• 2023年第60卷第6期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于数据同化的土壤水力参数反演方法:研究进展与展望

      2023, 60(6):1543-1554. DOI: 10.11766/trxb202203040090

      摘要 (449) HTML (495) PDF 3.71 M (777) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水力参数及其非均质性刻画关乎到诸多土壤与地下水等领域的量化模拟研究问题。受限于时间和采样成本,传统的直接测定方法并不能很好地解决这个问题。随着物联网技术的发展,与土壤水运动有关的一些状态表征量(如含水量和水头)已经能够通过传感器实时获得。如何充分融合这些观测数据信息,反演出土壤水力参数是当前的一个研究热点。数据同化方法能够通过融合观测数据与模型预测值信息,实现对模型参数的反演估计。本文系统分析了土壤水力参数不确定性的来源及测定方法,阐述了常用数据同化方法的基础理论及其在土壤水力参数反演方面的应用,并从计算效率和反演精度两方面着重论述了数据同化方法的最新前沿进展,最后探讨了数据同化方法未来的发展方向。研究表明:数据同化方法能够突破传统测定方法的限制,用于土壤水力参数及其非均质性刻画。尽管如此,由于土壤非饱和流模型的强非线性以及原位观测数据的相对稀缺性等问题的存在,当前数据同化方法的计算效率和反演精度还有待进一步提升。未来可从发展监督式降维方法、多源多尺度数据融合以及耦合物理机制的机器学习等方面深化土壤水力参数反演方法研究,这有利于农业土水管理、污染防治和修复等工作的合理开展。

    • 植物促生菌的功能及在可持续农业中的应用

      2023, 60(6):1555-1568. DOI: 10.11766/trxb202203160112

      摘要 (577) HTML (621) PDF 2.23 M (972) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球气候变化以及人口增长加剧了农业生产中各种生物(如病原菌)和非生物(如干旱、盐渍、高温等)胁迫,并通过影响植物形态、生理生化特征和代谢功能等阻碍植物的生长、发育和生产力提升,最终影响农作物的产量和品质并严重威胁着农业的可持续发展。随着现代农业的大力发展,有益微生物因其能够改良土壤质量、提高土壤肥力、提升农作物抗胁迫性能和增产提质的功效显著而备受关注。简要概述了植物促生菌(Plant Growth-Promoting Bacteria,PGPB)的种类和施用效应,重点剖析了PGPB产生植物生长激素、固氮作用、加强对营养物质的吸收利用(溶磷、解钾和合成铁载体)、缓解生物和非生物胁迫以及调节植物根系构型和根际微生物群落结构等促生和抗胁迫机制,系统梳理了近年来运用于现代农业中的PGPB菌剂制备和施用方式的前沿科学技术,并进一步讨论了PGPB在未来农业生产中的应用前景以及研究方向。

    • >研究论文
    • 消减残差自相关性的县域土壤有机质整合模型预测研究

      2023, 60(6):1569-1581. DOI: 10.11766/trxb202111020591

      摘要 (159) HTML (224) PDF 5.52 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:提升土壤属性空间预测精度对实现农田精准施肥和保护生态环境具有重要意义。利用河北省滦平县采集的1773个样点耕地表层(0~20 cm)土壤有机质(SOM)及其地理环境数据,通过逐步回归分析方法筛选出最优环境变量;基于其中1426个农田样点分别建立多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)、随机森林(Random Forest,RF)、贝叶斯正则化神经网络(Bayesian regularization,BRNNBP)以及与普通克里格(OK)整合模型 (MLR-OK、RF-OK和BRNNBP-OK)预测SOM空间分布,以其余347个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度,并对模型残差进行半方差函数和空间自相关分析以评价模型拟合效果。结果表明,研究区耕地表层土壤SOM处在8.62~35.64 g·kg-1变化区间,变异系数为20.26%,属中等程度空间变异;SOM高值区主要分布在东北及东南海拔较高地区,低值区多分布在西南及中部河谷地区;海拔、坡度和年均温度与SOM关系密切(P<0.001);整合模型BRNNBP-OK的平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE最低分别为2.162 g·kg-1和2.801g·kg-1,相较于OK、MLR、RF、BRNNBP、MLR-OK和RF-OK预测模型,R2提升1.84%~43.72%,成为SOM空间预测优选模型。与单一模型相比,整合模型残差块金系数大于0.75,Moran's I指数均小于0且数值更趋近于0,表明整合模型残差空间自相关性减弱且空间分布呈离散状态。同时,各模型精度与模型残差Moran's I指数呈显著相关。因此,整合模型可以拟合更多的趋势项,模型残差空间聚集性降低甚至趋于离散时,模型总体精度提升,揭示了模型精度提升的内在原因。

    • 拉萨河谷设施农地土壤质量变化及空间分异特征

      2023, 60(6):1582-1594. DOI: 10.11766/trxb202109300537

      摘要 (199) HTML (342) PDF 6.57 M (581) 评论 (0) 收藏

      摘要:青藏高原设施农地存在土壤质量变化的迹象,而拉萨河谷作为青藏高原地区设施农地的主要分布区,其土壤质量的整体变化及区域分异规律尚不明确。以大田耕地为参照,采集设施农地土壤样品240个和大田耕地土壤样品112个,测定了土壤理化指标21项,采用土壤综合质量指数和因子探测器方法,研究了设施农地土壤质量变化及空间分异特征,并辨识设施农地土壤质量变化的主要因子。结果表明:(1)拉萨河谷设施农地和本底土壤质量指数分别为0.36、0.43,两者80%的样地土壤质量等级均分布在Ⅴ~Ⅲ 级;且设施农地土壤质量较高的样地主要分布在海拔3 700~3 750 m,距河流930 m内的阳坡地带。(2)较大田耕地,设施农地土壤质量指数平均下降了16.28%,且存在明显空间差异。其中堆龙德庆区土壤质量下降最明显,平均降低了74.46%。不同深度上,0~10 cm范围内土壤质量下降最明显,平均下降了6.5%。(3)受海拔和坡向影响,设施农地土壤质量整体变化存在空间分异。即随着海拔增加和阳坡到阴坡的变化,设施农地土壤质量变化幅度均表现为明显增大趋势。(4)全区设施农地土壤质量变化普遍受到含盐量、速效钾和镉含量变化的影响,三者解释力均可达到20%以上。综上,本研究明晰了高原设施农地土壤质量整体变化及其空间分异,为该地区设施农业布局和发展提供了理论依据。

    • 样点规模与采样方法对表层土壤pH空间预测精度的影响

      2023, 60(6):1595-1609. DOI: 10.11766/trxb202112010651

      摘要 (196) HTML (367) PDF 9.55 M (599) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤空间预测与数字化制图的精度与质量受土壤样点规模、采样策略、预测模型选择、目标区域地貌与成土环境复杂程度、协变量数据质量等多种因素共同制约。选择河南省为研究区,基于9种土壤样点规模、5种采样方法,应用5种最具代表性的机器学习(Machine learning,ML)算法对耕地表层土壤pH实施空间预测与数字化制图,用以对比分析不同样点规模与采样方法对ML模型的性能表现及土壤pH预测精度的影响。结果表明:(1)当研究区土壤样点规模从200个经由400个、800个、1 200个、1 600上升到2 000个时,无论使用何种采样方法,所有ML模型的性能表现与预测精度均呈快速上升的总体趋势;当样点规模达到并超过2 000个时,大多数ML性能表现及预测精度趋于稳定,表明2 000个土壤样点可能是这些ML模型预测研究区耕地表层土壤pH的样点规模阈值。(2)5种ML模型性能表现及其土壤pH预测精度存在明显差距,基于树结构的随机森林(Random forests,RF)和Cubist表现最好,无论使用哪种采样方法,这两种模型预测结果的决定系数(R2)均可稳定在0.75~0.80之间、RMSE保持在0.50以下。(3)当土壤样点规模足够大时,采样方法对ML模型性能和土壤pH预测精度的影响很小,五种采样方法的效果相差不大。当土壤样点规模小于2 000个时,采样方法的影响逐渐凸显。比较而言,条件拉丁超立方采样在样点规模较小时具备优势。当样点规模为1 000个时,条件拉丁超立方采样仍可使随机森林和Cubist预测的R2维持在0.80左右;在样点规模小至200个时,条件拉丁超立方采样方法下5种ML模型预测的R2均在0.55以上。(4)不确定性分析结果显示,平均73.9%的验证样点表层土壤pH观测值落入随机森林模型90%预测区间,表明该模型的可靠性被轻微高估,但处于可接受范畴。此外,数据显示模型预测的不确定性与样点规模无明显关联。

    • 黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

      2023, 60(6):1610-1625. DOI: 10.11766/trxb202112150675

      摘要 (203) HTML (463) PDF 866.58 K (463) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮)的纳尘量和固土量,探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律,并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明,相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍~4.8倍,且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1~8 m·s-1时,生物结皮的平均减蚀量可达19.5~4 893.0 t·km-2·a-1。同时,生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加,且增幅与风速呈正相关;相对含水率由0增至80%后,风速5~8 m·s-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外,生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似,生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大,其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4倍。在同一发育阶段,风沙土上发育的生物结皮其固土量显著高于黄绵土上发育的生物结皮(F=30.74,P<0.003)。生物结皮的固土量与结皮层厚度呈极显著正相关关系,且随土壤含水率增加呈先升高后降低的趋势。综上,生物结皮具有显著的纳尘与固土效应,其对黄土高原土壤母质的风积过程具有重要促进作用。

    • 华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

      2023, 60(6):1626-1636. DOI: 10.11766/trxb202110180561

      摘要 (153) HTML (235) PDF 3.18 M (627) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18 m)土壤水同位素测定结果,分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征,揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明,研究区大气降水线δD =6.07δ18O-5.76(R2=0.86),土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方,表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用;除梨园Ⅰ,土壤水同位素值变异系数浅层>中层>深层,表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大,主要由于其易受到降水和蒸发的影响,随土壤剖面深度的增加,蒸发和降水的影响逐渐变弱;梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大,表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响;梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大,说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园;0.25~0.5 m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集,主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻,同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚;而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象,主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著,表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异,梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。

    • 长期紫云英还田与化肥配施下水稻土团聚体中铁氧化物的演变规律

      2023, 60(6):1637-1649. DOI: 10.11766/trxb202111110611

      摘要 (196) HTML (260) PDF 1.17 M (523) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁氧化物是土壤团聚体重要的胶结物质,其主要存在于土壤黏粒中。为探索紫云英还田并配施化肥下土壤团聚体中铁氧化物的变化规律及其在不同粒级黏粒组分中的富集特点,以湖南省南县长期紫云英还田的水稻土为研究对象,选择单施紫云英(MV)、单施化肥(F100)、紫云英配施全量化肥(MV+F100)和紫云英配施80%化肥(MV+F80)4个处理,通过湿筛和离心分离土壤团聚体(>250、53~250 和2~53 μm)和黏粒(<2 μm),测定不同处理土壤团聚体及其黏粒中铁氧化物的含量,并分析它们与团聚体稳定性的关系。结果表明:(1)与MV和F100相比,紫云英与全量化肥配施增加了>250 μm粒级团聚体的含量,降低了53~250μm粒级团聚体含量,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别提高了8.2%~20.5%和4.1%~8.5%。(2)与MV相比,紫云英与化肥配施显著提高了各粒级团聚体、2~53 μm团聚体黏粒和自由态黏粒非晶质铁的含量(12.7%~55.6%,52.4%~54.9%和45.9%~48.6%),降低了>250和53~250μm团聚体非晶质铁的富集率(32.8%~36.8%和17.2%~28.4%)。而与F100相比,2~53 μm团聚体和团聚体黏粒非晶质铁的含量以及富集率均显著降低(3.5%~21.3%、29.2%~30.4%和10.9%~26.9%)。(3)>250 μm团聚体含量与团聚体黏粒的非晶质铁含量、铁的活化度呈极显著正相关,与团聚体黏粒的游离铁含量、非晶质铁的富集率呈显著正相关。团聚体的MWD和GMD与>250μm团聚体含量呈极显著正相关,而与<2 μm团聚体含量呈极显著负相关。>250、2~53 μm团聚体黏粒和自由态黏粒的游离铁是团聚体MWD和GMD最重要的影响因子。紫云英与化肥配施,能够提高团聚体黏粒铁氧化物的含量,促进>250 μm团聚体的形成,从而增强团聚体的稳定性。

    • 不同种类填闲作物阻控设施菜地氮磷淋溶效果及机制研究

      2023, 60(6):1650-1661. DOI: 10.11766/trxb202112010590

      摘要 (138) HTML (296) PDF 798.04 K (434) 评论 (0) 收藏

      摘要:设施菜地揭棚休闲期种植填闲作物是阻控淋溶发生的重要措施,在降雨频繁地区氮磷阻控效率高的填闲作物尚不明确。以休闲为对照,种植5种填闲作物:高粱(Sorghum bicolor L.)、玉米(Zea mays L.)、黑麦草(Lolium perenne L.)、马齿苋(Portulaca oleracea L.)和羽衣甘蓝(Brassica oleracea var. acephala DC.),研究了不同种类填闲作物对设施菜地氮磷淋溶、土壤速效氮、土壤微生物的影响。结果表明:与休闲处理相比,种植填闲作物高粱、玉米、黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝分别显著减少了12.6、16.6、27.4、28.9和26.8 kg·hm-2的氮淋溶,显著减少了0.10、0.05、0.04、0.04和0.13 kg·hm-2的磷淋溶。氮淋溶阻控率由高到低依次为马齿苋、黑麦草、羽衣甘蓝、玉米、高粱,磷淋溶阻控率由高到低则依次为羽衣甘蓝、高粱、玉米、马齿苋、黑麦草。5种填闲作物中黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝的氮阻控率分别达到52.3%、55.1%和51.2%,较高粱和玉米氮阻控率平均提高了近一倍。这是因为黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝在休闲前期(21 d)就有一定的覆盖度,与休闲相比分别减少了23.5%、17.1%和26.7%的淋溶水量,而高粱和玉米前期覆盖度差,在前期降水多后期降水少的情况下其淋溶水量与休闲无显著差异;种植黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝耕层土壤(0~20 cm)中硝态氮的含量为40.1~52.8 mg·kg-1,而种植高粱和玉米土壤硝态氮的含量为67.8~72.7 mg·kg-1;此外,与高粱和玉米相比,马齿苋和羽衣甘蓝还显著提高了耕层土壤nirS型反硝化细菌和根际土壤中nosZ型反硝化细菌的丰度,可能增强了土壤的反硝化过程。综上,黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝作为降雨频繁地区的夏季填闲作物可显著减少氮磷淋溶,其中羽衣甘蓝对氮磷综合阻控的效果最佳。

    • 农用地土壤可持续安全利用的研究与实践——以浙江省镉污染农田为例

      2023, 60(6):1662-1675. DOI: 10.11766/trxb202205120170

      摘要 (235) HTML (262) PDF 3.52 M (819) 评论 (0) 收藏

      摘要:农用地土壤可持续安全利用对有效改善农用地土壤环境质量、保障农产品质量安全及人体健康具有重要意义。以长江三角洲经济最发达地区之一的浙江省为例,分析探讨了农用地土壤环境存在的主要问题和发展趋势,研究思考了农用地土壤可持续安全利用的理论和方法。在“十三五”期间,基于浙江省历年1:5万大比例尺农用地土壤污染调查成果,在温岭市、桐庐县等地开展了以农用地土壤重金属镉(Cd)污染治理为重点的省级试点示范工作,综合采取以污染源头解析与防控、多维度农业安全利用技术筛选和应用以及超标农作物秸秆安全处置等方法,形成一批具有显著地域特点、高效防治效果、自主知识产权、适用于Cd轻中度和中重度污染的农用地土壤污染综合治理技术模式。主要结果:(1)大气沉降源是农用地生态系统Cd的主要外来输入源之一,约占总输入量的24%~59%。(2)筛选出以甬优538为主的低积累品种53个,比选出以石灰性物质类为主的钝化材料20种以及以硅基和硒基为主的叶面阻控材料10种。(3)以稻/麦轮作等适用于Cd轻中度污染农用地安全利用技术模式可有效降低土壤有效态Cd 20%~50%以上,以超积累植物为主的适用于Cd中重度污染农用地的“边生产边修复”技术模式可有效降低土壤全量Cd 30%以上、土壤有效态Cd 50%以上,均可实现农产品安全生产。本文创新提出农用地土壤重金属污染可持续安全利用总体思路和技术路经,总结了农用地土壤重金属污染可持续安全利用的经验策略,以期为我国大范围开展受污染农用地土壤安全利用提供示范样板与技术参考。

    • 超顺磁微纳米MFH功能材料对铅污染土壤的修复研究

      2023, 60(6):1676-1687. DOI: 10.11766/trxb202204290220

      摘要 (128) HTML (333) PDF 2.23 M (488) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效、快速、廉价地修复废水和土壤铅污染,研究了一种重金属铅修复去除材料(超顺磁微纳米Fe3O4@Ca10(PO46(OH)2功能材料,MFH)的投加量、Pb2+初始浓度、吸附时间、pH、离子强度以及有机质浓度等因素对废水、污染土壤中Pb2+的修复效果。结果表明,MFH对溶液中的Pb2+的吸附满足准二级动力学模型,在10 min左右达到吸附平衡,最大吸附量181.6 mg·g-1;在pH 2.00~5.00范围内Pb2+去除率随溶液pH的增加而下降;溶液中离子强度增大会抑制MFH对Pb2+的去除率,而溶液中有机质含量增加则能有效提高MFH对Pb2+的去除率。MFH对农田和工业园区铅污染土壤均有较好的去除效果,添加重金属活化剂EDTA能明显提高MFH对土壤中铅的去除效果,其中对轻度铅污染的农田土壤中铅总量去除量为102.74 μg·g-1。利用磁棒对土壤中MFH进行回收,回收率可达88%以上,再生性能恢复率89.49%,且再生后的MFH磁性能、比表面积恢复较好。

    • 耕层厚度对潮土中化肥氮素转化的影响

      2023, 60(6):1688-1699. DOI: 10.11766/trxb202204060097

      摘要 (135) HTML (176) PDF 1.93 M (568) 评论 (0) 收藏

      摘要:耕层厚度是影响土壤肥力的重要因素之一,但其对潮土中化肥氮素转化的影响尚不清楚。利用田间土柱模拟试验,采用15N示踪技术,探究在不同耕层厚度处理下,化肥氮在3种质地潮土0~40 cm土层中有机氮、无机氮与固定态铵库中的动态变化以及作物对化肥氮的吸收利用。结果表明:耕层厚度显著影响化肥氮在土壤不同氮库中的转化及其在土壤-作物系统中的去向,且在不同质地潮土中的作用效果一致。在不同质地潮土中,残留于土壤中的化肥氮83%以上以有机氮的形式存在,影响化肥氮的保蓄与供给。增加耕层厚度虽然降低了化肥氮向固定态铵库的转化,但提高了0~40 cm土层中的肥料来源有机氮储量,尤其是在施肥当季,耕层厚度25 cm(PLT-25)处理下的肥料来源有机氮储量平均较耕层厚度15 cm(PLT-15)处理提高8.9%。增加耕层厚度显著(P < 0.05)提高了施肥当季与后茬作物生长季内肥料来源无机氮的供给,在此期间PLT-25处理下作物对化肥氮的利用率较PLT-15处理提高8.0%左右,而化肥氮的当季损失率与累积损失率则较PLT-15处理分别降低12.3%与9.1%。就土壤质地的角度而言,砂粒含量高制约着化肥氮向有机氮库的转化,不利于作物对化肥氮的吸收利用,增大了氮肥损失。由此可见,在不同质地潮土中,增加耕层厚度在提高化肥氮素当季利用率的同时也增大了化肥氮在土壤中的残留量,减少了化肥氮的损失。残留的化肥氮在后茬作物生长季释放出来供作物吸收利用,促进了化肥氮累积利用率的提高。

    • 不同配施比例下秸秆和木本泥炭对快速提升土壤有机质和作物产量的耦合影响

      2023, 60(6):1700-1713. DOI: 10.11766/trxb202112030656

      摘要 (158) HTML (189) PDF 3.12 M (506) 评论 (0) 收藏

      摘要:木本泥炭和秸秆配施有快速提升土壤有机质(SOM)和作物产量的潜力,但其配施比例如何影响作物产量及其微生物机制尚不清楚。本研究通过田间试验,在施用秸秆和激发剂(RJ)基础上,比较分析了木本泥炭和秸秆三种施用比例2:1(RJM1)、3:1(RJM2)、4:1(RJM3)对土壤理化性质、细菌群落组成和水稻产量影响,并与不施用有机物料的对照(CK)进行比较;同时基于网络分析和路径分析,明确不同处理特定细菌菌群与作物产量之间潜在关系。结果表明,RJM1、RJM2、RJM3间的水稻产量差异不明显,但平均较RJ和CK显著增产16.09%和31.46%。五个处理按土壤理化性质分成显著不同的三组(P < 0.01),第一组为RJM2+RJM3,以pH、SOM、可溶性有机碳(DOC)、有效磷(AP)、速效钾(AK)含量显著升高为特征;第二组为RJ+RJM1,以硝态氮(NO3--N)和可溶性有机氮(DON)含量显著升高为特征;第三组为CK。RJM2+RJM3的SOM、DOC、AP较RJM1处理平均提高29.69%、22.65%和23.95%,表示RJM2+RJM3能迅速提升土壤有机质含量。RJM2和RJM3的细菌群落组成类似,并主要受制于土壤pH、SOM、DOC的变化,但与RJM1的群落组成显著不同。RJM2+RJM3显著增加了与水稻产量正相关的盖勒氏菌(Gaiellaceae unidentified)、类诺卡氏菌(Nocardioidaceae unidentified)、土壤球菌(Terracoccus)、从毛单胞菌(Comamonadaceae unidentified)、WD2101 unidentified、鞘脂杆菌(Sphingobacteriales unidentified)的丰度,而RJM1显著增加了上述除鞘脂杆菌外的其他5个物种的丰度,表示RJM2+RJM3较RJM1刺激更多的与作物产量有正相关的优势物种。上述结果表明,RJM2+RJM3通过改善土壤pH、SOM、DOC,较RJM1刺激更多的有利于作物增产的优势物种;同时由于RJM1的SOM含量与对照没有显著变化,导致其增产的可持续性要低于RJM2+RJM3处理。综合上述结果和经济效益,推荐RJM2,即木本泥炭和秸秆的施用比例为3:1时具有同时快速提升SOM和作物产量的效果。

    • 阳山水蜜桃园肥料投入及不同种植年限土壤养分累积现状

      2023, 60(6):1714-1725. DOI: 10.11766/trxb202204060091

      摘要 (217) HTML (298) PDF 881.62 K (490) 评论 (0) 收藏

      摘要:阳山水蜜桃为中国国家地理标志产品,土肥科学管理对其产业的可持续发展至关重要。选择4个主要水蜜桃种植镇含不同种植年限的33块桃园为研究对象,通过实地问卷调查结合室内土壤样品分析,以摸清水蜜桃园肥料投入结构,分析桃园土壤养分丰缺状况及生态化学计量特征。结果表明:桃园氮、磷、钾平均总投入量分别为527 kg·hm-2(以N计)、362 kg·hm-2(以P2O5计)、545 kg·hm-2(以K2O计),以三元复合肥为主的化肥来源占比较大,而菜籽饼、牛粪、鸡粪、秸秆等有机来源的氮、磷、钾分别占投入总量的27.8%、15.4%、15.6%。种植大于10年的桃园0~20 cm和20~40 cm土层土壤pH均达到了强酸性水平(4.5<pH<5.5)。根据第二次全国土壤普查养分分级标准,桃园土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量基本处于3级及以上标准,0~20 cm土壤C:N、C:P、N:P随着种植年限的增加不断降低,种植10年以上的桃园土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量已经达到了1级水平,桃园土壤硝态氮含量范围在19.3~33.1 mg·kg-1。N、P2O5、K2O的当季表观盈余量分别为343 kg·hm-2、238 kg·hm-2、240 kg·hm-2。综上,水蜜桃园连年高养分投入加剧土壤酸化和养分累积,土壤氮磷残留量过高,增加其流失风险,亟需研究并提出减肥增效、减排控失、高产保质的桃园绿色生产模式。

    • 不同年限稻田红壤发生层土壤磷的固持容量及其释放潜能研究

      2023, 60(6):1726-1738. DOI: 10.11766/trxb202205160257

      摘要 (159) HTML (327) PDF 897.93 K (568) 评论 (0) 收藏

      摘要:以江西鹰潭孙家典型红壤小流域中期稻田(MP)、新稻田(NP)与老稻田(OP)的发生层土壤为研究对象,基于吸附-解吸实验与结构方程模型,分析了稻田红壤各发生层土壤磷的固持能力(PSI)、最大固持容量(MCSP)及释放潜能的变化差异与影响因子,明确了固定态磷的释放机制与流失风险。结果表明:随发生层深度的增加,稻田红壤PSI及MCSP逐渐增大,二者变化分别为:MP > NP> OP与NP> MP > OP;但稻田红壤发生层中电性吸附态磷(CaCl2-P)及OP剖面专性吸附态磷(EDTA-P)逐渐降低,而MP剖面和NP剖面的EDTA-P以及稻田红壤发生层的残留态磷(Red-P)则相反;OP剖面发生层CaCl2-P与EDTA-P的比值随发生层深度的增加呈逐渐升高趋势,且显著高于MP和NP剖面。结构方程模型分析结果表明,土壤有机质、全磷、pH和铁铝氧化物之间相互作用且协同调控着稻田红壤的磷吸附位点数量及其吸附-解吸能力。稻田红壤水耕层(Ap层)土壤吸磷能力弱、释磷能力强,土壤磷流失风险大;而氧化还原层(Br)和母质层(C)土壤吸磷能力强、释磷能力弱,土壤磷固持容量大。与新稻田和中期稻田剖面相比,老稻田发生层土壤中吸附态磷更难以向专性吸附态磷及残留态磷转化,土壤磷流失风险相对较大,需及时采取相应的调控措施。

    • 基于土壤钙镁比的毕节植烟区镁肥施用分区研究

      2023, 60(6):1739-1750. DOI: 10.11766/trxb202201100014

      摘要 (129) HTML (171) PDF 2.98 M (390) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前植烟区土壤镁肥施用主要依据土壤有效镁含量水平及其空间分布特征确定,但很少考虑到土壤钙镁比(有效钙含量/有效镁含量)对土壤镁素供应的现实影响,这必然对镁肥施用效果产生不利影响。本研究以毕节植烟区为例,基于大样本土壤采样数据,综合考虑土壤有效镁含量水平、土壤钙镁比及两者的空间分布特征,通过图形叠加和栅格运算,科学划定植烟区土壤镁肥宜施等级及分区。研究表明,毕节植烟区土壤有效镁平均含量为278.1 mg·kg-1,土壤钙镁比均值为14.5,空间上均呈现较强的波动性。从空间插值图看,土壤有效镁含量以适宜等级为主,占到毕节植烟区面积的69%,土壤钙镁比分布以10~20和5~10两等级为主,且各等级交错分布。基于土壤有效镁含量和钙镁比获得的土壤镁肥宜施等级图中,适宜和较适宜施用镁肥面积分别为69.0%和10.5%,不适宜施用面积为19.0%,而极适宜和极不适宜面积比例仅分别为1.3%和0.2%。若仅考虑土壤有效镁含量得到的宜施等级分布与考虑钙镁比的宜施等级分布存在很大差异,这说明在制定镁肥施用方案时,若不考虑钙镁比对土壤镁素供应的影响,得到的镁肥宜施等级分区会产生较大的偏差,给植烟区土壤施肥带来不利影响,而综合考虑土壤有效镁含量和钙镁比是科学制定区域镁肥施用方案的重要前提。

    • 中国主要稻区周丛生物群落组成结构及其磷捕获能力

      2023, 60(6):1751-1765. DOI: 10.11766/trxb202203220002

      摘要 (213) HTML (319) PDF 7.90 M (418) 评论 (0) 收藏

      摘要:广泛分布在水-土界面之间的周丛生物是稻田生态系统物质迁移和能量交换的关键热区和必经之地,但至今鲜有研究关注稻田周丛生物的群落特征及其调控功能。为进一步了解周丛生物磷捕获功能,本研究选取我国主要稻区周丛生物,覆盖华南地区、长江中下游地区、东北地区三个水稻种植区,利用高通量测序技术分析周丛生物群落组成结构,结合PLS-PM和回归分析揭示影响稻田周丛生物捕获磷的因素。结果表明,不同地区稻田土壤理化性质存在显著差异(P<0.05)。我国主要稻区周丛生物磷捕获能力由北到南、由西向东呈现递增的趋势。不同地区稻田周丛生物群落组成差异显著(P<0.05)。在属水平上,华南地区周丛生物以AcinetobacterProteiniclasticum等原核微生物及GregarinaAdriamonas等真核微生物为优势物种;长江中下游地区周丛生物以BacillusCloacibacterium等原核微生物及GregarinaVermamoeba等真核微生物为主组成;在东北地区,周丛生物由FlavisolibacterAnaerolinea为优势的原核微生物和以AdriamonasVermamoeba为优势的真核微生物组成。发现土壤理化性质(特别是土壤有机碳含量和田面水pH)与周丛生物群落多样性存在相关性。华南地区周丛生物中的微藻对于磷的捕获起到一定的促进作用,而东北地区周丛生物中的聚磷菌对磷的捕获有正效应。本研究通过对全国不同地区稻田周丛生物磷捕获能力的分析,丰富了对稻田周丛生物群落组成、结构及其调控磷循环的认识,也为将来开发生物技术回收利用稻田盈余磷提供了理论依据。

    • 硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

      2023, 60(6):1766-1777. DOI: 10.11766/trxb202203220126

      摘要 (172) HTML (262) PDF 1.45 M (418) 评论 (0) 收藏

      摘要:硝化微生物在农田土壤氮转化过程中发挥重要作用,深入开展团聚体中硝化微生物分布研究,有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。选取旱地黄棕壤为研究对象,比较玉米连作(M-M)和玉米/花生轮作(M-P)两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势(NP)的变化,并通过荧光定量PCR和高通量测序研究团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。结果表明,与M-M相比,M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳(TC)含量。M-P使NP显著提高,但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌(AOB)amoA基因丰度在M-P中高于M-M,且在较小粒级团聚体中分布更多,而氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox)amoA基因的分布模式与AOB大致相反,表明AOB更能适应较小团聚体环境,AOA和Comammox则倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外,与M-M相较,M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小,表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析,结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌(NOB)和Candidatus Nitrosocosmicus属AOA的占比,降低了Nitrospira属NOB的占比,对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOB amoA基因丰度显著正相关,与AOA amoA基因丰度负相关。但在群落组成上,Nitrosospira属AOB,Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布,然而,不同硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异,该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。

    • 稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO2浓度缓增的响应

      2023, 60(6):1778-1789. DOI: 10.11766/trxb202111250641

      摘要 (144) HTML (257) PDF 1.74 M (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)是控制稻田甲烷排放的一种新途径,但有关其对大气CO2升高的响应尚不清楚。依托开顶式气室组成的CO2浓度自动调控平台,设置环境CO2浓度处理(CK)和CO2缓增处理(EC:每年增加40 μL·L-1,至采样时CO2浓度为CK+160 μL·L-1)。采用稳定性同位素示踪、定量PCR和高通量测序等手段,分析不同CO2处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期和开花期)稻田n-damo活性及其功能微生物Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M. oxyfera)-like细菌的丰度、多样性和群落组成。结果发现,供试土壤中n-damo活性为CO2 0.31~5.09 nmol g-1·d-1M. oxyfera-like细菌丰度为7.51×106~5.49×107copies·g-1。CO2缓增一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M. oxyfera-like细菌丰度,且在拔节期达到显著性水平:活性和丰度分别增加了137.9%和96.0%。同时还使M. oxyfera-like细菌的群落组成发生显著改变,并影响其多样性。EC处理下土壤可溶性有机碳含量和无机氮含量的改变很可能是导致n-damo活性及M. oxyfera-like细菌群落结构发生变化的重要原因。综上,稻田n-damo过程对大气CO2浓度缓增具有正响应。

    • 稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落结构的影响

      2023, 60(6):1790-1800. DOI: 10.11766/trxb202205150255

      摘要 (204) HTML (342) PDF 1.27 M (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落组成的影响,基于稻田土壤理化指标测定和16S rDNA扩增子高通量测序技术,比较稻虾种养新模式(NRS)、稻虾种养传统模式(TRS)和水稻单作模式(CK)对稻田土壤理化指标和微生物多样性和群落结构的影响。结果显示:与CK和TRS相比,稻虾种养新模式能显著提高土壤pH、有机质、有效磷、速效钾含量和土壤微生物多样性和丰富度。与CK相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的酸杆菌门、绿弯菌门和疣微菌门相对丰度分别增加30.89%、36.38%和2.16%,变形菌门和脱硫菌门相对丰度分别降低17.96%和58.59%。与TRS相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的脱硫菌门相对丰度增加14.93%,绿弯菌门、疣微菌门、变形菌门和酸杆菌门相对丰度分别降低39.29%、37.42%、16.27%和6.81%。相关性分析表明,土壤有机质、速效氮、有效磷、速效钾和pH是影响稻田土壤微生物群落结构的主要理化因子。以上研究表明,稻虾种养新模式有利于提升稻田土壤肥力,显著提高了稻田土壤微生物多样性和改善微生物群落结构;研究结果对稻虾种养新模式的示范推广具有一定的指导意义和参考价值。

    • 长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响

      2023, 60(6):1801-1811. DOI: 10.11766/trxb202203180120

      摘要 (137) HTML (282) PDF 839.54 K (385) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响及其驱动因子,以黑土区耕法长期定位试验为平台,采用荧光定量和高通量测序技术研究不同耕作措施(灭茬起垄、免耕、间隔深松和翻耕)下0~40 cm土层chiA几丁质降解菌基因丰度、微生物群落结构和酶活性。结果表明:0~20 cm土层,免耕显著提高chiA基因丰度;20~40 cm土层,免耕降低chiA基因丰度、alpha多样性和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度,但是增加放线菌门(Actinobacteria)相对丰度。土壤pH、平均重量直径和养分含量显著影响chiA基因丰度和群落结构。与灭茬起垄相比,免耕显著提高0~20 cm土层几丁质酶活性,而间隔深松和深翻显著提高0~40 cm土层几丁质酶活性。结构方程模型模拟发现耕作方式、土壤深度、平均重量直径、土壤有机碳、全氮、全磷、chiA基因丰度和放线菌门相对丰度对几丁质酶活性具有显著直接效应。研究结果为明确黑土区不同耕作措施对土壤几丁质降解的影响提供理论基础。

    • 灌丛化对高寒草地土壤有机碳组分的分异研究

      2023, 60(6):1812-1823. DOI: 10.11766/trxb202203220004

      摘要 (108) HTML (98) PDF 2.98 M (447) 评论 (0) 收藏

      摘要:草地灌丛化过程中植被优势群落类型的转变会通过凋落物及根系分泌物的数量和性质差异影响土壤有机碳(SOC)组分。为探索高寒草地土壤不同活性有机碳组分对灌木侵入的响应,本研究采用Stewart物理-化学联合分组方法,将青藏高原东缘四种典型灌丛化草地以及未灌丛化草地土壤有机碳分为游离态活性有机碳(Nonprotected organic carbon,Non-C)、物理保护态有机碳(Physically-protected organic carbon,Phy-C)、化学保护态有机碳(Chemically-protected organic carbon,Che-C)和生物化学保护态有机碳(Biochemically-protected organic carbon,Bio-C),分析不同活性有机碳组分含量变化及其影响因素。结果表明:(1)灌木侵入对高寒草地表层土壤(0~10 cm)SOC含量影响不显著(P>0.05),但不同活性有机碳组分含量有所分异。高山绣线菊(Spiraea alpina)和窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌木侵入降低了土壤Non-C和Bio-C组分(P<0.05);金露梅(Potentilla fruticosa)灌木侵入降低了土壤Non-C组分(P<0.05);小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌木侵入降低了土壤Phy-C和Che-C组分(P<0.05),而提高了土壤Bio-C组分含量(P<0.05)。(2)未灌丛化草地和灌丛化样地土壤均以Non-C组分为主,其次是稳定态有机碳库(Che-C和Bio-C),而Phy-C占比最少。(3)土壤黏粒和全氮是影响高寒灌丛化草地土壤不同活性有机碳组分的主要因素,解释度共达51.2%。高寒草地灌木侵入过程中,灌木种类对不同活性土壤有机碳组分含量影响不一致,灌丛化草地和未灌丛化草地土壤表层均以Non-C为主,因此在外界扰动的情况下,该地区的有机碳库可能成为碳源。

    • 长期有机无机氮肥配施对玉米-豇豆复种土壤团聚体碳含量和官能团分子结构的影响

      2023, 60(6):1824-1833. DOI: 10.11766/trxb202203200122

      摘要 (145) HTML (256) PDF 530.16 K (392) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过设置无机氮肥(IF)、有机氮肥(OM)、有机无机氮肥配施(IF+OM)等3个不同氮肥处理,探究长期(9年)施用不同氮肥对玉米-豇豆复种系统中土壤有机碳组分含量及官能团的影响,揭示土壤有机碳的积累规律。采用物理分组方法测定轻组颗粒有机碳(fPOC)、微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)、微团聚体内粉黏粒有机碳(iSOC)和非闭蓄态粉黏粒有机碳(fSOC),并利用核磁共振波谱分析法测定土壤有机碳官能团结构。结果表明,与IF处理相比,OM和IF+OM处理显著提高土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),且IF+OM处理下该作用更明显。相比IF处理,IF+OM处理明显提高了土壤有机碳、fPOC和iPOC的含量,但对iSOC和fSOC的含量无明显影响。与IF处理相比,IF+OM处理明显增加了烷基碳含量,但减少了芳香碳含量。路径分析表明,烷基碳/烷氧碳、疏水性、fPOC和iPOC碳含量与有机碳含量之间存在密切联系。总之,长期IF+OM有利于产量提高,增加fPOC和iPOC碳含量,优化团聚体的结构,增强土壤稳定性,提高土壤碳固定,增加有机碳储量。

    • >研究简报
    • 大气颗粒沉降对城市土壤性状的影响:道路灰尘的磁学证据

      2023, 60(6):1834-1842. DOI: 10.11766/trxb202206060235

      摘要 (109) HTML (169) PDF 811.66 K (407) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究大气颗粒物沉降对城市土壤性状的影响,对上海宝山区典型工业区、交通区、居民区和农业区表土和道路灰尘的磁化率(χlf)、重金属元素含量进行了监测分析。结果表明,上海宝山各功能区表土磁性普遍增强,χlf平均值为130.7×10-8m3·kg-1,86.2%表土样χlf高于当地土壤背景磁性。与各功能区表土相邻的道路灰尘χlf增强更加显著,平均值达903.3×10-8m3·kg-1。各功能区道路灰尘重金属的累积量也远高于相邻表土。其铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)的平均含量分别为表土的3.4倍、2.4倍、4.7倍、2.2倍、1.5倍、2.8倍、1.2倍、1.4倍和1.6倍。宝山区表土χlf与Cu、Zn、Mn、Cr、Ni、Cd含量呈极显著正相关(P<0.01),与Pb、Fe含量呈显著正相关(P<0.01)。道路灰尘χlf与Zn、Mn、Cr、Co、Ni、Fe含量呈极显著相关性(P<0.01),与Cu呈显著正相关(P<0.05)。但是,不同功能区表土和道路灰尘χlf与重金属元素含量间的相关程度有差别,农业区土壤这种相关性较弱。研究区域道路灰尘的特异性状,揭示了城市大气颗粒物包含一定量人为成因的富集重金属元素的磁性颗粒。这类污染颗粒的长期、连续沉降,使得城市表土的磁性和重金属含量同步增强,并对城市土壤的性状产生深刻影响。

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