摘要:土壤有机碳是陆地生态系统中最大的碳库，在防治土壤退化、保育土壤健康和应对全球气候变化等方面发挥着关键作用。土壤矿物是土壤固相中的重要组成部分，其与土壤有机碳的相互作用直接影响着土壤界面活性、理化性质和肥力状况。矿物碳泵（mineral carbon pump, MnCP）概念强调了土壤矿物在活性有机碳固存中扮演着关键角色，阐述了矿物在土壤有机碳稳定过程中的功能定位。本文以矿物介导的土壤固碳过程为主线，系统梳理了MnCP的概念，详细介绍了MnCP介导的五种固碳机制、影响因素以及相关表征技术发展，并展望了MnCP框架下有待进一步探究的关键科学问题。

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。

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。

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。

摘要:腐殖质（humic substance，HS）作为农业生产中土壤养分组成的重要指标，在维护土壤地力、碳储存、植物营养及生态环境稳定性等方面具有重大战略意义。然而，由于HS的天然提取源不足，导致HS市场供给需求逐年攀升。鉴于木质素与HS的结构相似，能否采用人工腐殖化方法，精准调控大分子木质素的氧化分解或其小分子衍生物的自由基耦合，生成可媲美甚至超越商业HS作用和功效的类HS产品？该创造性思路对实现我国农业连续增产增收具有极大的经济价值和应用前景。本文简述了天然HS的结构特征和多功能属性，探讨了人工腐殖化的最新理念、方式和机理，对比了人工腐殖化产物与天然HS的差异性，并总结了人工腐殖化产品在农业实践中的潜在应用和价值，旨在为研究者攻克木质素及其衍生物人工腐殖化的科技瓶颈提供理论支撑和技术指导。

摘要:土壤团聚体是土壤的重要组成部分、土壤结构的基本单元,对土壤生态功能(如碳固存和养分保持等)的维持至关重要。团聚体的形成和稳定主要是通过土壤中矿物、有机质和生物间复杂的相互作用实现的,但其作用机制尚缺乏系统总结。回顾了一个世纪以来有关土壤团聚体的研究历程,梳理了土壤团聚体关键理论提出的历史节点,包括重要的发现和理论观点、主要的理论模型和评价土壤团聚体结构和稳定性的指标等,比较了团聚体的筛分方法及粒级划分依据,分别阐述了团聚体基本结构单元(矿物、有机质和生物及其衍生物)的作用机理,以及微团聚体和大团聚体形成和稳定机制。通过总结发现,尽管目前对影响团聚体形成和稳定的因素及其作用机制有较深入的探讨,但鲜有从稻田及滨水土壤系统的角度探讨pH和氧化还原变化过程对团聚体形成和稳定的影响机制。最后对土壤团聚体研究领域未来的发展进行展望,以期为土壤资源的可持续利用提供理论参考。

摘要:随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。

摘要:黄土疏松多孔且黄土区干旱少雨,汽态水可能在剖面水分运移中扮演重要角色。因此,了解非饱和带土壤水汽通量的循环运移规律,对实现干旱区水资源的可持续发展具有重要意义。基于黄土高原旱地苹果园剖面(0~200 cm)高频定位监测试验,采用水-汽-热-气耦合的STEMMUS(Simultaneous Transfer of Energy,Mass and Momentum in Unsaturated Soil)模型,探讨黄土剖面液态水和汽态水通量运移规律。结果表明:STEMMUS模型准确地再现了旱地苹果园剖面土壤水分(d介于0.81~0.98,NRMSE介于5.5%~15%)和土壤温度(d介于0.98~0.99,NRMSE介于1.4%~4.6%)的动态变化,对苹果树蒸发蒸腾量的模拟表现出良好的一致性(d介于0.92~0.96)。降雨对基质势梯度、温度梯度、液态水与汽态水通量均有显著影响,液态水与汽态水运移分别主要由基质势梯度与温度梯度驱动,且二者对土壤水分的最大补给深度在研究期内分别为100 cm和160 cm,表明土壤水通过向下的汽态水能够运移至更深层土壤。研究结果可增进对黄土剖面水分运移规律的认识。

摘要:中国土壤酸化呈现出全国普遍发生的趋势，对作物产量、农产品品质和生物多样性造成不利影响。自20世纪50年代以来，我国在酸性土壤方面开展了大量工作，取得显著成效，但因我国酸性土壤分布详情不明、土壤酸化机制存在争议、耐逆作物品种缺乏、作物酸害阈值不清、改良产品及技术落地性差等问题，酸性土壤利用仍受到极大限制。针对上述问题，绘制了新的中国土壤酸碱度图，明确了我国酸性土壤的分布详情，讨论了土壤酸化机制特别是氮肥与土壤酸化之间的关系，论述了土壤酸化的危害，解析了植物和微生物对酸性土壤的响应和适应机制，提出了分区分级分类改良、酸度改良和肥力提高并重、有机无机肥配施、发展特色农业等酸性土壤改良和利用策略，建议进一步加强酸性土壤新型改良剂、作物酸害阈值、氮肥高效利用、中微量元素、耐逆作物育种和土壤酸化模型等方面研究，以期为酸性土壤可持续利用提供支撑。

摘要:团聚体是土壤的基本组成单元，影响着土壤水、气、热及养分的保持和运移。胶结物质在团聚体形成过程中起关键作用，但不同类型胶结物质在土壤团聚体中所起作用与机理尚缺乏系统总结。本论文回顾了土壤团聚体相关的关键理论，梳理了不同地理环境与人为活动下土壤团聚体中胶结物质类型、形态、转化与作用机制，探讨了胶结物质对土壤团聚体结构与稳定性的影响，提出了胶结物质驱动的土壤团聚体自组织形成过程模型，阐明了土壤团聚体的形成与转化机制。最后对土壤团聚体研究领域未来的发展进行展望，特别是在土壤团聚体的原位分析方法、土壤团聚体形成过程的定量化描述、土壤团聚体稳定性在景观尺度上的空间结构、良好土壤结构体培育的产品与技术研发等方面还有待加强。这些工作的开展将对培育良好土壤团聚体、揭示土壤物质循环与演化过程、提高土壤质量和生产力等具有重要的科学意义和生产实践价值。