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    新视角与前沿
    • 东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望

      韩晓增,邹文秀

      2021,58(6):1341-1358, DOI: 10.11766/trxb202102280114

      摘要:

      中国东北黑土是世界上最肥沃、垦殖时间较短的土壤类型之一,在保障国家粮食安全中具有非常重要的地位。本文在总结东北黑土地概况(定义、分布、土壤类型和垦殖时间)的基础上,梳理了东北黑土地的研究足迹,并提出了未来东北黑土地科技研发的方向。东北黑土地包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤6种土壤类型,主要分布在辽河平原、松嫩平原和三江平原。自然黑土肥力较高,但是开垦后受生态系统改变和人类活动的双重驱动,土壤肥力发了巨大变化,土壤有机质含量在垦殖初期(约30a)迅速下降,开垦50a后下降速度趋于稳定;侵蚀区黑土层受风蚀和水蚀等影响出现了不同程度的流失。有机培肥、轮作、等高种植等技术措施已经被广泛应用于黑土培肥与水土流失防治。黑土层是黑土地的标志性土层,是黑土地肥力的核心。基于黑土层保护的东北黑土地保护利用建议从以下3方面开展科学研究:(1)解析人类活动下的黑土层厚度及颜色变化过程和驱动机制,探索现代农业管理方式下维持和增加黑土层厚度的技术途径;(2)针对东北黑土地6种土壤类型耕地限制粮食生产能力的主控因子,因地制宜建立以“肥沃耕层构建”、“障碍性土层消减”和“控蚀固土增肥”为核心的东北黑土地保护利用技术模式,研发相关配套技术,探索模式的适应性及应用效果和机理;(3)以长坡为研究对象建立水土流失观测场,集中研发坡耕地控制面蚀和沟蚀的新技术和新模式。

    综述与评论
    • 病原青枯菌土壤存活的影响因素研究进展

      马超,杨欣润,江高飞,张勇,周开胜,韦中

      2021,58(6):1359-1367, DOI: 10.11766/trxb202008140252

      摘要:

      土传青枯病是一种毁灭性的细菌性病害,广泛分布于热带、亚热带和温带地区,严重威胁世界粮食安全。病原青枯菌主要从土壤中侵染作物根系,其在土壤中存活能力强,因此防治极为困难。明确病原青枯菌土壤存活的关键影响因素有助于创建高效阻控土传青枯病的技术。国内外学者在青枯菌土壤存活方面开展了大量研究,但由于影响青枯菌土壤存活的因素复杂,而相关研究多围绕单一因素展开,缺乏针对青枯菌土壤存活规律和影响因素的系统性认识。本文系统梳理了青枯菌的自身特性(基因、行为和代谢产物)及土壤生物、非生物因素对其在土壤中存活的影响,阐明了青枯菌在寄主存在时土体存活、向寄主根表方向运动迁移时根际存活以及入侵寄主根系时根表存活的主要影响因子,以期为土传青枯病的高效阻控提供参考。

    • 城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异:研究进展与展望

      李敏,陈利顶,杨小茹,赵方凯,孙龙,许申来,杨磊

      2021,58(6):1368-1380, DOI: 10.11766/trxb202007110387

      摘要:

      土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。

    • 秸秆还田下土壤有机质激发效应研究进展

      张叶叶,莫非,韩娟,温晓霞,廖允成

      2021,58(6):1381-1392, DOI: 10.11766/trxb202006260259

      摘要:

      土壤有机质是农田肥力的基础与核心,对作物产量、农业环境,甚至地球碳循环意义重大。作物秸秆作为农田土壤有机碳库的重要外部补充,其还田过程对土壤有机碳周转和碳库平衡具有显著影响。激发效应是一种因新鲜有机质输入而导致土壤本底有机质矿化速率发生改变的现象。秸秆还田导致的土壤有机质分解激发,不仅涉及到秸秆资源化高效利用,还直接关系到农田土壤碳库的平衡及其功能,因此备受科学界关注。尽管对外源有机质输入引起的土壤有机质激发效应的理论研究已取得了较大进展,但如何结合最新的理论结果到秸秆还田固碳减排的生产实践中仍面临着较大的挑战,这主要归结于对农田土壤有机质分解激发效应的发生特点和规律,及其背后的土壤、气候、管理等相关的驱动因子和过程还未完全明确。据此,本文首先对土壤有机质分解激发效应发生的理论研究进展(包括:共代谢理论、氮矿化理论、化学计量比和微生物残体再利用)进行了系统综述。其次,结合已有的研究证据和理论假设进一步概述了秸秆还田过程中影响激发强度和方向的潜在驱动因素,如:秸秆类型和数量、还田方式、水肥管理、土壤属性、气候因子等。最后,从秸秆还田的高效性、农田碳库的可持续和农业环境的友好性出发,对秸秆还田土壤有机质分解激发的潜在研究方向进行了展望,并就秸秆还田改善土壤碳库的优化措施提出了建议。

    • 糖醇螯合肥在农业上的应用研究进展

      李腾升,魏倩倩,黄明丽,耿存珍,刘可忠,颜冬云

      2021,58(6):1393-1403, DOI: 10.11766/trxb202005180245

      摘要:

      糖醇是许多植物的光合作用初产物,在植物体内具有多种生物学效应,作为配体合成的糖醇螯合肥能促进钙、硼等营养元素在植株韧皮部迁移,该特性使其在农业生产中备受关注,但是糖醇螯合肥在我国的发展仍处于初始阶段,其科学研究远滞后于实际应用,根源在于当前的研究侧重糖醇螯合肥的作物效应,较少关注施用糖醇螯合肥对土壤环境及根际、叶际微生物造成的生态影响。同时,既往的研究通常忽略糖醇配体在生物体内的作用,且应用的糖醇螯合肥多为混合物,难以明确是糖醇、糖醇螯合物或按一定比例合成的混合物对作物生长起到关键作用。此外,由于糖醇螯合物的螯合机理不明,难以利用有效手段对其进行定性与定量分析,也阻碍了糖醇螯合肥的肥效机理研究。基于此,本文简要阐述了糖醇螯合技术及糖醇螯合肥的优势,并概述了糖醇配体在植物体内的生物学效应,通过当前糖醇螯合肥的应用现状指出糖醇螯合肥应用研究和开发中的不足,旨在为糖醇螯合肥的发展提供技术依据与发展方向。

    研究论文
    • 西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

      周旗,赵景波,苏敏,王晓宁,马延东,楚纯洁

      2021,58(6):1404-1415, DOI: 10.11766/trxb202002200055

      摘要:

      为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了黄土塬区罕见的3个层次的全新世中期古土壤,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化及沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。

    • 模拟降雨条件下坡度对关中地区塿土溅蚀的影响

      王子轩,吴发启

      2021,58(6):1416-1422, DOI: 10.11766/trxb202003130116

      摘要:

      为掌握关中地区坡耕地上坡度对溅蚀量以及溅蚀距离的影响,深入探究不同坡度对单位面积溅蚀量影响的潜在机理。以陕西关中地区塿土为研究对象,选用5个具有不同坡度(0°,5°,10°,15°,20°)的装土槽进行单位面积土坡的模拟。使用针头式模拟降雨机进行模拟降雨试验,通过溅蚀收集装置对模拟降雨结束后的不同方向和不同距离范围的溅蚀量进行收集。结果表明:在0~20°坡度范围内,溅蚀总分散量,溅蚀净搬运量以及向下坡溅蚀量随着坡度的增大呈现出不同的上升趋势。向上坡溅蚀量在0~15°范围内呈减少趋势,在15~20°范围内呈增加趋势。溅蚀距离随着坡度的增大而增大。研究结果对深入探究溅蚀的潜在机理有着重要作用。

    • 不同整地措施坡面土壤水分时空分布特征

      程谅,焦雄,邸涵悦,熊翱宇,郭忠录

      2021,58(6):1423-1435, DOI: 10.11766/trxb202002270076

      摘要:

      了解不同整地措施的梯田果园土壤水分的时空异质性及影响机制对提升林果产业发展具有重要意义。以赣南小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型的土地利用结构坡面(优化整地坡面、粗放整地坡面、未整地荒草地坡面)和4种土地利用类型(优化整地果园、粗放整地果园、荒草地、农地)为研究对象,研究其在0~100 cm土壤剖面上的水分时空分布特征及主控地形因子。结果表明:不同土地利用类型土壤含水量在雨季表现为农地>粗放整地果园>优化整地果园>荒草地,果园之间无显著差异,其他土地利用之间差异均显著(P<0.05);在旱季为农地>优化整地果园>粗放整地果园>荒草地,荒草地和粗放整地果园土壤含水量大幅降低,要显著低于优化整地果园(P<0.05)。在不同坡位,雨季与旱季土壤含水量从坡顶到坡脚均表现为逐渐升高趋势,且坡上、中、下部位的差异均很小。通过冗余分析也发现雨季和旱季土壤水分异质性的主控因子分别为坡位和土地利用类型(P<0.01),均通过表层(0~20 cm)土壤来影响水分分布。整地措施对坡面土壤水分的空间异质性提升明显,且显著提升了坡面在雨季对降雨的入渗能力,同时优化整地措施显著提升了梯田表层土壤在旱季的蓄水保水能力。研究结论可为区域内整地措施空间布局优化以及水土流失的综合治理提供理论依据。

    • 不同退耕年限干旱绿洲植被群落及灰棕漠土特性变化

      王理德,田青,郭春秀,吴昊,宋达成,何芳兰,何洪盛

      2021,58(6):1436-1447, DOI: 10.11766/trxb202003160121

      摘要:

      为了探讨不同退耕年限对植被恢复及土壤特性的影响,选择民勤绿洲不同年代退耕地(1,2,4,8,13,20,30,40年)和耕地(对照CK)为研究对象,运用时空替代法,测定并系统分析其植被组成、土壤理化特性、土壤微生物特性和土壤酶活性。结果表明:在40年退耕地植被自然演替过程中,9个样地(包括一个CK)的所有样方中共出现43种植物,植被群落由一年生草本植物逐渐演替为单一的灌木,表现出较强的连续性与递进性。随着退耕年限的增加土壤含水率呈先降再升后降的趋势,总体呈倒“N”字型变化。土壤容重总体表现为逐渐减小;土壤粒径变化规律不明显,各样地细砂粒占比最大,黏粒最少;土壤全氮、速效钾、土壤有机质含量及土壤微生物量碳呈先上升后下降趋势,速效磷含量变化不明显,但是变化幅度较大;细菌与放线菌数量不同程度的减少,细菌是土壤中主要的微生物类群,最大数量达到611.46×105 cfu.g-1;土壤酶活性随退耕年限延长呈波动式下降。随着土层深度增加,土壤容重、土壤养分及土壤微生物总体表现为逐渐减小,表聚现象明显;通过退耕地聚类谱系图可以推断出退耕第4年是民勤绿洲退耕地恢复治理的关键时期。

    • 四川盆地沙溪庙组地层(J2s)岩石发育土壤的系统分类研究

      余星兴,袁大刚,陈剑科,付宏阳

      2021,58(6):1448-1459, DOI: 10.11766/trxb202003020084

      摘要:

      地理发生分类的紫色土在中国土壤系统分类中的归属一直受到高度关注,以四川盆地分布最为广泛的侏罗系沙溪庙组地层岩石发育的土壤为研究对象,在对19个典型剖面的成土条件、剖面形态特征和土壤理化性质分析的基础上,根据《中国土壤系统分类检索(第三版)》,确定了供试土壤的诊断层和诊断特性及其在中国土壤系统分类中的高级类别。结果表明,供试土壤归属于3个土纲、3个亚纲、7个土类和12个亚类;色卡确定的颜色上满足“紫色砂、页岩岩性特征”的剖面仅7个;但若在原颜色定义上增加“或色调为2.5YR~5YR,干态明度为4~6,干态彩度为3~4”条件,则有11个剖面的色卡定色符合“紫色砂、页岩岩性特征”,3个剖面的仪器定色符合该特征。

    • 煤矸石和钙结石对植物生长和土壤含水量的影响

      米美霞,邵明安,武小刚,陈玉鹏

      2021,58(6):1460-1471, DOI: 10.11766/trxb202012110682

      摘要:

      确定煤矸石和钙结石对植物生长和土壤水分变化的影响,是准确量化黄土高原地区土壤含水量和科学制定植被恢复策略的基础。通过小区试验,将土壤分别与煤矸石和钙结石混合后(碎石含量为300 g·kg-1)填装至2 m3的地下小区中,以不含碎石土壤为对照,种植柠条(Caragana Korshinskii Kom.)和苜蓿(Medicago sativa.),定期观测植物生长指标和含水量。结果表明:(1)煤矸石对植物生长具有抑制作用,钙结石则无显著影响。含煤矸石土壤中柠条和苜蓿累积生物量较无碎石土壤中分别低47%和21%,较含钙结石土壤中分别低45%和24%。苜蓿对含煤矸石土壤的适应性优于柠条。(2)介质类型对土壤含水量变化的影响较植物类型更为显著,含煤矸石土壤含水量显著高于其他两种介质,30~50 cm土层深度差异更显著。(3)柠条小区中,含煤矸石土壤与钙结石土壤中蒸散量的差值分别占土壤平均储水量的12%和23%。苜蓿小区中,含煤矸石、钙结石土壤与无碎石土壤中蒸散量的差值分别占土壤平均储水量的-11%和11%。可见,煤矸石和钙结石对土壤水分损失的抑制作用不同,随植物种类而变化。在预测区域土壤含水量时,煤矸石和钙结石对含水量的影响不可忽略,尤其在植被生长条件下。

    • 喀斯特坡地浅层岩溶裂隙土壤团聚体稳定性与养分垂向变化特征

      熊佰炼,高扬,彭韬,颜雄

      2021,58(6):1472-1485, DOI: 10.11766/trxb202006300351

      摘要:

      浅层岩溶裂隙(SKF)为植物提供生长空间、水分和养分,是石漠化地区的重要生境类型。以矩形和漏斗形SKF剖面为研究对象,采用干、湿筛分法和Le Bissonnais法,分析了不同土层土壤团聚体稳定性特征和破坏机理,测定了团聚体中土壤有机质(SOM)、碱解氮(AHN)和有效磷(AP)的含量。结果表明:SKF剖面粒径>0.25 mm的团聚体均超过90%,PAD值范围为0.01%~4.75%。干、湿筛作用下,MWD值变化范围分别为4.63~7.69 mm和1.33~4.24 mm,团聚体分形维数D范围分别为1.57~2.18和1.55~2.15。SKF土壤团聚体的稳定性随剖面深度加深而降低,矩形SKF土壤团聚体的稳定性要强于漏斗形SKF,快速湿润产生的消散作用是造成团聚体破碎的主要机制。团聚体破坏率(PAD)、团聚体分形维数(D)和平均重量直径(MWD)这三类指标均表明,SKF土壤团聚体水稳定性、通透性均较好。SKF剖面30 cm以下土层,团聚体SOM、AHN和AP含量相较0~20 cm土层大幅下降,含量范围分别为13.27±0.94~37.53±3.47 g·kg-1、71.58±3.27~198.54±22.63 mg·kg-1和0.15±0.03~0.38±0.10 mg·kg-1,土壤AP十分贫乏。SKF形态会影响SOM含量随土层深度的变化,矩形SKF 30 cm以下土层含量随深度加深而降低,而漏斗形SKF则没有显著性差异。随土层深度加深,矩形和漏斗形SKF剖面AP含量的变化趋势一致,AHN含量的变化趋势则与SKF形态之间没有明显关联。SOM、AHN和AP含量越高,SKF剖面团聚体水稳定性越强。

    • 有机肥长期施用对设施土壤全镉和有效态镉含量的影响

      段海芹,秦秦,吕卫光,薛永,孙丽娟,宋科

      2021,58(6):1486-1495, DOI: 10.11766/trxb202003030088

      摘要:

      应用长期田间定位试验方法,比较研究了长期有机肥不同施肥方式(不施肥、有机肥常量、有机肥减量及有机肥减量配施化肥)对设施土壤镉(Cd)全量及有效态含量的影响,同时考察了其对土壤特性的影响及二者的相关性。结果表明:与不施肥的设施土壤(对照)相比,长期定量施用有机肥土壤表层(0~20 cm)Cd全量显著降低,且随着施用量下降,该效果更显著,但对亚表层(20~40 cm)Cd全量无显著影响。长期施用有机肥会提高设施土壤表层Cd有效态含量,特别是0~10 cm土壤有效态Cd含量显著高于对照,但与有机肥常量处理相比,有机肥减量和有机肥减量配施化肥处理土壤有效态Cd含量分别显著降低了17.56%和14.04%;同时,有机肥减量配施化肥对设施土壤有机质、全氮、表层有效磷均有大幅提升,且pH偏高于有机肥常量。相关分析表明,设施土壤有机质、有效磷含量均与土壤Cd全量和有效态含量之间呈显著或极显著正相关,土壤全氮含量与Cd有效态含量呈显著正相关,pH与有效态含量之间呈极显著负相关。上述结果表明有机肥适当减施,同时辅以适量化肥,可进一步改善设施土壤特性,进而控制设施土壤表层Cd累积。

    • 黄淮麦区小麦籽粒锌含量差异原因与调控

      黄婷苗,王朝辉,黄倩楠,侯赛宾

      2021,58(6):1496-1506, DOI: 10.11766/trxb202003150119

      摘要:

      小麦高产优质生产对保障我国粮食安全和人们营养健康有重要意义。通过实地调研和取样分析,研究了黄淮麦区276个田块的小麦籽粒锌含量与产量和产量构成、施肥和土壤养分、作物锌吸收利用等参数的关系。结果表明,黄淮麦区缺锌和非缺锌土壤的比例分别为42%和58%,两种土壤上的小麦籽粒锌含量分别介于16~52和17~58 mg·kg-1,分别有7%和9%样本的籽粒锌达到推荐值40 mg·kg-1。缺锌田块,籽粒锌含量与磷肥用量(r=-0.273,P < 0.01)、0~20 cm土壤有效磷(r=-0.283,P < 0.01)显著负相关,高低籽粒锌组的磷肥用量分别为73和137 kg·hm-2,土壤有效磷分别为13和20 mg·kg-1,有效锌分别为0.8和0.7 mg·kg-1,但籽粒产量低于非缺锌土壤(7 204和7 857 kg·hm-2)。非缺锌田块,籽粒锌含量与磷肥用量显著负相关(r=-0.181,P < 0.05),与0~20 cm(r=0.236,P < 0.01)和20~40 cm(r=0.183,P < 0.05)土壤有效锌显著正相关,高低锌组的磷肥用量分别为112和145 kg·hm-2,0~20 cm的土壤有效磷分别为29和30 mg·kg-1,有效锌分别为3.3和2.2 mg·kg-1。因此,在缺锌土壤上,应首先解决土壤缺锌问题,将有效锌提升至临界值1.0 mg·kg-1以上,非缺锌土壤有效锌保持在3.0 mg·kg-1以上,同时适当减少磷肥用量和降低土壤有效磷水平,以减少磷对小麦锌吸收的负面影响,维持黄淮麦区小麦高产并改善籽粒锌营养。

    • 秸秆还田配施控释掺混尿素对玉米产量和土壤肥力的影响

      高永祥,李若尘,张民,周洪印,郑文魁,陈德清,刘之广

      2021,58(6):1507-1519, DOI: 10.11766/trxb202003100702

      摘要:

      探讨秸秆还田配施控释掺混尿素对玉米产量和土壤肥力的影响,为其科学合理配伍提供依据。2014—2018年开展了控释掺混尿素(硫加树脂包膜尿素:树脂包膜尿素:普通尿素为3.5:3.5:3)应用于夏玉米(Zea mays L.,郑单958)的田间长期定位试验。试验设6个处理:1)不施氮且秸秆不还田处理(CK1);2)不施氮但秸秆还田处理(CK2);3)普通尿素但秸秆不还田处理(BBF1);4)普通尿素且秸秆还田处理(BBF2);5)控释掺混尿素但秸秆不还田处理(CRF1);6)控释掺混尿素且秸秆还田处理(CRF2)。成熟期测定叶面积指数(LAI)和叶片叶绿素相对含量测定值(SPAD),调查玉米产量和产量构成,同时取0~20 cm土壤样品测定相关土壤肥力状况。结果表明:1)BBF2相比BBF1处理,5年平均玉米产量和氮素累积利用率显著提高5.9%和13.3%;CRF2、CRF1相比BBF2处理玉米5年平均产量分别显著提高12.0%和4.2%,氮素累积利用率分别显著提高57.3%和42.4%;2)较2013年基础土壤,2018年玉米收获季CRF2、BBF2、CRF1和BBF1处理土壤有机质含量分别提高33.5%、25.9%、19.5%和11.4%,全氮含量分别提高26.6%、18.6%、9.9%和7.0%;3)秸秆还田的CRF2、BBF2较同类肥料秸秆不还田的CRF1、BBF1处理,土壤有机质含量分别显著提高11.8%、13.0%,全氮含量分别显著提高15.2%、10.9%;4)较BBF1处理,CRF1处理的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾分别显著提高52.0%、18.6%、19.5%和24.7%;秸秆长期还田进一步提高了土壤养分含量,CRF2土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量分别显著提高66.3%、25.2%、47.5%和30.4%。本试验条件下,秸秆还田配施控释掺混尿素可协同增效,显著提高土壤肥力、玉米产量、氮素累积利用率和净收益。

    • 秸秆添加对石灰性土壤有机与无机碳释放的影响

      孙昭安,王方,张珊,张轩,孟凡乔

      2021,58(6):1520-1529, DOI: 10.11766/trxb202010180578

      摘要:

      在富含碳酸盐的石灰性土壤上,土壤本身CO2释放不仅来自土壤有机碳(SOC)的分解,也源于无机碳(SIC)的溶解。在秸秆还田下,石灰性土壤CO2释放来源达到三个(秸秆碳、SOC和SIC),由于区分技术的限制,当前区分CO2释放三源的研究,尚少见报道。以华北石灰性农田土壤为研究对象,采用13C标记玉米秸秆添加土壤进行室内培养32周,设置4个处理,分别为无添加对照(CK)、低量秸秆添加(S1,相当于田间秸秆还田量9.6 t·hm-2)、中量秸秆添加(S2,秸秆还田量28.8 t·hm-2)和高量秸秆添加(S3,秸秆还田量48.0 t·hm-2),利用秸秆碳、SOC与SIC之间的δ13C差异,借助稳定同位素溯源模型IsoSource,区分土壤CO2的释放来源,明确秸秆添加对石灰性土壤有机与无机碳释放的影响。结果表明,随着培养时间的进行,土壤释放CO2中源于秸秆的贡献呈下降趋势;秸秆分解对土壤CO2释放的贡献随着秸秆添加量增加而增加,对于S1、S2和S3处理,土壤释放CO2中源于秸秆、SOC和SIC的贡献比值约分别为3:3:4、5:2:3和6:2:2;与CK相比,S1处理降低SOC分解的激发效应(程度为9%),S2和S3处理反而增加了SOC分解的激发效应(程度分别为22%和57%);秸秆和SOC矿化增加SIC溶解的释放,随秸秆添加量增加而增加,S1、S2和S3处理提高SIC源CO2的释放程度分别为368%、561%和652%。因此,秸秆添加不仅影响SOC源CO2的释放,也增加了SIC源CO2的释放,若忽略SIC溶解对土壤CO2释放的贡献,可能导致SOC矿化量的高估,进而影响SOC激发效应评估的准确度。

    • 针铁矿吸附态和包裹态有机碳在稻田土壤中的矿化及其激发效应

      江家彬,祝贞科,林森,李宇虹,李科林,王小利,葛体达,吴金水

      2021,58(6):1530-1539, DOI: 10.11766/trxb202005050215

      摘要:

      南方水稻土富含铁氧化物,土壤有机碳通过与铁氧化物结合的形式长期固存于土壤中;由于土壤中氧化铁和有机碳主要通过吸附、键和与包裹等形式存在,所以不同的碳铁复合物的稳定性存在一定的差异。尽管已有较多研究分析了土壤中有机碳与铁矿的结合与赋存形式,但是有机碳与铁矿间的结合方式对有机碳在水稻土中矿化及其激发效应的影响机制尚不明确。以葡萄糖为典型小分子外源有机碳,通过制备针铁矿吸附态葡萄糖和包裹态葡萄糖,采用室内模拟培养实验,研究两种铁矿结合态葡萄糖在淹水水稻土中的矿化特征及其激发效应。结果表明:与单独添加葡萄糖处理相比,碳铁复合物的添加分别使CO213CO2释放量增加了0.39倍~0.53倍和0.87倍~1.07倍,却使CH413CH4释放量分别降低了0.44倍~0.59倍和0.25倍~0.44倍。相对于针铁矿吸附态葡萄糖,针铁矿包裹态葡萄糖显著抑制了CH4释放。而且,碳铁复合物的添加均在一定程度上促进了土壤原有有机碳矿化释放CO2,但抑制了来源于土壤原有有机碳的CH4释放。其中,针铁矿包裹态葡萄糖对来源于土壤原有有机碳的CH4释放量是针铁矿吸附态葡萄糖的1.33倍。针铁矿包裹态葡萄糖的快速矿化的碳库比例显著高于针铁矿吸附态葡萄糖,且其半衰期(T1/2)较针铁矿吸附态葡萄糖大10.85倍,其快库转化速率(k1)和慢库转化速率(k2)比铁矿吸附态葡萄糖的小10.74倍和19倍。其次,针铁矿包裹态葡萄糖对土壤有机质CO2累积激发效应表现为较弱的正激发(6.44 mg·kg-1),而对土壤有机质CH4累积激发效应则表现为负激发(-15.49 mg·kg-1),即针铁矿包裹态葡萄糖的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化(-9.05 mg·kg-1),从而增强了土壤有机碳的固持潜力。因此,不同结构碳铁复合物的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化,且针铁矿包裹态有机碳比针铁矿吸附态有机碳在水稻土中具有更强的稳定性和固碳效应。该研究结果也表明,水稻土中与铁氧化结合的小分子有机碳相对于游离态的有机碳,具有更强的生物稳定性,更低的矿化速率,而且能够抑制土壤有机碳的矿化,产生负激发效应,有利于增加土壤的长期固碳效应。

    • 秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响

      马芸芸,周伟,何莉莉,赵旭,王林权

      2021,58(6):1540-1551, DOI: 10.11766/trxb202005110231

      摘要:

      氧化亚氮(N2O)和氮气(N2)是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2(反硝化产生N2量),观测2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量(CK:每季0 t·hm-2;1BC:每季2.25 t·hm-2;5BC:每季11.3 t·hm-2;10BC:每季22.5 t·hm-2)0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮(NO3-+NH4+)含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳(DOC)和溶解氧(DO)浓度以及氧化还原电位(Eh)。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮(NO3-)及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量(按1 m深度计算)CK处理下为2.3~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮(DON)淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2。综上,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。

    • 短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

      沈晓忆,夏围围,次仁拉姆,李乙坤

      2021,58(6):1552-1563, DOI: 10.11766/trxb202101080015

      摘要:

      硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1%、5%、10%、15%和20%)配施对土壤硝化作用及N2O和CO2排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺(DCD)进行保氮减排效果的对比。结果表明,与未施加氮肥的对照(CK)相比,单施氮肥(N)显著提高土壤硝化强度并促进N2O排放。DCD能显著抑制硝态氮和N2O的积累,抑制效率分别为68.6%和93.3%。而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7%。所有ATU处理N2O排放量均显著降低,降幅为60.3%~68.2%,仍远高于DCD处理。处理间N2O和CO2的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,不同ATU施用量处理之间差异不显著。相关分析发现氨氧化细菌(AOB),而不是氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox),与土壤硝态氮积累和N2O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关。高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用。此外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低PatulibacterAeromicrobiumActinomycetosporaDefluviicoccusAcidipila等微生物属在群落中的相对丰度。该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。

    • 生物质炭对稻田土壤团聚体稳定性和微生物群落的影响

      蒋雪洋,张前前,沈浩杰,何铁虎,熊正琴

      2021,58(6):1564-1573, DOI: 10.11766/trxb202005280258

      摘要:

      土壤团聚体决定着土壤功能与质量,受土壤生物与非生物因素的共同作用。本文从非生物和生物学角度解析生物质炭施用对土壤团聚体稳定性的长期影响。以句容和南京两个独立施用生物质炭3年或5年后的稻田麦季土壤为研究对象,选取常规施肥(CK)和常规施肥+生物质炭(AB)处理,利用湿筛法获得不同粒级土壤团聚体,并测定其中有机碳(SOC)、全氮、全磷含量,同时采用定量PCR技术测定土壤微生物(细菌、真菌、丛枝菌根真菌、古细菌和放线菌)丰度。结果表明:句容和南京土壤AB处理生物质炭原位老化后,土壤pH、田间持水量和大团聚体比例(R>0.25)显著增加,平均重量直径和几何平均直径表现出增加趋势(P>0.05);土壤团聚体养分含量(SOC、全磷)和土壤微生物丰度发生显著变化。与对照处理相比,句容和南京老化生物质炭处理的土壤大团聚体比例分别显著增加93.0%和61.5%,0.002~0.053 mm和<0.002 mm粒级团聚体均呈减少趋势;句容和南京土壤AB处理全土SOC含量分别显著增加26.3%和26.9%,大团聚体中SOC含量分别显著增加72.4%和52.3%,微团聚体中SOC含量分别显著增加20.8%和30.0%,全土真菌丰度显著增加;南京土壤全磷含量显著增加25.4%,丛枝菌根真菌和古细菌丰度也呈增加趋势(P>0.05)。由相关性分析可知,土壤团聚体平均重量直径与大团聚体比例、SOC含量、真菌和丛枝菌根真菌丰度极显著正相关(P<0.01),与全磷含量和古细菌丰度显著正相关,相关系数分别为0.641和0.646。综上所述:生物质炭可以改善土壤pH、田间持水量等理化性质,增加稻-麦轮作麦季土壤0.25~2 mm大团聚体比例和碳、磷含量,增加土壤真菌、丛枝菌根真菌和古细菌丰度,提高土壤团聚体稳定性,具有持续性。

    • 水分管理对水稻籽粒硒积累及根际土壤细菌群落多样性的影响

      王瑞昕,杨静,方正,张思宇,周鑫斌

      2021,58(6):1574-1584, DOI: 10.11766/trxb202004090050

      摘要:

      采用盆栽试验方法,研究不同水分管理方式对水稻根际土壤硒组分、籽粒硒积累以及根际土壤细菌群落多样性的影响。结果表明:在水稻的各生育期,好氧和干湿交替较淹水灌溉一定程度上提高了土壤pH和氧化还原电位(Eh),土壤水溶态和可交换态硒含量增加,从而提高了土壤硒的有效性。水稻成熟后,不同部位的含硒量由高到低依次为根(1.38~2.22 mg·kg-1)、叶(0.55~0.85 mg·kg-1)、茎(0.53~0.61 mg·kg-1)和籽粒(0.15~0.53 mg·kg-1)。水稻籽粒含硒量以干湿交替灌溉最高,淹水灌溉最低,二者含硒量差异达显著水平。干湿交替灌溉的水稻产量显著高于常规淹水灌溉,且较淹水灌溉提高了7.83%,较好氧灌溉提高13.51%。水稻根际土壤优势菌为变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、Patescibacteria和芽单胞菌门,变形菌门是不同水分管理方式下水稻根际土壤中丰度最高的细菌,水分管理措施显著影响其丰富度,干湿交替和好氧灌溉中变形菌门的丰富度明显高于淹水灌溉。从纲水平看,Gammaproteobacteria的丰度与土壤有效硒含量呈正相关,故Gammaproteobacteria丰度的增加可能是土壤硒生物有效性增加的另一个重要原因。综上,干湿交替灌溉不但能提高水稻产量和稻米硒含量,且较正常淹水管理节约用水,在水稻生产中,是一种优先推荐的水分管理方法。

    • 毛乌素沙地苔藓结皮对沙化土壤性质和细菌群落的影响

      张雨虹,张韶阳,张树煇,柳宇鑫,赵吉,李静泉

      2021,58(6):1585-1597, DOI: 10.11766/trxb202012060221

      摘要:

      生物土壤结皮能有效防风固沙,对沙漠地区生态恢复意义重大,但目前缺乏对生物结皮层与同厚度裸沙表层之间以及它们各自下方土壤之间的比较与分析。采用荧光定量PCR和高通量测序技术,对毛乌素沙地苔藓结皮层与裸沙表层,结皮下方土壤与裸沙下层土壤细菌16S rRNA基因丰度和群落结构进行分析。结合土壤理化因子数据,分析苔藓结皮对沙地细菌群落多样性的影响。对苔藓结皮层和结皮下方土壤,以及裸沙地的相应表层和下层土壤,进行样品采集,通过综合分析更细致研究生物结皮对土壤细菌群落及其生存环境的影响。结果表明:相比于裸沙表层,苔藓结皮显著提高了土壤速效养分、全氮和有机质的水平,结皮下方土壤中速效养分、全磷和有机质含量均高于裸沙下层。结皮层及其下方土壤中粗粉砂和粉粒的含量显著高于裸沙表层和下层,表明苔藓结皮显著改善了沙地土壤的理化性质。有效磷、速效钾、有效氮、黏粒、粉粒、粗砂是影响沙地土壤细菌群落组成的重要环境因子。苔藓结皮层中16S rRNA基因拷贝数最高,结皮层及其下方土壤中的细菌丰度显著高于裸沙表层和下层。多样性分析显示,结皮下方土壤中细菌多样性最高。在苔藓结皮层中,发现分类学地位尚未明确的难培养属unclassifiled_f__Micromonosporaceae和norank_c__Cyanobacteria,以及Pseudonocardia(假诺卡氏菌属)的相对丰度均显著高于裸沙表层;在结皮下方土壤中,发现分类学地位尚未明确的难培养属norank_c__Acidobacteria和Rubrobacter(红色杆菌属)的相对丰度均显著高于裸沙下层,这些差异显著的物种对稳定沙地土壤结构具有重要作用。因此,苔藓结皮的形成对沙地原有表层及下层土壤的细菌群落产生显著影响,利于生物固沙。研究结果为风沙治理和荒漠生态恢复提供了重要的微生物学理论依据。

    • 盐胁迫对番茄种子萌发中多胺形态变化和抗氧化的影响

      陈军,关欣,范翠枝,赵海燕,吴馨怡,韩鹰,顾志壮,郑青松,郑春芳

      2021,58(6):1598-1609, DOI: 10.11766/trxb202002180051

      摘要:

      以番茄“合作903”为材料,研究25~200 mmol·L-1NaCl胁迫对其种子发芽、种子活力指数(SVI)、丙二醛(MDA)含量、保护酶活性、溶质积累和不同形态多胺含量的影响。结果表明:25、50 mmol·L-1NaCl处理7 d,不影响番茄种子发芽率,但显著降低SVI;随着盐处理浓度上升,发芽率和SVI均显著下降。分别以种子发芽率和SVI为因变量,NaCl处理浓度为自变量,种子萌发和萌发后幼苗建成的耐盐阈值分别为106.1 mmol·L-1NaCl(0.62%)和43.38 mmol·L-1NaCl(0.25%)。随着NaCl处理浓度上升,萌发种子MDA含量显著上升,保护酶活性、可溶性蛋白(SP)和可溶性糖(SS)均上升,游离态腐胺(fPut)、游离态亚精胺(fSpd)和游离态精胺(fSpm)、(fSpd+fSpm)/fPut均显著上升,束缚态腐胺(bPut)、束缚态亚精胺(bSpd)、束缚态精胺(bSpm)均显著增加,而(bSpd+bSpm)/bPut变化不明显。与对照相比,50 mmol·L-1NaCl处理下,番茄萌发种子结合态亚精胺(cSpd)、结合态精胺(cSpm)含量及(cSpd+cSpm)/cPut均极显著上升,随着NaCl处理浓度上升,cPut、cSpd、cSpm含量及(cSpd+cSpm)/cPut均逐渐下降。综上所述,盐胁迫延缓、抑制番茄种子萌发,对于萌发后幼苗的建成抑制作用更强。番茄种子萌发阶段对盐分具有一定的抗性,主要由于番茄萌发种子中多胺代谢在盐胁迫下呈现(fSpd+fSpm)/fPut比值的急剧上升、cSpd和cSpm含量的显著上升和束缚态各多胺的显著积累,同时SS和SP的积累随盐胁迫加剧显著积累,从而提高了萌发种子的抗氧化和渗透调节能力;但是在高盐(150 mmol·L-1NaCl)下,cSpd和cSpm的上升调控作用明显减弱,而束缚态各多胺、fSpd和fSpm的上升以及SS和SP积累调控作用仍在增强。

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      • 磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制?

        石伟, 张丽梅, 王劲松, 李聪平, 顾朝令, 赵会玉

        DOI: 10.11766/trxb202106220680

        摘要:

        红壤地区施入的磷肥很容易被吸附固定而留存于土壤中,降低磷肥利用效率,留存于土壤中的磷对土壤生态功能和作物养分供应的后续效应值得关注。基于旱地红壤长期施肥定位试验,探讨常规施肥处理(CK)以及短期施入不同磷肥量(P2O5,0、50、100、150和1 000 kg·hm-2)多年后土壤养分、土壤氮循环过程和作物产量的变化特征。通过多元统计分析方法探讨不同磷肥处理下,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳和氮转化过程的潜在速率以及产量等因子间的相互关系及其与磷的后期效应的关系。结果表明,在短期投入高剂量磷肥(1 000 kg·hm-2, P1000)27年后,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳与常规施肥处理相比无明显差异,但显著提高了土壤pH和氮循环相关过程速率,包括氮矿化速率(Nitrogen mineralization rate, Nmin)、固氮酶活性(Soil nitrogenase activity, SNA)、潜在硝化速率(Potential nitrification rate, PNR)(P < 0.05),同时降低了净N2O排放潜能(Net N2O production rate, NN2O)(P < 0.05)。与不施磷(P0)和短期投入低剂量磷肥处理(50,100,150 kg·hm-2)相比,P1000处理中,土壤有效磷(AP)、氮矿化速率、固氮酶活性、潜在硝化速率和潜在N2O产生速率(PN2O)分别增加了33.3%~76.4%、88.2%~388.1%、111.4%~4 826.3%、22.6%~152.4%和13.8%~78.9%(P < 0.05),同时净N2O排放潜能也降低了64.6%~78.9%(P < 0.05),表现出明显的磷后效,且在作物生长季更为明显。相关分析和冗余分析表明AP和pH是影响以上土壤生物化学活性最主要的因子。近三年作物平均产量在所有处理中无显著差异,但与土壤TP、AP和pH呈显著正相关;但在长期尺度上(1992—2019年),P1000处理相对于其他低磷处理累积增产效应达3%~23%。以上结果表明,酸性红壤中短期大量施用磷肥多年后,由于大量磷肥投入导致的土壤pH提升和磷的缓释效应,使得磷肥在促进土壤肥力、微生物活性和土壤氮循环转化活性方面表现出较明显的后期效应。

      • 松散土样和填装土柱及紧实程度对土壤有机碳矿化的影响

        荣慧, 房焕, 蒋瑀霁, 赵旭, 彭新华, 孙波, 周虎

        DOI: 10.11766/trxb202104100187

        摘要:

        土壤有机碳(SOC)矿化一般通过培养松散土样来测定,但是松散土样与原状土的结构存在很大差异,二者之间SOC矿化的关系尚不明确;通过填装土柱可以获得接近田间状态的土壤样品,但填装的紧实程度会改变土壤孔隙结构,因此可能影响SOC矿化。本研究首先以施用不同量有机肥的红壤为研究对象,设置松散土样和填装土柱两个处理,采用室内培养法比较二者之间SOC矿化的差异;然后选择其中一种土壤填装土柱,设置四个紧实程度处理,分别为1.1(BD1.1)、1.3(BD1.3)、1.5(BD1.5)和1.7 g?cm-3(BD1.7),利用X射线显微CT(Computed Tomography, CT)成像技术分析土壤孔隙结构,分析紧实程度对土壤孔隙结构及SOC矿化的影响。结果表明,松散土样与填装土柱的SOC矿化量有显著差异,培养结束时(第57天),松散土样的有机碳累积矿化量约是填装土柱的4倍。紧实程度增加较大程度地降低了土壤的总孔隙度和大孔隙度,降低比例分别为12.9% ~ 17.4%和18.7% ~ 88.5%;并且使充气孔隙度从63.6%下降到了8.2%,而充水孔隙度从36.4%增加到了91.8%。填装土柱的SOC矿化量随紧实程度增加呈先增加后降低的趋势,培养结束时(第28天),BD1.5的SOC矿化量最高。回归分析的结果表明,SOC矿化量与总孔隙度、大孔隙度(>16 μm)、充水孔隙度(Water-filled pore space, WFPS)或充气孔隙度(Air-filled pore space, AFPS)之间存在显著的非线性关系。当总孔隙度或大孔隙度低于46%或3.7%时,SOC矿化量随孔隙度增加而增加;反之,SOC矿化量随孔隙度增加而降低。SOC矿化量与WFPS或APFS之间的关系呈现出类似的规律,当WFPS为66%或AFPS为34%时,SOC矿化量最高。以上结果说明,通过培养松散土样测定SOC矿化将会高估田间SOC的矿化潜力;紧实程度的变化会改变土壤的孔隙结构进而影响填装土柱的SOC矿化;SOC矿化量与孔隙度之间存在显著的非线性关系。

      • 基于共现网络的关键微生物对秸秆还田土壤小麦产量的影响

        邱丽丽, 李丹丹, 张佳宝, 赵炳梓

        DOI: 10.11766/trxb202107200372

        摘要:

        秸秆施用对作物产量影响效应不一致的机理尚不清楚,其中主要原因可能与秸秆施用诱导的土壤关键微生物群落组成及其丰度变化对产量影响的机理挖掘不够深入有关。通过红壤和黄褐土上小麦盆栽实验,基于细菌-真菌共现网络,评估微生物生态集群、酶活性、化学性质对秸秆施用下小麦产量的影响。秸秆施用水平(S0,S10,S30)分别是0、10、30g·kg-1土。结果表明,尽管施用秸秆显著提升了两种土壤的速效养分、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量及土壤酶(淀粉酶、转化酶、多酚氧化酶、脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶)活性,但红壤上小麦产量随着秸秆施用量增加显著增加,而黄褐土上则随着秸秆施用量增加而显著降低。与S0相比,红壤中S10和S30处理的籽粒产量和地上部生物量分别提升33%~44%和73%~85%,黄褐土中则分别降低22%~25%和55%。共现网络中两个关键生态集群的丰度、酶活性、土壤化学性质的共同正效应影响了红壤小麦产量变化,而关键生态集群丰度对黄褐土小麦产量变化有更大的正效应。秸秆施用显著增加了红壤中与小麦产量正相关的Aspergillus丰度,显著降低了黄褐土中与小麦产量正相关的Bacillus、Burkholderia、Basidiobolus丰度。综上,秸秆施用后红壤中关键有益微生物丰度增加、酶活性增强、化学性质改善叠加作用使小麦产量提升;而黄褐土上小麦产量降低主要与关键有益微生物丰度降低有关,其效应超过化学性质和酶活性的改善。以上结果暗示关键微生物丰度的改变对秸秆还田土壤上作物产量变异的重要影响。

      • 土壤酶对重金属污染的响应及指示研究进展

        谭向平, 何金红, 郭志明, 王紫泉, 聂彦霞, 叶清, 和文祥, 申卫军

        DOI: 10.11766/trxb202107240275

        摘要:

        土壤酶在关键元素生物地球化学循环、动植物健康维持、环境污染净化等方面起着不可替代的重要作用,同时还是土壤污染程度评价的辅助指标之一。然而,由于土壤物理、化学和生物学性质的差异,以及研究方法的多样化,导致重金属与土壤酶活性之间的关系十分复杂,阻碍了土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用。系统阐述了重金属污染对土壤酶的生态毒理效应,及其对土壤酶催化动力学特征的影响,构建了土壤-重金属-微生物对土壤酶作用的概念模型,并探讨未来的研究趋势和方向。土壤酶活性测定高效、便宜,且对重金属污染敏感,是极具潜力的土壤重金属污染评价的生物学指标,但仅采用土壤酶活性可能高估或低估重金属的生态毒性,加之当前对土壤酶的选择、活性的测定均缺乏统一的标准,致使难以建立重金属毒性阈值与土壤理化性质或土壤重金属有效性之间的定量关系,最终导致土壤酶在土壤污染生态风险评价中存在争议。未来亟需通过新技术和数学模型,深入揭示不同类型土壤中酶对重金属胁迫的响应机理,构建土壤性质与毒性阈值关系的经验模型,可为加强土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用提供重要的理论依据。

      • 石灰性水稻土中硝酸盐依赖型与光合型亚铁氧化过程

        陈志怀, 王旭刚, 孙丽蓉, 董乐恒, 郭大勇, 石兆勇

        DOI: 10.11766/trxb202104010174

        摘要:

        厌氧条件下土壤中铁氧化还原过程与土壤氮循环关系密切,且硝酸盐依赖型亚铁氧化(nitrate-dependent ferrous oxidation, NDFO)和光合型亚铁氧化(photosynthetic ferrous oxidation, PFO)是亚铁氧化的两个重要的生物途径,然而目前关于石灰性水稻土中NDFO与PFO之间的关系仍不明晰。以采自黄河中下游地区河南省孟津县的水稻土为样品,设置培养前添加和培养过程中添加10 mmol?L-1的硝酸根离子/铵离子(NO3-/NH4+)的恒温厌氧泥浆培养试验,通过监测泥浆中Fe(II)、O2、NO3-和亚硝酸根离子(NO2-)的动态变化与培养后的NH4+含量探究了NO3-在石灰性水稻土Fe(II)氧化过程的作用及其与光合型亚铁氧化的关系。结果表明:避光条件下石灰性水稻土中存在NDFO,但产生的Fe(III)可在NO3-消耗殆尽时被再次还原而掩盖Fe(II)氧化现象。光照条件下NDFO和PFO可同时存在,PFO可致1.99 mg?g-1 Fe(II)氧化,NO3-的加入可使Fe(II)氧化量增加0.57 mg?g-1。光照可抑制NO3-的还原而抑制NDFO。研究结果对于进一步理解湿地铁的氧化还原及其耦合的氮素转化过程有重要意义。

      • 秸秆还田配合化肥减施对潮土作物产量及土壤肥力的影响

        赵金花, 陈林, 段衍, 张丛志, 马东豪, 张佳宝

        DOI: 10.11766/trxb202106230326

        摘要:

        摘 要:针对我国粮食主产区化肥施用过量现象,由此导致肥料利用率降低、土壤质量退化、环境污染风险提高等一系列问题,本文于黄淮海平原潮土区设置大田试验,研究秸秆还田配合不同比例氮磷减施对土壤养分、作物产量、秸秆养分释放及土壤微生物的影响,以期明确在保证作物产量与土壤养分不流失的情况下,秸秆还田可以替代的化肥养分量,并揭示促进秸秆养分高效利用的微生物机制,为推行化肥减施行动提供依据。结果表明:与常规施肥相比,减氮30%或减磷50%对作物产量及土壤养分含量无显著影响;秸秆降解率在第一季达43.33%~53.11%,减氮30%或减磷50%可增加12.40%,两年后降解率达到63.41%~75.62%;减氮100%显著降低细菌真菌丰度、物种丰富度和多样性,而减磷影响较弱;减氮30%和减磷50%主要增加细菌中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)longimicrobiaceae科和变形菌门(Proteobacteria)亚硝化单胞菌科(nitrosomonadaceae)相对丰度,增加真菌中壶菌门(Chrytridiomycota)GS13纲相对丰度,降低子囊菌门(Ascomycota)粪壳菌纲(sordariomycetes)和被孢霉门(Mortierellomycota)被孢霉纲(mortierellomycetes)相对丰度;冗余分析表明,影响细菌和真菌的主要环境因子均为土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)。综上,在潮土中高产田地区,秸秆全量还田配合减氮30%或减磷50%具有保肥稳产的潜力。

      • 长江流域稻-油轮作区土壤磷库现状及环境风险分析

        闫金垚, 郭丽璇, 王昆昆, 廖世鹏, 陆志峰, 丛日环, 李小坤, 任涛, 鲁剑巍

        DOI: 10.11766/trxb202108050327

        摘要:

        明确长江流域水稻-油菜轮作种植区土壤磷(P)库现状,评估土壤磷淋失风险,以期为长江流域水稻-油菜轮作体系合理施磷提供参考。于2018年4 ~ 5月在长江流域水稻-油菜轮作典型种植区域的14个省(市/区)采集油菜收获后的耕层土壤样品247个,测定土壤全磷、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P),参考土壤全磷和Olsen-P分级指标,明确我国长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷丰缺现状,建立Olsen-P与CaCl2-P之间的定量关系。并根据Olsen-P分级选取72个样本进行Hedley磷分级测试,分析了水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库分布特征。结果表明:长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤全磷、Olsen-P和CaCl2-P平均含量分别为0.62 g·kg-1、23.2 mg·kg-1和 0.49 mg·kg-1。土壤全磷在长江上、中、下游间无明显差异,区域整体48.6%处于丰富状态。土壤Olsen-P缺乏和过量的现象并存,占比分别为23.1%和31.1%,土壤Olsen-P缺乏和过量的区域分别集中在长江中游和长江下游区域。长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库以无机磷为主,平均占比达到82.2%。H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po和Residual-P磷库平均含量分别为10.8、46.8、115.6、218.6、22.3、104.9和193.8 mg·kg-1。随着土壤Olsen-P水平的增加,NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量明显增加,稳定态磷库(HCl-Pi和Residual-P)含量相对稳定。长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤Olsen-P和CaCl2-P的关系符合双直线模型,出现突变点时Olsen-P含量为39.9 mg·kg-1,对应的CaCl2-P含量为0.6 mg·kg-1。当土壤Olsen-P含量大于39.9 mg·kg-1时,土壤磷素淋失风险增加。整体而言,长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷含量呈上升趋势,土壤Olsen-P平均含量达到适宜养分供应水平,且存在13.0%的区域处于磷素高淋失风险状态。土壤磷素主要积累在稳定态磷库中,因此,应重视磷肥的合理施用,适当降低磷肥投入,挖掘土壤中稳定态磷库潜力。旨在减少稻-油轮作体系土壤有效磷积累和环境磷素损失,提高作物磷肥利用率。

      • 长期不同供磷水平驯化的土壤微生物的遗留效应--基于对植物生长、养分吸收、土壤酶活性及菌根特征的分析

        郎明, 张春燕, 张俊伶

        DOI: 10.11766/trxb202104300231

        摘要:

        在集约化农田生态系统中,长期过量施用磷肥导致土壤中磷的累积,是否存在累积磷驯化(training)微生物的遗留效应。本研究依托长期定位玉米试验地(始于2007),以长期不同供磷水平(来源于施用P2O5 0、75、300 kg·hm-2的处理,分别为P0、P75、P300)石灰性土壤中的微生物为研究对象,通过盆栽接种微生物,探究不同磷供应驯化下的土壤微生物,在两个基质供磷水平(不施磷No P 和+P 30 mg·kg-1)下对玉米和三叶草植物生长、养分吸收、土壤酶活性及菌根特征的影响。结果表明,菌剂类型(灭菌处理,原位菌剂)显著影响玉米和三叶草地上部生物量和磷吸收量。在两个基质磷水平处理,相比于灭菌菌剂处理,接种原位菌剂显著提高了三叶草地上部生物量和磷吸收量,但三种菌剂之间差异不显著。 在No P条件下,相比于灭菌处理,接种原位菌剂对玉米地上部生物量无显著影响。在+P条件下,接种原位菌剂显著降低了玉米的生物量;在两个基质供磷水平下,玉米地上部生物量在P300处理中显著高于P0和P75。菌剂和基质供磷水平共同影响土壤酶活性。与P0和P75相比,P300菌剂显著降低了三叶草土壤中过氧化物酶活性,提高了No P条件下玉米土壤中过氧化物酶和几丁质酶的活性。在No P条件下,接种P75显著提高了玉米土壤中酸性和碱性磷酸酶的活性。两种作物的菌根特征不同,接种位P300三叶草根系丛枝菌根真菌的侵染率显著低于P0和P75,而玉米根系的侵染率在三种菌剂之间差异不显著。综上,基质供磷水平以及植物种类共同影响累积磷驯化土壤微生物的效应,说明磷肥管理需要考虑植物-微生物的特性。

      • 松嫩平原盐碱化人工草地土壤与植被群落空间变异特征研究

        杨洪涛, 安丰华, 张 璐, 杨 帆, 王志春

        DOI: 10.11766/trxb202010280601

        摘要:

        松嫩草地由于受太平洋季风气候的影响,具有较好的水热条件,且地势平坦,非常适宜畜牧业的机械化发展。在过去的几十年间,松嫩草地物种丰富度较高,优质的牧草以多年生的羊草为主,且在植被下形成了肥力较高的黑土。然而,松嫩草地独特的地形与高矿化度的地下水,导致了盐渍土与黑土接壤,因此松嫩草地生态环境较为脆弱。此外,由于草地的过度利用,导致了松嫩草地发生退化与盐碱化,进而使得草地生产力降低。较低的草地生产力已成为限制该区域畜牧业发展的主要因素,而草地生产力与土壤水盐动态密切相关。故本研究以松嫩盐碱化人工草地为研究对象,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对松嫩平原西部地区的盐碱化人工草地土壤理化性质以及牧草生物学-生态学性质的空间变异特征进行研究。结果表明,0~15 cm和15 ~30 cm层土壤的pH、电导率(EC)、总碱度(TA)、以及土壤质量含水量(MWC)具有中度或强空间变异。此外,试验区域的生物多样性指数(SWI)、紫花苜蓿的株高(SH)、生物量干重(DM)与盖度(CD)均具有强烈的空间变异特征。回归分析结果表明,试验区域盐碱化人工草地紫花苜蓿产量可用公式Y(DM)=2699.73–276.496 pH(7.17< pH<9.76)预估。本研究结果可为苏打盐渍土的精细化管理与利用提供理论基础与数据支持。

      • 土壤铁氧化物与腐殖质的交叉染色效应研究

        管艳霞, 陆金妹, 马榕均, 邢邓春, 龙晓泳

        DOI: 10.11766/trxb202103200154

        摘要:

        土壤颜色是土壤分类、气候重建和环境遥感的重要指标。铁氧化物和腐殖质是土壤的两大致色组分,主导了土壤的可见光波段的光谱响应特征。本文基于土壤中铁氧化物和腐殖质交叉致色效应不明确的问题,以高岭石(Kao)为基底,选取典型铁氧化物赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)以及典型腐殖酸胡敏酸(Ha)和富里酸(Fa),基于高分辨率漫反射光谱方法(DRS),系统探讨了不同含量单一致色组分的光谱特征、颜色指数及其二元交叉干扰效应。研究发现,就单一组分的致色效应而言,红色Hm强于黄色Gt,黑色Ha强于棕色Fa;腐殖质加入对铁氧化物致色有明显影响,通常会使可见光波段平均反射率、明度(V)和彩度(C)降低,色调(H)偏黄,但Hm抗干扰能力大于Gt。Lab颜色系统的a*、b*以及DRS的红度(Red %)与黄度(Yellow %)对Hm和Gt含量变化敏感,可作为土壤铁氧化物定量反演的指标,但Ha的加入可导致Hm和Gt估值偏低,Fa对估值的影响较小,干扰形式与Hm和Gt的含量范围有关。基于此,本文给出不同腐殖酸含量条件下土壤Hm和Gt的估算公式,为理解土壤的颜色变化及铁氧化物定量提供重要参考,也为基于环境遥感的大面积铁氧化物调查奠定基础。

      • 土壤中铁锰结核微结构与组分研究进展

        王 祎, 黄来明

        DOI: 10.11766/trxb202107130360

        摘要:

        铁锰结核是土壤演化过程中形成的一种特殊新生体,其内部同心圆环带构造可用于反演古气候条件和成土环境,其组分可为微生物代谢提供营养元素和能量,进而影响土壤中养分和重金属的转化、固定与释放。本文综述了近几十年来国内外学者对土壤中铁锰结核研究所取得的进展,包括铁锰结核形成机制、演变过程与影响因素,不同地区铁锰结核微结构与组分差异,以及铁锰结核对养分转化与重金属吸附的影响。未来需进一步研究不同成土阶段铁锰结核形成速率与环境阈值,构建不同成土环境中铁锰结核演化模型,阐明铁锰结核对土壤中养分和重金属的固释机理,以期更好地理解地表关键带土壤发生过程与元素生物地球化学循环,为定量评价变化环境下土壤质量和功能提供依据。

      • 土壤健康评估指标、框架及程序研究进展

        李烜桢, 骆永明, 侯德义

        DOI: 10.11766/trxb202105240270

        摘要:

        土壤健康已经成为土壤学中的研究热点。对土壤健康进行科学的评估是进行土壤健康管理和实现可持续发展目标的基础。然而,由于土壤具有多种属性和生态服务功能,科学的进行土壤健康评估面临着巨大的挑战。本文回顾了土壤健康概念的发展历程,总结了进行土壤健康评估的物理、化学和生物指标及其表征意义;介绍了目前常用的土壤健康评估框架及其适用性,梳理了土壤健康评估的一般程序,并指出我国未来的土壤健康评估应该关注碳汇指标、生物指标和环境指标。本文旨在为建立符合我国国情的土壤健康评估方法提供借鉴。

      • 秸秆源性碳在黑土和褐土中的转运及其对氮肥的响应

        陈鲜妮, 吴姗薇, 寇太记, 徐鹏飞, 谭晓华, 郭大勇

        DOI: 10.11766/trxb202105210059

        摘要:

        采用室内培养结合同位素13C标记技术,探讨了添加小麦秸秆和氮肥后黑土和褐土的碳素矿化特征,分析了土壤原有碳(Cs)和秸秆源性碳(Cstr)在土壤不同有机碳组分(轻组、闭蓄态组分、重组)中的转运特征。结果表明:土壤培养过程是碳矿化损失的过程,施氮肥对黑土和褐土中碳矿化均有一定的抑制效应,褐土中该抑制效应在施秸秆时较不施秸秆时更显著。土壤有机碳组分中Cs损失率表现为由高到低依次为重组、闭蓄态组分、轻组,施秸秆使黑土重组Cs损失率由2.83%增加至5.53%(P<0.05),使褐土闭蓄态组分中Cs损失率由1.86%减少至0.82%(P<0.01)。随培养时间的进行,土壤轻组中Cstr经降解逐渐向闭蓄态组分和重组中转移,180 d后转移缓慢;至培养结束(300 d)时,Cstr总残留率在黑土与褐土之间无显著差异,轻组中Cstr残留率为褐土(4.98%~8.52%)显著高于黑土(1.71%~2.47%)。与不施氮相比,施氮处理使褐土轻组的Cstr残留率增加了近一倍。综上,施氮肥对黑土和褐土中碳矿化均有一定的抑制效应,重组是土壤碳损失的主要来源,添加秸秆对黑土重组的碳矿化有激发效应,而对褐土闭蓄态组分的碳矿化有抑制作用。褐土轻组中外源秸秆的降解程度低于黑土,并且施氮肥抑制其降解。

      • 磷肥减施对集约化露天菜地周年磷损失削减效果评价

        王瑞, 施卫明, 李奕林

        DOI: 10.11766/trxb202102050078

        摘要:

        集约化菜地因高量施肥以及大水漫灌导致其在农田磷污染排放中的占比最高,目前已成为种植业磷损失的优先阻控对象。在定量评估菜地周年磷损失量的基础上,明确蔬菜合理的磷肥投入阈值范围,通过源头控制菜地磷的迁移、流失,对于有效降低中国农业面源污染造成的环境压力具有重要意义。以太湖流域露天菜地为研究对象,设置农民习惯施磷(对照)和减量施磷处理(减施20%、30%、50%和100%),通过为期一年的蔬菜轮作试验,明确土壤磷素环境阈值及磷素周年径流流失特征。结果表明,菜地磷环境阈值为78.9 mg?kg-1,所有处理土壤表层有效磷(Olsen-P)含量均超过环境阈值。随施磷量的减少,菜地总磷(TP)径流损失浓度降低,并主要以可溶性磷(DP)流失形态为主,DP/TP比例为50.1%~63.1%。磷径流损失负荷呈现出明显的季节性特征,夏秋季磷素流失量为1.93~3.26 kg?hm-2(以P计),占全年磷素流失通量的59.2%~63.2%。结构方程模型结果表明,当季施磷量直接且极显著影响TP流失浓度,并且TP流失浓度对TP流失负荷存在极显著的正向影响,影响系数为0.97。菜地施肥处理的磷肥流失系数在1.36%~3.33%,减磷50%的流失系数最低。与对照相比,随施磷量的减少,磷径流损失削减效果越好,减磷100%的削减率达41.5%。三季蔬菜种植中,减磷20%和减磷30%处理的蔬菜产量和对照无显著差异,减磷20%处理出现增产趋势。综合考虑环境风险和经济产量,推荐露天菜地减施20%~30%的磷肥比较适宜。

      • 不同磷肥调控措施下红壤磷素有效性和利用率的变化

        王一锟, 蔡泽江, 冯固

        DOI: 10.11766/trxb202104210207

        摘要:

        南方红壤区磷肥当季利用率仅为10%~25%,提高磷肥利用率是亟待解决的问题。通过两年田间试验,分析了不同磷肥品种(过磷酸钙、猪粪、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵)、磷肥梯度(常规施磷、减磷20%、减磷30%)以及调控措施(石灰、钙镁磷肥配施磷酸二铵、钙镁磷肥配施秸秆)对红壤磷素有效性和作物生长的影响,探索提高磷肥利用率的途径。结果表明,各磷肥品种间,以猪粪处理土壤有效磷、地上部生物量、磷肥累积利用率等指标最高,土壤有效磷较不施磷处理两年分别提高了32%和241%,地上部生物量较不施磷处理两年分别提高了73%和510%,两年的磷肥累积利用率分别为16.4%和26.5%;伴随磷肥用量的减少,土壤有效磷含量显著降低,而对油菜生长、磷肥利用率及磷肥农学效率无显著影响;与单施钙镁磷肥相比,钙镁磷肥配施磷酸二铵能显著提高油菜籽粒产量、土壤有效磷含量、磷肥累积利用率、磷肥农学效率、土壤磷素盈余量等指标。添加石灰可提高作物产量及土壤有效磷含量。油菜产量与土壤有效磷呈极显著正相关关系。上述结果表明,猪粪替代化学磷肥可达到减施增效、促进作物生长的目的,且以减磷30%为宜;钙镁磷肥配施磷酸二铵可推荐为磷肥调控措施。

      • 高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

        李慧敏, 王瑞, 仲月明, 施卫明, 李奕林

        DOI: 10.11766/trxb202007010354

        摘要:

        蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话(蔬菜间套作根系互作)、植物-微生物对话(蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作)以及微生物-微生物对话(菜地解磷微生物与根际微生物互作)在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。

      • 玉米和大豆根系对滇中地区坡耕地红黏土抗剪强度的影响

        张立芸, 段青松, 范茂攀, 杨亚丽, 程伟威, 李永梅

        DOI: 10.11766/trxb202012140689

        摘要:

        水土流失是限制山区坡耕地持续利用的主要问题。为探讨农作物根系固土机理,本文采用无侧限压缩试验测定了素土、玉米和大豆成熟期根土复合体的抗剪强度和应力应变特性,WinRHIZO(Pro.2019)根系分析系统测定了根系构型特征,分析了根土复合体力学特性与根系特征参数间的关系。结果表明:①玉米和大豆根系能显著增强土体抗剪强度(P<0.01),其根土复合体强度相对素土分别提高了117.65%和71.91%;②两种农作物根土复合体黏聚力c与根长密度、根表面积密度、根体积密度、根重密度均呈极显著正相关(P<0.01),其中D≤1mm细根对黏聚力增量Δc的贡献大于其他径级根系;③根系构型性状中,玉米根分支数高于大豆45.44%且各径级根系分布更均匀,其根土复合体随含根量的增加在破坏时表现出弱应变硬化特征且裂缝拓展变缓,侧向变形减小。综上:农作物根系均能增强土体抗剪强度,但根系结构类型不同则对土体力学特性的影响不同,细根和分支数较多的玉米根系更能有效增强土体强度和约束变形,因此须根系玉米对表层土体的固持能力优于直根系大豆。坡耕地利用中,可以通过合理布局须根系农作物来防治水土流失。

      • 离子型稀土闭矿区土壤铵态氮富集特征

        许 哲, 杨金玲, 张甘霖, 赵 越, 周 俊

        DOI: 10.11766/trxb202104140195

        摘要:

        离子型稀土开采使用的浸矿剂(硫酸铵)造成土壤铵态氮(NH4+-N)残留,带来严重的氮污染,危及生态环境和人体健康,导致稀土矿开采受限。为明确已开采矿区土壤中NH4+-N的富集特征及其影响因素,选择江西省赣州市龙南县一个已闭矿4年的原地浸矿离子型稀土矿山,在山体不同坡位布点,自土表至矿体底板(土体与基岩交界处,深度为5.5~9.7 m)分层采样,并测定了土体中的NH4+-N及其相关的土壤性质。结果表明,矿区土壤NH4+-N含量范围为2.32~1056.44 mg·kg-1(263.12±301.59 mg·kg-1),是自然和农田土壤的数倍甚至上百倍。从土体分布来看,矿体部分土壤NH4+-N含量高于其上部土壤,不同土层间差异显著。从不同地形部位来看, NH4+-N的平均含量坡顶>坡底>坡中。由于土体中铵过饱和,不同于自然土壤,NH4+-N的分布不受常规土壤理化性质的直接影响,主要受控于浸矿液直接输入的深度、输入量和土体结构带来的渗透性能变化。在降雨的淋洗作用下,开采矿区土体中大量的NH4+-N会不断向周边土壤和水体迁移,对生态环境带来长期的危害。本研究结果对完善离子型稀土矿区土壤氮化物的迁移过程、指导氨氮污染的治理具有重要意义。

      • 土壤一维稳态溶质迁移研究的边界层方法比较

        王 娇, 邵明安

        DOI: 10.11766/trxb202009240537

        摘要:

        边界层方法为土壤溶质迁移研究中描述一维稳态流条件下,仅考虑吸附作用的对流-弥散方程(Convection-dispersion equation,CDE)的求解和参数估算提供了简单可靠的新手段,利用该方法可以有效避免参数反演的不唯一性。对不同边界层解(多项式解、指数解、复合解、对数解和微小通量解)在预测溶质浓度分布和估算溶质迁移参数方面的精度进行了对比研究,归纳了边界层解的适用范围和选取方法。结果表明:边界层解的精度受平均孔隙水流速、弥散系数和延迟因子共同影响,当溶质浓度随剖面深度的变化率呈不断减小趋势时边界层解与精确解最接近;边界层解预测溶质分布误差随时间推移先减小后增加,溶质迁移过程初期三次多项式解精度最高,后期指数解表现最好;边界层方法对延迟因子的估算结果优于弥散系数,且不同边界层解对延迟因子的估算值近似,三次多项式解和对数解估算弥散系数最为准确。

      • 冻融循环和土壤含水率对棕壤崩解特性的影响

        朱龙祥, 范昊明, 马仁明

        DOI: 10.11766/trxb 202103020119

        摘要:

        以沈阳地区5~7 cm和25~27 cm 2个深度原状棕壤为研究对象,分析冻融循环次数和土壤含水率对棕壤崩解特性的影响。根据气象数据结合野外观测结果,共设计了5个冻融循环次数。控制土样质量含水率分别为10%、15%、20%、25%和35%。采用静水崩解,通过数显拉力计及测量软件测定崩解过程。结果表明:(1)棕壤崩解具有阶段性,包括快速吸水阶段、指数崩解阶段、阶跃崩解阶段和崩解完成阶段。其中指数崩解阶段是崩解过程的主要发生阶段,土样因拉扯或失去支撑接连崩落。该阶段的崩解速率和非毛管含水率对冻融循环次数的响应规律一致。根据拟合曲面,10%~15%的含水率区间存在最易崩解含水率,其最终崩解率最大。当土样含水率为25%和35%时,土样会跳过指数崩解过程直接进入阶跃崩解阶段。含水率35%条件下,5~7 cm和25~27 cm土样的最终崩解率很小,不超过6.93%和11.14%。(2)冻融作用会对含水率为10%和15%土样产生超固结效应,加速土壤孔隙的两极化分布,土样指数崩解阶段的崩解速率和非毛管含水率,最终在多次冻融后增加。冻融作用也会对含水率为25%和35%土样结构产生影响,扩张土壤孔隙造成内部沉降,以及降低吸水能力。土样指数崩解阶段的崩解速率和非毛管含水率,最终在多次冻融后减小。(3)25~27 cm 土样孔隙差异性略大,较高的黏粒含量抑制了双电层对自由水的控制能力,最终崩解率偏高。冻融作用可将土壤抵抗由内到外发生侵蚀的能力,转化为抵抗由外到内发生侵蚀的能力。研究结果可为棕壤侵蚀研究提供数据支撑。

      • 基于31P NMR的自然成土过程中有机磷组分演变特征及影响因素研究进展

        罗原骏, 黄来明, 袁大刚

        DOI: 10.11766/trxb202105060240

        摘要:

        土壤有机磷(Po)是土壤中重要的磷库,其形态、含量与生物有效性随成土过程而发生变化,进而影响土壤磷素供应、养分平衡及生态系统生产力。然而,与土壤无机磷(Pi)相比,以往的研究对Po的重视不够,这主要是由于土壤中Po的提取、分析和鉴定方法难于Pi。近年来,随着液相31P核磁共振(31P NMR)波谱技术在土壤学领域的应用,为定量分析土壤Po组分及含量提供了新的技术手段,同时为更好地理解生态系统演化过程中不同形态Po的转化特征奠定了基础。本文主要总结了土壤Po的种类和性质,介绍了液相31P NMR分析土壤Po的原理和方法,在此基础上综述了自然成土过程中不同形态Po的转化特征及其影响因素,并指出了需进一步研究的方向和关键科学问题。包括量化成土过程中不同形态Po转化速率、途径与环境阈值,阐明不同发育阶段土壤Po与C、N等养分之间的耦合关系及其固释机理,构建不同类型土壤Po演化模型。回答上述问题有助于更好地理解地球关键带磷素生物地球化学循环,为不同发育阶段土壤养分管理与调控及土壤资源可持续利用提供理论依据。

      • 日光温室栽培下土面及整棚氨挥发比较

        张兆北, 罗伟, 白新禄, 程于真, 陈竹君

        DOI: 10.11766/trxb202101280056

        摘要:

        日光温室氮素投入量高,氨挥发损失是值得关注的问题之一。但目前对温室系统氨挥发排放测定多以土面氨挥发为主,而日光温室是一种半封闭式种植系统,由土面挥发出的部分NH3会被植物冠层吸收或溶解于棚膜水中回流于土壤,因此土面氨挥发难以准确反映日光温室排放到大气中氨的量,从而难以准确估计日光温室栽培系统NH3的实际排放量。为此,采用间歇式密闭室通气法连续测定了三季作物(番茄、西瓜、番茄)生长期间不同施肥处理(包括:不施氮+常规灌溉(N0+FI)、常规施氮+常规灌溉(FT+FI)、优化施氮+常规灌溉(OPT+OI)及优化施氮+优化灌溉(OPT+OI)4个处理)土面氨挥发损失量;同时连续两季采用风量罩测定通风口处气体流量,采用抽气法对通风口处氨浓度进行连续监测,以估算监测整棚(通风口处)氨挥发损失速率及损失量。结果表明,温室施肥后当天土面氨挥发速率出现峰值,7 d后施肥与未施肥对照无显著差异,三季种植期间各施氮处理其氨挥发排放量分别为N 2.82~4.97、6.59~9.97和15.77~21.83 kg hm-2,相应的氨挥发系数分别为0.64%~1.50%、3.11%~4.21%和2.59%~3.90%;整棚氨挥发速率趋势与土面氨挥发基本一致,整棚氨挥发量第二季及第三季分别为N 2.22 kg hm-2和N 2.92 kg hm-2,仅占土面表氨挥发的13.38%~33.69%,氨挥发系数仅为0.46%~1.48%,显著低于土面氨挥发量。可见若以土面氨挥发来估算日光温室氨挥发会显著高估了我国日光温室系统氨挥发损失量,建议采用整棚观测的方法估算日光温室体系氨排放损失。

      • 森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

        郑翔, 刘琦, 曹敏敏, 纪小芳, 方万力, 姜姜

        DOI: 10.11766/trxb202105150258

        摘要:

        大气中氧化亚氮(N2O)浓度的上升加剧了全球变暖。森林土壤在调节大气N2O浓度中发挥着至关重要的作用。近年来,氮(N)输入对森林土壤N2O通量的影响备受关注。然而,森林土壤N2O排放对N输入响应的机制,尤其是植物和微生物对N2O通量的调控作用尚缺乏系统研究。因此,本文综述了N输入如何通过森林植被(根系N吸收、凋落物分解和形成丛枝菌根)和土壤微生物(微生物量和群落组成)调控N2O产生途径从而影响森林土壤N2O排放。结果表明,植物的竞争性氮吸收能降低氮输入对N2O排放的促进作用,其作用大小可能主要取决于土壤“氮饱和”状态。植物凋落物主要通过分解过程中的养分归还和次生代谢产物释放来影响氮输入背景下的森林土壤N2O排放,前者具有促进作用,而后者具有抑制作用。丛枝菌根主要通过吸收有效氮和水分、促进团聚体形成以及改变N2O相关功能基因群落调控森林土壤N2O通量。N输入导致的土壤酸化或养分限制,通常会降低微生物量和/或改变微生物群落组成,从而控制N2O排放。N输入对N2O不同产生途径也会造成影响,受土壤湿度、N2O底物浓度以及N2O相关功能基因丰度(AOB、 AOA、nirK、 nirS和nosZ)的调控。未来在模型预测中,需要将植物氮吸收、凋落物分解、菌根以及N2O产生途径充分纳入模型,以提高模型预测准确性,为全球变化背景下制订森林管理政策和温室气体减排措施提供支持。

      • 滨海重度盐碱地改良土壤盐渍化动态特征及预测

        解雪峰, 濮励杰, 沈洪运, 吴 涛, 朱 明, 黄思华

        DOI: 10.11766/trxb202101240043

        摘要:

        试验设置了对照处理(CK)、有机肥(OM)、聚丙烯酰胺+有机肥(PAM+OM)、秸秆覆盖+有机肥(SM+OM)、秸秆深埋+有机肥(BS+OM)和生物菌肥+有机肥(BM+OM)6个处理方式来探讨滨海盐碱地不同改良方式对土壤含盐量、pH、钠吸附比(SAR)和碱化度(ESP)的影响,进而识别影响土壤盐渍化程度的主要因子,并构建多元线性回归模型(Multi-linear Regression, MLR)、BP神经网络模型(BP Artificial Neural Network, BP-ANN)和随机森林模型(Random Forest, RF)对滨海重度盐碱地改良背景下的土壤盐渍化参数进行模拟预测。研究结果表明:各改良措施均能有效的降低表层土壤盐渍化水平,其中SM+OM处理对于土壤含盐量的抑制效果最好,而BM+OM处理则对于土壤碱分的抑制效果最好。改良过程中气象条件和土壤性质均对表层土壤盐渍化水平产生了显著影响。在模型预测中,随机森林模型对土壤含盐量、pH、SAR和ESP的综合预测精度明显优于BP神经网络模型和多元线性回归模型,体现在随机森林模型具有较高决定系数(Coefficient of determination, R2)和纳什系数(Nash-sutcliffe efficiency, NSE)和较低的均方根误差(Root mean square error, RMSE)。

      • 含山梨醇的新型生物有机肥促生效应与机理研究

        方丹, 朱明珠, 魏梦玉, 杨玉婷, 薛超, 沈其荣

        DOI: 10.11766/trxb202012040672

        摘要:

        向含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥中添加山梨醇研制了新型生物有机肥,并通过黄瓜盆栽和拟南芥培养试验研究了该新型生物有机肥的促生效应与机理。结果表明,含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥对黄瓜具有显著促生效果,添加山梨醇有利于促进解淀粉芽孢杆菌SQR9在土壤中定殖,能进一步提高生物有机肥的促生效应。施用该新型生物有机肥能显著提高土壤中速效养分的含量以及黄瓜对养分的吸收。山梨醇能有效促进菌株SQR9分泌生长素(吲哚乙酸,IAA),进而促进野生型拟南芥根系的生长,而在使用IAA不敏感突变体时促生效果消失,说明山梨醇促进有益菌SQR9分泌IAA是该新型生物有机肥显著促进作物生长的机理之一。本研究提出了新型生物有机肥研发的新思路,为植物促生菌新应用模式的开发提供了理论依据。

      • 三峡库区不同植被覆盖坡地的土壤优先流运动特征研究

        刘目兴, 宋兴敏, 卢世国, 张海林, 易 军

        DOI: 10.11766/trxb202102230616

        摘要:

        研究土壤优先流运动特征与植被覆盖、坡位及土壤结构的关系,既能丰富山坡水文学的研究内容,还能进一步揭示森林涵养水源、保持水土的机制。以三峡库首大老岭林区常绿林、林灌混合落叶林和弃耕草地覆盖的坡地为研究对象,运用染色示踪和图像处理的方法,定量分析了3种植被覆盖的坡面上、下坡位的优先流染色特征,阐明了植被覆盖和坡位对土壤优先流运动和坡面水分入渗特征的影响。结果表明:(1)各样地染色面积比(SAR)和染色路径数(SPN)均呈现浅层高、深层低的特征。不同植被覆盖下,0~60 cm土层的SAR表现为落叶林坡地(44.2%)>弃耕坡地(36.1%)>常绿林坡地(35.3%),SPN表现为落叶林坡地(43条)>常绿林坡地(19条)>弃耕坡地(15条)。不同坡位下,0~60 cm土层的SAR表现为上坡(41.5%)>下坡(35.6%),SPN表现为上坡(23条)<下坡(28条)。落叶林坡地土壤染色深度最大,60~110 cm深度土层仍有很多狭长的水流路径延伸,而其他样地较少出现;(2)各样地的染色路径宽度(SPW)以1~10 cm和>10 cm为主,二者之和占剖面总染色面积的84.2%。除弃耕地坡上位点缺少均质流与非均质指流外,其他样点0~30 cm土层以均质流和非均质指流为主,30 cm以下为不同类型大孔隙流的混合分布;(3)弃耕坡地的侧向流最为明显,染色剂延伸到染液喷洒区外50 cm处,常绿林地和落叶林地仅延伸至10~20 cm。植被覆盖类型与坡位的耦合作用影响了土壤理化性质,从而影响优先流路径的形成与水分的入渗过程。常绿林与落叶林的水源涵养能力强于弃耕坡地,耕作形成的犁底层限制了弃耕坡地的水分垂直入渗,增加了侧向入渗与地表径流的风险,需要通过破除犁底层或种植根系发达的乔灌木以增加降雨蓄存能力。

      • 基于电磁感应技术的棉田土壤电导率时空异质性研究

        冯春晖, 刘新路, 纪文君, 吴家林, 柳维扬, 彭杰

        DOI: 10.11766/trxb202010170576

        摘要:

        土壤剖面盐分的分布位置和含量的三维可视化研究,对干旱区盐渍化土壤定额灌溉具有重要意义。通过采集4个不同时期的土壤表观电导率数据和同步采集的土壤剖面样品的室内测定电导率数据,利用多元线性回归方法构建了土壤剖面不同土层实测电导率与表观电导率之间的反演模型,采用三维反距离权重插值法(3D-IDW)实现了土壤盐分的三维可视化,在此基础上研究了新疆干旱区膜下滴灌棉田土壤剖面盐分的时空变化。结果表明:表观电导率与实测电导率之间具有较好的相关性,基于表观电导率数据构建的实测电导率反演模型的决定系数(R2)在0.82~0.99之间;基于3D-IDW的三维可视化技术可高精度地展示出盐分在土壤剖面中的分布位置和含量,不同时期土壤电导率交叉验证的R2均大于0.75;土壤电导率的三维数据统计结果表明,由于灌溉、覆膜和揭膜活动等人为因素和气温、蒸发作用、地下水水位等自然因素的作用,不同时期土壤剖面盐分的分布特征和含量均存在较大的差异,3月份土壤剖面盐分分布类型为均匀型,0~100 cm土壤剖面的电导率范围为0.78~0.88 dS•m-1,6、7和10月份为表聚型,6月和10月份的盐分主要集中分布于0~20 cm,0~20 cm的电导率分别为3.32和5.28 dS•m-1, 7月份的盐分主要集中于0~40 cm,0~40 cm的电导率为2.25~2.45 dS•m-1。研究结果对于精确棉田灌溉时间节点和灌水量具有指导作用。

      • 土壤氨氧化古菌适应酸性胁迫的ATPase基因分子进化研究

        宋玉翔, 王保战, 秦华, 匡璐, 唐修峰, 王欣欣, 贾仲君

        DOI: 10.11766/trxb202101310062

        摘要:

        摘 要:分子生态研究发现,中性/碱性土壤中常见的氨氧化古菌DNA序列也存在于pH酸性土壤中,我们最近的研究发现中性氨氧化古菌可能通过V-ATPase适应性进化获得了耐酸或嗜酸生理生长能力。但这一现象是否具有普适性,尚不清楚。针对5个不同种植年限的马尾松人工林酸性土壤(15年、24年、45年、55年、63年)为研究对象,通过深度宏基因组测序获得7360亿碱基对,重构了氨氧化古菌AOA氨单加氧酶amoA基因和ATPase基因,研究了不同生态型氨氧化古菌AOA的嗜酸机制。结果表明,基于amoA基因的系统发育分析发现,AOA主要包括嗜酸Ca. Nitrosotaleales生态型、中碱性Nitrososphaerales生态型。所有酸性森林土壤中均存在pH中性的生态型AOA(Nitrososphaerales),并且ATPase主要是V-ATPase,其分类结果及变化规律与amoA基因相同,表明ATPase可能是马尾松森林土壤中AOA适应酸性胁迫的分子进化机制。随林龄的增加,Ca. Nitrosotaleales丰度先减少后增加,而Nitrososphaerales丰度先增加后减少,速效钾是显著影响AOA群落结构的重要环境因子。这些结果表明,人工林种植极可能促进了酸性AOA的种群分化,目前尚未获得纯培养的Nitrososphaerales生态型极可能在马尾松林原位土壤硝化过程中发挥了重要作用。

      • 基于多源辅助变量和随机森林模型的表层土壤全氮分布预测

        周 洋, 赵小敏, 郭 熙

        DOI: 10.11766/trxb202008240312

        摘要:

        土壤全氮与土壤质量和肥力密切相关,准确掌握土壤全氮的空间分布特征对精准农业管理措施的实施具有重要意义。以寻乌县为研究区域,利用随机森林(RF)和随机森林残差克里格(RFRK)方法,结合地形因子、地理坐标、遥感因子、气候因子、距离因子和土壤理化因子等多源辅助变量,对寻乌县表层土壤全氮的空间分布进行预测和制图,并在迭代100次模型后对比了两种模型的预测精度。结果表明,在选择的4种模型精度指标中,RF模型的决定系数均值(R2=0.6291)和一致性相关系数均值(CCC=0.7613)均高于RFRK模型(R2=0.5719,CCC=0.6881),而RF模型的平均相对误差均值(MAE=0.1570 g·kg -1)和均方根误差均值(RMSE=0.2108 g·kg -1)均小于RFRK模型(MAE=0.1682 g·kg -1,RMSE=0.2267 g·kg -1)。将残差作为误差项加入RF模型并未提高其预测精度,因此,RF模型可以作为土壤属性预测的一种有效方法,为农业管理措施的实施提供技术支撑。

      • 添加木本泥炭和膨润土对侵蚀退化黑土理化性质的影响

        赵 旭, 樊 军, 王 茜, 付 威

        DOI: 10.11766/trxb202101150028

        摘要:

        为减缓黑土农田侵蚀退化,提高农田地力。本研究选取典型侵蚀退化黑土地,向土壤中添加木本泥炭和膨润土,利用室内模拟和田间原位观测相结合,进行土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率以及持水性、有机碳含量和作物产量研究。结果显示:室内条件下添加2%或4%木本泥炭会使饱和导水率分别降低14.3%和增加9.9%、导气率分别增加18.9%和4.1%、相对气体扩散率分别增加15.5%和6.6%、有机碳含量分别增加39.4%和71.5%、盆栽玉米产量分别增加2.0倍和1.9倍;添加1%膨润土会使饱和导水率、导气率和相对气体扩散率分别降低63.2%、55.3%和7.6%,有机碳含量和盆栽玉米产量分别增加1.0%和1.1倍;添加2%或4%木本泥炭和1%膨润土会使饱和导水率分别降低65.8%和73.1%、导气率分别降低33.2%和32.8%、相对气体扩散率分别增加0.2%和降低4.7%、有机碳含量分别增加37.8%和70.6%、盆栽玉米产量分别增加1.9倍和1.5倍。大田中添加木本泥炭会使土壤饱和导水率、相对气体扩散率、有机碳含量和大豆产量分别增加75.0%、32.0%、36.1%和43.2%,土壤导气率降低45.2%;添加膨润土会使土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率分别降低39.1%、44.4%和44.0%,有机碳含量和大豆产量分别提高3.6%和4.2%,但有机碳含量和大豆产量差异不显著。混合添加木本泥炭和膨润土会使土壤饱和导水率、相对气体扩散率、有机碳含量和大豆产量分别增加134.4%、28.0%、36.0%和26.3%,土壤导气率降低38.2%。添加木本泥炭和膨润土均可提高土壤持水能力,添加膨润土的处理有机碳分解减慢。总之,混合添加效果最好,可提高土壤通气透水性、持水能力、有机碳含量和作物产量,并有助于有机碳累积。

      • 基于整合高通量绝对定量法的土壤微生物多样性分析

        王昌毅, 楼 骏, 严 康, 汪海珍, 徐建明

        DOI: 10.11766/trxb202010200588

        摘要:

        目前,常用的高通量测序技术只能得到微生物群落结构的物种种类和相对丰度,而整合高通量绝对定量法(iHAAQ)结合了高通量测序技术和qPCR技术,可以进一步计算得到微生物群落结构的绝对含量。相对丰度和绝对含量均是描述微生物群落结构的必备指标,其中相对丰度适合描述和评价微生物群落结构在单个样本内微生物之间的关系,而绝对含量更适于描述和评价微生物群落结构真实的数量变化以及在样本间微生物之间的关系。本研究基于发表的香蕉土传病害、再造沙地农业生态系统和微生物抑制剂作用3篇文献的高通量测序和qPCR数据,通过整合高通量绝对定量法获得3篇文献中古菌域、细菌域和真核生物域的真菌三类微生物群落结构的绝对含量数据,并进一步计算出这三类微生物整体(简称三域微生物)的绝对含量和相对丰度,从而对土壤微生物群落结构不同物种的相对丰度和绝对含量进行分析,旨在更加深入、准确地揭示土壤微生物群落及其生态功能。结果表明:(1)土壤中细菌的物种丰度和绝对含量高于古菌和真菌,在三域微生物中占据主导地位,缺乏绝对含量指标可能造成对微生物群落结构变化理解的偏差;(2)基于相对丰度和绝对含量数据分析,微生物群落结构α多样性指数结果相同,但β多样性指数结果不同;(3)在香蕉土传病害和再造沙地农业生态系统研究中,三域微生物的PCoA结果与细菌的结果较为相似,表明这两项研究中三域微生物群落结构主要受细菌的影响,但在微生物抑制剂的研究中未发现类似结果。整合高通量绝对定量法可以应用于所有同时进行高通量测序和qPCR测序的研究,在未来的土壤微生物群落结构研究中,采用高通量绝对定量法开展三域微生物群落的物种种类、相对丰度和绝对含量的整体评价,具有重要的生态学意义。

      • 秸秆还田方式对丛枝菌根真菌群落和玉米磷素利用的影响

        胡凯婕, 栾璐, 郑洁, 李静, 薛敬荣, 孙波, 蒋瑀霁

        DOI: 10.11766/trxb202103280167

        摘要:

        丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与80%左右的植物可形成共生结构,在农田生态系统中对植物—土壤系统养分循环起重要作用。为改善我国南方典型瘠薄红壤加速酸化、磷有效性低和土壤生物功能退化等严重问题,采用高通量测序技术揭示秸秆还田方式对根际AMF群落、土壤磷酸酶活性和磷素利用率的作用机制。结果表明,不同秸秆还田方式显著影响土壤理化性质,其中秸秆猪粪配施处理显著提升有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(AP)以及酸性磷酸酶(acid phosphomonoesterase,ACP)和碱性磷酸酶(alkaline phosphomonoesterase,ALP)活性。秸秆还田显著影响AMF多样性和群落结构,球囊霉属(Glomus)和类球囊霉属(Paraglomus)是AMF群落的优势属,SOC是影响AMF多样性和群落结构的关键因子。秸秆猪粪配施处理对玉米磷素利用率的提升效果最佳,显著高于秸秆还田和秸秆生物质炭处理。AP、TP、ACP活性和AMF群落多样性显著影响了磷肥利用率。不同秸秆还田方式下根际AMF群落可能调控了土壤磷素活化过程和玉米磷素利用效率,对于加强土壤健康管护和粮食产能提升具有重要意义。

      • 密闭室抽气法监测稻田氨挥发的几个问题

        田玉华, 尹斌, 曾科, 赵旭

        DOI: 10.11766/trxb202012310721

        摘要:

        密闭室抽气法是稻田氨挥发的常用监测方法,但该方法在实施过程中仍存在一些问题,导致不同研究结果之间缺乏可比性,影响稻田氨排放的系统分析与评估。研究了换气频率、抽气时间段、是否串联洗气瓶、抽气室与洗气瓶规格等监测参数以及抽气与自然风对比对氨挥发量的影响。结果表明,氨挥发随换气频率的增加而增加,其增加速度分三个阶段,挥发量与换气次数的对数呈线性相关;尿素快速水解期与水解基本结束后的氨挥发日变化规律不同;直通型、球形多孔型洗气头分别较圆盘多孔型洗气头氨挥发量低25.6%和8.5%;抽气室内径越大,气相高度越低,氨挥发量越低;串联洗气瓶测定的氨挥发仅为单独洗气瓶的88.6%;抽气室内田面水蒸发量随抽气速率增加而增加,抽气与自然放置情况下氨挥发量相近时,后者田面水蒸发量大。建议密闭室抽气法监测稻田氨挥发采用直径15 cm的抽气室,配单独流量计,气相高度5~8 cm,抽气量15~20 L?min?1左右,无需串联洗气瓶,选择圆盘多孔型或直杆多孔型洗气瓶。

      • 基于万维网大数据的农药场地土壤污染快速预测方法研究

        王 鑫, 于东升, 马利霞, 陆晓松, 陈 洋, 冯凯月

        DOI: 10.11766/trxb202012300343

        摘要:

        及时高效预测和筛查潜在农药污染场地对环境污染风险管控具有重要意义。基于万维网公开的46个农药场地样本数据,利用五分制层次分析法建立农药场地土壤污染快速预测指标体系,包括产品特征、局部气候条件、土壤属性和场地生产特征4个因素及其相应的产品毒性、持久性、气温、降水、风速、光照、土壤质地、土壤pH、有机质含量、生产时间和闲置时间11个特征指标。其中,农药场地生产时间、产品毒性及其持久性指标五分制分级后与农药场地土壤污染均存在显著线性相关性,三个指标不同组合对场地土壤污染的线性综合预测精度小于65%,而基于11个指标的机器学习方法综合预测精度为82%,但存在污染场地严重漏判问题。以综合评价指数值P≥0.6作为农药场地土壤污染的预测阈值,五分制层次分析法综合预测精度达到91%,优于线性预测以及机器学习方法,具有关键数据需求少、预测快速高效特点,体现 “宁严勿漏”的预测原则,可用于各类型农药场地的土壤污染筛查。

      • 水氮互作对稻田温室气体排放的影响

        曹开勋, 赵 坤, 金王飞飞, 朱同云, 单新亮, 梅 航, 朱礼洋, 钱丽丽, 王 峰, 肖 新

        DOI: 10.11766/trxb202011250646

        摘要:

        水肥管理对农田土壤肥力质量和环境质量有重要影响。依托安徽科技学院长期定位试验小区,通过设置两种灌溉模式(控制灌溉C1和常规灌溉C2)以及三个施氮水平(低氮N1、中氮N2和高氮N3),研究水氮互作对稻田温室气体CH4、N2O和CO2排放及土壤理化性质的影响。结果表明,与常规灌溉相比,控制灌溉可显著降低稻田中的CH4和N2O的累计排放量,降幅分别为43.12%和23.53%;常规灌溉条件下,低、中、高施氮处理的土壤铵态氮含量分别为35.26、38.90和35.20 mg?kg-1,而控制灌溉分别为33.08、34.30和42.40 mg?kg-1;控制灌溉条件下,CO2排放量高于常规灌溉,且随施氮水平的提高而增加。根据总体温室效应分析,控制灌溉下稻田的全球增温潜势(global warming potential,GWP)为0.55 t?hm-2(以CO2当量计),远低于常规灌溉下稻田0.82 t?hm-2,且中氮处理下稻田的GWP远低于低氮和高氮处理。水氮耦合是稻田N2O排放的主要影响因素,且在中、高氮施肥条件下,稻田N2O排放对于温室效应的贡献大于CH4。因此,采用控制灌溉结合氮肥减量施用,可有效减少农田温室气体CH4和N2O的排放,维持较高的土壤铵态氮水平,这对提高土壤肥力质量和发展可持续农业具有重要意义。

      • 砷镉在不同矿物界面的相互作用过程

        黄敏雪, 管玉峰, 苏子贤

        DOI: 10.11766/trxb202101140027

        摘要:

        重金属元素镉砷由于毒性高、活性大及危害强等特点,其土壤界面化学过程是土壤科学研究中的热点问题。虽然已有大量报道涉及镉砷的界面化学过程研究,但很少排除pH这一重要因子对研究结果的干扰。因此,本研究通过序批式反应,在排除pH干扰的条件下,定量研究了砷及镉在不同矿物界面(包括氧化铝、二氧化钛和高岭石)单独存在以及共同存在条件下的相互作用过程。研究结果表明:不同矿物界面上砷和镉的吸附动力学符合准二级动力学模型,化学吸附为其控速步骤;镉及砷的吸附效率(吸附量/比表面积)在不同矿物界面上均呈现出二氧化钛界面远高于氧化铝界面,而氧化铝界面高于高岭石界面;随着镉/砷浓度比的递增,镉的关键界面作用过程调控机制由静电吸附控制为主逐步转变为静电吸附与形成界面-砷-镉三元络合物共同作用,继而转变为形成表面沉淀控制;而随着砷/镉浓度比的递增,砷的关键界面调控机制发生从吸附控制为主向为沉淀控制为主的转变。该结果可为重金属元素在土壤矿物界面的微观化学作用过程及其调控措施研究提供借鉴。

      • 凋落叶和磷添加对马尾松林土壤碳激发效应的影响*

        梅孔灿, 陈岳民, 范跃新, 周嘉聪, 张秋芳, 程蕾, 曾泉鑫, 徐建国, 元晓春, 崔琚琰, 刘苑苑

        DOI: 10.11766/trxb202101130025

        摘要:

        探究土壤有机碳(SOC)矿化的激发效应(Priming effect, PE)对了解森林土壤碳吸存具有重要意义。凋落叶输入是调节激发效应的重要因素,其对激发效应的影响可能受到关键养分(如磷)的制约。在亚热带低磷土壤中,凋落叶和磷添加如何影响森林土壤碳矿化和激发效应目前仍不清楚。以马尾松林土壤为研究对象,探究三种凋落叶(马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)和枫香(Liquidambar formosana))和磷(KH2PO4)添加对土壤激发效应,土壤养分及微生物特性的影响。结果表明,三种凋落叶添加均显著增加了SOC矿化,产生了正激发效应,且马尾松凋落叶诱导的激发效应强度最大,火力楠凋落叶次之,枫香凋落叶诱导的激发最弱。此外,凋落叶添加整体上降低了速效氮 (AN)的含量,却增加了微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的含量,提高了β-葡萄糖苷酶(βG)和酸性磷酸酶(ACP)的活性。单独添加磷显著增加了SOC矿化,且提高了土壤有效磷(AP)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)、MBN和MBP的含量。而与单独添加凋落叶相比,火力楠和枫香凋落叶与磷共同添加显著降低了土壤激发效应的强度和ACP的活性。回归分析结果表明,累积激发效应与AP、MBN和MBP含量显著负相关,与ACP活性呈显著正相关。综上,凋落叶添加刺激了微生物生长,产生了正激发效应,且激发强度与凋落叶质量有关;而磷添加可能会降低低质量凋落叶产生的土壤激发效应。

      • 土壤中微塑料的生态效应与生物降解

        刘鑫蓓, 董旭晟, 解志红, 马学文, 骆永明

        DOI: 10.11766/trxb202102240040

        摘要:

        生态效应主要指各种人为活动对环境造成的污染和破坏,引起生态系统结构和功能的转变。随着塑料的使用量增大,塑料污染也成为环境污染治理中很重要的一部分,其生态效应和防治一直是近几年污染防治的关注点。由于塑料在环境中很难被降解,经过环境中风化的等物理作用,这些难以降解的塑料最终形成了直径小于5 mm的塑料颗粒,这些小颗粒的塑料被称为微塑料。微塑料作为近几年全球重点研究的污染物,其生态效应和降解方法一直备受关注。除了塑料垃圾污染外,一次性塑料产品、地膜等农用材料的使用,也会造成土壤中微塑料的污染。土壤中的微塑料会通过发生横向和纵向迁移扩大污染范围,横向迁移主要指微塑料通过风、地表水等方式在土壤表层进行扩散,而纵向迁移是指微塑料通过土壤中的生物、水或者各种富集方式向更深层的土壤中进行扩散,从而加大了微塑料在土壤中的污染程度,也给土壤微塑料治理带来了很大的挑战。本文从土壤环境、土壤微生物、植物体、食物链等方面综述了微塑料的生态效应,总结了近几年微塑料的危害,探讨了微塑料在植物和食物链中的积累,并且对微塑料沿食物链富集的风险进行分析。土壤微塑料的生态效应主要来自三个方面:塑料的主要成分、塑料合成过程中的添加剂、微塑料在环境中吸收挟带的污染物。微塑料能直接改变土壤的理化性质,影响土壤微生物群落的功能和结构多样性,并且会在植物体内积累,影响植物体健康。微塑料可能会通过饮食、饮水和呼吸等方式进入动物体和人体。除了通过沿食物链传递外,土壤微塑料还能通过扬尘的方式扩散到空气中,从而被食物链中不同层次的动物通过呼吸吸入到体内。一旦微塑料进入生物体内后,可能会进入生物体内的循环系统,从而在动物体内各处积累。论文还对微塑料的生物降解方法进行了论述,特别是对真菌和细菌的降解机制进行了详细的讨论。研究发现土壤中的昆虫、细菌和真菌都具有降解微塑料的能力,这些生物也都能成为解决土壤微塑料污染很好的对策。考虑到微塑料在环境中的生态效应和持久性,结合现有的微塑料降解方法,本文对未来土壤微塑料的研究方向和重点进行了分析和展望。

      • 耕地和草地土壤健康研究进展与展望

        司绍诚, 吴宇澄, 李远, 涂晨, 付传城, 骆永明

        DOI: 10.11766/trxb202104090063

        摘要:

        土壤是地球关键带的重要组成部分,为维持和保障农业生产、植物生长、动物栖息、生物多样性和环境质量提供了基本服务,是链接整个自然生态系统的核心要素之一。增强土壤健康对实现可持续发展目标至关重要,近年来在全世界范围内皆受到越来越多的重视和更广泛的研究。耕地和草地是当前地球上最大的土地利用类型,分别约占地球上无冰土地12%和26%。同时,“田”和“草”是“山水林田湖草生命共同体”中的重要组成部分,维护耕地和草地两种农牧地类型土壤健康对于维持整个自然生态系统健康和实现可持续发展具有重要意义。近二十年来,围绕这两种土地利用类型土壤健康的相关研究呈现兴起态势。中国在此研究领域虽比较活跃,但研究成果的影响力还有待加强,且还未从国家层面建立一个统一的土壤健康评估体系。本文首先厘清了土壤健康内涵的演变,并聚焦于以上两个典型的农牧地类型,归纳了当前国内外相关研究的热点内容;其次,梳理了当前国内外土壤健康评估研究工作现状,同时总结了中国在土壤健康维护方面已有的工作基础;最后,对我国未来土壤健康评估研究提出了建议和展望,以期为改善耕地和草地土壤功能、维护我国土壤健康提供依据和方法。

      • 超高温堆肥微生物群落强化产热功能特征分析

        崔 鹏, 艾超凡, 廖汉鹏, 周顺桂

        DOI: 10.11766/trxb202102050077

        摘要:

        超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联,然而超高温产生的原因却仍然未知。本文利用PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化,重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现,超高温堆肥可达到超过80oC的超高温阶段并持续5天以上,该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度,有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加(P<0.05),并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关(P<0.05)。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现,两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著(对于超高温堆肥,校正R2=0.96;对于普通堆肥,校正R2=0.97)。该模型表明,K03943(NADH脱氢酶黄蛋白2)、K15862(细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II)和K05580(NADH醌氧化还原酶亚基I)的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下,普通堆肥温度最高不超过70oC,且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度显著负相关(P<0.05)。以上结果表明,超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度,使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物,从而提高ATP合成速率,进而产生更多热量。

      • 不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

        韩晓增, 付玉豪, 贾仲君, Tiedje James M.

        DOI: 10.11766/trxb202103040128

        摘要:

        利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期(32年)裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明:与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作种植或自然草地恢复后,土壤有机质含量从52.07 g?kg-1显著增加至54.83 g?kg-1和61.54 g?kg-1,增幅分别为8.0%和27.5%,土壤氮磷钾养分有效性也显著增加。同时,每克干燥土壤中微生物丰度从2.25×107拷贝数增加至8.08×107拷贝数和1.69×108拷贝数,分别增加了2.58倍和6.51倍。裸地、农田和草地土壤的优势微生物菌门均为变形菌、酸杆菌和放线菌,其相对丰度均高于19%,且三者无显著差异(P > 0.05)。然而,所有检测到的228个微生物属中,高达54个微生物属有显著差异(P < 0.05),但绝大多数为相对丰度较低的微生物。分析表明土壤养分含量是微生物群落分异的主要环境驱动力,Granulicella微生物属可作为指示类群评估黑土环境的变化。上述研究结果表明,植被覆盖是土壤微生物群落演替的重要影响因素,未来应深入研究原位条件下黑土微生物的功能及其农业环境意义,为维系土壤养分元素循环和发展可持续农业生态管理模式提供理论参考。

      • 太湖流域典型农田土壤磷库演变特征及环境风险预测

        汪 玉, 袁佳慧, 陈 浩, 陈光蕾, 赵洪猛, 徐灵颖, 赵 旭, 王慎强

        DOI: 10.11766/trxb202012160696

        摘要:

        水体磷污染及其产生的富营养化等生态效应已成为流域性突出问题,其主要来源之一为农田磷流失。磷流失主要受土壤磷形态及有效性等因素影响,而土壤磷库又具有很强的空间分异特征。因此,聚焦水体富营养化较为突出的太湖流域,选取典型水旱轮作农田土壤为研究对象,基于系统随机布点法采集农田土壤样本319份,植株样本83株,分析土壤磷库演变规律并预测其环境风险。研究结果表明:与全国第二次土壤普查及2009年前期调查结果相比,该区域土壤全磷与有效磷(Olsen-P)含量均显著提高。根据水稻土Olsen-P的临界意义,该区域93.1%的农田土壤有效磷含量超过10 mg?kg-1,土壤基本不缺磷;有效磷高于20 mg?kg-1-占总土壤样本的65.2%,说明大部分农田土壤磷库处于盈余状态。进一步基于磷素生物有效性的分级方法(biologically based P,BBP)对土壤磷的生物有效性进行分析,发现氯化钙磷(CaCl2-P)、柠檬酸磷(Citrate-P)、酶提取磷(Enzyme-P)以及盐酸磷(HCl-P)与Olsen-P均呈极显著正相关(P<0.001),说明四种形态磷素均为土壤有效磷源。土壤全磷和有效磷含量呈极显著正相关关系(P<0.001),土壤有效磷与植株地上部分(籽粒+秸秆)以及地下部分(根)全磷含量呈显著正相关关系(P<0.01)。同时基于CaCl2-P与Olsen-P的相关性分析,认为该区域能造成环境风险的土壤有效磷阈值为30 mg?kg-1,超过环境阈值,环境污染风险会大大增加。因此,针对该区域土壤磷库较强的空间差异性,建议在区域养分管理以及环境保护过程中重点关注土壤磷的高效利用。

      • 毕节植烟区炭基有机肥施用适宜性区划研究

        张忠启, 彭华伟, 王美艳, 史学正, 孙维侠

        DOI: 10.11766/trxb202011270652

        摘要:

        炭基有机肥在改善土壤环境方面的作用越来越受到重视,不同土壤条件下炭基有机肥的施用分区研究对于区域土壤管理具有现实意义。选择贵州省毕节植烟区为案例区,在对其土壤pH和酸碱缓冲潜力空间分异特征研究的基础上,对该地区以改良酸化土壤为目的的炭基有机肥施用适宜性等级进行了区域划分。结果表明,毕节烟区全部采样点的pH均值为6.5,其中大方县、七星关区和威宁县的pH均值较低,分别仅为6.2、6.3和6.3,而织金县、金沙县和黔西县的pH均值超过了7.0,表现出较强的空间变异性;土壤酸碱缓冲潜力在各县区之间也存在较大差异,大方和威宁两县区的缓冲综合指数均仅为0.96,而织金县的缓冲综合指数达到了1.23。各成土母岩和土壤类型的pH和酸碱缓冲潜力的综合分级表明:砂岩、砂页岩和玄武岩土壤属于最适宜施用炭基有机肥来提升土壤pH的区域,其次为砂页岩紫色土,页岩黄壤、黄棕壤、紫色土,以及碳酸盐岩黄棕壤和黄壤,而碳酸盐岩粗骨土和石灰土则属于当前不适宜施用炭基有机肥提升pH的区域。毕节烟区的全部乡镇中,威宁、织金和赫章等县区的82个乡镇属于炭基有机肥重点施用乡镇,大方县和七星关区为主的144个乡镇属于一般施用乡镇,而黔西和金沙等县区中的32个乡镇属于当前不宜施用炭基有机肥的乡镇。研究结果不仅可对毕节烟区土壤的精准施肥和科学管理提供有益参考,也可丰富烟区土壤管理分区的研究成果。

      • 偶联酰胺化衍生-液相色谱法高灵敏度检测土壤圈样品中小分子单羧酸

        陈 虹, 唐昊冶, 钟 明, 刘晓东, 王如海, 俞元春

        DOI: 10.11766/trxb202103080130

        摘要:

        甲、乙、丙、丁酸在土壤圈广泛存在,通常含量较低,测定时易受基质中杂质干扰,难以准确定性定量。本法采用偶联酰胺化方法将具有紫外高灵敏响应的吲哚基团引入其结构中,生成酰胺类衍生物,即可在液相色谱-二极管阵列/紫外检测器(HPLC-DAD/UV)下间接高灵敏度检测,达到准确测定的目的。衍生化操作步骤如下:先将适量样品和MES(2-(N-吗啉代)乙磺酸)水溶液加入反应小瓶中,使反应体系保持pH约5.5,再加入适量的EDC(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺)水溶液,交联反应20 min后再加入适量的NHS(N-羟基丁二酰亚胺)水溶液,之后经偶联反应适当时间后再加入色胺的乙腈水溶液,酰胺化反应过夜,第二天用超纯水定容终止反应,待测。实验表明:在衍生化过程中,当保持MES:EDC:NHS:色胺:羧基≈10:7:3:7:1(摩尔比)的比例,加入NHS后偶联反应45 min时效果较佳。本法四种有机酸的检测限范围为0.008~0.046 mg·L-1,标准工作曲线的线性相关系数r2为0.991~0.998,平均回收率为85.9%~123%,方法精密度为1.69%~8.41%,可以满足有机分析要求。与液相色谱法直接测定小分子单羧酸相比,发现直接法测试结果与衍生-液相色谱法测试结果基本一致,但衍生法可以修正直接法中杂质干扰带来的阳性误差,同时提升低浓度单羧酸样品中有机酸的检出率,定性与定量结果更可靠。

      • 基于大比例尺数据库的福建省耕地土壤固碳速率和潜力研究

        吴世蓉, 邱龙霞, 陈瀚阅, 范协裕, 邢世和, 张黎明

        DOI: 10.11766/trxb202012040671

        摘要:

        明确土壤固碳速率和潜力是制定耕地固碳减排措施的基础。以我国典型亚热带地区—福建省不同地理位置的闽侯、浦城、同安、武平和永定5个县为研究区,运用生物地球化学过程模型DNDC(DeNitrification and Decomposition),模拟这5个县在目前区域尺度最详细的1:5万土壤数据库下1980─2009年和2010─2039年有机碳动态变化,并运用尺度上推的方法估算出全省耕地土壤固碳速率和潜力。结果表明,福建省耕地土壤1980─2009年的固碳总量为7.37 Tg,而2010─2039年的固碳潜力为7.04 Tg,两个时段的年均固碳速率分别为:190 kg·hm-2和176 kg·hm-2,说明目前的农田管理措施有利于研究区长期固碳。其中,水稻土和盐渍水稻土分别在土类和亚类级别中固碳速率最大,不同时段均大于175 kg·hm-2·a-1;而红壤在土类和亚类级别中固碳速率皆最小,不同时段均小于3 kg·hm-2·a-1。总体来看,1980─2009年和2010─2039年水稻土的固碳总量均占全省耕地固碳总量的92%以上,是今后制定固碳减排措施的重点。

      • 毛乌素沙地东南缘人工林樟子松根系吸水来源与影响因素

        裴艳武, 黄来明, 邵明安, 李荣磊, 张应龙

        DOI: 10.11766/trxb202011060608

        摘要:

        水资源短缺是我国西北旱区沙漠化防治和植被恢复重建的主要限制因子。揭示典型治沙植物根系吸水来源及其主控因子可为该地区科学治沙和水资源高效利用提供依据。本研究选取毛乌素沙地东南缘圪丑沟小流域樟子松人工林(18 – 20 年)为研究对象,通过定期采集和测定植物木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δ2H和δ18O),结合多元线性混合模型研究樟子松根系吸水来源、动态变化特征及其影响因素。结果表明:监测期间(6—11月)樟子松木质部水、降水、土壤水和地下水的δ2H值变化范围分别为−69.95‰~ −49.25‰、−144.81‰ ~ −6.60‰、−83.62‰ ~ −48.57‰和−65.63‰ ~ −53.65‰,δ18O值变化范围分别为−8.77‰ ~ −8.21‰、−18.86‰~ −2.07‰、−9.45‰ ~ −6.54‰和−9.97‰ ~ −8.26‰。雨季(7—9月)降雨量、土壤含水量和地下水位分别高于旱季(6月,10月和11月)24.8 ~ 90.10 mm,3.36 ~ 8.40%和5 ~ 15 cm。樟子松根系在6月主要利用深层土壤水(> 90 cm)(15.40%)和地下水(70.10%),7—9月逐渐转变为以吸收浅层土壤水(< 80 cm)为主(61.03%),10—11月随着降雨量减少,深层土壤水(> 70 cm)和地下水对樟子松根系吸水的贡献比雨季(7—9月)分别增加5.82% ~ 28.00%和20.64% ~ 23.30%。毛乌素沙地樟子松人工林根系吸水来源受土壤水分供耗和地下水位季节波动的共同影响。

      • 藻、菌配合施用对水稻土磷有效性及微生物群落的影响

        张慧洁, 刘俊琢, 吴永红

        DOI: 10.11766/trxb202103240159

        摘要:

        解磷菌和微藻广泛用作生物肥料,影响土壤养分循环及微生物群落的组成和活性。本研究以巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium)、小球藻 (Chlorella vulgaris)、句容水稻土为试验材料,通过室内培养实验,设置只施用小球藻 (A)、只施用巨大芽孢杆菌 (B)、小球藻和巨大芽孢杆菌配合施用 (A+B)、对照 (CK) 4个处理,探索巨大芽孢杆菌和小球藻配合施用对水稻土磷有效性和微生物群落的影响。结果表明,培养第30天,巨大芽孢杆菌和小球藻配施的处理土壤有效磷含量 (15.92 mg·kg-1) 显著高于对照和单独施用小球藻的处理 (A: 14.46 mg·kg-1, CK: 14.61 mg·kg-1),比对照土壤 (14.61 mg·kg-1) 提高9.0%。巨大芽孢杆菌和小球藻配施还可以显著提高水稻土的pH、全氮以及总有机碳含量。巨大芽孢杆菌和小球藻配施的处理,土壤中芽孢杆菌属的相对丰度 (1.70%) 比单独施用巨大芽孢杆菌的处理 (1.33%) 提高27.9%,小球藻在绿藻门中的相对丰度 (3.14%) 比单独施用小球藻的处理 (3.04%) 提高3.18%。巨大芽孢杆菌和小球藻配施也显著提高了土壤微生物的代谢活性和增殖速率。综上,本研究表明巨大芽孢杆菌和小球藻配合施用可以显著提高水稻土磷有效性,提高土壤微生物的活性,为藻、菌复合生物肥的开发和利用提供了理论基础,为提高水稻土磷有效性、缓解磷积累及其环境风险提供了新的视角。

      • 一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析

        阮楚晋, 熊广州, 牛欣尧, 陈国炜, 吴汉卿, 马泽超, 朱堃, 刘莹, 王钢

        DOI: 10.11766/trxb202104230215

        摘要:

        病毒在地球上无处不在,几乎能感染任何生物,包括动物、植物、真菌以及细菌等,因而在生物地球化学元素和能量的循环过程中发挥重要作用。了解土壤病毒基因信息有助于我们深入理解病毒在生态系统中所扮演的角色。本研究选取一个东北农田黑土样品中的病毒为研究对象,基于病毒宏基因组测序技术获得土壤病毒基因序列,并利用生物信息分析方法揭示土壤病毒多样性。同时,结合个性化分析宏病毒组基因序列、进行功能基因分析、宿主预测和单病毒基因组组装和注释。研究发现该农田土壤检测到的病毒主要归属于有尾噬菌体目(Caudovirales,59.38%)和疱疹病毒目(Herpesvirales,2.56%)等2个病毒目中的29个病毒科,其中以长尾噬菌体科(Siphoviridae)、微小噬菌体科(Microviridae)的病毒数量最多,分别占44.48%和20.53%。基因功能分析表明土壤病毒可能参与土壤中的酶催化、生物代谢(如氮化合物代谢、分解代谢、多生物代谢、细胞代谢、初级代谢、含碱基小分子代谢以及有机物代谢等)等过程。宿主预测分析揭示检测到的病毒宿主分属5个菌门中的35个菌属。本研究结果丰富了土壤病毒的基因数据库,为土壤病毒分离提供参考,并为进一步理解土壤病毒生态学意义提供数据支撑。

      • 两种温度制备生物质炭在榉树人工林土壤的原位稳定性

        查全智, 卢伟伟, 胡嘉欣

        DOI: 10.11766/trxb202012250648

        摘要:

        研究生物质炭的稳定性是理解其土壤固碳功能的基础。以水稻为原料在两种温度(300 ℃和500 ℃)制备生物质炭,利用13C稳定同位素技术,通过182 d的野外原位实验,比较两种生物质炭在榉树人工林土壤中的稳定性。整个培养期间,300 ℃和500 ℃生物质炭的累积分解量分别为10.5和3.65 g·m-2。双指数模型拟合的结果显示,300 ℃和500 ℃生物质炭的难分解碳库的平均停留时间分别为99.8 a和302 a。300 ℃生物质炭的分解速率与土壤表层温度显著正相关(P = 0.034,r = 0.417,n = 26),而500 ℃生物质炭的相关性不显著(P = 0.549,r = 0.123,n =26),表明土壤温度对生物质炭稳定性的影响因制备温度而异。野外原位实验表明500 ℃生物质炭具有更高的稳定性,为深入探讨生物质炭的稳定性提供了基础数据。

      • 不同pH和氧气条件下土壤古菌与海洋古菌的竞争适应机制

        熊旭梅, 周雪, 郭佳, 贾仲君, 蒋先军

        DOI: 10.11766/trxb202101220668

        摘要:

        pH和氧气是古菌氨氧化活性的关键限制因子。然而,复杂土壤中不同古菌生态型(土壤古菌和海洋古菌)对pH和氧气的竞争适应规律尚未有相关报道。选择活性氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)为类海洋古菌Group1.1a-associated的酸性森林土( pH5.40)和活性氨氧化古菌为土壤类古菌Group 1.1b的碱性水稻土( pH8.02),调节混合土壤pH和氧气浓度;设置稳定性同位素核酸探针实验,通过微宇宙室内培养,监测土壤硝化强度;利用实时荧光定量qPCR和454高通量测序研究pH和氧气对土壤氨氧化古菌和细菌的影响规律。结果表明:pH3.8下没有硝化作用发生,而pH6.0和7.6则发生了强烈硝化作用,且高氧环境下硝化作用强于低氧环境;加底物培养后,氨氧化古菌数量明显增加;活性氨氧化古菌几乎全为土壤类古菌Group 1.1b。研究表明:尽管氧气对硝化作用也有一定影响,但pH是影响硝化作用的主要因素;与类海洋古菌相比,土壤类古菌Group?1.1b更能适应高氧和低氧的碱性土壤环境,因此具有更强的竞争力。

      • 测量模拟土体zeta电位的简易流动电位测量装置及其使用方法

        李忠意, 刘芳铭, 吴金雯, 徐仁扣, 谢德体

        DOI: 10.11766/trxb202101130023

        摘要:

        本文展示了一款可应用于土壤学领域研究的简易流动电位测量装置。为验证该装置的可行性,采用石英砂和包铁石英砂模拟土体所具有的多孔结构和表面电荷特征,基于流动电位法测量了石英砂在不同浓度(0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0和5.0 mmol?L-1)NaCl溶液中的zeta电位和石英砂与包铁石英砂在不同pH(4.4、5.2、6.1、6.6、6.9、7.7和8.0)电解质溶液中的zeta电位。同时采用电泳法测量了石英砂胶体在不同pH电解质溶液的zeta电位以作比较。结果表明:在考虑表面电导时,流动电位法测得石英砂在不同浓度NaCl溶液中的zeta电位随溶液浓度的升高逐渐往正值方向移动。这是由于随着离子强度增加,石英砂的双电层厚度受到压缩,zeta电位的绝对值逐渐降低;相同离子强度下,随溶液pH升高,石英砂和包铁石英砂表面官能团发生去质子化作用,流动电位法测得石英砂和包铁石英砂的zeta电位均随pH升高而逐渐降低;由于电荷屏蔽作用,在带负电荷的石英砂表面包被带正电荷的氢氧化铁后,流动电位法测得包铁石英砂的等电点pH(IEP)介于石英砂和氢氧化铁的IEP。此外,流动电位法测得的石英砂颗粒在不同pH电解质溶液中的zeta电位与电泳法测得的石英砂胶体在不同pH电解质溶液中的zeta电位具有较好的一致性。可见采用自制流动电位装置所获结果均与理论预测及常规电泳法测定结果相符,准确度较高。自制流动电位装置结构简单、操作方便、加工制造容易。该装置可被土壤学领域的研究者借鉴参考,以望为土壤电化学研究工作做出贡献。

      • 番茄青枯病抑病土壤根际微生物群落特征及其抑制性传递机制

        刘洪, 董元华, 申民翀, 孙菲菲, 王夏, 刘金平, 李建刚

        DOI: 10.11766/trxb202101200037

        摘要:

        根际微生物在宿主植物抵御土传病害发生过程中发挥着重要作用。为探究抑病土壤与感病土壤根际微生物群落特征及其微生物群落构建机制,分别采集了抑病土和感病土中的番茄根际土壤。采用实时荧光定量PCR技术检测两种根际土壤中的病原菌含量,并且利用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析了抑病和感病土中番茄根际土壤微生物群落多样性、组成、结构以及基于零模型的微生物群落构建机制的差异。结果表明,与感病土相比,抑病土壤中番茄的青枯病病情指数明显降低(病情指数分别为47.5和22.5),其根际中细菌群落具有更高的alpha多样性、更丰富的放线菌门、厚壁菌门以及芽孢杆菌科和链霉菌科等有益微生物,较低的青枯病菌丰度(病原菌丰度降低了12.22倍)并伴随着较高的随机性过程,因此抑病土壤受病害胁迫的适应性较强。为了进一步检测抑病土壤抑病特性的可传递性,将感病土壤与抑病土壤按照一定比例进行混合,形成了仅有感病土D10H0、感病土与抑病土质量比为1:1的D5H5以及仅有抑病土D0H10这三种处理。结果表明,随着抑病土比例的增加,番茄青枯病病情指数逐步降低,D10H0、D5H5和D0H10的病情指数分别为41.67、29.17与16.67,而细菌alpha多样性增加,厚壁菌门、链霉菌科和芽孢杆菌科等丰度明显增加,随机性过程的主导作用加强。综上所述,病害胁迫对番茄根际微生物群落的多样性、组成、结构和群落构建过程产生了显著影响,而抑病土壤能通过植物根系招募有益微生物来抵御病害胁迫。

      • 潮土长期不同施氮水平对秸秆降解及其细菌群落结构的影响

        李敬王, 陈林, 马东豪, 张丛志, 张佳宝

        DOI: 10.11766/trxb202103150145

        摘要:

        农田过量施氮所引发的问题已经引起广泛关注,但长期施氮后土壤无机氮水平状况及其对秸秆降解的作用尚不清楚。本研究以中国科学院封丘农业生态实验站长期(2005~2018年)施氮肥(5个施氮水平:0(N0)、150(N1)、190(N2)、,230(N3)和270 (N4)kg ha-1 yr-1)的潮土为研究对象,开展短期(50天)的秸秆降解-土壤培育实验。培育期间监测秸秆碳的矿化、土壤无机氮(硝态氮和铵态氮)、可溶性有机碳、微生物生物量碳的动态变化,利用高通量测序测定细菌群落结构。结果表明,长期施氮后,土壤无机氮含量和秸秆碳的矿化率随施氮水平的升高而增加。不同长期施氮水平的土壤细菌群落结构呈现显著差异。网络分析揭示:秸秆降解过程中细菌群落内部物种间的共现模式随长期施氮水平发生改变,具体体现为长期高施氮水平下细菌群落彼此间的负相关得到了加强;同时,变形菌主导地位减弱、酸杆菌主导地位增强。综上,土壤无机氮含量、细菌群落结构及物种之间的关系随着长期施氮水平的不同发生了改变。本研究探究了长期不同施氮水平下土壤中无机氮的水平状况、秸秆降解状况以及秸秆降解过程中土壤细菌的生物特性,以期为秸秆还田和科学施氮提供一定的数据支撑和思路启示。

      • 土壤供保氮能力决定稻田氮肥增产效果和利用率

        杨秉庚, 蔡思源, 刘宇娟, 徐灵颖, 汪玉, 彭显龙, 赵旭, 颜晓元

        DOI: 10.11766/trxb202104070181

        摘要:

        黑龙江五常和江苏常熟分属我国东北和华东单季稻区优质粳米的代表性产地,但五常维持水稻高产所需氮肥投入量通常远低于常熟而其增产效果好于常熟。由于两地水热条件、作物品种、农田管理和土壤类型均不同,究竟是何原因导致这种区域差异尚不清楚。为探究土壤因素的影响,在两地稻田分别取黑土型水稻土(BS)和乌栅土(WS),设不施氮(CK)、低氮和高氮(N 150和300 kg·hm-2标记尿素)处理,开展盆栽试验,比较水稻产量、氮肥利用及总损失的土壤差异,并结合室内淹水矿化培养试验,研究两种水稻土氮素矿化特征。结果发现:在相同气候和水稻品种及管理条件下进行的盆栽试验中,各处理水稻产量、氮肥增产效果及地上氮素吸收累积量BS均优于WS,差值法氮肥利用率BS较WS高出20.0~28.7个百分点,然而,15N示踪法氮肥利用率BS却仅比WS高5.56~8.01个百分点。尽管施氮后水稻吸收土壤氮均增加,但BS土壤来源氮增量比WS高95.0%~215%。根据CK和相应施氮处理水稻地上部土壤来源氮差值可计算土壤氮素表观激发量在BS为173~354 mg·pot-1,在WS仅为88~113 mg·pot-1,与淹水培养试验中施氮后土壤氮净矿化量BS高出WS 0.95~2.49倍相一致。这说明施氮对BS土壤供氮量增加有更大促进作用。盆栽试验中BS土壤上15N肥料总损失也随施氮量增加低于WS。综上,氮肥对BS土壤激发效应强,可提供更多土壤矿化氮和损失较低是其维持较高氮肥利用率和高产的主要原因;而氮肥对WS土壤激发效应低,且肥料氮土壤保持能力较弱,因此,水稻生长对高量氮肥投入的依赖性更高。土壤是影响稻田氮肥增产效果和氮肥利用率差异的重要因素。

      • 不同还原条件下多环芳烃厌氧微生物降解研究:基于文献计量的剖析

        朱燕婕, 何 艳, 徐建明

        DOI: 10.11766/trxb202102060081

        摘要:

        厌氧微生物降解是环境中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)污染削减的重要途径。为系统、全面地了解PAHs厌氧微生物降解的研究现状,以Web of Science核心数据库为数据源,对该领域已发表文献进行文献计量分析,并以厌氧环境中不同还原条件对应的电子受体还原体系为切入点,分别论述反硝化体系、金属离子还原体系、硫酸盐还原体系和产甲烷体系中的PAHs厌氧微生物降解的研究进展,在此基础上重点对土壤中PAHs厌氧微生物降解研究的现存理论空白和未来发展趋势进行探讨。分析结果表明,PAHs厌氧微生物降解领域的研究整体较少,其中,绝大多数仅针对低环PAHs;不同还原条件中对产甲烷和金属离子还原体系的关注也较少;已有研究多侧重纯培养物或水体、沉积物等环境介质,较少基于土壤展开,且新兴技术在该领域尚未得到广泛应用。因此,目前针对土壤中PAHs厌氧微生物降解的认识尚存在诸多理论空白。土壤是环境中PAHs汇集和积累的重要场所,未来应当尝试将单体稳定同位素分析、稳定同位素核酸探针、组学等多种新兴技术与传统研究方法相结合,从多种的角度深入探究土壤PAHs厌氧微生物降解的机制,并将已有的理论和经验在土壤中进行验证,以填补现存理论空白,推进厌氧土壤中PAHs污染微生物修复工作的开展。

      • 激光诱导击穿原子光谱在土壤分析中的应用

        马 菲, 周健民, 杜昌文

        DOI: 10.11766/trxb202012100679

        摘要:

        土壤分析是土壤学研究及应用的前提和基础,传统化学土壤分析方法逐渐不能适应现代土壤学海量信息数据快速获取的需求。激光诱导击穿光谱作为一种全新的、反映土壤组成元素原子信息的光谱技术,其无需对样品进行复杂前处理,可实现原位、快速、多元素连续在线检测,每条光谱记录土壤样本独一无二的特征,可以视为土壤“指纹”,成为现代土壤分析的有效技术之一。首先介绍和分析了激光诱导击穿原子光谱的原理、光谱获取的主要影响因素、光谱数据处理的化学计量学方法等;然后阐述和梳理了基于激光诱导击穿光谱技术在土壤分析方面的应用成果和进展,包括土壤鉴定、土壤养分评估、土壤重金属测定、微观/介观尺度土壤原位表征等;最后讨论和总结了激光诱导击穿光谱技术在土壤分析中所面临的挑战及其应用展望。

      • 黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分异特征

        任频频, 黄 峰, 李保国

        DOI: 10.11766/trxb202006250335

        摘要:

        基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(10~20 cm),9.96±4.14(20~30 cm),8.03±3.45(30~40 cm)g·kg-1,分别处在三级至五级水平;0~20 cm各土层中,高值区域主要分布在太行山山前平原、山东引黄灌区等传统农业生产地带,以及河南南部和安徽北部的砂姜黑土区。随着土层深度的增加,有机质含量的空间分布结构趋于明显,10~40 cm各土层中,河北平原和鲁西北地区呈现LL(低-低)/HL(高-低)型分布特征;河南和安徽地区主要为HH(高-高)/LH(低-高)型,但不同土层的具体分布差异较大。有机质含量与黏粒含量之间存在显著的数理相关关系,与容重之间关系并不明显;有机质/黏粒含量和有机质/容重的双变量局部空间自相关类型中,LL/HL型主要分布在河北平原和鲁西北地区,其中HL型在0~20 cm各土层中集中分布在太行山山前平原和山东引黄灌区地带,HH/LH型样点主要分布在河南和安徽地区,但不同土层具体分布差异明显。有机质与黏粒含量的空间自相关结构更明显;0~10 cm、10~20 cm土层较20~30 cm、30~40 cm土层的空间自相关结构更明显;农业管理措施及其地域差异性是造成各分布结构在空间水平方向及土壤垂直分层方向上差异化的重要原因。

      • 储存条件对气态和液态样品15N丰度的影响

        温腾

        DOI: 10.11766/trxb202011300661

        摘要:

        摘 要:15N稳定同位素技术已经广泛应用于土壤、水体氮循环研究中,不同形态样品的15N丰度是该类研究的关键数据。样品储存是实验过程中最基础也是极其重要的一步,储存过程中的不确定性可能影响样品15N丰度。以不同气态和液态样品为对象,研究储存容器、温度、时间、样品前处理等因素对样品15N丰度的影响。结果表明:对于气态样品,铝箔气袋稳定储存N2O样品的时间很短,在第10天15N丰度就明显发生变化;而螺口顶空瓶+丁基塞和钳口顶空瓶+丁基塞稳定储存时间可长达200天左右。对于自然丰度的土壤浸提液, NO3-的15N丰度在4 ℃和-20 ℃下可稳定储存10天无明显变化,储存30天则明显变化;而NH4+的15N丰度在-20 ℃下可稳定储存60天后才有明显变化,但在4 ℃下只能稳定储存10天。对于15N富集的土壤浸提液,NO3-的15N丰度在稳定储存160 天后发生变化;但其NH4+的 15N丰度在-20 ℃下仅能稳定储存30 天,4 ℃下仅能稳定储存10天。对于自然丰度的河水样品,其NO3-和NH4+的δ15N值在4 ℃或-20 ℃下稳定储存10天后均发生变化。储存条件会显著影响气态和液态样品的15N丰度,这些研究结果为15N稳定同位素研究中样品储存提供了科学依据。

      • 设施大棚间作玉米对丛枝菌根网络形成及辣椒疫病防治的影响

        刘一凡, 侯劭炜, 胡君利, 蔡鹏, 李明慧, 吴福勇, 林先贵

        DOI: 10.11766/trxb202102280112

        摘要:

        丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌对辣椒疫病等土传病害具有生防潜力,但由于难以纯培养而未能实现规模化生产应用,如能调动土著AM真菌的抑病功能则对实际生产具有重要指导意义。依托重庆石柱辣椒科技园,研究设施大棚中间作玉米对土著AM真菌生长及辣椒疫病防治的影响。结果表明,与辣椒单作相比,间作玉米处理辣椒根系AM真菌侵染率、根际AM真菌数量与土壤磷酸酶活性以及小区作物养分总吸收量均显著提高,辣椒疫病发病率与病情指数、单株辣椒的磷吸收量及果实生物量均显著下降,其中种植密度更高的等垄宽间作处理两种作物根系AM真菌侵染率、小区玉米产量及作物养分总吸收量均显著高于等行距间作处理,辣椒疫病发病率与之正好相反。设施环境下间作玉米或能通过促进AM真菌生长及其对辣椒根系的侵染来增强其对辣椒疫病的防治功效,其中等垄宽间作处理具有更好的经济效益。

      • 微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机理研究进展

        张 彬, 陈 奇, 丁雪丽, 何红波, 张旭东

        DOI: 10.11766/trxb202012270705

        摘要:

        近年来,关于微生物残体在土壤有机质积累和转化过程中的作用越来越受到研究者的关注。土壤有机质中微生物残体的数量和组成比例变化与土壤有机质的形成、容量大小及周转特征密切相关。对目前土壤微生物残体研究方面的相关进展进行了梳理和总结,在明确土壤微生物残体的来源及其重要性的基础上,介绍了土壤微生物残体定量和转化的表征方法,阐述了微生物残体在土壤有机质积累转化过程中的作用及其主要影响因素,探讨了微生物残体在土壤中的稳定机制,提出了微生物通过同化代谢作用驱动细胞残体积累进而促进土壤有机质积累和稳定过程中亟待探讨的科学问题。期望为进一步探究陆地生态系统土壤有机质周转与微生物过程的相互作用机理提供一定的思考。

      • 加积型红土剖面成壤特征及网纹化成因的土壤微形态证据

        王琳怡, 朱丽东, 于红梅, 李凤全, 陈天然, 贾 佳, 马桢桢, 张忠萍, 张杭佳

        DOI: 10.11766/trxb202011240643

        摘要:

        亚热带加积型红土很好地记录了中国南方第四纪以来风化特征及其变化趋势,但相应风化强度下古土壤成壤细节仍尚待进一步揭示。本文以庐山东麓海会剖面(L-HH)为研究对象,借助土壤微形态研究方法分析不同风化强度下古土壤成壤特征,并结合粒度、色度、磁化率、地球化学等指标,进一步探讨加积型红土成土环境及网纹机制。结果表明:(1)加积型红土土壤基质以黏土、胶体为主,并具有一定铁质侵染。沿剖面自下而上,胶体含量由70%减少至50%,黏土胶体与碎屑配比由8:2逐渐变化为6.5:3.5,成壤强度呈减弱趋势。(2)土壤孔隙和形成物类型沿剖面的变化差异较好地记录了土壤水分及其干湿变化。网纹红土层以线状大孔道为主,连通性好,铁质迁移活跃,铁锰质胶膜沿孔道分布且多层叠置,部分铁质胶膜有脱色现象,指示水分充足,干湿变化频繁。网纹黄棕色土层大孔道减少,孔洞、囊状孔隙增加,有一定连结性,铁锰胶膜多沿孔隙壁淀积,铁锰质结核也尤为丰富,指示水分减少,干湿变化仍然频繁。黄棕色土层,孔道极少,以面状裂隙、囊状及不规则状孔隙、孔洞为主,连结性差,淀积胶膜多为扩散-团聚型,水分少,铁游离程度降低。(3)土壤孔隙及其发育程度与网纹化程度有较好的对应关系,裂隙产生、加宽、连通是网纹化的物理学基础。(4)剖面土壤微形态特征与粒度、色度、磁化率等环境指标间有良好对应关系,是解读红土形成环境、季风演化和网纹化机制的重要土壤学指标。

      • 亚热带花岗岩坡地富铁土铁氧化物相分配对团聚体稳定性的影响

        邢邓春, 陈 静, 鲍海鹏, 龙晓泳

        DOI: 10.11766/trxb202009170519

        摘要:

        铁氧化物是环境敏感矿物,也是土壤团聚体的重要胶结物。自然铁氧化物相存在多尺度分异现象,可能影响团聚体的形成与稳定。本文以闽中丘陵区花岗岩坡地上发育的富铁土序列为研究对象,通过湿筛法和吸管法分离团聚体;运用土壤化学和漫反射光谱(Diffuse reflectance spectroscopy,DRS)方法测定了全铁(Fet)、游离铁(Fed)、无定形铁(Feo)、赤铁矿(Hm)和针铁矿(Gt)含量,并系统探讨了坡地、剖面和团聚体尺度铁氧化物相分异特征及其对团聚体稳定性的影响。研究表明,坡地尺度上,沿坡面向下,全样Fed与游离度(Fed/Fet)减小,Feo与活化度(Feo/Fed)增加,Hm与Hm/(Hm+Gt)明显降低,Gt变化不明显;剖面尺度上,上层土壤的Fed、Gt多高于下部,Feo和Hm则多低于下部;团聚体尺度上,Fed、Feo和Gt趋向微团聚体中富集,Hm在微团聚体和大团聚体中含量相当,Hm/(Hm+Gt)则随粒级增长而增大。坡地土壤团聚体粒级组成以微团聚体为主,但团聚体稳定性由> 0.25 mm大团聚体主导。Feo、Feo/Fed和Hm(Hm/(Hm+Gt))分别与0.5 ~ 0.25 mm、1 ~ 0.5 mm和2 ~ 1 mm大团聚体显著正相关。不同尺度上铁氧化物存在明显分异,其中坡地尺度铁氧化物相的强烈分配导致Hm和Feo分别在坡顶和坡底相对富集,使得坡地两端团聚体稳定性高于坡中过渡区。

      • 长期秸秆覆盖对免耕稻-麦产量、土壤氮组分及微生物群落的影响

        周子军, 曾祥忠, 上官宇先, 秦鱼生, 涂仕华, 何明江, 李丽君

        DOI: 10.11766/trxb202011190522

        摘要:

        为探究长期秸秆覆盖对免耕区作物产量、土壤氮素组分及微生物群落特征的影响,以稻–麦定位免耕试验为研究对象,选取了其中免耕且秸秆移除和免耕且秸秆覆盖2个处理,于试验开展第12年 (2018年) 小麦收获后,统计分析近五年产量数据,并采集各处理0~5、5~10、10~20、20~30 cm的土壤样品,测定土壤全氮及活性氮组分,利用磷脂脂肪酸 (PLFA) 方法表征土壤微生物群落。结果表明: (1) 秸秆覆盖显著提高了小麦产量 (增幅为6.49%),对水稻产量影响不显著。 (2) 秸秆覆盖对土壤氮组分的影响略有差异:它显著提高了土壤0~5 cm 全氮、硝态氮和铵态氮以及0~10 cm 颗粒有机氮、0~5 cm和10~20 cm 可溶性有机氮含量,对微生物生物量氮无显著影响;它提高了0~5 cm 和10~20 cm 可溶性有机氮占全氮的比例,对其他组分占全氮比例无显著影响。 (3) 秸秆覆盖显著提高了土壤微生物总PLFA和细菌PLFA丰度,对真菌PLFA和放线菌PLFA无影响,降低了土壤真菌/细菌比;微生物生物量氮、土壤全氮、颗粒有机碳/颗粒有机氮比是显著影响土壤微生物群落组成的关键土壤环境因子。 (4)无论秸秆覆盖与否,土壤全氮、活性氮组分含量和微生物组分均表现出显著的深度效应。综上所述,秸秆还田提升了土壤氮素含量,提高了小麦产量,增加了土壤微生物总量,可在四川免耕稻–麦轮作区推广应用。

      • 长期有机无机配施下烤烟-玉米轮作优化土壤微生物活化无机磷

        王亚麒, 刘 京, 芶剑渝, 袁 玲

        DOI: 10.11766/trxb202008100448

        摘要:

        采集遵义市15年长期施肥定位试验的土壤,包括撂荒地(对照)、烤烟连作—单施化肥、烤烟连作—化肥有机肥配施、烤烟玉米轮作—单施化肥和烤烟玉米轮作—化肥有机肥配施等处理,通过土壤悬浊液与培养液混合培养技术、微生物高通量测序及常规分析,研究长期施肥对土壤无机磷活化的影响。结果表明,烤烟玉米轮作、施用有机肥和撂荒地的土壤可培养微生物(细菌、真菌、放线菌和无机磷细菌)数量增多,种群多样性增加,说明土壤生态环境改善。将土壤悬浊液接种至微生物培养液中,培养期间混合液中的有效磷含量以烤烟玉米轮作高于烤烟连作,化肥有机肥配施和撂荒地高于单施化肥,其中以烤烟玉米轮作—化肥有机肥配施最高,烤烟连作—单施化肥最低,说明合理种植和科学施肥有益于土壤无机磷的活化,在遵义烟区提倡烤烟玉米轮作—化肥有机肥配施很有必要。在混合液中,氢离子与溶解钙磷、有机酸与溶解铁磷和铝磷显著相关。与溶磷微生物的纯培养技术相比,土壤悬浊液培养既能反映微生物的溶磷特征,又更接近土壤微生物菌群复杂的溶磷状况。在供试土壤微生物中,存在柠檬酸合酶、蛋白葡萄糖脱氢酶和苹果酸合酶等的合成通路,处理间的差异可从分子生物学角度解释合理轮作和化肥有机肥配施促进土壤无机磷活化的原因。

      • 天然橡胶与生化抑制剂联合包膜控释尿素对土壤供氮及冬小麦生长的影响

        漆增连, 贺明荣, 代兴龙, 董元杰

        DOI: 10.11766/trxb202012010592

        摘要:

        通过控制氮素的溶解与转化速率使其与小麦的需求相匹配,可提高施肥效益,实现小麦高产稳产和减轻环境污染。以天然橡胶为包膜材料与生化抑制剂涂层尿素联合包膜,制备了天然橡胶包膜尿素(CRU1)、正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU2)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP )涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU3)、NBPT+DMPP组合涂层+天然橡胶包膜尿素(CRU4)四种新型控释尿素。采用扫描电镜、25℃静水释放和土壤培养试验探讨了自制双控释尿素的微观结构、控释性能及NBPT和DMPP控制氮素转化效果,并通过田间试验,验证了四种控释尿素对土壤供氮能力及冬小麦生长的影响。结果表明,天然橡胶作为膜材料制备控释肥,成膜性好,剖面养分通道明显。25℃静水条件下,天然橡胶包膜控释肥控释期达60 d。与普通尿素(U)处理相比,各控释肥均能显著降低土壤氨气挥发速率,推后氨挥发峰值天数。与U相比,CRU1、CRU2、CRU3、CRU4在减氮10%条件下依然能显著提高土壤持续供氮能力,提高小麦产量。CRU4在降低冬小麦生育期内土壤脲酶活性、抑制土壤NH4+-N向NO3--N的转化及减少土壤氨挥发等方面较单独添加NBPT和DMPP更优。与U相比,CRU1、CRU2、CRU3、CRU4冬小麦分别增产16.96%、21.46%、17.37%和25.90%。CRU4土壤氮素持续供应能力最强,冬小麦增产幅度最大,这表明将天然橡胶与抑制剂涂层尿素联合包膜制备的双控释尿素既能“控溶”又能“控转”,在氮素减施10%条件下,能够实现小麦高产、稳产。

      • 不同土地利用方式对山东滨海盐碱土理化性质的影响

        李 珊, 杨越超, 姚媛媛, 刘 燕, 张淑刚, 张衍鹏

        DOI: 10.11766/trxb202008310491

        摘要:

        山东滨海盐碱土壤盐分高、养分低、结构差等问题严重影响了该地区的农业发展,因此有效开发和利用该地区土地对其农业增产增收至关重要。以东营市垦利县四种土地利用方式(荒地、草地、耕地、林地)为研究对象,探讨不同土地利用方式对滨海盐碱土基本理化性质、团聚体稳定性的影响。结果表明:(1)土壤的电导率(EC)和水溶性K+、Na+含量均表现为荒地>耕地>草地>林地,且荒地的EC和Na+含量显著高于其他样地;(2)土壤的全氮(N)和总有机碳含量(SOC)表现为林地>草地>耕地>荒地,各土壤0.25~2 mm粒级的水稳性团聚体的SOC最高;(3)林地的机械稳定性平均质量直径(MWD)和> 0.25 mm的机械稳定性团聚体含量(R0.25)显著低于其他样地;(4)荒地的水稳性平均质量直径(WMWD)和> 0.25 mm的水稳性团聚体含量(WR0.25)显著低于其他样地;(5)团聚体破坏率(PAD)依次表现为荒地>耕地>草地>林地。扫描电镜(SEM)结果显示草地、耕地和林地中>2 mm水稳性团聚体的表面和内部有较明显的颗粒、孔隙及黏结物质。Pearson相关分析表明,机械组成与MWD、R0.25存在显著相关性;PAD与水溶性Na+含量、0.25~2 mm组分水稳性团聚体SOC存在极显著相关性。不同土地利用方式对土壤的物理、化学和力学性质有不同的影响。草地和林地土地利用方式对滨海盐碱土壤理化性质的改良效果均显著,林地具有更高的碳储量及团聚体水稳性,但机械稳定性较低。研究结果可为滨海盐碱地区土地利用的合理规划与可持续发展提供参考。

      • 硝酸还原酶合成的NO通过诱导酸敏感水稻根尖ROS积累引起酸毒

        孙黎明, 马建锋, 沈仁芳

        DOI: 10.11766/trxb202102070085

        摘要:

        酸毒是酸性土壤中限制作物生长的重要因子之一,但酸毒通常与金属离子毒性共存,难以在土壤中直接研究,目前关于水稻酸毒机制的报道较少。选用前期筛选的酸耐性不同的两个水稻品种Kasalath(酸耐性)和Jinguoyin(酸敏感),研究水稻的酸敏感性与活性氧(ROS)积累及氧化还原代谢相关酶的关系,并试图探讨酸毒害中一氧化氮(NO)信号与活性氧信号的调控关系。结果显示,低pH引起酸敏感水稻品种Jinguoyin中根尖NO和ROS的富集,但酸耐性水稻品种Kasalath中无显著变化。NO清除剂2-(4-羧基苯基)-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物钾盐(cPTIO)可清除Jinguoyin根尖富集的NO和ROS。硝酸还原酶反馈抑制剂谷氨酰胺(Gln)可明显降低Jinguoyin在低pH下的根尖NO信号,而一氧化氮合酶抑制剂N""-硝基-L-精氨酸甲酯盐酸盐(L-NAME)对根尖NO信号无影响。低pH显著提高了Jinguoyin中硝酸还原酶基因NIA1、NIA2和NIA3的表达,同时也提高了硝酸还原酶活性。可见,低pH下Jinguoyin受到的酸毒与NO介导的ROS富集有关,酸毒下产生的NO信号主要由硝酸还原酶合成,其硝酸还原酶基因NIA1和NIA2的表达调控硝酸还原酶活性的提高。

      • 土壤—微塑料混合体系中磺胺甲恶唑的解吸行为研究

        王佳青, 俞奔, 马绍峰, 陈一阳, 骆永明, 章海波

        DOI: 10.11766/trxb202101220038

        摘要:

        微塑料和抗生素都是新兴的环境污染物,受到广泛关注。本研究采用模拟抗生素污染土壤,通过批平衡解吸试验,研究了聚乙烯、聚苯乙烯等5种不同类型微塑料分别添加条件下,土壤中磺胺甲恶唑的解吸规律及其影响因素。研究结果显示:添加聚乙烯和聚苯乙烯微塑料可使土壤中磺胺甲恶唑的解吸速率降低,使土壤磺胺甲恶唑在10-48小时之间出现明显的慢解吸过程;并且添加聚乙烯和聚氯乙烯微塑料还能显著(p<0.05)降低溶液中磺胺甲恶唑的平衡解吸浓度。溶液的离子类型及其强度对供试土壤磺胺甲恶唑解吸的影响未受微塑料添加的影响,但体系中添加微塑料后,总体上可减小富里酸对土壤磺胺甲恶唑解吸的影响,使磺胺甲恶唑解吸量不会随着富里酸浓度的增加而降低。

      • 土壤健康指标体系与评价方法研究进展

        张江周, 李奕赞, 李颖, 张俊伶, 张福锁

        DOI: 10.11766/trxb202102150097

        摘要:

        健康土壤能够保障健康食物生产,维持土壤生态系统多功能性,是农业绿色发展的基础。明确土壤健康现状,系统开展土壤健康诊断是培育健康土壤和提高土壤生产力的基础。然而,以往人们基于单一土壤功能即土壤生产力开展了大量的指标选择和评价工作,忽视了其他土壤功能,评价指标中土壤生物学特性未引起足够重视,对土壤过程的动态监测少。随着对可持续发展的关注以及农业绿色发展的需求,土壤健康指标体系和评价方法正在不断完善。针对不同空间尺度和不同作物体系,建立多目标协同的土壤健康评价体系成为土壤可持续利用的热点和前沿。本文总结了土壤健康指标体系的选择原则,分析了生物学指标在土壤健康评价中的重要性,重点阐述了我国、美国、新西兰等国家土壤健康评价方法以及基于土壤功能和土壤管理等评价方法的进展、优缺点和应用区域,提出了完善土壤健康评价系统的途径。未来需要构建基于区域自然禀赋环境特征的土壤-作物管理大数据平台,发展生物学指标,建立长期和全程动态监测体系,并与快速无损测试技术、智能化信息技术相结合,形成多目标协同、适用于不同区域和作物体系的土壤健康评价方法,通过多主体参与,为农业绿色发展提供重要支撑。

      • 基于磁性纳米颗粒分选的土壤活性纤维素降解微生物富集研究

        荣 楠, 张建伟, 包远远, 何世颖, 冯有智, 林先贵

        DOI: 10.11766/trxb202011270598

        摘要:

        磁性纳米粒子介导分离(magnetic nanoparticle-mediated isolation, MMI)技术是从复杂微生物群落中鉴定分离具有特定代谢功能活性物种的有力工具。针对我国江西鹰潭水稻土三种不同施肥模式(不施肥CK、化肥NPK和有机肥OM),利用MMI技术定向富集活性纤维素降解细菌。结果表明,与不施肥相比,施肥可提高微生物数量和活性,增加拟杆菌门与厚壁菌门(特别是紫单胞菌科与类芽孢杆菌科)等活性纤维素降解细菌的占比,同时降低活性微生物种间依赖性,进而加速羧甲基纤维素钠的降解;此外,有机肥还增加了微生物生态网络中的潜在生态功能模块数量,因而效果好于化肥。以上结论与基于DNA稳定性同位素核酸探针(DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP )技术的结论一致,进而证明了MMI技术用于鉴定分离活性纤维素降解菌的可行性,同时本结果也为农田秸秆的资源化管理提供理论依据和实际指导。

      • 古日乃湖盆沉积物发育土壤盐分与碳酸钙积累机制

        韩光中, 杨 帆, 杨 飞, 黄来明, 杨仁敏, 张甘霖

        DOI: 10.11766/trxb202007070373

        摘要:

        干旱区湖泊是维持生态脆弱区环境平衡的重要载体,随着环境变化和人类对水土资源的不合理利用,我国干旱区湖泊日渐萎缩、干涸直至消失。湖泊干涸过程中,地下水位持续下降,风积物不断加积,土壤演化过程随之发生变化,但关于湖泊沉积物发育土壤演化特征的研究十分匮乏。本研究结合土壤发生学和地球化学方法分析了古日乃湖盆沉积物发育土壤的盐分与碳酸钙积累特征与机制。结果表明:盐分积累是古日乃湖盆土壤形成的主要特征,盐化土壤表层水溶性盐含量、Na+浓度和钠吸附比分别为13.15~650.50 g?kg-1、186.9~12 114.7 mmol?L-1、22.3~890.5 (mmol?L-1)1/2,土壤具有高含盐量、高Na+浓度与高钠吸附比,表现出强度盐化特征。古日乃湖盆干涸,土壤积盐过程由现代盐化向残积盐化演化,盐分类型由氯化物型、氯化物-硫酸盐型向硫酸盐-氯化物型、硫酸盐型转变。借助于与Ca地球化学行为相似的Sr同位素组成分析,表明土壤碳酸钙以次生碳酸钙为主,其占比超过碳酸钙总量的80%;土壤碳酸钙主要来源于母质和地下水,地下水持续供给Ca2+是碳酸钙强度积累形成钙磐的基础。古日乃湖盆土壤盐分与碳酸钙积累特征可为评估环境变化背景下土壤的形成与演变,并为预测我国内陆河尾闾湖地区土壤与生态环境变化提供科学依据。

      • 羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

        单鱼洋, 马晨光, 王全九, 李晓菊, 陶汪海, 张继红, 苏李君

        DOI: 10.11766/trxb202012070675

        摘要:

        科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90%~15.17%、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%~604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%~3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。

      • 多场次降雨条件下不同土岩镶嵌坡面土壤侵蚀特征

        樊春华, 赵龙山, 李开凤, 钱晓鹤

        DOI: 10.11766/trxb202011020606

        摘要:

        为探究多场次降雨条件下喀斯特区不同土岩镶嵌坡面土壤侵蚀特征,采用人工模拟降雨方法,研究了四场次(每场间隔24 h)降雨条件下,三类土岩镶嵌坡面(岩石嵌入土层,未露出地表(全埋);岩石嵌入土层,露出地表(半埋)和岩石未嵌入土层,覆盖在地表(覆盖))的土壤侵蚀特征。试验坡度为25°,降雨强度为50 mm·h-1,降雨历时为90 min。结果表明:(1)随降雨场次增加,全埋、半埋和覆盖地表径流量增大,而壤中流量和地下径流量则呈先增大后减小的特征。在前两场降雨中,三类土岩镶嵌坡面的地表径流量无明显规律,但后两场降雨中地表径流量呈现为半埋>全埋>覆盖;(2)随降雨场次增加,全埋、半埋和覆盖地表产沙量增大。除第一场降雨外,后三场降雨中半埋产沙量是全埋和覆盖的1.04倍~4.82倍;(3)在多场次降雨条件下,受前期降雨影响土壤含水量增大,后续降雨中地表径流和壤中流产流时间提前5~16 min。总之,在多场次降雨条件下,岩石嵌入土壤可以增加地表产流产沙。研究结果为进一步认识喀斯特石漠化坡地水土流失过程对气候变化的响应提供了科学依据。

      • 水土流失防治措施对马尾松林土壤微生物群落分子生态网络的影响

        李忠武, 聂小东, 肖林辉, 申志高

        DOI: 10.11766/trxb202008220475

        摘要:

        水土流失防治措施可以提高侵蚀退化林地的土壤质量。为了探究典型水土流失防治措施对土壤微生物分子生态网络的影响,在南方红壤区马尾松林下建立了水土流失防治措施小区,设置3种不同处理,分别为挖设鱼鳞坑加种植草本,挖设鱼鳞坑加种植草本与灌木,以及对坡面土壤不设置任何措施的对照。利用16S rRNA和18S rRNA基因 Illumina MiSeq 高通量测序技术,测定3种处理下的土壤微生物群落组成,基于随机矩阵的方法构建微生物网络。结果表明,措施实施后,绿弯菌门相对丰度显著降低,变形菌门与酸杆菌门的相对丰度显著升高(P < 0.05)。2种措施处理下微生物网络总节点数、总连接数、平均连通度以及模块性均较高,微生物网络的规模增大,微生物间互相作用更复杂。3个微生物网络均以负互相作用(60.59%~67.49%)为主,措施实施后物种间竞争作用进一步加强。绿弯菌门、放线菌门和变形菌门中的部分菌群在本研究区的微生物网络中起着重要的连接作用,此外,3个微生物网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低(< 1%),对于构建微生物网络也具有关键作用。2种措施处理下微生物网络平均路径距离较长,微生物作用的响应速度慢,群落结构稳定性提高,其中挖设鱼鳞坑并种植草本与灌木的措施较挖设鱼鳞坑并只种植草本的措施效果更优。冗余分析表明,土壤容重(R2 = 0.465,P < 0.05)、pH(R2 = 0.377,P < 0.05)、有机质(R2 = 0.383,P < 0.05)、全氮(R2 = 0.545,P < 0.01)、对细菌群落结构有显著影响,土壤含水量(R2 = 0.485,P < 0.05)对真菌群落结构有显著影响。上述研究结果表明,水土流失防治措施实施后土壤微生物群落结构发生明显变化,网络规模增大、物种间互作强度以及微生物群落结构的稳定性提高。

      • 干旱区绿洲农田土壤大孔隙与水分入渗特征

        贾昂元, 张勇勇, 赵文智, 康文蓉

        DOI: 10.11766/trxb202006180316

        摘要:

        土壤大孔隙虽然占土壤总孔隙的极少部分,但影响着土壤水分入渗途径和过程。本研究以干旱区山前绿洲、老绿洲、边缘绿洲三种典型绿洲农田为研究对象,通过原位染色示踪和CT扫描技术,定量研究了绿洲农田的大孔隙特征和土壤水分入渗性能。结果表明:绿洲农田的土壤大孔隙大多集中在0~20 cm土层,老绿洲农田的大孔隙三维结构较山前绿洲农田和边缘绿洲农田复杂,其土壤大孔隙度、分形维数、分支密度、连接点密度、连通性指数显著大于山前绿洲和边缘绿洲农田(P < 0.05)。绿洲农田的稳定入渗率存在显著性差异(P < 0.05),表现为:边缘绿洲(0.48 mm?min-1)>老绿洲(0.28 mm?min-1)>山前绿洲(0.16 mm?min-1)。绿洲农田水分的入渗特征呈现异质性,入渗的染色面积比随土层深度增加而减小,老绿洲的优先流长度指数、最大入渗深度显著高于山前绿洲和边缘绿洲(P < 0.05),其优先流现象明显。在干旱区绿洲农田,土壤大孔隙是影响优先流的关键因素,土壤的大孔隙度高,且连通性好,更容易产生优先流。

      • 氮素水平对土壤甲烷氧化和硝化微生物相互作用的影响

        潘红, 孟春梅, 郑燕, 刘杏梅, 诸葛玉平, 贾仲君, 邸洪杰, 李勇, 徐建明

        DOI: 10.11766/trxb202010170577

        摘要:

        甲烷氧化微生物和氨氧化微生物都是既可以氧化甲烷(CH4)又可以氧化氨(NH3),氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是好氧土壤氧化亚氮(N2O)排放的主要生物路径。本实验选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象,利用稳定同位素核酸探针技术(DNA-SIP)探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮促进甲烷氧化活性,高氮抑制甲烷氧化活性;低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤中的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系,进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明,氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用,研究结果为采取措施调控草原土壤CH4的汇和N2O的源功能以及减缓气候变暖的进程提供理论基础。

      • 木霉生物有机肥应用于滨海盐土甘蓝种植的生物效应

        于亚楠, 邬海燕, 王盼星, 丁明月, 马行聪, 姜斯琪, 沈其荣

        DOI: 10.11766/trxb202009100511

        摘要:

        本文旨在研究滨海盐土种植体系下,2种木霉生物有机肥与不同比例化肥配施对甘蓝产量、结球品质及土壤理化性质的影响。以甘蓝(Brassica oleracea L.)“绿宝石”为试验材料,分别设置田间试验和盆栽试验,设计8个处理:不施肥对照(CON)、100%化肥(CF)、30%的木霉生物有机肥+70%化肥、60%的木霉生物有机肥+40%化肥、100%的木霉生物有机肥(无化肥),其中木霉生物有机肥分2种,分别由贵州木霉T. guizhouense NJAU 4742和滩涂木霉T. arenarium 1A131菌株制成。施肥处理间总氮、总磷和总钾养分均等。盆栽和田间试验结果均表明,60%木霉生物有机肥+40%的化肥处理,相比于CON和CF处理可显著提高甘蓝的地上部鲜物质量、叶绿素含量(SPAD值)和根系生物量,且30%和60%生物有机肥配施化肥的处理均显著提高了土壤硝态氮和有效磷含量(P <0.05)。同时,田间试验表明,相对于其他处理,60%的木霉生物有机肥+40%化肥处理对甘蓝产量的提高和结球品质的改善(还原糖、维生素C含量提高,硝酸盐含量降低)效果最为显著(P <0.05)。综上,在滨海盐土甘蓝种植体系中,60%的木霉生物有机肥与40%化肥配施为最优配比。该施肥模式下,甘蓝根系生长发育最佳;且与通过施肥引入的养分相比,功能菌木霉在该生物效应中发挥更为重要的作用。

      • 长期施用微肥条件下微量元素和有机官能团在团聚体中的积累特征

        胡亚鲜, 郭胜利

        DOI: 10.11766/trxb202012290640

        摘要:

        微量元素对作物生长至关重要,长期施用微肥可能影响微量元素在农田土壤中的分布,进而影响作物产量及土壤有机碳结构。以渭北旱塬35年锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)微肥处理农田为研究对象,分别测定耕层土壤≥250、250~125、125~63、63~20、≤20 μm粒级中Zn、Mn、Cu元素含量,并通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)测定各粒级有机官能团类型及含量,以期揭示长期微肥下微量元素积累与有机官能团之间的相互关系。结果表明,试验区土壤有机碳含量处于较低水平(6~12 g?kg-1),长期施用Zn、Mn、Cu肥并未显著改善土壤有机碳含量,但导致Zn、Cu元素在表层土壤中明显富集(幅度分别为10%、100%以上),而 Mn元素无明显富集(幅度在10%以内)。三种元素在微小团聚体(≤20 μm)中的富集程度最高,但该粒级有机碳抗分解能力最小(0.30~0.32),这主要因为该粒级不稳定官能团C-O含量较高且矿物含量较高,与有机碳稳定性正相关的C=O、C=N、C=C含量少。试验区土壤中Cu元素积累与C-O、C=O、C=N呈正相关,而Zn、Mn元素与官能团之间无相关性,这与有机碳丰富的土壤存在较大差异。综上,长期施用微肥未显著改变试验区表层土壤有机碳含量及结构,但导致Zn、Mn、Cu元素在表层微小团聚体中产生不同程度的积累,这主要与有机碳总量、有机官能团含量及类型、元素吸附效率有关。

      • 大气CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

        刘心, 沈李东, 田茂辉, 杨王挺, 金靖昊, 王昊宇, 胡正华

        DOI: 10.11766/trxb202011190629

        摘要:

        微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO2浓度自动调控平台,在背景CO2浓度(AC)基础上,设置了CO2浓度缓增处理(每年增加40 μL·L-1,持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO2处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明:大气CO2浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO2浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从II型菌转变为I型菌。CO2浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO2浓度缓增具有积极的响应作用,这对全球气候变暖有一定的缓解作用。

      • 团聚体大小分布对孔隙结构和土壤有机碳矿化的影响

        荣慧, 房焕, 张中彬, 蒋瑀霁, 赵旭, 单军, 彭新华, 孙波, 周虎

        DOI: 10.11766/trxb202101270631

        摘要:

        土壤团聚体在外部和内部因素影响下发生团聚和破碎过程,形成不同大小分布的团聚体。团聚体大小分布的变化会改变土壤孔隙结构,影响各种土壤物理、化学和生物学过程,进而影响土壤有机碳(SOC)的周转。选择三种长期施用不同量有机肥的红壤(不施肥,CK;施低量有机肥,LM;施高量有机肥,HM),过不同大小孔径筛(5 mm,S5;2 mm,S2;0.5 mm,S0.5)改变团聚体的大小分布,然后填装土柱(直径2.9 cm、高度4 cm),填装容重为1.3 g?cm-3。利用X射线显微CT(Computed Tomography)成像技术分析土壤的孔隙结构,采用室内培养法测定土壤有机碳矿化量。结果表明,团聚体大小对孔隙结构有极显著的影响。相较于S5和S2处理,S0.5处理土壤的大孔隙度(>16 μm)降低了83.0% ~ 93.9%,孔隙连通性降低了95%以上。而S5和S2处理的大孔隙度和孔隙连通性只在HM土壤中有显著差异,在CK和LM土壤中无显著差异。团聚体大小分布对土壤有机碳矿化量有显著影响。团聚体破碎增加了土壤有机碳矿化量。在CK土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量较S5和S2分别高64.2%和79.1%;在HM土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量较S5和S2分别高19.3%和14.1%。与之不同的是,在LM土壤中,S0.5的有机碳累积矿化量与S5无显著差异,可能是受到孔隙结构的影响。相关分析发现,土壤有机碳累积矿化量与16 ~ 30 μm孔隙的孔隙度呈显著的正相关关系。团聚体大小分布的变化改变了土壤的孔隙结构,大团聚体破碎降低了填装土柱的大孔隙度。团聚体破碎促进土壤有机碳的矿化,一部分原因是释放出了被保护的有机碳。此外,团聚体大小改变导致的孔隙结构变化可能是影响土壤有机碳矿化的另一个重要因素。

      • 不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

        赵 婧, 王亚男, 曾希柏, 文 炯, 温云杰, 吴翠霞, 郑 重

        DOI: 10.11766/trxb202008100444

        摘要:

        红壤是我国重要的土壤类型之一,其耕地地力低下问题亟待解决。探究不同改良措施影响下红壤地力提升效果,对实现中低产田可持续利用具有重要意义。本研究以湖南第四纪红黏土发育的旱地红壤为研究对象,分析了休闲(F)、不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、无机肥配秸秆还田(NPKS)、无机肥配施生石灰(NPKL)、无机肥配施骨粉有机肥(NPKA)和无机肥配施生物有机肥(NPKC)等改良措施下不同土层和改良年限土壤中pH及养分含量的变化,并利用微孔板荧光法比较了土壤中碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明,不同改良措施显著影响土壤养分及酶活性。与CK相比,2020年NPKC处理0~20 cm土层中有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和有效磷(AP)含量分别提高了73%、29%、61%和1 847%,同时该处理也显著增加了参与碳循环α-1,4-葡糖苷酶(αG)、β-1,4-葡糖苷酶(βG)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CBH)和参与氮循环β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖酐酶(NAG)活性。相关分析表明,SOM与αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性呈显著正相关(P < 0.01),pH与酸性磷酸酶(ACP)活性呈显著负相关(P < 0.01)。改良措施对0~20 cm土层酶活性的影响大于20~40 cm。2019年,NPKA处理0~20 cm土层中CBH酶活性较CK提高了352%,而在20~40 cm土层中CBH酶活性仅较CK提高了2%。此外,不同改良措施土壤中ACP酶活性也呈现出随改良年限增加而增加的趋势。综上可知,无机肥配施有机物料显著提升红壤养分状况,改善土壤酶活性,可作为贫瘠红壤地力提升的有效改良措施。

      • 滴灌灌水下限对夹砂层农田土壤水盐分布和玉米生长的影响

        丁运韬, 程 煜, 张体彬, 姬祥祥, 董勤各, 冯 浩, 张相柱

        DOI: 10.11766/trxb202006280339

        摘要:

        为探明滴灌灌水下限对夹砂层土壤水盐分布和作物生长的影响,在河套灌区开展连续2年的田间试验。供试土壤60~100 cm深度为砂土层,供试作物为玉米。基于土壤基质势,设置5个滴灌灌水下限:-10 kPa(S1),-20 kPa(S2),-30 kPa(S3),-40 kPa(S4)和-50 kPa(S5)。结果表明夹砂层显著影响土壤水盐运移。0~60 cm根层含水量较低,而砂层较高;土壤盐分受水分影响,更多聚集在砂层。灌水下限显著影响土壤水盐分布和各层储量,下限越高,根层土壤含水量越高、含盐量越低,而砂层及以下处理间差异不显著。S1、S2和S3处理玉米籽粒产量显著高于S4和S5(P < 0.05),且前三者之间差异不显著,S3水分利用效率最高。因此,针对河套灌区夹砂层农田,建议膜下滴灌灌水下限为-30 kPa。

      • 区域尺度生物结皮下伏土壤养分的空间分布特征——以毛乌素沙地为例

        郭 琦, 李宜坪, 卜崇峰, 鞠孟辰, 李亚红, 韦应欣

        DOI: 10.11766/trxb202007230412

        摘要:

        作为旱区广泛分布的活性地被物,生物结皮对荒漠生态系统的养分循环具有重要的影响,目前有关区域尺度生物结皮养分效应的认识还非常有限。本研究选取基本覆盖毛乌素沙地全域的146个样点,以地统计学结合多元统计分析的方法,深入探讨了区域尺度上旱区荒漠生物结皮下伏土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的空间异质性、分布格局及其影响因素。结果表明:生物结皮提升了荒漠土壤养分含量,3种养分含量的变异系数(CV)中等,变异性大小顺序为CVTP(60.5%)>CVSOC(37.9%)>CVTN(30.8%);不同养分的空间变异特征不同,TP最佳拟合模型为线性模型,空间自相关性强烈,SOC、TN为指数模型,空间自相关性中等;受到植被状况、地表水热平衡状况等因素的直接或间接影响,在区域尺度上生物结皮下伏土壤养分含量在研究区东部较高,西南部较低;TP含量自东向西递减,SOC、TN含量自东向西呈现高-低-高-低的带状分布特点,二者具有极显著正相关关系(r=0.818,p<0.01)。

      • 水耕条件下两类富钙母岩发育土壤的系统分类归属及成因探讨

        连茂山, 曾蔓漫

        DOI: 10.11766/trxb202007220408

        摘要:

        在重庆境内,遂宁组(J3s)钙质泥岩发育水耕人为土的剖面分异多不明显,而石灰岩发育水耕人为土则不尽如此,其原因尚不明确。为此,以上述两类母岩在不同坡位发育的水耕人为土为研究对象,分析水耕条件下钙质泥岩和石灰岩发育土壤的发生特征及系统分类归属,并以有机碳矿化特性为切入点,探讨其成因。结果表明,从中坡至坡麓,钙质泥岩发育的水耕人为土(CS)结构面上均仅有很少量锈斑且游离铁的垂直分异不明显,而石灰岩发育的水耕人为土(LS)结构面上有很少量至多量锈斑且在不同坡位的分布状况不同,特别是下坡呈酸性的土体中游离铁的下层聚集显著,表明两类母岩发育水耕人为土铁的剖面迁移特征有明显差异。CS的有机碳累积矿化量(C15)显著低于同坡位的LS(P < 0.05),较低量的易矿化有机碳使得CS土体中高价铁难以发生还原,铁的剖面迁移不明显,导致不同坡位的CS典型个体均被归为简育水耕人为土;从中坡至坡麓,LS的C15逐级增高,且坡麓的C15显著高于其他坡位(P < 0.05),加之受与坡位关联的土壤水分状况影响,其典型个体依次被归为“简育”、“铁聚”和“潜育”水耕人为土土类。易矿化有机碳含量可能是决定坡位能否引起富钙母岩发育的水耕人为土产生类型分异的重要因素。

      • 电位滴定法研究可变电荷土壤表面酸碱性质的进展

        温晓翠, 李九玉

        DOI: 10.11766/trxb202010090558

        摘要:

        我国长江以南地区的土壤富含铁铝氧化物,其土壤胶体表面电荷具有可变性,显著不同于温带地区的恒电荷土壤,因而称之为可变电荷土壤。开展可变电荷土壤的表面特性研究对农业可持续发展、土壤资源保护等均具有重要的现实意义。电位滴定法是开展可变电荷土壤表面特性研究最直接有效的方法。本文首先总结了电位滴定法的实验条件设置对可变电荷土壤表观电荷零点的影响,在此基础上,归纳了应用电位滴定法结合表面络合模型开展可变电荷土壤酸碱特性的研究进展,分类讨论了黏土矿物组成、氧化物、有机质等相关影响因子对可变电荷土壤酸碱缓冲能力的影响,并展望可变电荷土壤表面酸碱缓冲能力的未来研究。本文将有助于初学者理解可变电荷土壤,呼吁更多学者关注可变电荷土壤的酸碱缓冲特性研究及其在土壤资源可持续利用中所起的重要作用。

      • 渗漏是三峡库区砂质土橘园氮磷流失的主要途径

        李红颖, 王思楚, 高孟宁, 夏立忠, 韩庆忠, 王青龙, 吴永红

        DOI: 10.11766/trxb202010200584

        摘要:

        过量施肥引起的氮磷流失是影响三峡库区水环境的重要因素。以三峡库区砂质土生草覆盖梯田橘园为研究对象,开展了不同施肥水平下的小区试验,连续2年对地表径流和渗漏液中的氮磷流失情况进行了观测。结果表明:(1)小区水分主要通过渗漏流失,地表径流系数低,土壤侵蚀弱。(2)深穴埋施施肥对地表径流氮磷流失无显著影响。(3)渗漏损失是小区氮磷流失的主要途径,分别占全氮和全磷总流失量的99.0%和76.9%。(4)氮磷流失量占施肥量的34.5%和6.4%,其中渗漏流失的氮磷分别占施肥量的34.3%和5.1%。(5)施肥引起的渗漏液氮流失量(y)随着施肥量(x)的增多而增大,二者具有极显著的线性相关关系(y=0.35x-5.77,P<0.01);而施肥引起的渗漏液磷流失量与施肥量无显著的相关性(P=0.05),主要因为一部分磷肥被根系利用,大部分残余的磷肥被耕层土壤吸附,仅有少量磷肥下渗至深层土壤,并且建园改土深层残余磷素对渗漏磷流失产生了影响。可见,砂质土梯田橘园养分渗漏流失,尤其是氮渗漏流失需要足够关注,养分管理需进一步优化,以减少流失,实现高效利用。

      • 中国耕地表层土壤重金属污染状况评判及休耕空间权衡

        曾思燕, 于昊辰, 马 静, 刘俊娜, 陈 浮

        DOI: 10.11766/trxb202009270541

        摘要:

        耕地污染影响食品安全和公众健康,如何科学治理已刻不容缓。实行耕地轮作休耕对促进耕地休养生息、推进农田土壤治理修复和保障农业绿色发展具有重要意义。近几年一些地区已率先开展休耕试点,但“休多少”、“休哪里”、“怎么休”等重大管理问题并未得到解决。为此,构建了中国耕地表层土壤重金属污染状况数据库,基于土壤重金属污染水平、土壤综合质量影响指数及其潜在生态风险,从国家尺度上依据休耕迫切性制定空间权衡规则,划分为急切必休区(I)、常规必休区(II)、严控轮休区(III)和一般轮休区(IV),并建议按等级实施差异化休耕模式。结果表明:(1)中国耕地表层土壤重金属浓度点位超标率呈现出Cd>As>Ni>Hg>Zn>Pb>Cu>Cr;(2)中国耕地土壤总体上处于未受影响状态,重度超标占1.71%,潜在生态风险指数属于极强生态风险仅为0.29%;(3)土壤重金属污染必须休耕的占全部耕地面积的15.58%,其中I、II和III级分别占0.77%、1.53%和3.26%,且相对集中于河南和湖南。本研究有助于精准把握全国耕地表层土壤重金属污染状况及休耕的迫切性,为耕地污染治理及休耕时空配置提供依据。

      • 基于文献计量分析的土壤有机碳矿化研究进展与热点

        史方颖, 张风宝, 杨明义

        DOI: 10.11766/trxb202010280600

        摘要:

        为了解土壤有机碳矿化的研究进展和未来发展趋势。以Web of science核心合集数据库中1045篇土壤有机碳矿化的研究论文为数据源,通过CiteSpace、VOS viewer和GIS分别以发文数量、总/平均被引次数等为指标,对国家、机构、作者等进行了分类与可视化展示。结果表明:1982-2020年间,土壤有机碳矿化研究的发文数量不断增长,尤其是1993-2019年。美国总发文量第一且中介中心性较高,影响力较大;中国在2016年后年均发文数量第一但需加强科研创新性;目前形成了联系紧密的核心作者群,研究机构以中国科学院发文数量最多,但国家以德国和法国的国际影响力最大。土壤有机碳矿化的研究是基于多个学科、多个领域的知识相互融合而开展的,研究热点集中在土壤类型、环境因素和土地利用的变化对土壤有机碳的矿化量、周转情况及时空分布特征的影响上。未来应加强不同条件下土壤有机碳矿化的内在机制与模型研究,同时应更加注重对激发效应、土壤侵蚀以及外源碳氮添加等研究主题的关注度。

      • 土壤中微塑料的分离及检测方法研究进展

        陈雅兰, 孙可, 韩兰芳, 高博

        DOI: 10.11766/trxb202012070566

        摘要:

        微塑料一般是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,具有稳定性高、粒径小及迁移性强等特性,能长期存在于土壤环境中,并且充当各种污染物迁移的载体,甚至通过植物富集等方式经食物链逐级传递,对环境和人体健康造成严重危害。然而,由于土壤基质的复杂性和分析技术的限制,关于土壤微塑料的研究尚存很多空白。开展土壤微塑料分析技术的研究是探索微塑料在土壤中的迁移转化规律和评估微塑料生态风险的基础。本文综述了国内外环境样品中微塑料的分离提取和识别定量技术的研究进展,探讨了各方法的优缺点及其对土壤样品的适用性,并对未来分析技术的发展方向提出展望。文章认为,密度分离法作为最常用的分离方法,操作简单且分离效果良好,但存在无法有效去除有机物和分离小塑料颗粒(<50 μm)的问题;新兴的加压流体萃取技术会对微塑料结构造成一定破坏,但由于其自动化程度高、成本低、效率高,仍具有良好的应用前景;其他替代方法(如油提法、磁性分离法等)的应用相对有限,其对土壤样品的适用性还有待研究。不同强度的消解方法均会对微塑料结构造成不同程度的破坏,且增强有机质消解效率往往以牺牲微塑料回收率为代价。现阶段的识别定量方法主要包括借助显微镜的目视鉴定方法、以红外光谱和拉曼光谱及其衍生技术为主的光谱分析方法以及与质谱或色谱等联用的热分析方法,这些方法在应用于土壤微塑料识别时存在耗时长、微塑料尺寸和样品量大小受限或破坏微塑料结构等诸多问题,将不同的方法进行组合有望解决这些不足。此外,由于研究者采用的分离检测方法的差异性,研究结果难以横向比较。考虑到现有分离检测方法的局限性,今后的研究重点应在于:①建立一套适合土壤中微塑料分离提取和识别定量的标准方法;②探索适合小颗粒微塑料的分析手段;③开发不损害微塑料结构的高效分离/识别/定量方法。

      • 基于1:5万数据库的福建省土壤全氮密度及储量估算研究

        张黎明, 陈中星, 张 楠, 黄 凯, 邱龙霞, 陈瀚阅, 邢世和, 沈金泉

        DOI: 10.11766/trxb202008100447

        摘要:

        土壤全氮对于全球温室效应和水体富营养化具有重要的调控作用。基于福建省第二次土壤普查3 082个剖面数据和最新建立的1:5万大比例尺矢量土壤图,对全省土壤全氮储量进行了估算。结果表明:福建省土壤总面积为12.08×106 hm2,表层(0~20 cm)和剖面(0~100 cm)土壤的全氮密度分别为0.35 kg?m-2 和0.97 kg?m-2,储量为42.06 Tg和116.83 Tg。全省土壤全氮密度整体呈自北向南逐渐递减的趋势,且沿海低而内陆高。从不同土壤类型来看,山地草甸土的表层和剖面全氮密度最高,分别为0.85 kg?m-2和2.09 kg?m-2;而风沙土的表层和剖面全氮密度最低,分别为0.11 kg?m-2和0.27 kg?m-2。从不同行政区来看,南平市和龙岩市的表层土壤全氮密度最高,分别为0.40 kg?m-2 和 0.39 kg?m-2,而南平市和三明市的剖面土壤全氮密度最高,分别为1.19 kg?m-2 和 1.11 kg?m-2。总体而言,福建省土壤全氮密度和储量空间分布差异很大,今后可依据不同行政区和土壤类型的全氮分布制定合理的施肥管理措施。

      • 腾格里沙漠固沙植被区微生境土壤微生物功能群时空格局

        张志山, 杨贵森, 吕星宇, 虎 瑞, 黄 磊

        DOI: 10.11766/trxb202006140295

        摘要:

        土壤微生物是探究生态系统植被生产力和生物地球化学循环的基础。然而,针对干旱沙区人工植被建立后不同建植年代、植物种、微生境指示碳、氮、磷循环的土壤微生物功能群的研究较少。以腾格里沙漠东南缘沙坡头区不同年代建植的柠条(Caragana korshinskii)和油蒿(Artemisia ordosica)土壤为研究对象,用稀释平板分离培养法研究了指示土壤碳、氮、磷循环微生物功能群数量的时空变化规律及与土壤理化性质间的关系。结果表明:(1)随固沙年限增加,微生物功能群数量显著增加,且表层(0~5 cm)土壤微生物数量高于亚表层(5~10 和10~20 cm);(2)土壤微生物功能群数量呈现明显的季节变化特征。纤维素分解菌呈“V”型分布,表现为春季低夏季高;氨化和硝化细菌从冬、春、夏到秋季均表现为逐渐上升的趋势;溶磷菌数量则是从冬季、秋季到春夏季依次递减;(3)柠条与油蒿样地中纤维素分解菌和溶磷菌数量均表现为1990年高于2010年,而油蒿地则相反;(4)全氮和有效磷对微生物功能群数量影响极显著。可见,荒漠生态系统中土壤氮、磷元素含量较碳元素含量对微生物功能群数量限制更大,上述结果为更好地理解干旱沙区人工植被演替过程中微生物与土壤相互作用奠定了基础。

      • 拟合方式对酸碱滴定法测定土壤酸缓冲容量准确性的影响

        刘 莉, 程永毅, 李忠意†, 谢德体

        DOI: 10.11766/trxb202007230301

        摘要:

        酸碱滴定法是测定土壤酸碱缓冲容量的主要方法。该方法中酸碱滴定数据点的拟合方式对测得的土壤酸碱缓冲容量结果影响极大。为此,采用酸碱滴定法对38个酸性紫色土的酸缓冲容量进行测定,分别采用4种拟合方式(整段多项式曲线拟合、突跃范围内线性拟合、酸段多项式曲线拟合、酸段线性拟合)对酸碱滴定数据进行拟合并计算得到土壤的酸缓冲容量,比较分析了不同拟合方式计算得到的土壤酸缓冲容量的可靠性和准确度。结果表明:不同拟合方式获得的酸缓冲容量差异较大;不同拟合方式获得的曲线方程的决定系数(R2)不同,酸段线性拟合方式得到的R2显著低于其他三种拟合方式,计算得到的酸缓冲容量的准确度较低;整段多项式曲线拟合方式获得的方程对酸碱滴定数据的拟合度最佳。进一步分析发现,4种拟合方式计算得到的酸缓冲容量与交换性盐基总量 (r1) 和有效阳离子交换量(ECEC,r2)间的相关性由大到小依次为:整段多项式曲线拟合(r1=0.486 **,r2=0.525**)、突跃范围内线性拟合 (r1=0.223,r2=0.245)、酸段多项式曲线拟合 (r1=0.183,r2=0.220)、酸段线性拟合 (r1=-0.219,r2=0.002),整段多项式曲线拟合算得的酸缓冲容量与土壤当前所处的阳离子交换和硅酸盐缓冲关系最为密切。综合得出,4种拟合方式中,整段多项式曲线拟合计算得到的酸缓冲容量的可靠性和准确度最好,有助于土壤酸减缓冲性能的准确测定。

      • 炭基肥对黄壤烤烟生理和氮素吸收与平衡的影响

        陈 懿, 林英超†, 杨志晓, 程建中, 王志红, 孔德钧, 吴 春, 林叶春

        DOI: 10.11766/trxb202009290375

        摘要:

        以烤烟品种云烟87和贵州典型黄壤为试验材料,通过大田试验,设置不施氮(CN)、常规肥(CF)和炭基肥(BF)3个处理,探索不同施肥处理对烤烟氮素吸收相关生理、黄壤-烤烟体系氮素平衡的影响,为优化贵州烟区黄壤氮素管理和减少烟区农田生态环境污染提供科学指导。结果表明,BF处理显著提高土壤脲酶活性、烤烟根长度和根表面积、叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性、吸氮量,烤烟吸氮量较CN和CF处理分别显著提高 35.06%和14.24%。BF处理烤烟根系活力和体积、干物质量及产量最高,显著高于CN处理。不同施肥处理黄壤-烤烟体系氮素均明显盈余,氮素输入主要是土壤起始无机氮,氮素输出主要是土壤无机氮残留以及烤烟吸氮量。BF处理提高了0~20 cm土层无机氮的残留,氮素表观损失量显著减少44.42 kg?hm-2,氮素盈余量减少37.70 kg?hm-2,氮肥表观利用率显著提高16.15%。合理施用炭基肥是贵州烟区优化黄壤氮素管理和保护烟区农田生态环境的有效途径之一。

      • 生物质炭种类与混施深度对紫色土水分运移和氮磷流失的影响

        孙宁婷, 王小燕†, 周 豪, 倪 珂, 崔 璨

        DOI: 10.11766/trxb202008130360

        摘要:

        土壤中施加生物质炭对改善土壤墒情及提高土壤肥力具有重要作用。为探明生物质炭种类与混施深度对土壤水分运移和养分拦截的作用特征,通过室内定水头土柱模拟试验,设置3种生物质炭(稻壳炭、玉米秸秆炭、竹炭)和2种混施深度(10 cm、20 cm),以裸土为对照,测定水分运移及氮磷流失变化过程。结果表明:生物质炭对土壤孔隙结构的改变以及生物质炭比表面积和粒径分布可共同影响土壤水分运移。混施不同种类生物质炭能使土壤容重降低,其中混施稻壳炭后容重降低幅度最大,且稻壳炭能显著提高土壤总孔隙度与饱和含水量。混施稻壳炭能显著促进湿润锋运移,提高入渗量,其中稻壳炭混入10 cm土层后对炭-土层入渗的促进作用最大,对水分渗漏影响较小;而混入20 cm土层会促进渗漏,提高饱和导水率。玉米秸秆炭比表面积与总孔体积最大,吸持水分能力强;玉米秸秆炭不含大于1 mm粒径的颗粒,混施后对土壤总孔隙度影响较小,土壤饱和含水量显著降低,能抑制水分运移,其中玉米秸秆炭混入20 cm土层对渗漏的抑制作用最强。混施竹炭对湿润峰运移和入渗过程影响不明显,混入20 cm土层对渗漏有抑制作用。混施稻壳炭后,全磷(total phosphorous, TP)流失量减少,但会使全氮(total nitrogen, TN)流失量增加;混施玉米秸秆炭对TN流失影响较小,能使全磷流失量减少;混施竹炭能吸附氮素,但会使TP流失量增加。在田间开展应用时,可选择将稻壳炭混入10 cm土层,能有效减少地表径流与TP流失,但需注意会增加TN流失;玉米秸秆炭混入20 cm土层能降低水分运移速率,有效减少水分渗漏与TP流失,适用于砂土等透水性强的土壤。竹炭对水分运移的影响不如稻壳炭与玉米秸秆炭,且增加了TP流失,不适合实际应用。

      • 生物质炭载体联合有益菌防控番茄土传青枯病的效果研究

        王孝芳, 梅新兰, 黄大鹏, 徐大兵, 杨天杰, 韦 中, 徐阳春, 沈其荣

        DOI: 10.11766/trxb202008310357

        摘要:

        土传青枯病是由青枯菌(Ralstonia solanacearum)引起的一种细菌性病害。根际有益细菌在青枯病的防控中发挥着重要作用,其在根际有效定殖是发挥生防作用的前提。以玉米秸秆、木块(松木)和稻壳为原料制成的3种生物质炭为有益菌Bacillus amyloliquefaciens T-5的载体,探究生物质炭对有益菌防控番茄土传青枯病的效果,并利用室内模拟试验探究生物质炭对青枯菌的吸附、固持以及对根系分泌物的吸附作用,旨在阐述施用生物质炭提升有益菌T-5抑制病原青枯菌能力的可能机制。温室试验结果表明:单独施用3种生物质炭均显著降低青枯病的发病率和根际青枯菌的数量,其中具有高比表面积的木块生物质炭的防控效率达到60.56%。3种生物质炭作为有益菌T-5的载体均能够显著提升有益菌T-5的根际定殖数量及其防病效率,其中木块生物质炭的提升效果最好。与仅接种青枯菌的对照相比,木块生物质炭与有益菌T-5组合处理的根际青枯菌数量降幅达97.42%;与单独有益菌T-5处理相比,有益菌T-5以木块生物质炭为载体使其根际定殖数量提高了5.71倍。进一步研究发现,木块生物质炭能够有效吸附青枯菌,吸附量接近90.00%,且能够有效固持吸附的青枯菌,青枯菌的逃离降低了96.66%。此外,生物质炭不仅可以有效吸附根系分泌物,且有益菌T-5能够有效利用这些根系分泌物并抑制青枯菌的生长。生物质炭作为生防有益菌的载体,促进根际有益菌的定殖能力,并吸附、固持病原菌,有效抑制土传青枯病的发生。

      • 共沉淀引发的溶解性有机质在水铁矿/水界面的分子分馏特性

        韩兰芳, 杨妍, 孙可

        DOI: 10.11766/trxb202009030393

        摘要:

        土壤矿物与溶解性有机质(DOM)的相互作用会引起DOM在矿物/水界面的结构分馏,进而影响DOM在土壤中的长期保存及其环境行为。水铁矿在环境中广泛存在,可通过两种不同方式(表面吸附或共沉淀)与DOM结合。目前,鲜有研究从分子尺度上揭示共沉淀反应诱发的DOM在水铁矿/水界面的结构分馏特性。针对此,通过共沉淀方式在C/Fe不同的溶液中制备水铁矿-DOM复合体,将传统光谱手段(如,紫外(UV)-可见光光谱、Fe K边X射线吸收光谱(XAS)等)和近年来兴起的电喷雾-傅立叶变换-离子回旋共振质谱(ESI-FT-ICR-MS)相结合,从分子水平解析共沉淀过程中DOM在水铁矿/水界面的结构分馏行为。结果显示:水铁矿-DOM复合体中Fe主要以水铁矿的形式存在,所占比例与C/Fe值有关,介于68.0%~95.9%之间。UV和ESI-FT-ICR-MS分析共同表明在共沉淀过程中,水铁矿优先固定DOM中具有高分子量的富含氧的芳香性组分(主要燃烧过程中产生的致密多环芳香类物质和维管植物来源的多酚类物质),该分子分馏特性与前人报道的因表面吸附引发的DOM在水铁矿/水界面的分馏现象基本一致,表明无论表面吸附还是共沉淀,水铁矿均倾向于固定芳香性强的高分子量组分。此外,本研究率先发现水铁矿对DOM的结构选择性随反应时间呈一定动态变化,表现为:燃烧过程中产生的致密多环芳香类组分优先被固定在复合体中,随着反应推进,维管植物来源的多酚类组分被固定。本研究结果有助于深入理解水铁矿形成过程中,通过共沉淀作用影响DOM环境地球化学行为的分子分馏机制。

      • 喀斯特生态系统土壤表面电化学特征及其影响因子

        赵 楚, 盛茂银, 李雨萱, 白义鑫, 刘树西

        DOI: 10.11766/trxb202007200407

        摘要:

        以西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤为研究对象,采用空间替代时间的方法,研究石漠化演替过程中土壤表面电化学特征演变规律及其与土壤理化性质的相关性。采用物质表面联合分析法对不同石漠化等级土壤表面电化学属性及进行测定。结果表明,土壤表面电荷密度、表面电场强度、比表面、表面电荷数量随石漠化强度的增加而下降,其变化范围分别为0.34 C·m-2~0.42 C·m-2、4.85×108 V·m-1~5.86×108 V·m-1、47.11 m2·g-1~53.16 m2·g-1、16.86 cmol·kg-1~22.82 cmol·kg-1,土壤表面电位随石漠化强度的增加而上升,其变化范围为-113.74 mV~ -115.10 mV;研究区黏土矿物组成为伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙混层、绿蒙混层,且以绿蒙混层为主;土壤黏粒、砂粒、非晶质氧化铝、胡敏酸是影响喀斯特石漠化地区土壤表面电化学属性变化的主要因素,解释率分别为48.3%、38.1%、13.0%、12.0%;土壤粒径组成、有机质组分和金属氧化物对土壤表面电化学特征影响由强到弱依次分别为:土壤黏粒>砂粒>粉粒,胡敏酸>有机碳>富里酸,非晶质氧化铝>游离氧化铁>非晶质氧化铁。本研究对中国西南喀斯特石漠化土壤管理与调控、退化植被恢复重建具有重要意义。

      • 长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

        徐 华, 于海洋, 王天宇, 黄 琼, 张广斌, 马 静, 朱春梧

        DOI: 10.11766/trxb202009110515

        摘要:

        大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响,对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制,依托连续运行10年以上的中国稻田FACE(free-air CO2 enrichment)平台,观测2016—2017年正常大气条件(ACO2)和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件(ECO2)下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度,并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明:对比ACO2处理,长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%(P<0.05),产甲烷菌群落丰度降低39%(P<0.05),同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%(P>0.05)。Meta分析结果发现,随着CO2熏蒸年限的增加,大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱,对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此,未来气候条件下,长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放,这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。

      • 紫云英翻压后稻田土壤可溶性有机氮迁移特性与损失风险

        邢世和, 杨 静, 郭文圻, 杨文浩, 周碧青, 张黎明,

        DOI: 10.11766/trxb202009100469

        摘要:

        可溶性有机氮在氮素转化和生态环境安全方面具有重要的作用。在等氮磷钾条件下以单施化肥(CK)为对照,研究不同数量紫云英翻压后(CMV1,15 000 kg?hm-2;CMV2,30 000 kg?hm-2和CMV3,45 000 kg?hm-2)灰泥田土壤可溶性有机氮(SON)和溶解性有机氮(DON)的动态变化、迁移特征及损失量。结果表明,不同施肥处理20~40 cm和40~60 cm土层SON含量分别较0~20 cm土层降低了58.50%和78.47%;施用紫云英利于SON在灰泥田土壤剖面中累积,水稻生育期0~60 cm土层CMV1、CMV2和CMV3处理SON密度分别较CK处理提高5.57%、10.11%和21.39%;不同施肥处理DON总损失量介于18.33~58.55 kg?hm-2,占可溶性总氮的46.52%~50.16%,其中3.77~37.85 kg?hm-2(以N计,下同)随淹水层径流损失,14.5~18.02 kg?hm-2随渗滤液迁移损失,且DON在土层间的迁移具有一定的延迟性;每季水稻CMV1、CMV2和CMV3较CK可分别减少16.90、31.09和37.52 kg?hm-2的DON损失。上述结果表明DON是稻田土壤氮素损失的重要形态,施用紫云英后灰泥田DON的损失量低于施用等氮量尿素,可减少水田氮素面源污染。

      • 离子型稀土尾矿深层土壤剖面铵态氮污染特征及影响因素

        任富天, 张秋英, 杨 广†, 柏杨巍, 高红杰, 李 兆, 刘山宝, 王健祺

        DOI: 10.11766/trxb202006190317

        摘要:

        稀土元素在国家经济、战略上意义重大,随着科学技术快速发展,稀土元素的需求急剧增加,由稀土矿山开采产生的环境污染问题也引起了广泛关注。在南方离子型稀土矿原位浸矿开采过程中大量使用铵盐作为浸矿剂,造成矿区水土环境受到严重化学污染,其中尾矿土壤铵态氮残留尤为严重。然而,稀土矿区土壤中铵态氮沿深层剖面(200 cm以下)变化机制仍不清楚。选择江西赣南足洞矿区典型离子型稀土尾矿矿山(2003年开始采矿,2007年闭矿),对表层土壤、深层土壤进行系统采样,共157件土壤剖面样品,测定了土壤pH、质量含水率和铵态氮含量。结果表明:(1)土壤酸化严重和高浓度铵态氮残留是采矿活动遗留的主要环境污染问题;(2)矿山关闭12年后,尾矿土壤平均pH为3.87,铵态氮浓度为60~204.3 mg?kg-1,是未开矿土壤铵态氮背景值的12倍~40倍。(3)土壤pH和含水率影响铵态氮的吸附和解吸附过程,原位淋洗技术是去除残留铵态氮有效方法。研究成果有望为离子型稀土尾矿土壤中铵态氮迁移转化规律和污染治理提供技术支撑。

      • 武夷岩茶中矿质养分的地域性差异及影响因素

        薛俊鹏, 卓座品, 刘 扬, 周 志, 黄泓晶, 许锐能, 郭子龙, 孙丽莉, 陈志长†, 廖 红

        DOI: 10.11766/trxb202008170341

        摘要:

        武夷岩茶是一种传统名优乌龙茶,其品质差异具有明显的地域性。本研究旨在探索不同产地武夷岩茶茶青中矿质养分的差异规律,以期了解茶青养分对武夷岩茶品质的贡献。共采集武夷山112个茶园的茶青和土壤样品,主要测定了茶青中12种矿质元素和土壤中5项肥力指标(pH、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质)。通过主成分分析发现,不同产地茶青矿质元素差异明显;利用随机森林分析,明确了不同岩区的茶青中磷、铜和氮元素的差异贡献最大,且总体上浓度由高到低依次为洲茶区、半岩区、正岩区,表明高品质的正岩茶中存在较低浓度的磷、铜和氮;皮尔森相关分析显示,土壤肥力5项指标与茶青中上述三种元素浓度相关性较弱,说明茶青养分受到综合环境因素的影响。综上所述,茶青中磷、铜和氮的水平与武夷岩茶的品质存在一定的负相关,可为茶园土壤养分管理提供参考依据。

      • 化肥减量和有机替代对潮土微生物群落分子生态网络的影响

        吴 宪, 胡 菏, 王 蕊, 赵建宁, 杨殿林, 王丽丽, 李 刚†, 修伟明†

        DOI: 10.11766/trxb202008130260

        摘要:

        采用细菌16S rRNA基因高变区和真菌ITS区的Illumina MiSeq高通量测序技术结合分子生态网络方法,分别测定了5种施肥处理(常量化肥,NPK;化肥减量,NPKR;化肥减量配施秸秆,NPKRS;化肥减量配施有机肥,NPKRO;化肥减量配施有机肥和秸秆,NPKROS)土壤中细菌和真菌的群落组成,构建可视化分子生态网络,并针对土壤有机质(soil organic matter,SOM)进行相关性网络分析,探究化肥减量和有机替代下土壤微生物群落分子生态网络及有机质相关性网络的变化特征。结果表明,化肥减量和有机替代显著提高了土壤SOM含量。与NPK处理相比,在细菌分子生态网络中,化肥减量和有机替代处理均增加了网络节点数和边数,降低了平均路径长度;在真菌分子生态网络中,NPKR处理提高了网络节点数和边数;有机替代处理增加了平均路径长度,降低了平均聚类系数;化肥减量和有机替代处理下与土壤SOM含量显著正相关的细菌菌群占比增加,真菌菌群占比降低。综上所述,化肥减量和有机替代能提高细菌分子生态网络规模和物种间传递物质、能量和信息的效率。化肥减量能提高真菌分子生态网络规模和群落互作,有机替代使真菌群落结构更加稳定。

      • 细沟间侵蚀影响因子交互作用定量分析

        周春红, 张风宝, 刘宝元, 申 楠

        DOI: 10.11766/trxb202006250334

        摘要:

        细沟间侵蚀是多种影响因子共同作用形成的复杂过程,不同因子的作用依赖于其他因子的变化而变化。利用前人已发表数据,基于多元线性回归分析,定量分析土壤类型、雨强、坡度和坡长对坡面细沟间侵蚀过程影响及因子间交互作用效应。结果表明:雨强、坡度、细沟间可蚀性及坡长对细沟间侵蚀率的影响具有正向效应,雨强对细沟间侵蚀率的贡献最大(62.93%)。因子间交互作用分析表明,坡长的增加对坡度因子的贡献具有促进作用,对雨强因子的贡献具有抑制作用;坡度增加对坡长因子的贡献具有先促进后抑制的作用,对雨强因子的贡献则相反,20%为坡度对坡长和雨强交互作用方向变化的拐点;雨强增加对坡长因子和坡度因子具有正向交互作用,但是与坡长相比,坡度对雨强的依赖性更强。

      • 长江下游地区水肥一体化对设施番茄氮肥利用率及氨挥发的影响

        王 远, 许纪元, 潘云枫, 赵冬青, 杨东平, 巨昇容, 闵 炬, 施卫明

        DOI: 10.11766/trxb202007260420

        摘要:

        长江下游地区设施菜地面源污染问题突出、劳动力紧缺,亟需节工、增效且环境友好的施肥技术;水肥一体化滴灌施肥在北方设施蔬菜生产上得到广泛应用,而应用在长江下游地区后对氮肥利用率及氨挥发的影响如何,尚不明确。采用田间小区试验对设施番茄滴灌施肥后的氮肥利用率、土壤氨挥发和速效氮(铵态氮和硝态氮)残留等指标进行了系统观测和分析。结果表明:在相同施氮量下,相比传统肥料撒施方式,滴灌施肥可使氮肥利用率由23.92%提高至40.89%,全生育期氨挥发累积量由37.25 kg·hm-2减少至3.07 kg·hm-2,氨挥发损失率由16.56%减少至1.36%,显著减少了31.85%的土壤硝态氮(NO3--N)残留量。本研究为设施菜地水肥一体化技术在长江下游地区的推广应用提供了科学依据。

      • 六六六对红壤和紫色土中细菌群落多样性及结构的影响

        唐凯迪, 高乃征, 刘娟, 凌婉婷

        DOI: 10.11766/trxb202008200416

        摘要:

        尽管六六六已被禁用多年,但由于难降解、易持留的特性,其在土壤中检出率仍较高。残存的六六六对土壤细菌群落多样性和组成结构的影响一直备受关注,相关认识仍待深化。采用小麦盆栽试验,借助高通量测序技术,模拟研究了不同施药浓度(0、600、1 500 g?hm-2)下六六六对旱地红壤和紫色土中细菌群落多样性和结构的影响。Alpha指数分析结果表明,在培养初期,施用六六六显著提高红壤细菌群落多样性,而对紫色土无显著影响;但随培养时间延长,在第42天时细菌群落多样性均恢复至对照组(CK)水平。细菌群落组成分析显示,红壤中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。分析OTUs(可执行分类操作单元)丰度发现,六六六提高了红壤放线菌门和酸杆菌门(Acidobacteria)的多样性和丰度,从而导致红壤细菌群落多样性指数上升;紫色土中优势菌门为变形菌门和酸杆菌门。六六六增加了红壤中固氮菌Bradyrhizbium(慢生根瘤菌)丰度,600和1 500 g?hm-2六六六处理组较对照分别增长了150%和180%;紫色土中,随六六六处理浓度增大,固氮菌相对丰度降低。六六六引起土壤细菌群落和结构的变化,对红壤细菌群落的影响要强于紫色土。研究结果为明确六六六污染土壤的微生态效应提供理论依据。

      • 基于生态系统多功能性的农田土壤健康评价

        潘贤章, 杨 颖, 郭志英, 潘 恺, 王昌昆

        DOI: 10.11766/trxb202006160306

        摘要:

        农田土壤健康状况不仅影响作物产量和品质,还影响大气、水环境质量和生物安全,因而农田土壤健康评价应将土壤生产能力与生态环境效应结合考虑。基于土壤生态系统多功能性,将土壤功能归纳为作物生产、持水净水、养分运移与缓冲、碳固存及栖息地与多样性等5项功能。进一步针对每项功能,按照固有属性和动态属性两个方面分别选取基础项指标,同时考虑具有区域特点的威胁土壤功能发挥的限制项指标,并采用2个乘数来体现限制因子对固有和动态属性影响的差异性,共同构建农田生态系统土壤健康评价指标体系。以中国生态系统研究网络(CERN)内位于黄淮海平原的封丘、栾城和禹城3个实验站典型农田生态系统为例,应用所建立的指标体系,采用灰色关联分析法对其土壤健康状况进行综合评价。结果显示,3个农业生态实验站土壤健康状况总体相当且处于较高水平,但仍有所差异,表现为禹城>栾城>封丘,且作物生产功能与产量R2达到0.60,验证表明该评价体系比较合理。因此,基于多功能性的土壤健康评价方法可为进一步探究土壤健康长期变化趋势,实施土壤资源有效管理提供一定参考。

      • 福建周宁黄红壤的磁学特征及其磁性矿物转化

        刘 鑫, 吕 镔, 郑兴芬, 陈梓炫, 杜佳昊

        DOI: 10.11766/trxb202008240424

        摘要:

        对我国亚热带地区发育于花岗岩之上的一个黄红壤剖面进行了系统的环境磁学测量,对土壤样品的磁化率、等温剩磁、磁滞回线等常温磁学参数进行测量,对代表性样品进行热磁分析,并结合色度、常量地球化学元素和漫反射光谱参数,探讨亚热带黄红壤的磁性特征,以及在相对湿冷的气候条件下,黄红壤中的磁性矿物具有怎样的转化规律。结果表明:亚热带黄红壤中强磁性矿物为亚铁磁性的磁铁矿、磁赤铁矿,弱磁性矿物为反铁磁性的赤铁矿、针铁矿。随着成土作用/风化作用增强,磁性矿物颗粒变细。母质和气候条件是影响区域磁性差异的重要因素,次生磁性矿物(特别是赤铁矿与针铁矿)的含量主要受气候条件控制。在相对湿冷的气候条件下,磁性矿物的转化以强磁性的磁铁矿与磁赤铁矿转化为弱磁性的赤铁矿与针铁矿为主。气温(而非降水)是湿润亚热带地区花岗岩风化壳上发育土壤中针铁矿和赤铁矿含量以及相对比例的主导影响因素。

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