2025年第62卷第1期文章目次

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  • > 新视角与前沿

    1  基于量子力学的基础土壤学核心知识体系重建的若干思考:必要性及理论与方法基础
    李航,刘新敏,田锐,李睿,唐颖
    2025, 62(1):1-13. DOI: 10.11766/trxb202403120105 CSTR: 32215.14.trxb202403120105
    [摘要](260) [HTML](229) [PDF 3.05 M](482)
    摘要:
    著名土壤物理学家Gardner认为,目前的土壤学知识过于碎片化,因而需要构建一套系统化的土壤学知识体系;澳大利亚学者Churchman指出,新的土壤学知识体系必须打破土壤学各分支学科边界。本文系统分析了土壤学核心知识体系重建的必要性及理论与方法基础。由于现有的土壤学基石是经典原子轨道理论,而新的研究发现土壤电场强烈地改变了土壤原子轨道,所以新的土壤学大厦应在这新的基石上重建。本文指出,土壤“电场-原子”相互作用的量子力学描述可以成为构建基础土壤学核心知识体系的理论基础,而对静电力、长程范德华力、渗透力、亲水力和疏水力五个“宏观物理量”的定量描述可以打破土壤学各分支学科边界,进而从整体上去研究土壤。本文认为,基于土壤“电场-原子”相互作用的量子力学并借助于五个“宏观物理量”可以实现对土壤“基质过程”、“界面过程”和“孔隙过程”的系统性描述。由于土壤中物理、化学和生物学过程可以归结为土壤“基质过程”、“界面过程”和“孔隙过程”在不同尺度上的关联与耦合,所以,基于本文提出的理论和方法有望构建新的基础土壤学核心知识体系。

    > 综述与评论

    2  三维空间土壤推测与土壤模型构建研究进展
    解宪丽,夏成业,殷彪,李安波,李开丽,潘贤章
    2025, 62(1):14-28. DOI: 10.11766/trxb202311140473 CSTR: 32215.14.trxb202311140473
    [摘要](223) [HTML](272) [PDF 1.05 M](637)
    摘要:
    土壤是具有高度异质性的复合体。早期的数字土壤制图研究主要关注水平方向的土壤空间变异和制图,对垂直方向空间变异和土壤三维制图考虑较少。近年来,三维地理信息技术和对地观测与探测技术的快速发展,极大地促进了土壤三维空间数据获取、三维空间推测、三维数据模型、三维模型构建和可视化方法等方面的研究。本文对三维空间土壤推测与土壤模型构建的已有方法进行梳理和评述,以期为三维数字土壤制图的应用和发展提供建议。以三维土壤制图、三维GIS、三维数据模型、三维地质建模、三维可视化、土壤空间变异、空间推测、克里格插值、土壤-景观分析、深度函数、机器学习、地统计学、随机模拟等为关键词检索Web of Science数据库,基于相关度、引用率和文献来源等因素进一步筛选出重点文献进行分析。归纳整理了土壤空间变异性、三维空间土壤推测、三维空间数据模型和三维模型构建等关键技术的现有研究体系,对各种三维推测和建模方法的优缺点和适用场景作出评价。针对目前研究中存在的垂直方向土壤数据稀少、土壤三维推测精度低、三维模型质量待提高等问题,提出一些可行的研究思路。
    3  土壤中典型橡胶防老剂及其衍生物的环境行为及陆生生态风险综述
    姜锦林,吴慧毅,王蕾,董姝楠,曹少华
    2025, 62(1):29-39. DOI: 10.11766/trxb202308310345 CSTR: 32215.14.trxb202308310345
    [摘要](136) [HTML](248) [PDF 508.54 K](669)
    摘要:
    土壤是人类赖以生存和发展的主要自然资源,近年来,轮胎橡胶防老剂N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺(6PPD)及其臭氧化产物N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯醌(6PPD-Q)的水生生物风险引发全球关注,但对其土壤环境行为和土壤生物区系影响还知之甚少。研究表明,土壤是轮胎磨损颗粒(TWPs)的一个重要的“汇”。对苯二胺类(PPDs)橡胶防老剂性能优良,应用非常广泛,能够随着TWPs进入环境介质中然后被释放出来,并产生PPD-Qs等衍生物。因此研究PPDs类化合物及其衍生物PPD-Qs在土壤中的归趋和生态环境风险具有重要的意义。本文聚焦于土壤环境安全和生态健康,陈述了6PPD及6PPD-Q在土壤环境中赋存、迁移、转化等行为特征,介绍了6PPD及6PPD-Q在陆生生物中的累积、转运和代谢机制,并阐述其生物毒性效应特征和致毒机制,为6PPD及6PPD-Q污染的生态风险评估和防控提供理论基础。

    > 研究论文

    4  四川盆地耕地表层土壤容重缺失数据填补方法
    李艾雯,李文丹,宋靓颖,冉敏,陈丹,成金礼,齐浩然,郭聪慧,李启权
    2025, 62(1):40-53. DOI: 10.11766/trxb202311270498 CSTR: 32215.14.trxb202311270498
    [摘要](121) [HTML](220) [PDF 4.93 M](594)
    摘要:
    构建土壤容重高精度预测方法是准确补全区域土壤属性数据库的需要。本研究基于全国第二次土壤普查时获得的四川盆地(含四川省和重庆市)2 883个典型耕地样点数据,运用相关分析、方差分析和回归分析等方法揭示表层土壤容重的统计特征及其主控因素,采用传统土壤传递函数(PTFs)、多元线性回归(MLR)模型、径向基函数神经网络(RBFNN)模型和随机森林(RF)模型通过不分区、分流域以及分土类3种建模方式建立土壤容重预测模型,以期实现对该区域土壤容重缺失值的填补。结果表明:研究区耕地表层土壤容重处于0.60~1.71 g·cm-3之间,均值为1.29 g·cm-3。土壤有机质、土壤亚类和夏季降雨量是土壤容重最重要的影响因素。分流域构建的RBFNN预测模型能较好地捕捉土壤容重与各影响因素的非线性关系以及这种关系的空间非平稳性,432个独立验证样点预测结果的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.519和0.095 g·cm-3,明显优于其他方法,其不仅有助于提高四川盆地耕地表层土壤容重缺失值的填补精度,也为其他区域土壤性质缺失值的填补提供了方法参考。
    5  狗牙根根系生长动态特征及其对土壤孔隙演变的影响
    张靖,冉义国,马东豪,陈琳,吴英博,黄平
    2025, 62(1):54-68. DOI: 10.11766/trxb202310310446 CSTR: 32215.14.trxb202310310446
    [摘要](319) [HTML](295) [PDF 11.97 M](745)
    摘要:
    狗牙根(Cynodon dactylon)是生态绿化、固土护坡、植被重建和水土保持的常用草本植物,其发达的根系网络和独特的生长特性对于土壤孔隙的形成和空间重组具有重要影响。然而,目前相关研究多聚焦于其根系对土壤团聚体形成和稳定的作用,根系生长过程对土壤孔隙的动态影响尚不清楚。本研究采用盆栽试验,选取狗牙根为模式植物,西南山地丘陵区典型紫色土和黄壤为培养基质,设置紫色土单种(G)、紫色土空白(CK)、黄壤单种(YG)和黄壤空白(YCK)4种不同处理。利用微根窗技术连续采集不同处理下的土壤剖面图像,通过优化的根系提取算法和图像处理技术量化不同时期的狗牙根根系性状和土壤孔隙结构参数,结合统计分析,探究狗牙根根系生长动态及其对土壤孔隙结构演变的影响。结果表明:(1)狗牙根在紫色土和黄壤中均呈生长状态,其根系生长速率在不同土壤类型间表现为:紫色土>黄壤,紫色土狗牙根的根长、根表面积和根体积分别是黄壤培养条件下的近3倍;(2)与未种植植物的CK和YCK相比,狗牙根的生长显著降低了紫色土和黄壤的孔隙数目、孔隙度和孔隙分形维数,并且根系对土壤孔隙的降低作用随根系生长不断增强;(3)冗余分析表明,根系累计解释了40.60% 的土壤孔隙结构变异,根长、根表面积和根体积是降低土壤孔隙结构参数的关键根系性状。综上所述,通过优化的微根窗技术实现了植物根系和土壤孔隙的定点连续观测,发现狗牙根在生长期间显著降低了孔隙数目等参数,这为根-孔交互作用的原位、无损、动态研究提供了方法学支撑,也为生态脆弱区植被恢复和水土保持提供了理论依据。
    6  滴灌条件下盐碱地垦殖对土壤盐度和肥力影响的长期观测
    霍伟歌,彭懿,张少民,刘盛林,白灯沙·买买提艾力,冯固
    2025, 62(1):69-80. DOI: 10.11766/trxb202309080368 CSTR: 32215.14.trxb202309080368
    [摘要](183) [HTML](234) [PDF 3.03 M](608)
    摘要:
    膜下滴灌种植模式下内陆干旱区盐碱地垦殖后理化性状的演变过程,尤其是土壤盐分和有效养分含量的变化规律一直受到广泛关注。以新疆硫酸盐灰漠土为对象,采用长期定位观测的方法开展研究。在新疆玛纳斯县选择了始于1996年的不同年份开荒样地,于2010—2020年间开展了四次定位调查,定点监测了垦荒后膜下滴灌条件下土壤盐度和肥力性状指标的动态变化,比较了不同种植年限样地的差别。主要结果如下:荒地开垦植棉后耕层(0~20 cm)土壤盐分显著降低,垦种6~10年后达到轻度盐渍化水平,各地块的盐分含量平均下降至3.71·kg-1,年均下降速率为 1.41·kg-1·a-1,随着开垦年限的增加(垦种11~25年),耕层土壤盐分基本维持在2.1·kg-1,达到非盐化水平。不同开垦年限地块的土壤pH在垦种后呈现显著下降的趋势,随着开垦年限增加(垦种11~25年),土壤pH维持在8.2~8.5之间。土壤有效磷含量随垦种年限延长而显著增加,磷素肥力明显提升,垦种11~25年后平均有效磷水平在13~20 m·kg-1之间。不同垦种年份土壤有效磷变化速率不同,近年开垦地块土壤有效磷上升幅度较大。土壤有机质含量在垦种6~10年开始显著增加;土壤速效钾含量在垦种1~5年显著降低,垦种6~10年开始缓慢增加,垦种11~16年能够增加至初始水平,然后维持稳定。土壤无机氮含量在垦种6~15年处于显著增加阶段,垦种16~25年基本维持稳定。综上,盐化灰漠土荒地开垦后采用膜下滴灌模式种植棉花25年能有效降低土壤盐度并将耕层盐分含量控制在轻度盐渍化水平以下,荒地开垦后需要6~10年时间可变为良田。本研究可为内陆干旱区盐碱地节水种植对土壤剖面盐分含量控制和肥力培育的长效机制提供依据。
    7  微生物利用性不同的有机碳源阻控尿素诱导红壤酸化的作用机制
    官鹏,王如海,时仁勇,李九玉,徐仁扣
    2025, 62(1):81-91. DOI: 10.11766/trxb202308140323 CSTR: 32215.14.trxb202308140323
    [摘要](228) [HTML](205) [PDF 638.88 K](650)
    摘要:
    为研究有机物料中不同类型碳源对肥料氮转化及其引起土壤酸化的调控作用,选择葡萄糖、苯甲酸钠、纤维素、木质素四种微生物利用程度不同的碳源,在外加碳源和尿素的C/N = 40的条件下进行45 d的室内培养,分析有机碳源与尿素配合施用对红壤氮素形态转化和酸度的影响。结果表明,在红壤中单施尿素会发生强烈的硝化作用,培养结束时土壤pH降低1.17个单位。与单施尿素处理相比,有机碳源与尿素配施处理土壤呼吸作用显著增强,土壤无机氮和NO3--N分别减少了17.1%~99.4%和46.1%~99.9%,土壤微生物生物量氮和固相有机氮共增加了3.0%~14.8%,土壤pH提高0.67~3.11个单位。有机碳源与氮肥配施促进了土壤微生物对肥料氮的同化作用和土壤固持,显著降低硝化作用及其诱导的土壤酸化。其中微生物易利用的葡萄糖有利于促进前期肥料氮被微生物快速同化和后期有机氮的矿化作用,对肥料氮可起暂存和缓释作用;较难利用的纤维素促进肥料氮微生物同化的作用较葡萄糖滞后,但同化作用强、效率高,有利于肥料氮在土壤中较长时间的固持;难利用的木质素促进肥料氮的微生物同化作用弱,但直接抑制了硝化作用,以上有机碳源调控氮素转化过程可提升土壤pH约0.6个单位。而苯甲酸钠作为易利用有机酸盐,虽然促进肥料氮的微生物同化作用显著低于葡萄糖和纤维素,但其具有直接抑制硝化作用的能力,而且苯甲酸钠的脱羧作用可以快速消耗H+,可大幅提升土壤pH约3.0个单位。综上,有机碳源本身的化学性质,如化学结构的复杂程度、微生物碳利用效率、有机物本身的毒性效应等是影响土壤碳、氮转化过程及其耦合的土壤酸化过程的重要因素,研究结果为农田土壤养分和酸度调控的高效管理提供重要理论依据。
    8  原子力显微镜原位探测铵态氮对沉淀态钙磷的溶解动力学
    葛新飞,张文君
    2025, 62(1):92-101. DOI: 10.11766/trxb202309210395 CSTR: 32215.14.trxb202309210395
    [摘要](145) [HTML](240) [PDF 13.60 M](1016)
    摘要:
    现代农业对磷肥的过度施用导致了其在集约农田中的大量累积,且大部分以枸溶性和难溶性的沉淀态存在,因此提高沉淀态磷的有效性是磷肥高效利用的关键。目前,大量宏观的田间试验已揭示了氮肥对磷肥的活化具有促进效应。然而,微纳尺度上氮肥和沉淀态磷肥相互作用的原位研究仍然缺乏。本研究选用土壤中常见的磷酸钙矿物(磷酸氢钙(DCPD)、羟基磷灰石(HAP))作为供试材料,设置5个浓度氯化铵(0.5、5、50、500、1 000 mmol·L-1)为氮源,利用原位原子力显微镜原位观察了不同氮肥添加水平下,DCPD和HAP的表面溶解动力学。结果表明,氯化铵的添加驱动DCPD表面以三角形蚀坑的形式迅速溶解,且随着添加浓度的提高,DCPD表面溶解速率显著增强。结合DCPD表面溶解的定量表征,发现随着氯化铵浓度从0.5 mmol·L-1增至1 000 mmol·L-1,溶出磷的质量从27.00 mg·kg-1显著增至145.0 mg·kg-1。对于HAP而言,即使氯化铵浓度增至1 000 mmol·L-1,HAP表面形貌几乎不变,未出现明显溶解,且溶出磷的质量仅为5.00 mg·kg-1,与超纯水溶出磷的质量相当(3.00 mg·kg-1)。分子水平的动力学力谱结果表明,铵根阳离子和DCPD之间的相互作用力(230.6 pN)显著大于其与HAP之间的相互作用力(154.0 pN)。这表明铵根阳离子在不同磷酸钙表面的结合强度差异显著,造成矿物表面水化层不同程度的破坏,从而带来矿物表面溶解的显著差异。本研究在纳米尺度原位表征了磷酸钙表面溶解动力学,并揭示了氯化铵调控其表面溶解的分子机制,为氮磷配施增强土壤供磷能力提供了直接依据。
    9  缙云山两种森林表层土壤胡敏酸的性质及凝聚特征研究
    毕琳娜,田锐
    2025, 62(1):102-113. DOI: 10.11766/trxb202309280403 CSTR: 32215.14.trxb202309280403
    [摘要](72) [HTML](210) [PDF 942.93 K](591)
    摘要:
    区域土壤的植被覆盖类型影响着胡敏酸(HA)的数量、质量和组成,进一步影响其凝聚特性。以重庆缙云山竹林(海拔580 m)和阔叶林(海拔280 m)表层土壤HA为研究对象,采用元素分析、热重分析(TG)和傅里叶红外光谱分析(FTIR)表征其结构特性,结合动态光散射(DLS)和ζ电位测定,比较研究了Na+、Mg2+、Ca2+离子引发两种HA胶体凝聚的动力学特征。结果发现,竹林土壤HA具有更高的碳氮比(C/N)和碳氢比(C/H)、更强的热稳定性以及更多的芳香性红外吸收谱带,意味着竹林土壤HA结构更复杂、芳香性官能团更多,因此竹林土壤HA腐殖化程度更高。光散射研究结果表明,竹林土壤HA凝聚需要的Na+、Mg2+、Ca2+的临界聚沉浓度分别为1 097.9 mmol·L-1、8.6 mmol·L-1、5.1 mmol·L-1;阔叶林土壤HA在Na+体系中不凝聚,在Mg2+、Ca2+体系中的临界聚沉浓度分别为80.7 mmol·L-1和20.2 mmol·L-1。竹林土壤HA的ζ电位远低于阔叶林土壤HA,具体表现为:竹林土壤HA的ζ电位绝对值是阔叶林土壤HA的3.43倍,可用于解释二者凝聚特征的差异;竹林土壤HA对三种阳离子的敏感程度远高于阔叶林土壤HA,能够快速形成有效粒径更大的凝聚体。覆盖植被类型的改变会引起表层土壤中HA性质差异,高海拔竹林土壤HA腐殖化程度更高,对土壤溶液中阳离子的敏感程度也更强烈。研究结果对深入理解有机物质输入土壤后HA的形成及稳定性具有重要作用。
    10  棉隆熏蒸和强还原处理对农田土壤抗生素抗性基因的影响研究
    于文豪,李舒,林于蓝,张晶清,徐晨伟,刘亮亮,张金波,蔡祖聪,赵军
    2025, 62(1):114-126. DOI: 10.11766/trxb202309100369
    [摘要](67) [HTML](212) [PDF 2.26 M](553)
    摘要:
    化学熏蒸和强还原处理(Reductive soil disinfestation,RSD)是农业生产上广泛应用的土壤灭菌措施,但它们是否同样能够消减土壤中富集的抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes,ARGs),目前还不得而知。以长期鸡粪施用导致ARGs富集的农田土壤为研究对象,分别设置0.02%的棉隆熏蒸(DZ)和以1%的乙醇(ET,总有机碳:521.7 g·kg-1)、苜蓿粉(AL,总有机碳:454.9 g·kg-1,碳氮比:21.2)、糖蜜(MO,总有机碳:270.1 g·kg-1,碳氮比:12.6)以及苜蓿粉和糖蜜复合物(AM,m/m=1︰1)为有机物料的RSD处理,同时设置最大持水量(FCK)和不处理对照(CK),利用荧光定量PCR技术研究土壤中主要ARGs和可移动遗传元件(Mobile genetic elements,MGEs)在绝对丰度和相对丰度上的变化,并通过消减率来评估不同处理对土壤ARGs和MGEs的消减效果。研究发现,RSD处理能够消减aadA21msrEtetGtetMErmF等基因的相对丰度,其中AL、MO和AM处理对aadA21基因相对丰度的消减率达到50.5%~58.3%,而ET处理对msrEtetGtetM基因相对丰度的消减效果显著,其消减率分别高达80.9%、78.3%和66.9%。同时,RSD处理能够显著降低土壤中MGEs(IS6100IS26)的相对丰度,消减率分别为67.7%~74.3%和38.1%~42.6%。此外,DZ处理对土壤中ARGs和MGEs的相对丰度具有一定的增加作用,其中ARGs和IS26的相对丰度分别提高了21.9%和42.6%。综上,RSD处理能够通过降低ARGs和MGEs的相对丰度,限制ARGs的水平转移能力,实现对土壤ARGs的消减,且其消减效果与所使用的有机物料类型有关。此外,相较于棉隆熏蒸,RSD处理对ARGs和MGEs的消减效果更好,具备快速修复ARGs污染土壤的潜力。
    11  生物质炭负载硫化纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中典型恶臭苯系物的规律与机制
    李炎璐,杨兴伦,卞永荣,马智勇,谷成刚,宋洋,相雷雷,王芳,蒋新
    2025, 62(1):127-140. DOI: 10.11766/trxb202310240433 CSTR: 32215.14.trxb202310240433
    [摘要](154) [HTML](220) [PDF 9.50 M](650)
    摘要:
    纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物,实现BTEX的高效去除并探究其降解机理有着重要的环境意义。本研究建立了以生物质炭负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@BC)为活化剂的过硫酸盐氧化体系,探究不同条件下BTEX的降解效果,并与其他材料催化PS降解体系的效果进行了比较。同时基于化学探针实验、电子顺磁共振实验(EPR)及吹扫捕集-气质联用法(PT-GC-MS)测定的转化产物推测BTEX可能的降解途径。结果表明,S-nZVI@BC/PS体系在pH=3、S/Fe=1/4、Fe/C=1/2、材料投加量为0.01 g·g-1、PS浓度为30 mmol·L-1时对土壤中BTEX均有着95%以上的降解效果;S-nZVI@BC/PS 体系下苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的降解率在2 h内分别可达到96.7%、98.5%、96.9%、98.4%;S-nZVI@BC催化体系在所研究的五种不同催化剂体系表现最佳,即催化效果表现为:PS4˙-、HO˙及O2˙-三种活性自由基,且SO4˙-为反应过程中的主要活性物质;根据主要自由基及中间产物推测BTEX可能存在自由基加成及自由基抽氢两条降解途径。硫改性及生物质炭的负载有效提高了nZVI催化性能的稳定性,且S-nZVI@BC/PS可高效降解BTEX,该研究可为土壤中恶臭污染物高效降解技术的建立提供理论支撑。
    12  污染水稻土淹水-落干过程土壤铁形态转化及元素生物有效性的原位监测
    赵万通,王雨枫,刘哲,黄巧云,易层,冯雄汉,王小明
    2025, 62(1):141-152. DOI: 10.11766/trxb202310210430 CSTR: 32215.14.trxb202310210430
    [摘要](162) [HTML](214) [PDF 3.01 M](657)
    摘要:
    针对我国水稻土重金属污染问题,以广东韶关大宝山矿区污染水稻土为研究对象,通过淹水-落干培养实验,结合化学提取、薄膜扩散梯度技术(DGT)和相关分析,探究了磷酸盐(P)或腐殖酸(HA)添加对土壤铁(Fe)形态及相关元素生物有效性的影响。结果表明:淹水2 d至42 d,酸溶性Fe2+、无定形Fe(Feox)和Fe活化度分别由1.5 g·kg-1升至4.8 g·kg-1、6.6 g·kg-1升至10.1 g·kg-1、21%升至29%,添加P 或HA处理中无定形Fe含量均降低。土壤落干后,Feox和Fe活化度分别快速下降至7.4 g·kg-1和21.6%。对于CaCl2提取态重金属,土壤淹水14 d后降至最低,而落干后砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)和锌(Zn)分别快速增至0.1、0.4、0.3和7.0 mg·kg-1;在淹水初期P处理和HA处理的As含量较对照分别提升了80%和35%,但降低了Cu、Zn和Cd含量,添加HA造成CaCl2提取态Cu、Zn、Cd减少率均大于67%。淹水过程中,DGT提取态P、Fe含量先增加后减小,Zn含量逐渐降低;土壤有效态P、As含量主要受有效态Fe控制;添加P 或HA处理均降低了淹水前期有效Zn含量。上述结果为重金属污染土壤修复和农业安全利用提供了重要的科学依据。
    13  稻田土壤溶解性有机质组成及其与Cd2+络合过程研究
    梁以豪,倪才英,黎衍亮,肖罗长,简敏菲
    2025, 62(1):153-164. DOI: 10.11766/trxb202310180426 CSTR: 32215.14.trxb202310180426
    [摘要](149) [HTML](222) [PDF 989.79 K](578)
    摘要:
    镉(Cd)是我国稻田土壤超标率最高的重金属污染物。土壤的溶解性有机质(DOM)影响Cd的生物有效性和迁移性。稻田是我国重要的粮食产地,同时稻田种养作为重要的生态农业模式,稻田环境改建和养殖等环节会改变DOM,但稻田以及稻田种养过程中土壤DOM与Cd2+的络合过程尚未清晰。基于紫外可见-吸收光谱、三维荧光光谱和同步荧光光谱,结合平行因子分析和二维相关分析、修正型Stern-Volmer 络合反应模型等方法,以稻虾种养(RS)和水稻单作(CK)两种模式作为试验对象,对稻田土壤DOM与Cd2+的络合过程进行研究。结果显示,RS与CK土壤DOM组分相似,包括一个色氨酸物质组分(C1)和三个类腐殖质组分(C2、C3、C4),相比CK,RS的C2和C4比例低,C3比例较高,C1差异不显著;紫外吸光度CK较RS高,吸收峰位于200~230 nm;同步荧光和二维相关分析表明,两种稻田系统土壤DOM荧光强度随Cd2+增加而发生变化,但不同模式土壤DOM与Cd2+的络合顺序不同,RS土壤DOM与Cd2+发生络合作用的顺序依次为腐殖质(310 nm)、色氨酸、腐殖质(375 nm),而CK为色氨酸、腐殖质(375 nm)、腐殖质(310 nm);络合反应模型表明稻田土壤DOM中色氨酸组分C1和富里酸组分C4与Cd2+络合后发生了显著的荧光猝灭,且C1和C4的络合常数lgK值表现为RS>CK。上述结果表明,RS与CK的土壤DOM均以腐殖质为主,但二者组成比例不同,DOM中存在较多芳香结构,这影响了腐殖质DOM与Cd2+的络合稳定性,种养同时也增强了色氨酸和富里酸DOM与Cd2+的络合能力。本研究结果可为稻田土壤Cd的污染机理研究与污染防治提供科学参考。
    14  毛乌素沙地典型人工植被根际土壤磷形态特征
    韩超群,王娇,赵春雷,邵明安
    2025, 62(1):165-176. DOI: 10.11766/trxb202403290141 CSTR: 32215.14.trxb202304120141
    [摘要](116) [HTML](204) [PDF 1.09 M](615)
    摘要:
    人工植被对毛乌素沙地生态系统恢复具有重要作用,了解典型人工植被根际与非根际土壤磷(P)形态特征,可为该区科学开展植被建设提供依据。采集毛乌素沙地7种典型人工植被(樟子松、小叶杨、长柄扁桃、紫穗槐、沙柳、臭柏和沙蒿)根际和非根际土壤,采用蒋柏藩-顾益初分级方法对比分析不同形态P含量。结果表明,沙柳根际土全磷(TP)含量显著高于其他植被,小叶杨、长柄扁桃和沙蒿根际土有效磷(AP)含量显著高于非根际土,表明种植小叶杨等3种植被有利于AP的活化;不同植物根际土与非根际土之间P形态差异显著:樟子松、长柄扁桃、紫穗槐和沙柳4种人工植被根际土八钙型磷酸盐(Ca8-P)含量均低于非根际土,紫穗槐根际土铝结合态磷(Al-P)和铁结合态磷(Fe-P)较非根际土降幅最大,沙柳根际和非根际土的十钙型磷酸盐(Ca10-P)含量差异相对较小。Al-P和Fe-P在大多数植被根际土壤中与AP呈显著正相关关系,是参与土壤P转化的主要形态。研究结果从土壤磷可持续角度为现有人工林的管理和种植模式布局提供了科学依据。
    15  土壤微生物碳利用效率对农田管理措施响应的机制
    张晨阳,孙力扬,徐明岗,李建华,蔡岸冬
    2025, 62(1):177-188. DOI: 10.11766/trxb202309020351 CSTR: 32215.14.trxb202309020351
    [摘要](209) [HTML](235) [PDF 876.55 K](769)
    摘要:
    为明确农田生态系统中土壤微生物碳利用效率(CUE)对不同管理措施的响应及驱动因素,深刻理解土壤有机碳周转、快速提升土壤肥力和有效减缓气候变化。收集全球已公开发表的198组文献数据,通过整合分析(Meta-analysis)和皮尔森(Pearson)分析方法探究不同农田管理措施对土壤微生物CUE的影响和主控因素。结果表明:添加生物质炭能够增加13C标记底物(CUE13C)和18O标记水(CUE18O)方法测量(计算)的土壤微生物CUE,而降低化学计量模型(CUEST)方法计算的土壤微生物CUE。施用化肥降低土壤微生物CUE18O(-4.71%),但提高土壤微生物CUEST(28.20%)。秸秆还田导致土壤微生物CUE18O和CUEST分别降低14.08%和28.64%。免耕/少耕使通过三种方法评估的土壤微生物CUE均得到显著增加。特定气候、土壤属性和试验年限显著影响了土壤微生物CUE的变化趋势。干旱指数和土壤pH是影响土壤微生物CUE13C效应值的关键因素。土壤微生物CUE18O效应值随着土壤微生物生长速率和微生物生物量碳的增加而增加。土壤微生物CUEST效应值与土壤有机碳和微生物细胞外酶活性呈显著正相关关系(P<0.05),与土壤黏粒含量呈显著负相关关系(P<0.01)。因此,充分考虑特定地点的气候、土壤化学性质以及微生物活性和功能对农田管理措施的响应有利于调节作用于微生物群落或者细胞层面的土壤微生物CUE,从而更有效地促进农田生态系统中土壤有机碳的形成和积累。
    16  甘肃尕海湿地不同植被退化阶段土壤颗粒有机碳含量及动态
    马维伟,刘强,李广,常文华
    2025, 62(1):189-200. DOI: 10.11766/trxb202309040355 CSTR: 32215.14.trxb202309040355
    [摘要](83) [HTML](212) [PDF 1011.09 K](546)
    摘要:
    研究高寒湿地植被退化过程中土壤颗粒有机碳(POC)的变化特征及其影响因素,可为深入理解高寒湿地土壤碳库动态对气候变化和人类活动的响应提供基础数据。以甘肃尕海湿地区内不同植被退化程度的沼泽草甸(未退化 ND、轻度退化 SD、中度退化 MD和重度退化 HD)湿地土壤为研究对象,研究了植被退化过程中湿地土壤POC在2016年和2017年生长季的变化特征及其与环境之间的关系。结果表明:(1)植被退化显著降低了湿地表层(0~10和10~20 cm)土壤 POC含量,而对其他土层(20~40、40~60、60~80和80~100 cm)土壤POC含量影响不显著。(2)随生长季的推移,表层土壤 POC含量呈现先降后升的趋势,但其他土层土壤POC含量无明显变化,2016年土壤POC含量和变幅均高于2017年。(3)采样时间、植被退化和土壤深度均对POC影响显著,同时对土壤POC有显著交互作用。(4)全氮和地下生物量是影响土壤有机碳组分变化的主导因素。植被退化可能导致青藏高原湿地表层土壤碳库中积累的大量POC损失,使青藏高原湿地成为一个潜在碳源。
    17  溶解性有机碳溶液灌溉和苜蓿间作消减黄土区苹果园深层土壤硝酸盐的研究
    代洪伟,丁艳宏,高晓东,李昌见,任敏,宋小林,赵西宁
    2025, 62(1):201-213. DOI: 10.11766/trxb202310280440 CSTR: 32215.14.trxb202310280440
    [摘要](64) [HTML](202) [PDF 2.08 M](578)
    摘要:
    近年来,黄土区苹果园由于氮肥使用不当,导致土壤中硝酸盐的大量累积,将严重威胁土壤生态安全。溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)输入和深根系豆科作物间作是消减苹果园深层土壤硝酸盐的潜在可行途径,但其效果与影响因素研究目前较薄弱。为此,本研究在渭北黄土区苹果园中设置了灌溉DOC溶液(D)、苜蓿间作(M)、灌溉DOC溶液+苜蓿间作(D+M)、以及对照(CK)四个处理,测定0~600 cm土层硝酸盐、DOC、土壤有机碳( Soil organic carbon,SOC)、含水率及反硝化微生物丰度等指标。研究表明:D和D+M处理下,0~400 cm土壤剖面硝酸盐消减比例达到50%左右,但单一的M处理消减效果不明显;D处理消耗的DOC与硝酸盐之间的C、N质量消耗比例约为5:1,D+M处理的C、N质量消耗比例约为4.35:1;D和D+M处理均增加了0~600 cm土层nirSnirKnosZ反硝化基因拷贝数,并提高了DOC、SOC和反硝化微生物对硝酸盐消减的贡献率。总体而言,D+M处理消减硝酸盐效果最好,可作为黄土区果园深层土壤硝酸盐治理的可行措施。
    18  黄土高原旱地夏闲期残留肥料氮淋溶特性研究
    夏梦洁,王辉民,雷霜,赵梦真,冯浩,周建斌
    2025, 62(1):214-222. DOI: 10.11766/trxb202308250340 CSTR: 32215.14.trxb202308250340
    [摘要](78) [HTML](194) [PDF 750.56 K](582)
    摘要:
    冬小麦-夏休闲是黄土高原旱地典型的种植模式,夏闲期间为该地区雨季,加上土壤表面裸露,一季作物收获后土壤残留肥料氮的淋失特性是值得关注的问题。在大型渗漏池(3 m×2.2 m×3 m)上采用15N示踪技术于第一季(2014年)小麦播种前基施15N肥料(150 kg·hm-2),测定小麦收获后15N肥料被小麦吸收和土壤残留的量,之后连续3年(2015—2017年)夏季休闲期间测定第一季小麦收获后土壤中残留的15N肥料在0~200 cm土壤剖面中的15N丰度及含量变化,旨在研究残留肥料氮连续多年在夏季休闲期间的淋溶特性。结果表明,小麦对当季15N肥料的利用率(吸收量/施氮量)为53.9%,一季小麦收获后残留于0~100 cm土壤中的肥料氮平均为施氮量的36.3%。第一年夏季休闲前残留肥料氮主要累积在0~40 cm土层,15NO3--N多累积在80 cm以上土层;而休闲后60~100 cm土层残留肥料氮显著增加,80~100 cm土层15NO3--N累积量显著增加。随着年限增加,残留肥料氮及15NO3--N持续向土壤深层迁移;在正常降水条件下,一个夏季休闲期间残留肥料氮向下迁移的速度平均为20 cm。夏季休闲期间0~100 cm土壤中残留肥料氮减少,100~200 cm土壤中增加,同一年休闲前后0~200 cm土壤剖面残留肥料氮累积总量损失小,说明残留肥料氮在土壤剖面的再分配是其迁移的主要机制。
    19  肥料深施、红萍和土壤pH对稻田氨挥发的影响
    朱彤,李红,周艳萍,郑继成,尹斌,姚元林
    2025, 62(1):223-232. DOI: 10.11766/trxb202301180026 CSTR: 32215.14.trxb202301180026
    [摘要](181) [HTML](220) [PDF 657.09 K](653)
    摘要:
    红萍具有高效的生物固氮能力,然而其生长对水体铵态氮敏感,且易受水体pH影响。肥料集中深施可有效降低田面水铵态氮浓度,但肥料集中深施模式下稻田养萍对不同酸碱度稻田土壤是否具有稳定的抑制氨挥发和增产效果,目前未知。为明确肥料集中深施模式下稻田养萍对不同酸碱度稻田土壤氨挥发和水稻产量的影响,采用盆栽实验,选取三种水稻土(酸性、中性和碱性)、两种施肥方式(表施和肥料集中深施)以及是否放养红萍,共15个处理,检测整个稻季的氨挥发日通量及总量、水稻的籽粒和生物量。实验结果表明:(1)同一施氮水平下,三种土壤中,肥料集中深施的稻季氨挥发总量仅1.0~1.8 kg·hm-2(以N计),与表施相比,降幅达96%;表施模式下放养红萍可使氨挥发总量降低17%~50%;(2)放养红萍的各组水稻籽粒产量显著高于不放养各组,其中肥料集中深施结合稻田养萍在黑土上的水稻增产效果最大,与黑土表施不放养红萍的籽粒产量相比增幅达41%。综上所述,不同pH稻田土壤下,肥料集中深施均能大幅减小稻田氨挥发,肥料集中深施结合稻田养萍具有更好的增产效果。
    20  林冠氮沉降对毛竹林土壤磷组分的影响
    魏经纬,肖向前,卓寿佳,蒋文婷,孙宏洋,陈有超,李永夫,余兵,蔡延江
    2025, 62(1):233-245. DOI: 10.11766/trxb202309110372 CSTR: 32215.14.trxb202309110372
    [摘要](93) [HTML](220) [PDF 1.14 M](543)
    摘要:
    大气氮沉降是影响森林土壤磷循环的一个重要全球变化因素。以往在森林生态系统中的研究通常采用林下喷施无机氮的方式来模拟氮沉降,该研究方法忽略了林冠对氮的截留吸收,且未考虑大气中有机氮的影响,因而无法全面、准确地评估氮沉降的生态环境效应。因此,同步对比分析林冠、林下不同形态氮沉降对土壤磷的影响,可为更准确地评估氮沉降下森林土壤磷的动态变化提供重要科学依据。基于浙江农林大学毛竹林林冠氮沉降试验平台(包括林冠对照、林冠无机氮沉降、林冠有机氮沉降、林下对照、林下无机氮沉降和林下有机氮沉降处理),测定土壤理化性质、磷组分、微生物生物量磷、酸性磷酸酶活性和磷循环功能基因丰度等,探究不同模拟方式氮沉降和不同形态沉降氮对土壤磷组分的影响及其作用机制。结果显示,林下模拟氮沉降下土壤全磷、难利用磷和易利用磷含量分别显著高于林冠模拟氮沉降下相应的磷组分15.1%~26.5%、18.3%~21.5%和9.7%~38.3%。但是,土壤磷组分在林冠有机氮和无机氮沉降处理间无显著差异,而林下无机氮沉降较林下有机氮沉降显著降低了树脂磷和易利用磷含量。酸性磷酸酶、pH是影响毛竹林土壤磷组分的主要因素,磷循环功能基因丰度并未对氮沉降产生显著响应。综上可知,林冠方式模拟氮沉降显著降低了毛竹林土壤全磷和磷组分中难利用磷和易利用磷的含量,而用传统的林下方式模拟氮沉降则会低估该削减效应。
    21  湖泊沉积物有机质分布变化对微生物群落结构的影响
    曾奥琪,聂小东,廖文飞,廖姗姗,冉凤维,刘艺,李忠武
    2025, 62(1):246-260. DOI: 10.11766/trxb202311200488 CSTR: 32215.14.trxb202311200488
    [摘要](257) [HTML](303) [PDF 3.58 M](596)
    摘要:
    微生物在湖泊生态系统生物地球化学循环过程中起着重要作用,是影响湖泊有机碳长期固存的重要因素。然而,当前对沉积物微生物群落分布及其对碳动态变化影响的认知尚显不足。利用高通量测序分析了西洞庭湖沉积物中微生物群落的分布规律,并结合沉积物机械组成、总有机碳、有机质分子组成等参数研究了环境因子对微生物群落结构的影响,探究沉积物微生物群落结构的关键影响因子。结果表明:不同沉积层中微生物群落结构存在显著差异(细菌:R2=0.542,P<0.001;真菌:R2=0.430,P<0.001)。一方面,从表层(0~20 cm)至深层(50~100 cm),沉积物中富营养型微生物(如变形菌门)相对丰度显著减小,而寡营养型微生物(如绿弯菌门)相对丰度显著增加。另一方面,随着沉积深度的增加,微生物主要功能类群的丰度发生显著变化。特别是与好氧化学异养、好氧氨氧化作用有关的功能,在表层沉积物中的丰度显著高于次表层(20~50 cm)和深层。沉积物微生物群落结构变化主要受有机质含量的影响(细菌:R2=0.532,P<0.001;真菌:R2=0.534,P<0.001)。总有机碳含量显著影响着包括变形菌门、绿弯菌门、放线菌门、担子菌门、球囊菌门在内的多种微生物门类的丰度变化,分别解释了细菌与真菌群落结构76.2%(P<0.001)和58.2%(P<0.01)的变异。综上所述,有机质的分布变化是导致不同沉积层中微生物群落结构存在差异的主要原因。本研究有利于进一步揭示微生物在湖泊生态系统中的作用和反馈机制,对于探索湖泊生态系统的演化和稳定性具有重要意义。
    22  高寒草原灌丛化对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响
    邓增卓玛,马文明,马祥丽,母先润
    2025, 62(1):261-272. DOI: 10.11766/trxb202310260437 CSTR: 32215.14.trxb202310260437
    [摘要](95) [HTML](219) [PDF 5.98 M](601)
    摘要:
    在气候变化和过度放牧等的影响下,全球草地灌丛化现象愈发严重。然而,高寒草地土壤微生物群落对灌丛化的响应尚不清楚。以青藏高原东缘3种典型灌丛化草地(高山绣线Spiraea alpina、金露梅Potentilla fruticosa、小叶锦鸡儿Caragana microphylla)和无灌丛生长的草地为研究对象,通过分析植物群落结构、土壤碳组分、细菌群落结构及菌群互作关系,拟揭示高寒草原灌丛化对土壤微生物群落结构和土壤碳库的影响。基于16S rRNA基因测序技术研究土壤细菌群落及其共生特征,并结合傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了土壤有机碳(SOC)化学组成。结果表明,灌丛化草地(小叶锦鸡儿和金露梅)地上植物群落组成均发生显著改变(P < 0.01),而地上植物群落多样性和丰富度无显著变化(P > 0.05)。三种灌丛样地地上生物量均显著高于草地(P < 0.05),而地下生物量则无显著差异(P > 0.05)。灌丛化对SOC和全氮(TN)含量无显著影响,但减小了表层与深层SOC含量的差异,具体表现为草地表层土壤SOC显著高于其深层(P < 0.05),但三种灌丛样地无此趋势。三种灌丛和草地表层和深层土壤SOC组分均以芳香族为主(除小叶锦鸡儿深层土壤外),灌丛和草地样地间芳香族含量无显著差异(P > 0.05),但小叶锦鸡儿样地中芳香族含量呈表聚型分布(P < 0.05)。通过随机森林模型分析发现,酸杆菌门和放线菌门分布是表层和深层土壤中灌丛化的最重要预测因子。非度量多维尺度分析(NMDS)结果表明,灌丛化显著改变了高寒草地土壤细菌群落组成(P < 0.05),且植物群落结构和SOC化学组成是影响土壤细菌群落结构变化的主要因子。通过功能预测分析得到4个生物代谢通路,分别为细胞过程(Cellular processes)、环境信息处理(Environmental information processing)、代谢(Metabolism)和遗传信息处理(Genetic information processing),其中土壤微生物的代谢功能在灌丛表层和深层土壤中富集(P < 0.05)。三种灌丛草地表层和深层土壤细菌共现网络均较未灌丛化草地更为复杂和稳定,并且偏利共生或共生关系在高寒草地细菌群落结构建立中发挥重要作用。综上所述,灌丛化对土壤细菌群落结构及土壤碳库有重要调控作用,研究结果丰富了高寒草地土壤微生物群落组成和多样性的研究内容,为高寒草地土壤碳源汇效应提供了一定的理论基础。
    23  有机物料单施及与生物质炭配施对红壤微生物群落组成的影响
    徐祎萌,章磊,白美霞,周燕,秦华,徐秋芳,陈俊辉
    2025, 62(1):273-284. DOI: 10.11766/trxb202308200332 CSTR: 32215.14.trxb202308200332
    [摘要](152) [HTML](212) [PDF 799.69 K](619)
    摘要:
    为明确有机物料不同还田方式对土壤微生物群落特征的影响,依托2年的旱地红壤改良田间试验,利用定量PCR和高通量测序技术分析了玉米秸秆、羊粪单施以及与生物质炭配施下土壤微生物群落丰度和结构的变化。结果表明:(1)与对照(不施任何物料)相比,单施羊粪显著提高了土壤养分含量和pH,而单施秸秆对土壤pH和养分无显著影响。与单施秸秆和羊粪相比,生物质炭配施秸秆和羊粪处理土壤有机碳含量分别显著提高了133.5%、81.47%。(2)单施羊粪处理细菌和真菌丰度分别显著提高了448.7%、1 709%,且与生物质炭配施处理细菌丰度进一步提高了35.34%;而单施秸秆仅提高了真菌丰度。单施秸秆及其与生物质炭配施显著降低了细菌多样性和丰富度,而对真菌多样性无显著影响。(3)秸秆、羊粪单施及与生物质炭配施均显著改变了细菌和真菌群落结构,且存在显著的交互效应。功能预测分析表明,生物质炭与有机物料配施降低了碳水化合物代谢和潜在植物病原菌丰度。有效磷、pH、全氮和速效钾是影响土壤微生物群落丰度和结构的主要因素。综上,羊粪与生物质炭联合施用可有效提升旱地红壤肥力,提高土壤微生物丰度,降低潜在病原菌数量,因而可作为改善旱地红壤肥力和维护土壤健康的有效措施。
    24  冬季积雪变化背景下AM真菌对荒漠土壤胞外酶活性的影响
    薛晖,杨榕,秦文昊,董倩倩,计占权,贾阳阳
    2025, 62(1):285-296. DOI: 10.11766/trxb202310300444 CSTR: 32215.14.trxb202310300444
    [摘要](62) [HTML](188) [PDF 753.80 K](516)
    摘要:
    土壤胞外酶作为土壤生物化学反应的催化剂,直接驱动了土壤物质循环和能量流动过程,土壤胞外酶活性对冬季积雪变化响应敏感,对于缺水且养分贫瘠的荒漠生态系统养分循环过程影响显著。为研究暖湿趋势下古尔班通古特沙漠冬季积雪变化和丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌对土壤酶活性的影响,设置冬季积雪变化和原位抑制AM真菌活性的双因素长期定位试验,采用裂区随机区组试验设计,主区为对照(增水40 mm,W)和AM抑制处理(增水40 mm同时添加苯菌灵,BW),副区为积雪增加100%(+S)、自然降雪(CK)和积雪减少100%(-S)。分土层采集土壤样品,测定不同处理下土壤理化性质及土壤碳、氮和磷循环相关酶活性,分析冬季积雪变化背景下AM真菌对荒漠土壤酶活性和微生物代谢限制的影响。结果表明:(1)AM真菌提高了植物地上部净初级生产力;降低土壤中速效磷和铵态氮含量,增加有机碳含量;在积雪增加和自然降雪基础上,AM真菌降低了土壤中与碳、氮和磷循环相关的酶活性;积雪减少基础上,AM真菌增加了碳和氮循环相关酶活性。(2)通过矢量分析得出,荒漠土壤微生物活性受土壤碳和磷的限制,在积雪增加和自然降雪基础上,AM真菌降低了土壤中微生物碳限制,在积雪减少基础上,AM真菌对土壤微生物碳和磷限制影响无一致性规律。综上所述,冬季积雪变化背景下,AM真菌对促进荒漠土壤速效磷和铵态氮吸收,提高土壤碳和氮循环相关酶活性,缓解土壤微生物碳限制等方面均起到重要作用。

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