2026年第63卷第5期文章目次
> 新视角与前沿
摘要:
健康土壤是保障粮食安全的基础，是实现农业绿色发展的核心支撑。然而，当前集约化农业生产主要以作物产量提升为目标，过分依赖高产品种和外源化肥、农药等投入品，忽视了作物和田间管理措施对土壤健康的影响，造成土壤退化，对作物产量和农产品品质产生负面影响。借鉴生态学研究中的“植物-土壤反馈”理论，本文提出以土壤健康培育为核心的协同提升耕地质量和作物产能的系统化研究新范式。未来的可持续农业亟需构建基于植物-土壤反馈的系统化思路和解决方案，将地上作物管理和地下土壤过程紧密结合。通过深入解析土壤生态系统各组分之间的互馈作用机制，发展基于植物-土壤正向反馈的土壤健康管理技术，促进产能与土壤其他多功能性的协同。具体反映在个体水平上，借助现代分子育种与功能基因组学手段，定向改良植物的根系形态、分泌物组成和信号传导特性等，精准招募有益微生物、抑制病原菌，发挥级联放大效应，强化正反馈，减少负反馈。在田间管理上，通过作物-微生物协同育种、优化养分管理、保护性耕作和多样化种植等综合措施，促进作物-土壤之间的有益互作，减少外部投入，提高系统的内在效率，实现产量提升与土壤健康的协同提升。
健康土壤是保障粮食安全的基础，是实现农业绿色发展的核心支撑。然而，当前集约化农业生产主要以作物产量提升为目标，过分依赖高产品种和外源化肥、农药等投入品，忽视了作物和田间管理措施对土壤健康的影响，造成土壤退化，对作物产量和农产品品质产生负面影响。借鉴生态学研究中的“植物-土壤反馈”理论，本文提出以土壤健康培育为核心的协同提升耕地质量和作物产能的系统化研究新范式。未来的可持续农业亟需构建基于植物-土壤反馈的系统化思路和解决方案，将地上作物管理和地下土壤过程紧密结合。通过深入解析土壤生态系统各组分之间的互馈作用机制，发展基于植物-土壤正向反馈的土壤健康管理技术，促进产能与土壤其他多功能性的协同。具体反映在个体水平上，借助现代分子育种与功能基因组学手段，定向改良植物的根系形态、分泌物组成和信号传导特性等，精准招募有益微生物、抑制病原菌，发挥级联放大效应，强化正反馈，减少负反馈。在田间管理上，通过作物-微生物协同育种、优化养分管理、保护性耕作和多样化种植等综合措施，促进作物-土壤之间的有益互作，减少外部投入，提高系统的内在效率，实现产量提升与土壤健康的协同提升。
> 综述与评论
摘要:
随着全球农业的发展和环境保护需求的提升，绿色智能肥料作为一种新型肥料，逐渐成为提高作物生产力和资源利用效率的重要途径。本文综述了绿色智能肥料的核心理念和发展现状，探讨了植物-微生物-环境互作的智能调控原理，以及基于根际生命共同体理论的肥料设计与应用策略。绿色智能肥料通过最大化利用作物和微生物的生物学潜力，调控植物-土壤-微生物互作系统，促进植物生长并减少对环境的影响。展望未来，智能肥料将在材料创新、工艺优化和数智配肥等方面实现跨越式发展，有力推动农业绿色转型，为粮食安全和生态环境保护提供重要支撑。
随着全球农业的发展和环境保护需求的提升，绿色智能肥料作为一种新型肥料，逐渐成为提高作物生产力和资源利用效率的重要途径。本文综述了绿色智能肥料的核心理念和发展现状，探讨了植物-微生物-环境互作的智能调控原理，以及基于根际生命共同体理论的肥料设计与应用策略。绿色智能肥料通过最大化利用作物和微生物的生物学潜力，调控植物-土壤-微生物互作系统，促进植物生长并减少对环境的影响。展望未来，智能肥料将在材料创新、工艺优化和数智配肥等方面实现跨越式发展，有力推动农业绿色转型，为粮食安全和生态环境保护提供重要支撑。
摘要:
中国农田土壤重金属污染问题严峻，严重威胁农产品安全。研发长效、稳定的原位钝化材料成为当前重金属污染农田安全利用的研究热点。层状双金属氢氧化物（LDHs）具有比表面积大、离子交换能力强、结构可调及超稳矿化等独特优势，为突破传统材料瓶颈提供了新途径。本文从作用机制、材料设计与稳定性评估三个维度系统综述了LDHs在农田土壤重金属原位钝化中的研究进展。首先，剖析了其通过同晶替代、离子交换、吸附-沉淀及氧化还原-沉淀多路径协同钝化重金属的机制；其次，总结了单一LDHs及其复合材料对农田土壤重金属原位钝化的效果，探讨了通过层板阳离子调控、层间客体功能化及复合设计实现“分子工程”设计，以提升靶向性；最后，从化学、物理和生物角度评估了其钝化效果的长期稳定性，揭示了其抗环境干扰的潜力。最后，分析了当前LDHs研究中存在的挑战、展望了未来研究方向，旨在为LDHs原位钝化农田土壤重金属的靶向设计、精准施用、长效和安全性评估提供参考。
中国农田土壤重金属污染问题严峻，严重威胁农产品安全。研发长效、稳定的原位钝化材料成为当前重金属污染农田安全利用的研究热点。层状双金属氢氧化物（LDHs）具有比表面积大、离子交换能力强、结构可调及超稳矿化等独特优势，为突破传统材料瓶颈提供了新途径。本文从作用机制、材料设计与稳定性评估三个维度系统综述了LDHs在农田土壤重金属原位钝化中的研究进展。首先，剖析了其通过同晶替代、离子交换、吸附-沉淀及氧化还原-沉淀多路径协同钝化重金属的机制；其次，总结了单一LDHs及其复合材料对农田土壤重金属原位钝化的效果，探讨了通过层板阳离子调控、层间客体功能化及复合设计实现“分子工程”设计，以提升靶向性；最后，从化学、物理和生物角度评估了其钝化效果的长期稳定性，揭示了其抗环境干扰的潜力。最后，分析了当前LDHs研究中存在的挑战、展望了未来研究方向，旨在为LDHs原位钝化农田土壤重金属的靶向设计、精准施用、长效和安全性评估提供参考。
摘要:
多孔介质中生物膜的生长演化涉及复杂的物理-化学-生物耦合过程，其显著的多尺度特性、介质非均质性以及模型参数的不确定性，导致不同尺度数值模型的理论体系存在本质差异，这为生物膜动态行为的精确刻画与预测带来了严峻挑战。近年来，基于孔隙尺度、连续介质尺度和跨尺度耦合的生物膜生长过程建模和数值模拟研究取得了重要突破，但在模型构建、验证和应用方面仍存在诸多瓶颈问题，主要包括三维微观孔隙结构表征困难、生物膜生长动力学过程模型构建复杂、跨尺度-多过程耦合策略量化标准缺失、模型参数化方案所需的实验数据稀缺等。综上，本文基于多孔介质内生物膜生长动力学过程机理，梳理了孔隙尺度、连续介质尺度和多尺度耦合数值模型的研究进展，解析了不同尺度生物膜生长模型的理论基础、数值算法、应用算例、适用范围和局限性，总结了三维成像技术的应用潜力、生物膜演化全过程的表征趋势，以及跨尺度耦合建模策略的优化路径。本综述为多孔介质中生物膜生长模型的优选与改进提供了理论依据，为土壤微生物技术在环境污染治理和生态修复等领域的工程化应用提供了技术支撑。
多孔介质中生物膜的生长演化涉及复杂的物理-化学-生物耦合过程，其显著的多尺度特性、介质非均质性以及模型参数的不确定性，导致不同尺度数值模型的理论体系存在本质差异，这为生物膜动态行为的精确刻画与预测带来了严峻挑战。近年来，基于孔隙尺度、连续介质尺度和跨尺度耦合的生物膜生长过程建模和数值模拟研究取得了重要突破，但在模型构建、验证和应用方面仍存在诸多瓶颈问题，主要包括三维微观孔隙结构表征困难、生物膜生长动力学过程模型构建复杂、跨尺度-多过程耦合策略量化标准缺失、模型参数化方案所需的实验数据稀缺等。综上，本文基于多孔介质内生物膜生长动力学过程机理，梳理了孔隙尺度、连续介质尺度和多尺度耦合数值模型的研究进展，解析了不同尺度生物膜生长模型的理论基础、数值算法、应用算例、适用范围和局限性，总结了三维成像技术的应用潜力、生物膜演化全过程的表征趋势，以及跨尺度耦合建模策略的优化路径。本综述为多孔介质中生物膜生长模型的优选与改进提供了理论依据，为土壤微生物技术在环境污染治理和生态修复等领域的工程化应用提供了技术支撑。
> 研究论文
摘要:
土壤恢复力是指土壤在受到外界扰动后恢复其原有性质和功能的能力，是实现土壤资源可持续利用的重要生态指标。本文旨在构建适用于大尺度的土壤恢复力评价体系，并评估我国土壤恢复力的空间分布特征。研究基于现有研究成果，提炼指标构建逻辑，确定土壤性质、气候因素、地形因素、生物特性四个维度，共设定9项具体指标，采用层次分析法确定指标权重，并进行加权叠加分析，形成全国土壤恢复力空间分布图。结果表明，我国土壤恢复力呈现出由西向东、由北向南逐渐增强的空间格局。全国范围内，高与较高恢复力土壤分别占25%和39%，主要集中于华南和西南地区；恢复力相对较低的区域包括甘新区和黄土高原区。研究为建立我国宏观尺度的土壤特定功能评价在理论方法层面提供了技术支撑与决策依据。
土壤恢复力是指土壤在受到外界扰动后恢复其原有性质和功能的能力，是实现土壤资源可持续利用的重要生态指标。本文旨在构建适用于大尺度的土壤恢复力评价体系，并评估我国土壤恢复力的空间分布特征。研究基于现有研究成果，提炼指标构建逻辑，确定土壤性质、气候因素、地形因素、生物特性四个维度，共设定9项具体指标，采用层次分析法确定指标权重，并进行加权叠加分析，形成全国土壤恢复力空间分布图。结果表明，我国土壤恢复力呈现出由西向东、由北向南逐渐增强的空间格局。全国范围内，高与较高恢复力土壤分别占25%和39%，主要集中于华南和西南地区；恢复力相对较低的区域包括甘新区和黄土高原区。研究为建立我国宏观尺度的土壤特定功能评价在理论方法层面提供了技术支撑与决策依据。
摘要:
黏化层是由土壤黏粒显著积累而形成的次生层，其厚度影响着淋溶土的土壤过程和植被生长。但迄今对黏化层的空间分布变化了解有限，对其预测报道也甚少。传统的认知主要依赖大规模实地调查与地统计学方法结合。为快速获取大范围的黏化层厚度空间信息，本研究将我国东北三省311个含黏化层的土壤剖面样点与环境协变量（地形、气候、生物和土壤因子共71个变量）相结合，构建了一个相对可靠的预测模型。使用Pearson相关性分析和Boruta算法进行双重特征筛选后，采用分位数回归森林（Quantile regression forest，QRF）模型进行空间建模、交叉验证和不确定性估计。50次迭代的平均结果显示，模型预测的决定系数（R2）为0.32，均方根误差（Root mean square error，RMSE）为24.34 cm，平均绝对误差（Mean absolute error，MAE）为19.47 cm。预测区间覆盖概率（Prediction interval coverage percentage，PICP）显示，约有86.2%的验证样本落在预定义的90% PI范围内，这表明不确定性估计很大程度上是可靠的。在建模过程中，土壤变量和气候变量的重要性普遍高于生物变量和地形变量，其中土壤厚度（Soil thickness，ST）是最核心的驱动因子。相应的预测结果显示，在研究区内黏化层厚度沿西南—东北方向呈递减趋势。缺乏土壤调查点的地区具有较大的预测不确定性，后续研究应在这些区域进行适当的补充调查。该研究成果对于东北地区土地管理政策优化具有一定的指导意义。
黏化层是由土壤黏粒显著积累而形成的次生层，其厚度影响着淋溶土的土壤过程和植被生长。但迄今对黏化层的空间分布变化了解有限，对其预测报道也甚少。传统的认知主要依赖大规模实地调查与地统计学方法结合。为快速获取大范围的黏化层厚度空间信息，本研究将我国东北三省311个含黏化层的土壤剖面样点与环境协变量（地形、气候、生物和土壤因子共71个变量）相结合，构建了一个相对可靠的预测模型。使用Pearson相关性分析和Boruta算法进行双重特征筛选后，采用分位数回归森林（Quantile regression forest，QRF）模型进行空间建模、交叉验证和不确定性估计。50次迭代的平均结果显示，模型预测的决定系数（R2）为0.32，均方根误差（Root mean square error，RMSE）为24.34 cm，平均绝对误差（Mean absolute error，MAE）为19.47 cm。预测区间覆盖概率（Prediction interval coverage percentage，PICP）显示，约有86.2%的验证样本落在预定义的90% PI范围内，这表明不确定性估计很大程度上是可靠的。在建模过程中，土壤变量和气候变量的重要性普遍高于生物变量和地形变量，其中土壤厚度（Soil thickness，ST）是最核心的驱动因子。相应的预测结果显示，在研究区内黏化层厚度沿西南—东北方向呈递减趋势。缺乏土壤调查点的地区具有较大的预测不确定性，后续研究应在这些区域进行适当的补充调查。该研究成果对于东北地区土地管理政策优化具有一定的指导意义。
摘要:
有效土层厚度是评价土壤健康和生产力的一个决定性指标，精确描绘有效土层厚度的空间分布格局及其对土地利用变化及地表基质类型的响应机制对于土壤资源的可持续保护具有重要意义。本文选取内蒙古东部黑土区为研究区，基于地表基质调查数据和土壤-景观建模，开展该地区有效土层厚度数字化制图与空间格局分析，通过SHAP解释模型（Shapley additive explanation）识别有效土层厚度空间变异的主控因子，查明不同土地利用类型和地表基质分区下有效土层厚度的差异性分布规律。结果表明：基于Cubist的有效土层厚度回归模型性能良好（R2=0.5，RMSE=43.8），所生成的空间分布图能够准确揭示其空间格局特征。SHAP分析揭示了地形和气候因子是决定有效土层厚度空间变异的主控因子，具体表现在同一流域内高海拔区域受侵蚀作用影响，土层较薄；而月均气温极值对有效土层厚度的影响为正向。地表基质分区和土地利用类型均对有效土层厚度的空间特征有重要制约作用，坡洪积土和坡积土区土层厚度整体大于残坡土区；林地由于多分布于山区或坡度较大的区域，有效土层厚度最低。本文为有效土层厚度的空间建模与表征提供了方法参考，研究结果可为查明区域自然资源本底条件及其对人类互动的响应机制提供数据基础。
有效土层厚度是评价土壤健康和生产力的一个决定性指标，精确描绘有效土层厚度的空间分布格局及其对土地利用变化及地表基质类型的响应机制对于土壤资源的可持续保护具有重要意义。本文选取内蒙古东部黑土区为研究区，基于地表基质调查数据和土壤-景观建模，开展该地区有效土层厚度数字化制图与空间格局分析，通过SHAP解释模型（Shapley additive explanation）识别有效土层厚度空间变异的主控因子，查明不同土地利用类型和地表基质分区下有效土层厚度的差异性分布规律。结果表明：基于Cubist的有效土层厚度回归模型性能良好（R2=0.5，RMSE=43.8），所生成的空间分布图能够准确揭示其空间格局特征。SHAP分析揭示了地形和气候因子是决定有效土层厚度空间变异的主控因子，具体表现在同一流域内高海拔区域受侵蚀作用影响，土层较薄；而月均气温极值对有效土层厚度的影响为正向。地表基质分区和土地利用类型均对有效土层厚度的空间特征有重要制约作用，坡洪积土和坡积土区土层厚度整体大于残坡土区；林地由于多分布于山区或坡度较大的区域，有效土层厚度最低。本文为有效土层厚度的空间建模与表征提供了方法参考，研究结果可为查明区域自然资源本底条件及其对人类互动的响应机制提供数据基础。
摘要:
土壤有机质（Soil organic matter，SOM）含量的快速、准确预测对土壤肥力评价和农业可持续发展至关重要。本研究基于室内可见-近红外（Visible and near-infrared，Vis-NIR）光谱数据，构建分数阶微分（Fractional-order derivative，FOD）与光谱指数协同建模策略，用于东北典型黑土区SOM含量的快速预测。采集227份耕地土壤样本，获取室内Vis-NIR光谱数据和SOM实测值，并对光谱数据进行0～2阶（间隔0.1）的FOD处理。计算二维和三维光谱指数，并分析其与SOM含量间的相关性，筛选出最优光谱指数。采用随机森林（Random forest，RF）和Cubist两种建模方法构建SOM光谱反演模型。结果表明，FOD处理可增强微弱的土壤光谱吸收特征，有效提升模型对SOM含量的预测能力。相比原始光谱和整数阶微分（一阶和二阶），基于0.3阶微分处理土壤光谱数据建立的Cubist模型性能最佳，验证R2为0.74。RF模型则适合1.6～1.9阶处理的土壤光谱数据，其R2稳定在0.63～0.65。相比二维光谱指数，三维光谱指数表现出与SOM更高的相关性，证实了多波段交互信息在提高特征变量解释力方面的潜力。基于最优光谱指数数据集建立的RF和Cubist模型在多个分数阶微分处理下展现出良好的模型精度。本研究验证了FOD处理和光谱指数在SOM预测中的可行性，可为光谱技术在复杂农业场景中进行高精度监测提供重要参考和技术支撑。
土壤有机质（Soil organic matter，SOM）含量的快速、准确预测对土壤肥力评价和农业可持续发展至关重要。本研究基于室内可见-近红外（Visible and near-infrared，Vis-NIR）光谱数据，构建分数阶微分（Fractional-order derivative，FOD）与光谱指数协同建模策略，用于东北典型黑土区SOM含量的快速预测。采集227份耕地土壤样本，获取室内Vis-NIR光谱数据和SOM实测值，并对光谱数据进行0～2阶（间隔0.1）的FOD处理。计算二维和三维光谱指数，并分析其与SOM含量间的相关性，筛选出最优光谱指数。采用随机森林（Random forest，RF）和Cubist两种建模方法构建SOM光谱反演模型。结果表明，FOD处理可增强微弱的土壤光谱吸收特征，有效提升模型对SOM含量的预测能力。相比原始光谱和整数阶微分（一阶和二阶），基于0.3阶微分处理土壤光谱数据建立的Cubist模型性能最佳，验证R2为0.74。RF模型则适合1.6～1.9阶处理的土壤光谱数据，其R2稳定在0.63～0.65。相比二维光谱指数，三维光谱指数表现出与SOM更高的相关性，证实了多波段交互信息在提高特征变量解释力方面的潜力。基于最优光谱指数数据集建立的RF和Cubist模型在多个分数阶微分处理下展现出良好的模型精度。本研究验证了FOD处理和光谱指数在SOM预测中的可行性，可为光谱技术在复杂农业场景中进行高精度监测提供重要参考和技术支撑。
摘要:
本研究以黄河三角洲东营市为研究区，基于高光谱数据开展土壤盐分估算。对原始光谱进行Savitzky-Golay（S-G）滤波和多元散射校正（Multiplicative Scatter Correction，MSC）预处理后，进行倒数（1/R）、倒数对数（log（1/R））与连续统去除（Continuum Removal，CR）变换，并结合分数阶微分（Fractional Order Derivative，FOD）处理，构建10种典型二维光谱指数作为特征。在此基础上，采用贝叶斯优化（Bayesian Optimization，BO）方法训练偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）、卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）、极限梯度提升（eXtreme Gradient Boosting，XGBoost）和支持向量机（Support Vector Machine，SVM）4种模型。结果表明：连续统去除组合二阶微分后的归一化差值指数（Normalized Difference Index，NDI）与土壤含盐量相关性最高（|r|=0.91）；基于该变换的XGBoost模型反演性能最优，测试集决定系数（R2）、均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）与相对分析误差（Residual Prediction Deviation，RPD）分别达0.94、0.85 g·kg-1和4.33；SHAP（SHapley Additive exPlanation）可解释性分析进一步揭示，广义指数1（Generalized Index 1，GDI 1）为模型中最重要的特征。本研究为区域盐渍化高光谱监测提供了有效方法支持。
本研究以黄河三角洲东营市为研究区，基于高光谱数据开展土壤盐分估算。对原始光谱进行Savitzky-Golay（S-G）滤波和多元散射校正（Multiplicative Scatter Correction，MSC）预处理后，进行倒数（1/R）、倒数对数（log（1/R））与连续统去除（Continuum Removal，CR）变换，并结合分数阶微分（Fractional Order Derivative，FOD）处理，构建10种典型二维光谱指数作为特征。在此基础上，采用贝叶斯优化（Bayesian Optimization，BO）方法训练偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）、卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）、极限梯度提升（eXtreme Gradient Boosting，XGBoost）和支持向量机（Support Vector Machine，SVM）4种模型。结果表明：连续统去除组合二阶微分后的归一化差值指数（Normalized Difference Index，NDI）与土壤含盐量相关性最高（|r|=0.91）；基于该变换的XGBoost模型反演性能最优，测试集决定系数（R2）、均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）与相对分析误差（Residual Prediction Deviation，RPD）分别达0.94、0.85 g·kg-1和4.33；SHAP（SHapley Additive exPlanation）可解释性分析进一步揭示，广义指数1（Generalized Index 1，GDI 1）为模型中最重要的特征。本研究为区域盐渍化高光谱监测提供了有效方法支持。
摘要:
探究强酸性红壤风化壳的酸缓冲容量及其主控因素，以期为评估地表系统酸缓冲性能和创新酸化改良技术提供科学依据。以江西省鹰潭市余江区孙家农业小流域pH小于5.0的强酸性红壤风化壳为研究对象，该红壤风化壳起源于第四纪红黏土（上层为均质红黏土层，下层为网纹红黏土层），下伏基岩为红砂岩。通过钻孔技术采集了旱地近8 m深的岩土芯样品，样品分为均质红黏土层、网纹红黏土层、风化砂岩层、砂岩基岩层样品，通过风化壳酸缓冲容量（pHBC）及相关理化性质测定，线性和随机森林模型拟合，以及酸缓冲理论分析，系统研究了红壤风化壳不同层次中有机质、机械组成、矿物组成、铁铝氧化物、交换性盐基、交换性酸和pH对pHBC垂直变异的相对贡献。红壤风化壳酸缓冲容量呈现显著的层次分异特征。pHBC在均质红黏土层最高，为2.53 ±0.41 cmol·kg-1·pH unit1；在网纹红黏土层居中，为1.93 ±0.59 cmol·kg-1·pH unit-1；在风化砂岩层最低，为1.39 ±0.22 cmol·kg-1·pH unit-1。均质红黏土层pHBC随深度增加而升高；网纹红黏土层pHBC随深度增加而降低；风化砂岩层pHBC随深度增加而降低，从风化砂岩层过渡至砂岩基岩时，pHBC升高。处于强酸性状态的第四纪红黏土层的交换性盐基离子已基本耗尽，对酸缓冲容量的贡献较低。酸缓冲容量在均质红黏土层主要依赖于晶形氧化铁和有机质的质子化过程，在网纹红黏土层主要依赖于无定形和晶形氧化铝的溶解作用以及无定形和晶形氧化铁的质子化过程，在风化砂岩层主要决定于长石溶解作用和交换性钙镁的阳离子交换作用，在砂岩基岩层碳酸盐溶解发挥了关键作用。强酸性红壤风化壳缓冲机制以铁铝氧化物的质子化和溶解过程为核心，研究结果可为红壤生态系统酸化评估和改良提供理论支持。
探究强酸性红壤风化壳的酸缓冲容量及其主控因素，以期为评估地表系统酸缓冲性能和创新酸化改良技术提供科学依据。以江西省鹰潭市余江区孙家农业小流域pH小于5.0的强酸性红壤风化壳为研究对象，该红壤风化壳起源于第四纪红黏土（上层为均质红黏土层，下层为网纹红黏土层），下伏基岩为红砂岩。通过钻孔技术采集了旱地近8 m深的岩土芯样品，样品分为均质红黏土层、网纹红黏土层、风化砂岩层、砂岩基岩层样品，通过风化壳酸缓冲容量（pHBC）及相关理化性质测定，线性和随机森林模型拟合，以及酸缓冲理论分析，系统研究了红壤风化壳不同层次中有机质、机械组成、矿物组成、铁铝氧化物、交换性盐基、交换性酸和pH对pHBC垂直变异的相对贡献。红壤风化壳酸缓冲容量呈现显著的层次分异特征。pHBC在均质红黏土层最高，为2.53 ±0.41 cmol·kg-1·pH unit1；在网纹红黏土层居中，为1.93 ±0.59 cmol·kg-1·pH unit-1；在风化砂岩层最低，为1.39 ±0.22 cmol·kg-1·pH unit-1。均质红黏土层pHBC随深度增加而升高；网纹红黏土层pHBC随深度增加而降低；风化砂岩层pHBC随深度增加而降低，从风化砂岩层过渡至砂岩基岩时，pHBC升高。处于强酸性状态的第四纪红黏土层的交换性盐基离子已基本耗尽，对酸缓冲容量的贡献较低。酸缓冲容量在均质红黏土层主要依赖于晶形氧化铁和有机质的质子化过程，在网纹红黏土层主要依赖于无定形和晶形氧化铝的溶解作用以及无定形和晶形氧化铁的质子化过程，在风化砂岩层主要决定于长石溶解作用和交换性钙镁的阳离子交换作用，在砂岩基岩层碳酸盐溶解发挥了关键作用。强酸性红壤风化壳缓冲机制以铁铝氧化物的质子化和溶解过程为核心，研究结果可为红壤生态系统酸化评估和改良提供理论支持。
摘要:
秸秆还田在改善土壤结构、阻控水土流失、抑制土地退化等方面具有不可替代的作用，但自然条件下秸秆分解效率低成为制约其广泛应用的一个重要因素。腐解剂可促进秸秆分解，探究秸秆还田配施腐解剂对中低产坡耕地土壤抗蚀性能的影响及其机制，对于中低产坡耕地耦合农业废弃物资源化利用的水土流失阻控措施的应用具有重要意义。基于此，本研究通过野外原位监测试验，在秸秆全量还田的基础上，以不施用腐解剂为对照，根据腐解剂活菌数量设置1、2、3和4 kg·hm-2共4个腐解剂施用量，明确了不同腐解剂施用量下土壤抗蚀性能差异及其主控因素。结果表明：（1）秸秆腐解剂的施用显著提升了秸秆的分解效率，改善了土壤结构。其中，秸秆分解量和分解效率随腐解剂施用量的增加而显著提高；腐解剂的施用显著减少了土壤粉粒和黏粒含量，增加了砂粒含量，同时显著增加了土壤的饱和含水量、田间持水量和有机质含量。（2）综合来看，秸秆腐解剂的施用显著提高了土壤抗蚀性能，与对照相比，土壤抗蚀性能综合指数（comprehensive soil resistance index，CSRI）增加了43.24%～360.77%。（3）土壤抗蚀性能的增加与秸秆残余量和秸秆分解驱动的土壤理化性质的变化显著相关。偏最小二乘结构方程模型结果表明，CSRI的增加主要受残留秸秆的直接捆绑和固结作用（路径系数为0.43）以及秸秆通过分解增加土壤有机质含量的间接作用（路径系数为0.40）的共同影响。秸秆还田配施腐解剂能够显著提高中低产紫色土坡耕地的土壤抗侵蚀能力，且残留秸秆通过其直接作用提高土壤抗侵蚀能力的作用略大于秸秆通过分解增加有机质含量的间接作用。但仅当腐解剂用量大于3 kg·hm-2时，CSRI才显著增大。相关研究结果可为中低产紫色土坡耕地的可持续利用及长江经济带绿色高质量发展提供科学指导。
秸秆还田在改善土壤结构、阻控水土流失、抑制土地退化等方面具有不可替代的作用，但自然条件下秸秆分解效率低成为制约其广泛应用的一个重要因素。腐解剂可促进秸秆分解，探究秸秆还田配施腐解剂对中低产坡耕地土壤抗蚀性能的影响及其机制，对于中低产坡耕地耦合农业废弃物资源化利用的水土流失阻控措施的应用具有重要意义。基于此，本研究通过野外原位监测试验，在秸秆全量还田的基础上，以不施用腐解剂为对照，根据腐解剂活菌数量设置1、2、3和4 kg·hm-2共4个腐解剂施用量，明确了不同腐解剂施用量下土壤抗蚀性能差异及其主控因素。结果表明：（1）秸秆腐解剂的施用显著提升了秸秆的分解效率，改善了土壤结构。其中，秸秆分解量和分解效率随腐解剂施用量的增加而显著提高；腐解剂的施用显著减少了土壤粉粒和黏粒含量，增加了砂粒含量，同时显著增加了土壤的饱和含水量、田间持水量和有机质含量。（2）综合来看，秸秆腐解剂的施用显著提高了土壤抗蚀性能，与对照相比，土壤抗蚀性能综合指数（comprehensive soil resistance index，CSRI）增加了43.24%～360.77%。（3）土壤抗蚀性能的增加与秸秆残余量和秸秆分解驱动的土壤理化性质的变化显著相关。偏最小二乘结构方程模型结果表明，CSRI的增加主要受残留秸秆的直接捆绑和固结作用（路径系数为0.43）以及秸秆通过分解增加土壤有机质含量的间接作用（路径系数为0.40）的共同影响。秸秆还田配施腐解剂能够显著提高中低产紫色土坡耕地的土壤抗侵蚀能力，且残留秸秆通过其直接作用提高土壤抗侵蚀能力的作用略大于秸秆通过分解增加有机质含量的间接作用。但仅当腐解剂用量大于3 kg·hm-2时，CSRI才显著增大。相关研究结果可为中低产紫色土坡耕地的可持续利用及长江经济带绿色高质量发展提供科学指导。
摘要:
潮土耕层浅薄、犁底层坚实板结，结构障碍突出，耕作及秸秆还田是改良其结构的重要措施。本研究基于河南农田生态系统国家野外观测研究站潮土耕作试验基地，采集秸秆还田（Straw returning，SR）和秸秆不还田（Control check，CK）下旋耕（Rotary tillage，RT）、深翻（Deep ploughing，DP）和隔年深翻（Biennial deep ploughing，BDP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描（XCT）技术和ImageJ软件以及机器学习定量分析不同耕作方式和秸秆处理对土壤三维孔隙结构特征、土壤饱和导水率及导气速率的影响。结果表明，在秸秆不还田下，相较于旋耕，深翻及隔年深翻的大孔隙度分别提升了31.5%和5.7%；在秸秆还田下，深翻处理的大孔隙度相较旋耕和隔年深翻分别显著增加了92.9%和68.4%（P<0.05），且大孔隙的水力半径分别显著增加了53.8%以及42.9%，紧密度显著提升了1.5倍和2.9倍，全局连通性分别显著提高了12倍，土壤饱和导水率和导气速率均得到显著提升（P<0.05）。综上所述，秸秆深翻还田扩大了土壤大孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了大孔隙的复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，进而提高了导水以及透气性，消减潮土结构性障碍效果显著。
潮土耕层浅薄、犁底层坚实板结，结构障碍突出，耕作及秸秆还田是改良其结构的重要措施。本研究基于河南农田生态系统国家野外观测研究站潮土耕作试验基地，采集秸秆还田（Straw returning，SR）和秸秆不还田（Control check，CK）下旋耕（Rotary tillage，RT）、深翻（Deep ploughing，DP）和隔年深翻（Biennial deep ploughing，BDP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描（XCT）技术和ImageJ软件以及机器学习定量分析不同耕作方式和秸秆处理对土壤三维孔隙结构特征、土壤饱和导水率及导气速率的影响。结果表明，在秸秆不还田下，相较于旋耕，深翻及隔年深翻的大孔隙度分别提升了31.5%和5.7%；在秸秆还田下，深翻处理的大孔隙度相较旋耕和隔年深翻分别显著增加了92.9%和68.4%（P<0.05），且大孔隙的水力半径分别显著增加了53.8%以及42.9%，紧密度显著提升了1.5倍和2.9倍，全局连通性分别显著提高了12倍，土壤饱和导水率和导气速率均得到显著提升（P<0.05）。综上所述，秸秆深翻还田扩大了土壤大孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了大孔隙的复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，进而提高了导水以及透气性，消减潮土结构性障碍效果显著。
摘要:
为明确有机-无机调控物料覆盖对盐碱土表层孔隙结构的影响，并筛选适宜作物种子萌发的覆盖物料。设置CK（原土）、JX1（牛粪+HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）、JX2（菌渣+ HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）、JX3（秸秆+HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）4种试验处理，采用“V型沟→播种→覆盖调控物料→镇压”一体化田间作业方式，利用CT扫描技术解析土壤结构及其孔隙特征，结合田间试验与数理统计进行研究。结果表明，各处理均能降低土壤容重、提升土壤持水与导水性能，其中JX2、JX3饱和导水率达CK的2.4倍，田间持水量提高17.8%～19.5%。在孔隙结构方面，不同物料覆盖显著影响土壤孔隙数量与分布特征：JX2、JX3整体孔隙率及连通孔隙率显著提升，JX1整体孔隙率较低；JX3以大孔隙为主，小孔隙较少，JX2孔径孔隙分布更均衡。对比孔隙结构参数，JX2、JX3分形维数、各向异性和成圆率数值接近，但JX2的欧拉数显著低于JX3，说明两处理均增强孔隙结构的复杂性与稳定性，且JX2具有更优的孔隙连通性。这些结构优化显著改善种子萌发的微环境，提高谷子的出苗率与苗期生长性状，其中JX2尤为显著。综上所述，有机-无机调控物料覆盖可通过优化盐碱土孔隙特征增强土壤结构性能，为作物种子萌发创造适宜条件，其中菌渣（JX2）与秸秆（JX3）基物料效果突出，是高效调控滨海盐碱地微域环境、破除表土板结的有效技术途径。
为明确有机-无机调控物料覆盖对盐碱土表层孔隙结构的影响，并筛选适宜作物种子萌发的覆盖物料。设置CK（原土）、JX1（牛粪+HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）、JX2（菌渣+ HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）、JX3（秸秆+HA/CaO/MgO/SiO2/Na2SeO3）4种试验处理，采用“V型沟→播种→覆盖调控物料→镇压”一体化田间作业方式，利用CT扫描技术解析土壤结构及其孔隙特征，结合田间试验与数理统计进行研究。结果表明，各处理均能降低土壤容重、提升土壤持水与导水性能，其中JX2、JX3饱和导水率达CK的2.4倍，田间持水量提高17.8%～19.5%。在孔隙结构方面，不同物料覆盖显著影响土壤孔隙数量与分布特征：JX2、JX3整体孔隙率及连通孔隙率显著提升，JX1整体孔隙率较低；JX3以大孔隙为主，小孔隙较少，JX2孔径孔隙分布更均衡。对比孔隙结构参数，JX2、JX3分形维数、各向异性和成圆率数值接近，但JX2的欧拉数显著低于JX3，说明两处理均增强孔隙结构的复杂性与稳定性，且JX2具有更优的孔隙连通性。这些结构优化显著改善种子萌发的微环境，提高谷子的出苗率与苗期生长性状，其中JX2尤为显著。综上所述，有机-无机调控物料覆盖可通过优化盐碱土孔隙特征增强土壤结构性能，为作物种子萌发创造适宜条件，其中菌渣（JX2）与秸秆（JX3）基物料效果突出，是高效调控滨海盐碱地微域环境、破除表土板结的有效技术途径。
摘要:
探讨不同水肥处理对盐碱玉米地土壤理化性质、细菌群落结构及离子转运功能的协同影响，为盐碱土壤的定向改良提供理论依据。以宁夏平罗县盐碱地为研究对象，采用裂区设计，主区设常规灌水w1（6 000 m3Ÿhm-2）和节水w2（4 800 m3Ÿhm-2）2个模式，副区设4个施肥模式：f1（单施氮肥）、f2（氮肥配施控释肥）、f3（氮肥配施有机肥）和f4（控释肥配施有机肥），测定土壤理化性质，利用16S rRNA高通量测序分析细菌群落结构，并基于PICRUSt2软件预测离子转运蛋白基因丰度。结果表明：与常规灌溉w1相比，节水灌溉w2对土壤理化性质并无显著影响。与w2f1处理相比，w2f3处理显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾及钙离子含量（P<0.05），同时显著降低了pH、电导率及钠离子含量（P<0.05），水肥交互作用对钠、镁、钾、钙离子含量影响极显著（P<0.01）。微生物分析表明，w2f4处理显著提升了辛普森多样性指数和皮洛均匀度指数（P<0.05）；在门水平上，w2f3和w2f4处理显著增加了变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）相对丰度，降低了酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度（P<0.05）；属水平上，凯斯托巴克斯菌属（Kaistobacter）和溶菌芽孢杆菌属（Lysobacter）为优势菌属，w2f3处理显著提升了其丰度（P<0.05）。线性判别分析效应大小（Linear discriminant analysis effect size）鉴定出5门32个标志物，w2f3处理显著富集变形菌门和拟杆菌门（Bacteroidota）。离子转运基因预测表明，w2f3处理能同步激活镁转运基因CorA与Na+/H+逆向转运基因nhaA，变形菌门的生态优势受KefB和CorA基因正向调控。曼特尔检验（Mantel test）证实，土壤有机质和pH是驱动微生物群落结构演变的核心环境因子。节水灌溉下氮肥配施有机肥（w2f3）通过协同提升土壤肥力、优化细菌群落结构及激活离子稳态网络，实现了盐渍化土壤生态功能的系统性恢复，为盐碱地高效改良提供了理论与技术支撑。
探讨不同水肥处理对盐碱玉米地土壤理化性质、细菌群落结构及离子转运功能的协同影响，为盐碱土壤的定向改良提供理论依据。以宁夏平罗县盐碱地为研究对象，采用裂区设计，主区设常规灌水w1（6 000 m3Ÿhm-2）和节水w2（4 800 m3Ÿhm-2）2个模式，副区设4个施肥模式：f1（单施氮肥）、f2（氮肥配施控释肥）、f3（氮肥配施有机肥）和f4（控释肥配施有机肥），测定土壤理化性质，利用16S rRNA高通量测序分析细菌群落结构，并基于PICRUSt2软件预测离子转运蛋白基因丰度。结果表明：与常规灌溉w1相比，节水灌溉w2对土壤理化性质并无显著影响。与w2f1处理相比，w2f3处理显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾及钙离子含量（P<0.05），同时显著降低了pH、电导率及钠离子含量（P<0.05），水肥交互作用对钠、镁、钾、钙离子含量影响极显著（P<0.01）。微生物分析表明，w2f4处理显著提升了辛普森多样性指数和皮洛均匀度指数（P<0.05）；在门水平上，w2f3和w2f4处理显著增加了变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）相对丰度，降低了酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度（P<0.05）；属水平上，凯斯托巴克斯菌属（Kaistobacter）和溶菌芽孢杆菌属（Lysobacter）为优势菌属，w2f3处理显著提升了其丰度（P<0.05）。线性判别分析效应大小（Linear discriminant analysis effect size）鉴定出5门32个标志物，w2f3处理显著富集变形菌门和拟杆菌门（Bacteroidota）。离子转运基因预测表明，w2f3处理能同步激活镁转运基因CorA与Na+/H+逆向转运基因nhaA，变形菌门的生态优势受KefB和CorA基因正向调控。曼特尔检验（Mantel test）证实，土壤有机质和pH是驱动微生物群落结构演变的核心环境因子。节水灌溉下氮肥配施有机肥（w2f3）通过协同提升土壤肥力、优化细菌群落结构及激活离子稳态网络，实现了盐渍化土壤生态功能的系统性恢复，为盐碱地高效改良提供了理论与技术支撑。
摘要:
种植覆盖作物是调控土壤结构、增加土壤有机碳的重要措施。覆盖作物能通过根系穿插腐解形成生物孔隙，改善土壤孔隙结构，但不同覆盖作物对生物孔隙鞘土壤有机碳累积和微生物群落的调控作用尚未明晰。在典型砂姜黑土上开展不同覆盖作物类型（休闲、苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子混播）与夏玉米轮作的田间试验，测定不同处理20～40 cm土层生物孔隙鞘中有机碳、全氮含量，利用高通量测序技术探究不同处理生物孔隙鞘中细菌、真菌群落结构的差异。结果表明：与非孔隙鞘相比，苜蓿处理下生物孔隙鞘有机碳含量显著增加了33.4%，苜蓿和萝卜+毛苕子混播处理下生物孔隙鞘全氮含量分别显著提高了24.6%和18.5%，不同覆盖作物生物孔隙鞘的有机碳和全氮含量无显著差异。覆盖作物种类与土壤生境的交互作用显著影响微生物群落结构。生物孔隙鞘的细菌群落α多样性指数和生态位宽度指数均显著高于非孔隙鞘，尤其是在萝卜+毛苕子混播处理中；但在真菌群落中则无显著差异。与非孔隙鞘相比，生物孔隙鞘中的微生物群落向富营养菌群转变；苜蓿处理生物孔隙鞘中假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度总和高于其他处理。相关性分析表明，参与碳分解和转化过程的核心微生物类群的相对丰度与土壤有机碳含量呈显著正相关。综上，苜蓿处理的生物孔隙鞘中有机碳和全氮含量显著增加，土壤有机碳含量可能通过影响细菌α多样性指数、生态位宽度指数和核心微生物的相对丰度来调节生物孔隙鞘的微生物群落结构。
种植覆盖作物是调控土壤结构、增加土壤有机碳的重要措施。覆盖作物能通过根系穿插腐解形成生物孔隙，改善土壤孔隙结构，但不同覆盖作物对生物孔隙鞘土壤有机碳累积和微生物群落的调控作用尚未明晰。在典型砂姜黑土上开展不同覆盖作物类型（休闲、苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子混播）与夏玉米轮作的田间试验，测定不同处理20～40 cm土层生物孔隙鞘中有机碳、全氮含量，利用高通量测序技术探究不同处理生物孔隙鞘中细菌、真菌群落结构的差异。结果表明：与非孔隙鞘相比，苜蓿处理下生物孔隙鞘有机碳含量显著增加了33.4%，苜蓿和萝卜+毛苕子混播处理下生物孔隙鞘全氮含量分别显著提高了24.6%和18.5%，不同覆盖作物生物孔隙鞘的有机碳和全氮含量无显著差异。覆盖作物种类与土壤生境的交互作用显著影响微生物群落结构。生物孔隙鞘的细菌群落α多样性指数和生态位宽度指数均显著高于非孔隙鞘，尤其是在萝卜+毛苕子混播处理中；但在真菌群落中则无显著差异。与非孔隙鞘相比，生物孔隙鞘中的微生物群落向富营养菌群转变；苜蓿处理生物孔隙鞘中假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度总和高于其他处理。相关性分析表明，参与碳分解和转化过程的核心微生物类群的相对丰度与土壤有机碳含量呈显著正相关。综上，苜蓿处理的生物孔隙鞘中有机碳和全氮含量显著增加，土壤有机碳含量可能通过影响细菌α多样性指数、生态位宽度指数和核心微生物的相对丰度来调节生物孔隙鞘的微生物群落结构。
摘要:
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（Poly（butylene adipate-co-terephthalate），PBAT）是传统塑料地膜的重要替代品，但由于芳香族链的存在，其较其他大多数可生物降解塑料（如聚乳酸）更难降解，且现有PBAT生物降解菌种资源少、降解效率不高。通过土壤混合堆肥法筛选PBAT地膜降解菌株。试验采用60 ℃高温堆肥环境富集菌群，以PBAT为唯一碳源进行驯化培养，筛选出6种菌株（分别命名为B1～B6）。通过质量损失、表面形貌、羰基指数（CI）和水接触角等多指标评估降解效果。结果表明，菌株B3在7 d内对PBAT的降解率最高，达17.85%±11.22%；原子力显微镜（AFM）分析显示，B3暴露组中PBAT地膜表面粗糙度（Ra）增至44.84±26.48 nm；水接触角由78.85°±4.65°降至63.21°±11.23°，表明其显著改变了PBAT的理化性质。通过16S rRNA基因序列分析，菌株B3属于就地堆肥地芽孢杆菌（Paragebobacillus toebii）。通过全基因组测序和京都基因与基因组百科全书（KEGG）基因功能注释，菌株B3存在羧酸酯酶、芳基酯酶、长链酰基辅酶A合成酶、醛脱氢酶、醇脱氢酶和儿茶酚2，3-双加氧酶等编码PBAT降解酶的相关基因。研究结果将为生物降解PBAT基地膜及微塑料污染控制提供理论参考和技术支撑。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（Poly（butylene adipate-co-terephthalate），PBAT）是传统塑料地膜的重要替代品，但由于芳香族链的存在，其较其他大多数可生物降解塑料（如聚乳酸）更难降解，且现有PBAT生物降解菌种资源少、降解效率不高。通过土壤混合堆肥法筛选PBAT地膜降解菌株。试验采用60 ℃高温堆肥环境富集菌群，以PBAT为唯一碳源进行驯化培养，筛选出6种菌株（分别命名为B1～B6）。通过质量损失、表面形貌、羰基指数（CI）和水接触角等多指标评估降解效果。结果表明，菌株B3在7 d内对PBAT的降解率最高，达17.85%±11.22%；原子力显微镜（AFM）分析显示，B3暴露组中PBAT地膜表面粗糙度（Ra）增至44.84±26.48 nm；水接触角由78.85°±4.65°降至63.21°±11.23°，表明其显著改变了PBAT的理化性质。通过16S rRNA基因序列分析，菌株B3属于就地堆肥地芽孢杆菌（Paragebobacillus toebii）。通过全基因组测序和京都基因与基因组百科全书（KEGG）基因功能注释，菌株B3存在羧酸酯酶、芳基酯酶、长链酰基辅酶A合成酶、醛脱氢酶、醇脱氢酶和儿茶酚2，3-双加氧酶等编码PBAT降解酶的相关基因。研究结果将为生物降解PBAT基地膜及微塑料污染控制提供理论参考和技术支撑。
摘要:
热脱附技术广泛应用于石油污染土壤修复，不同类型黏土矿物组成的石油污染土壤热脱附特性存在较大差异，对工艺参数确定和脱附效果产生较大影响。为明晰不同石油污染黏土矿物的热脱附差异与机制，指导热脱附工程应用参数的确定，研究了蒙脱石、绿泥石和高岭土三种矿物配置石油污染土壤的热脱附动力学特性，对其微观结构进行表征，探究热脱附差异机制及影响因素。结果表明，三类污染矿物的热脱附可分为三个阶段，阶段I（30～110 ℃）蒙脱石与绿泥石为三维扩散脱附机制，高岭土为一级动力学脱附机制，活化能分别为58.64、124.96、75.22 kJŸmol-1，阶段Ⅱ（110～370 ℃）和阶段Ⅲ（370～520 ℃）三者均为一级动力学机制。黏土矿物的理化特性和微观结构是导致热脱附特性差异的主要原因：蒙脱石以共沸汽提、导流扩散、催化裂解和层间结构吸附作用为主，整体促进了石油烃热脱附；绿泥石的影响机制为物理阻隔和催化裂解作用，低于200 ℃时呈现抑制作用，200 ℃以上促进了石油烃热脱附；高岭土的影响机制主要是化学吸附作用，整体抑制了石油烃热脱附。本研究为不同类型黏土矿物石油污染土壤热脱附工艺参数的确定提供了理论指导。
热脱附技术广泛应用于石油污染土壤修复，不同类型黏土矿物组成的石油污染土壤热脱附特性存在较大差异，对工艺参数确定和脱附效果产生较大影响。为明晰不同石油污染黏土矿物的热脱附差异与机制，指导热脱附工程应用参数的确定，研究了蒙脱石、绿泥石和高岭土三种矿物配置石油污染土壤的热脱附动力学特性，对其微观结构进行表征，探究热脱附差异机制及影响因素。结果表明，三类污染矿物的热脱附可分为三个阶段，阶段I（30～110 ℃）蒙脱石与绿泥石为三维扩散脱附机制，高岭土为一级动力学脱附机制，活化能分别为58.64、124.96、75.22 kJŸmol-1，阶段Ⅱ（110～370 ℃）和阶段Ⅲ（370～520 ℃）三者均为一级动力学机制。黏土矿物的理化特性和微观结构是导致热脱附特性差异的主要原因：蒙脱石以共沸汽提、导流扩散、催化裂解和层间结构吸附作用为主，整体促进了石油烃热脱附；绿泥石的影响机制为物理阻隔和催化裂解作用，低于200 ℃时呈现抑制作用，200 ℃以上促进了石油烃热脱附；高岭土的影响机制主要是化学吸附作用，整体抑制了石油烃热脱附。本研究为不同类型黏土矿物石油污染土壤热脱附工艺参数的确定提供了理论指导。
摘要:
解磷细菌（Phosphorus-solubilizing bacteria，PSB）普遍存在于重金属污染土壤中，但关于PSB对土壤重金属及作物生长的影响仍了解有限。采用一株分离自云南高原玉米根际耐受镉（Cd）、铅（Pb）的解磷细菌——芽孢杆菌（Bacillus sp.）PSB32，研究其对溶液中Cd、Pb的去除及污染土壤中玉米（Zea mays L.）生长的影响与机制。结果表明，溶液Cd和Pb胁迫下，PSB32对溶液中Cd的去除以胞内累积和表面沉淀（分别占Cd总去除量的43.7%和43.2%）为主，胞外吸附为辅（占Cd总去除量的13.0%）；对溶液中Pb的去除以表面吸附（占总Pb去除量的53.2%）为主，表面沉淀和胞内累积为辅（分别占总Pb去除量的28.8%和18.0%）。扫描电镜分析发现，溶液Cd和Pb胁迫下PSB32菌体表面形成颗粒状沉积物，X射线衍射鉴定菌体表面的沉淀物为Cd3（PO4）2、Pb5（PO4）3Cl和Pb5（PO4）3OH；傅里叶红外光谱分析发现，-COOH、-OH、-NH2等官能团和PO43-、SO42-等阴离子基团参与菌体对溶液中Cd和Pb的表面络合；盆栽试验中，PSB32导致不同污染程度土壤（污染农田、尾矿、矿渣）残渣态Cd比例提高5.90%～9.43%，可还原态Pb比例降低7.2%～18.8%；有效磷含量增加3.00%～18.7%；促进玉米生物量增加25.7%～82.2%，污染农田和尾矿土壤中玉米茎叶Cd含量增加61.90%和32.91%，矿渣上玉米根系Cd、Pb含量显著增加365%和35.3%。总之，这株解磷细菌具有生物去除溶液镉铅，增加土壤Cd有效性及增强植物耐性的生态功能，可为重金属污染土壤的生物修复提供潜在菌种资源。
解磷细菌（Phosphorus-solubilizing bacteria，PSB）普遍存在于重金属污染土壤中，但关于PSB对土壤重金属及作物生长的影响仍了解有限。采用一株分离自云南高原玉米根际耐受镉（Cd）、铅（Pb）的解磷细菌——芽孢杆菌（Bacillus sp.）PSB32，研究其对溶液中Cd、Pb的去除及污染土壤中玉米（Zea mays L.）生长的影响与机制。结果表明，溶液Cd和Pb胁迫下，PSB32对溶液中Cd的去除以胞内累积和表面沉淀（分别占Cd总去除量的43.7%和43.2%）为主，胞外吸附为辅（占Cd总去除量的13.0%）；对溶液中Pb的去除以表面吸附（占总Pb去除量的53.2%）为主，表面沉淀和胞内累积为辅（分别占总Pb去除量的28.8%和18.0%）。扫描电镜分析发现，溶液Cd和Pb胁迫下PSB32菌体表面形成颗粒状沉积物，X射线衍射鉴定菌体表面的沉淀物为Cd3（PO4）2、Pb5（PO4）3Cl和Pb5（PO4）3OH；傅里叶红外光谱分析发现，-COOH、-OH、-NH2等官能团和PO43-、SO42-等阴离子基团参与菌体对溶液中Cd和Pb的表面络合；盆栽试验中，PSB32导致不同污染程度土壤（污染农田、尾矿、矿渣）残渣态Cd比例提高5.90%～9.43%，可还原态Pb比例降低7.2%～18.8%；有效磷含量增加3.00%～18.7%；促进玉米生物量增加25.7%～82.2%，污染农田和尾矿土壤中玉米茎叶Cd含量增加61.90%和32.91%，矿渣上玉米根系Cd、Pb含量显著增加365%和35.3%。总之，这株解磷细菌具有生物去除溶液镉铅，增加土壤Cd有效性及增强植物耐性的生态功能，可为重金属污染土壤的生物修复提供潜在菌种资源。
摘要:
为探究生物质炭不同施用深度与种植模式耦合下对土壤碳库、作物产量的影响，利用2019年建立的定位试验，以不施生物质炭处理为对照（CK），种植模式为主区，生物质炭施用方式为副区，设置大豆-玉米轮作（SM），大豆连作（S）、玉米连作（M）三种种植模式，以及生物质炭0～20 cm混施（B1）、0～40 cm混施（B2）两种生物质炭施用处理，2023年采集0～20 cm、20～40 cm成熟期土壤，测定土壤碳组分、腐殖质及作物产量。结果表明，轮作土壤有机质、微生物生物量碳等碳组分含量显著高于连作，大豆连作有机质显著高于玉米连作；4 500 kg·hm-2生物质炭对0～20 cm土壤有机质含量无显著影响，但提高0～20 cm微生物生物量碳（增加11.3%～33.7%），优化腐殖质（胡敏酸含量增加6.7%～25.7%、富里酸含量减少0.4%～22.5%），提高作物产量（大豆增产24.2%～32.4%，玉米增产13.0%～24.3%）；轮作与生物质炭协同作用下，微生物生物量碳含量提高22.8%～33.7%，可溶性有机碳含量提高17.6%～31.1%，易氧化态有机碳含量提高14.9%～26.6%，胡敏酸（HA）含量提高14.5%，富里酸（FA）含量提高11.8%～15.5%，腐殖化PQ值（HA/（HA+FA））提高11.7%～17.4%。综上，生物质炭耦合轮作有利于改善土壤碳库，提升碳活性、优化腐殖质并增产，有望在未来农业生产和土壤环境改善中发挥重要作用。
为探究生物质炭不同施用深度与种植模式耦合下对土壤碳库、作物产量的影响，利用2019年建立的定位试验，以不施生物质炭处理为对照（CK），种植模式为主区，生物质炭施用方式为副区，设置大豆-玉米轮作（SM），大豆连作（S）、玉米连作（M）三种种植模式，以及生物质炭0～20 cm混施（B1）、0～40 cm混施（B2）两种生物质炭施用处理，2023年采集0～20 cm、20～40 cm成熟期土壤，测定土壤碳组分、腐殖质及作物产量。结果表明，轮作土壤有机质、微生物生物量碳等碳组分含量显著高于连作，大豆连作有机质显著高于玉米连作；4 500 kg·hm-2生物质炭对0～20 cm土壤有机质含量无显著影响，但提高0～20 cm微生物生物量碳（增加11.3%～33.7%），优化腐殖质（胡敏酸含量增加6.7%～25.7%、富里酸含量减少0.4%～22.5%），提高作物产量（大豆增产24.2%～32.4%，玉米增产13.0%～24.3%）；轮作与生物质炭协同作用下，微生物生物量碳含量提高22.8%～33.7%，可溶性有机碳含量提高17.6%～31.1%，易氧化态有机碳含量提高14.9%～26.6%，胡敏酸（HA）含量提高14.5%，富里酸（FA）含量提高11.8%～15.5%，腐殖化PQ值（HA/（HA+FA））提高11.7%～17.4%。综上，生物质炭耦合轮作有利于改善土壤碳库，提升碳活性、优化腐殖质并增产，有望在未来农业生产和土壤环境改善中发挥重要作用。
摘要:
土壤氮素初级转化过程是生态系统氮循环的基本与关键环节。为阐明不同土壤氮素初级转化速率的差异特征与调控机制，选取中国三种典型生态系统的七种土壤，分别来自林地（长沙、林芝、重庆）、草地（多伦、巴音布鲁克）和旱地（上庄、曲周），采用15N同位素稀释技术结合示踪模型，开展室内短期培养试验，评估了主要的土壤氮素转化过程的初级速率。结果表明，氮素矿化、固持和自养硝化是首要的转化过程。林地、草地和旱地的土壤氮初级矿化速率、初级固定速率和初级硝化速率均无显著差异。其平均速率（±标准差）分别为：初级矿化速率1.40±1.31、2.07±1.46和1.83±0.01 mg·kg-1·d-1（以N计，下同）；初级固定速率4.24±3.04、6.93±3.79和5.54±2.00 mg·kg-1·d-1；初级硝化速率1.47±1.30、3.75±1.86和5.26±2.52 mg·kg-1·d-1。不同土壤之间的初级矿化速率、初级硝化速率、惰性有机氮库的矿化速率与固定速率、自养硝化速率、氮素转化速率存在普遍的显著性差异，这些差异受土壤理化性质与环境因子的显著影响。相关性分析表明，初级矿化速率与土壤有机碳显著正相关（P < 0.05），与土壤容重显著负相关；初级硝化速率与土壤盐度呈显著正相关。综上，在全球变化背景下，阐明区域尺度氮素转化特征与调控机制，应采用多尺度、多因子的综合视角，系统考虑土地利用类型、土壤性质与环境条件的耦合效应，以提升生态系统氮素动态模拟与环境风险预测的科学性与准确性。
土壤氮素初级转化过程是生态系统氮循环的基本与关键环节。为阐明不同土壤氮素初级转化速率的差异特征与调控机制，选取中国三种典型生态系统的七种土壤，分别来自林地（长沙、林芝、重庆）、草地（多伦、巴音布鲁克）和旱地（上庄、曲周），采用15N同位素稀释技术结合示踪模型，开展室内短期培养试验，评估了主要的土壤氮素转化过程的初级速率。结果表明，氮素矿化、固持和自养硝化是首要的转化过程。林地、草地和旱地的土壤氮初级矿化速率、初级固定速率和初级硝化速率均无显著差异。其平均速率（±标准差）分别为：初级矿化速率1.40±1.31、2.07±1.46和1.83±0.01 mg·kg-1·d-1（以N计，下同）；初级固定速率4.24±3.04、6.93±3.79和5.54±2.00 mg·kg-1·d-1；初级硝化速率1.47±1.30、3.75±1.86和5.26±2.52 mg·kg-1·d-1。不同土壤之间的初级矿化速率、初级硝化速率、惰性有机氮库的矿化速率与固定速率、自养硝化速率、氮素转化速率存在普遍的显著性差异，这些差异受土壤理化性质与环境因子的显著影响。相关性分析表明，初级矿化速率与土壤有机碳显著正相关（P < 0.05），与土壤容重显著负相关；初级硝化速率与土壤盐度呈显著正相关。综上，在全球变化背景下，阐明区域尺度氮素转化特征与调控机制，应采用多尺度、多因子的综合视角，系统考虑土地利用类型、土壤性质与环境条件的耦合效应，以提升生态系统氮素动态模拟与环境风险预测的科学性与准确性。
摘要:
近地层臭氧（O3）浓度升高可以降低稻田甲烷（CH4）排放，但其对稻田土壤CH4产生过程的影响机制尚不明晰。本研究以长三角地区主栽水稻品种“南粳9108”为试验材料，利用开顶气室（Open Top Chamber，OTC），设置环境大气（NF）和环境大气+40 nmol·mol-1 O3（NF40）处理。通过采集水稻典型生育期（灌浆期和成熟期）根际土壤，开展微宇宙培养试验，并同步测定水稻根系形态特征、土壤碳组分、微生物丰度及产甲烷菌群落结构，系统分析O3浓度升高对稻田土壤CH4产生过程的调控机制。结果表明，与NF处理相比，O3浓度升高抑制水稻灌浆期根系的比根长和比根面积，提高水稻成熟期根际土壤有机碳稳定性；同时改变根际土壤产甲烷菌群落结构，降低乙酸营养型产甲烷菌相对丰度，增加氢营养型产甲烷菌相对丰度。O3浓度升高降低稻田根际土壤CH4产生速率38.1%～46.8%，其中，乙酸型途径CH4产生速率降低66.6%～68.1%，而氢型途径CH4产生速率增加6.1%～24.7%。本研究从水稻根系性状—土壤碳稳定性—产甲烷菌群落结构的耦合角度，系统阐明了O3浓度升高对稻田根际土壤CH4产生过程的调控机制，为预测未来O3污染背景下农业生态系统CH4排放响应提供重要的过程依据。
近地层臭氧（O3）浓度升高可以降低稻田甲烷（CH4）排放，但其对稻田土壤CH4产生过程的影响机制尚不明晰。本研究以长三角地区主栽水稻品种“南粳9108”为试验材料，利用开顶气室（Open Top Chamber，OTC），设置环境大气（NF）和环境大气+40 nmol·mol-1 O3（NF40）处理。通过采集水稻典型生育期（灌浆期和成熟期）根际土壤，开展微宇宙培养试验，并同步测定水稻根系形态特征、土壤碳组分、微生物丰度及产甲烷菌群落结构，系统分析O3浓度升高对稻田土壤CH4产生过程的调控机制。结果表明，与NF处理相比，O3浓度升高抑制水稻灌浆期根系的比根长和比根面积，提高水稻成熟期根际土壤有机碳稳定性；同时改变根际土壤产甲烷菌群落结构，降低乙酸营养型产甲烷菌相对丰度，增加氢营养型产甲烷菌相对丰度。O3浓度升高降低稻田根际土壤CH4产生速率38.1%～46.8%，其中，乙酸型途径CH4产生速率降低66.6%～68.1%，而氢型途径CH4产生速率增加6.1%～24.7%。本研究从水稻根系性状—土壤碳稳定性—产甲烷菌群落结构的耦合角度，系统阐明了O3浓度升高对稻田根际土壤CH4产生过程的调控机制，为预测未来O3污染背景下农业生态系统CH4排放响应提供重要的过程依据。
摘要:
生物固氮可将惰性氮气转化为植物可利用态氮，是维持土壤氮素循环和支撑农业生态系统生产力的核心环节。本研究旨在阐明大气CO2浓度升高影响稻田土壤生物固氮过程的微生物驱动机制，为气候变化背景下稻田氮循环优化和农业可持续氮管理提供科学依据。利用基于开顶式气室的CO2浓度自动调控平台，设置CK（环境CO2浓度）和EC（环境CO2浓度升高200 μmol·mol-1）2个处理，通过微宇宙培养、实时荧光定量PCR、高通量测序等技术分析稻田土壤理化性质、固氮潜势（NFP）、固氮菌（nifH基因）的丰度及群落组成等指标，探讨大气CO2浓度升高影响稻田生物固氮的微生物驱动机制。结果表明，就全生育期而言，与CK相比，EC处理使稻田土壤微生物生物量氮（MBN）含量显著升高3.3%，使土壤NH4+-N含量显著下降11.6%。同时，EC处理使稻田土壤的NFP和nifH基因丰度均显著增加。在水稻成熟期，EC处理的nifH基因群落结构较CK处理发生了显著变化。此外，稻田土壤TN含量与土壤NFP呈显著正相关，而土壤NFP由土壤MBN含量、土壤有机碳含量和nifH基因丰度综合调控。综上，大气CO2浓度升高通过增加土壤MBN含量和固氮菌的数量，从而使NFP增强并增加稻田土壤氮含量。
生物固氮可将惰性氮气转化为植物可利用态氮，是维持土壤氮素循环和支撑农业生态系统生产力的核心环节。本研究旨在阐明大气CO2浓度升高影响稻田土壤生物固氮过程的微生物驱动机制，为气候变化背景下稻田氮循环优化和农业可持续氮管理提供科学依据。利用基于开顶式气室的CO2浓度自动调控平台，设置CK（环境CO2浓度）和EC（环境CO2浓度升高200 μmol·mol-1）2个处理，通过微宇宙培养、实时荧光定量PCR、高通量测序等技术分析稻田土壤理化性质、固氮潜势（NFP）、固氮菌（nifH基因）的丰度及群落组成等指标，探讨大气CO2浓度升高影响稻田生物固氮的微生物驱动机制。结果表明，就全生育期而言，与CK相比，EC处理使稻田土壤微生物生物量氮（MBN）含量显著升高3.3%，使土壤NH4+-N含量显著下降11.6%。同时，EC处理使稻田土壤的NFP和nifH基因丰度均显著增加。在水稻成熟期，EC处理的nifH基因群落结构较CK处理发生了显著变化。此外，稻田土壤TN含量与土壤NFP呈显著正相关，而土壤NFP由土壤MBN含量、土壤有机碳含量和nifH基因丰度综合调控。综上，大气CO2浓度升高通过增加土壤MBN含量和固氮菌的数量，从而使NFP增强并增加稻田土壤氮含量。
摘要:
凋落物质量是调控土壤激发效应强度与方向的关键因素。然而，当前同一植物不同器官或是同一器官不同碳氮比（C/N）凋落物输入是否对土壤激发效应产生差异化影响，及其潜在作用机制仍不清楚。为此，以13C标记闽楠（Phoebe bournei）幼苗为研究材料，通过施肥与不施肥处理获取低、高C/N比的叶、茎和根凋落物，探讨其对土壤激发效应的影响，并结合土壤微生物生物量碳氮、关键酶活性及有效氮（铵态氮+硝态氮）等指标解析其调控机制。结果表明，经过180 d培养，高、低C/N比叶及低C/N比根添加均抑制了土壤有机碳（SOC）矿化，矿化量分别减少11.09%、9.05%和8.07%，诱导明显的负激发效应，其余处理并未引起明显的激发效应。闽楠同一器官不同C/N比的影响主要集中在培养前8 d，表现为高C/N比凋落物较低C/N比凋落物诱发更强的负激发效应。这是由于高C/N比凋落物输入导致微生物氮固持，降低土壤有效氮，抑制微生物活性，从而减少SOC分解。培养后期，不同C/N比凋落物对微生物生物量碳及碳代谢相关酶活性的影响不显著，因而C/N比对土壤激发效应的影响随之减弱。不同器官凋落物中，叶凋落物引起的负激发强于根凋落物。叶添加引起的负激发效应强度随时间推移减弱，根添加则持续诱导负激发，茎添加引起的激发效应在正负间波动，累积效应未引起SOC分解显著变化。综上，闽楠凋落物输入对土壤激发效应的影响因器官而异，C/N比的影响主要集中在分解初期。叶凋落物主要通过降低土壤有效氮而抑制微生物活性，减少SOC分解；低C/N比根则因木质素含量高、可利用性低，使微生物受碳限制，进而减少SOC分解。
凋落物质量是调控土壤激发效应强度与方向的关键因素。然而，当前同一植物不同器官或是同一器官不同碳氮比（C/N）凋落物输入是否对土壤激发效应产生差异化影响，及其潜在作用机制仍不清楚。为此，以13C标记闽楠（Phoebe bournei）幼苗为研究材料，通过施肥与不施肥处理获取低、高C/N比的叶、茎和根凋落物，探讨其对土壤激发效应的影响，并结合土壤微生物生物量碳氮、关键酶活性及有效氮（铵态氮+硝态氮）等指标解析其调控机制。结果表明，经过180 d培养，高、低C/N比叶及低C/N比根添加均抑制了土壤有机碳（SOC）矿化，矿化量分别减少11.09%、9.05%和8.07%，诱导明显的负激发效应，其余处理并未引起明显的激发效应。闽楠同一器官不同C/N比的影响主要集中在培养前8 d，表现为高C/N比凋落物较低C/N比凋落物诱发更强的负激发效应。这是由于高C/N比凋落物输入导致微生物氮固持，降低土壤有效氮，抑制微生物活性，从而减少SOC分解。培养后期，不同C/N比凋落物对微生物生物量碳及碳代谢相关酶活性的影响不显著，因而C/N比对土壤激发效应的影响随之减弱。不同器官凋落物中，叶凋落物引起的负激发强于根凋落物。叶添加引起的负激发效应强度随时间推移减弱，根添加则持续诱导负激发，茎添加引起的激发效应在正负间波动，累积效应未引起SOC分解显著变化。综上，闽楠凋落物输入对土壤激发效应的影响因器官而异，C/N比的影响主要集中在分解初期。叶凋落物主要通过降低土壤有效氮而抑制微生物活性，减少SOC分解；低C/N比根则因木质素含量高、可利用性低，使微生物受碳限制，进而减少SOC分解。
摘要:
根际解磷细菌群落作为土壤磷素循环的重要功能类群，其丰度、群落组成和多样性的变化决定了土壤碱性磷酸酶（Alkaline phosphomonoesterase，ALP）活性和磷素有效性。为探讨不同生物培肥对旱地红壤解磷细菌群落和玉米产量的影响，基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的旱地红壤生物培肥长期定位试验（11年），选取化肥+有机肥（FO）、化肥+有机肥+解磷细菌（FOP）、化肥+有机肥+线虫（FON）、化肥+有机肥+解磷细菌+线虫（FOPN）4个处理，采用荧光定量PCR和高通量测序技术揭示生物培肥对根际解磷细菌群落、ALP活性和玉米产量的作用机制。结果表明：（1）与FO处理相比，生物培肥（FOP、FON、FONP）均显著改善了土壤肥力以及提升玉米产量，其中复合接种处理（FOPN）的效果最佳，土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）和玉米产量分别提高了8.1%、24.2%、30.5%、20.2%及39.7%。（2）生物培肥下，根际解磷细菌群落丰度显著增加，且存在显著的交互效应，而Shannon指数均低于FO处理；解磷细菌群落丰度与TN和AN呈显著正相关。（3）碱解氮、解磷细菌丰度及ALP活性是玉米产量的最重要驱动因子。结构方程模型表明，碱解氮不仅直接提升玉米产量，还通过增加解磷细菌丰度和提高ALP活性间接增加玉米产量。综上，生物培肥处理显著增加了解磷细菌丰度，解磷细菌丰度的变化可能是调控玉米磷吸收的潜在机制。生物培肥通过提升旱地红壤肥力，间接增加解磷细菌丰度和ALP活性，从而促进有机磷矿化及玉米生长。
根际解磷细菌群落作为土壤磷素循环的重要功能类群，其丰度、群落组成和多样性的变化决定了土壤碱性磷酸酶（Alkaline phosphomonoesterase，ALP）活性和磷素有效性。为探讨不同生物培肥对旱地红壤解磷细菌群落和玉米产量的影响，基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的旱地红壤生物培肥长期定位试验（11年），选取化肥+有机肥（FO）、化肥+有机肥+解磷细菌（FOP）、化肥+有机肥+线虫（FON）、化肥+有机肥+解磷细菌+线虫（FOPN）4个处理，采用荧光定量PCR和高通量测序技术揭示生物培肥对根际解磷细菌群落、ALP活性和玉米产量的作用机制。结果表明：（1）与FO处理相比，生物培肥（FOP、FON、FONP）均显著改善了土壤肥力以及提升玉米产量，其中复合接种处理（FOPN）的效果最佳，土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）和玉米产量分别提高了8.1%、24.2%、30.5%、20.2%及39.7%。（2）生物培肥下，根际解磷细菌群落丰度显著增加，且存在显著的交互效应，而Shannon指数均低于FO处理；解磷细菌群落丰度与TN和AN呈显著正相关。（3）碱解氮、解磷细菌丰度及ALP活性是玉米产量的最重要驱动因子。结构方程模型表明，碱解氮不仅直接提升玉米产量，还通过增加解磷细菌丰度和提高ALP活性间接增加玉米产量。综上，生物培肥处理显著增加了解磷细菌丰度，解磷细菌丰度的变化可能是调控玉米磷吸收的潜在机制。生物培肥通过提升旱地红壤肥力，间接增加解磷细菌丰度和ALP活性，从而促进有机磷矿化及玉米生长。
摘要:
土壤真核生物是生态系统健康的关键指示生物，其多样性和群落结构的变化可有效反映土壤质量演变。在基于高通量测序的真核生物多样性研究中，扩增引物的选择直接影响检测类群的序列数，从而决定生物多样性评估的准确性。本研究以宁波市7种典型城市土地利用类型的土壤为研究对象，针对两对广泛使用的18S-rRNA基因V4区引物（NF1F_18Sr2bR、TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R）进行扩增，并分析扩增子序列变体（ASVs）、操作分类单元（OTUs）两种生物信息学方法的差异，系统比较不同引物对土壤真核生物群落组成和多样性评估的影响。结果表明，在进行土壤真核生物多样性研究时，NF1F_18Sr2bR引物扩增的真核生物比例显著高于TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R。引物对土壤真核生物类群具有偏好性，在ASVs水平上，NF1F_18Sr2bR引物偏好原生生物、线虫、节肢动物以及环节动物。在OTUs水平上，TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R引物偏好原生生物和节肢动物；NF1F_18Sr2bR引物则偏好真菌、线虫和环节动物。其中，NF1F_18Sr2bR引物更适合用于稀有种的检测，其偏向扩增的真菌、线虫、环节动物的稀有种分别占各自总序列数的12.09%、38.31%、58.33%。TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R更适合用于共有种的检测，其测得不同用地之间的共有OTUs达到了804条，高于另一条引物。引物和分析方法共同决定了α多样性评估的差异，但其不能决定β多样性的变化以及环境因子对群落结构的影响。在α多样性方面，两条引物在ASVs水平上计算的α多样性在不同用地之间的差异均多于OTUs；在β多样性方面，OTUs水平上对群落多样性的解释度高于ASVs水平。本研究揭示了引物选择对土壤真核生物多样性评估的关键影响，未来需根据目标类群和研究目的合理选择引物及分析方法，以确保群落结构和多样性评估的准确性。
土壤真核生物是生态系统健康的关键指示生物，其多样性和群落结构的变化可有效反映土壤质量演变。在基于高通量测序的真核生物多样性研究中，扩增引物的选择直接影响检测类群的序列数，从而决定生物多样性评估的准确性。本研究以宁波市7种典型城市土地利用类型的土壤为研究对象，针对两对广泛使用的18S-rRNA基因V4区引物（NF1F_18Sr2bR、TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R）进行扩增，并分析扩增子序列变体（ASVs）、操作分类单元（OTUs）两种生物信息学方法的差异，系统比较不同引物对土壤真核生物群落组成和多样性评估的影响。结果表明，在进行土壤真核生物多样性研究时，NF1F_18Sr2bR引物扩增的真核生物比例显著高于TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R。引物对土壤真核生物类群具有偏好性，在ASVs水平上，NF1F_18Sr2bR引物偏好原生生物、线虫、节肢动物以及环节动物。在OTUs水平上，TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R引物偏好原生生物和节肢动物；NF1F_18Sr2bR引物则偏好真菌、线虫和环节动物。其中，NF1F_18Sr2bR引物更适合用于稀有种的检测，其偏向扩增的真菌、线虫、环节动物的稀有种分别占各自总序列数的12.09%、38.31%、58.33%。TAReuk454FWD1F_TAReukREV3R更适合用于共有种的检测，其测得不同用地之间的共有OTUs达到了804条，高于另一条引物。引物和分析方法共同决定了α多样性评估的差异，但其不能决定β多样性的变化以及环境因子对群落结构的影响。在α多样性方面，两条引物在ASVs水平上计算的α多样性在不同用地之间的差异均多于OTUs；在β多样性方面，OTUs水平上对群落多样性的解释度高于ASVs水平。本研究揭示了引物选择对土壤真核生物多样性评估的关键影响，未来需根据目标类群和研究目的合理选择引物及分析方法，以确保群落结构和多样性评估的准确性。
摘要:
为探明有机肥等氮替代化肥对稻田土壤微生物群落及水稻产量的影响，于2019—2023年在辽宁稻区开展定位试验，选用2个常规种植品种沈稻47（SD47）和沈稻505（SD505），在等氮、磷、钾条件下，设置全化肥处理（CF）、10%有机肥氮（N）替代化肥N（OR10）、20%有机肥N替代化肥N（OR20）、30%有机肥N替代化肥N（OR30）4个肥料处理。结果表明：（1）有机肥等氮替代通过增加有效穗数、结实率与千粒重实现水稻增产，以OR20处理产量最高；（2）有机肥等氮替代显著提升土壤耕层（0～20 cm）有机质、全氮及速效养分（碱解氮、有效磷、速效钾）含量，改善土壤肥力；（3）有机肥等氮替代显著提高根际与非根际土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶和硝酸还原酶活性，并提高根际土壤细菌群落Chao1指数与香农（Shannon）指数；（4）门水平上，有机肥等氮替代通过提高变形菌门、拟杆菌门等碳、氮循环相关功能菌群的相对丰度，降低酸杆菌门等贫营养型菌门丰度，优化根际与非根际土壤的细菌群落结构；（5）功能预测分析结果表明，有机肥处理提升了非根际土中转录、碳水化合物转运代谢功能，增强了根际土壤中氨基酸转运代谢、无机离子转运代谢、脂肪转运代谢等代谢途径。综上所述，在相同氮、磷、钾施用量下，有机肥等氮替代通过改变非根际与根际土壤微环境，增强碳、氮循环关键酶活性，优化土壤微生物群落结构，从而提升土壤养分有效性和供给能力，最终实现水稻增产。
为探明有机肥等氮替代化肥对稻田土壤微生物群落及水稻产量的影响，于2019—2023年在辽宁稻区开展定位试验，选用2个常规种植品种沈稻47（SD47）和沈稻505（SD505），在等氮、磷、钾条件下，设置全化肥处理（CF）、10%有机肥氮（N）替代化肥N（OR10）、20%有机肥N替代化肥N（OR20）、30%有机肥N替代化肥N（OR30）4个肥料处理。结果表明：（1）有机肥等氮替代通过增加有效穗数、结实率与千粒重实现水稻增产，以OR20处理产量最高；（2）有机肥等氮替代显著提升土壤耕层（0～20 cm）有机质、全氮及速效养分（碱解氮、有效磷、速效钾）含量，改善土壤肥力；（3）有机肥等氮替代显著提高根际与非根际土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶和硝酸还原酶活性，并提高根际土壤细菌群落Chao1指数与香农（Shannon）指数；（4）门水平上，有机肥等氮替代通过提高变形菌门、拟杆菌门等碳、氮循环相关功能菌群的相对丰度，降低酸杆菌门等贫营养型菌门丰度，优化根际与非根际土壤的细菌群落结构；（5）功能预测分析结果表明，有机肥处理提升了非根际土中转录、碳水化合物转运代谢功能，增强了根际土壤中氨基酸转运代谢、无机离子转运代谢、脂肪转运代谢等代谢途径。综上所述，在相同氮、磷、钾施用量下，有机肥等氮替代通过改变非根际与根际土壤微环境，增强碳、氮循环关键酶活性，优化土壤微生物群落结构，从而提升土壤养分有效性和供给能力，最终实现水稻增产。
摘要:
添加有机物料显著影响土壤微生物群落结构与多样性，但城市绿地土壤微生物对有机物料的响应尚不明确。采用尼龙网袋法，研究6种有机物料，包括园林绿化废弃物（绿废）、绿废堆肥、沼渣、沼渣堆肥、泥炭和生物炭，添加16个月后对城市绿地土壤理化性质、细菌和真菌群落特征及微生物网络关系的影响。结果表明，添加不同类型有机物料均提高城市绿地土壤电导率、有机碳和全氮含量，增幅分别为12.7%～49.0%、34.1%～87.0%和4.2%～14.7%。添加有机物料对细菌Alpha（α）多样性无影响，而显著促进真菌α多样性，土壤电导率是主要影响因子。子囊菌门（Ascomycota）是城市绿地土壤优势真菌，添加绿废和绿废堆肥处理土壤真菌群落显著区别于其他有机物料处理，pH和微生物生物量碳是影响真菌群落的重要因素；变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等为土壤优势细菌，添加沼渣和沼渣堆肥与其他处理土壤细菌群落明显分离，有机物料芳香度指数是驱动细菌群落差异的主要因子。共现网络分析获得6个模块，不同模块中物种相对丰度与有机物料芳香度指数和土壤养分有较强相关性，其中，模块2、3、4中的细菌群落相对丰度在沼渣和沼渣堆肥处理中最高，其与土壤溶解性有机碳、微生物生物量碳和全氮含量呈显著正相关关系，表明添加沼渣和沼渣堆肥能提高土壤养分有效性，刺激细菌数量及活性。综上，不同类型有机物料可通过影响城市绿地土壤理化性质改变微生物群落组成和互作关系，进而调控土壤碳循环，添加低芳香度指数有机物料有利于碳的分解和周转，高芳香度指数有机物料则可能促进碳的稳定与留存。研究结果对于评价有机废弃物资源化利用协同提升城市绿地土壤微生物多样性及功能具有重要意义。
添加有机物料显著影响土壤微生物群落结构与多样性，但城市绿地土壤微生物对有机物料的响应尚不明确。采用尼龙网袋法，研究6种有机物料，包括园林绿化废弃物（绿废）、绿废堆肥、沼渣、沼渣堆肥、泥炭和生物炭，添加16个月后对城市绿地土壤理化性质、细菌和真菌群落特征及微生物网络关系的影响。结果表明，添加不同类型有机物料均提高城市绿地土壤电导率、有机碳和全氮含量，增幅分别为12.7%～49.0%、34.1%～87.0%和4.2%～14.7%。添加有机物料对细菌Alpha（α）多样性无影响，而显著促进真菌α多样性，土壤电导率是主要影响因子。子囊菌门（Ascomycota）是城市绿地土壤优势真菌，添加绿废和绿废堆肥处理土壤真菌群落显著区别于其他有机物料处理，pH和微生物生物量碳是影响真菌群落的重要因素；变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和厚壁菌门（Firmicutes）等为土壤优势细菌，添加沼渣和沼渣堆肥与其他处理土壤细菌群落明显分离，有机物料芳香度指数是驱动细菌群落差异的主要因子。共现网络分析获得6个模块，不同模块中物种相对丰度与有机物料芳香度指数和土壤养分有较强相关性，其中，模块2、3、4中的细菌群落相对丰度在沼渣和沼渣堆肥处理中最高，其与土壤溶解性有机碳、微生物生物量碳和全氮含量呈显著正相关关系，表明添加沼渣和沼渣堆肥能提高土壤养分有效性，刺激细菌数量及活性。综上，不同类型有机物料可通过影响城市绿地土壤理化性质改变微生物群落组成和互作关系，进而调控土壤碳循环，添加低芳香度指数有机物料有利于碳的分解和周转，高芳香度指数有机物料则可能促进碳的稳定与留存。研究结果对于评价有机废弃物资源化利用协同提升城市绿地土壤微生物多样性及功能具有重要意义。
摘要:
探究土壤胞外酶活性沿海拔梯度的分布规律及其调控因素，对于理解微生物养分限制和代谢过程至关重要，并有助于预测土壤生物地球化学循环对全球变化的响应。然而，目前关于土壤胞外酶活性及其化学计量特征的海拔格局及其驱动机制的认识仍然有限。以广西金钟山黑颈长尾雉国家级自然保护区不同海拔梯度土壤为研究对象，探究土壤理化性质、胞外酶活性及微生物养分限制的海拔分布格局，分析影响微生物胞外酶活性及其化学计量的驱动因素。结果表明，（1）随着海拔的升高，土壤含水量、土壤养分含量、化学计量比及微生物生物量均增加，但土壤容重、pH和有效磷含量随海拔的增加而降低。（2）碳氮降解相关的β-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）的活性随海拔增加无明显变化规律，但酸性磷酸酶（ACP）先增后减，呈单峰型变化。酶矢量分析显示，中高海拔（1 429～ 1 691 m）矢量长度较大，微生物受碳限制增强；而矢量角度均大于45°，表明不同海拔的土壤微生物普遍受到磷元素限制。（3）与全球尺度和中国区域土壤酶活性数据对比发现，地处东部湿润区向西部半湿润半干旱区过渡带的金钟山土壤碳、氮、磷降解相关酶活性整体偏低，土壤微生物受氮和磷限制相对更严重；相较于湿润区土壤碳、氮、磷循环酶活性更低，但与干旱区相比，碳、磷循环酶活性相对更高。（4）曼特尔（Mantel）检验发现，土壤胞外酶活性及其化学计量与土壤含水量、硝态氮、微生物生物量氮含量等密切相关。冗余分析（RDA）表明，硝态氮和微生物生物量磷是影响土壤酶活性及其化学计量最重要的因子。（5）偏最小二乘法路径模型（PLS-PM）发现，土壤物理性质和微生物生物量对土壤酶活性造成直接影响，土壤物理性质、化学性质及微生物生物量对酶化学计量造成直接影响。综上，海拔主要通过影响土壤理化性质和微生物生物量进而影响土壤胞外酶活性及其化学计量。该研究结果有助于全球气候变化背景下山地森林生态系统土壤胞外酶活性及其化学计量特征对海拔响应机制的理解。
探究土壤胞外酶活性沿海拔梯度的分布规律及其调控因素，对于理解微生物养分限制和代谢过程至关重要，并有助于预测土壤生物地球化学循环对全球变化的响应。然而，目前关于土壤胞外酶活性及其化学计量特征的海拔格局及其驱动机制的认识仍然有限。以广西金钟山黑颈长尾雉国家级自然保护区不同海拔梯度土壤为研究对象，探究土壤理化性质、胞外酶活性及微生物养分限制的海拔分布格局，分析影响微生物胞外酶活性及其化学计量的驱动因素。结果表明，（1）随着海拔的升高，土壤含水量、土壤养分含量、化学计量比及微生物生物量均增加，但土壤容重、pH和有效磷含量随海拔的增加而降低。（2）碳氮降解相关的β-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）的活性随海拔增加无明显变化规律，但酸性磷酸酶（ACP）先增后减，呈单峰型变化。酶矢量分析显示，中高海拔（1 429～ 1 691 m）矢量长度较大，微生物受碳限制增强；而矢量角度均大于45°，表明不同海拔的土壤微生物普遍受到磷元素限制。（3）与全球尺度和中国区域土壤酶活性数据对比发现，地处东部湿润区向西部半湿润半干旱区过渡带的金钟山土壤碳、氮、磷降解相关酶活性整体偏低，土壤微生物受氮和磷限制相对更严重；相较于湿润区土壤碳、氮、磷循环酶活性更低，但与干旱区相比，碳、磷循环酶活性相对更高。（4）曼特尔（Mantel）检验发现，土壤胞外酶活性及其化学计量与土壤含水量、硝态氮、微生物生物量氮含量等密切相关。冗余分析（RDA）表明，硝态氮和微生物生物量磷是影响土壤酶活性及其化学计量最重要的因子。（5）偏最小二乘法路径模型（PLS-PM）发现，土壤物理性质和微生物生物量对土壤酶活性造成直接影响，土壤物理性质、化学性质及微生物生物量对酶化学计量造成直接影响。综上，海拔主要通过影响土壤理化性质和微生物生物量进而影响土壤胞外酶活性及其化学计量。该研究结果有助于全球气候变化背景下山地森林生态系统土壤胞外酶活性及其化学计量特征对海拔响应机制的理解。
