• 2024年第61卷第3期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于群体感应的生物膜技术在土壤污染修复中的应用与展望

      2024, 61(3):583-593. DOI: 10.11766/trxb202208210463

      摘要 (91) HTML (15) PDF 2.24 M (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物膜修复技术凭借其高效性、安全性和经济性,已被广泛应用于土壤中难降解污染物的去除。其中,群体感应效应在生物膜修复过程中起着至关重要的作用。群体感应是微生物普遍存在的细胞间通讯形式,有助于生物膜内不同细菌种内/种间的信息交流,使微生物能够在“群体水平”上相互协作,能够调控生物膜胞外聚合物的生成以及对污染物的吸附固定与降解。本文在简要介绍生物膜和群体感应的功能和作用基础上,结合近年来群体感应调控生物膜形成以及对污染物的降解基础上,综述了群体感应在生物膜修复技术中的应用,最后对生物膜群体感应系统在污染土壤修复中的工程化设计进行了展望。

    • 水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化机制研究进展

      2024, 61(3):594-606. DOI: 10.11766/trxb202212180694

      摘要 (92) HTML (7) PDF 9.58 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤矿物作为土壤重要活性组分,可驱动土壤有毒有机物化学转化,降低污染风险。以往土壤矿物与有毒有机物界面行为研究主要集中于水环境或矿物悬浊液体系,然而实际环境中土壤及其矿物常处于干燥、湿润等水分非饱和状态。近年来,水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已成为研究热点,相关研究获得一系列新发现。低含水量铁锰矿物、黏土矿物和金属离子饱和黏土矿物能驱动多环芳烃、抗生素等疏水性有毒有机物化学转化。水分非饱和环境会减弱矿物界面水分子与有毒有机物竞争活性位点,并使矿物发生脱水、向高活性结构转变。此外,土壤矿物水分状态也会影响有毒有机物转化产物,水分非饱和环境更有利于持久性自由基和卤代二噁英等中间产物的形成和稳定。以往研究认为,电子转移反应是土壤矿物界面有毒有机物转化机制,随着检测技术与理论计算的发展,自由基催化和水解作用机制逐渐被发现,相关机制研究精准至矿物晶型和晶面层面。虽然水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已逐渐清晰,但其研究广度和深度有待进一步拓宽和加深。建议未来在实际水分非饱和土壤和矿物中开展有毒有机物转化研究,深入探究还原转化过程,研发原位反应装置及检测方法,尝试从微纳米尺度和分子水平解析有毒有机物在矿物界面转化机制。

    • 土壤抗生素抗性基因研究进展及热点分析

      2024, 61(3):607-618. DOI: 10.11766/trxb202210200578

      摘要 (191) HTML (8) PDF 5.40 M (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的产生和传播对全球公共健康产生巨大威胁。土壤作为ARGs的重要储存库和介质,已引起众多学者广泛关注。为全面了解土壤ARGs相关领域的研究进展及热点,本研究利用可视化软件VOSviewer和CiteSpace,基于Web of Science数据库,对2013—2022年发表的土壤ARGs领域相关文献进行计量学分析。结果表明,土壤ARGs相关研究的发文数量和被引频次逐年上升。我国在土壤ARGs领域的发文量最高,占总发文量的61.40%,且与澳大利亚、美国等27个国家合作紧密。四环素和磺胺嘧啶为该领域重点关注的抗生素类型;大肠杆菌作为模式菌一直是土壤ARGs领域备受关注的微生物类型。不同时期土壤ARGs研究热点存在明显差异:初期关注的重点方向为ARGs的认识和定量,随后引起较多关注的是ARGs源解析及其与微生物的内在联系,而对ARGs传播扩散和归趋相关研究已成为现今科学家关注和研究的热点。

    • 多样化种植对提升耕地质量的作用:进展与展望

      2024, 61(3):619-634. DOI: 10.11766/trxb202209160509

      摘要 (147) HTML (7) PDF 4.03 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:多样化种植是现代生态农业的重要举措之一,对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下,多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样化种植的理解多集中在提高生物多样性和发挥生态功能等方面,对其提升耕地质量的作用关注较少,特别是多样化种植如何通过改善土壤物理、化学、生物多样性来提高耕地质量和维持土壤健康方面的理解还较为局限。本文在总结多样化种植的内涵及对促进耕地土壤健康和提高生态服务功能作用的基础上,系统梳理了多样化种植对改善土壤物理、化学、生物多样性等方面的作用研究进展,展望了未来以提升耕地质量为核心发展多样化种植亟需关注的方向和研究重点,以期为多样化种植在我国耕地质量提升策略中发挥更大作用提供参考。

    • >研究论文
    • 基于特征筛选算法的数字土壤制图研究

      2024, 61(3):635-647. DOI: 10.11766/trxb202208090441

      摘要 (61) HTML (7) PDF 9.03 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:平缓地带数字土壤制图中,环境协变量的选择是提高制图精度的关键。已有研究证明遥感影像可作为推理制图的辅助因子,而如何确定环境因子推理制图时各自的权重已成为现阶段研究的重点。选取湖北省麻城市乘马岗镇为研究区,采用3种特征筛选方法进行有效环境变量筛选,探索参与平原-丘陵混合区域制图的因子并确定其重要性,依据选择的相对稳定的指标,进一步探索提高土壤类型制图准确性的途径。根据141个野外独立样点的检验结果表明:在推理制图中,遥感因子在平原区域的重要性程度高于丘陵区域,且遥感因子中归一化植被指数(NDVI)和均值(Mean)较为稳定;基于递归特征算法的按地形推理制图精度最高为75.89%,分别高于ReliefF算法和基于Tree的特征筛选算法13.48%和4.97%;此外3种特征筛选算法制图结果中,按地形因子分区制图的精度均高于整体区域制图。因此,遥感因子作为辅助手段参与推理过程可有效提高制图精度。本研究采用的特征挖掘与机器学习算法对提升土壤制图精度具有一定的理论意义。

    • 基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

      2024, 61(3):648-661. DOI: 10.11766/trxb202211020602

      摘要 (70) HTML (3) PDF 3.61 M (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量,而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此,引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征,探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域,采用随机森林模型,选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中,并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正,最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明,时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能,并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度,相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合,将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示,SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此,物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景,未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。

    • 不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

      2024, 61(3):662-673. DOI: 10.11766/trxb202211180627

      摘要 (90) HTML (4) PDF 3.94 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下(平坦)自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下(有地表侵蚀和沉积)受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面,采用热重分析法,基于不同温度区间的质量损失,分别以Exo1(200~350℃区间的质量损失)和Exo2(350~550℃区间质量损失)代表热易分解SOM和热稳定SOM,以微分热重曲线及热重参数指标(Exo1/Exo2和TG-T50)表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征,并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明:稳定地形下自然发育的黑土,热易分解SOM(Exo1)含量相较于热稳定SOM(Exo2)含量随深度下降更快,Exo1/Exo2随深度减小,TG-T50随深度增加,脂肪族碳/芳香族碳减少,SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下,黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势,存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象,这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约,而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积,由于埋藏作用,这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而,非稳定地形区域一旦再遭侵蚀,这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程,同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放,成为黑土区碳排放的“热点”。

    • 黄土高原北部典型县域耕地土壤碳氮时空变异特征及影响因素

      2024, 61(3):674-686. DOI: 10.11766/trxb202210050549

      摘要 (90) HTML (10) PDF 1.17 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土高原生态环境脆弱,耕地质量的变化直接影响土地生产力的高低。选取其北部典型县域——天镇县,研究长时期耕地土壤有机质和全氮的时空演变规律及其影响因素,为黄土高原耕地质量提升和农业生态环境保护提供理论依据。基于1983年、2008年和2019年耕地质量数据,运用地统计学等方法分析天镇县有机质和全氮的时空演变特征。结果发现:(1)36年(1983—2019年)来,天镇县土壤有机质和全氮含量呈现整体上升、后期快速增加的变化特征。有机质和全氮含量的年均增加量前期(1983—2008年)较低,分别为0.20 g·kg-1和0.01 g·kg-1,在后期(2008—2019年)较高,分别为0.29 g·kg-1和0.03 g·kg-1。碳氮比呈现前期无显著变化,后期显著降低。(2)36年来土壤有机质和全氮的块基比均提升至高于25%,表明地形等自然因素影响逐渐减弱,施肥等人为因素影响增强。(3)土壤有机质和全氮的空间分布特征相似,呈现西部低、东部高的格局,西北部和中部的变化速度快。综上,36年(1983—2019年)来,施肥及秸秆还田等因素是导致天镇县有机质和全氮含量变化的主要因素,因此,结合当地条件增施有机肥、推广秸秆还田并合理施用氮肥能快速提升耕地土壤肥力。

    • 可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究

      2024, 61(3):687-698. DOI: 10.11766/trxb202210040548

      摘要 (96) HTML (3) PDF 1.01 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350~2500 nm)与中红外光谱(4000~650 cm-1)对土壤养分的预测能力,以贵州省500个土样为例,对光谱进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪处理,再用标准正态化(SNV)方法进行基线校正,然后分别应用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)两种方法进行建模,探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)共六种土壤养分的预测效果。结果表明:(1)无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱,PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。(2)中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱,可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK(性能与四分位间隔距离的比率(RPIQ)大于2.10),中红外光谱可相对较可靠地预测AN(RPIQ=1.87);但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差(RPIQ < 1.34)。(3)当变量投影重要性得分(VIP)大于1.5时,PLSR模型在中红外光谱区域预测TN和TK的重要波段多于可见-近红外光谱区域,TN的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的1910和2207 nm附近,中红外光谱区域的1 120、1 000、960、910、770和668 cm-1附近;TK的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的540、2176、2225和2268 nm附近,中红外光谱区域的1 040、960、910、776、720和668 cm-1附近。因此,中红外光谱技术结合PLSR模型对土壤养分预测效果较好,可快速准确预测土壤TN和TK,可为指导适时施肥提供技术支撑。

    • 脱硫石膏改良盐碱土壤综合效果评价研究

      2024, 61(3):699-713. DOI: 10.11766/trxb202209020488

      摘要 (66) HTML (6) PDF 729.75 K (229) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究区域脱硫石膏改良盐碱土壤的综合效果,通过文献调研统计分析了施加量在0~60 t·hm-2范围内的脱硫石膏,对土壤pH、交换性钠百分率、浸提液电导率和作物产量的变化特征。基于灰色关联分析法和熵权法建立了以脱硫石膏施加量为自变量的盐碱土壤综合改良评价模型。结果表明:施用脱硫石膏可降低土壤pH和交换性钠百分率,提高作物产量(油葵、苜蓿、玉米、水稻、小麦、枸杞和甜高粱),但增加了土壤浸提液的电导率值。随着脱硫石膏施加量的增加,土壤pH和交换性钠百分率的降低率及作物产量的增加率呈先增加后减少的趋势,而土壤浸提液电导率的增加率呈增加的趋势。在中度或重度盐碱土壤为获得作物高产,脱硫石膏施加量不宜超过30 t·hm-2。为综合分析脱硫石膏改良盐碱土壤的效果,本文基于熵权—灰色关联度评价模型,分析脱硫石膏最佳施加量。轻、中度盐碱土施加18~22 t·hm-2的脱硫石膏;重度盐碱土施加23~29 t·hm-2的脱硫石膏可取得良好的改土增产效果。研究成果为脱硫石膏改良盐碱土壤提供参考依据。

    • 基于ERT技术反演红壤剖面水分入渗过程

      2024, 61(3):714-726. DOI: 10.11766/trxb202209220525

      摘要 (59) HTML (4) PDF 1.05 M (189) 评论 (0) 收藏

      摘要:水分运动是土壤中物质和能量传输的主要驱动力,但是水分在土壤中的运动轨迹复杂多变,难以直接捕捉。本研究以第四纪红黏土发育的红壤为研究对象,借助电阻率成像技术(ERT),反演水分在林地和农地土壤中的入渗过程。研究发现,ERT技术能够实现水分在红壤包气带入渗过程的可视化,ERT测定的表观电阻率的变化量与烘干法测定的土壤水分之间呈极显著正相关关系(P < 0.01),林地的决定系数为0.72,农地为0.53。土地利用类型影响水分入渗的范围和方式,在2 cm水头高度注水100 L的情况下,林地的入渗深度大于80 cm,而农地约为50 cm,在此基础上,继续注水200 min,林地和农地均出现明显的优先流现象。但是,林地的优先流比农地更为发育,林地是通过根系等大孔隙快速向下传输,而农地则以“指流”的方式,间断性向深层运动。在土壤层次复杂、背景含水量高、土壤黏重等不利因素的影响下,ERT技术依然能捕捉优先流在红壤中发生和发育的过程。

    • 赣南稀土尾矿山土体硝态氮累积特征研究

      2024, 61(3):727-736. DOI: 10.11766/trxb202207280415

      摘要 (39) HTML (5) PDF 3.02 M (175) 评论 (0) 收藏

      摘要:稀土开采会造成大量浸矿剂(硫酸铵)残留在土壤中,高浓度铵态氮(NH4+-N)可能在生物化学作用下转化为硝态氮(NO3--N)。为探明NO3--N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素,明确硝酸盐污染程度,本研究选择赣南地区一个离子型稀土原地浸矿尾矿山,由表土分层采样至基岩面,并分析土壤NO3--N及相关的理化性质。研究结果表明,尾矿山土体NO3--N含量变异范围非常大(2.80~193.99 mg·kg-1),其平均值为46.30±55.16 mg·kg-1,表层土壤NO3--N含量均值为5.16 mg·kg-1,与自然土壤相近;含矿层土壤NO3--N含量均值为48.64 mg·kg-1,是自然土壤的10倍。尾矿山土体深部含矿层土壤3--N含量明显高于表层,NO3--N含量随深度的分布规律与自然土壤相反,这是矿体部分残留大量浸矿剂造成的。土壤NH4+-N含量主导了NO3--N的产生量,但NO3--N在土体不同深度、山体不同部位的累积量还受降雨淋溶及NO3--N迁移过程的控制。开采结束4年后,尾矿山内累积的NO3--N仍不断向环境中释放。长期来看,尾矿山土壤中富集的NH4+-N将不断转化为NO3--N并随水迁移,持续威胁生态环境及人类健康。本研究可为稀土原地浸矿场地土壤及下游水体污染的评价和治理提供理论基础与科学支撑。

    • 泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响

      2024, 61(3):737-745. DOI: 10.11766/trxb202208250469

      摘要 (36) HTML (6) PDF 1.63 M (242) 评论 (0) 收藏

      摘要:泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一,可加速微塑料老化破碎,进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征,但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域,采集多年覆膜的玉米地土壤,对比分析风干原土、泥沙浸润静置,和含沙量为560 kg·m-3,800 kg·m-3和930 kg·m-3三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响,并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明:(1)研究区土壤微塑料以聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、橡胶(Rubber,RB)为主,多为直径10~50 μm的碎片状。(2)风干原土处理中微塑料的平均面积最大(5 234 μm2),泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小(2 067 n·kg-1),而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大(14 400 n·kg-1),且平均面积最小(2 868 μm2)。(3)三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异,其中,平均丰度表现为:中含沙量(18 300 n·kg-1) > 低含沙量(13 730 n·kg-1) > 高含沙量(8 667 n·kg-1),而平均面积表现为:低含沙量(3 932 μm2) > 中含沙量(2 472 μm2) > 高含沙量(2 099 μm2)。总之,本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度,减小其面积,而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值,且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同,为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。

    • 不同形态河谷沉积物中稀土元素的粒径分布特征

      2024, 61(3):746-756. DOI: 10.11766/trxb202207070375

      摘要 (48) HTML (7) PDF 3.58 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:稀土元素(REE)作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素,明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征,对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围(< 1、1~10、10~50、50~250和250~1 000 μm)土壤/沉积物颗粒中的REE含量,分析了俄罗斯普罗特瓦河左岸河谷形态(“U”和“V”形谷)、地貌部位(坡面、沟坡/沟壁、沟道底部和洪积扇)、侵蚀(坡面、沟坡/沟壁)和沉积(沟道底部和洪积扇)环境对土壤/沉积物REE含量、富集系数等的影响。结果表明:(1)“U”和“V”形谷四类地貌下,轻稀土(LREE)、重稀土(HREE)和总稀土(ΣREE)含量均随颗粒粒径变粗呈降低趋势。在相同地貌部位,“U”形谷细颗粒中(< 50 μm)中LREE、HREE和ΣREE含量较“V”形谷分别低14.6%~24.7%、10.0%~33.5%和14.2%~21.1%。(2)无论河谷形态和地貌部位,LREE和HREE均明显富集在细颗粒中,尤其是“V”形谷,LREE和HREE主要富集在 < 10 μm的颗粒中。(3)对比侵蚀和沉积区,“U”和“V”形谷沉积区细颗粒中LREE和HREE的富集程度均显著(P < 0.05)大于侵蚀区。可见,无论河谷形态、地貌部位和侵蚀沉积区,REE均主要富集在细颗粒中;但河谷形态和侵蚀、沉积对REE含量的粒径分布有重要影响。

    • 基于文献数据的PAHs生态安全土壤环境基准研究

      2024, 61(3):757-769. DOI: 10.11766/trxb202211040517

      摘要 (51) HTML (2) PDF 784.45 K (232) 评论 (0) 收藏

      摘要:多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)具有致癌、致畸、致突变等“三致”效应,其造成的土壤污染问题受到世界各国的强烈关注。然而我国基于生态安全的土壤风险筛选值和管控标准仍未确立,致使当前土壤生态安全风险评估仍无据可依。通过系统调研国内外土壤中PAHs的生态毒性研究结果,针对16种优先控制PAHs,筛选获得248组毒性数据(Effect concentration10,EC10和No observed effect concentration,NOEC),并利用物种敏感性分布法推导出不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准。不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准分别为1.00~10.60 mg·kg-1(自然保护地和农用地)、1.03~25.44 mg·kg-1(公园用地)、1.12~51.00 mg·kg-1(住宅用地)、1.20~68.41 mg·kg-1(商服及工业用地)。该研究结果可为我国土壤生态安全环境质量标准的制定和PAHs污染土壤的生态风险评估提供数据支撑和方法指导。

    • 铁还原和硫酸盐还原对红壤中二苯砷酸释放与硫化的影响

      2024, 61(3):770-782. DOI: 10.11766/trxb202209080499

      摘要 (50) HTML (4) PDF 2.61 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:二苯砷酸(diphenylarsinic acid,DPAA)是含砷化学武器在环境中的主要降解产物之一,研究铁还原和硫酸盐还原对土壤中DPAA释放与硫化的影响对于深入认识DPAA的环境地球化学行为至关重要。考察了在淹水和添加不同浓度乳酸钠(C)和硫酸钠(S)培养时花生地和林地红壤中DPAA的释放与硫化情况,并分析铁还原和硫酸盐还原的影响。结果显示:(1)对花生地而言,与不添加硫酸钠和乳酸钠(S-C-)以及仅添加硫酸钠(426 μg·g-1,以S计,S+C-)的处理相比,同时添加硫酸钠和乳酸钠(1 300 μg·g-1(以C计,下同),S+C+;2 170 μg·g-1,S+C++)的处理中DPAA释放明显增强,这与乳酸钠促进了铁还原(> 45%)从而有利于DPAA的释放有关;(2)在花生地的S+C+处理中硫酸盐还原最为显著(13周时溶解态硫化物浓度为11.28 mg·L-1),DPAA的去除率(59.6%)最高且主要发生硫化,而在S+C++处理中铁还原程度的增加和硫酸盐还原程度的降低不利于DPAA的硫化;(3)与花生地不同,无论是否添加乳酸钠和硫酸盐,林地中未见DPAA的释放与硫化现象,这与其铁还原程度较低(< 25%)和硫酸盐未发生还原(未检测到溶解态硫化物)有关;(4)与林地相比,花生地中梭菌属、芽孢杆菌属和脱硫芽孢杆菌属的丰度明显增加,这很可能分别促进了铁还原和硫酸盐还原,最终对DPAA释放和硫化产生了更显著的影响。总体而言,与铁还原促进DPAA的释放和进一步的硫化相比,硫酸盐的还原程度以及溶液相中硫化物的浓度很可能是控制淹水红壤中DPAA硫化的一个更重要的因素。研究结果将为深入认识DPAA的环境行为和发展DPAA污染红壤的生物刺激修复技术提供理论基础。

    • 水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制

      2024, 61(3):783-793. DOI: 10.11766/trxb202211230642

      摘要 (80) HTML (4) PDF 7.00 M (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性,对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响,然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14,探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性,以及菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明,菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力,34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%,主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移酶基因(arsM)丰度,增加土壤溶液甲基砷浓度,表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA),菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用,可能与根际有益菌(例如BurkholderiaceaeGemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以,水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌,接种该菌改变水稻根际砷形态,并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长,有利于缓解水稻砷胁迫,为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。

    • 甲氰菊酯在土壤中的降解及对蚯蚓的毒性效应研究

      2024, 61(3):794-801. DOI: 10.11766/trxb202210130560

      摘要 (113) HTML (8) PDF 3.38 M (222) 评论 (0) 收藏

      摘要:拟除虫菊酯作为全球第三大杀虫剂品种,在农业生产中广泛使用,同时也带来了一系列不利的环境影响。然而,目前有关拟除虫菊酯在土壤环境中的残留行为和风险评估报道较少。以典型拟除虫菊酯类杀虫剂甲氰菊酯(FEN)为研究对象,重点探究其在不同性质土壤中的降解行为以及对典型土壤生物蚯蚓的毒性效应。结果表明,甲氰菊酯在碱性土壤中的降解速度快于酸性土壤,同时在非灭菌土壤中的降解速度为灭菌土壤的4倍。因此,土壤酸碱度和微生物是影响FEN在土壤中降解快慢的主要因素。此外,在降解过程中检测到甲氰菊酯主要代谢物3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)的生成。蚯蚓富集结果表明,FEN在蚯蚓体内的含量先升高后降低,最大生物富集因子为0.3。亚急性毒性结果表明,高剂量(5 mg·kg-1)甲氰菊酯暴露14 d后,蚯蚓体内蛋白质含量显著降低(P < 0.05),细胞色素P450(CYP450)、羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量均显著增加(P < 0.05),同时存在剂量效应,证实土壤中残留的FEN对蚯蚓具有毒性效应。本文对甲氰菊酯在土壤环境中的降解行为研究以及生态毒性风险评估具有重要的指导意义。

    • 不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征

      2024, 61(3):802-812. DOI: 10.11766/trxb202210150568

      摘要 (21) HTML (5) PDF 1.14 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示福建省洋口林场不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征,以15年林龄的第三代优良组培材料和实生苗(包括洋003(Y003)、洋008(Y008)、洋020(Y020)、洋061(Y061)、洋062(Y062)、第2代种子园良种(Ysec)和无性系混系扦插苗(Ymix))共计7种无性系杉木人工林土壤为研究对象开展室内培养试验,测定培养期间土壤无机氮含量变化,进而计算不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明:不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率均处于较低水平(净矿化速率和净硝化速率分别为-0.093~0.118 mg·kg-1·d-1和-0.021~0.051mg·kg-1·d-1)均处于较低水平,表明亚热带地区杉木人工林土壤的供氮能力较弱。但在不同无性系间氮净矿化和硝化速率均存在显著差异。Y061土壤的平均净矿化速率显著高于其他无性系人工林土壤,为0.118 mg·kg-1·d-1,其次为Ymix和Y062无性系,分别为0.046 mg·kg-1·d-1和0.033 mg·kg-1·d-1;而其他4种无性系土壤平均净矿化速率均为负值,表现为无机氮的净同化作用;对不同无性系杉木人工林土壤而言,Y008的净硝化速率最高,为0.051 mg·kg-1·d-1,其次为Ymix和Y020无性系,分别为0.003和0.007 mg·kg-1·d-1,其他4种土壤平均净硝化速率均为负值,表现为硝态氮的净同化作用,因而保氮能力强。综上,Y061和Y062两种无性系杉木人工林土壤的供氮能力和保氮水平显著高于其他无性系,而Y008土壤发生淋溶等氮素损失的风险高于其他无性系,在实际栽植中应当合理选择无性系树种以保证更好的土壤肥力供应。

    • 酸化与富磷对农田土壤硅有效性的影响

      2024, 61(3):813-823. DOI: 10.11766/trxb202208300482

      摘要 (63) HTML (2) PDF 1004.83 K (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,大量农田土壤及其生态功能正经受着土壤酸化的严重威胁,而土壤pH深刻影响着土壤中硅、磷养分的移动性及两者间的相互作用。关于硅肥施用可有效提升土壤磷素植物有效性的研究已有大量报导,但在农业集约化生产区,土壤磷素已大量累积的背景下,磷富集对土壤硅移动性与有效性的影响及其机制尚不清楚。选取2种不同有效硅水平的农田土壤(低有效硅土壤LASi:有效硅28.20 mg·kg-1;高有效硅土壤HASi:有效硅253.6 mg·kg-1),通过等摩尔浓度硅磷竞争吸附试验、土壤培养试验等,探究人工酸化与磷添加对土壤硅吸附性能与移动性的影响及其机制。结果表明,酸化土壤pH在3.5~8.0范围内,当硅与磷等摩尔浓度同时添加时,磷的存在会降低硅的吸附,各相应pH的LASi与HASi 2种土壤对硅的吸附量分别降低26%~74%、31%~84%。这说明,土壤对磷的吸附大于对硅的吸附。设置土壤pH3.5~8.0范围内,降低pH可降低土壤对硅的吸附;磷添加降低土壤硅吸附的效应,在高pH条件下更为显著。土壤酸化与磷添加降低了土壤对硅的吸附,降低了土壤有效硅(HOAc-NaOAc-Si)水平;不同类型土壤移动性硅(CaCl2-Si)水平对酸化与磷添加的响应不同,具体机理尚需进一步研究。

    • 长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响

      2024, 61(3):824-835. DOI: 10.11766/trxb202210090556

      摘要 (75) HTML (9) PDF 793.27 K (196) 评论 (0) 收藏

      摘要:不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生,但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验(2005—2020年)为研究平台,其包含5个施氮水平:0(F0)、150 kg·hm-2(F1)、190 kg·hm-2(F2)、230 kg·hm-2(F3)和270 kg·hm-2(F4),研究了不同施氮量对土壤团聚体组成(> 2 000 μm、2 000~250 μm、250~53 μm和 < 53 μm)的影响,以及团聚体组成与生物胶结物质(球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)及微生物生物量碳(MBC))和土壤真菌之间的相关关系。结果表明,土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组,分别为F0、F1和F2以及F3和F4,其中,(1)F1和F2处理团聚体平均重量直径(MWD)最高,同时大于2 000 μm团聚体的质量比例显著增加,并与拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)富集有关;(2)F1和F2、F3和F4处理均表现为2 000~250 μm团聚体的质量比例增加,而小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低,2 000~250 μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值(EE-GRSP/T-GRSP)以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)显著正相关,而与亚隔孢壳属(Didymella)和被孢霉属(Mortierella)相对丰度显著负相关;小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属(Mortierella)、白腐菌属(Phlebia)、黑孢壳属(Melanospora)、Fusicolla、柄孢壳属(Podospora)和亚隔孢壳属(Didymella)相对丰度显著正相关,而与EE-GRSP和/或支顶孢属(Acremonium)、柱霉属(Scytalidium)、外瓶霉属(Exophiala)、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此,土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下,150 kg·hm-2和190 kg·hm-2施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg·hm-2和270 kg·hm-2施氮水平,与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。

    • 绿肥介导的土壤代谢物-微生物变化缓解草莓自毒并增产提质

      2024, 61(3):836-847. DOI: 10.11766/trxb202211050608

      摘要 (73) HTML (6) PDF 10.20 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨禾本科绿肥对设施大棚草莓产量和品质的影响及机制,于2017—2021年选取玉米、高粱和高丹草绿肥进行还田试验,设置休闲农田-草莓、玉米-草莓、高粱-草莓和高丹草-草莓4个处理,测定草莓盛果期的植株生长及生理指标、果实产量及品质、土壤化学特征、细菌群落结构及代谢组。结果表明,不同绿肥处理均促进后茬草莓生长、产量形成及品质提高。其中,玉米绿肥的效果最为明显,该处理下草莓植株干重、根表面积、根长、根平均直径、根尖数、根系活力和叶片叶绿素含量分别较休闲对照显著增加53.4%、34.4%、40.0%、21.0%、94.7%、36.0%和7.8%。同时,玉米绿肥处理下果实单株产量、总糖含量、维生素C含量和可溶性固形物含量分别显著增加44.6%、13.9%、14.4%和12.8%。此外,玉米绿肥处理下土壤pH、阳离子交换量、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性均显著增加。绿肥介导了草莓根际土壤细菌群落多样性及丰富度增加,有益细菌如黄杆菌属(Flavobacterium)、贪噬菌属(Variovorax)和鞘氨醇杆菌属(Pedobacter)显著富集。绿肥对有益细菌的招募可能与之介导的土壤中糖类代谢物(如山梨糖、甘露糖和果糖)相对丰度显著增加有关,而脂类代谢物(如棕榈酸、硬脂酸和油酸)相对丰度的显著降低缓解了草莓自毒作用。因此,禾本科绿肥引起土壤特定代谢物变化通过招募有益菌并缓解自毒作用提高草莓产量和品质,以玉米为主的禾本科绿肥适用于设施大棚草莓生产。

    • 土壤真菌群落和潜在功能对施加外源Bt毒素的响应

      2024, 61(3):848-861. DOI: 10.11766/trxb202209070496

      摘要 (48) HTML (6) PDF 1.75 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:BtBacillus thuringiensis)基因植物和Bt菌生物农药释放的Bt毒素是一类具有生物毒性的潜在环境外源污染物,Bt毒素环境行为和生态效应是转基因植物和植物用转基因微生物安全风险评价的重要内容,但是外源Bt毒素对土壤真菌群落和潜在功能的影响还不清楚。以施加不同浓度Bt毒素处理土壤和未施加Bt毒素对照土壤为研究对象,分析Bt毒素在土壤中的持留动态;同时采用真菌18S rRNA基因高通量测序技术,分析施加Bt毒素对土壤真菌群落和功能多样性的影响。结果表明,Bt毒素施加量和培养时间均可以显著影响土壤真菌群落组成,且随着Bt毒素施加量增加和土壤培养时间延长,土壤真菌群落差异性逐渐变大。施加Bt毒素提高了土壤真菌群落香农指数和关联网络的负相关性比例及模块数,因而没有对土壤真菌群落的多样性和稳定性产生负面影响。上述结果表明,评估Bt毒素的环境行为及微生态效应要关注Bt毒素施加量及其长期影响。随着Bt毒素施加量增加,PhymatotrichopsisHomalogastraGeosmithiaApiotrichum等真菌以及参与蛋白质降解、碳素代谢和磷素代谢的功能基因编码酶相对丰度显著升高,推测上述真菌物种和潜在功能参与了Bt毒素在土壤中的降解和转化过程。研究结果为转Bt基因植物、Bt重组菌生物农药以及Bt毒素的生态安全风险评价提供了科学参考和理论依据。

    • 基于Meta分析研究毛竹入侵致土壤pH提升及养分和微生物群落结构的变化

      2024, 61(3):862-877. DOI: 10.11766/trxb202208210462

      摘要 (134) HTML (7) PDF 853.84 K (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:诸多研究发现毛竹入侵周围林分提高土壤pH,但未见统计性描述报道。为此,本研究将通过大数据分析证实此现象的普遍性以及探究伴随的土壤养分和微生物变化。本研究收录包含毛竹入侵有关土壤pH变化的42篇文献总计101组数据,采用整合分析方法(Meta-analysis)进行深入探讨。在研究土壤养分变化时,本文还结合了团队采集的12个毛竹入侵带的样地数据总计92个样品18组数据进行分析。结果表明,在所有的数据组中,84.9%的土壤在经过毛竹入侵后其pH有不同幅度的提升,说明毛竹入侵周围林分普遍提高土壤pH;土壤pH增加幅度随入侵阶段、毛竹纯林时间增加而增加,随土层深度增加而降低;入侵针叶林致土壤pH增加的幅度高于阔叶林。入侵的毛竹纯林与原生林相比,总体上显著降低(P < 0.05)了土壤全氮(-15.9%)、硝态氮(-21.7%)、全碳(-2.0%),却增加(P < 0.05)了土壤有效磷(+54.9%)、铵态氮(+14.7%)和碱解氮(+8.2%)。对27篇包含微生物数据的文献进行整合分析,结果表明毛竹入侵改变了微生物群落结构,增加(P < 0.05)了放线菌门相对丰度(+25.86%),而降低(P < 0.05)了酸杆菌门(-15.49%)、浮霉菌门(-26.66%)、拟杆菌门(-22.58%)的相对丰度。本研究通过Meta分析证明毛竹入侵周围林分提高土壤pH为普遍自然现象,结合土壤硝态氮和铵态氮指标的变化推测了导致土壤pH提升的可能机制,毛竹入侵提高了土壤细菌和真菌多样性,表明入侵对土壤微生物具有正反馈效应。

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