• 2024年第61卷第2期文章目次
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    • >新视角与前沿
    • 2023年度国家自然科学基金土壤学项目受理与资助分析

      2024, 61(2):285-296. DOI: 10.11766/trxb202401090017

      摘要 (418) HTML (239) PDF 2.91 M (748) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文分析了2023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,旨在指导今后的土壤科学基金申请。

    • 微生物纳米导线的结构与功能:争议及进展

      2024, 61(2):297-307. DOI: 10.11766/trxb202303140103

      摘要 (310) HTML (228) PDF 4.10 M (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤胞外呼吸是驱动元素生物地球化学循环的引擎,而微生物纳米导线是实现土壤胞外呼吸的重要途径。微生物纳米导线是一类生长于微生物表面,可长达数十微米的具有导电性的纤维状结构。它直接作用于微生物与土壤矿物、产甲烷与甲烷氧化微生物间的电子传递,从而影响了土壤矿物的迁移转化及温室气体减排。Geobacter sulfurreducens是研究微生物纳米导线的模式微生物。长久以来,基于分子生物学实验证据表明,G. sulfurreducens纳米导线是PilA-N菌毛。而最近基于冷冻电镜技术的纳米导线结构分析发现,G. sulfurreducens实际上表达着各种形式的细胞色素c纳米导线。自此,关于“纳米导线本质”的问题成为学术界争论的焦点。以G. sulfurreducens纳米导线理论发展为主线,综述了不同时期对纳米导线结构与功能的认识,并系统分析了作为“纳米导线本质”争议的证据基础,将推动该争议的早日解决,并助力土壤胞外呼吸理论的成熟及微生物纳米导线的应用研究。

    • >综述与评论
    • 地球关键带研究评述:现状与展望

      2024, 61(2):308-318. DOI: 10.11766/trxb202211230640

      摘要 (329) HTML (255) PDF 5.62 M (628) 评论 (0) 收藏

      摘要:近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。

    • 土壤厚度演化模型理论方法研究进展

      2024, 61(2):319-330. DOI: 10.11766/trxb202207070374

      摘要 (246) HTML (223) PDF 876.97 K (719) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球平均土壤厚度仅约为1 m,但土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性,基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息,亟待发展土壤厚度预测的过程机理模型。本文回顾了土壤厚度演化模型理论方法的研究进展,评价了不同土壤生成及输移模型的适用性。研究指出土壤化学风化成土等机理仍不清晰是制约模型发展的理论瓶颈。此外,模型的方法体系仍需完善,亟待进一步发展描述土壤生成和输移的函数形式及其参数的估计方法等,指出物理与随机结合的模拟方法以及基于数学物理途径的参数确定方法等有望解决模型应用中遇到的难题。最后,在土壤厚度演化模型基础上,提出发展基于流域协同演化理论的土壤发生学模型是定量预测土壤理化全要素发生所亟需突破的难点之一。

    • 土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

      2024, 61(2):331-347. DOI: 10.11766/trxb202301200448

      摘要 (1247) HTML (404) PDF 3.08 M (1052) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转,是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环,改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用,以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究,为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。

    • 中国北方碱性农田土壤镉污染修复:现状与挑战

      2024, 61(2):348-360. DOI: 10.11766/trxb202209110503

      摘要 (256) HTML (206) PDF 4.85 M (506) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国土壤镉污染面积广、程度深,但针对于我国北方碱性农田土壤镉污染治理的理论研究及技术研发却较为薄弱。基于VOSviewer软件,分析了近20年来国内外关于碱性土壤镉防控领域的研究方向、主推技术与国际研究格局。在此基础上,系统梳理了碱性土壤中镉的转化过程及影响因素,结合原位化学钝化技术、植物修复和农艺调控措施,进一步总结了碱性土壤镉治理的科学与技术问题。我国碱性农田镉污染治理面临关注度不高、技术研发滞后以及转化困难、土壤-作物(小麦)镉吸收机制不清晰等诸多问题。因此,亟需提高碱性农田土壤镉污染防治的重视程度,研发、试点具有针对性的技术推广模式,构建土壤-作物(小麦)镉精准防控体系,以推动碱性土壤镉污染修复技术与理论的发展及粮食的安全生产。

    • >研究论文
    • 青藏高原表土磁化率空间分布特征及影响因素

      2024, 61(2):361-371. DOI: 10.11766/trxb202206180326

      摘要 (206) HTML (199) PDF 7.65 M (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标,对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前,区域尺度上土壤磁化率变化成因认识尚不清楚,限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青藏高原的254个样点表层(发生层A层)土样,测定土壤磁化率和其他土壤属性,结合母质、气候、地形和植被等数据,阐明青藏高原地区土壤磁化率空间变化特征及其主要影响因素。结果表明:(1)不同母质类型之间,表层土壤磁化率(χlf)无显著差异,百分频率磁化率(χfd%)差异显著,表现为黄土和砂页岩风化物>冰碛物和结晶盐风化物,其他母质类型之间无显著差异;不同土地利用之间,表层土壤χlf无显著差异,χfd%差异显著:森林和旱地>草地>荒地。(2)各因子对土壤磁化率影响表现为植被>理化性质>地形>母质。(3)空间分布上,χlf与χfd%均呈现由东南向西北降低的趋势。此外,χlf和χfd%的空间分布规律与青藏高原植被分区相吻合。因此,磁化率能更好地指示植被空间分布。

    • 黄河故道流域土壤盐渍化多维空间特征及其风险评价

      2024, 61(2):372-384. DOI: 10.11766/trxb202205160256

      摘要 (126) HTML (233) PDF 5.05 M (529) 评论 (0) 收藏

      摘要:掌握土壤盐渍化多维空间分布特征,分析盐渍化风险影响因素,实行风险区域分区管控,提升盐碱土利用效率。以山东省东营市河口区黄河故道流域为研究区,采用经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计,基于GIS插值对研究区盐渍化的二维空间分布格局进行分析,运用GMS三维反距离权重插值可视化分析盐分三维空间分布及其变化趋势,构建土壤盐渍化风险评价模型定量分析其风险程度。结果表明:研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg–1,整体属于重度盐渍化,pH均值为7.82,呈弱碱性;二维空间上,土壤含盐量高值区域(≥6 g·kg–1)主要分布于研究区北部,整体呈现从沿海向内陆降低的趋势,土壤盐分与pH分布趋势整体呈负相关;三维空间上,土壤盐分剖面分布特征整体以均质型为主,局部存在表聚、两端集聚,呈表聚型、均质型、两端集聚型三种类型共存的复杂特征;盐渍化风险程度分为4级,极高风险区域主要分布于研究区中北部、东北部;高风险区域主要分布在研究区中部及东北部区域,中风险区域主要分布在研究区西部、东南部,低风险区域主要分布于研究区西南部。应预防极高风险区、控制高风险区、改良中低风险区,以最大程度减轻盐渍化风险危害。

    • 福建省漳州市水稻物候特征对稻田土壤有机碳制图的影响

      2024, 61(2):385-397. DOI: 10.11766/trxb202205150253

      摘要 (125) HTML (151) PDF 1.76 M (434) 评论 (0) 收藏

      摘要:高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少见。基于遥感影像提取的物候参数是农业管理活动的直接反映,在研究农业管理活动对农田土壤有机碳的影响方面有较大应用潜力。基于此,本研究以福建省漳州市水稻田为研究对象,利用随机森林算法,基于5组不同的变量组合(A组:仅自然环境变量;B组:自然环境变量+早稻物候参数:C组:自然环境变量+晚稻物候参数;D组:自然环境变量+早稻物候参数+晚稻物候参数;E组:仅早稻物候参数+晚稻物候参数),分别构建土壤有机碳含量预测模型。通过对比5组模型的预测精度、预测值的空间分布特征和相关影响因子的重要性,分析物候参数对于土壤有机碳制图精度的影响作用,挖掘漳州市水田土壤有机碳制图的主要影响因子,解析对漳州市水田土壤有机碳有重要影响作用的农业管理活动。研究结果表明:物候参数的加入能够降低预测模型的误差和提升模型解释方差的能力;对漳州市水田土壤有机碳影响作用最大的物候参数依次为早稻季的NDVI增长速率(h1)、早稻生长季节开始的时间(a1)与早稻季NDVI下降速率(i1);三个最重要的物候参数与土壤有机碳含量分别呈正相关、负相关和负相关,因此,采取能够促使早稻苗早生快发、加快早稻分蘖速率和减缓早稻衰老速率的水肥管理措施可增加耕地土壤有机碳含量。基于物候参数构建预测模型能有效提高农田土壤有机碳制图精度,基于物候参数的农田土壤有机碳制图研究可为农田管理提供决策支持,此次研究结果可为相关研究提供理论依据。

    • 不同胶结度的饱和土壤孔隙尺度结构对地下水渗流特性的影响

      2024, 61(2):398-407. DOI: 10.11766/trxb202208180459

      摘要 (134) HTML (133) PDF 14.31 M (460) 评论 (0) 收藏

      摘要:饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构,基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明:土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%,流场的变异函数增大了70.15%(从1.233到2.098),即随着胶结度增大,流速空间非均质性显著增强。此外,沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少,不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时,地下水中不流动区比例增大了23倍(从2.06%到48.31%),而优势流区比例增大了将近9倍(从0.27%到2.41%)。当平均流速不同时,渗流特征的以上变化趋势保持不变。此外,本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。

    • 三峡库区典型农业小流域溶解态养分输移对“源-汇”景观格局的响应

      2024, 61(2):408-423. DOI: 10.11766/trxb202205190263

      摘要 (88) HTML (125) PDF 5.48 M (460) 评论 (0) 收藏

      摘要:“源-汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布,导控流域能源流动与水沙过程,是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下,农业小流域溶解态养分输移的影响,以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区与农林复合型集水区为研究对象,监测不同强度侵蚀性次降雨事件中,两个集水区出口断面处径流溶解态氮、磷浓度,利用航测数据结合最小累计阻力模型识别“源-汇”景观空间格局,引用景观空间负荷对比指数(Location-Weighted Landscape Index,LWLI)进一步分析小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应机制。结果表明:(1)传统农业型集水区内,“源”“汇”景观面积比为1.8:1,以“源”景观为主,景观垂直分异性明显;农林复合型集水区内“源”“汇”景观比例约1:1,且均衡分布,但高陡坡区域占比高、平均坡度大。(2)两种类型集水区内,溶解态氮、磷流失负荷均表现为暴雨>中雨>大雨,而不同降雨事件中,传统农业型集水区养分输出负荷及其变异系数均高于农林复合型集水区,养分输移波动性强,更易受到降雨强度变化的影响。(3)农业用地在两种集水区内均是主要的养分流失来源,但受坡度限制,其他林地可能是农林复合集水区中重要的养分迁出区域;传统农业型集水区的LWLI高达0.75,表征了该集水区的高氮、磷流失风险;农林复合型集水区LWLI为0.28,养分输出量低,这是合理的景观空间格局与农林复合经营模式共同作用的结果。“源-汇”景观格局对小流域养分流失影响显著,可通过“源—汇”景观空间负荷对比指数对小流域养分流失风险进行判别,并为“源—汇”景观格局优化及小流域面源污染防控提供依据。

    • 基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

      2024, 61(2):424-433. DOI: 10.11766/trxb202207020361

      摘要 (100) HTML (137) PDF 2.57 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生,为紫土坡地水土流失防治提供参考,基于典型紫土径流小区43场降雨资料,降雨量、历时和I30为特征指标,采用K-means聚类算法对降雨分类;使用随机森林(Randomforest,RF)算法评估各影响因子对径流深(H)、土壤流失量(S)的重要性,结合通径分析法进行重要因子筛选;将筛选所得关键因子作为模型输入变量,H、S为输出,使用BP神经网络构建预测模型。结果表明:(1)划分出3种雨型,B雨型(短历时、大雨强、小雨量)是主要降雨类型,A雨型(长历时、中雨强、大雨量)最剧烈。(2)各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高(31%),各因素对H的重要程度相对均匀;B雨型下各因素对S的影响差异小,F对H的重要程度最高(29%)。在C雨型下,Pr对H、S的重要程度最高(33%、36%)。(3)三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响,B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。(4)利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高,Nash-Suttclife效率系数均高于0.95,且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。

    • 表层土壤结构对红壤坡耕地产流及产沙过程的影响

      2024, 61(2):434-444. DOI: 10.11766/trxb202205280284

      摘要 (169) HTML (141) PDF 4.31 M (469) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对南方红壤区坡耕地水土流失严重与表层结构退化的现状,采用室内模拟降雨的方法,分析表层土壤结构和雨强对降雨再分配、坡面产流及产沙过程的影响。结果表明:(1)表层土壤结构显著改变降雨的再分配过程,深耕作层可以降低地表径流比例,增加壤中流比例,60和90 mm·h–1雨强下,随耕作层深度增加,地表径流平均比例依次为70.5%,62.9% 和 56.8%,壤中流平均比例依次提升为7.1%,12.3%和18.1%;(2)土壤流失率随雨强增加而增大,90 mm·h–1雨强下土壤流失率是60 mm·h–1雨强下的4.4倍,土壤流失率随耕作层深度增加而显著减小,依次为36.8、21.1和13.1 g·m–2 min–1;(3)雨强和表层土壤结构显著影响坡面侵蚀形态的演变,随耕作深度增加坡面侵蚀由细沟侵蚀逐渐转变为面蚀。表层土壤结构显著改变坡耕地降雨-径流关系和侵蚀过程,合理增加耕作层深度,对降低地表侵蚀、促进土壤水分的深层下渗、增加土壤深层持水量具有积极作用。

    • 基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析

      2024, 61(2):445-455. DOI: 10.11766/trxb202207270413

      摘要 (120) HTML (142) PDF 5.45 M (431) 评论 (0) 收藏

      摘要:为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态,基于Web of Science(WoS)核心合集数据库,利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明,在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长,我国相关研究起步较晚,但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院,发文量最高的期刊为Environmental Science & Technology,主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题,人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术,探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响,是未来的主要研究方向。

    • 腐殖酸和pH对典型轮胎磨损颗粒迁移行为的影响机制

      2024, 61(2):456-468. DOI: 10.11766/trxb202206200329

      摘要 (160) HTML (162) PDF 6.42 M (482) 评论 (0) 收藏

      摘要:轮胎磨损颗粒(Tire wear particles,TWPs)作为微塑料(Microplastics,MPs)的重要种类之一,当下其生态风险已受到生态学家的高度重视。通常,颗粒型污染物的环境行为过程是其生态风险的重要影响因素。然而,TWPs在土壤等多孔介质中的迁移过程及影响机制至今尚未见报道。选择冷冻破碎制备的冷冻破碎轮胎磨损颗粒(C-TWPs)以及道路磨损产生的滚动摩擦轮胎磨损颗粒(R-TWPs)和滑动摩擦轮胎磨损颗粒(S-TWPs)为典型研究对象,以石英砂柱来模拟研究TWPs在土壤等环境多孔介质中的迁移行为,并探究天然有机物腐殖酸(HA)及不同pH(4、7和10)环境对以上三种类型TWPs迁移行为的影响。结果显示:HA(50 mg·L–1)能够显著增强三种类型TWPs的迁移性,并且在HA(50 mg·L–1)存在下,不同pH(4、7和10)对TWPs迁移行为影响不同,中碱性环境(pH=7/10)更有利于TWPs的迁移。主要原因在于,HA存在或(和)中碱性环境有利于(同时)增大TWPs和石英砂颗粒表面的Zeta电位值(绝对值),此时,一方面TWPs的分散性得到改善,有较小的粒径分布,另一方面增加了TWPs和石英砂颗粒间的静电排斥力,有助于TWPs的迁移。值得注意的是,HA存在和不同pH环境条件下,低温破碎制备的C-TWPs的迁移性较R-TWPs和S-TWPs强,主要由于C-TWPs制备时携带有较多的负电荷、较小的等电点和较强的疏水性,上述性质也可促使其吸附更多的HA,从而加强其电负性;而R-TWPs和S-TWPs由于粘附了道路矿物、金属盐或灰尘而减弱以上性质,表面具有较小的电负性。研究结果揭示了不同类型TWPs在自然界中地球化学迁移行为的差异性,并暗示了研究源头性质(排放方式)以确定同种材质微塑料环境行为及生态风险内在差异的必要性。

    • 土壤水分及磷水平对草甘膦农药降解动力学的影响

      2024, 61(2):469-483. DOI: 10.11766/trxb202205110244

      摘要 (182) HTML (106) PDF 749.27 K (380) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,草甘膦及其降解产物氨甲基膦酸(AMPA)在土壤中的持久性及其环境风险日益受到关注。然而,草甘膦与磷酸盐结构相似且带电荷,可能与磷酸盐在土壤颗粒表面产生吸附竞争,进而影响其在土壤中的环境行为及土壤磷的生物有效性。本研究通过室内控制试验,对不同磷酸二氢钾施用水平(0,50 mg.kg–1,100 mg.kg–1)及水分条件下(20%田间持水量(20FC),60%田间持水量(60FC))黄土中草甘膦农药降解动力学、土壤速效磷及土壤酶活性变化特征进行研究。结果表明:(1)不同磷酸二氢钾施用及水分条件下,草甘膦农药在喷施初期降解速率较快,后期逐渐减缓;不同磷酸二氢钾施用水平对草甘膦降解影响不显著,但不同水分梯度对其影响差异显著。其降解产物AMPA的含量随着草甘膦农药的降解而增加,不同磷酸二氢钾施用水平处理AMPA的含量差异不显著,但不同水分条件下其峰值及变化特征差异显著,即:20FC条件下至喷施后第14天达到峰值,而60FC条件下在喷施后第7天就达到峰值。通过拟合发现,草甘膦残留数量特征符合污染物一级动力学衰减模型,其半衰期分别为69.3~77.0 d(20FC)和10.5~12.8 d(60FC)。(2)草甘膦农药喷施后,土壤中速效磷含量随草甘膦农药的降解呈现先减小后增大的变化特征,土壤水分对其影响差异显著。此外,草甘膦农药喷施后,磷酸酶活性受到明显抑制,N-乙酰胺基-β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、亮氨酸酶活性波动较大。不同磷酸二氢钾施用水平对以上四种土壤酶活性的影响差异不显著,但不同水分梯度对其影响较大。由此表明:黄土中磷水平对草甘膦农药降解特征的影响不显著,但土壤水分状况显著影响草甘膦农药的衰减速率及其降解产物的残留水平;同时,草甘膦农药喷施,对黄土中速效磷及磷酸酶活性的影响较大,可能对土壤P循环及植物利用产生影响。因此,后续研究还应考虑草甘膦与土壤磷组分及相关酶活性的互馈效应,特别是在干旱条件下草甘膦及其降解产物的持久性与土壤健康的关系研究,以期为黄土区草甘膦农药的安全喷施提供科学依据。

    • 长期不同施肥的棕壤胶体凝聚动力学比较

      2024, 61(2):484-494. DOI: 10.11766/trxb202208300347

      摘要 (84) HTML (71) PDF 890.23 K (363) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境,对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。依托35年棕壤长期定位施肥监测试验站,选取不施肥处理(CK)、施用氮肥(N)、施用有机肥(M)、氮肥与有机肥配合施用(N+M)四种处理的棕壤为研究对象,采用动态光散射技术监测不同施肥处理的棕壤胶体凝聚动力学过程,通过对比分析棕壤有机质含量、表面化学性质和棕壤矿物组成等探究不同施肥处理对棕壤胶体凝聚过程的影响。研究发现:四种长期不同施肥处理的棕壤胶体凝聚特征均表现为在低电解质浓度条件下发生慢速凝聚(RLCA)与高电解质浓度条件下的快速凝聚(DLCA);不同施肥处理胶体在相同电解质体系中的临界聚沉浓度的大小顺序均为M > N+M > CK > N。有机肥的长期施用增加了棕壤有机质含量,从而提高了胶体颗粒表面电场强度,加大了胶体颗粒间的静电斥力,加之有机质组分的空间位阻效应使得胶体的凝聚现象减弱;另一方面,长期不同施肥处理并未改变棕壤黏土矿物组成类型,但对其相对含量产生影响:其中,有机肥的长期施入使2︰1型伊利石的相对含量增加,1︰1型高岭石的相对含量减少,长期施用氮肥使伊利石相对含量减少而高岭石相对含量增加。综上,长期不同施肥处理会改变棕壤胶体的基本理化性质和矿物组成比例关系,进而影响棕壤胶体的凝聚动力学过程。

    • 有机肥配施生物质炭对根际/非根际土壤氮赋存形态的影响

      2024, 61(2):495-505. DOI: 10.11766/trxb202206200331

      摘要 (142) HTML (90) PDF 699.46 K (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐明化肥和有机肥配施生物质炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响,有助于农田氮的高效利用及科学管理。采用盆栽试验方法,设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、施有机肥(M)、化肥配施生物质炭(CFB)、有机肥配施生物质炭(MB)、新鲜有机肥配施生物质炭(FMB)6个处理,通过测定根际及非根际土壤养分含量和土壤氮赋存形态,阐明不同施肥处理对氮形态转化的影响。结果表明:与CK处理相比,MB处理提高非根际及根际土壤pH 0.32和0.28个单位,FMB处理提高根际土壤pH 0.63个单位;MB和FMB处理分别提高根际土壤有机质含量25.4%和84.9%,同时显著提高根际土壤全氮含量25.4%和50.9%,表现出明显的根际效应。施肥能显著提高土壤离子交换态氮(IEF-N)含量,以CF和CFB处理的效果最好。施用有机肥和生物质炭能显著提高土壤碳酸盐结合态氮(CF-N)含量,以M和MB处理效果最好,且CF-N存在根际富集效应。配施生物质炭(CFB、MB和FMB)处理能促进土壤非可转化态氮(NTF-N)向铁锰氧化物结合态氮(IMOF-N)和有机硫化物结合态氮(OSF-N)这两种活性更高的氮形态转化,其中IMOF-N和OSF-N分别占可转化态氮的35.9%~61.7%和26.7%~46.6%,是根际及非根际土壤可转化态氮(TF-N)的主要成分。因此,有机肥配施生物质炭是改善根际及非根际土壤养分和调控氮转化有效的方式。

    • 不同秸秆还田方式下黑土玉米田肥料氮素去向

      2024, 61(2):506-514. DOI: 10.11766/trxb202207120379

      摘要 (181) HTML (107) PDF 544.93 K (367) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究不同秸秆还田方式下肥料氮在连续两季作物系统中的去向,为黑土地保护下的氮肥管理提供重要依据。于2020—2021年在吉林梨树开展大田微区试验,设置无秸秆还田(CK)、深翻还田(DTS)、免耕覆盖还田(NTS)3种秸秆还田方式,每种方式下设置2个施氮水平:180 kg·hm–2(N1)和270 kg·hm–2(N2)。结果表明:当季和第二季玉米成熟期植株氮分别有38.0%~46.8%和12.9%~18.6%来源于15N标记氮肥。肥料氮当季平均利用、残留和损失率分别为32.4%~43.9%、32.8%~51.4%和13.2%~32.7%,秸秆覆盖配施适量氮肥(180 kg·hm–2)处理下肥料氮当季利用率显著提高29.5%,而秸秆深翻还田则使肥料氮在土壤中的残留率显著增加18.6%。当季施用肥料氮仍有8.5%~14.9%被第二季玉米吸收利用,两季累积利用率达40.9%~58.8%,在高氮(270 kg·hm–2)下秸秆深翻还田显著提高肥料氮的第二季利用率及累积利用效率。综上,秸秆覆盖还田配施适量氮肥有利于提高肥料利用效率,而秸秆深翻还田更有利于高施氮量下土壤对肥料氮的保持,增加其被下季作物利用的机会,两者均能显著减少氮的损失。

    • 外源磷添加会增加不同年限稻田磷素生物有效性

      2024, 61(2):515-526. DOI: 10.11766/trxb202205230266

      摘要 (109) HTML (79) PDF 872.08 K (419) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确不同数量外源磷添加对稻田磷生物有效性组分的影响,以江西鹰潭孙家小流域内新稻田(NP,2 ~3 a)、中期稻田(MP,20 ~ 30 a)和老稻田(OP,400 ~ 500 a)为研究对象,基于不同浓度外源磷[0(CK)、125(P1)、250(P2)、500(P3)、625(P4)、750(P5)mg·kg–1(以P计)]添加的淹水培养实验(0 ~ 80 d),采用模拟生物活化的磷素分级方法(BBP法),分析了淹水条件下外源磷添加后稻田BBP组分磷的增量(Δ)动态变化,探讨了各组分磷增量的相关关系及影响因素。结果表明:淹水条件下,稻田有效磷(Bray-P)及BBP组分磷增量随磷添加量的增加而显著增加。BBP组分磷增量由小到大依次为:氯化钙磷增量(ΔCa-P)、酶提取磷增量(ΔEn-P)、柠檬酸磷增量(ΔCi-P)、盐酸磷(ΔHC-P)。培养15天时,新稻田ΔCa-P与ΔCi-P达到最大值;培养60天时,中期稻田ΔCa-P、ΔEn-P、ΔHC-P及ΔBray-P达到最大值;而老稻田中各组分磷随时间变化不明显。通径分析表明:外源添加磷对新稻田和老稻田ΔBray-P有显著直接正效应。外源磷添加虽能显著增加稻田磷素生物组分有效性,但其增量最大值的出现时段不同,新稻田与中期稻田中生物有效磷增量最大值分别出现在磷添加后的第15天与60天,因此,适时适量地施用磷肥对稻田磷素肥力提升与稻田磷素流失风险管控具有重要意义。

    • 河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

      2024, 61(2):527-538. DOI: 10.11766/trxb202209010393

      摘要 (133) HTML (76) PDF 6.78 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应,对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象,结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法,探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明,农田土壤盐渍化程度显著低于荒地,其原核生物多样性更高,尤其是富集了大量农田特有的ASV(扩增子序列变体,amplicon sequence variant);原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大,并主要受到土壤电导率(EC)、pH和有机质(SOM)等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明,盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌,如亚硝化球菌(Nitrososphaeraceae)、亚硝化单胞菌(Nitrososmonadaceae)、诺卡氏菌(Nocardioidaceae)和鞘氨醇单胞菌(Sphingomonadaceae)等;而盐碱荒地富集了以盐杆菌(Halobacterota)为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。

    • 稻虾共作模式下土壤甲烷产生与氧化潜力及其对温度的响应特征

      2024, 61(2):539-548. DOI: 10.11766/trxb202207070376

      摘要 (82) HTML (90) PDF 1.79 M (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:稻田是大气甲烷的重要人为排放源。为探讨不同稻田利用方式下甲烷产生和氧化潜力及其对温度的响应特征,以我国东南部地区常规稻田种植体系、由稻田转变来的稻虾种养结合体系和常规虾塘养殖体系为研究对象,分别采集位于江苏省句容市常规稻田(CR)、共作稻区(R-CR)和共作虾区(R-CC)以及常规虾塘(CC)土壤样品,在5℃、15℃、25℃和35℃条件下进行为期30 d的室内培养实验。结果表明:农业土地利用方式转变对甲烷产生和氧化潜力均有显著影响,甲烷产生潜力由大到小依次为:共作虾区、常规虾塘、共作稻区、常规稻田,分别为1.14、0.33、0.25和0.17 μg·g–1·d–1,甲烷氧化潜力从大到小依次为:常规稻田、常规虾塘、共作稻区、共作虾区,分别为1.38、1.01、1.00和0.71 μg·g–1·d–1。由于水分管理差异以及饲料、氮肥投入导致底物和环境因子差异造成了产甲烷菌、甲烷氧化菌的活性差异,使得不同土地利用类型土壤呈现不同的甲烷产生和氧化潜力特征;甲烷产生潜力随培养温度的升高呈指数增长,在5℃、15℃、25℃和35℃时的平均值分别为0.13、0.26、0.55和0.95 μg·g–1·d–1。而甲烷氧化潜力仅在低温时比较敏感,在15℃、25℃、35℃时与5℃下的甲烷氧化潜力存在显著差异,而三种培养温度之间无显著差异(甲烷氧化潜力在5℃、15℃、25℃和35℃时分别为0.71、1.14、1.14和1.11 μg·g–1·d–1)。总体上,甲烷产生潜力对温度的响应强于甲烷氧化潜力。此外,土壤甲烷产生和氧化潜力均受温度或土地利用类型单因素的显著影响(P<0.01),但两者的交互效应仅对土壤甲烷产生潜力存在显著影响,对甲烷氧化潜力并无显著影响。

    • 梨树枝条粉碎覆盖对梨园土壤养分和微生物组的影响

      2024, 61(2):549-561. DOI: 10.11766/trxb202208050430

      摘要 (108) HTML (91) PDF 1.32 M (383) 评论 (0) 收藏

      摘要:梨树整形修剪枝条是一类重要的生物质资源,将其粉碎后覆盖于树下土壤是资源化利用的有效途径。为了科学评估梨树枝条粉碎覆盖对土壤理化性状及微生物群落结构的影响,采集了贵州毕节、河北昌黎、黑龙江哈尔滨、湖北枝江和河南许昌5个不同纬度梨典型种植区梨园枝条覆盖1~2年后的土壤样品,检测了土壤基础理化特性及土壤细菌、真菌和原生生物群落。结果发现,与不覆盖枝条的对照相比,总体而言覆盖能有效提高土壤有机质和有效磷含量,土壤细菌、真菌和原生生物群落结构也发生了显著变化,但对群落多样性无显著影响;覆盖处理显著富集了土壤细菌中的变形菌门、酸杆菌门和真菌中的担子菌门以及原生生物中的孔虫界和囊泡虫类等类群的相对丰度。进一步利用随机森林模型挖掘了不同采样点枝条覆盖后的关键物种,模型预测准确率高达94.44%,关键物种以细菌为主,包括AcidibacterXanthobacteraceaeNitrosomonadaceae等与有机残体降解有关的微生物,还发现土壤有效磷含量是土壤微生物群落结构差异的主要驱动因子。相关研究结果初步评估了梨树枝条覆盖对土壤养分和微生物组的影响,挖掘了潜在的关键微生物。

    • 两种母质的红壤性水稻土中微生物硫循环代谢途径特征

      2024, 61(2):562-572. DOI: 10.11766/trxb202210090382

      摘要 (126) HTML (74) PDF 892.00 K (326) 评论 (0) 收藏

      摘要:水稻土氧化还原交替频繁,使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃,对水稻生产影响显著。以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象,通过宏基因组测序以及生物信息学分析,研究红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物特征,包括有机硫转化途径、其他(转运)途径、同化硫酸盐还原途径、硫氧化途径、异化硫酸盐还原途径以及硫歧化途径。结果表明:两种母质发育的红壤性水稻土具有相同的硫循环途径特征,即有机硫转化途径微生物功能基因丰度的发生频率最高,每百万个带注释的细菌序列平均检测到16 000个有机硫转化的功能基因;硫歧化途径微生物功能基因丰度的发生频率最低,每百万个带注释的细菌序列平均仅检测到116个硫歧化途径功能基因。两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物,在门分类水平上,微生物组成没有显著差异,均以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌门,占比分别为55.19%、10.61%、7.18%。在种水平分类上则差异显著,花岗岩母质发育的水稻土中硫循环途径微生物相对丰度更高,且所有途径的优势菌种均为DeltaproteobacteriaAcidobacteriaBetaproteobacteria,其丰度占花岗岩母质水稻土硫循环微生物丰度的40%以上;而在第四纪红色黏土母质发育的水稻土中参与硫循环每条途径的优势功能微生物更加丰富,如在有机硫转化途径中Gemmatirosa kalamazoonesis丰度最高,在其他(转运)途径Azoarcus sp.丰度最高,在同化硫酸盐还原途径丰度最高的微生物是Anaeromyxobacter sp.。综上,两种不同母质发育的红壤性水稻土中存在相同的硫循环途径特征,两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物在门水平上没有显著差异,但在种水平分类上差异显著,表明不同母质中会存在着独特的优势硫转化功能菌群。

    • 多样化培肥模式调控丛枝菌根真菌促进玉米磷素吸收

      2024, 61(2):573-582. DOI: 10.11766/trxb202209070494

      摘要 (184) HTML (113) PDF 888.05 K (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)从农田生态系统获取养分,是红壤作物吸收土壤磷(P)素的有效途径。针对我国南方红壤生物功能退化、P生物有效性低、作物产量低等问题,如何调控作物根际AMF群落,优化其与宿主的互惠共生关系,是突破红壤区作物P摄取瓶颈的关键。结合红壤旱地生态间作与有机(秸秆、猪粪、生物肥)无机肥料配施的4种多样化培肥措施,基于作物产量和红壤磷素活化水平,筛选最优培肥模式,并进一步利用扩增子高通量测序和显微观察等技术,解析红壤旱地最优培肥措施调控AMF群落组成,揭示优化的AMF群落激发宿主玉米磷素摄取机理。结果表明:相较于玉米单作配合常规化肥(Mo+NPK),花生/玉米间作结合秸秆/生物肥的有机无机配施(In+NPKSB)使红壤旱地全磷(TP)提高29.07%、有效磷(AP)提升1.35倍,且增强了玉米根内AMF群落科水平间的联系。该措施AMF定殖率是传统化肥措施的2.24倍,玉米根际酸/碱性磷酸酶(ACP/ALP)活性提高32.18%和41.66%,玉米生物量提高34.98%,产量提高67.27%。研究证实红壤旱地花生/玉米生态间作结合秸秆/生物肥有机无机配施的培肥措施可通过优化玉米根内AMF群落组成,促进土壤P活化,为在红壤旱地因地制宜推广可持续农业发展的集成应用提供理论依据。

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