• 2023年第60卷第5期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 绿色智能肥料:矿产资源养分全量利用的创新思路与产业化途径

      2023, 60(5):1203-1212. DOI: 10.11766/trxb202305190196

      摘要 (501) HTML (1045) PDF 657.41 K (1337) 评论 (0) 收藏

      摘要:肥料是工农业绿色发展的纽带,是支撑绿色转型发展的重要物质。新时期我国工业和农业绿色发展均面临着生产环境代价大、资源利用效率低等重大挑战,尤其是肥料生产过程中产生了大量的养分资源无法实现高效利用。为更好解决工农业发展所面临的关键问题,本文提出了矿产资源养分全量利用思路与产业化途径,着重介绍了矿产资源养分全量利用的基本概念与内涵、利用策略和产业化途径,以期为工农交叉融合创新的绿色智能肥料产业发展提供解决方案,促进科技创新解决产业关键问题,为创新绿色智能肥料与推动化肥产业绿色转型升级提供战略支撑。

    • 作物土传病害防控的健康微生物群落构建原理与实践

      2023, 60(5):1213-1220. DOI: 10.11766/trxb202306120227

      摘要 (489) HTML (859) PDF 1.00 M (1270) 评论 (0) 收藏

      摘要:植物-土壤反馈效应及农田生产特点决定了农田土壤生产力的不可持续性,因而必须采用适当的措施方可保持地力常新。施用化肥解决了农田土壤的养分贫化问题,极大地提高了作物产量,但激发了土传病原生物的活性,作物土传病频发成为制约集约化农业可持续发展的瓶颈问题。现有的研究成果表明,地上生物多样性与土壤微生物多样性紧密联系,植物提供的有机物质是连接二者的物质基础。单一作物种植的集约化农业提供给土壤微生物可利用的有机物质来源单一,导致土壤微生物多样性下降,削弱对土传病原生物致病性的抑制作用。本文提出,在作物生长过程中添加土壤有益微生物偏好利用的有机物质,激活土壤有益微生物,可能是维持集约化农业土壤生物健康,抑制作物土传病的有效途径。为此,有必要开展各种土壤微生物偏好利用的有机物质以及作物生长过程中如何施用有机物质的方法。

    • 探索“透明”土壤体:土壤孔隙学的时代已经启航

      2023, 60(5):1221-1230. DOI: 10.11766/trxb202305310215

      摘要 (1006) HTML (1007) PDF 6.18 M (1704) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤是地球表面由固、液、气三相组成的疏松多孔介质体,土壤物理、化学和生物学等过程主要发生在液相和气相填充的土壤孔隙中及其与固相的交界面。随着无损探测土壤孔隙结构、土壤生物化学原位分析和计算机模拟等技术的快速发展和计算能力的提升,从土壤孔隙的形态、结构和功能的角度,原位、直观、精确地研究土壤中动态发生的各种过程成为可能,推动了对真实土壤中各种微观过程与机制的研究。基于前期的研究进展,本文提出,研究透明土壤体的物理学—土壤孔隙学(Soilporelogy)的时代已经启航。土壤孔隙学主要针对土壤孔隙空间,研究其动态变化与土壤物理、土壤化学和土壤生物(生态)互作过程及其效应。以土壤孔隙学为主线,本文首先介绍了获取土壤孔隙方法的进步,进而论述了基于土壤孔隙的流体运动、生物化学过程、根系和生物活动以及土壤微观生态学等的试验和模拟研究。最后,本文对土壤孔隙学的研究方法和理论发展方向进行了展望,相信基于土壤孔隙的研究会推动土壤学研究新的发展。

    • >综述与评论
    • 潮土、红壤和盐碱地障碍消减技术与产能提升模式研究进展

      2023, 60(5):1231-1247. DOI: 10.11766/trxb202307210286

      摘要 (682) HTML (1671) PDF 15.91 M (1729) 评论 (0) 收藏

      摘要:耕地质量建设是保障我国粮食安全的战略需求。我国中低产耕地亟需解决酸化、盐碱、贫瘠、生物功能衰减等问题,全面提升耕地产能。中国科学院南京土壤研究所针对潮土、红壤、盐碱土等主要耕地土类,基于长期观测、研究和示范,明确了土壤质量演变规律和退化调控机制,发展了不同农区耕地质量培育理论和技术体系。针对潮土,阐明了有机质、团聚体和微生物联动的内稳性地力形成机制,研发了农田土壤和作物信息监测的传感设备,集成了厚沃耕层构建与大面积均衡增产模式。针对红壤,揭示了土壤酸缓冲性提升抑酸机制和关键微生物驱动养分转化机制,研发了抑酸抗酸协同技术和红壤大团聚体生物培肥技术,分类创建了江西省耕地生态培肥和产能提升模式。针对盐碱土,阐明了土壤水盐调控伴生氮素迁移转化过程,提出盐渍障碍消减与养分增效协同机理与调控技术,创新了滨海盐碱地和河套灌区次生盐渍化生态治理模式。未来研究重点在耕地质量调查与建设管理、耕地土壤障碍消减与产能提升、土壤健康管理与生态保护3个方面,突破土壤障碍消减技术瓶颈,研发系列调理剂和生物培肥产品,提升区域模式落地率,建立我国耕地质量提升和可持续利用的系统解决方案。

    • 中国酸性土壤利用的科学问题与策略

      2023, 60(5):1248-1263. DOI: 10.11766/trxb202307250290

      摘要 (884) HTML (3579) PDF 3.39 M (1932) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国土壤酸化呈现出全国普遍发生的趋势,对作物产量、农产品品质和生物多样性造成不利影响。自20世纪50年代以来,我国在酸性土壤方面开展了大量工作,取得显著成效,但因我国酸性土壤分布详情不明、土壤酸化机制存在争议、耐逆作物品种缺乏、作物酸害阈值不清、改良产品及技术落地性差等问题,酸性土壤利用仍受到极大限制。针对上述问题,绘制了新的中国土壤酸碱度图,明确了我国酸性土壤的分布详情,讨论了土壤酸化机制特别是氮肥与土壤酸化之间的关系,论述了土壤酸化的危害,解析了植物和微生物对酸性土壤的响应和适应机制,提出了分区分级分类改良、酸度改良和肥力提高并重、有机无机肥配施、发展特色农业等酸性土壤改良和利用策略,建议进一步加强酸性土壤新型改良剂、作物酸害阈值、氮肥高效利用、中微量元素、耐逆作物育种和土壤酸化模型等方面研究,以期为酸性土壤可持续利用提供支撑。

    • 新时代土壤地理学的发展现状与趋势

      2023, 60(5):1264-1276. DOI: 10.11766/trxb202308150327

      摘要 (601) HTML (1495) PDF 5.57 M (1595) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤地理学是研究土壤时空分布规律、形成过程及其资源环境效应的土壤学学科分支,其主要目标和任务是理解土壤形成演化的关键过程与影响因素并预测未来土壤-环境的共同演化特征,揭示土壤资源分布规律、利用前景和保护对策,为农业、生态环境保护等提供科学依据,支撑土壤普查、耕地保护等国家目标。21世纪特别是新时代10年以来土壤地理学取得了一些重要的进展,研究对象和内容也发生了很大的变化,逐渐向以土壤为核心的地球表层系统科学发展,高强度人为活动和全球气候变化背景下的土壤时空演变研究愈加活跃。土壤地理学主要发展趋势包括土壤信息获取方式正在发生变革,数字土壤制图向融合过程机理与数据驱动发展,土壤时空信息的应用范围更加广泛。未来土壤地理学优先发展领域包括:以关键带研究带动土壤发生和演变研究的革新,基于多传感器的土壤综合观测原理与技术,多尺度数字土壤制图与时空变化预测等。

    • 中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

      2023, 60(5):1277-1288. DOI: 10.11766/trxb202308040311

      摘要 (494) HTML (1012) PDF 3.30 M (1544) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”战略目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO2温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH4)和土壤氧化亚氮(N2O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH4和土壤N2O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。

    • 中国重金属污染耕地土壤安全利用存在问题与建议

      2023, 60(5):1289-1296. DOI: 10.11766/trxb202309030353

      摘要 (571) HTML (1412) PDF 469.33 K (1345) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国耕地土壤重金属污染情况不容乐观,如何安全利用重金属污染耕地仍是当今亟需解决的农业和环保问题。本文综合分析了近几年不同污染程度耕地土壤的安全利用措施,提出重金属低积累作物种植、重金属钝化技术、农艺调控及种植结构调整为当前污染耕地土壤安全利用的主要手段,并指出污染源防控力度不足、土壤污染与作物安全性关系不明、原位钝化技术风险及低积累作物利用效果的局限性仍然是中国污染耕地土壤安全、高效利用面临的主要问题,建议进一步完善污染土壤评价标准、健全污染土壤防控体系、优化污染土壤安全利用技术,以推动重金属污染耕地土壤的安全、高效和可持续利用。

    • 胶结物质驱动的土壤团聚体形成过程与稳定机制

      2023, 60(5):1297-1308. DOI: 10.11766/trxb202308060312

      摘要 (771) HTML (1674) PDF 3.13 M (1609) 评论 (0) 收藏

      摘要:团聚体是土壤的基本组成单元,影响着土壤水、气、热及养分的保持和运移。胶结物质在团聚体形成过程中起关键作用,但不同类型胶结物质在土壤团聚体中所起作用与机理尚缺乏系统总结。本论文回顾了土壤团聚体相关的关键理论,梳理了不同地理环境与人为活动下土壤团聚体中胶结物质类型、形态、转化与作用机制,探讨了胶结物质对土壤团聚体结构与稳定性的影响,提出了胶结物质驱动的土壤团聚体自组织形成过程模型,阐明了土壤团聚体的形成与转化机制。最后对土壤团聚体研究领域未来的发展进行展望,特别是在土壤团聚体的原位分析方法、土壤团聚体形成过程的定量化描述、土壤团聚体稳定性在景观尺度上的空间结构、良好土壤结构体培育的产品与技术研发等方面还有待加强。这些工作的开展将对培育良好土壤团聚体、揭示土壤物质循环与演化过程、提高土壤质量和生产力等具有重要的科学意义和生产实践价值。

    • 中国农业面源污染防控研究进展与工程案例

      2023, 60(5):1309-1323. DOI: 10.11766/trxb202307310301

      摘要 (548) HTML (1326) PDF 6.02 M (1394) 评论 (0) 收藏

      摘要:农业面源污染具有发生分散、随机,排放不确定性,污染物浓度波动大、类型复杂,污染面广量大的特点,其综合防治一直是世界性难题。当前,我国面源污染防控首要的问题为污染“家底”不清,不同部门或研究学者对农业面源污染负荷估算差别大。基于几十年定位、全程的科学观测数据,本研究认为,虽然国家污染普查数据和很多学者的估算数据,均高估了种植业排放量占面源污染总量的比例,但种植业源排放总量仍然很高,必须给予充分的重视和防控。结合中国30多年的面源污染防控经验,中国科学院南京土壤研究所学者提出了农业面源污染控制的3R(“减源—拦截—修复”)和4R策略(“源头减量—生态拦截—循环利用—生态修复”),并伴随着防控技术升级和组合优化、技术产品化和装备化,逐渐完善扩展为4R+,为我国农业面源污染防控提供了理论支撑和应用指导,在一些典型地区进行工程化实施后,形成了农业面源污染防控的成功经验和案例。然而,农业面源污染防控的工作仍然面临着许多挑战,深入了解土壤与污染物之间的相互作用机制将尤为关键,此外,为实现资源的高效循环使用,有必要进一步提高氮、磷等关键污染物的净化与回收效率,确保在增进农业产值的同时降低对环境的污染负荷。

    • 环境土壤学——回顾与展望

      2023, 60(5):1324-1338. DOI: 10.11766/trxb202309160381

      摘要 (356) HTML (1167) PDF 623.42 K (1458) 评论 (0) 收藏

      摘要:环境土壤学是一门新兴的、土壤学和环境科学交叉融合的综合性学科,其研究重点从早期服务于农业安全生产发展至现在的土壤环境与健康,本文从土壤外源物质侵袭和土壤质量演变对土壤环境影响等方面回顾了环境土壤学发展历程。土壤污染物对土壤环境质量影响是以土壤元素背景值和环境现状调查为基础,以明确污染物形态,揭示土壤反应过程机制,评估污染效应,开展土壤环境修复工程为主线不断发展更新。土壤质量演变研究中碳、氮、硫、磷元素循环从土壤肥力和农业非点源污染的探讨拓展至土壤对全球气候变化的适应与响应;土壤退化研究则从对土壤生产力或功能丧失的研究发展至全球气候变化背景下农业发展可持续性及土壤生态功能的研究。环境土壤学在今后有四个重要发展趋势:提倡多学科交叉融合;评估全球气候变化对土壤元素循环的潜在影响;完善土壤健康评价框架中的土壤环境评价指标建立;学科发展服务于国家重大需求。

    • 水稻吸收转运铁的生物地球化学机制研究进展

      2023, 60(5):1339-1349. DOI: 10.11766/trxb202306270247

      摘要 (417) HTML (943) PDF 3.18 M (1266) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁的生物吸收转移是环境中铁生物地球化学循环的重要过程之一,不仅控制着铁在稻米的累积,且影响水稻累积锌等养分元素及镉等重金属。阐明土壤-水稻体系中铁的吸收转移机制对深入理解稻田铁的环境行为与归趋具有重要的科学意义。主要介绍了水稻中铁吸收转运的功能基因、土壤-水稻系统铁同位素分馏及水稻植株中铁分布的光谱分析方法与手段,重点总结铁在水稻根部吸收及植物体内的转运过程,探讨铁对水稻根部锌和镉吸收的影响机制,可为提高水稻产量及改善稻米品质提供科学依据。

    • 旱区土壤微生物组与土壤健康评价

      2023, 60(5):1350-1362. DOI: 10.11766/trxb202307210285

      摘要 (462) HTML (1077) PDF 599.15 K (1383) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤健康在维持粮食生产、动植物和人类健康方面具有重要作用,是实现农业可持续发展的根本。土壤微生物作为土壤中最具丰富性和多样性的有机生物体,包含细菌、真菌、原生生物和病毒。它们驱动着碳、氮、磷、硫等元素循环过程,并与植物初级生产力和土壤健康息息相关。旱区约占全球陆地表面积的41%,维系了全球约38%以上的人口。西北干旱半干旱区是我国的重要粮食生产后备区,由于其土壤生态系统的复杂性、脆弱性和敏感性导致该地区土壤健康状况相关研究仍缺乏。本文围绕微生物在土壤健康相关生态系统服务如调控作物生长、消减连作障碍、改善水体质量、维持人类健康、缓解气候变化影响和促进碳固存中的贡献,揭示了土壤微生物在维持土壤健康中的关键作用,归纳了土壤微生物作为土壤健康评价指标的发展历程和研究进展。同时介绍了旱区土壤微生物自身特征并总结其对于水分胁迫的响应,归纳了旱区土壤健康研究进展。最后对土壤微生物组与旱区土壤健康研究进行了展望,以期为利用土壤微生物资源维持和改善旱区土壤健康状况提供科学指导。

    • 土壤重金属地质高背景成因、风险与管控研究进展

      2023, 60(5):1363-1377. DOI: 10.11766/trxb202307090262

      摘要 (480) HTML (1474) PDF 6.25 M (1549) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤重金属地质高背景是近年来学术界研究的热点之一,涉及地质学、地球化学、土壤学、环境科学等学科。采用文献计量方法分析了土壤重金属地质高背景领域的研究进展与近期热点,介绍了全球和中国土壤重金属地质高背景分布特征、成因与类型,梳理了高背景区土壤重金属的环境风险及管控措施,以期为土壤重金属地质高背景成因机制与风险管控提供理论与技术参考。建议关注高背景区土壤重金属背景值调查、富集特征与形成机制、潜在活化与迁移,开展地质高背景区土壤风险评估、环境基准研究与管控技术研发。

    • 噬菌体靶向消减土壤生物污染的制约因素及提升策略

      2023, 60(5):1378-1388. DOI: 10.11766/trxb202307110265

      摘要 (409) HTML (699) PDF 3.43 M (1137) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤中存在能够威胁植物、动物和人体健康的病原细菌,消减这类土壤生物污染是一体化健康(One Health)的重要任务。因具有宿主细菌专一性强、侵染效率高、环境扰动性小等特性,噬菌体成为生态消减土壤病原细菌生物污染的重要手段。然而,由于土壤生物和非生物环境的复杂性,提升噬菌体消减土壤生物污染的效果和稳定性仍是当前的重大挑战。本文从噬菌体在土壤中的生存以及与病原细菌互作等过程着手,分析总结影响噬菌体阻控土壤生物污染效果和稳定性的主要因素:1)噬菌体的宿主细菌谱和种群数量,2)土壤病原细菌的多态性,3)影响噬菌体与土壤病原细菌互作的环境因素。通过构建高效噬菌体鸡尾酒、改善噬菌体产品形式和优化噬菌体施用技术等措施,建立提升阻控土壤生物污染效果和稳定性的策略,为完善土壤生物污染噬菌体疗法提供科学支撑。

    • 再论中国磷肥需求预测——基于农业绿色发展视角

      2023, 60(5):1389-1397. DOI: 10.11766/trxb202309070364

      摘要 (389) HTML (808) PDF 563.50 K (1221) 评论 (0) 收藏

      摘要:磷肥产业发展关乎我国粮食安全、资源利用和环境保护。近40年来由于化学磷肥的持续施用,我国农田土壤有效磷快速提升,在这一背景下基于农业绿色发展的要求,调整未来我国磷肥的需求预测十分必要。本文综合分析了我国农田土壤有效磷的变化,明确了在粮食作物上我国农田土壤有效磷平均已经达到或超出了作物生产的农学阈值(15~25 mg·kg-1),在蔬菜和果树等经济作物上土壤有效磷已经全面超过农学阈值。农业绿色发展要求在保障作物高产的同时,要充分发挥作物的根系/根际生物学潜力以提高磷资源利用效率、同时改善农产品营养品质和降低环境风险,为此,应将磷肥施用策略从培肥地力保增长调整到以农学阈值为目标的维持施磷保增产、升效率、提品质。同时,农业绿色发展需要从工艺和农艺两方面最大限度提高农业废弃物中磷资源的再利用效率。据此,考虑我国粮食和其他农产品需求,继2007年基于土壤磷肥力变化预测我国磷肥需求的基础上,本文对我国未来农业磷肥需求进行了再预测。结果表明,到2030和2050年,我国化学磷肥的需求量分别为1084万吨和742万吨。因此,在各项措施持续优化基础上,我国化肥磷的需求在短期(2030)可望下降150万吨左右,中长期(2050)可稳定回调至年消费量750万吨,较当前用量下调30%以上。

    • >研究论文
    • 黄土坡面细沟间和细沟侵蚀对有机碳流失贡献的定量分析

      2023, 60(5):1398-1408. DOI: 10.11766/trxb202201290040

      摘要 (229) HTML (512) PDF 1.04 M (892) 评论 (0) 收藏

      摘要:细沟间和细沟侵蚀剥离和输移土壤的机制不同导致有机碳输移存在差异,然而因研究手段限制,这两种侵蚀方式对有机碳输移的贡献、影响等研究有待深入。本文利用模拟降雨与7Be示踪技术,在定量化分析细沟间和细沟侵蚀对黄土坡面侵蚀产沙贡献的基础上,进一步分析其对有机碳输移的贡献及影响。结果表明5°小区以细沟间侵蚀为主,其产沙贡献率为86%,大于5°的小区以细沟侵蚀为主,其产沙贡献率介于61%~71%之间,在降雨过程中甚至可达96%。降雨过程中坡面侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.16±0.15,细沟间侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.50±0.50,富集可导致有机碳流失率增加0.008~0.028 g·m-2·min-1。坡度大于5°的小区细沟侵蚀对有机碳流失贡献率介于55%~62%之间,低于对侵蚀产沙的贡献,但仍占主导地位。坡面侵蚀产沙量可解释有机碳流失量变化的97%,细沟间侵蚀产沙可解释细沟间有机碳流失量变化的89%。侵蚀过程中剧烈的细沟侵蚀可导致细沟间侵蚀泥沙有机碳的富集比增大。

    • 近30年河南省耕地土壤有机碳的三维变化与关键因素研究

      2023, 60(5):1409-1420. DOI: 10.11766/trxb202201290041

      摘要 (298) HTML (550) PDF 5.41 M (1138) 评论 (0) 收藏

      摘要:详细的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)时空变化信息是评估土壤固碳能力的基础。但多数研究聚焦耕层SOC,对深层SOC变化的敏感区域、深度区间和关键因素理解不足。基于1982和2010两期土壤调查数据,以分位数随机森林构建环境协变量与SOC关系模型,研究了1982—2010河南耕地土壤0~15 cm、15~30 cm、30~60 cm和60~100 cm的SOC变化。研究表明0~15 cm土层SOC增长主要发生在平原和盆地,增幅为2~4 g·kg-1;15~30 cm土层SOC增长主要发生在沿黄河潮土区和褐土、水稻土的零星地区,增幅为0~2 g·kg-1;30 cm以下土层SOC变化的概率较低;总体上,生物气候因素对SOC变化的影响较土壤质地和pH更大。28年间 1 m土体SOC储量增长7.04%、年均增长率为2.43‰;随着SOC增加和全球变暖,下阶段SOC增速较难实现第21届联合国气候变化峰会(the 21st Conference of the Parties,COP21)倡导的4‰目标。

    • 典型黑土的黑度与土壤有机质组分关系研究

      2023, 60(5):1421-1429. DOI: 10.11766/trxb202211160624

      摘要 (298) HTML (859) PDF 957.00 K (1147) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤颜色作为土壤的一项重要物理指标,被广泛应用于土壤诊断、分类以及土壤性质判断。在矿物成分大致相同条件下,土壤有机质(SOM)是控制土壤变黑的重要因素。采用基于CIE L*a*b*颜色分析系统的分光测色仪,并结合土壤物理分组方法,对30个典型黑土及其物理组分(轻组、粗颗粒、细颗粒和矿质结合态有机质)的黑度进行了分析,旨在明确黑土SOM含量与其黑度间的定量关系,揭示不同物理组分对土壤黑度的贡献。结果表明:黑土的黑度与SOM、以及各物理组分的黑度与相应组分的有机碳含量之间,均呈显著正相关关系。而且随着组分稳定程度的增加,这种相关性逐渐增强。从不同组分看,轻组和粗颗粒组分的黑度值大于细颗粒和矿质结合态组分,但相关分析表明,轻组和粗颗粒组分的黑度与原土黑度无显著相关关系,二者对土壤黑度的贡献率仅为2.6%。而矿质结合态组分作为土壤腐殖质的主要储存位置,其对土壤的黑度贡献率达81%以上,是黑土呈现黑色的决定性因素。

    • 稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

      2023, 60(5):1430-1441. DOI: 10.11766/trxb202203030009

      摘要 (254) HTML (626) PDF 1.01 M (1015) 评论 (0) 收藏

      摘要:颗粒有机质是土壤活性有机质的重要组成部分,是评估土壤有机质变化的敏感指标。东北地区气候寒冷,稻田土壤淹水期短,非淹水期长且多处于冻结状态,水稻秸秆碳氮在黑土不同种稻年限土壤颗粒有机质中的分配如何尚不清楚。通过室内培养试验,将1%双标记(13C/15N)水稻秸秆添加到不同种稻年限(0、12、35、62和85 a)土壤,淹水培养150 d(培养温度20 ℃,淹水层1 cm),去除淹水层后冻结培养150 d(培养温度-15 ℃,饱和水分状态),研究水稻秸秆碳(氮)在不同种稻年限土壤颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)和颗粒有机氮(Particulate organic nitrogen,PON)中的分配特征。结果表明,在培养过程中,未添加和添加水稻秸秆处理,各年限稻田土壤POC和PON含量均低于对照土壤(0 a),添加秸秆处理的各年限土壤POC和PON含量在淹水培养5 d时明显增加,但其后并未表现出一致的增加趋势。秸秆碳(氮)对各年限土壤POC(PON)的相对贡献率为0.2% ~ 13.9%(0.4% ~ 3.8%),分配进入到各年限土壤POC(PON)中的比率为0.7% ~ 13.8%(1.4% ~ 9.9%);经随后150 d冻结后,秸秆碳分配进入到0 a和12 a土壤POC和PON中的比率明显下降,秸秆氮分配进入到0 a和85 a土壤PON中的比率明显下降,而分配进入到其他年限土壤POC(PON)中的比率仍有增加。秸秆碳在土壤POC中的分配比率与土壤有机碳、全氮和碱解氮含量呈显著负相关,与土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量呈显著正相关,秸秆氮在土壤PON中的分配比率与土壤有机碳含量呈显著负相关。研究表明东北典型黑土开垦种稻年限越长,土壤有机碳、全氮和碱解氮含量相对较低,而土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量相对较高,秸秆碳氮在土壤颗粒有机质中的分配比率越大,土壤颗粒有机质对水稻秸秆添加的响应越为敏感。

    • 不同秸秆还田率情境下的亚热带水田土壤的“碳汇”贡献模拟研究

      2023, 60(5):1442-1455. DOI: 10.11766/trxb202112280700

      摘要 (265) HTML (546) PDF 7.95 M (948) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确不同秸秆还田量对土壤“碳汇”的贡献大小是合理制定农业碳中和措施的基础。以我国典型亚热带地区——福建省水田土壤为研究对象,基于2016年15 833个土壤样点实测数据和目前该地区最详细的1:5万大比例尺土壤数据库,运用农业生态系统中广泛使用的DNDC(DeNitrification and DeComposition)模型模拟了不同秸秆还田率下全省未来的土壤有机碳动态变化。结果表明,2017—2053年传统管理(15%)以及秸秆还田30%、50%和90%下水田土壤的年均固碳速率分别为173、302、478和838 kg·hm-2,固碳总量分别为11.56、20.15、31.90和55.95 Tg。从土壤亚类来看,咸酸和盐渍水稻土的年均固碳速率最大,不同秸秆还田率下介于220~920 kg·hm-2·a-1之间;而渗育和潴育水稻土的固碳量最大,不同秸秆还田率下合计介于9.45~45.52 Tg之间,约占研究区总固碳量的81%。从行政区来看,龙岩、泉州两个地级市的固碳速率和总量均最大,不同秸秆还田率下均分别在202~937 kg·hm-2·a-1和1.55~8.34 Tg之间。总体而言,福建省水稻土亚类和行政区在不同秸秆还田率下的固碳潜力差异很大,应有针对性制定“固碳减排”管理措施。

    • 模拟酸雨淋溶下不同母质发育雏形土矿物风化中的盐基离子与硅计量关系

      2023, 60(5):1456-1467. DOI: 10.11766/trxb202202110053

      摘要 (202) HTML (535) PDF 4.53 M (909) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤矿物风化过程中释放的盐基离子(BC)与硅(Si)的比值(BC:Si)是定量评估土壤矿物风化对土壤酸化过程缓冲作用的基础,是准确估算当前环境下土壤酸化速率的依据。本研究以云母片岩、片麻岩和安山岩3种母质发育的湿润雏形土为研究对象,测定了其土壤物理、化学和矿物学性质。通过洗脱实验除去土壤交换性盐基以消除土壤胶体吸附的交换性盐基离子对矿物风化计量关系的影响,再利用模拟酸雨淋溶实验,采用Batch方法获取3种不同母质发育土壤的盐基离子和硅的释放量,进一步估算BC:Si值。结果表明,由于母岩不同,土壤黏粒、pH、有机质、交换性盐基(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)、阳离子交换量(CEC)和土壤矿物含量存在差异。在模拟酸雨淋溶实验条件下,未洗脱盐基土壤的BC:Si值为洗脱盐基土壤的3倍以上,因此只有洗脱土壤交换性盐基才能获得来自风化过程的BC:Si值。同一母质发育土壤的腐殖质表层(Ah)BC:Si最小,母质层(C)最大。不同母质发育土壤的BC:Si值表现为:片麻岩>云母片岩>安山岩,土壤中斜长石、伊利石、绿泥石和蛭石的含量控制了各自BC:Si的大小。因此,不同起源母质发育的雏形土应在得到各自相应风化计量关系的基础上,才可准确评估其对酸化过程的响应程度。该成果可为区域土壤酸化速率评价提供数据支撑。

    • 田间老化生物质炭结构表征及吸附铵态氮效应

      2023, 60(5):1468-1479. DOI: 10.11766/trxb202212050673

      摘要 (280) HTML (840) PDF 9.44 M (959) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨田间自然老化生物质炭对土壤铵态氮持留性能的影响机制,通过田间原位埋置尼龙袋法和室内批量平衡吸附试验,采用场发射扫描电镜、BET比表面、差热与热重等分析技术,研究田间自然老化1年(A1)、2年(A2)和3年(A3)的生物质炭的表面结构特征等理化性质的动态变化及其对铵态氮吸附效应的影响。研究结果表明,田间自然老化3年的生物质炭表面孔隙结构塌陷明显,随着田间老化时间增加,生物质炭的BET比表面积、总孔容、介孔孔容与平均孔径增加,而微孔表面积减少,与新鲜生物质炭(A0)相比,A3处理生物质炭的BET比表面积、总孔容和平均孔径分别增加18.93%、42.31%和20.71%,微孔表面积减少26.17%;碳和氮元素含量分别增加7.92%和95.61%,生物质炭的芳构化程度有所降低,热稳定性下降。随着田间老化时间的增加,生物质炭对铵态氮吸附量明显减少,吸附量大小为A0 > A1 > A2 > A3,但生物质炭依然保持较强烈的吸附性。批量平衡吸附试验表明准二级吸附动力学与Langmuir模型能更好地拟合生物质炭对铵态氮的吸附过程,揭示了生物质炭对铵态氮的吸附机制主要为单分子层化学吸附,其次为物理吸附。综上,生物质炭对碳、氮素的富集效应及对铵态氮的吸附机制研究对于生物质炭在农田土壤生态系统中发挥固碳和氮素增效作用上具有积极意义。

    • 基于输入-输出平衡的施磷方法可实现作物高产和磷肥高效——以新疆水肥一体化棉花体系为例

      2023, 60(5):1480-1492. DOI: 10.11766/trxb202202030044

      摘要 (271) HTML (789) PDF 1.51 M (898) 评论 (0) 收藏

      摘要:探讨了通过目标产量需磷量确定磷肥用量并在棉花生长早期集中施用的磷肥管理方法以维持适宜的土壤供磷强度、实现作物高产和磷肥高效利用目标的可行性,为磷肥减施增效提供依据。在新疆石河子选择中等供磷强度的农田(有效磷23.6 mg·kg-1),以覆膜水肥一体化棉花(Gossypium hirsutum)种植体系为对象,根据该区域2.7 t·hm-2皮棉产量的需磷量确定试验的磷肥用量(52.4 kg·hm-2,以P计),开展了两年田间试验。试验选用三种不同性质的水溶性磷肥,设置不施磷肥(CK)、滴施磷酸一铵(MAP)、滴施磷酸脲(UP)和滴施聚磷酸铵(APP)4个处理。通过测定不同处理棉花的产量与磷吸收量,计算磷肥偏生产力(PFP)、磷肥农学效率(AEP)、磷肥当季利用率(PUE)与当季磷肥回收率(即作物吸磷量与磷肥施用量的比值);通过棉花不同生育期分层取样,分析了不同磷肥品种处理引起的土壤有效磷供应强度和无机磷形态组成的变化,以期阐明不同磷肥的空间有效性与棉花生长需求的匹配程度。研究结果表明:(1)施磷处理两年的皮棉产量平均为2.73 t·hm-2,达到了高产水平,MAP、UP和APP处理分别较CK增产21%、25%和11%;(2)施磷处理的磷盈余在2.2~4.8 kg·hm-2之间,磷肥当季利用率平均为24%,当季磷肥回收率为91%~96%;(3)磷肥在棉花蕾期和花铃期集中滴施,其垂直移动距离可达到20 cm土层,能保证棉花生育期内的土壤供磷强度。与CK相比,施磷处理根区0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm土层的有效磷分别提高了94%~302%、104%~144%和42%~67%。综上所述,将土壤有效磷供应强度维持在农学阈值附近、根据目标产量需磷量确定磷肥施用量,石灰性土壤上选择强酸性、缓释磷肥于作物生育前期集中施用能够在磷素输入-输出平衡的条件下实现作物高产和磷肥高效。根据平衡法计算的当季磷肥回收率能较好地反映磷肥的实际利用情况。

    • 氮形态和磷肥对红壤玉米根际解磷微生物群落和磷酸酶活性的影响

      2023, 60(5):1493-1506. DOI: 10.11766/trxb202108250454

      摘要 (399) HTML (755) PDF 741.17 K (1310) 评论 (0) 收藏

      摘要:较低的土壤磷素有效性限制了酸性红壤生产潜力提升。作为磷素活化的主要执行者,解磷微生物对施肥和根际作用的综合响应尚不清楚。以玉米为试验材料,设置磷肥水平(施磷和不施磷)与不同氮形态(铵态氮肥和硝态氮肥)的交互试验,使用编码酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的微生物phoCphoD基因作为分子标记物,研究了施肥和根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能微生物群落的影响。结果显示,根际作用显著提高了土壤磷酸酶活性,且作用强度大于氮形态和磷肥水平。氮形态、磷肥水平和根际作用均显著影响phoD细菌操作分类单元(OTU)数目和香农指数,然而仅有氮形态和根际作用影响phoC细菌OTU数目。根际作用对phoCphoD细菌群落组成结构的影响程度显著高于氮形态和磷肥水平,而且对phoD细菌群落的作用更明显。根际磷酸酶活性提高与土壤有机质增加密切相关。phoC细菌群落组成和结构的变化主要与根际养分变化有关,而phoD细菌群落结构的变化可能是根系分泌物和养分变化共同作用的结果。总体而言,玉米根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能细菌群落的影响大于氮形态和磷肥水平,但是其作用强度一定程度上依赖于上述施肥措施。

    • 植被恢复对黄土高原露天矿区土壤碳氮磷功能微生物类群的影响

      2023, 60(5):1507-1519. DOI: 10.11766/trxb202203170117

      摘要 (310) HTML (533) PDF 15.24 M (1013) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土高原矿区生态脆弱,植被恢复与土壤微生物介导的养分循环密切相关。厘清植被恢复对土壤碳氮磷功能微生物类群的影响及调控作用,对重建矿区生态恢复力及自维持机制至关重要。采用高通量qPCR芯片技术、随机森林模型和结构方程模型揭示黄土高原安太堡露天矿复垦排土场柠条(灌丛,BL)、油松(针叶林,CF)、刺槐(阔叶林,BF)、油松+榆树(混交林,MF)等4种植被恢复模式及毛白杨林(CK)对土壤理化性质、酶活性、碳氮磷功能微生物类群的影响及互馈机制。结果表明:BL、BF和MF对土壤养分积累优于CF,不同恢复处理过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于CK,但β-葡萄糖苷酶(BG)活性和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性却显著下降;植被恢复显著改变碳氮磷相关功能微生物类群丰度,但变化趋势几乎一致;碳氮磷相关功能微生物类群与土壤硝态氮(NO3--N)呈显著正相关,与铵态氮(NH4+-N)呈显著负相关,参与碳循环、硝化过程和有机磷矿化的功能微生物类群与有效磷(AP)呈显著正相关;植被恢复通过直接影响CAT和AP来调控碳氮磷循环,或间接影响AP并与NO3--N、NH4+-N等共同调节碳氮磷功能微生物类群的丰度变化。本研究深化了对植被-土壤恢复的微生物学机制的认识,可助力黄土高原受损矿山生态修复。

    • 贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应

      2023, 60(5):1520-1530. DOI: 10.11766/trxb202204230204

      摘要 (245) HTML (513) PDF 776.45 K (1110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解析贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应,于2010年在内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗贝加尔针茅草甸草原设计氮素添加试验,设置8个氮处理,为0(N0)、15(N15)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)和300(N300)kg·hm-2·a-1(以N计),土壤样品于2019年8月采集,进行土壤有机碳及其组分的测定,探究氮素添加10年后土壤有机碳及其组分的变化与驱动因素。结果表明:(1)与对照相比,长期氮素添加下土壤有机碳(SOC)及土壤惰性碳(RP-C)含量无显著变化,土壤活性有机碳(LP-C)的含量增加,其中活性碳组分Ⅰ(LPⅠ-C)增加了0.48%~15.59%,活性碳组分Ⅱ(LPⅡ-C)增加了1.94%~8.41%,易氧化有机碳(EOC)含量无显著变化,可溶性有机碳(DOC)与微生物生物量碳(MBC)含量显著变化,且土壤碳组分整体在N30~N100处理变化敏感;(2)分析土壤有机碳对氮素添加的敏感指数(SI)可知,MBC对长期氮素添加响应更为敏感,可作为本区域有机碳变化的指示碳组分;(3)结构方程模型(SEM)结果显示,长期氮输入条件下土壤碳组分主要受植物生物量与土壤pH的共同调控。综上所述,氮素添加提高了贝加尔针茅草甸草原土壤活性碳组分含量,且土壤有机碳及其组分的变化主要受土壤pH与植物生物量共同调控。

    • 生物质炭负载解钾菌对土壤酶活性与微生物群落结构的影响

      2023, 60(5):1531-1542. DOI: 10.11766/trxb202206030294

      摘要 (348) HTML (696) PDF 3.55 M (1362) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究生物质炭负载解钾菌对土壤微生物特性的影响,基于5个处理即空白(CK)、施用化学钾肥(KCl)、接种解钾菌(KSB)、施用生物质炭(BC)、施用生物质炭负载解钾菌(BC-KSB)的黑麦草盆栽耗竭试验,分析不同处理下土壤酶和微生物群落结构的响应特征。结果表明,BC-KSB相比其余施肥处理更有利于提高土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶的活性,同时也提高了土壤细菌的物种多样性与菌群丰富度,并提高了土壤有益菌群(绿弯菌门、放线菌门、芽孢杆菌属和慢生根瘤菌属)的丰度,抑制了土壤致病菌群(变形菌门和罗河杆菌属)的繁殖。各施肥处理相比CK均显著提升了黑麦草干物质量,且以BC-KSB处理对黑麦草干物质量的提升最为显著。与CK和KCl相比,BC-KSB能显著提高土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、有机质、全氮和速效钾的含量(P< 0.05)。冗余分析表明,土壤有机质、速效钾、酸性磷酸酶、脲酶和微生物生物量氮是影响细菌群落结构的主要因子,黑麦草的生长主要受伯克氏菌属和罗河杆菌属的影响较大。可见,BC-KSB对黑麦草产量、土壤养分、土壤酶活性和细菌群落结构均产生了积极的影响,对于改良土壤生态环境具有良好的效果。

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