2024年第61卷第6期文章目次
> 综述与评论
摘要:
中国设施种植大多采用中低端装备土壤栽培模式，具有高投入、高产出和高强度利用的特点。截至2021年，设施播种面积在267万hm2左右，占全球设施总面积80%以上。但长期设施种植导致土壤质量下降，诱发面源污染加剧、温室气体排放增加、农产品产量和质量下降等诸多问题。本文聚焦设施种植土壤，总结分析了中国设施土壤可持续利用的难点，主要表现为：土壤养分失衡、环境质量下降、农产品产量和质量降低、设施农用地管理制度不健全等。设施种植可持续利用难题主要归因于：装备水平落后导致设施微环境和土壤养分供应调控不精准、施肥不合理和作物种类单一诱发土壤连作障碍、设施农用地管理制度革新动力不足导致土壤管理技术集成创新缓慢等。本文围绕设施土壤可持续利用提出了7项应对策略：建设期耕作层构建、休闲期土壤改良、设施微环境调控、投入品管控、轮作模式构建、作物抗逆调控以及设施农用地管理制度优化，旨在为小农中低端装备条件下设施土壤可持续利用提供研究思路和科学依据。
中国设施种植大多采用中低端装备土壤栽培模式，具有高投入、高产出和高强度利用的特点。截至2021年，设施播种面积在267万hm2左右，占全球设施总面积80%以上。但长期设施种植导致土壤质量下降，诱发面源污染加剧、温室气体排放增加、农产品产量和质量下降等诸多问题。本文聚焦设施种植土壤，总结分析了中国设施土壤可持续利用的难点，主要表现为：土壤养分失衡、环境质量下降、农产品产量和质量降低、设施农用地管理制度不健全等。设施种植可持续利用难题主要归因于：装备水平落后导致设施微环境和土壤养分供应调控不精准、施肥不合理和作物种类单一诱发土壤连作障碍、设施农用地管理制度革新动力不足导致土壤管理技术集成创新缓慢等。本文围绕设施土壤可持续利用提出了7项应对策略：建设期耕作层构建、休闲期土壤改良、设施微环境调控、投入品管控、轮作模式构建、作物抗逆调控以及设施农用地管理制度优化，旨在为小农中低端装备条件下设施土壤可持续利用提供研究思路和科学依据。
摘要:
根际微生物组能通过活化根区养分、增强植物耐逆和抗病能力等功能促进植物生长和健康，充分挖掘根际微生物组的功能，是支撑农业绿色发展的重要途径。系统解析作物根际微生物组的装配过程、作用机制和调控机理是增强农业生态系统服务功能和促进作物增产提质增效的重要前提。植物在不同环境中均能招募特定的对自身生长有利的功能微生物定殖，因此植物应对环境压力的功能需求与其根际微生物组的功能特征之间是内在关联的，本文将这种根际微生物组装配过程中通过其特定功能“补偿”作物应对环境压力所“需求”的功能，称为根际微生物组“功能补偿”装配。本文重点梳理根际微生物组功能补偿装配概念形成的4个阶段：（1）根际微生物组装配理论的发展与现状；（2）根际微生物组的结构特征和影响因素；（3）根际微生物组的功能特征与作用机制；（4）根际微生物组功能补偿装配的概念与内涵。在此基础上，提出根际微生物组功能补偿促进作物健康高产和农业资源高效的研究方向，强调了未来需要系统揭示根际微生物组的功能补偿机制和调控途径，完善功能补偿装配理论体系，并将其纳入土壤质量评价和诊断体系中，为推动我国农业绿色转型提供新思路。
根际微生物组能通过活化根区养分、增强植物耐逆和抗病能力等功能促进植物生长和健康，充分挖掘根际微生物组的功能，是支撑农业绿色发展的重要途径。系统解析作物根际微生物组的装配过程、作用机制和调控机理是增强农业生态系统服务功能和促进作物增产提质增效的重要前提。植物在不同环境中均能招募特定的对自身生长有利的功能微生物定殖，因此植物应对环境压力的功能需求与其根际微生物组的功能特征之间是内在关联的，本文将这种根际微生物组装配过程中通过其特定功能“补偿”作物应对环境压力所“需求”的功能，称为根际微生物组“功能补偿”装配。本文重点梳理根际微生物组功能补偿装配概念形成的4个阶段：（1）根际微生物组装配理论的发展与现状；（2）根际微生物组的结构特征和影响因素；（3）根际微生物组的功能特征与作用机制；（4）根际微生物组功能补偿装配的概念与内涵。在此基础上，提出根际微生物组功能补偿促进作物健康高产和农业资源高效的研究方向，强调了未来需要系统揭示根际微生物组的功能补偿机制和调控途径，完善功能补偿装配理论体系，并将其纳入土壤质量评价和诊断体系中，为推动我国农业绿色转型提供新思路。
> 研究论文
摘要:
土壤团聚体是土壤结构的基本单元，土壤表层团聚体的粒径分布变化对土壤结构和侵蚀过程发育具有重要意义。为探究细沟间侵蚀过程中土壤团聚体周转和泥沙迁移路径过程，本研究基于微型土槽，设置90 mm·h-1雨强，10°坡度的条件，进行室内模拟降雨试验。利用稀土元素示踪技术标记土壤团聚体，通过ICP-MS测定稀土元素浓度，对不同粒径土壤团聚体（5～2 mm、2～0.2 5 mm、0.25～0.053 mm、<0.053 mm）的破碎和形成过程进行定量分析，同时量化侵蚀泥沙的来源特征。结果表明，细沟间侵蚀过程中，侵蚀泥沙颗粒主要由同等粒径大小的团聚体受径流搬运形成，且该粒径泥沙含量随降雨时间增加而减少；残留团聚体呈明显的周转过程，<0.25 mm的团聚体更易粘结或吸附至大粒径团聚体上，而>0.25 mm团聚体倾向于发生破碎（破碎率分别为45.8%和43.3%），且破碎程度不断增加；<0.053 mm和2～0.25 mm 大小的泥沙含量及相应粒径的团聚体在泥沙中的贡献率对径流系数和泥沙粒径分形维数具有重要作用。所以，细沟间侵蚀过程中土壤表土结构变化、泥沙迁移与团聚体粒径密切相关，该成果进一步为土壤侵蚀过程模型和水土保持措施提供理论依据。
土壤团聚体是土壤结构的基本单元，土壤表层团聚体的粒径分布变化对土壤结构和侵蚀过程发育具有重要意义。为探究细沟间侵蚀过程中土壤团聚体周转和泥沙迁移路径过程，本研究基于微型土槽，设置90 mm·h-1雨强，10°坡度的条件，进行室内模拟降雨试验。利用稀土元素示踪技术标记土壤团聚体，通过ICP-MS测定稀土元素浓度，对不同粒径土壤团聚体（5～2 mm、2～0.2 5 mm、0.25～0.053 mm、<0.053 mm）的破碎和形成过程进行定量分析，同时量化侵蚀泥沙的来源特征。结果表明，细沟间侵蚀过程中，侵蚀泥沙颗粒主要由同等粒径大小的团聚体受径流搬运形成，且该粒径泥沙含量随降雨时间增加而减少；残留团聚体呈明显的周转过程，<0.25 mm的团聚体更易粘结或吸附至大粒径团聚体上，而>0.25 mm团聚体倾向于发生破碎（破碎率分别为45.8%和43.3%），且破碎程度不断增加；<0.053 mm和2～0.25 mm 大小的泥沙含量及相应粒径的团聚体在泥沙中的贡献率对径流系数和泥沙粒径分形维数具有重要作用。所以，细沟间侵蚀过程中土壤表土结构变化、泥沙迁移与团聚体粒径密切相关，该成果进一步为土壤侵蚀过程模型和水土保持措施提供理论依据。
摘要:
黑土层厚度作为土壤质量的重要标志，在土壤可持续发展、粮食安全和生态功能中发挥着不可替代作用。然而，基于土壤剖面调查数据分析，往往样本数量少、代表区域范围小，多数仅依据点位数据统计，缺乏空间变异预测分析，迫切需要黑土层厚度快速调查与高性能空间预测方法。通过新建调查样点黑土层厚度多穴位“浅层挖掘+深层土钻”快速获取方法，在黑龙江省获取357个样点的黑土层厚度系列样本数据；对随机森林预测模型参数进行优化，预测黑土层厚度空间变异及其不确定性；分析不同穴位观测值及其均值样本对优化模型预测精度及稳定性影响，评价模型空间预测潜能。结果表明，研究区耕地预测平均黑土层厚度为53.42 cm，新建黑土层厚度快速获取与预测方法行之有效，可替代剖面调查方法。优化随机森林模型预测黑土层厚度的空间变化解释力R2达到60%，可精细刻画黑土层厚度空间分异；样点单个观测穴位的随机性可改变模型预测协变量重要性数值，影响黑土层厚度空间预测分布；相较于样点多穴位观测均值的空间预测，单穴位观测值预测的空间分布不确定性评估的准确性较低，预测精度显著下降；交叉验证指标和散点图分析表明，优化随机森林模型对黑土层厚度具有稳定的空间预测潜能。本研究为黑土层厚度高精度快速调查与预测提供了新经验、新途径。
黑土层厚度作为土壤质量的重要标志，在土壤可持续发展、粮食安全和生态功能中发挥着不可替代作用。然而，基于土壤剖面调查数据分析，往往样本数量少、代表区域范围小，多数仅依据点位数据统计，缺乏空间变异预测分析，迫切需要黑土层厚度快速调查与高性能空间预测方法。通过新建调查样点黑土层厚度多穴位“浅层挖掘+深层土钻”快速获取方法，在黑龙江省获取357个样点的黑土层厚度系列样本数据；对随机森林预测模型参数进行优化，预测黑土层厚度空间变异及其不确定性；分析不同穴位观测值及其均值样本对优化模型预测精度及稳定性影响，评价模型空间预测潜能。结果表明，研究区耕地预测平均黑土层厚度为53.42 cm，新建黑土层厚度快速获取与预测方法行之有效，可替代剖面调查方法。优化随机森林模型预测黑土层厚度的空间变化解释力R2达到60%，可精细刻画黑土层厚度空间分异；样点单个观测穴位的随机性可改变模型预测协变量重要性数值，影响黑土层厚度空间预测分布；相较于样点多穴位观测均值的空间预测，单穴位观测值预测的空间分布不确定性评估的准确性较低，预测精度显著下降；交叉验证指标和散点图分析表明，优化随机森林模型对黑土层厚度具有稳定的空间预测潜能。本研究为黑土层厚度高精度快速调查与预测提供了新经验、新途径。
摘要:
优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提，但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭，蔬菜玉米壳及微生物菌剂，按不同配方创制耕层重构材料，并构建相应的评价方法体系。研究表明，苔藓泥炭与稻壳生物炭配置形成的耕层重构材料质地疏松，蓄水保墒能力强；有机质含量高，范围介于658.85～704.92 g·kg-1之间，同时有机碳难降解指数范围为75.27%～84.71%，具备较高的固碳增汇潜力；有机碳、活性碳组分I、总腐殖酸、全氮、全钾、毛管孔隙度、pH可作为耕层重构材料的评价指标体系，结合质量指数模型可以评价耕层重构材料综合质量，依托该体系筛选出了最佳耕层重构材料配方，即当苔藓泥炭（M）与稻壳生物炭（R）按质量比1︰1、2︰1、3︰1，再按质量比10︰1与蔬菜玉米壳（C）（（M+R）10C1、（2M+R）10C1、（3M+R）10C1）混合配置时可以形成优质耕层重构材料；将优质耕层重构材料施入“非粮化”土壤可以显著降低土壤容重、增加土壤有机质及活性养分含量，增强土壤固碳潜力，提高小麦产量。本研究所建立的指标评价体系可以全面客观评价耕层重构材料的综合质量，以苔藓泥炭、稻壳生物炭为原料创制的耕层重构材料在改善土壤质量、提高土壤固碳能力以及恢复作物生产方面均表现出较高的应用价值。
优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提，但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭，蔬菜玉米壳及微生物菌剂，按不同配方创制耕层重构材料，并构建相应的评价方法体系。研究表明，苔藓泥炭与稻壳生物炭配置形成的耕层重构材料质地疏松，蓄水保墒能力强；有机质含量高，范围介于658.85～704.92 g·kg-1之间，同时有机碳难降解指数范围为75.27%～84.71%，具备较高的固碳增汇潜力；有机碳、活性碳组分I、总腐殖酸、全氮、全钾、毛管孔隙度、pH可作为耕层重构材料的评价指标体系，结合质量指数模型可以评价耕层重构材料综合质量，依托该体系筛选出了最佳耕层重构材料配方，即当苔藓泥炭（M）与稻壳生物炭（R）按质量比1︰1、2︰1、3︰1，再按质量比10︰1与蔬菜玉米壳（C）（（M+R）10C1、（2M+R）10C1、（3M+R）10C1）混合配置时可以形成优质耕层重构材料；将优质耕层重构材料施入“非粮化”土壤可以显著降低土壤容重、增加土壤有机质及活性养分含量，增强土壤固碳潜力，提高小麦产量。本研究所建立的指标评价体系可以全面客观评价耕层重构材料的综合质量，以苔藓泥炭、稻壳生物炭为原料创制的耕层重构材料在改善土壤质量、提高土壤固碳能力以及恢复作物生产方面均表现出较高的应用价值。
摘要:
土壤结构是土壤中各种过程的物理框架，对土壤物理、化学及生物化学过程定量化研究具有极为重要的意义。现有土壤结构的量化方法过度依赖于实验室技术，导致其受限于样本量级、分辨率和成本等因素的影响。为了克服这些限制，本研究以高分辨率土壤剖面图像为研究对象，利用数字图像技术量化土壤结构体形状。结果表明：典型的结构分类和主观描述可以转化为定量的形态计量学指标（如圆角率、圆度、长轴椭圆角、长宽比、坚固度和宽高比等）；9个土壤剖面中表层土壤结构体的平均圆角率、圆度和宽高比（0.79、0.74和1.05）均高于心土层（0.64、0.68和0.94），平均长宽比和长轴椭圆角（1.35°和42.73°）均低于心土层（1.79°和49.33°）。因此，利用数字图像技术能够准确地量化和直观地表征土壤结构体的形态特征，且该技术阐明了成土过程中土壤结构体形状逐渐从块状结构向圆球状结构转化的规律。
土壤结构是土壤中各种过程的物理框架，对土壤物理、化学及生物化学过程定量化研究具有极为重要的意义。现有土壤结构的量化方法过度依赖于实验室技术，导致其受限于样本量级、分辨率和成本等因素的影响。为了克服这些限制，本研究以高分辨率土壤剖面图像为研究对象，利用数字图像技术量化土壤结构体形状。结果表明：典型的结构分类和主观描述可以转化为定量的形态计量学指标（如圆角率、圆度、长轴椭圆角、长宽比、坚固度和宽高比等）；9个土壤剖面中表层土壤结构体的平均圆角率、圆度和宽高比（0.79、0.74和1.05）均高于心土层（0.64、0.68和0.94），平均长宽比和长轴椭圆角（1.35°和42.73°）均低于心土层（1.79°和49.33°）。因此，利用数字图像技术能够准确地量化和直观地表征土壤结构体的形态特征，且该技术阐明了成土过程中土壤结构体形状逐渐从块状结构向圆球状结构转化的规律。
摘要:
以川滇生态屏障区为研究对象，采用生态系统服务和交易的综合评估模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，InVEST）对2000年、2010年、2015年和2020年的土壤侵蚀和土壤保持情况进行分析，并运用地理探测器探测土壤侵蚀的主控因子。结果表明：川滇生态屏障区不同年份的土壤侵蚀模数和土壤侵蚀总量呈先减少后增加的趋势。侵蚀强度以微度侵蚀为主，约占整个区域的85%，主要分布在川滇生态屏障区东部，轻度及以上侵蚀强度多分布于西部地区。不同年份的土壤保持模数分别为4.0×103、3.5×103、3.5×103、4.5×103 t·km-2，土壤保持总量分别为9.6×108、8.3×108、8.2×108、1.1×109 t。各影响因子对土壤侵蚀的影响程度从高到低依次为：土地利用类型、高程、植被覆盖度、土壤可蚀性因子、降雨侵蚀力因子、坡度，其中土地利用类型与土壤可蚀性因子的交互协同作用对土壤侵蚀的解释力最强。
以川滇生态屏障区为研究对象，采用生态系统服务和交易的综合评估模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，InVEST）对2000年、2010年、2015年和2020年的土壤侵蚀和土壤保持情况进行分析，并运用地理探测器探测土壤侵蚀的主控因子。结果表明：川滇生态屏障区不同年份的土壤侵蚀模数和土壤侵蚀总量呈先减少后增加的趋势。侵蚀强度以微度侵蚀为主，约占整个区域的85%，主要分布在川滇生态屏障区东部，轻度及以上侵蚀强度多分布于西部地区。不同年份的土壤保持模数分别为4.0×103、3.5×103、3.5×103、4.5×103 t·km-2，土壤保持总量分别为9.6×108、8.3×108、8.2×108、1.1×109 t。各影响因子对土壤侵蚀的影响程度从高到低依次为：土地利用类型、高程、植被覆盖度、土壤可蚀性因子、降雨侵蚀力因子、坡度，其中土地利用类型与土壤可蚀性因子的交互协同作用对土壤侵蚀的解释力最强。
摘要:
层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源，二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物和土壤悬液的pH，研究了三水铝石对高岭石、无定形铝氧化物对高岭石和蒙脱石酸化过程中铝活化的影响；此外，还研究了两种铝氧化物和两种层状硅酸盐矿物在不同pH条件下的铝活化动力学；最后，选择了一种第四纪红黏土发育的红壤进行了包铝处理，研究了包铝对土壤铝活化的影响。结果表明，三水铝石对高岭石酸化过程中铝活化有促进作用。而包铝处理对高岭石酸化过程中交换性铝的产生有抑制作用，对水溶性铝的产生有促进作用。对于蒙脱石，无定形铝氧化物主要对交换性铝的产生有明显的促进作用。四种矿物的铝活化动力学结果表明，矿物铝释放的难易程度为：无定形铝氧化物>蒙脱石>高岭石>三水铝石。土壤包铝处理后，在pH4.3条件下，土壤交换性铝和水溶性铝含量均明显增加，水溶性铝含量增加幅度更大。这与高岭石包铝处理后的结果一致，主要原因是该土壤中的主要黏土矿物为高岭石。因此，铝氧化物对不同层状硅酸盐矿物铝活化有不同影响，主要与矿物的本性有关（如1︰1或2︰1型矿物）。而对于土壤酸化过程中铝活化的影响主要与其所含黏土矿物类型有关。
层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源，二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物和土壤悬液的pH，研究了三水铝石对高岭石、无定形铝氧化物对高岭石和蒙脱石酸化过程中铝活化的影响；此外，还研究了两种铝氧化物和两种层状硅酸盐矿物在不同pH条件下的铝活化动力学；最后，选择了一种第四纪红黏土发育的红壤进行了包铝处理，研究了包铝对土壤铝活化的影响。结果表明，三水铝石对高岭石酸化过程中铝活化有促进作用。而包铝处理对高岭石酸化过程中交换性铝的产生有抑制作用，对水溶性铝的产生有促进作用。对于蒙脱石，无定形铝氧化物主要对交换性铝的产生有明显的促进作用。四种矿物的铝活化动力学结果表明，矿物铝释放的难易程度为：无定形铝氧化物>蒙脱石>高岭石>三水铝石。土壤包铝处理后，在pH4.3条件下，土壤交换性铝和水溶性铝含量均明显增加，水溶性铝含量增加幅度更大。这与高岭石包铝处理后的结果一致，主要原因是该土壤中的主要黏土矿物为高岭石。因此，铝氧化物对不同层状硅酸盐矿物铝活化有不同影响，主要与矿物的本性有关（如1︰1或2︰1型矿物）。而对于土壤酸化过程中铝活化的影响主要与其所含黏土矿物类型有关。
摘要:
土壤pH是耕地质量的重要指标之一，准确快速获取土壤pH对数字农业具有重要意义。以我国东北黑土地区耕地土壤为研究对象，利用便携式土壤多参数快速检测仪（SHMI2000）对辽河平原和松嫩平原黑土pH进行原位测量调查，并将结果与实验室电位法（HJ 962-2018）测定结果进行比较。结果发现：（1）实验室电位法测定我国黑土区表层和亚表层黑土pH分别为4.04～10.09和4.01～10.06，平均值分别为6.13和6.47，变异系数分别为19.64%和18.37%，属于中等变异强度。整体上，黑土呈现西南（黑龙江西部、吉林北部和内蒙古南部地区）偏碱，东部（三江平原）、北部（松嫩平原）和黑龙江、吉林、辽宁三省南部偏酸的空间分布格局。（2）利用SHMI2000在野外原位测定了表层和亚表层土壤pH，与HJ 962-2018法测定的pH具显著相关，皮尔逊相关系数r达到0.81（P=9.11×10-52）（3）以0.2个单位的原位pH为步长，对两种方法获得的黑土pH进行移动平均处理后，皮尔逊相关系数r提高至0.93。因此，SHMI2000原位测定黑土pH准确可靠，适合东北黑土pH的快速获取。
土壤pH是耕地质量的重要指标之一，准确快速获取土壤pH对数字农业具有重要意义。以我国东北黑土地区耕地土壤为研究对象，利用便携式土壤多参数快速检测仪（SHMI2000）对辽河平原和松嫩平原黑土pH进行原位测量调查，并将结果与实验室电位法（HJ 962-2018）测定结果进行比较。结果发现：（1）实验室电位法测定我国黑土区表层和亚表层黑土pH分别为4.04～10.09和4.01～10.06，平均值分别为6.13和6.47，变异系数分别为19.64%和18.37%，属于中等变异强度。整体上，黑土呈现西南（黑龙江西部、吉林北部和内蒙古南部地区）偏碱，东部（三江平原）、北部（松嫩平原）和黑龙江、吉林、辽宁三省南部偏酸的空间分布格局。（2）利用SHMI2000在野外原位测定了表层和亚表层土壤pH，与HJ 962-2018法测定的pH具显著相关，皮尔逊相关系数r达到0.81（P=9.11×10-52）（3）以0.2个单位的原位pH为步长，对两种方法获得的黑土pH进行移动平均处理后，皮尔逊相关系数r提高至0.93。因此，SHMI2000原位测定黑土pH准确可靠，适合东北黑土pH的快速获取。
摘要:
场地土壤—地下水系统（土—水系统）中有机污染驱动机制复杂，污染物时空分布的预测与可视化是科学、规范开展土水污染绿色低碳修复管控的前提。基于WebGIS地理信息系统基础平台，嵌入有机污染多相流场—温度场—化学场多场耦合模拟与Cesium可视化技术，自主开发浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构的场地土—水系统有机污染物时空分布模拟与可视化系统。本系统可应用于场地土—水系统中有机污染调查与监测数据的集成管理、有机污染物时空分布图形化建模和多场耦合污染过程的场景可视化表达，与场地污染物实测数据相比，系统模拟误差小于30%，可为场地进一步开展有机污染风险评估、精准防控和综合管理提供信息化平台。
场地土壤—地下水系统（土—水系统）中有机污染驱动机制复杂，污染物时空分布的预测与可视化是科学、规范开展土水污染绿色低碳修复管控的前提。基于WebGIS地理信息系统基础平台，嵌入有机污染多相流场—温度场—化学场多场耦合模拟与Cesium可视化技术，自主开发浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构的场地土—水系统有机污染物时空分布模拟与可视化系统。本系统可应用于场地土—水系统中有机污染调查与监测数据的集成管理、有机污染物时空分布图形化建模和多场耦合污染过程的场景可视化表达，与场地污染物实测数据相比，系统模拟误差小于30%，可为场地进一步开展有机污染风险评估、精准防控和综合管理提供信息化平台。
摘要:
土壤、水体中共存的镉（Cd）、砷（As）极易通过食物链危害人类健康，是亟待解决的全球性环境问题。通过共沉淀-物理混合法制备新型硅-铁改性生物质炭（CMSMB），并通过Cd、As复合污染水体吸附试验与土壤培养试验探究其修复能力与机理。结果表明，CMSMB对Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）复合污染修复效果优异，最大吸附容量分别为272.73和17.59 mg·g-1，两种元素在CMSMB表面的吸附过程同时存在拮抗和协同作用，其相对强弱取决于溶液中Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的浓度。拮抗作用主要源于Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）对羟基和芳环表面结合位点的竞争，而协同作用主要通过静电吸附、Cd-As共沉淀和三元表面络合物的形成实现。土壤培养20 d后，CMSMB的添加提高了土壤pH和可溶性有机碳含量，从而促进土壤中有效态Cd浓度的显著降低（降幅64.86%～74.25%），是CMSMB与土壤理化性质变化交互引起的静电吸附、沉淀、络合等机制共同作用的结果。而短期土壤培养下CMSMB对土壤As有效性影响不显著，有效态As浓度仅随培养时间增加而略有降低。综上所述，CMSMB是一种对Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）复合污染水体有着良好修复能力的环境功能材料，其在短期内能实现对复合污染土壤中Cd的钝化和抑制As有效性升高的趋势，可应用于矿尾水、农用地污灌水等镉砷复合污染污水及农用地土壤的修复，但其长期修复能力及修复所包含迁移转化和微生物组学机制，有待进一步探究和验证。
土壤、水体中共存的镉（Cd）、砷（As）极易通过食物链危害人类健康，是亟待解决的全球性环境问题。通过共沉淀-物理混合法制备新型硅-铁改性生物质炭（CMSMB），并通过Cd、As复合污染水体吸附试验与土壤培养试验探究其修复能力与机理。结果表明，CMSMB对Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）复合污染修复效果优异，最大吸附容量分别为272.73和17.59 mg·g-1，两种元素在CMSMB表面的吸附过程同时存在拮抗和协同作用，其相对强弱取决于溶液中Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的浓度。拮抗作用主要源于Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）对羟基和芳环表面结合位点的竞争，而协同作用主要通过静电吸附、Cd-As共沉淀和三元表面络合物的形成实现。土壤培养20 d后，CMSMB的添加提高了土壤pH和可溶性有机碳含量，从而促进土壤中有效态Cd浓度的显著降低（降幅64.86%～74.25%），是CMSMB与土壤理化性质变化交互引起的静电吸附、沉淀、络合等机制共同作用的结果。而短期土壤培养下CMSMB对土壤As有效性影响不显著，有效态As浓度仅随培养时间增加而略有降低。综上所述，CMSMB是一种对Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）复合污染水体有着良好修复能力的环境功能材料，其在短期内能实现对复合污染土壤中Cd的钝化和抑制As有效性升高的趋势，可应用于矿尾水、农用地污灌水等镉砷复合污染污水及农用地土壤的修复，但其长期修复能力及修复所包含迁移转化和微生物组学机制，有待进一步探究和验证。
摘要:
淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分，改善土壤质量。田间有机物料品种多样，关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮（C/N）和碳/硫（C/S）的六种有机物料并进行淹水厌氧培养。结果显示，淹水并添加有机物料可快速创造出土壤的还原环境，在培养的第一天氧化还原电位（Eh）就已迅速降至0 mV附近，同时伴随土壤电导率（EC）、硫酸盐（SO42-）和硝酸盐（NO3--N）的快速下降，至厌氧培养过程结束时，NO3--N近乎被完全去除，有机物料的品种和添加量对NO3--N的去除无显著影响。而C/S较低的油菜秸秆去除SO42-的效果较弱，去除比例为58%，C/S较高的玉米秸秆可将SO42-由初始的153 mg·kg-1降至17 mg·kg-1，降幅达89%。不同物料添加量仅影响SO42-去除的速度而不影响最终的去除效果，至培养结束时，添加2 g·kg-1与添加8 g·kg-1有机物料的处理去除SO42-效果无显著差异。除有机硫含量显著升高外，其他形态硫的含量变化不明显，说明减少的SO42-大部分转化成了有机硫。若以修复土壤中过量的SO42-为目的，建议选用C/S较高的有机物料如玉米秸秆，并将添加量设置为2 g·kg-1即可获得良好效果。
淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分，改善土壤质量。田间有机物料品种多样，关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮（C/N）和碳/硫（C/S）的六种有机物料并进行淹水厌氧培养。结果显示，淹水并添加有机物料可快速创造出土壤的还原环境，在培养的第一天氧化还原电位（Eh）就已迅速降至0 mV附近，同时伴随土壤电导率（EC）、硫酸盐（SO42-）和硝酸盐（NO3--N）的快速下降，至厌氧培养过程结束时，NO3--N近乎被完全去除，有机物料的品种和添加量对NO3--N的去除无显著影响。而C/S较低的油菜秸秆去除SO42-的效果较弱，去除比例为58%，C/S较高的玉米秸秆可将SO42-由初始的153 mg·kg-1降至17 mg·kg-1，降幅达89%。不同物料添加量仅影响SO42-去除的速度而不影响最终的去除效果，至培养结束时，添加2 g·kg-1与添加8 g·kg-1有机物料的处理去除SO42-效果无显著差异。除有机硫含量显著升高外，其他形态硫的含量变化不明显，说明减少的SO42-大部分转化成了有机硫。若以修复土壤中过量的SO42-为目的，建议选用C/S较高的有机物料如玉米秸秆，并将添加量设置为2 g·kg-1即可获得良好效果。
摘要:
长期耕作和施肥加快了红壤性水稻土壤酸化，为研究绿肥、秸秆还田和石灰联用对水稻土壤酸度特征及水稻产量的影响，基于2016年开始的长期定位微区试验，探究不施肥（CK）、化肥（F）、化肥+紫云英+稻草还田（GRF）、化肥+紫云英+稻草还田+石灰（GRFL）处理对水稻产量、红壤性水稻土壤不同形态酸、土壤盐基离子及土壤酸碱缓冲容量的影响，解析土壤酸碱缓冲容量、交换性酸、有机质及交换性盐基离子之间的相关性。连续7年的微区试验结果表明，与F处理相比，GRF处理的早、晚稻产量分别提高了19.9%和5.1%，7年平均增产率分别为12.8%和5.9%；GRFL处理的早、晚稻产量分别提高了23.4%和14.2%，7年平均增产率分别为11.1%和8.9%。CK、F和GRF处理早、晚稻土壤pH均呈逐年下降的变化趋势，而GRFL处理早、晚稻土壤pH呈先上升后下降的变化趋势，下降幅度最小，且一直处于较高水平。同时，与F处理相比，GRF与GRFL处理显著提高了早、晚稻土壤交换性K+、交换性盐基离子总量和酸碱缓冲容量，GRF与GRFL处理间无显著差异，但GRFL处理各指标均有提高的趋势。相关分析表明，pH与交换性酸、交换性H+呈极显著负相关（P<0.01），与酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量呈极显著正相关（P<0.01）；土壤酸碱缓冲容量主要与交换性酸、交换性H+、交换性Na+和交换性Mg2+有关，水稻产量与土壤酸度性质和养分作用有关，就本研究而言，土壤酸度性质的影响最大。研究结果表明，翻压绿肥、秸秆还田可有效缓解稻田土壤的酸化并提高水稻产量，增施石灰可增强其效果，交换性酸、交换性H+、酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量是影响土壤pH的主要因素。
长期耕作和施肥加快了红壤性水稻土壤酸化，为研究绿肥、秸秆还田和石灰联用对水稻土壤酸度特征及水稻产量的影响，基于2016年开始的长期定位微区试验，探究不施肥（CK）、化肥（F）、化肥+紫云英+稻草还田（GRF）、化肥+紫云英+稻草还田+石灰（GRFL）处理对水稻产量、红壤性水稻土壤不同形态酸、土壤盐基离子及土壤酸碱缓冲容量的影响，解析土壤酸碱缓冲容量、交换性酸、有机质及交换性盐基离子之间的相关性。连续7年的微区试验结果表明，与F处理相比，GRF处理的早、晚稻产量分别提高了19.9%和5.1%，7年平均增产率分别为12.8%和5.9%；GRFL处理的早、晚稻产量分别提高了23.4%和14.2%，7年平均增产率分别为11.1%和8.9%。CK、F和GRF处理早、晚稻土壤pH均呈逐年下降的变化趋势，而GRFL处理早、晚稻土壤pH呈先上升后下降的变化趋势，下降幅度最小，且一直处于较高水平。同时，与F处理相比，GRF与GRFL处理显著提高了早、晚稻土壤交换性K+、交换性盐基离子总量和酸碱缓冲容量，GRF与GRFL处理间无显著差异，但GRFL处理各指标均有提高的趋势。相关分析表明，pH与交换性酸、交换性H+呈极显著负相关（P<0.01），与酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量呈极显著正相关（P<0.01）；土壤酸碱缓冲容量主要与交换性酸、交换性H+、交换性Na+和交换性Mg2+有关，水稻产量与土壤酸度性质和养分作用有关，就本研究而言，土壤酸度性质的影响最大。研究结果表明，翻压绿肥、秸秆还田可有效缓解稻田土壤的酸化并提高水稻产量，增施石灰可增强其效果，交换性酸、交换性H+、酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量是影响土壤pH的主要因素。
摘要:
探讨长期种植作物对农田土壤有机碳的影响程度，对于早日实现农业“碳中和”与可持续发展具有重要意义。以Meta整合分析法定量分析长期种植作物下中国农田土壤有机碳含量的变化特征，并系统分析各类因素的影响程度。结果表明，中国长期种植作物耕层土壤有机碳含量整体提高了17.85%，但随土层加深有机碳增幅呈降低趋势。当海拔为200～600 m、温度为8～15 ℃和降水为600～1000 mm时土壤有机碳的积累程度最大。除pH和碱解氮外，随着初始土壤养分含量的增加，有机碳增幅呈下降趋势，其中土壤有机碳为0～10 g·kg-1、全氮为0～0.9 g·kg-1、速效磷为0～10 mg·kg-1、速效钾为0～75 mg·kg-1时有机碳增幅最大。中国相对温暖湿润的低海拔暖温带地区更有利于农田土壤有机碳的积累。随土层加深，长期种植作物对土壤有机碳增加的影响逐渐降低。除碱解氮外，初始养分越贫瘠的土壤越有利于有机碳的积累。在各类田间管理措施中，秸秆全量还田对促进土壤有机碳的积累最为有效。
探讨长期种植作物对农田土壤有机碳的影响程度，对于早日实现农业“碳中和”与可持续发展具有重要意义。以Meta整合分析法定量分析长期种植作物下中国农田土壤有机碳含量的变化特征，并系统分析各类因素的影响程度。结果表明，中国长期种植作物耕层土壤有机碳含量整体提高了17.85%，但随土层加深有机碳增幅呈降低趋势。当海拔为200～600 m、温度为8～15 ℃和降水为600～1000 mm时土壤有机碳的积累程度最大。除pH和碱解氮外，随着初始土壤养分含量的增加，有机碳增幅呈下降趋势，其中土壤有机碳为0～10 g·kg-1、全氮为0～0.9 g·kg-1、速效磷为0～10 mg·kg-1、速效钾为0～75 mg·kg-1时有机碳增幅最大。中国相对温暖湿润的低海拔暖温带地区更有利于农田土壤有机碳的积累。随土层加深，长期种植作物对土壤有机碳增加的影响逐渐降低。除碱解氮外，初始养分越贫瘠的土壤越有利于有机碳的积累。在各类田间管理措施中，秸秆全量还田对促进土壤有机碳的积累最为有效。
摘要:
矿物结合态有机碳（MAOC）是土壤有机碳（SOC）的主要组成部分，其矿化特性对土壤固碳和全球气候变化具有重要影响。坡位作为重要的地形因子，显著影响有机碳与土壤矿物的相互作用及稳定性。然而，目前关于不同坡位土壤MAOC矿化特征尚不清楚。本研究以南方丘陵区典型柑橘园土壤为研究对象，通过室内培养探究了不同坡位（坡上、坡中和坡下）柑橘园土壤团聚体MAOC的矿化特征，分析了土壤理化因子和疏水性对MAOC矿化的影响。结果表明：坡下柑橘园土壤MAOC的累积矿化量（Ct）、矿化速率和潜在可矿化量（Co）均明显高于坡上和坡中，但坡下土壤Co/MAOC的比值明显低于坡上和坡中。随着团聚体粒径的减小，各坡位柑橘园土壤MAOC的Ct、矿化速率和Co均呈上升的变化趋势，而MAOC的矿化强度逐渐减弱。冗余分析（RDA）表明，MAOC潜在可矿化量（Co）与pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著正相关（P < 0.05），与铁铝氧化物（Fed/Ald、Feo/Alo和Fep/Alp）和疏水性呈显著负相关（P < 0.05）。Co/MAOC与铁铝氧化物和MAOC疏水性呈显著正相关，而与Co、Ct、pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著负相关。层次分割分析表明，Alo、Alp和Fep是影响MAOC矿化的重要因子。变差分解分析表明，Alo、Alp、Fep、C/N、MAOC和Feo的共同作用显著影响不同坡位团聚体中MAOC的矿化。研究结果对深入认识南方丘陵区不同坡位柑橘园土壤团聚体中矿物结合态有机碳形成机制、稳定特性以及提高土壤固碳具有重要意义。
矿物结合态有机碳（MAOC）是土壤有机碳（SOC）的主要组成部分，其矿化特性对土壤固碳和全球气候变化具有重要影响。坡位作为重要的地形因子，显著影响有机碳与土壤矿物的相互作用及稳定性。然而，目前关于不同坡位土壤MAOC矿化特征尚不清楚。本研究以南方丘陵区典型柑橘园土壤为研究对象，通过室内培养探究了不同坡位（坡上、坡中和坡下）柑橘园土壤团聚体MAOC的矿化特征，分析了土壤理化因子和疏水性对MAOC矿化的影响。结果表明：坡下柑橘园土壤MAOC的累积矿化量（Ct）、矿化速率和潜在可矿化量（Co）均明显高于坡上和坡中，但坡下土壤Co/MAOC的比值明显低于坡上和坡中。随着团聚体粒径的减小，各坡位柑橘园土壤MAOC的Ct、矿化速率和Co均呈上升的变化趋势，而MAOC的矿化强度逐渐减弱。冗余分析（RDA）表明，MAOC潜在可矿化量（Co）与pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著正相关（P < 0.05），与铁铝氧化物（Fed/Ald、Feo/Alo和Fep/Alp）和疏水性呈显著负相关（P < 0.05）。Co/MAOC与铁铝氧化物和MAOC疏水性呈显著正相关，而与Co、Ct、pH、SOC、MAOC、TN和C/N呈显著负相关。层次分割分析表明，Alo、Alp和Fep是影响MAOC矿化的重要因子。变差分解分析表明，Alo、Alp、Fep、C/N、MAOC和Feo的共同作用显著影响不同坡位团聚体中MAOC的矿化。研究结果对深入认识南方丘陵区不同坡位柑橘园土壤团聚体中矿物结合态有机碳形成机制、稳定特性以及提高土壤固碳具有重要意义。
摘要:
长期不同的耕作措施能够显著改变农田土壤团聚体分布、微生物丰度以及全氮储量，但其之间是否存在相关性尚不清楚。依托连续10年（2009—2020）旱作长期耕作试验平台，比较传统耕作（翻耕+秸秆还田，PT）和保护性耕作（深松耕+秸秆还田，CPT；免耕+秸秆还田，ZT）下土壤团聚体氮含量的变化及其与氮功能基因（amoA-AOA、amoA-AOB、nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ）丰度之间的关系。结果表明，长期保护性耕作（CPT和ZT）处理显著增加了机械稳定性和水稳定性宏团聚体（>2 mm）和大团聚体（0.25～2 mm）的质量百分比，降低了微团聚体（<0.25 mm）质量百分比。与传统耕作相比，长期CPT和ZT处理0～20 cm土层的全氮含量分别提高了53.4%和49.9%，宏团聚体全氮贡献率分别提高了16.2%和21.8%，但土壤氮矿化速率、硝化潜势和反硝化潜势显著降低。通过qPCR定量发现CPT和ZT显著提高了细菌、真菌以及氮功能基因（除氨氧化细菌（amoA-AOB外））丰度；在各粒级团聚体内部，大团聚体内部真菌、nirS、nosZⅠ的丰度显著高于微团聚体和宏团聚体，而nosZⅡ基因丰度则表现出相反趋势。Mantel分析结果表明，团聚体尺寸、土壤质地、矿质氮素含量、蔗糖酶活性、脲酶活性等因素是调控团聚体内部氮功能微生物丰度的关键因子。相关性分析表明，团聚体土壤全氮含量与微生物生物量氮、可溶性有机氮、细菌、真菌、amoA-AOB和nosZⅡ基因丰度呈现显著正相关关系，而与nirS和nirK型反硝化基因丰度呈现显著负相关关系。综上，长期保护性耕作不仅有利于改善旱作农田土壤团聚体组分，增加全氮在团聚体土壤中的储存，还调控了细菌、真菌和氮功能微生物在团聚体内部的丰度，从而改善了旱作农田土壤氮循环的趋势，有助于提升旱作农田土壤肥力。
长期不同的耕作措施能够显著改变农田土壤团聚体分布、微生物丰度以及全氮储量，但其之间是否存在相关性尚不清楚。依托连续10年（2009—2020）旱作长期耕作试验平台，比较传统耕作（翻耕+秸秆还田，PT）和保护性耕作（深松耕+秸秆还田，CPT；免耕+秸秆还田，ZT）下土壤团聚体氮含量的变化及其与氮功能基因（amoA-AOA、amoA-AOB、nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ）丰度之间的关系。结果表明，长期保护性耕作（CPT和ZT）处理显著增加了机械稳定性和水稳定性宏团聚体（>2 mm）和大团聚体（0.25～2 mm）的质量百分比，降低了微团聚体（<0.25 mm）质量百分比。与传统耕作相比，长期CPT和ZT处理0～20 cm土层的全氮含量分别提高了53.4%和49.9%，宏团聚体全氮贡献率分别提高了16.2%和21.8%，但土壤氮矿化速率、硝化潜势和反硝化潜势显著降低。通过qPCR定量发现CPT和ZT显著提高了细菌、真菌以及氮功能基因（除氨氧化细菌（amoA-AOB外））丰度；在各粒级团聚体内部，大团聚体内部真菌、nirS、nosZⅠ的丰度显著高于微团聚体和宏团聚体，而nosZⅡ基因丰度则表现出相反趋势。Mantel分析结果表明，团聚体尺寸、土壤质地、矿质氮素含量、蔗糖酶活性、脲酶活性等因素是调控团聚体内部氮功能微生物丰度的关键因子。相关性分析表明，团聚体土壤全氮含量与微生物生物量氮、可溶性有机氮、细菌、真菌、amoA-AOB和nosZⅡ基因丰度呈现显著正相关关系，而与nirS和nirK型反硝化基因丰度呈现显著负相关关系。综上，长期保护性耕作不仅有利于改善旱作农田土壤团聚体组分，增加全氮在团聚体土壤中的储存，还调控了细菌、真菌和氮功能微生物在团聚体内部的丰度，从而改善了旱作农田土壤氮循环的趋势，有助于提升旱作农田土壤肥力。
摘要:
氮素的环境排放贯穿于整个食物链和生态链，单一农田系统的优化已无法有效控制氮素污染，亟需创新系统化的研究方法和管理手段。基于氮素阶梯流动（Cascade flow）概念及全链条氮素研究框架（CAFE），以全球13个国家为研究对象，定量各地区种植、种养、食物链子系统到区域生态的氮素通量，分析各子系统氮素盈余（N surplus）和氮素利用率（NUE），剖析相邻子系统间氮素盈余增量的驱动因素，并提出全链条氮素管理优化方案。结果表明，从作物生产到动物生产、初级农产品、食品生产及消费，绝大多数国家的氮素盈余不断增加而利用率逐渐下降。尽管所有国家盈余增加的趋势一致，但不同国家盈余增加的幅度差异较大，决定了每个国家改善氮素管理的优先序不同。对于中国而言，高氮素盈余主要来自种植系统，因此科学施肥技术和相关的政策仍是研究和管理的重点。对于大部分西方国家，农田以外系统对总氮素盈余贡献更大，需要重视相关系统的氮素循环利用。对全球CAFE系统的分析发现，影响系统盈余增量的主要因素包括农田氮素投入结构、养殖密度、饲料自给率以及食品贸易与国内供需关系等，而这些因素目前尚未在全球氮素管理中得到重视。CAFE为全球氮素全链条管理提供了一致的定量研究方法，有助于跨区域的比较、经验分享和政策制定。
氮素的环境排放贯穿于整个食物链和生态链，单一农田系统的优化已无法有效控制氮素污染，亟需创新系统化的研究方法和管理手段。基于氮素阶梯流动（Cascade flow）概念及全链条氮素研究框架（CAFE），以全球13个国家为研究对象，定量各地区种植、种养、食物链子系统到区域生态的氮素通量，分析各子系统氮素盈余（N surplus）和氮素利用率（NUE），剖析相邻子系统间氮素盈余增量的驱动因素，并提出全链条氮素管理优化方案。结果表明，从作物生产到动物生产、初级农产品、食品生产及消费，绝大多数国家的氮素盈余不断增加而利用率逐渐下降。尽管所有国家盈余增加的趋势一致，但不同国家盈余增加的幅度差异较大，决定了每个国家改善氮素管理的优先序不同。对于中国而言，高氮素盈余主要来自种植系统，因此科学施肥技术和相关的政策仍是研究和管理的重点。对于大部分西方国家，农田以外系统对总氮素盈余贡献更大，需要重视相关系统的氮素循环利用。对全球CAFE系统的分析发现，影响系统盈余增量的主要因素包括农田氮素投入结构、养殖密度、饲料自给率以及食品贸易与国内供需关系等，而这些因素目前尚未在全球氮素管理中得到重视。CAFE为全球氮素全链条管理提供了一致的定量研究方法，有助于跨区域的比较、经验分享和政策制定。
摘要:
利用高通量测序技术，研究连续传代微生物培养过程中土壤可培养解磷菌的群落变化。采用固体和液体无机磷（IPM）和有机磷培养基（OPM）分别对供试水稻土中解磷菌进行传代富集培养，获得第一代（1st-En）、第二代（2nd-En）和第三代（3rd-En）可培养微生物集合，通过高通量测序技术分析富集物和土壤DNA中细菌16S rRNA基因，评估土壤可培养“潜在”解磷菌群落富集规律及其占本底土著细菌群落的比例。结果表明：供试土壤共检测到本底细菌群落58门、160纲、373目、575科和979属，而利用四种培养基连续传代三次共富集20门、35纲、80目、121科和223属“潜在”解磷菌。OPM富集“潜在”解磷菌分类单元数普遍高于IPM。可培养“潜在”解磷菌在土壤本底土著细菌群落中的比例在门水平最高（8.62%～25.9%），而在其他分类水平上仅为3.22%～12.5%。与本研究构建的已知解磷菌数据库进行比较，土壤本底包括已知解磷菌110属，而四种培养基连续传代三次共富集已知解磷菌83属，对土壤已知解磷菌属的培养比例为75.5%，亦表明土壤中至少约24.5%已知解磷菌属未被富集或遗漏。不同培养基和代次富集了优势解磷菌门，主要包括Proteobacteria、Actinobacteriota和Firmicutes，三者之和为97.20%～99.97%；而在属水平下，不同培养基和代次富集了具有明显生理代谢特征差异的解磷菌属。此外，培养基还富集到大量尚未被证实具有解磷功能或特征基因的细菌属140个，占可培养“潜在”解磷菌群落62.8%，其中绝大部分为数量弱势的稀有属，少数具生长富集优势，如Chelatococcus等。通过将传统微生物培养技术与高通量测序技术相结合，本研究揭示了培养基成分、培养基形态和传代次数均能强烈影响土壤可培养解磷菌多样性评估，为环境解磷菌资源的定向发掘和研究提供了参考。
利用高通量测序技术，研究连续传代微生物培养过程中土壤可培养解磷菌的群落变化。采用固体和液体无机磷（IPM）和有机磷培养基（OPM）分别对供试水稻土中解磷菌进行传代富集培养，获得第一代（1st-En）、第二代（2nd-En）和第三代（3rd-En）可培养微生物集合，通过高通量测序技术分析富集物和土壤DNA中细菌16S rRNA基因，评估土壤可培养“潜在”解磷菌群落富集规律及其占本底土著细菌群落的比例。结果表明：供试土壤共检测到本底细菌群落58门、160纲、373目、575科和979属，而利用四种培养基连续传代三次共富集20门、35纲、80目、121科和223属“潜在”解磷菌。OPM富集“潜在”解磷菌分类单元数普遍高于IPM。可培养“潜在”解磷菌在土壤本底土著细菌群落中的比例在门水平最高（8.62%～25.9%），而在其他分类水平上仅为3.22%～12.5%。与本研究构建的已知解磷菌数据库进行比较，土壤本底包括已知解磷菌110属，而四种培养基连续传代三次共富集已知解磷菌83属，对土壤已知解磷菌属的培养比例为75.5%，亦表明土壤中至少约24.5%已知解磷菌属未被富集或遗漏。不同培养基和代次富集了优势解磷菌门，主要包括Proteobacteria、Actinobacteriota和Firmicutes，三者之和为97.20%～99.97%；而在属水平下，不同培养基和代次富集了具有明显生理代谢特征差异的解磷菌属。此外，培养基还富集到大量尚未被证实具有解磷功能或特征基因的细菌属140个，占可培养“潜在”解磷菌群落62.8%，其中绝大部分为数量弱势的稀有属，少数具生长富集优势，如Chelatococcus等。通过将传统微生物培养技术与高通量测序技术相结合，本研究揭示了培养基成分、培养基形态和传代次数均能强烈影响土壤可培养解磷菌多样性评估，为环境解磷菌资源的定向发掘和研究提供了参考。
摘要:
为揭示臭氧（O3）浓度升高、亚乙基二脲（Ethylenediurea，EDU）喷施及其交互作用对小麦根际细菌群落多样性与结构的影响，利用完全开放式熏蒸系统（Free-Air Concentration Enrichment，FACE）对“农麦88”进行环境O3浓度（A处理）和1.5倍环境O3浓度（E处理）熏蒸，同时设置叶面喷施6次450 mg·L-1 EDU或等量清水的处理。结果表明，EDU喷施使小麦根系生物量上升8%～58%、土壤pH下降4%～10%，且A处理下均达到显著水平。O3浓度升高、EDU处理及其交互作用对细菌群落alpha多样性没有显著影响。O3浓度升高改变了细菌群落结构，而E处理下EDU对细菌群落的影响较A处理更为显著。所有处理根际土中Proteobacteria（相对丰度占比28%～39%）、Bacteroidota（11%～20%）、Acidobacteria（7%～11%）为最优势菌门。E处理和EDU处理均显著降低了Alphaproteobacteria的相对丰度，但提高了Chloroflexi的相对丰度。E处理使Nitrospirota菌门的相对丰度提高了71%～164%，EDU处理使Planctomycetota菌门的相对丰度提高了23%～70%。Spearman相关性分析结果表明，土壤速效钾含量与Chloroflexi和Nitrospirota菌门的相对丰度呈显著负相关（r = -0.846～-0.586），而与Alphaproteobacteria菌门的相对丰度呈显著正相关（r = 0.604）。综上，小麦可能通过降低富营养菌群和提高贫营养菌群相对丰度来提高自身对O3浓度升高的适应性，而叶面喷施EDU可能也通过该途径来缓解小麦的O3胁迫。
为揭示臭氧（O3）浓度升高、亚乙基二脲（Ethylenediurea，EDU）喷施及其交互作用对小麦根际细菌群落多样性与结构的影响，利用完全开放式熏蒸系统（Free-Air Concentration Enrichment，FACE）对“农麦88”进行环境O3浓度（A处理）和1.5倍环境O3浓度（E处理）熏蒸，同时设置叶面喷施6次450 mg·L-1 EDU或等量清水的处理。结果表明，EDU喷施使小麦根系生物量上升8%～58%、土壤pH下降4%～10%，且A处理下均达到显著水平。O3浓度升高、EDU处理及其交互作用对细菌群落alpha多样性没有显著影响。O3浓度升高改变了细菌群落结构，而E处理下EDU对细菌群落的影响较A处理更为显著。所有处理根际土中Proteobacteria（相对丰度占比28%～39%）、Bacteroidota（11%～20%）、Acidobacteria（7%～11%）为最优势菌门。E处理和EDU处理均显著降低了Alphaproteobacteria的相对丰度，但提高了Chloroflexi的相对丰度。E处理使Nitrospirota菌门的相对丰度提高了71%～164%，EDU处理使Planctomycetota菌门的相对丰度提高了23%～70%。Spearman相关性分析结果表明，土壤速效钾含量与Chloroflexi和Nitrospirota菌门的相对丰度呈显著负相关（r = -0.846～-0.586），而与Alphaproteobacteria菌门的相对丰度呈显著正相关（r = 0.604）。综上，小麦可能通过降低富营养菌群和提高贫营养菌群相对丰度来提高自身对O3浓度升高的适应性，而叶面喷施EDU可能也通过该途径来缓解小麦的O3胁迫。
20 稻田土壤中病毒多样性研究
摘要:
病毒是地球上最丰富多样的微生物类群，广泛存在于各种生物体及环境中，但关于稻田土壤的病毒组研究较少。使用公共数据库中的稻田土壤宏基因组测序数据，构建由8 791个病毒操作分类单元（viral operational taxonomic units，vOTU）和168 940个蛋白序列组成的稻田土壤病毒数据库（Paddy soil virus database，PSVD），该数据库中31.41%的序列能够预测出物种分类地位信息，这些病毒序列分属于76个已知的病毒科，以有尾病毒纲（Caudoviricetes）病毒为主，宿主分布在11个细菌门中。同时还对稻田土壤病毒中所携带的辅助代谢基因（Auxiliary Metabolic Genes，AMGs）进行分析，发现了39个可能广泛存在与稻田系统的碳水化合物活性酶（carbohydrate active enzymes，CAZymes），该类基因的存在，可能对生物地球化学循环产生潜在的影响。综上，本研究创新性构建了PSVD数据库（https：//github.com/lzk98/PSVD），并利用DRAM-v挖掘了稻田土壤系统中的AMGs基因，为后期稻田土壤病毒组的研究奠定了研究基础，并为稻田病毒群落的解析提供新的见解。
病毒是地球上最丰富多样的微生物类群，广泛存在于各种生物体及环境中，但关于稻田土壤的病毒组研究较少。使用公共数据库中的稻田土壤宏基因组测序数据，构建由8 791个病毒操作分类单元（viral operational taxonomic units，vOTU）和168 940个蛋白序列组成的稻田土壤病毒数据库（Paddy soil virus database，PSVD），该数据库中31.41%的序列能够预测出物种分类地位信息，这些病毒序列分属于76个已知的病毒科，以有尾病毒纲（Caudoviricetes）病毒为主，宿主分布在11个细菌门中。同时还对稻田土壤病毒中所携带的辅助代谢基因（Auxiliary Metabolic Genes，AMGs）进行分析，发现了39个可能广泛存在与稻田系统的碳水化合物活性酶（carbohydrate active enzymes，CAZymes），该类基因的存在，可能对生物地球化学循环产生潜在的影响。综上，本研究创新性构建了PSVD数据库（https：//github.com/lzk98/PSVD），并利用DRAM-v挖掘了稻田土壤系统中的AMGs基因，为后期稻田土壤病毒组的研究奠定了研究基础，并为稻田病毒群落的解析提供新的见解。
摘要:
真菌的分解作用是驱动土壤养分循环和能量流动的主要动力，然而在团聚体尺度上，真菌群落对不同类型秸秆碳输入的响应特征及关键环境因子尚不明确。以玉米秸秆为原料，设置常规粉碎秸秆（RS）、腐熟秸秆（DS）和秸秆生物质炭（BC）3种秸秆碳类型的等碳量还田处理，并以不施秸秆（CK）为对照，探讨秸秆碳类型对土壤大团聚体（> 0.25 mm）和微团聚体（< 0.25 mm）中真菌多样性、真菌群落组成及分布、菌群内部相互作用关系的影响，并进一步探究影响土壤真菌群落变化的关键环境因子。2年田间试验结果表明，RS处理显著降低了< 0.25 mm微团聚体和> 0.25 mm大团聚体中真菌的 α 多样性（P < 0.05）。各处理的优势菌门前三位的为子囊菌门（Ascomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）、担子菌门（Basidiomycota），优势菌属前三位的为小不整球壳属（Plectosphaerella）、毛壳菌属（Chaetomium）、被孢霉属（Mortierella）。与不同团聚体粒级相比，秸秆碳处理显著引起了真菌群落结构的分异（P < 0.01），其中RS处理的真菌群落结构显著区分于其他处理。共现网络分析表明，BC处理提高了纳入真菌共现网络的节点数量（10.08%）和模块性（5.55%），DS处理提高了纳入共现网络的节点（11.17%）、边的数量（32.57%）和节点平均度（19.27%），均提高了土壤团聚体真菌群落结构的稳定性。Mantel test分析发现，铵态氮（AN）和pH是影响土壤团聚体真菌群落结构的关键环境因子，且RS处理的真菌群落受土壤环境因子影响最大。真菌群落功能预测分析表明，3种秸秆碳的输入均能降低病原型真菌的相对丰度，减少农田土传病害的发生。综上所述，短期内秸秆还田，不同土壤团聚体真菌更易受秸秆碳类型的影响而产生分异，添加腐熟秸秆和秸秆生物质炭短期内能提升土壤AN含量，进而提高真菌网络的复杂性，促进真菌群落稳定，因此在实际生产中应考虑适当增加腐熟态或炭化态秸秆碳投入以促进土壤生态功能稳定。
真菌的分解作用是驱动土壤养分循环和能量流动的主要动力，然而在团聚体尺度上，真菌群落对不同类型秸秆碳输入的响应特征及关键环境因子尚不明确。以玉米秸秆为原料，设置常规粉碎秸秆（RS）、腐熟秸秆（DS）和秸秆生物质炭（BC）3种秸秆碳类型的等碳量还田处理，并以不施秸秆（CK）为对照，探讨秸秆碳类型对土壤大团聚体（> 0.25 mm）和微团聚体（< 0.25 mm）中真菌多样性、真菌群落组成及分布、菌群内部相互作用关系的影响，并进一步探究影响土壤真菌群落变化的关键环境因子。2年田间试验结果表明，RS处理显著降低了< 0.25 mm微团聚体和> 0.25 mm大团聚体中真菌的 α 多样性（P < 0.05）。各处理的优势菌门前三位的为子囊菌门（Ascomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）、担子菌门（Basidiomycota），优势菌属前三位的为小不整球壳属（Plectosphaerella）、毛壳菌属（Chaetomium）、被孢霉属（Mortierella）。与不同团聚体粒级相比，秸秆碳处理显著引起了真菌群落结构的分异（P < 0.01），其中RS处理的真菌群落结构显著区分于其他处理。共现网络分析表明，BC处理提高了纳入真菌共现网络的节点数量（10.08%）和模块性（5.55%），DS处理提高了纳入共现网络的节点（11.17%）、边的数量（32.57%）和节点平均度（19.27%），均提高了土壤团聚体真菌群落结构的稳定性。Mantel test分析发现，铵态氮（AN）和pH是影响土壤团聚体真菌群落结构的关键环境因子，且RS处理的真菌群落受土壤环境因子影响最大。真菌群落功能预测分析表明，3种秸秆碳的输入均能降低病原型真菌的相对丰度，减少农田土传病害的发生。综上所述，短期内秸秆还田，不同土壤团聚体真菌更易受秸秆碳类型的影响而产生分异，添加腐熟秸秆和秸秆生物质炭短期内能提升土壤AN含量，进而提高真菌网络的复杂性，促进真菌群落稳定，因此在实际生产中应考虑适当增加腐熟态或炭化态秸秆碳投入以促进土壤生态功能稳定。
摘要:
根际微生物影响土壤养分的有效性与转化，和植物的生长及健康密切相关。探讨不同种植年限枳壳根际微生物和土壤性质的变化，可为枳壳的田间管理提供科学依据。采集重庆市种植4、20和40 a的枳壳根际土壤，高通量测序技术分析不同种植年限土壤细菌和真菌多样性和群落结构变化规律，进一步研究微生物群落与土壤性质的相关性。结果表明，连续种植40 a枳壳的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于4 a和20 a，而土壤pH则显著降低（P<0.05）。随着种植年限增加，细菌的多样性指数无明显变化，而真菌的多样性和均匀度指数显著增加（P<0.05）。主坐标分析显示，种植40 a的枳壳根际土壤细菌和真菌群落结构和组成与其他年限显著不同。在门水平上，优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门，占总丰度的61.07%～87.79%；优势真菌门为子囊菌门和担子菌门，占总丰度的64.70%～85.75%。在属水平上，随种植年限的增加，40年枳壳根际土壤有益细菌和真菌属丰度较第4年的显著减少（P<0.05），如鞘氨醇单胞菌属、苍白杆菌属、类诺卡氏菌属、假单胞菌属、毛孢子菌属和毛壳菌属，分别下降了51.21%、91.32%、78.60%、81.87%、70.58%和60.74%。此外，致病菌属丰度显著增加，如镰刀属、Plectosphaerella属和Ilyonectria属分别增加了117.6%、323.9%和1631%。Mantel分析表明，土壤pH和营养因素是影响细菌和真菌群落组成的重要环境因子。枳壳长期种植会改变根际微生物群落结构和组成，随着种植年限增加，真菌的多样性指数显著增加，有益的根际细菌和真菌属丰度减少，而潜在的致病菌属丰度增加，这可能是枳壳长期栽培长势变差和病害逐渐加重的主要原因。
根际微生物影响土壤养分的有效性与转化，和植物的生长及健康密切相关。探讨不同种植年限枳壳根际微生物和土壤性质的变化，可为枳壳的田间管理提供科学依据。采集重庆市种植4、20和40 a的枳壳根际土壤，高通量测序技术分析不同种植年限土壤细菌和真菌多样性和群落结构变化规律，进一步研究微生物群落与土壤性质的相关性。结果表明，连续种植40 a枳壳的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于4 a和20 a，而土壤pH则显著降低（P<0.05）。随着种植年限增加，细菌的多样性指数无明显变化，而真菌的多样性和均匀度指数显著增加（P<0.05）。主坐标分析显示，种植40 a的枳壳根际土壤细菌和真菌群落结构和组成与其他年限显著不同。在门水平上，优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门，占总丰度的61.07%～87.79%；优势真菌门为子囊菌门和担子菌门，占总丰度的64.70%～85.75%。在属水平上，随种植年限的增加，40年枳壳根际土壤有益细菌和真菌属丰度较第4年的显著减少（P<0.05），如鞘氨醇单胞菌属、苍白杆菌属、类诺卡氏菌属、假单胞菌属、毛孢子菌属和毛壳菌属，分别下降了51.21%、91.32%、78.60%、81.87%、70.58%和60.74%。此外，致病菌属丰度显著增加，如镰刀属、Plectosphaerella属和Ilyonectria属分别增加了117.6%、323.9%和1631%。Mantel分析表明，土壤pH和营养因素是影响细菌和真菌群落组成的重要环境因子。枳壳长期种植会改变根际微生物群落结构和组成，随着种植年限增加，真菌的多样性指数显著增加，有益的根际细菌和真菌属丰度减少，而潜在的致病菌属丰度增加，这可能是枳壳长期栽培长势变差和病害逐渐加重的主要原因。
摘要:
东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，但严重的土壤侵蚀导致该区域土壤健康和生态功能下降。以典型黑土区坡耕地土壤为研究对象，分析了不同坡面位置土壤的微生物多样性及其与共现网络之间的关系，并结合土壤理化性质探究了侵蚀-沉积现象对土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）土壤侵蚀显著降低了微生物α多样性，而沉积有利于其增加。有机碳（SOC）、平均重量直径（MWD）与微生物多样性存在显著的正相关性。（2）侵蚀-沉积未改变细菌和真菌门、科水平的主要优势菌群。真菌门、科水平的主要优势菌群相对丰度变化较细菌明显。（3）冗余分析结果表明侵蚀-沉积通过改变SOC、全磷（TP）、MWD等，导致受其影响显著的物种相对丰度出现了不同的变化趋势。（4）土壤侵蚀显著影响了细菌共现网络复杂性，其节点数和边数分别从540、572（坡顶）下降至488、520（坡下），而沉积又使两者分别增加至546、602。土壤侵蚀显著增大了细菌网络聚类系数，其值从0.38（坡顶）增至0.41（坡下）。同时，侵蚀-沉积显著改变了真菌网络节点数，其值从223（坡顶）降至187（坡下）后增至201（坡脚）。此外，随着侵蚀强度的增大，细菌网络稳定性呈下降趋势，而真菌网络稳定性呈现出先下降后增大的趋势。总体而言，本研究揭示了侵蚀-沉积作用下黑土区坡耕地土壤微生物多样性和群落结构的变化及驱动因素，为进一步了解黑土区坡耕地土壤理化性质与微生物的相互作用提供了一定的理论依据。
东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，但严重的土壤侵蚀导致该区域土壤健康和生态功能下降。以典型黑土区坡耕地土壤为研究对象，分析了不同坡面位置土壤的微生物多样性及其与共现网络之间的关系，并结合土壤理化性质探究了侵蚀-沉积现象对土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）土壤侵蚀显著降低了微生物α多样性，而沉积有利于其增加。有机碳（SOC）、平均重量直径（MWD）与微生物多样性存在显著的正相关性。（2）侵蚀-沉积未改变细菌和真菌门、科水平的主要优势菌群。真菌门、科水平的主要优势菌群相对丰度变化较细菌明显。（3）冗余分析结果表明侵蚀-沉积通过改变SOC、全磷（TP）、MWD等，导致受其影响显著的物种相对丰度出现了不同的变化趋势。（4）土壤侵蚀显著影响了细菌共现网络复杂性，其节点数和边数分别从540、572（坡顶）下降至488、520（坡下），而沉积又使两者分别增加至546、602。土壤侵蚀显著增大了细菌网络聚类系数，其值从0.38（坡顶）增至0.41（坡下）。同时，侵蚀-沉积显著改变了真菌网络节点数，其值从223（坡顶）降至187（坡下）后增至201（坡脚）。此外，随着侵蚀强度的增大，细菌网络稳定性呈下降趋势，而真菌网络稳定性呈现出先下降后增大的趋势。总体而言，本研究揭示了侵蚀-沉积作用下黑土区坡耕地土壤微生物多样性和群落结构的变化及驱动因素，为进一步了解黑土区坡耕地土壤理化性质与微生物的相互作用提供了一定的理论依据。
摘要:
为明确放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能影响的普遍规律，并为草原生态保护提供理论依据，收集了119条放牧草地的土壤真菌原始数据，使用统一的生物信息学处理方式和Meta分析方法探究放牧草地土壤真菌α-多样性、群落组成和功能群落的变化，并使用加权混合效应模型进行环境因素分析。结果表明：放牧使土壤真菌α-多样性降低，同时显著降低了土壤中病原真菌、木腐真菌、土壤腐生真菌、内生真菌的相对丰度。土壤真菌α-多样性降低以及功能真菌相对丰度的改变依赖于不同地区环境因素的变化。在土壤有机碳含量和碳氮比较低以及年均降水量高的地区，放牧对土壤真菌α-多样性的负效应被适当缓解。初始有机碳含量和禁牧时间影响了土壤功能真菌丰度变化的趋势。长期禁牧能够恢复土壤腐生型和共生型真菌的相对丰度。随初始碳氮比的升高，放牧条件下病原真菌相对丰度的减少程度减弱，而腐生真菌相对丰度的减少程度增强。降水量越低的地区，放牧会更大程度减少腐生和共生真菌的相对丰度。总体而言，放牧对中国北部草地土壤真菌群落的α-多样性和功能产生负效应，但负效应程度和趋势依赖于当地环境状况。
为明确放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能影响的普遍规律，并为草原生态保护提供理论依据，收集了119条放牧草地的土壤真菌原始数据，使用统一的生物信息学处理方式和Meta分析方法探究放牧草地土壤真菌α-多样性、群落组成和功能群落的变化，并使用加权混合效应模型进行环境因素分析。结果表明：放牧使土壤真菌α-多样性降低，同时显著降低了土壤中病原真菌、木腐真菌、土壤腐生真菌、内生真菌的相对丰度。土壤真菌α-多样性降低以及功能真菌相对丰度的改变依赖于不同地区环境因素的变化。在土壤有机碳含量和碳氮比较低以及年均降水量高的地区，放牧对土壤真菌α-多样性的负效应被适当缓解。初始有机碳含量和禁牧时间影响了土壤功能真菌丰度变化的趋势。长期禁牧能够恢复土壤腐生型和共生型真菌的相对丰度。随初始碳氮比的升高，放牧条件下病原真菌相对丰度的减少程度减弱，而腐生真菌相对丰度的减少程度增强。降水量越低的地区，放牧会更大程度减少腐生和共生真菌的相对丰度。总体而言，放牧对中国北部草地土壤真菌群落的α-多样性和功能产生负效应，但负效应程度和趋势依赖于当地环境状况。
