻率随含水量的变化不明显;根据建立的电阻率和含水量的定量关系公式,估算出在土壤界面处当上层土壤质量含水量达到0.136 g·g-1时水分开始向下层入渗,相关研究成果为定量分析土壤水在分层界面处的变化情况提供了一种新的方法。

    • 粉煤灰、砒砂岩对煤矿排土场土壤水分特性改良的研究

      2023, 60(2):399-408. DOI: 10.11766/trxb202104140197

      摘要 (248) HTML (506) PDF 808.01 K (629) 评论 (0) 收藏

      摘要:露天煤矿排土场土壤理化特性差直接影响复垦效果,改善土壤水分特性对排土场的复垦具有重要的理论与实践意义。本试验以内蒙古自治区的黑岱沟露天煤矿为对象进行土壤改良试验,将粉煤灰(F)、砒砂岩(S)作为添加物,对排土场土壤(L)进行3种组合处理(LF、LS、LFS)并设置不同的质量比例梯度,试验共设(L3F1、L4F1、L5F1、L1S1、L2S1、L3S1、L4S1、L5S1、L1F1S1、L2F1S1、L3F1S1、L4F1S1、L5F1S1)13种不同质量比的混合处理和(L、F、S)3种对照处理,采用离心机法测定各复配土壤在不同水吸力下的含水量,利用Gardner模型拟合并绘制其水分特征曲线,计算各复配土壤的比水容量、田间持水量、萎蔫系数、有效水含量。结果表明:(1)Gardner模型能够很好地拟合13种复配土壤的水分特征曲线,粉煤灰的添加使排土场土壤中的细土粒含量(黏粒、粉粒)增加了24.11%~37.19%,提高了土壤的持水性和供水性,添加砒砂岩能够改良土壤的持水性但不能改良供水性能。(2)排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1:1:1(L1F1S1)时持水性能最好,较排土场土壤提高了47.6%;排土场土壤、粉煤灰质量比为3:1(L3F1)时其供水性能最好,较排土场土壤提高了40.23%。(3)LF组合处理和LFS组合处理的田间持水量和有效水含量随着添加物比例的增加而提升,当排土场土壤、粉煤灰质量比为3:1(L3F1)时田间持水量最大为18.02%,排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1:1:1(L1F1S1)时有效水含量最大为13.1%。综上,粉煤灰、砒砂岩综合利用有利于煤矿排土场土壤水分特性的改良,且复配土壤的黏粒、粉粒含量在30%~35%范围时,土壤的持水供水能力较好,在本试验中三者按1:1:1的质量比例进行复配效果最佳。

    • 水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮分布的影响

      2023, 60(2):409-423. DOI: 10.11766/trxb202104150199

      摘要 (550) HTML (435) PDF 7.24 M (793) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取水耕年限分别为2年、19年和>100年稻田,通过野外样品采集与室内分析相结合的方法,对比了稻田田内和田埂土壤物理性质与水-氮分布差异,揭示了水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮流失过程的影响机制。结果表明,耕作活动影响了稻田-田埂过渡区土壤容重、孔隙、土壤水分特征曲线和饱和导水率(Ks)等物理性质。随着水耕年限的增加,田内耕作层与田埂表土层、田内犁底层与田埂硬质层的容重差异增大;耕作层的中小孔隙(直径<0.03 mm)含量增加,其他土层的总孔隙和大孔隙(直径>0.3 mm和>0.03 mm)含量降低;田内土壤的Ks下降速度较田埂更快。在测定的吸力范围内(0~100 kPa),2年和19年的耕作层与表土层持水能力相近,而100年耕作层持水能力高于表土层;2年和100年的硬质层与犁底层持水能力相近,而19年硬质层持水能力更强;19年和100年田埂底土层持水能力较田内强。随着水耕年限增加,耕作层与表土层Ks差异减小,硬质层与犁底层Ks差异增加,2年、19年和100年硬质层的Ks分别是对应犁底层的1.10倍、6.90倍和6.32倍,100年田埂底土层的Ks明显高于田内。土壤物理性质的变化影响稻田-田埂过渡区的水-氮分布特征,主要表现为2年稻田的水-氮含量明显低于19年和100年稻田,且19年和100年稻田的水-氮在耕作层聚集。当水耕年限较短时,水-氮同时通过田内和田埂区域快速流失;随着水耕年限的增加,水-氮更易通过田埂发生渗漏。老稻田新修田埂的硬质层土壤会发生退化,再次成为水-氮快速流失位点。因此,对于耕作年限长的稻田,其田埂区域的水-氮渗漏更应引起重视。

    • 不同磷水平塿土的表面性质及其对磷素流失特征的影响

      2023, 60(2):424-434. DOI: 10.11766/trxb202107070349

      摘要 (716) HTML (419) PDF 742.24 K (780) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确不同磷水平塿土的表面电化学性质特征,阐明电解质浓度调控下塿土表面性质的变化及其与土壤磷素流失特征的内在关联,利用物质表面性质联合测定分析技术,结合降雨模拟试验,研究了长期定位配施磷肥条件下不同磷水平塿土的表面电化学性质及其对土壤磷素流失特征的影响。结果表明:(1)长期施磷处理下的塿土全磷含量为不施磷处理的2.46倍,但其表面电位、表面电荷密度、表面电场强度、比表面积以及表面电荷数量均低于不施磷处理塿土;(2)不同磷水平塿土均表现出土壤颗粒及磷素流失量随着土粒表面电位(绝对值)升高而加剧的趋势,颗粒态磷的累积流失量与土壤颗粒累积流失量间呈线性正相关;(3)由于低磷水平塿土表面电位(绝对值)相对较高,所受土壤颗粒间静电排斥力更大,导致土壤团聚体稳定性较差,土壤颗粒及其附着磷素累积流失量更多;(4)本实验条件下土壤中磷素流失以颗粒态磷为主,占流失总量的81%~99%,溶解态磷占比十分有限。本研究阐明了长期定位施磷处理对土壤表面电化学性质的影响,明确了表面性质变化与土壤颗粒及磷素流失特征的关系,为长期施磷土壤的环境风险防控提供了新思路。

    • 苏南地区Cd低积累水稻品种筛选及土壤Cd安全阈值推导

      2023, 60(2):435-445. DOI: 10.11766/trxb202108140363

      摘要 (504) HTML (0) PDF 772.93 K (754) 评论 (0) 收藏

      摘要:解决农田土壤镉(Cd)污染及水稻Cd超标问题是国家和地方的重大需求。通过在苏南地区多年多点的田间小区试验和大田实地调查,对当地主栽水稻品种的Cd积累性差异进行比较,并推导出土壤Cd安全阈值。结果表明,大田调查与小区试验结果一致,18个主栽水稻品种糙米Cd生物富集系数存在差异,最高相差4.7倍,南粳46、南粳3908等品种的Cd积累性较低且稳定,建议推广应用。利用物种敏感性分布法,推导出苏南地区土壤pH 5.0~6.5、6.5~7.5、7.5~8.5下保护95%水稻品种糙米不超标的土壤全量Cd安全阈值分别为0.52、0.80、1.78 mg·kg-1,均高于现行的风险筛选值(GB 15618-2018)。研究结果对于苏南地区Cd污染稻田安全利用具有重要的应用价值。

    • 落干过程对土壤-水稻系统镉和砷形态及有效性的影响

      2023, 60(2):446-457. DOI: 10.11766/trxb202105190264

      摘要 (373) HTML (386) PDF 2.45 M (809) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过盆栽试验,在水稻分蘖盛期土壤水分落干过程的第0、3、5、7 天进行连续性取样,研究干湿交替的落干(“氧化”)过程中镉、砷在土壤-水稻系统中的迁移转化动态规律。结果表明:落干过程中水稻各部位镉含量随着落干天数的延长而增加,落干后第5 天水稻根内和茎叶镉含量较落干0 d处理分别提高了109%和183%(P<0.05);而水稻根内砷含量随着落干天数的延长先减少后增加,与落干0 d处理相比,落干后第3天减少了41.96 mg·kg-1P<0.05);茎叶砷含量则随着落干天数的延长而降低,落干后第5 天和第7天茎叶砷含量较落干0 d处理分别减少了12%和18%(P<0.05)。落干后第5 天处理根表铁膜镉、砷和铁含量分别较落干0d提高了97%、16%和16%(P<0.05)。随着土壤含水量的降低,土壤Eh逐渐升高、 pH逐渐降低、土壤可溶性有机碳增高和有效铁含量降低,促进了土壤中残渣态镉向酸提取态和可还原态镉转化,有效态镉(DTPA法)含量升高,土壤中砷向可氧化态转化,降低有效砷的含量。通过拟合分析可知,当土壤含水率为33.6%左右时,生物可利用的镉和砷含量可同步保持在相对较低水平。综上,对于镉砷复合污染土壤可采取适当的水分管理,通过调控土壤Eh、pH、DOC和有效铁,降低土壤镉砷生物有效性,促进根表铁膜对镉砷的吸附固定,进而减少水稻对镉砷的吸收累积,对重金属镉砷复合污染土壤的修复与治理具有重要意义。

    • 西南某矿区土壤重金属的人体生物有效性及健康风险评估

      2023, 60(2):458-468. DOI: 10.11766/trxb202107200287

      摘要 (719) HTML (0) PDF 959.60 K (954) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用生物可给性修正后土壤重金属经口摄入的人体健康风险值也可能被高估,而应用体内实际摄入剂量(生物有效性)作为健康风险评价指标将更为准确,但是基于生物有效性的矿区土壤重金属污染健康风险评估报道较少。以云南文山某矿区为研究对象,分析了5个土壤样点中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)和铜(Cu)的含量,通过体外消化法测定了4种重金属的生物可给性,并结合BALB/c白变种实验室小鼠实验分析了重金属Cd的相对生物有效性(RBA),基于此探讨该矿区土壤重金属Cd、Pb、Zn和Cu对人体产生的健康风险。结果表明,本研究区域土壤Cd污染较为严重,含量为2.06 mg·kg-1。四种重金属的生物可给性在胃相中的范围分别为24.29%~50.55%、7.68%~17.87%、24.61%~32.18%、7.75%~37.87%,在肠相中分别下降至22.78%~44.32%、1.64%~5.22%、14.10%~28.11%、8.51%~31.49%。动物实验测得的Cd在肝脏中RBA为1.31%~48.39%,肾脏中为2.83%~8.58%,肝和肾复合器官中为4.60%~50.95%,且肝和肾复合器官是测定Cd-RBA较为理想的靶器官。基于目标重金属总量、生物可给性和生物有效性对该场地土壤进行的健康风险评估发现,利用生物可给性和生物有效性数据的人体健康风险评估显著低于基于总量的健康风险评估。综上,基于土壤中重金属总量的健康风险可能存在高估现象,建立基于人体生物有效性的健康风险评估方法将更为准确。

    • 还原态蒙脱石结构Fe(II)催化水铁矿转化特性及影响因素

      2023, 60(2):469-478. DOI: 10.11766/trxb202111020410

      摘要 (558) HTML (0) PDF 2.07 M (769) 评论 (0) 收藏

      摘要:还原条件下土壤中Fe(II)催化水铁矿转化在调控营养元素和污染物的生物地球化学过程中具有重要作用。然而,作为土壤中Fe(II)存在的主要形态之一,蒙脱石结构中Fe(II)催化水铁矿转化的特性及其影响因素目前尚不清楚。以化学还原的蒙脱石为研究对象,探究还原态蒙脱石(rSWy-2)结构中Fe(II)催化水铁矿转化的特性及其影响因素。结果表明,贫铁的蒙脱石结构中Fe(II)可催化水铁矿向纤铁矿转化,反应96 h后水铁矿转化量达到83.3%。X射线衍射(XRD)、高分辨透射(HRTEM)、球差电镜(STEM)和表面吸附态Fe(II)含量分析表明,rSWy-2结构Fe(II)催化水铁矿转化主要经历矿物间固相吸附、电子传递和水铁矿转化三个阶段,形成的纤铁矿呈板状纳米片,尺寸大小为100~200 nm。溶液中Na+和Cl-离子对rSWy-2催化水铁矿转化影响较弱,而Ca2+、SO42-、有机质和As(III)均对水铁矿转化具有明显的抑制作用。

    • 广西富硒土壤中氧化铁对Se(Ⅳ)吸附解吸的影响机制

      2023, 60(2):479-490. DOI: 10.11766/trxb202110250434

      摘要 (715) HTML (432) PDF 2.28 M (724) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究游离氧化铁对富硒土壤吸附解吸Se(Ⅳ)的影响机理,以广西富硒赤红壤、红壤为研究对象,通过等温吸附解吸实验,比较去除游离氧化铁前后土壤对Se(Ⅳ)的吸附解吸特征,同时运用Zeta电位、扫描电镜-能谱分析和傅里叶红外光谱技术分析其机理。结果表明:Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地拟合供试土壤吸附Se(Ⅳ)过程,相关系数在0.920~0.995之间。供试土壤最大吸附量由高到低依次为:赤红壤(1 399 mg·kg-1)、红壤(1 336 mg·kg-1)、去氧化铁赤红壤(444 mg·kg-1)、去氧化铁红壤(352 mg·kg-1)。去除游离氧化铁后,红壤、赤红壤的Zeta电位分别由-24.42、-18.06 mV变为-33.06和-26.43 mV,且比表面积减小。红壤、赤红壤及其去氧化铁土对Se(Ⅳ)的解吸率在2%~7%之间,去氧化铁土的解吸率高于红壤、赤红壤。红外光谱分峰拟合分析可知,土壤主要通过-OH、Fe-O、C=O等含氧基团与硒发生反应,土壤去除氧化铁后,Fe-O在吸附中的作用减弱或消失。综上,游离氧化铁可通过自身理化特性及表面基团提高土壤对Se(Ⅳ)的吸附容量和强度,减少土壤对Se(Ⅳ)的释放。

    • 基于共现网络的关键微生物对秸秆还田土壤小麦产量的影响

      2023, 60(2):491-502. DOI: 10.11766/trxb202107200372

      摘要 (501) HTML (632) PDF 3.16 M (926) 评论 (0) 收藏

      摘要:秸秆施用对作物产量影响效应不一致的机理尚不清楚,可能与秸秆施用诱导的土壤关键微生物群落组成及其丰度变化对产量影响的机理挖掘不够深入有关。选择红壤和黄褐土进行小麦盆栽实验,设置不同秸秆施用水平(S0、S10、S30,分别为0、10、30 g·kg-1土),基于细菌-真菌共现网络评估微生物生态集群、酶活性、化学性质对秸秆施用下小麦产量的影响。结果表明,施用秸秆显著提升了两种土壤的速效养分、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量及土壤酶(淀粉酶、转化酶、多酚氧化酶、脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶)活性,但红壤上小麦产量随着秸秆施用量增加显著增加,而黄褐土上则随着秸秆施用量增加而显著降低。与S0相比,红壤中S10和S30处理的籽粒重和地上部生物量分别提升33%~44%和73%~85%,黄褐土中则分别降低22%~25%和55%。共现网络中两个关键生态集群的丰度、酶活性、土壤化学性质的共同正效应影响了红壤小麦产量变化,而关键生态集群丰度对黄褐土小麦产量变化有更大的正效应。秸秆施用显著增加了红壤中与小麦产量正相关的Aspergillus丰度,显著降低了黄褐土中与小麦产量正相关的BacillusBurkholderiaBasidiobolus丰度。综上,秸秆施用后红壤中关键有益微生物丰度增加、酶活性增强、化学性质改善叠加作用使小麦产量提升;而黄褐土上小麦产量降低主要与关键有益微生物丰度降低有关,其效应超过化学性质和酶活性的改善。以上结果暗示关键微生物丰度的改变对秸秆还田土壤上作物产量变异有重要影响。

    • 常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

      2023, 60(2):503-511. DOI: 10.11766/trxb202107050347

      摘要 (427) HTML (927) PDF 732.12 K (794) 评论 (0) 收藏

      摘要:甲烷的减排问题已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO2/H2还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚少见报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH3F,2%)抑制法,量化CO2/H2产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO2/CH4)),从而定量评估乙酸产甲烷途径的相对贡献率(ƒ乙酸)。结果表明:添加CH3F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22~12.71µg·g-1·d-1;产生CH4的δ13C值(δ13CH4)为-66.83‰~-59.62‰,较添加CH3F的δ13CH4显著偏正(-90.83‰~-82.26‰);α(CO2/CH4)在分蘖期最大,孕穗期最小,变化范围为1.064~1.076;ƒ乙酸由分蘖期的54%~61%急剧下降至孕穗期的30%~35%,在成熟期又上升至54%~61%。进一步分析发现:甲烷产生潜力的季节变化与土壤溶解性有机碳(DOC)含量的季节变化显著正相关,ƒ乙酸的季节变化与土壤乙酸含量的季节变化显著正相关。综上,常年淹水稻田的甲烷产生潜力和产生途径均存在明显的季节变化,且分别主要受土壤DOC和乙酸含量的影响。

    • 长期有机肥替代化肥对水稻土有机碳稳定性的影响

      2023, 60(2):512-522. DOI: 10.11766/trxb202105260276

      摘要 (462) HTML (761) PDF 572.90 K (803) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对不同有机肥替代化肥比例下红壤性水稻土有机碳稳定性不明确的科学问题,以第四纪红色黏土发育的水稻土的长期定位试验为研究对象,选取不施肥处理(CK)、化肥处理(100F0M)、化肥处理中30%、50%及70%的氮量被有机肥替代(70F30M、50F50M、30F70M)5个处理,明确长期不同有机肥替代化肥比例对水稻土活性/惰性碳组分含量及有机碳化学结构稳定性的影响。结果表明:不同有机肥替代化肥比例均提高了水稻土有机碳、活性碳、惰性碳的含量,活性碳含量表现为70F30M、30F70M >CK、50F50M,惰性碳含量表现为30F70M>70F30M、50F50M>100F0M>CK。随着有机肥替代比例的增加,惰性碳比例从69.67%逐渐增加至77.26%。不同有机肥替代比例下土壤有机碳的化学结构种类相同,相对含量百分比表现出相同的趋势:芳香碳(33.28%~37.79%)、烷基碳(27.81%~31.19%)最高,烷氧碳(16.19%~20.10%)、羰基碳(10.35%~12.07%)居中,羧基碳(2.52%~5.75%)最低。同时随着有机肥替代化肥比例的增加,芳香度从0.40增加至0.44,脂族碳/芳香碳和烷基碳/烷氧碳的比值均降低,有机碳的稳定性增强。pH(P<0.05)和阳离子交换量(CEC,P<0.01)是活性碳含量的主要影响因素,pH、CEC、碱解氮(AN)、碳投入(有机肥、水稻根系、水稻留茬)(P<0.01)是惰性碳含量的主要影响因素。因此,30F70M不仅提高了活性、惰性碳的含量,同时增加惰性碳的芳香度,更有利于提高土壤有机碳的稳定性。

    • 黄土高原撂荒草地土壤碳库对两年增温增雨的响应

      2023, 60(2):523-534. DOI: 10.11766/trxb202106120307

      摘要 (430) HTML (632) PDF 1.63 M (640) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐明暖湿的气候趋势下黄土高原土壤有机碳库不同活性组分和碳库稳定性的变化特征,对脆弱生态区碳库的可持续发展以及评估区域生态效益具有重要意义。以黄土丘陵区自然撂荒草地为研究对象,人工模拟增温和增雨,分析了在增温(W)、增雨(P50%)及其交互作用(WP50%)下植被群落变化特征、土壤有机碳库组分含量、碳库组分的分配比例以及碳库稳定性的变化特征。结果发现:(1)增雨显著增加了植被丰富度指数,而增温和增温增雨显著降低了植被丰富度指数。(2)增雨处理下土壤有机碳、酸解有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳含量及分配比例在两个取样年均显著高于对照;增温增雨处理则进一步增加了土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量以及分配比例。相关性分析表明,土壤有机碳与各个活性碳组分之间存在显著相关性。(3)增温增雨处理下土壤碳库活度、碳库活度指数以及碳库管理指数均高于其他处理。酸解有机碳和微生物生物量碳的敏感指数在气候变化处理下相对较高。综上所述,暖湿化的气候背景下黄土丘陵区撂荒草地土壤有机碳、有机碳活性组分含量和分配比例以及碳库稳定性显著提高,有助于碳库良性发展,酸解有机碳和微生物生物量碳可作为未来土壤有机碳变化的重要指示。

    • 反硝化细菌法测定土壤NO2--15N丰度的方法优化

      2023, 60(2):535-545. DOI: 10.11766/trxb202106070299

      摘要 (409) HTML (500) PDF 578.09 K (599) 评论 (0) 收藏

      摘要:NO2-是土壤中多个氮转化过程的关键中间产物,具有浓度低、转化快的特点。反硝化细菌法与质谱技术相结合,已广泛用于NO3-或NO2-15N同位素分析。本文旨在优化现有Stenotrophomonas nitritireducens反硝化细菌法的培养和反应条件,实现对土壤浸提液中NO2--15N丰度的专一、快速、准确测定。结果表明,使用种子液好氧摇培与单菌落微氧培养对NO2-样品的15N同位素测定无显著差异,种子液可保证不同批次菌体的稳定性,好氧培养可将培养时间从7~8 d缩短至12~15 h。高纯N2或He气吹扫0.5 h均能有效去除O2和空白杂质氮,但N2吹扫成本更低。转移N2O气体至干燥气瓶,不影响测定结果的准确性和精密度,还能延长样品保存时间,减少碱蒸汽腐蚀仪器管路。使用处于对数生长期的菌体,调节反应体系的菌体浓度OD600值为0.3~0.9,可保证其反硝化效率,减少不同批次菌体的差异。使用不超过1 mol·L-1的KCl浸提土壤,既可保证提取效率,也能减少对菌体活力的影响。优化后的方法不仅能准确测定不同类型土壤中NO2-15N丰度,对5~20 nmol自然丰度NO2-的δ15N值测量精度为0.1‰~0.9‰,且大部分<0.5‰,还大幅简化了步骤、缩短了实验周期、节约了成本。

    • 典型水稻土细菌亚类群——泛化种、特化种的群落构建及功能潜力

      2023, 60(2):546-557. DOI: 10.11766/trxb202105310284

      摘要 (758) HTML (870) PDF 2.04 M (829) 评论 (0) 收藏

      摘要:泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土细菌泛化种和特化种的群落结构、驱动机制及在氮循环中的功能,根据第二次土壤普查数据,从我国东部(江苏、安徽、上海)和西南部(贵州、云南)采集16个土壤表层样品(0~20 cm),进行理化性质测定和高通量测序,并对获得的数据进行相应的生态学分析。结果表明,在所有的OTUs中,3.28%被归为泛化种,9.07%被归为特化种。泛化种和特化种在门水平的分布模式不同,特化种在绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、厚壁菌门(Firmicutes)和浮霉菌门(Planctomycetes)中所占的比例高于泛化种。基于β多样性零模型的群落构建分析表明,泛化种与特化种均由确定性过程主导,与特化种相比,泛化种受随机性过程的影响更大。驱动泛化种和特化种群落结构变异的环境因子不同,pH、年均降雨量、黏粒含量、全氮是驱动泛化种群落结构变异的主导因素,而特化种群落结构变异由pH和黏粒含量主导。对泛化种和特化种的共现网络和鲁棒性分析发现,特化种网络联系更多、结构更复杂、鲁棒性更强。FAPROTAX功能预测发现,生物固氮功能主要存在于泛化种中。本研究在细菌亚群落层面研究典型水稻表层土细菌泛化种和特化种的群落结构、环境驱动因子、构建过程、共现网络特性和氮循环相关功能,为稻田细菌群落演变和调控提供了理论依据。

    • 香蕉根际土壤原生动物群落特征及与枯萎病病原菌的关系

      2023, 60(2):558-567. DOI: 10.11766/trxb202107140361

      摘要 (556) HTML (703) PDF 5.00 M (728) 评论 (0) 收藏

      摘要:香蕉枯萎病由病原真菌尖孢镰刀菌4号生理小种引起,其根际微生物组是抵御病原菌入侵的关键屏障。根际原生动物群落在根际微生物群落调控以及植物健康方面有不可忽视的作用。利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析连作蕉园中植株发病前后根际土壤原生动物群落特征变化以及其与病原菌的相互关系。结果表明:相较于可培养细菌与真菌,原生动物的数量对病原菌的种群数量变化的影响更大;根际原生动物的群落多样性与丰富度都随植株生长而降低,且在发病植株中更低;抽蕾前后的健康与发病植株中根际原生动物群落结构存在显著差异;总体而言,吞噬型原生动物的相对丰度显著高于其他功能类型的原生动物,且在健康与发病植株中差异显著;吞噬型原生动物中与病原菌具有显著相关性的多为丝足虫门;在抽蕾期的健康植株中,丝足虫门的高丰度属中Group-TeCercomonas属与病原菌呈显著负相关;在抽蕾期的患病植株中,相对丰度较高的植物致病型原生动物Pythium属与病原菌呈显著正相关。综上所述,根际土壤中原生动物对病原菌的影响较大,在植株生长过程中,原生动物的群落特征发生改变,且在发病与健康植株中存在差异。与病原菌具有显著负相关的吞噬型原生动物,尤其是丝足虫门的部分高丰度属,可能会在防控香蕉枯萎病上产生一定潜力。

    • 不同土地利用方式下土壤动物对凋落物的分解作用及影响因素

      2023, 60(2):568-576. DOI: 10.11766/trxb202110090441

      摘要 (497) HTML (0) PDF 847.04 K (835) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤动物通过掘穴、取食等活动对凋落物分解起着重要作用。除凋落物本身质量外,气候因子是影响土壤动物对凋落物分解的重要外界因素。然而,目前尚不清楚不同土地利用方式下土壤动物在凋落物分解中的贡献大小是否具有差异,以及气候因子对这一过程的调控作用是否相同。本文运用Meta分析方法,量化土壤动物群对凋落物分解率的影响大小,提取了中国地理范围内56篇文献的308条研究(检索论文发表时间截止2021年5月31日),研究气候因子调控不同土地利用方式下土壤动物对凋落物分解速率的影响。结果表明,土壤动物平均增加了8.10%凋落物的分解。在林地、草地和耕地等不同土地利用方式间,土壤动物对凋落物分解的促进作用均达显著水平(P < 0.01),其中在耕地的促进作用最强(12.36%)。土壤动物对凋落物分解的效应值与温度、降雨量、海拔、凋落物袋尺寸、试验时长等因素相关。在林地,土壤动物的效应值随低温月(1月)、高温月(7月)平均温度及年均温的增加显著增加(P < 0.01);在草地,土壤动物效应值与低温月、高温月平均温度及年均温的相关关系均不显著(P > 0.05),但却表现出随低温月、高温月平均温度及年均温的增加降低的趋势。土壤动物对凋落物分解的效应值与年降水量正相关,与海拔负相关。此外,随凋落物袋尺寸的增加和试验时长的增长,土壤动物对凋落物分解的效应值分别表现出增加和降低的趋势(P < 0.01)。

    • 磷水平对内生真菌枫香拟茎点霉与水稻互作平衡的调控作用

      2023, 60(2):577-586. DOI: 10.11766/trxb202108030397

      摘要 (203) HTML (632) PDF 806.33 K (611) 评论 (0) 收藏

      摘要:内生真菌枫香拟茎点霉(Phomopsis liquidambaris,B3)能够与水稻建立互惠互利关系,但是两者之间的互作关系是否会受到土壤中有效磷含量的影响尚不清楚。本研究以水稻-B3共生体系为研究对象,在低磷(LP)、中磷(MP)、高磷(HP)三个磷水平中分别设置未接菌组(E-)、接菌组(E+),共六个处理,探讨在室外盆栽试验与温室试验下,不同磷水平对植物-内生真菌互作关系的影响。室外盆栽试验表明,在低磷水平下,接种B3显著促进水稻生长,水稻产量提高7.05%;在中高磷水平下B3对水稻生长的作用减弱。为排除土壤中复杂环境的影响,设计温室试验,结果表明,在低磷水平下,与未接种处理相比,接种B3的水稻根冠比提高22.48%,磷含量增加39.98%,同时,B3显著增强叶绿素的含量以及水稻根部蔗糖、葡萄糖、果糖积累量,然而,低磷环境会限制B3在水稻根部的定殖量;在中磷和高磷水平下,B3定殖量高但对水稻的促生作用减弱。以上结果表明,在低磷水平下,B3与水稻之间是低丰度互作平衡关系,在该条件下,B3在水稻根部的定殖量低但能显著促进水稻生长;而在中高磷水平下,B3与水稻是高丰度互作平衡关系,B3在水稻根部定殖量高,虽然没有促生作用但可能具有其他优势。本研究有利于解释磷是否以及如何影响内生真菌与水稻的互作关系。

    • 海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物的影响

      2023, 60(2):587-598. DOI: 10.11766/trxb202109170340

      摘要 (441) HTML (0) PDF 3.76 M (770) 评论 (0) 收藏

      摘要:滨海盐碱地的特殊环境严重限制了土壤氮素转化和利用。微生物介导的水稻根际氨氧化过程是盐碱稻田土壤氮循环的关键过程,但限于研究盲点和技术不足,海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物群落结构的影响仍少有报道。据此,本研究以“海稻86”为研究对象,分别设置低盐浓度(2 g·kg-1)和高盐浓度(6 g·kg-1)两组处理进行盆栽试验。结果显示:种植海水稻70 d后,高盐和低盐处理根际土壤的pH分别下降了0.82和0.70个单位,土壤有机质(SOM)含量下降了6.41和4.46 g·kg-1,腐殖质(HU)含量提高了5.76和4.45 g·kg-1,全氮(TN)含量减少0.46和0.37 g·kg-1,表明海水稻可通过降低盐碱地土壤pH,加速有机质分解转化,提高土壤氮循环速率。水稻根际作用可显著提高土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物呼吸强度,并在种植第55天达到最高,在高盐处理中分别达到850.0 mg·kg-1、72.2 mg·kg-1和231.9 mg·kg-1·d-1,低盐处理中达到546.1 mg·kg-1、53.7 mg·kg-1和171.2 mg·kg-1·d-1,说明水稻根际作用对土壤微生物数量和活性的影响在55 d最强。海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰富度、多样性和丰度无显著影响,AOA优势菌为norank_c__environmental_samples_p__Crenarchaeota、unclassified_ k__norank_d__ArchaeaNitrososphaera。海水稻根际效应显著提升了滨海盐碱地土壤氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰富度和多样性,提高土壤AOB优势菌environmental_samples_f__NitrosomonadaceaeNitrosospira的丰度。相关性分析发现environmental_samples_f__NitrosomonadaceaeNitrosospira与土壤pH呈显著负相关,与腐殖质呈显著正相关。本研究结果表明种植海水稻可提高滨海盐碱地养分循环,并且在酸性土壤中耐盐碱水稻根系效应主要影响AOB的群落结构。

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