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    新视角与前沿
    综述与评论
    • 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

      2022,59(6):1479-1491, 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。

    • 基于文献计量分析的土壤微生物入侵研究现状及发展趋势

      陈敏,秦华,常健玮,徐建明,邢佳佳

      2022,59(6):1492-1503, DOI: 10.11766/trxb202108260457

      摘要:

      随着农业经济发展,人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件,造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动,进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展,本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对Web of Science核心合集数据库中微生物入侵领域的主要研究热点及其变化趋势等进行计量分析。结果表明:微生物入侵相关研究文献数量逐年上升,受到的关注度越来越高;美国、中国、德国、印度、澳大利亚等国家在该领域发文量居前列,且具有较紧密的国际学术合作网络;高通量测序与宏基因组为核心的微生物测定分析技术的快速发展,使得微生物入侵成为研究热点,当前的研究文献集中于根际促生菌作用机制、根际微生物群与植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促进植物生长以及修复污染土壤等,但病原微生物入侵土壤可造成作物减产、质量下降,甚至可经食物链传播而威胁人类及其他动物的健康,因此微生物入侵的影响与入侵菌株性质紧密相关。未来研究趋势主要集中于入侵微生物与特异性土著微生物的相互作用关系、植物病原微生物的防控机制与技术应用等方面,以期为土壤健康与绿色农业生产提供理论依据。

    研究论文
    • 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

      2022,59(6):1504-1516, 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地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 coefficient,NSE)和较低的均方根误差(Root mean square error,RMSE)。

    • 赣南崩岗区不同植被类型粉砂质土壤抗剪强度及其影响因素

      文慧,倪世民,王艺彤,王军光,蔡崇法

      2022,59(6):1517-1526, DOI: 10.11766/trxb202012240707

      摘要:

      为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律,明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象,对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素,利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明,土壤抗剪强度由大到小依次为林地 > 柑橘地 > 灌木地 > 草地 > 侵蚀区,且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低,毛管孔隙度总体呈升高趋势,黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升,汇聚于坡下。随着恢复时间增加,土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下,随着恢复年限增加,表现为递增趋势,内摩擦角则表现为缓慢递减趋势,均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系,含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了预测方程(R2=0.80,RMSE=5.95),结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素,可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的参考。

    • 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

      2022,59(6):1527-1539, 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,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。

    • 氮肥减施对红壤旱坡花生地氮素径流和渗漏损失及表观平衡的影响

      郑文琦,谭文峰,刘昭,王凌云,郑海金

      2022,59(6):1540-1550, DOI: 10.11766/trxb202104070019

      摘要:

      针对红壤旱坡地土壤侵蚀严重和渗漏淋溶强烈并存的现状,为探讨减量施氮对作物产量、氮素径流和渗漏损失特征及氮素表观平衡的影响,选择赣北红壤旱坡花生地开展田间随机区组试验,设置5个处理:100%施氮量(N100%,纯施氮180 kg·hm–2)、减1/6施氮量(N1/6)、减1/3施氮量(N1/3)、减1/2施氮量(N1/2)和不施氮(N0),每个处理重复3次。结果表明:(1)与N100%处理相比,N1/6和N1/2处理的花生产量和植株吸氮量略低,但差异不显著(P > 0.05);与N100%处理相比,N1/6和N1/2处理在主茎长、株高、冠幅、饱果数和原始分枝数等农艺性状上无显著性差异(P > 0.05)。(2)与N100%处理相比,N1/6、N1/3、N1/2、N0处理显著(P < 0.05)降低了地表径流TN平均浓度,降幅分别为14.36%、26.35%、14.01%、21.34%;与N100%处理相比,N1/3、N1/2和N0处理降低了渗漏TN平均浓度,而N1/6处理提高了渗漏TN平均浓度。(3)有34.95~93.98 kg·hm–2氮素流出该花生种植体系,其中径流流失和渗漏淋失的氮量占38.31%~70.50%,高于气体等其他表观损失的氮量(29.50%~60.63%)。这表明径流流失和渗漏淋失是红壤旱坡花生地氮素损失的重要途径。在新开垦土地上不施氮处理降低了土壤无机氮量而减氮施肥处理增加了土壤无机氮量,增加幅度达18.66%~31.44%,减氮施肥可以提高土壤肥力。综合生产目标、环境影响及土壤肥力来看,红壤旱坡花生地推荐施氮水平为90 kg·hm–2

    • 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

      2022,59(6):1551-1560, 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BD1.1、BD1.3、BD1.5、BD1.7四个紧实程度处理,容重分别为1.1、1.3、1.5和1.7 g·cm–3,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%降至8.2%,而充水孔隙度从36.4%增至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。

    • 场地土壤环境承载力估算及其在土壤污染修复目标值确定中的应用

      丁寿康,王美娥,王玉军,李笑诺,陈卫平

      2022,59(6):1561-1573, DOI: 10.11766/trxb202102090088

      摘要:

      土壤环境承载力研究是“土十条”中加强土壤污染防治研究的重要内容,在场地土壤污染修复目标值确定方法中耦合土壤环境承载力的估算模型能够极大地提升修复目标值制定的科学性。以江苏省某市废弃化工场地为研究对象,针对场地土壤中的三种主要污染物汞、六氯苯和氯苯,通过场地土壤布点采样分析,进行了污染物浓度空间分布特征分析和健康风险评价,并基于土壤环境承载力计算公式进行了三类目标污染物的土壤环境承载力和修复目标值的估算。研究结果表明,目标场地土壤中汞和六氯苯浓度超过筛选值的样点占到总样点的50%以上,而氯苯浓度超过筛选值的样点占到了总样点的17%,其空间分布主要受生产过程中的污染源的分布及生产工艺影响;土壤汞和氯苯存在较为严重的非致癌风险,而六氯苯存在严重的致癌风险;以风险筛选值作为环境质量标准的一般情景下的三种污染物的土壤环境承载力均有样点出现了小于0,即超过承载力的现象;以风险管控值为环境质量标准的乐观情景下,该三种污染物的环境承载力均大于0,即该区域还具备继续吸纳污染物的能力;基于土壤环境承载力估算模型的修复目标值较对应的风险筛选值和管控值均高出1.8倍~1.9倍,这是由于在承载力估算模型中对风险产生过程以及土壤对污染物吸附固定过程进行了系数校正的原因。以上研究结果为污染物的土壤环境承载力研究的发展及应用提供了思路和技术方法。

    • 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

      2022,59(6):1574-1582, 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。

    • 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,陶亮

      2022,59(6):1583-1593, 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。

    • 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

      2022,59(6):1594-1605, 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。采用偶联酰胺化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2-(N-吗啉代)乙磺酸(MES)水溶液加入反应小瓶中,使反应体系pH保持约5.5,再加入适量的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)水溶液,交联反应20 min后再加入适量的N-羟基丁二酰亚胺(NHS)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。该方法中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决定系数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。

    • 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

      2022,59(6):1606-1615, 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。

    • 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

      2022,59(6):1616-1625, 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。

    • 长期不施氮肥下稻麦轮作农田残留化肥氮的后效及去向

      王盈盈,夏龙龙,蔡思源,赵旭,颜晓元,邢光熹

      2022,59(6):1626-1639, DOI: 10.11766/trxb202203180119

      摘要:

      我国农田化肥氮用量高,造成较多肥料氮土壤残留,残留肥料氮既可被后季作物吸收利用,也可迁移进入环境。稻麦轮作是我国长江中下游农业区代表性种植制度,然而稻麦轮作农田土壤残留化肥氮的作物后效及去向目前尚不清楚。利用15N示踪长期试验,连续追踪了2004年小麦季施用30%的15N标记尿素后其土壤残留15N在之后17个稻麦轮作年的变化动态及被后季作物吸收利用特征。试验起始小麦季设100 kg·hm–2(N100)和250 kg·hm–2(N250)两个施氮量处理,后续作物均不再施用氮肥。结果发现,34.5%~37.9%施入氮被当季小麦吸收,随后各轮作年稻麦作物吸收残留氮量随年限增加呈指数下降;17年中有12.2%~15.8%残留氮被后季作物吸收,其中,水稻对残留氮吸收能力较强,为9.2%~11.8%,小麦为3.3%~4.0%;观测期内化肥氮累积利用率为50.1%~50.3%。氮肥施入小麦当季,0~20 cm土层残留为22.9%~33.5%,之后逐年减少;17年后降至7.8%~9.8%,但仍占0~100 cm土层氮残留量(9.9%~13.4%)的73.5%~78.5%。同位素质量平衡估算的观测期内氮肥累积总损失率为36.3%~39.9%,与基于当季小麦氮肥利用率和0~20 cm土壤残留率计算得出的当季化肥氮总损失率32.0%~39.2%接近。作物籽粒、秸秆及土壤15N丰度在观测期内均随时间呈指数递减;根据预测结果,不施氮下其降至15N自然丰度背景值仍需28~37年。上述结果表明,稻麦农田化肥氮损失主要发生在当季,土壤残留后效持续时间长,但再迁移进入环境数量低。协同化肥氮当季损失的高效阻控和土壤残留的有效调控应是稻麦农田氮肥优化管理的关键环节。

    • 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

      2022,59(6):1640-1649, 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。

    • 长期不同供磷水平驯化的土壤微生物的遗留效应

      郎明,张春燕,张俊伶

      2022,59(6):1650-1659, 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,本文研究了集约化农田生态系统中长期、不同水平的磷肥供应驯化(training)微生物形成的遗留效应(legacy effect)。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2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2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2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。2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。

    • 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

      2022,59(6):1660-1669, 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80℃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70℃,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。

    • 不同施氮水平下土壤微生物种群异步性与稻麦产量的关系

      李明辉,冯绪猛,郭俊杰,郭世伟,沈其荣,凌宁

      2022,59(6):1670-1682, DOI: 10.11766/trxb202106250131

      摘要:

      研究稻麦轮作体系中施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响,可为调控土壤微生物区系以维持作物稳产高产提供理论依据和科学指导。采集长期稻麦轮作体系中不同施氮水平下作物关键生育时期的土壤样品,使用高通量测序技术分析施氮水平对土壤微生物多样性和异步性的影响,研究施氮水平通过改变土壤微生物异步性对稻麦产量产生的影响。小麦季和水稻季的施氮水平梯度分别为:0、50、100、200、300 kg·hm–2和0、90、180、270、360 kg·hm–2;土壤样品采集时期分别为:小麦种植前、拔节期、孕穗期、扬花期、成熟期和水稻种植前、最大分蘖期、拔节孕穗期、扬花期、成熟期。结果表明,施氮水平对各生育时期的土壤微生物多样性和组成均产生显著影响。施氮水平可解释约12%的水稻季微生物丰富度变异(P < 0.05)。当小麦季和水稻季施氮水平分别为100和180 kg·hm–2时,土壤微生物群落在作物多个生长阶段均能维持相对较高水平的丰富度。施氮水平可解释9%~11%的小麦季/水稻季微生物群落组成变异(P < 0.05)。随着施氮水平的提高,小麦季土壤中PhenylobacteriumSphingomonasCyanobacteria GpIDesulfovirgaLacibacterTerrimonas属和水稻季土壤中DesulfovirgaSpartobacteria genera incertae sedisOhtaekwangiaAcidobacteria Gp7ArenimonasNiastella属的种群异步性显著上升。其中,PhenylobacteriumDesulfovirga属的种群异步性和DesulfovirgaSpartobacteria genera incertae sedisOhtaekwangiaArenimonas属的种群异步性分别与小麦、水稻的产量存在显著正相关关系。稻麦轮作体系中,土壤微生物多样性受到施氮水平的持续性影响,并随生育期推移而发生变化。施氮水平能够直接影响微生物种群异步性,从而影响微生物功能的互补性,进而对稻麦系统的产量产生积极作用。

    • 铁氧化物对厌氧水稻土中乙酸矿化、转化及其激发效应的影响

      王云秋,李宇虹,祝贞科,吴金水,葛体达

      2022,59(6):1683-1694, DOI: 10.11766/trxb202105270277

      摘要:

      乙酸是甲烷产生过程的重要底物,其在水稻土中的矿化和转化过程对水稻土碳循环和固碳减排具有重要意义。在长期淹水的水稻土中,铁作为重要的变价金属元素,对乙酸的矿化和转化可能具有重要影响。通过室内培养试验,向水稻土中添加13C-乙酸、水铁矿和针铁矿,动态监测厌氧培养(100 d)期间CO2和CH4排放规律和土壤环境因子的变化规律,同时分析乙酸的矿化和转化特征以及CO2和CH4的激发效应,并解析不同铁氧化物在其中的作用效应。结果表明,培养结束后,仅添加乙酸的处理中33%和36%的乙酸分别矿化为CH4和CO2,另外0.12%、2%和28%的乙酸分别形成了可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和土壤有机碳(SOC)。乙酸添加引起了CO2负激发效应和CH4正激发效应。土壤产生CO2和CH4比例因乙酸的添加由3.46:1变为1.83:1。针铁矿的添加显著增加了乙酸来源的CO2累积排放量,但水铁矿对乙酸来源的CO2累积排放量却无显著影响。水铁矿和针铁矿均显著降低了SOC来源的CO2累积排放量,加剧了乙酸引起的CO2负激发效应。水铁矿和针铁矿均显著降低了乙酸来源的CH4累积排放量,对SOC来源的CH4累积排放量无显著影响。水铁矿和针铁矿显著增加了乙酸转化为MBC和SOC的比例。因此,乙酸在土壤中的矿化和转化行为会影响土壤原有有机碳产生CO2和CH4;水铁矿和针铁矿结晶程度不同,对乙酸的矿化、转化及其激发效应的影响也不同。研究结果可为稻田的固碳减排提供一定的理论依据和技术支撑。

    • 水稻土厌氧氨氧化对不同耕作方式与秸秆还田的响应

      孙梅,聂三安,龙泽东,李超,王华,肖小平,罗尊长,孙耿

      2022,59(6):1695-1703, DOI: 10.11766/trxb202109010267

      摘要:

      研究稻田土壤厌氧氨氧化微生物活性、丰度和群落结构对不同耕作方式与秸秆还田的响应,可为稻田土壤氮素管理提供科学依据。设3个不同耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)+秸秆还田处理,以翻耕+秸秆不还田处理作为对照,采用15N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分析厌氧氨氧化菌潜在活性、功能基因hzsB拷贝数及群落组成。结果表明,秸秆还田显著改变了土壤理化性质,与不还田相比,土壤有机质、全氮、容重均呈明显增加趋势,尤其是免耕还田条件下差异显著。秸秆还田条件下,厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕高于旋耕高于翻耕(P < 0.05),对照与旋耕+秸秆还田处理无显著性差异。各处理之间厌氧氨氧化菌功能基因(hzsB)拷贝数无显著性差异。Illumina测序从属水平鉴定出KueneniaScalindua两种已知的厌氧氨氧化菌及部分未鉴定属,且各处理间二者的相对丰度具呈负相关(P < 0.05)。相关性分析结果显示,厌氧氨氧化菌活性与土壤反硝化活性显著相关,与功能基因拷贝数及群落组成无显著相关性。试验表明,免耕条件下秸秆还田显著提升了土壤容重,降低了土壤氧化势,可能是其厌氧氨化活性强的重要原因。与无机氮含量和土壤全氮等理化性质相比,水稻土氧化还原状况可能更好解释水稻土厌氧氨氧化活性,长期秸秆还田和不同耕作方式改变了厌氧氨氧化菌活性和群落组成,但其数量未发生显著变化。水稻田秸秆还田加翻耕可在一定程度提高土壤透气性,降低厌氧氨氧化活性,而秸秆还田与免耕结合则可能降低土壤通透性并导致更多的土壤氮素损失。

    • 毛竹纯林土壤微生物多样性高于杉木纯林

      严淑娴,刘茗,刘彩霞,赵梦丽,邱巍,顾佳悦,冯歌林,高竞,蔡铃潇,徐秋芳

      2022,59(6):1704-1717, DOI: 10.11766/trxb202107190169

      摘要:

      杉木连作障碍现象普遍发生,同为人工林的毛竹则很少发生。作为土壤健康的重要指标,微生物对土壤肥力具有不可忽视的作用。采用高通量测序法对阔叶、毛竹和杉木三种林分的土壤细菌和真菌群落进行研究,结果表明,毛竹林土壤细菌和真菌Shannon多样性和Invsimpson均匀度指数均显著高于杉木林,甚至高于阔叶林;而优势物种多样性Berger-Parker指数则是杉木林显著高于毛竹林;毛竹林土壤Actinobacteria门细菌相对丰度高于阔叶林和杉木林、Basidiomycota门真菌相对丰度显著高于阔叶林和杉木林,杉木林土壤Chloroflexi门细菌相对丰度和Mortierellomycota门真菌相对丰度显著高于毛竹林和阔叶林。结合土壤理化性质分析表明,杉木林土壤养分贫瘠是形成其特殊微生物群落的原因之一,而毛竹林土壤丰富的养分和高pH有利于形成良好微生物群落结构。与杉木林相比,毛竹林土壤细菌和真菌特征以及土壤理化性质与阔叶林的相似度更高。

    • 河西走廊荒漠土壤微生物群落结构及环境响应

      李善家,王福祥,从文倩,魏明,王军强,崔莉娟,王子濠

      2022,59(6):1718-1728, DOI: 10.11766/trxb202110120235

      摘要:

      荒漠土壤中微生物生存适应机制及其生态系统功能对揭示干旱区物质转化过程具有重要意义。沿河西走廊东南至西北自然降水递减梯度下设置16个样带,采用高通量测序技术探究土壤细菌和真菌群落多样性特征,揭示微生物多样性、优势菌群与土壤机械组成、养分关系。结果显示:河西走廊荒漠土壤细菌中厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势群落,部分样带厚壁菌门相对丰度最高达85%;真菌中子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为优势群落,其相对丰度均大于 > 5%。相关性分析显示:粗粉粒(0.05~0.02 mm)、细粉粒(0.25~0.10 mm)、黏粒(< 0.002 mm)、有效磷(AP)和解碱氮(AN)对细菌多样性影响极显著,细粉粒(0.25~0.10 mm)、黏粒(< 0.002 mm)、有效磷(AP)和解碱氮(AN)对真菌多样性影响极显著(P < 0.01)。冗余分析显示:细粉粒(0.25~0.10 mm)、有效磷(AP)和有机碳(SOC)对细菌群落影响显著,黏粒(< 0.002 mm)和有效磷(AP)对真菌群落影响显著(P < 0.05)。研究表明了河西走廊荒漠土壤微生物群落结构的组成、变化及影响因子,解释了土壤环境对微生物分布的影响及微生物对土壤生态系统系统发展的作用,为保护生物多样性及荒漠生态服务提供理论参考。

    问题讨论
    • 土壤可溶性盐及其组分计算公式错误解析与纠正

      袁金华,乔万得夸,俄胜哲,车宗贤

      2022,59(6):1729-1746, DOI: 10.11766/trxb202102180101

      摘要:

      公开出版的专业书籍中土壤可溶性盐及其组分计算公式存在诸多意料不到的错误,却没有引起大家的重视并提出修正措施,这些错误的存在可能会导致盐分含量计算结果的出错和对盐碱土分类分级的错误判定。选取出版日期介于2000—2020年包含土壤可溶性盐总量和阴阳离子(CO32–、HCO3、SO42–、Cl、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)含量9个指标计算公式的12本专业书籍为研究对象,基于相关概念、理论基础、实验原理和实验方法进行公式推导。结果表明,9个指标共出错68次,其中HCO3出错次数最高,为11处,占比16.2%;其次为Ca2+,10处,占比14.7%;最低的是可溶性盐总量和Cl,4处,占比5.88%。根据9个指标的出错特征,将其归纳为系数2、换算系数、公式、指代意义和公式不规范5种错误。5种错误中,换算系数出错次数最高,出现31处,占比45.6%;其次为公式,出现13处,占比19.1%;最低的是系数2,出现4处,占比5.88%。通过对土壤可溶性盐及其组分计算公式出错种类的特点和原因解析,指出问题所在,并提出了纠正措施,以期为相关公式的修正提供借鉴。

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      • 不同生育期干旱胁迫条件下施钾对水稻生理性状和产量的影响

        熊志豪, 杨丞, 张赓, 李旭春, 李小坤

        DOI: 10.11766/trxb202205230267

        摘要:

        明确不同生育时期干旱胁迫对水稻影响与钾素调控干旱胁迫机制,可为水稻的钾素管理和节水抗旱提供理论依据。采用不同时期水分和钾素管理两因素盆栽试验,设置施钾(+K)、不施钾(-K)两个钾肥处理;有效分蘖期干旱胁迫(TD)、孕穗期干旱胁迫(BD)、灌浆期干旱胁迫(MD)和正常灌溉(WW)四个水分处理,分析在不同生育期干旱胁迫钾肥对水稻产量和生理性状的影响。结果表明:干旱胁迫显著降低了稻谷产量,TD、BD、MD处理相较于WW处理,在-K条件下稻谷分别减产53.9%、45.2%、7.6%;而在+K条件下稻谷分别减产28.3%、16.5%和5.9%,不同生育期的干旱胁迫对产量的影响程度为:TD>BD>MD,且缺钾加剧了水分亏缺的负面影响。同时,干旱胁迫也造成冠层蒸腾速率、叶水势和叶片净光合速率下降,减少干物质积累,TD、BD处理相较于WW处理,叶片生物量分别平均降低42.9%、31.2%;茎鞘生物量分别降低43.8%和38.0%。不同生育期水分亏缺对生物量的影响为:TD>BD。而缺钾不仅造成净光合速率下降,也使叶面积和叶绿素含量降低,植株截获光辐射能力显著下降,干物质积累量减少,相较于+K处理,TD、BD及相应同时期WW处理的叶片生物量在缺钾条件下分别降低52.6%、32.7%、42.1%、31.2%,茎鞘生物量分别降低55.3%、63.6%、52.2%、28.0%,干旱胁迫加剧缺钾的消极影响。综上,干旱胁迫会降低净光合速率与叶水势,造成水稻减产,其中有效分蘖期和孕穗期的减产效应较灌浆期明显;缺钾不仅降低叶片净光合速率,也减少叶面积与叶绿素含量,水稻同化积累物质能力下降,抗旱性显著降低。

      • 腐殖酸和pH对典型轮胎磨损颗粒迁移行为的影响机制

        李昆, 孔德跃, 陈星月, 彭永红, 修小嘉, 苏涵, 潘旻宇

        DOI: 10.11766/trxb202206200329

        摘要:

        轮胎磨损颗粒(tire wear particles, TWPs)作为微塑料(microplastics, MPs)的重要种类之一,当下其生态风险已受到生态学家的高度重视。通常,颗粒型污染物的环境行为过程是其生态风险的重要影响因素。然而,TWPs在土壤等多孔介质中的迁移过程及影响机制至今尚未见报道。选择冷冻破碎制备的C-TWPs(冷冻破碎轮胎磨损颗粒)以及道路磨损产生的R-TWPs(滚动摩擦轮胎磨损颗粒)和S-TWPs(滑动摩擦轮胎磨损颗粒)为典型研究对象,以石英砂柱来模拟研究TWPs在土壤等环境多孔介质中的迁移行为,并探究天然有机物腐殖酸(HA)及不同pH(4、7和10)环境对以上三种类型TWPs迁移行为的影响。结果显示:HA(50 mg?L-1)能够显著增强三种类型TWPs的迁移性,并且在HA(50 mg?L-1)存在下,不同pH(4、7和10)对TWPs迁移行为影响不同,中碱性环境(pH=7/10)更有利于TWPs的迁移。主要原因在于,HA存在或(和)中碱性环境有利于(同时)增大TWPs和石英砂颗粒表面的Zeta电位值(绝对值),此时,一方面TWPs的分散性得到改善,有较小的粒径分布,另一方面增加了TWPs和石英砂颗粒间的静电排斥力,有助于TWPs的迁移。值得注意的是,HA存在和不同pH环境条件下,低温破碎制备的C-TWPs的迁移性较R-TWPs和S-TWPs强,主要由于C-TWPs制备时携带有较多的负电荷、较小的等电点和较强的疏水性,上述性质也可促使其吸附更多的HA,从而加强其电负性;而R-TWPs和S-TWPs由于粘附了道路矿物、金属盐或灰尘而减弱以上性质,表面具有较小的电负性。研究结果揭示了不同类型TWPs在自然界中地球化学迁移行为的差异性,并暗示了研究源头性质(排放方式)以确定同种材质微塑料环境行为及生态风险内在差异的必要性。

      • 外源秸秆对污染土壤氧化还原过程水分散性胶体态重金属的影响

        张雨, 汪家家, 夏冰, 罗雪婷, 胡鹏杰, 吴龙华, 骆永明

        DOI: 10.11766/trxb202204110168

        摘要:

        土壤胶体尤其是水分散性胶体,作为一种重要的污染物载体,在重金属吸附、迁移以及生物吸收过程起着重要作用。通过土壤培养试验探讨了外源添加水稻秸秆在氧化还原波动条件下如何影响土壤液相中及水分散性胶体中重金属的分布。结果表明,外源秸秆增加厌氧过程液相中溶解性有机质(DOC)、砷(As)、铁(Fe)、锰(Mn)、钙(Ca)、钾(K)、硅(Si)、铝(Al)、镁(Mg)等浓度,降低了厌氧过程氧化还原电位(Eh)及铜(Cu)、铅(Pb)等浓度,提高了好氧过程Pb浓度。利用非对称流场流分馏-紫外可见-电感耦合等离子体-质谱联用技术(AF4-UV-ICP-MS),测得水分散性胶体颗粒主要分布在0.3~3 kDa、3~40 kDa和130 kDa~450 nm三个粒径范围,各粒径颗粒的组成有所差异,主要含有机质、无机黏土矿物和铁矿物等。外源秸秆促进液相中Fe和As由胶体态向溶解态转化,促进镉(Cd)和Cu由溶解态向胶体态转化。本研究有助于揭示农业活动影响重金属迁移转化及有效性的界面机制。

      • 长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响

        隋鹏祥, 罗洋, 李瑞平, 郑洪兵, 袁野, 郑金玉, 王浩, 刘武仁

        DOI: 10.11766/trxb202203180120

        摘要:

        以黑土区耕法长期定位试验为平台,采用荧光定量和高通量测序技术研究不同耕作措施(灭茬打垄、免耕、间隔深松和翻耕)下0~40 cm土层chiA几丁质降解菌基因丰度、微生物群落结构和酶活性,以揭示长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响及其驱动因子。结果表明:0~20 cm土层,免耕显著提高chiA基因丰度,20~40 cm土层,免耕降低chiA基因丰度、alpha多样性和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度,但是增加放线菌门(Actinobacteria)相对丰度。土壤pH、平均重量直径和养分含量显著影响chiA基因丰度和群落结构。与灭茬打垄相比,免耕显著提高0~20 cm土层几丁质酶活性,而间隔深松和深翻显著提高0~40 cm土层几丁质酶活性。结构方程模型模拟发现耕作方式、土壤深度、平均重量直径、土壤有机碳、全氮、全磷、chiA基因丰度和放线菌门相对丰度对几丁质酶活性具有显著直接效应。研究结果为明确黑土区不同耕作措施对土壤几丁质降解的影响提供理论基础。

      • 超顺磁微纳米MFH功能材料对铅污染土壤的修复研究

        黎洁, 王强, 罗萌, 江湘婷, 孙圆鹏, 张立志

        DOI: 10.11766/trxb202204290220

        摘要:

        为有效、快速、廉价地修复废水和土壤铅污染,研究了一种重金属铅修复去除材料(超顺磁微纳米Fe3O4@Ca10(PO4)6(OH)2功能材料,MFH)投加量、Pb2+初始浓度、吸附时间、pH、离子强度以及有机质浓度等因素对废水、污染土壤中Pb2+的修复效果。结果表明,MFH对溶液中的Pb2+的吸附满足准二级动力学模型,在10 min左右达到吸附平衡,最大吸附量181.6 mg·g-1;在pH为2.00~5.00范围内Pb2+去除率随溶液pH的增加而下降;溶液中离子强度增大会抑制MFH对Pb2+的去除率,而溶液中有机质含量增加则能有效提高MFH对Pb2+的去除率。MFH对农田和工业园区铅污染土壤均有较好的去除效果,添加重金属活化剂EDTA能明显提高 MFH对土壤中铅的去除效果,其中对轻度铅污染的农田土壤中铅总量去除量为102.74 μg·g-1。利用磁棒对土壤中MFH进行回收,回收率可达88%以上,再生性能恢复率89.49%,且再生后的MFH磁性能、比表面积恢复较好。

      • 化肥和有机肥配施生物炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响

        李越, 王颖, 熊子怡, 谢军, 王子芳, 高明

        DOI: 10.11766/trxb202206200331

        摘要:

        阐明化肥和有机肥配施生物炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响,有助于农田氮的高效利用及科学管理。采用盆栽试验方法,设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、施有机肥(M)、化肥配施生物炭(CFB)、有机肥配施生物炭(MB)、新鲜有机肥配施生物炭(FMB)6个处理,通过测定根际及非根际土壤养分含量和土壤氮赋存形态,阐明不同施肥处理对氮形态转化的影响。结果表明:与CK处理相比,MB处理提高非根际及根际土壤pH0.32和0.28个单位,FMB处理提高根际土壤pH0.63个单位;MB和FMB处理分别提高根际土壤有机质含量25.37%和84.88%,同时显著提高根际土壤全氮含量25.42%和50.93%。配施生物炭(CFB、MB和FMB)处理能促进土壤非可转化态氮(NTF-N)向铁锰氧化物结合态氮(IMOF-N)和有机硫化物结合态氮(OSF-N)这两种活性更高的氮形态转化,其中IMOF-N和OSF-N分别占可转化态氮的35.85%~61.72%和26.65%~46.56%,是根际及非根际土壤可转化态氮(TF-N)的主要成分。因此,有机肥配施生物炭是改善根际及非根际土壤养分和调控氮转化最有效的方式。

      • 大气颗粒沉降对城市土壤性状的影响:道路灰尘的磁学证据

        王新栋, 胡雪峰, 张延硕, 崔蕾, 刘睿, 蓝文翀, 李梅, 王加元

        DOI: 10.11766/trxb202206060235

        摘要:

        为研究大气颗粒物沉降对城市土壤性状的影响,对上海宝山区典型工业区、交通区、居民区和农业区表土和道路灰尘的磁化率(χlf)、重金属元素含量进行了监测分析。结果表明,上海宝山各功能区表土磁性普遍增强,χlf平均值为130.7×10-8 m3?kg-1,86.2%表土样χlf高于当地土壤背景磁性。与各功能区表土相邻的道路灰尘χlf增强更加显著,平均值达903.3×10-8 m3?kg-1。各功能区道路灰尘重金属的累积量也远高于相邻表土。其铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)的平均含量分别为表土的3.4倍、2.4倍、4.7倍、2.2倍、1.5倍、2.8倍、1.2倍、1.4倍和1.6倍。宝山区表土χlf与Cu、Zn、Mn、Cr、Ni、Cd含量呈极显著正相关(P<0.01),与Pb、Fe含量呈显著正相关(P<0.01)。道路灰尘χlf与Zn、Mn、Cr、Co、Ni、Fe含量呈极显著相关性(P<0.01),与Cu呈显著正相关(P<0.05)。但是,不同功能区表土和道路灰尘χlf与重金属元素含量间的相关程度有差别,农业区土壤这种相关性较弱。研究区域道路灰尘的特异性状,揭示了城市大气颗粒物包含一定量人为成因的富集重金属元素的磁性颗粒。这类污染颗粒的长期、连续沉降,使得城市表土的磁性和重金属含量同步增强,并对城市土壤的性状产生深刻影响。

      • 植物促生菌的功能及在可持续农业中的应用

        马莹, 曹梦圆, 石孝均, 李振轮, 骆永明

        DOI: 10.11766/trxb202203160112

        摘要:

        全球气候变化以及人口增长加剧了农业生产中各种生物(如病原菌)和非生物(如干旱、盐渍、高温等)胁迫,并通过影响植物形态、生理生化特征和代谢功能等阻碍植物的生长、发育和生产力提升,最终影响农作物的产量和品质并严重威胁着农业的可持续发展。随着现代农业的大力发展,有益微生物因其能够改良土壤质量、提高土壤肥力、提升农作物抗胁迫性能和增产提质的功效显著而备受关注。简要概述了植物促生菌(plant growth-promoting bacteria, PGPB)的种类和施用效应,重点剖析了PGPB产生植物生长激素、固氮作用、加强对营养物质的吸收利用(溶磷、解钾和合成铁载体)、缓解生物和非生物胁迫以及调节植物根系构型和根际微生物群落结构等促生和抗胁迫机制,系统梳理了近年来运用于现代农业中的PGPB菌剂制备和施用方式的前沿科学技术,并进一步讨论了PGPB在未来农业生产中的应用前景以及研究方向。

      • 基于便携式X射线荧光光谱速测的设施菜地土壤重金属污染诊断与评价

        邓源, 樊亚男, 吴秋梅, 胡文友, 俞越明, 王华, 朱春梧, 李汛, 田康, 黄标

        DOI: 10.11766/trxb202206130187

        摘要:

        土壤重金属污染快速诊断与评价是污染防控与风险管理的前提。以广东省典型设施蔬菜产地土壤为研究对象,采用便携式X射线荧光光谱法(portable X-ray fluorescence spectroscopy, PXRF)原位快速获取土壤重金属(镉(Cd)、铜(Cu)、铬(Cr)、铅(Pb)、锌(Zn)、砷(As)、镍(Ni)及汞(Hg))含量,在传统实验室方法验证PXRF的准确性和稳定性的基础上,对广东省设施菜地表层土壤重金属的污染状况进行快速诊断,并对土壤重金属污染风险进行评价。结果表明:(1) 异位PXRF法对土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As及Ni的测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01),土壤Pb和As含量的PXRF原位测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01);(2) 土壤含水量为150 g?kg-1~200 g?kg-1时,Cr、Pb、Zn和As的PXRF原位测定值与实验室测定值的相关性达到了极显著水平(P<0.01);(3) 土壤Cd和Cu的超标现象较为突出,其点位超标率分别为20.9%和10.0%。设施菜地土壤Cd的平均含量为0.21 mg?kg-1,约为露天农田土壤的1.2倍。珠江三角洲地区设施土壤中各重金属的含量整体较其他地区高;(4) 土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As、Ni及Hg的单项污染指数均小于1,由高到低依次为Cd>Cu>Pb>Zn>Cr>As>Ni>Hg,内梅罗综合污染指数的均值为0.69。就整体平均值而言,土壤重金属污染程度处于清洁水平。PXRF实现了广东省设施菜地土壤重金属污染的快速诊断,并快速识别出Cd和Cu为设施菜地污染风险较高的潜在污染元素,研究结果可为设施农业土壤重金属污染快速诊断与评价提供方法和数据支撑。

      • 人工技术土壤研究进展与展望

        郑瑞伦, 朱永官, 孙国新

        DOI: 10.11766/trxb20226200209

        摘要:

        城市绿色基础设施可以解决由城市化引发的诸多环境问题,但城市绿色基础设施建设所需要的大量土壤资源却很匮乏。人工技术土壤(Constructed Technosols, CT)是利用有机和无机固体废弃物创造的用于种植植物的新土壤,可通过调整组成材料和配方满足不同的植被类型、土地用途和立地条件等要求,最终回归城市,用于绿色基础设施建设。CT可同时缓解大量城市固废的处置难题和解决城市绿色基础设施建设的土壤缺乏问题,具有低碳、低成本、低影响的特点,还可产生经济效益。本文主要从CT对植物生长、碳捕获、生物多样性保护、径流污染物滤除方面的作用和人为生物调控方面介绍了CT的研究现状及在我国的应用潜力,并对CT的研究发展进行了展望,提出了一些CT研究中需要解决的问题与建议。旨在推动城市固体废物资源化综合利用和绿色基础设施低碳发展,增加城市碳固存,改善城市地区生态环境和增进人民健康福祉。

      • 农田土壤机械压实研究进展与展望

        任利东, 王 丽, 林 琳, 张 斌

        DOI: 10.11766/trxb202110270582

        摘要:

        土壤机械压实是威胁全球农业可持续发展的重要因素之一。从农田土壤压实的检测、危害、缓解和预防四个方面系统介绍当前国内外土壤压实的最新研究进展与不足。指出检测方法的创新和突破是实现田间尺度下压实土壤空间分布检测的关键;压实土壤危害的研究多集中在耕层土壤,但忽视了深层土壤压实危害及其在应对气候变化中可发挥的生态服务功能;提倡采用轮作轮耕等合理田间管理措施缓解压实土壤;深层土壤压实具有存在时间久和恢复难度大的特征,因此重点应以预防为主,但当前对土壤压实预防重视不足且预防技术体系尚不成熟。鉴于我国农业机械化正处在快速发展期,采取有效预防措施是避免重蹈发达国家土壤压实退化的有效手段。

      • 酸化环境对紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其酸缓冲容量的影响

        李春培, 李 雪, 汪 璇, 刘刚才, 赵吉霞, 熊俊芬

        DOI: 10.11766/trxb202203200121

        摘要:

        为了分析研究酸化环境对紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其酸缓冲容量的影响规律。本研究以侏罗纪紫色岩层中的遂宁组(J3s)、沙溪庙组(J2s)和蓬莱镇组(J3p)为研究对象,设置pH分别为2.5、3.5、4.5、5.6等4个酸性环境,以及去离子水(pH=7.0)为对照处理(CK),采用循环浸泡试验和模拟淋溶试验,研究酸性环境对紫色母岩风化产物特征的影响。结果表明,通过酸化环境处理后,3组紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其总量均随酸化环境的pH降低而减小,且3组紫色母岩风化产物的酸缓冲容量与其交换性K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量以及交换性盐基总量均呈极显著正相关关系(P<0.01)。以pH =7.0 (CK)处理为对照,循环浸泡处理后的遂宁组(J3s)、蓬莱镇组(J3p)和沙溪庙组(J2s)风化产物中交换性盐基总量的减小幅度分别为8.75%~18.21%、10.83%~23.18%和5.85%~18.41%。而且模拟淋溶24次后,遂宁组(J3s)、沙溪庙组(J2s)和蓬莱镇组(J3p)风化产物中交换性盐基总量较模拟淋溶12次时分别减小为1.77%~24.85%、8.99%~25.75%和8.05%~25.66%。此外,在同一酸度处理下,风化产物中的交换性盐基离子均表现为Ca2+> Mg2+> Na+> K+。本试验中淋溶处理下风化产物酸缓冲容量、交换性盐基离子及盐基总量低于浸泡处理。可见,丘陵地带坡面的矿物或养分的迁移以淋溶作用为主,平地的矿物或养分的迁移以浸泡作用为主。因此,酸沉降可能在一定程度上加速坡面土壤侵蚀的发生,进而导致平原化进程的加速。

      • 土壤起源与宜居地球的形成

        龚子同, 黄成敏, 陈鸿昭, 张 楚, 张甘霖

        DOI: 10.11766/trxb202209220524

        摘要:

        在各种成土因素交互作用下,地球土壤起源和演变历经变化的环境和多种成土过程。研究表明最早古风化壳出现在太古宙;而随着地球生物演进,生物因素加入风化成土作用与成土过程,土壤学家眼中的土壤形成、发育于寒武纪。漫长的地质历史时期不同的成土环境发育有各种类型土壤,这些土壤发育与演化过程又反作用于景观、地形、生态系统、气候系统,改变大气成分组成和地球化学循环,影响、反馈、调节全球或地区的表层系统,土壤圈的形成是宜居地球形成的重要标志。

      • 农用地土壤可持续安全利用的研究与实践——以浙江省镉污染农田为例

        汪洁, 朱有为, 杨肖娥, 郭彬, 汪玉磊

        DOI: 10.11766/trxb202205120170

        摘要:

        农用地土壤可持续安全利用对有效改善农用地土壤环境质量、保障农产品质量安全及人体健康具有重要意义。以长江三角洲经济最发达地区之一的浙江省为例,分析探讨了农用地土壤环境存在的主要问题和发展趋势,研究思考了农用地土壤可持续安全利用的理论和方法。在“十三五”期间,基于浙江省历年1:5万大比例尺农用地土壤污染调查成果,在温岭市、桐庐县等地开展了以农用地土壤重金属镉(Cd)污染治理为重点的省级试点示范工作,综合采取以污染源头解析与防控、多维度农业安全利用技术筛选和应用以及超标农作物秸秆安全处置等方法,形成一批具有显著地域特点、高效防治效果、自主知识产权,适用于Cd轻中度和中重度污染的农用地土壤污染综合治理技术模式。主要结果:(1)大气沉降源是农用地生态系统Cd的主要外来输入源之一,约占总输入量的24%~59%。(2)筛选出以甬优538为主的低积累品种53个,比选出以石灰性物质类为主的钝化材料20种以及以硅基和硒基为主的叶面阻控材料10种。(3)以稻/麦轮作等适用于Cd轻中度污染农用地安全利用技术模式可有效降低土壤有效态Cd 20%~50%以上,以超积累植物为主的适用于Cd中重度污染农用地的“边生产边修复”技术模式可有效降低土壤全量Cd 30%以上、土壤有效态Cd 50%以上,均可实现农产品安全生产。本文创新提出农用地土壤重金属污染可持续安全利用总体思路和技术路经,总结了农用地土壤重金属污染可持续安全利用的经验策略,以期为我国大范围开展受污染农用地土壤安全利用提供示范样板与技术参考。

      • 不同年限稻田红壤发生层土壤磷的固持容量及其释放潜能研究

        牛犇, 王艳玲

        DOI: 10.11766/trxb202205160257

        摘要:

        以江西鹰潭孙家典型红壤小流域中期稻田(MP)、新稻田(NP)与老稻田(OP)的发生层土壤为研究对象,基于吸附-解吸实验与结构方程模型,分析了稻田红壤各发生层土壤磷的固持能力(PSI)、最大固持容量(MCSP)及释放潜能的变化差异与影响因子,明确了固定态磷的释放机制与流失风险。结果表明:随发生层深度的增加,稻田红壤PSI及MCSP逐渐增大,二者变化分别为:MP > NP > OP与NP > MP > OP;但稻田红壤发生层中电性吸附态磷(CaCl2-P)及OP剖面专性吸附态磷(EDTA-P)逐渐降低,而MP剖面和NP剖面的EDTA-P以及稻田红壤发生层的残留态磷(Red-P)则相反;OP剖面发生层CaCl2-P与EDTA-P的比值随发生层深度的增加呈逐渐升高趋势,且显著高于MP和NP剖面。结构方程模型分析结果表明,土壤有机质、全磷、pH和铁铝氧化物之间相互作用且协同调控着稻田红壤的磷吸附位点数量及其吸附-解吸能力。稻田红壤水耕层(Ap层)土壤吸磷能力弱、释磷能力强,土壤磷流失风险大;而氧化还原层(Br)和母质层(C)土壤吸磷能力强、释磷能力弱,土壤磷固持容量大。与新稻田和中期稻田剖面相比,老稻田发生层土壤中吸附态磷更难以向专性吸附态磷及残留态磷转化,土壤磷流失风险相对较大,需及时采取相应的调控措施。

      • 我国主要稻区周丛生物群落组成结构及其磷捕获能力

        陆文苑, 孙朋飞, 徐滢, 刘俊琢, 吴永红

        DOI: 10.11766/trxb202203220002

        摘要:

        广泛分布在水-土界面之间的周丛生物是稻田生态系统物质迁移和能量交换的关键热区和必经之地,但至今鲜有研究关注稻田周丛生物的群落特征及其调控功能。为进一步了解周丛生物磷捕获功能,本研究选取我国主要稻区周丛生物,覆盖华南地区、长江中下游地区、东北地区三个水稻种植区,利用高通量测序技术分析周丛生物群落组成结构,结合PLS-PM和回归分析揭示影响稻田周丛生物捕获磷的因素。结果表明:不同地区稻田土壤理化性质存在显著差异(P < 0.05)。我国主要稻区周丛生物磷捕获能力由北到南、由西向东呈现递增的趋势。不同地区稻田周丛生物群落组成差异显著(P < 0.05)。在属水平上,华南地区周丛生物以Acinetobacter、Proteiniclasticum等原核微生物及Gregarina、Adriamonas等真核微生物为优势物种;长江中下游地区周丛生物以Bacillus、Cloacibacterium等原核微生物及Gregarina、Vermamoeba等真核微生物为主组成;在东北地区,周丛生物由Flavisolibacter、Anaerolinea为优势的原核微生物和以Adriamonas、Vermamoeba为优势的真核微生物组成。发现土壤理化性质(特别是土壤有机碳含量和田面水pH)与周丛生物群落多样性存在相关性。华南地区周丛生物中的微藻对于磷的捕获起到一定的促进作用,而东北地区周丛生物中的聚磷菌对磷的捕获有正效应。本研究通过对全国不同地区稻田周丛生物磷捕获能力的分析,丰富了对稻田周丛生物群落组成、结构及其调控磷循环的认识,也为将来开发生物技术回收利用稻田盈余磷提供了理论依据。

      • 氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响

        姚易寒, 张少博, 周家树, 刘娟, 蔡延江, 李永夫

        DOI: 10.11766/trxb202205060034

        摘要:

        摘 要:【目的】养分输入会显著影响土壤有机碳矿化,但毛竹林土壤有机碳激发效应对不同类型养分输入的响应及其机制尚不明确。【方法】选用尿素和磷酸二氢钠作为外源养分,通过80 d的培养试验,研究氮素、磷素及两者联合添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应、微生物功能以及土壤理化性质的影响。【结果】氮素、磷素及两者联合添加均显著提高了土壤原有有机碳矿化累积CO2排放量(增幅分别为91.3%、19.2%和94.9%),产生显著的正激发效应,其中氮素及其与磷素联合添加诱导的正激发效应强度显著大于磷素添加处理。上述三种养分添加处理均显著提高了土壤pH、活性有机碳库(微生物量碳、可溶性有机碳和烷氧碳组分)、碳降解酶(?-葡萄糖苷酶和蔗糖酶)活性以及cbhI和GH48功能基因丰度,但抑制了多酚氧化酶和RubisCO酶活性;另外,土壤无机氮含量(NH4+-N和NO3--N)在氮和氮磷添加下增加却在磷添加下降低。相关性分析表明,累积激发效应与土壤pH、活性有机碳库、无机氮含量、碳降解酶活性以及cbhI和GH48功能基因丰度呈显著正相关,而与多酚氧化酶和RubisCO酶活性显著负相关。【结论】氮磷养分添加可能是通过影响土壤pH、活性碳氮含量,并提升微生物的活性和功能,从而显著提高土壤原有有机碳的矿化速率。

      • 中低产田评价指标与主要方法研究进展

        白雪源, 张杰, 崔振岭, 王广进, 吕玉娇, 张福锁

        DOI: 10.11766/trxb202204070045

        摘要:

        我国中低产田分布广泛,产能提升潜力巨大,提高中低产田产能对于保障粮食安全、实现联合国可持续发展目标具有重要的意义。明确中低产田的质量等级、面积与空间分布,开展中低产田评价相关研究是中低产田改造的前提和基础。本文系统梳理了中低产田的概念 、评价指标和主要评价方法,分析了中低产田概念的演变过程,在此基础上探讨了我国中低产田评价的主要不足和发展趋势。现有的中低产田概念以中低产田数量和质量评价为主、对生态功能和可持续发展能力的研究仍较少,指标体系与评价方法尚不统一,中低产田高分辨率、长时序的时空动态变化情况尚不清楚。未来中低产田评价相关研究可围绕“数量、质量和生态”三个方面,开展多尺度中低产田评价指标体系构建、多源数据融合、创新中低产田评价方法、中低产田时空变化分析等相关研究,实现不同尺度上的中低产田动态变化分析,探索绿色高产高效的耕地产能提升路径,保障粮食安全、促进可持续发展目标的实现。

      • 硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

        夏围围, 李乙坤, 张萌, 孙祥鑫, 王玉芳, 贾仲君

        DOI: 10.11766/trxb202203220126

        摘要:

        【目的】硝化微生物在农田土壤氮转化过程发挥重要作用,深入开展团聚体中硝化微生物分布研究,有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。【方法】选取旱地黄棕壤为研究对象,比较了玉米连作(M-M)和玉米/花生轮作(M-P)两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势(NP)的变化,并通过荧光定量PCR和高通量测序研究了团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。【结果】与M-M相比,M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳(TC)含量。M-P使NP显著提高,但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌(AOB)amoA基因丰度在M-P中高于M-M,且在较小粒级团聚体中分布更多,而氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox)amoA基因的分布模式与AOB大致相反,表明AOB更能适应较小团聚体环境,而AOA和Comammox倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外,与M-M相较,M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小,表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析,结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌(NOB)和Candidatus Nitrosocosmicus属AOA的占比,降低了Nitrospira属NOB的占比,对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOB amoA基因丰度显著正相关,与AOA amoA基因丰度负相关。但在群落组成上,Nitrosospira属AOB,Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。【结论】土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布,然而,不同硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异,该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。

      • 强还原土壤处理驱动的微生物群落稳定性与功能的关联性研究

        赵军, 张晶清, 林于蓝, 王宝英, 黄新琦, 张金波, 蔡祖聪

        DOI: 10.11766/trxb202205150254

        摘要:

        为研究强还原土壤处理(Reductive soil disinfestation, RSD)对连作土壤微生物群落稳定性的影响,以及微生物群落稳定性变化与其功能的联系,以云南省石屏县连续种植多年的洋桔梗栽培土壤为研究对象,设置4个处理:对照(CK);分别添加高碳氮比有机物料(C/N 122, 15 t.hm-2, SB),低碳氮比有机物料(C/N 19, 15 t.hm-2, BD),高、低碳氮比有机物料等质量混合(15 t.hm-2, SB+BD)的RSD处理。采用Biolog微平板法、定量PCR及高通量测序等技术手段分析了土壤微生物群落稳定性及碳、氮代谢功能。结果表明,与CK相比,RSD处理能够大幅降低细菌群落组成和丰度的稳定性,且SB+BD处理的影响较SB和BD处理强烈,但对真菌群落组成和丰度的稳定性无显著影响。同时,RSD处理能够显著提高细菌和真菌群落相互作用关系的稳定性,且SB和BD处理对其提升效果优于SB+BD处理。回归分析表明,土壤微生物群落的相互作用关系稳定性与其组分和丰度的稳定性关系密切。相关性分析显示,土壤微生物群落稳定性与其活性、碳代谢功能以及反硝化能力高度相关。综上,强还原土壤处理能够通过降低微生物群落组成和丰度的稳定性来提高类群间相互作用关系的稳定性,促进土壤微生物活性恢复和群落生态功能改善。

      • 稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落结构的影响

        赖政, 肖力婷, 赖胜, 杨慧林, 倪才英, 阳文静, 简敏菲

        DOI: 10.11766/trxb202205150255

        摘要:

        摘 要:为探究稻虾种养新模式对稻田土壤肥力和微生物群落组成的影响,本研究基于稻田土壤理化指标测定和16S rDNA扩增子高通量测序技术,比较了稻虾种养新模式(NRS)、稻虾种养传统模式(TRS)和水稻单作模式(CK)对稻田土壤理化指标和微生物多样性和群落结构的影响。结果显示:与CK和TRS相比,稻虾种养新模式能显著提高土壤pH、有机质、速效钾、有效磷含量和土壤微生物多样性和丰富度。与CK相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的酸杆菌门、绿弯菌门和疣微菌门相对丰度分别增加30.89%、36.38%和2.16%,变形菌门和脱硫菌门相对丰度分别降低17.96%和58.59%。与TRS相比,NRS稻田土壤细菌优势菌门中的脱硫菌门相对丰度增加14.93%,绿弯菌门、疣微菌门、变形菌门和酸杆菌门相对丰度分别降低39.29%、37.42%、16.27%和6.81%。相关性分析表明,土壤有机质、速效钾、有效磷、速效氮和pH是影响稻田土壤微生物群落结构的主要理化因子。以上研究表明,稻虾种养新模式有利于提升稻田土壤肥力,显著提高了稻田土壤微生物多样性和改善微生物群落结构;研究结果对稻虾种养新模式的示范推广具有一定的指导意义和参考价值。

      • 样点规模与采样方法对表层土壤pH空间预测精度的影响

        孙越琦, 孙笑梅, 巫振富, 闫军营, 赵彦锋, 陈 杰

        DOI: 10.11766/trxb202112010651

        摘要:

        土壤空间预测与数字化制图的精度与质量受土壤样点规模、采样策略、预测模型选择、目标区域地貌与成土环境复杂程度、协变量数据质量等多种因素共同制约。选择河南省为研究区,基于9种土壤样点规模、5种采样方法,应用5种最具代表性的机器学习(Machine learning,ML)算法对耕地表层土壤pH实施空间预测与数字化制图,用以对比分析不同样点规模与采样方法对ML模型的性能表现及土壤pH预测精度的影响。结果表明:(1)当研究区土壤样点规模从200个经由400个、800个、1 200个、1 600上升到2 000个时,无论使用何种采样方法,所有ML模型的性能表现与预测精度均呈快速上升的总体趋势;当样点规模达到并超过2 000个时,大多数ML性能表现趋于稳定,预测精度上升快速趋缓,表明2 000个土壤样点可能是这些ML模型预测研究区耕地表层土壤pH的样点规模阈值。(2)5种ML模型性能表现及其土壤pH预测精度存在明显差距,基于树结构的随机森林(Random forests, RF)和Cubist表现最好,无论使用哪种采样方法,这两种模型预测结果的决定系数(R2)均可稳定在0.75~0.80之间、RMSE保持在0.50以下。(3)当土壤样点规模足够大时,采样方法对ML模型性能和土壤pH预测精度的影响很小,五种采样方法的效果相差不大。当土壤样点规模小于2 000个时,采样方法的影响逐渐凸显。比较而言,条件拉丁超立方采样在样点规模较小时具备优势。当样点规模为1000个时,条件拉丁超立方采样仍可使随机森林和Cubist预测的R2维持在0.80左右;在样点规模小至200个时,条件拉丁超立方采样方法下5种ML模型预测的R2均在0.55以上。(4)不确定性分析结果显示,平均73.9%的验证样点表层土壤pH观测值落入随机森林模型90%预测区间,表明该模型的可靠性被轻微高估,但处于可接受范畴。此外,数据显示模型预测的不确定性与样点规模无明显关联。

      • 铁/锰氧化菌诱导土壤重金属生物成矿研究进展

        吴川, 罗雨轩, 薛生国, 钱子妍, 漆彦婷

        DOI: 10.11766/trxb202201070648

        摘要:

        综述了铁锰氧化菌诱导成矿对重金属环境行为的影响,分别从铁/锰氧化菌与生物成矿、铁/锰氧化菌诱导铁锰氧化物沉淀耦合重金属稳定化以及铁锰氧化物对土壤中重金属的作用方面进行阐述;并从铁/锰氧化菌生物成矿方式、铁/锰氧化菌诱导生物成矿过程对土壤重金属的稳定化机制等方面进一步总结了铁/锰氧化菌在不同重金属生物成矿修复中的应用,以及微生物诱导成矿过程的调控因素,分析胞外聚合物、温度与酸碱度、共存离子和其他因素对成矿过程的影响,以期为微生物诱导成矿修复重金属污染提供理论参考。未来工作可进一步关注生成矿物稳定重金属的长效性,不同微生物菌群组合对成矿效果的调控,以及铁/锰氧化菌在重金属复合污染场地土壤修复中的应用等方面。

      • 亚硝酸盐添加对土壤硝化和反硝化基因转录活性及N2O排放的影响

        陈吉吉, 荆红卫, 曹文超, 陶蕾, 王敬国

        DOI: 10.11766/trxb202107190370

        摘要:

        设施菜田土壤氧化亚氮(N2O)脉冲式排放期间通常伴随着亚硝酸盐(NO2-)的大量积累,为揭示NO2-对设施菜田土壤N2O排放的影响机制,以两种典型蔬菜种植区土壤(碱性土壤/酸性土壤)为研究对象,通过室内培养试验,对比厌氧和好氧培养条件下添加NO2-后两种土壤无机氮转化与N2O、氮气(N2)和二氧化碳(CO2)等气体排放,以及氨氧化单加氧酶α亚基调控基因(amoA)、亚硝酸盐还原酶调控基因(nirK和 nirS,统称nir)和N2O还原酶调控基因(nosZ)的丰度和转录情况。结果显示:受pH等环境因素影响,土壤中NO2-含量并不一定与N2O排放之间存在相关性,但添加NO2-的处理显著增加了两种土壤的N2O排放量和N2O/(N2O+N2)指数(IN2O)(P<0.05)。碱性土壤中,60 mg?kg-1外源NO2-对土壤CO2排放无明显抑制作用,厌氧培养条件下nirK基因、好氧培养条件下amoA和nirS基因均出现了添加NO2-后转录拷贝数显著高于空白处理的现象,而nosZ基因无此现象。酸性土壤中,amoA转录活性整体较低,好氧空白处理时nirS基因转录拷贝数随培养时间的延长而增加(P<0.05);60 mg?kg-1外源NO2-明显降低了酸性土壤的CO2排放量、相关基因的丰度及转录拷贝数。上述结果显示,土壤中积累的NO2-会通过诱导nir基因转录与N2O还原酶竞争电子和抑制N2O还原酶活性等途径,增加土壤的IN2O,影响有氧条件下N2O的排放途径,研究结果将为探索设施菜田土壤氮素高效利用和N2O减排提供科学依据。

      • 林分改变驱动的优势菌根真菌类型变化影响土壤有机碳积累

        屠嘉莹, 金文豪, 盛卫星, 邢佳佳, 彭丽媛, 陈俊辉, 徐秋芳, 秦华

        DOI: 10.11766/trxb202206210271

        摘要:

        马尾松林(Pinus massoniana Lamb.)是典型的外生菌根(ectomycorrhiza, ECM)优势林,但是近年来受到松材线虫病的影响,生态服务功能下降,逐渐被丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)占优势的阔叶林所替代,但亚热带地区马尾松林转变为阔叶林过程中,优势菌根类型的改变对土壤有机碳积累的影响仍不清楚。以建德市马尾松林和阔叶林为研究对象,通过高效液相色谱和中性脂肪酸、磷脂脂肪酸等技术,测定优势菌根真菌生物量、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量以及土壤胞外酶活性和微生物群落特征。结果表明:AM真菌占优势的阔叶林(AMD)取代ECM真菌占优势的马尾松林(ECMD),土壤有机碳显著提高了36.81%,微生物碳利用效率(CUE)显著提高了53.85%,AM真菌生物量提高了25.57%,ECM真菌生物量下降45.04%,并且ECM真菌占优势的马尾松林受到更严重的氮限制。磷脂脂肪酸分析显示,相比于AM真菌占优势的阔叶林,ECM真菌占优势的马尾松林革兰氏阳性细菌(G+)以及革兰氏阳性与阴性细菌之比(G+/G-)分别显著下降了21.47%和6.46%。冗余分析(redundancy analysis, RDA)结果表明,AM真菌占优势和ECM真菌占优势的森林之间土壤微生物群落结构存在显著差异(P<0.05),其中AM真菌生物量和土壤有机碳与微生物群落结构变异显著相关。GRSP含量下降以及不同类型菌根真菌招募微生物类群不同是导致ECM真菌占优势森林土壤有机碳下降的重要原因。因此,亚热带地区马尾松林被阔叶林替代后增加森林土壤有机碳含量,提高森林碳汇功能。

      • 灌丛化对高寒草地土壤有机碳组分的分异研究

        张东, 刘金秋, 马文明, 王长庭, 邓增卓玛, 张婷

        DOI: 10.11766/trxb202203220004

        摘要:

        草地灌丛化过程中植被优势群落类型的转变会通过凋落物及根系分泌物的数量和性质差异影响土壤有机碳(SOC)组分。为探索高寒草地土壤不同活性有机碳组分对灌木侵入的响应,本研究采用Stewart物理-化学联合分组方法,将青藏高原东缘四种典型灌丛化草地以及未灌丛化草地土壤有机碳分为游离态活性有机碳(nonprotected organic carbon,Non-C)、物理保护态有机碳(physically-protected organic carbon,Phy-C)、化学保护态有机碳(chemically-protected organic carbon,Che-C)和生物化学保护态有机碳(biochemically-protected organic carbon,Bio-C),分析不同活性有机碳组分含量变化及其影响因素。结果表明:(1)灌木侵入对高寒草地表层土壤(0~10 cm)SOC含量影响不显著(P>0.05),但不同活性有机碳组分含量有所分异。高山绣线菊(Spiraea alpina)和窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌木侵入降低了土壤Non-C和Bio-C组分(P<0.05);金露梅(Potentilla fruticosa)灌木侵入降低了土壤Non-C组分(P<0.05);小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌木侵入降低了土壤Phy-C和Che-C组分(P<0.05),而提高了土壤Bio-C组分含量(P<0.05)。(2)未灌丛化草地和灌丛化样地土壤均以Non-C组分为主,其次是稳定态有机碳库(Che-C和Bio-C),而Phy-C占比最少。(3)土壤黏粒和全氮是影响高寒灌丛化草地土壤不同活性有机碳组分的主要因素,解释度共达51.2%。高寒草地灌木侵入过程中,灌木种类对不同活性土壤有机碳组分含量影响不一致,灌丛化草地和未灌丛化草地土壤表层均以Non-C为主,因此在外界扰动的情况下,该地区的有机碳库可能成为碳源。

      • 不同秸秆还田率情境下亚热带水田土壤的“碳汇”贡献模拟研究

        罗玉叶, 邱龙霞, 龙 军, 陈瀚阅, 毋 亭, 李 晶, 邢世和, 张黎明

        DOI: 10.11766/trxb202112280700

        摘要:

        明确不同秸秆还田量对土壤“碳汇”的贡献大小是合理制定农业碳中和措施的基础。以我国典型亚热带地区——福建省水田土壤为研究对象,基于2016年15 833个土壤样点实测数据和目前该地区最详细的1:5万大比例尺土壤数据库,运用农业生态系统中广泛使用的DNDC(DeNitrification and DeComposition)模型模拟了不同秸秆还田率下全省未来的土壤有机碳动态变化。结果表明,2017—2053年传统管理(15%)以及秸秆还田30%、50%和90%下水田土壤的年均固碳速率分别为173、302、478和838 kg?hm-2,固碳总量分别为11.56、20.15、31.90和55.95 Tg。从土壤亚类来看,咸酸和盐渍水稻土的年均固碳速率最大,不同秸秆还田率下介于220~920 kg?hm-2?a-1之间;而渗育和潴育水稻土的固碳量最大,不同秸秆还田率下合计介于9.45~45.52 Tg之间,约占研究区总固碳量的81%。从行政区来看,龙岩、泉州两个地级市的固碳速率和总量均最大,不同秸秆还田率下均分别在202~937 kg?hm-2?a-1和1.55~8.34 Tg之间。总体而言,福建省水稻土亚类和行政区在不同秸秆还田率下的固碳潜力差异很大,应有针对性制定“固碳减排”管理措施。

      • 13C富集玉米根、茎、叶添加对长期不施肥和施肥处理棕壤土壤呼吸的影响及其激发效应

        于雅茜, 裴久渤, 刘维, 王萌萌, 尹思佳

        DOI: 10.11766/trxb202110300587

        摘要:

        玉米根、茎、叶残体因含碳化学组分差异,还田后对不同肥力土壤呼吸及激发效应的影响存在差异性,为探究这种影响的田间差异性,采用13C标记玉米秸秆示踪方法,在沈阳农业大学棕壤长期定位试验站进行540天田间培养试验,共设置8个处理:低肥土壤(LF+CK)、低肥土壤+根(LF+R)、低肥土壤+茎(LF+S)、低肥土壤+叶(LF+L)、高肥土壤(HF+CK)、高肥土壤+根(HF+R)、高肥土壤+茎(HF+S)、高肥土壤+叶(HF+L)。结果显示:(1)培养期内,土壤呼吸通量、秸秆碳对土壤CO2-C排放的贡献率均呈下降趋势;(2)与不添加秸秆土壤相比,低肥土壤添加根、茎、叶处理的土壤CO2-C排放累积量分别增加134%、126%和95%,高肥土壤分别增加157%、189%和96%;(3)根、茎在高肥土壤中对土壤CO2-C排放的贡献显著大于叶,在低肥土壤中并无差异;(4)秸秆不同部位还田均会引起高低肥土壤的正激发效应,其中添加根、茎的激发效应显著强于叶,而秸秆不同部位对两种肥力水平土壤的激发效应均无显著影响。综上,秸秆不同部位还田对土壤呼吸的CO2累积排放量影响显著;玉米叶较玉米根、茎容易分解,但由于土壤自身养分差异,玉米叶还田初期在低肥土壤分解速率高于根、茎,而在高肥土壤小于根、茎。因此细化秸秆还田对农田土壤呼吸有重要意义,未来在秸秆还田研究中应考虑秸秆不同部位和土壤肥力间的交互影响。

      • 消减残差自相关性的县域土壤有机质整合模型预测研究

        宋 洁, 王思维, 赵艳贺, 于东升, 陈 洋, 王 鑫, 冯凯月, 马利霞

        DOI: 10.11766/trxb202111020591

        摘要:

        提升土壤属性空间预测精度对实现农田精准施肥和保护生态环境具有重要意义。利用河北省滦平县采集的1773个样点耕地表层(0~20 cm)土壤有机质(SOM)及其地理环境数据,通过逐步回归分析方法筛选出最优环境变量;基于其中1426个农田样点分别建立多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)、随机森林(Random Forest, RF)、贝叶斯正则化神经网络(Bayesian regularization, BRNNBP)以及与普通克里格(OK)整合模型 (MLR-OK、RF-OK和BRNNBP-OK)预测SOM空间分布,以其余347个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度,并对模型残差进行半方差函数和空间自相关分析以评价模型拟合效果。结果表明,研究区耕地表层土壤SOM处在8.62~35.64 g·kg-1变化区间,变异系数为20.26%,属中等程度空间变异;SOM高值区主要分布在东北及东南海拔较高地区,低值区多分布在西南及中部河谷地区;海拔、坡度和年均温度与SOM关系密切(P<0.001);整合模型BRNNBP-OK的平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE最低分别为2.162 g·kg-1和2.801g·kg-1,相较于OK、MLR、RF、BRNNBP、MLR-OK和RF-OK预测模型,R2提升1.81%~30.42%,成为SOM空间预测优选模型。与单一模型相比,整合模型残差块金系数大于0.75,Moran"s I指数均小于0且数值更趋近于0,表明整合模型残差空间自相关性减弱且空间分布呈离散状态。同时,各模型精度与模型残差Moran"s I指数呈显著相关。因此,整合模型可以拟合更多的趋势项,模型残差空间聚集性降低甚至趋于离散时,模型总体精度提升,揭示了模型精度提升的内在原因。

      • 黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

        曹尤淞, 肖 波, 李胜龙, 王彦峰, 余星兴

        DOI: 10.11766/trxb202112150675

        摘要:

        为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,本研究以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮)的纳尘量和固土量,探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律,并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明,相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍~4.8倍,且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1~8 m·s-1时,生物结皮的平均减蚀量可达19.5~4892.7 t·km-2·a-1。同时,生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加,且增幅与风速呈正相关;相对含水率由0增至80%后,风速5~8 m·s-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外,生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似,生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大,其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4倍。在同一发育阶段,风沙土上发育的生物结皮其固土量显著高于黄绵土上发育的生物结皮(F=30.74,P<0.003)。生物结皮的固土量与结皮层厚度呈极显著正相关关系,且随土壤含水率增加呈先升高后降低的趋势。综上,生物结皮具有显著的纳尘与固土效应,其对黄土高原土壤母质的风积过程具有重要促进作用。

      • 香蕉根围土壤尖孢镰刀菌与养分特征及相关性

        刘泽弦, 王蓓蓓, 陶成圆, 欧燕楠, 吕娜娜, 沈宗专, 李荣, 沈其荣

        DOI: 10.11766/trxb202112050660

        摘要:

        拟通过分析香蕉种植土壤中尖孢镰刀菌数量与养分含量,阐明香蕉枯萎病发生流行时土壤中尖孢镰刀菌与养分的特征及其相互关系,为香蕉枯萎病的防控提供一定的理论依据。在我国及老挝15块香蕉园中分别随机采集9个罹患枯萎病与9个未患病植株根围土壤样品,应用实时荧光定量PCR与土壤农化分析技术,测定了270个土壤样品中尖孢镰刀菌数量与养分含量。结果表明,患病香蕉根围土壤中尖孢镰刀菌的数量显著高于未患病土壤,每克干土中lg转化后的平均拷贝数为5.5;而患病与未患病植株土壤各养分指标之间几乎无显著差异。各养分指标在土壤中含量分布规律各不相同,其中仅有机质与全磷的含量呈正态分布,土壤pH、全氮及锌的含量呈偏正态分布。蒙特尔检验结果表明,土壤整体养分含量与尖孢镰刀菌数量显著相关。各养分与尖孢镰刀菌的斯皮尔曼相关性分析进一步发现,土壤pH、铁、锰、铜、锌的含量与土壤中尖孢镰刀菌的数量呈显著负相关关系。此外,不同酸性程度及不同有机质含量土壤中尖孢镰刀菌与各养分的相关性分析发现,在弱酸性蕉园土壤(pH > 6.0)中,土壤尖孢镰刀菌的数量与铁、锰、铜的含量显著负相关;而在有机质含量未严重缺乏(SOM > 1%)的土壤中,土壤尖孢镰刀菌的数量与土壤pH及铁、锰、铜、锌的含量呈现显著负相关关系。在我国及老挝香蕉产区蕉园土壤普遍呈现酸化趋势,患病香蕉植株根围土壤中尖孢镰刀菌数量上升,而尖孢镰刀菌与土壤pH及微量元素,尤其是铁、锰、铜、锌的含量呈负相关关系。

      • 稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

        吴怡慧, 王鸿飞, 张瑞, 安晶, 张玉玲, 虞娜, 邹洪涛

        DOI: 10.11766/trxb202203030009

        摘要:

        颗粒有机质是土壤活性有机质的重要组成部分,是评估土壤有机质变化的敏感指标。东北地区气候寒冷,稻田土壤淹水期短,非淹水期长且多处于冻结状态,水稻秸秆碳氮在黑土不同种稻年限土壤颗粒有机质中的分配如何尚不清楚。通过室内培养试验,将1%双标记(13C/15N)水稻秸秆添加到不同种稻年限(0、12、35、62和85 a)土壤,淹水培养150 d(培养温度20 ℃,淹水层1 cm),去除淹水层后冻结培养150 d(培养温度-15 ℃,饱和水分状态),研究水稻秸秆碳(氮)在不同种稻年限土壤颗粒有机碳(Particulate organic carbon, POC)和颗粒有机氮(Particulate organic nitrogen, PON)中的分配特征。结果表明,在培养过程中,未添加和添加水稻秸秆处理,各年限稻田土壤POC和PON含量均低于对照土壤(0 a),添加秸秆处理的各年限土壤POC和PON含量在淹水培养5 d时明显增加,但其后并未表现出一致的增加趋势。秸秆碳(氮)对各年限土壤POC(PON)的相对贡献率为0.2% ~ 13.9%(0.4% ~ 3.8%),分配进入到各年限土壤POC(PON)中的比率为0.7% ~ 13.8%(1.4% ~ 9.9%);经随后150 d冻结后,秸秆碳分配进入到0 a和12 a土壤POC和PON中的比率明显下降,秸秆氮分配进入到0 a和85 a土壤PON中的比率明显下降,而分配进入到其它年限土壤POC(PON)中的比率仍有增加。秸秆碳在土壤POC中的分配比率与土壤有机碳、全氮和碱解氮含量呈显著负相关,与土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量呈显著正相关,秸秆氮在土壤PON中的分配比率与土壤有机碳含量呈显著负相关。研究表明东北典型黑土开垦种稻年限越长,土壤有机碳、全氮和碱解氮含量相对较低,而土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量相对较高,秸秆碳氮在土壤颗粒有机质中的分配比率越大,土壤颗粒有机质对水稻秸秆添加的响应越为敏感。

      • 环境因子对水稻土硝酸根异化还原过程速率和分配的影响

        金 科, 魏志军, 马小芳, 李承霖, 单 军, 颜晓元

        DOI: 10.11766/trxb202203090101

        摘要:

        本文以五常、常熟和雅安水稻土为研究对象,通过室内泥浆培养,利用基于膜进样质谱仪(Membrane Inlet Mass Spectrometer, MIMS)的15N示踪技术,探究了温度、pH、NO3–浓度、C/N、Fe2+和S2–浓度对三种水稻土反硝化和硝酸根异化还原成铵(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium, DNRA)速率及二者占硝酸根还原过程相对贡献的影响。结果表明,在所研究的稻田土壤中,反硝化是NO3–异化还原过程的主导途径,占比87.97%~91.73%,而DNRA仅占8.27%~12.03%。反硝化和DNRA速率随温度升高均呈指数增长,且DNRA占NO3–异化还原的比例(RDNRA)也随温度升高呈增长趋势。反硝化和DNRA速率分别在pH为7或者8.5时最高,相对于碱性环境(4.92%~14.67%),酸性环境中RDNRA(6.24%~15.56%)更高。反硝化和DNRA速率与NO3–浓度之间关系符合米氏方程,且反硝化的最大速率(Vmax)和米氏常数(Km)均大于DNRA。与未加碳源对照组相比,C/N为2.5时,反硝化速率显著提高了22%~35%;C/N大于2.5时,DNRA速率显著提高了74%~199%。三种土壤中,Fe2+添加和S2–添加处理中呈现出类似的趋势,都是在低浓度电子供体(即Fe2+和S2–浓度分别为300~500 μmol·L–1和50~62.5 μmol·L–1)时呈现出最高的反硝化速率,而DNRA速率达到峰值则需要更高浓度的电子供体(即Fe2+和S2–浓度分别为800~1000 μmol·L–1和100~125 μmol·L–1)。综上可知,环境因子可显著影响NO3–异化还原过程的速率及分配,其中高温、高C/N、高浓度Fe2+和S2-有利于更多的NO3–分配给DNRA过程,而高浓度NO3–会提高NO3–向反硝化过程的分配。上述研究结果深化了对水稻土NO3–异化还原过程分配的认识,对于探寻潜在农学措施提高DNRA过程的分配比例,进而提高土壤中氮素的固持和提高稻田氮肥利用率具有重要的科学意义。

      • 设施蔬菜土壤丛枝菌根真菌多样性及群落构建的季相变化

        刘蕾, 肖广敏, 王凌, 茹淑华, 张国印, 孙世友

        DOI: 10.11766/trxb202204210197

        摘要:

        摘 要:为研究设施生态系统丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌群落变化的关键驱动过程,采集设施番茄不同生长季(休耕、花期、果期)土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析AM真菌物种和谱系多样性及群落结构变化特征,并结合群落谱系分析方法探讨不同生长季随机性过程和确定性过程之间的相对贡献。结果表明,不同生长季AM真菌的物种多样性和谱系多样性均发生显著改变:相比于休耕期,番茄生育期(花期、果期)土壤中AM真菌丰富度、Shannon多样性、Pielou均匀度、谱系多样性(PD)和平均成对谱系距离(MPD)分别显著下降了42.82%~59.18%、43.25%~48.31%、17.46%~25.40%、57.14%~67.86%和50.00%;除球囊霉属相对多度显著增加,近明球囊霉属和类球囊霉属相对多度均显著下降,原囊霉属相对多度先增加后降低。置换多元方差分析(PERMANOVA)和非度量多维度分析(NMDS)结果表明休耕期基于物种组成和谱系组成的AM真菌群落结构显著差别于番茄生育期,但花期和果期之间差异不显著。谱系分析结果显示,休耕期净亲缘关系指数NRI=0,表明AM真菌在谱系结构上是随机的,花期和果期NRI>0,表明谱系聚集,暗示了AM真菌群落构建由随机性过程主导向确定性过程主导的转变,中性群落模型(NCM)结果也支持该推断。Mantel检验结果显示,土壤pH、养分(有机碳、全量氮磷钾和有效磷)、盐分含量以及土壤温湿度作为确定性因素显著影响AM真菌群落的季相变化。综上所述,设施生态系统高集约化生产方式促进了AM真菌群落构建从随机性过程主导向确定性过程主导转变,导致多样性降低和群落结构变化,研究结果对揭示设施蔬菜栽培条件引起的土壤质量退化及其过程中的微生物组演变规律具有重要意义。

      • 耕层厚度对潮土中化肥氮素转化的影响

        丁世杰, 杨文亮, 信秀丽, 张先凤, 朱安宁, 杨娇, 任国翠, 李梦柔

        DOI: 10.11766/trxb202204060097

        摘要:

        耕层厚度是影响土壤肥力的重要因素之一,但其对潮土中化肥氮素转化的影响尚不清楚。利用田间?土柱模拟试验,采用15N示踪技术,探究在不同耕层厚度处理下,化肥氮在3种质地潮土0~40 cm土层中有机氮、无机氮与固定态铵库中的动态变化以及作物对化肥氮的吸收利用。结果表明:耕层厚度显著影响化肥氮在土壤不同氮库中的转化及其在土壤-作物系统中的去向,且在不同质地潮土中的作用效果一致。在不同质地潮土中,残留于土壤中的化肥氮83%以上以有机氮的形式存在,影响化肥氮的保蓄与供给。增加耕层厚度虽然降低了化肥氮向固定态铵库的转化,但提高了0~40 cm土层中的肥料来源有机氮储量,尤其是在施肥当季,耕层厚度25 cm(PLT-25)处理下的肥料来源有机氮储量平均较耕层厚度15 cm(PLT-15)处理提高8.9%。增加耕层厚度显著(P < 0.05)提高了施肥当季与后茬作物生长季内肥料来源无机氮的供给,在此期间PLT-25处理下作物对化肥氮的利用率较PLT-15处理提高8.0%左右,而化肥氮的当季损失率与累积损失率则较PLT-15处理分别降低12.3%与9.1%。就土壤质地的角度而言,砂粒含量高制约着化肥氮向有机氮库的转化,不利于作物对化肥氮的吸收利用,增大了氮肥损失。由此可见,在不同质地潮土中,增加耕层厚度在提高化肥氮素当季利用率的同时也增大了化肥氮在土壤中的残留量,减少了化肥氮的损失。残留的化肥氮在后茬作物生长季释放出来供作物吸收利用,促进了化肥氮累积利用率的提高。

      • 长期紫云英还田与化肥配施下水稻土团聚体中铁氧化物的演变规律

        黄 丽, 谢 坤, 耿明建, 聂 军, 鲁艳红, 廖育林

        DOI: 10.11766/trxb202111110611

        摘要:

        铁氧化物是土壤团聚体重要的胶结物质,其主要存在于土壤黏粒中。为探索紫云英还田并配施化肥下土壤团聚体中铁氧化物的变化规律及其在不同粒级黏粒组分中的富集特点,以湖南省南县长期紫云英还田的水稻土为研究对象,选择单施紫云英(MV)、单施化肥(F100)、紫云英配施全量化肥(MV+F100)和紫云英配施80%化肥(MV+F80)4个处理,通过湿筛和离心分离土壤团聚体(>250、53~250 和2~53 μm)和黏粒(<2 μm),测定不同处理土壤团聚体及其黏粒中铁氧化物的含量,并分析它们与团聚体稳定性的关系。结果表明:(1)与MV和F100相比,紫云英与全量化肥配施增加了>250 μm粒级团聚体的含量,降低了53~250 μm粒级团聚体含量,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别提高了8.2%~20.5%和4.1%~8.5%。(2)与MV相比,紫云英与化肥配施显著提高了各粒级团聚体、2~53 μm团聚体黏粒和自由态黏粒非晶质铁的含量(12.7%~55.6%,52.4%~54.9%和45.9%~48.6%),降低了>250和53~250 μm团聚体非晶质铁的富集率(32.8%~36.8%和17.2%~28.4%)。而与F100相比,2~53 μm团聚体和团聚体黏粒非晶质铁的含量以及富集率均显著降低(3.5%~21.3%、29.2%~30.4%和10.9%~26.9%)。(3)>250 μm团聚体含量与团聚体黏粒的非晶质铁含量、铁的活化度呈极显著正相关,与团聚体黏粒的游离铁含量、非晶质铁的富集率呈显著正相关。团聚体的MWD和GMD与>250μm团聚体含量呈极显著正相关,而与<2 μm团聚体含量呈极显著负相关。>250、2~53 μm团聚体黏粒和自由态黏粒的游离铁是团聚体MWD和GMD最重要的影响因子。紫云英与化肥配施,能够提高团聚体黏粒铁氧化物的含量,促进>250 μm团聚体的形成,从而增强团聚体的稳定性。

      • 华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

        姜鹏举, 吴华武, 闵雷雷, 张志华, 沈彦俊, 毕会涛

        DOI: 10.11766/trxb202110180561

        摘要:

        基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18 m)土壤水同位素测定结果, 分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征, 揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明, 研究区大气降水线δD =6.07δ18O-5.76(R2=0.86), 土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方, 表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用;除梨园Ⅰ, 土壤水同位素值变异系数浅层>中层>深层, 表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大, 主要由于其易受到降水和蒸发的影响, 随土壤剖面深度的增加, 蒸发和降水的影响逐渐变弱;梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大, 表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响;梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大, 说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园;0.25~0.5 m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集, 主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻, 同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚;而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象, 主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著,表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异, 梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。

      • 坡耕地土壤物理结皮分层颗粒组成特征研究

        陈 琳, 王 健, 霍春平, 杨 昌

        DOI: 10.11766/trxb202109110492

        摘要:

        近年来,径流和侵蚀对土壤物理结皮的影响得到广泛研究。然而,关于土壤物理结皮受侵蚀影响的定量研究较少。因此,本研究采用土壤分层处理方法,在等高耕作的径流小区中,通过人工模拟降雨试验,研究坡耕地垄上(结构结皮(Cst))、洼地(含泥沙沉积结皮(Cscs))、以及模拟冲毁洼地处(无泥沙沉积结皮(Csfs))形成结皮颗粒组成特征以分析结皮的差异性。结果表明:(1)侵蚀过程中,Cst、Cscs与Csfs表层砂粒发生分散,黏粒和粉粒发生富集,且随降雨历时延长,程度逐渐增强;(2)降雨历时30 min时,自上而下,Cst砂粒减少4.61%,粉粒增加1.83%,黏粒减少1.73%;Cscs和Csfs砂粒分别增加29.35%和36.59%,粉粒增加4.34%和0.39%,黏粒减少16.30%和14.34%。(3)结皮形成过程中,Cst主导因素为雨滴打击分散作用,Cscs和Csfs在降雨初期主导因素为雨滴打击分散程度,降雨后期为泥沙沉积量。空间位置及降雨因素是导致物理结皮类型及其颗粒组成差异的重要因素。

      • 桂东南花岗岩崩岗土壤界限含水率空间变异及影响因素

        韦江杏, 邓羽松, 廖达兰, 黄婉霞, 黄 娟, 蒋代华

        DOI: 10.11766/trxb202107120359

        摘要:

        界限含水率是土壤水理性质的重要参数,可表征土体状态随含水量变化而变化的能力,与崩岗土体稳定性密切相关,对预测降雨和崩岗侵蚀关系具有重要意义。本研究选取桂东南区活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为研究对象,分析各崩岗土壤界限含水率空间变异规律并利用通径分析方法揭示其影响因素。结果表明:崩岗各部位土壤界限含水率在空间上存在差异,活动型和半稳定型崩岗土壤液塑限在崩壁上部有最大值(液限分别为54.45%和57.08%,塑限分别为32.84%和34.04%),洪积锥顶部有最小值(液限分别为35.39%和30.72%,塑限分别为21.92%和20.23%);稳定型崩岗崩壁下部土壤液塑限最小(液限为33.78%,塑限为22.47%);随着崩岗发育逐渐稳定,各部位土壤界限含水率总体呈增加趋势。黏粒、有机质、总孔隙度和毛管孔隙度与土壤液塑限及塑性指数呈极显著正相关关系,其中,总孔隙度对土壤液塑限的影响最显著。总孔隙度、黏粒、有机质、毛管孔隙度对界限含水率变化起主导作用,总孔隙度、黏粒和毛管孔隙度分别是土壤液塑限、塑性指数和液性指数的主要影响因子。此研究结果可进一步明确崩岗侵蚀危害并确定高侵蚀风险部位,为崩岗危害预防与治理提供相关理论支撑。

      • 色季拉山不同深度土壤真菌多样性的海拔分布格局及其影响机制

        孙媛媛, 徐 梦, 李月芬, 张旭博

        DOI: 10.11766/trxb202109230511

        摘要:

        明确土壤真菌生物多样性的形成与维持机制是理解真菌生物地理分布格局的关键,但是目前对深层土壤真菌多样性的海拔分布格局及其影响机制知之甚少。本研究在西藏色季拉山3 300~4 600 m海拔梯度下采集表层(0~20 cm)及底层(40~60 cm)土壤样品,基于ITS rDNA高通量测序分析,揭示不同深度土壤中真菌多样性的海拔分布特征及其影响因子,并基于生态位属性计算探讨真菌群落的共存特征。研究表明,在表层土壤中,真菌丰富度及香农多样性均随海拔升高而显著降低。在底层土壤中,真菌丰富度随海拔升高而显著降低,而香农多样性则表现出先升高后降低的单峰模式。真菌群落组成的差异性(β多样性)在土壤表层及底层均随海拔梯度的增加而显著增加, pH和土壤湿度分别是表层和底层土壤真菌群落组成沿海拔梯度变化的关键驱动因子。对真菌群落生态位宽度(Bcom)和生态位重叠值(Oik)的计算结果表明,土壤真菌的环境适应性和代谢灵活性随海拔升高而降低,并且低海拔以及表层土壤中各真菌种群在资源利用或生境适应性上具有更高的相似度。以上研究结果揭示了环境过滤及种群共存特征对土壤真菌多样性海拔分布格局的关键影响,有助于深入了解青藏高原高寒生态系统中土壤真菌群落多样性形成和维持机制。

      • 基于土壤钙镁比的毕节植烟区镁肥施用分区研究

        张忠启, 祝 亮, 王美艳, 史学正, 孙维侠

        DOI: 10.11766/trxb202201100014

        摘要:

        当前植烟区土壤镁肥施用主要依据土壤有效镁含量水平及其空间分布特征确定,但很少考虑到土壤钙镁比(有效钙含量/有效镁含量)对土壤镁素供应的现实影响,这必然对镁肥施用效果产生不利影响。本研究以毕节植烟区为例,基于大样本土壤采样数据,综合考虑土壤有效镁含量水平、土壤钙镁比及两者的空间分布特征,通过图形叠加和栅格运算,科学划定植烟区土壤镁肥宜施等级及分区。研究表明,毕节植烟区土壤有效镁平均含量为278.1 mg·kg-1,土壤钙镁比均值为14.5,空间上均呈现较强的波动性。从空间插值图看,土壤有效镁含量以适宜等级为主,占到毕节植烟区面积的69%,土壤钙镁比分布以10~20和5~10两等级为主,且各等级交错分布。基于土壤有效镁含量和钙镁比获得的土壤镁肥宜施等级图中,适宜和较适宜施用镁肥面积分别为69.0%和10.5%,不适宜施用面积为19.0%,而极适宜和极不适宜面积比例仅分别为1.3%和0.2%。若仅考虑土壤有效镁含量得到的宜施等级分布与考虑钙镁比的宜施等级分布存在很大差异,这说明在制定镁肥施用方案时,若不考虑钙镁比对土壤镁素供应的影响,得到的镁肥宜施等级分区会产生较大的偏差,给植烟区土壤施肥带来不利影响,而综合考虑土壤有效镁含量和钙镁比是科学制定区域镁肥施用方案的重要前提。

      • 阳山水蜜桃园肥料投入及不同种植年限土壤养分累积现状

        杨广, 汪玉, 王慎强, 赵旭

        DOI: 10.11766/trxb202204060091

        摘要:

        阳山水蜜桃为中国国家地理标志产品,土肥科学管理对其产业的可持续发展至关重要。选择4个主要水蜜桃种植镇含不同种植年限的33块桃园为研究对象,通过实地问卷调查结合室内土壤样品分析,以摸清水蜜桃园肥料投入结构,分析桃园土壤养分丰缺状况及生态化学计量特征。结果表明:桃园氮、磷、钾平均总投入量分别为527 kg?hm-2(以N计)、362 kg?hm-2(以P2O5计)、545 kg?hm-2(以K2O 计),以三元复合肥为主的化肥来源占比较大,而菜籽饼、牛粪、鸡粪、秸秆等有机来源的氮、磷、钾分别占投入总量的27.8%、15.4%、15.6%。种植大于10年的桃园0~20 cm和20~40 cm土层土壤pH均达到了强酸性水平(4.5

      • 基于输入-输出平衡的施磷方法可实现作物高产和磷肥高效 ——以新疆水肥一体化棉花体系为例

        彭懿, 杨国江, 国秀丽, 王晓凤, EREL Ran, 冯固

        DOI: 10.11766/trxb202202030044

        摘要:

        探讨了通过目标产量需磷量确定磷肥用量并在棉花生长早期集中施用的磷肥管理方法以维持适宜的土壤供磷强度、实现作物高产和磷肥高效利用目标的可行性,为磷肥减施增效提供依据。在新疆石河子选择中等供磷强度的农田(有效磷23.6 mg?kg-1),以覆膜水肥一体化棉花(Gossypium hirsutum)种植体系为对象,根据该区域2.7 t?hm-2皮棉产量的需磷量确定试验的磷肥用量(52.4 kg?hm-2,以P计),开展了两年田间试验。试验选用三种不同性质的水溶性磷肥,设置不施磷肥(CK)、滴施磷酸一铵(MAP)、滴施磷酸脲(UP)和滴施聚磷酸铵(APP)4个处理。通过测定不同处理棉花的产量与磷吸收量,计算磷肥偏生产力(PFP)、磷肥农学效率(AEP)、磷肥当季利用率(PUE)与当季磷肥回收率(即作物吸磷量与磷肥施用量的比值);通过棉花不同生育期分层取样,分析了不同磷肥品种处理引起的土壤有效磷供应强度和无机磷形态组成的变化,以期阐明不同磷肥的空间有效性与棉花生长需求的匹配程度。研究结果表明:(1)施磷处理两年的皮棉产量平均为2.73 t?hm-2,达到了高产水平,MAP、UP和APP处理分别较CK增产21%、25%和11%;(2)施磷处理的磷盈余在2.2~4.8 kg?hm-2之间,磷肥当季利用率平均为24%,当季磷肥回收率为91%~96%;(3)磷肥在棉花蕾期和花铃期集中滴施,其垂直移动距离可达到20 cm土层,能保证棉花生育期内的土壤供磷强度。与CK相比,施磷处理根区0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm土层的有效磷分别提高了94%~302%、104%~144%和42%~67%。综上所述,将土壤有效磷供应强度维持在农学阈值附近、根据目标产量需磷量确定磷肥施用量,石灰性土壤上选择强酸性、缓释磷肥于作物生育前期集中施用能够在磷素输入-输出平衡的条件下实现作物高产和磷肥高效。根据平衡法计算的当季磷肥回收率能较好地反映磷肥的实际利用情况。

      • 黄土坡面细沟间和细沟侵蚀对有机碳流失贡献的定量分析

        张风宝, 李玄添, 申 楠, 杨明义

        DOI: 10.11766/trxb202201290040

        摘要:

        细沟间和细沟侵蚀剥离和输移土壤的机制,不同导致有机碳输移存在差异,然而因研究手段限制,这两种侵蚀方式对有机碳输移的贡献、影响等研究有待深入。本文利用模拟降雨与7Be示踪技术,在定量化分析细沟间和细沟侵蚀对黄土坡面侵蚀产沙贡献的基础上,进一步分析了其对有机碳输移的贡献及影响。结果显示5°小区以细沟间侵蚀为主,其产沙贡献率为86%,大于5°的小区以细沟侵蚀为主,其产沙贡献率在61%~71%之间,在降雨过程中甚至可达96%。降雨过程中坡面侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.16±0.15,细沟间侵蚀泥沙有机碳平均富集比为1.50±0.50,富集可导致有机碳流失率增加0.008~0.028 g m-2 min-1。坡度大于5°的小区细沟侵蚀对有机碳流失贡献率在55%~62%之间,低于对侵蚀产沙的贡献,但仍占主导地位。坡面侵蚀产沙量可解释有机碳流失量变化的97%,细沟间侵蚀产沙可解释细沟间有机碳流失量变化的89%。侵蚀过程中剧烈的细沟侵蚀可导致细沟间侵蚀泥沙有机碳的富集比增大。

      • 蛋白质组学分析揭示水稻地上部对缺铁和高铁胁迫的响应

        张欣, 王若男, 沈仁芳, 兰平

        DOI: 10.11766/trxb202203150109

        摘要:

        铁在矿质土壤中含量丰富,但在中性和碱性土壤中大多以不易被植物吸收利用的氧化物或氢氧化物形式存在;稻田土壤在淹水条件时氧化还原电位较低,大量铁以易被植物吸收利用的亚铁形式存在。土壤中铁的生物有效性过低或过高均会导致植物的生长发育受阻。本研究对缺铁(0 μmol?L-1)、铁充足(40 μmol?L-1)和高铁(350和500 μmol?L-1)条件生长的水稻地上部进行了非标记蛋白质组学分析。结果显示,与铁充足条件相比,缺铁和两种浓度的高铁胁迫水稻中分别有130、157和118个蛋白质的丰度发生显著变化。基因本体富集分析显示,缺铁和高铁胁迫下的差异蛋白在初级代谢过程、有机氮化合物代谢过程、蛋白质代谢过程和细胞成分组织或生物发生等生物学过程均显著富集;差异蛋白还参与核糖体、光合作用和氧化磷酸化等代谢途径。缺铁胁迫显著影响参与苯丙烷类物质和辅助因子生物合成的蛋白质丰度,而高铁胁迫则引起氨基酸生物合成过程的蛋白质丰度发生显著变化。本研究发掘到一系列可用于水稻铁高效育种工作的候选蛋白,还发现了一些功能未知的差异蛋白可作为后续水稻铁胁迫响应的研究目标,同时为理解植物应对铁胁迫的完整响应网络提供了补充信息。

      • 土壤团聚体的形成和稳定机制:研究进展与展望

        刘亚龙, 王萍, 汪景宽

        DOI: 10.11766/trxb202112180686

        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。

      • 植被恢复对黄土高原露天矿区土壤碳氮磷功能微生物类群的影响

        陈浮, 赵姣, 朱燕峰, 骆占斌

        DOI: 10.11766/trxb202203170117

        摘要:

        黄土高原矿区生态脆弱,植被恢复与土壤微生物介导的养分循环密切相关。厘清植被恢复对土壤碳氮磷功能微生物类群的影响及调控作用,对重建矿区生态恢复力及自维持机制至关重要。采用高通量qPCR芯片技术、随机森林模型和结构方程模型揭示黄土高原安太堡露天矿复垦排土场柠条(灌丛,BL)、油松(针叶林,CF)、刺槐(阔叶林,BF)、油松+榆树(混交林,MF)等4种植被恢复模式及毛白杨林(CK)对土壤理化性质、酶活性、碳氮磷功能微生物类群的影响及互馈机制。结果表明:BL、BF和MF对土壤养分积累优于CF,不同恢复处理过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于CK,但β-葡萄糖苷酶(BG)活性和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性却显著下降;植被恢复显著改变碳氮磷相关功能微生物类群丰度,但变化趋势几乎一致;碳氮磷相关功能微生物类群与土壤硝态氮(NO3--N)呈显著正相关,与铵态氮(NH4+-N)呈显著负相关,参与碳循环、硝化过程和有机磷矿化的功能微生物类群与有效磷(AP)呈显著正相关;植被恢复通过直接影响CAT和AP来调控碳氮磷循环,或间接影响AP并与NO3--N、NH4+-N等共同调节碳氮磷功能微生物类群的丰度变化。本研究深化了对植被-土壤恢复的微生物学机制的认识,可助力黄土高原受损矿山生态修复。

      • 滴灌条件下西北干旱区农田生物排盐研究进展与展望

        苏媛, 田长彦, 买文选, 王雷, 赵振勇, 周宏飞

        DOI: 10.11766/trxb202202150008

        摘要:

        20世纪末以来,膜下滴灌技术在我国西北干旱区得到了大规模的推广和应用,极大推动了绿洲农业的发展。然而,滴灌带入盐分无法排出导致的农田土壤积盐问题,使得干旱区绿洲农业的可持续发展面临巨大挑战。如何在水资源短缺的情况下防治农田次生盐渍化和利用西北干旱区广泛分布的盐碱地资源,是我国干旱区农业可持续发展中迫切需要解决的问题。本文结合西北干旱区膜下滴灌农田水盐运移的特点,主要从盐生植物耐盐机制及其生长发育对盐分的响应、盐生植物排盐与盐碱土改良的互馈效应以及种植盐生植物对土壤水盐动态的影响等方面对生物排盐的研究进展进行了比较系统的梳理,同时指出了目前西北干旱区在农田生物排盐研究方面存在的不足,并对今后需要开展的研究工作进行了展望,以期为旱区农业制定合理高效的综合排盐制度提供决策依据,对于实现农田盐分平衡、缓解土壤次生盐渍化危机和土壤可持续利用具有重要意义。

      • 标记停留时间对水稻及其生物质炭的13C和15N丰度的影响

        张芳超, 卢伟伟, 查全智

        DOI: 10.11766/trxb202203250133

        摘要:

        稳定同位素技术是研究土壤元素循环的重要技术手段。本实验研究了同位素标记后的停留时间对水稻地上和地下部分及利用其制备的生物质炭的13C丰度(δ13C)和15N丰度(δ15N)的影响,为深入研究生物质炭对土壤碳、氮过程的影响提供基础。研究以水稻为材料,利用15N-尿素叶面喷施和13C-CO2脉冲标记的方法对水稻进行了15N和13C双标记,15N标记结束后设置4 h、6 h和24 h三个停留时间,将标记后的水稻分为地上和地下部分,分别在300 °C和500 °C下制备成生物质炭,利用同位素质谱仪测定水稻及其生物质炭的δ13C和δ15N。结果表明,随着停留时间的延长,水稻地上部分的δ13C由872‰逐渐降低至578‰,而地下部分的δ13C由226‰逐渐升高至869‰。与δ13C不同,水稻地上部分δ15N呈现先增加后降低的趋势,停留时间6 h时δ15N最大(1764‰),而地下部分的δ15N呈现先降低后增加的趋势。整体而言,与水稻原料相比,生物质炭的δ13C和δ15N分别降低了52.1%和15.9%。而且,生物质炭的δ13C和δ15N均在停留时间为24 h时最高,300 °C生物质炭表现的更加明显。随着停留时间的延长,300 °C生物质炭的热水可提取有机碳的δ13C比残留固体的δ13C降低的比例由4.14%提高到11.0%,而对于500 °C生物质炭则由32.3%降低到18.9%,表明延长停留时间分别降低和提高了300 °C和500 °C生物质炭的13C均匀性。综上所述,本研究发现标记后的停留时间对水稻δ13C和δ15N的影响不同,并且这种影响没有延续至生物质炭,停留时间和制备温度共同影响水稻生物质炭的13C均匀性。

      • 不同载体材料固定Sphingobium sp. PHE3对溶液中菲的降解研究

        尹媛, 生弘杰, 王紫泉, 相雷雷, 付玉豪, 卞永荣, 蒋新, 王芳

        DOI: 10.11766/trxb202202220071

        摘要:

        以蒙脱石、针铁矿、玉米秸秆炭为载体,采用吸附挂膜法对菲降解菌株(革兰氏阴性菌鞘脂菌PHE3)进行固定化,并应用固定化微生物降解溶液中的菲。根据扫描电镜结果,该菌株在玉米秸秆炭载体表面附着生长数量最多,形态最优。添加蒙脱石和玉米秸秆炭显著(P<0.05)提高了微生物对菲的降解率,加快了菲的微生物降解速率,同时促进了细菌胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质产量的增加,但添加针铁矿对菲的微生物降解和EPS的产生促进作用较弱。此外,鞘脂菌PHE3在形成生物膜的过程中可能有群体感应现象发生,能够分泌信号分子C8-HSL和C12-HSL,可能在一定程度上调控EPS的生成和污染物的降解。

      • 微观水分和养分条件对铜绿假单胞菌噬菌体裂解宿主过程的影响

        王燕, 阮楚晋, 谢文琳, 朱堃, 陈国炜, 刘莹, 王钢

        DOI: 10.11766/trxb202201070528

        摘要:

        摘 要:【目的】研究不同水分和养分条件下,细菌和噬菌体的生长和运移规律、细菌和噬菌体种群互作过程以及其对群落结构的影响和调控机制。【方法】通过控制微生物运动平板表面相对水膜厚度研究铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa PAO1)和铜绿假单胞菌噬菌体PA-27-1(Pseudomonas phage PA-27-1)的互作过程。【结果】细菌和噬菌体的互作主要受噬菌体裂解细菌、细菌的运动和噬菌体扩散三个因素控制。水分通过调控多孔表面水膜的厚度和连通性来改变细菌在微孔尺度的运动,进而影响微生物在粗糙界面的增殖和生物膜的形成过程以及菌落的形态特征,同时通过影响噬菌体的扩散传播来调节细菌和噬菌体之间的互作机制。细菌与噬菌体自身运动性及个体大小上的不同也导致二者在微观孔隙中增殖(扩散)特征的差异。相对低水膜网络促进了细菌和噬菌体之间的空间隔离,降低了噬菌体有效侵染细菌的概率,从而有利于细菌的增殖。丰富的养分条件有利于细菌生物量的快速繁殖,进而促进噬菌体的增殖。【结论】本研究揭示了环境生物膜等微生境中噬菌体和宿主细菌的生长和运移规律,有助于为深入理解土壤噬菌体的时空分布特征与演变规律以及其与土壤细菌之间的互作模式提供理论基础和数据支撑。

      • 稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO2浓度缓增的响应

        金靖昊, 黄翯宸, 沈李东, 田茂辉, 刘心, 杨王挺, 杨钰铃, 刘佳琦, 任冰洁, 徐江兵, 胡正华

        DOI: 10.11766/trxb202111250641

        摘要:

        亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-damo)是控制稻田甲烷排放的一种新途径,但有关其在稻田甲烷氧化中的贡献及其对大气CO2升高的响应尚不清楚。本文依托开顶式气室组成的CO2浓度自动调控平台,在环境 CO2浓度(CK)基础上,设置了CO2缓增处理(EC:每年增加 40 μL·L-1, 至采样时CO2浓度为CK+160 μL·L-1)。采用稳定性同位素示踪、定量PCR和高通量测序等手段,分析了不同CO2处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期和开花期)稻田n-damo活性及其功能微生物Candidatus Methylomirabilis oxyfera (M. oxyfera)-like细菌的丰度、多样性和群落组成。结果发现,EC处理在一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M. oxyfera-like细菌丰度,且在拔节期达到了显著性水平。EC处理还使M. oxyfera-like细菌的群落组成发生了显著改变,并影响了其多样性。EC处理下土壤可溶性有机碳含量和无机氮含量的改变很可能是导致n-damo活性及M. oxyfera-like细菌群落结构发生变化的重要原因。综上,稻田n-damo过程对大气CO2浓度缓增具有正响应,表明了其在未来气候变化背景下对稻田甲烷减排的积极作用。

      • 土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

        陈丽铭, 吴月颖, 李财生, 吴治澎, 黄成, 吉恒宽, 侯正伟, 符传良, 赵屹东, 吴蔚东

        DOI: 10.11766/trxb202111290519

        摘要:

        从有机肥料中提取的溶解性有机质(DOM)可为不同的商业有机肥料的潜在应用提供新的见解。选用四种不同来源有机肥(生物质炭肥,WSB;羊粪有机肥,SM;海藻有机肥,SW;虾肽有机肥,SP)与昌化矿区周边土壤为研究材料,进行为期三个月的培养试验,采用多元光谱分析研究土壤DOM分子特征对有机肥分解的响应。与对照组相比,在培养过程中添加四种有机肥均增加土壤DOM的含量,WSB处理增加量最低,SW处理增加最高。激发发射矩阵结合平行因子分析 (EEM-PARAFAC) 表明培养过程中添加WSB提高了土壤DOM中类胡敏酸组分,减少了类富里酸组分;添加SM、SW和SP在0~45 d内降低了土壤DOM中微生物转化的类胡敏酸组分的比例而提高类富里酸组分,在45~90 d内增加难降解的类胡敏酸组分的比例。二维红外相关分析 ( 2D-FTIR-COS) 表明CK和SP处理中土壤DOM的芳香性或羧酸碳优先对分解时间发生响应;而添加WSB、SW和SM处理组中土壤DOM的烯烃或多糖类碳优先对分解时间发生响应;添加WSB和SP处理土壤提取液中也出现了Si-O-Al等土壤纳米矿物类官能团响应信号。碳近边X射线吸收精细结构 (C 1s NEXAFS) 分析结果表明:培养结束后,与未添加有机肥处理相比,WSB处理提高土壤DOM中含氧脂肪族碳组分比例,而减少芳香与酚类碳比例;SW处理主要增加了芳香碳、羰基碳的比例,而减少了脂族碳和氧烷基碳含量;SM、SP处理增加了酚类碳、芳香碳以及脂族碳比例,减少了羧基碳、氧烷基碳和羰基碳比例。本研究结果可增强对不同来源有机肥分解影响土壤DOM分子特征的了解,对于评估土壤中施用商品有机肥料的生态环境效应至关重要。

      • 放牧对黄土高原典型草原冬季牧场甲烷氧化菌类群及活性的影响

        王玉芳, 蔡元锋, 侯扶江, BOWATTE Saman, 贾仲君

        DOI: 10.11766/trxb202112080664

        摘要:

        土壤甲烷氧化菌是大气甲烷(CH4)氧化的唯一生物汇。放牧能通过影响甲烷氧化菌的丰度和多样性来调控草地土壤的甲烷氧化活性。采集黄土高原典型草地冬季牧场中不同强度连续放牧的土壤样本,通过室内培养和高通量测序的方法测定不同放牧强度下土壤甲烷氧化活性以及土壤甲烷氧化菌的组成和丰度变化规律。结果表明,该草地是CH4汇,中放牧强度(MG)和高放牧强度(HG)增加了甲烷氧化速率。同时,与未放牧(CK)相比, MG和HG的甲烷氧化菌的平均丰度也显著增加。高通量测序结果显示,放牧对甲烷氧化菌的多样性有显著影响,不同放牧强度下均以USCγ为优势类群,同时存在少量的甲基暖菌属(Methylocaldum)和甲基孢囊菌属(Methylocystis)。皮尔森(Pearson)相关性分析表明,甲烷氧化速率(MOR)与土壤的水分含量和硝态氮的含量存在显著正相关(P < 0.05),与USCγ的绝对数量存在极显著的正相关关系(P < 0.01),这说明USCγ在该草地甲烷吸收过程中起主要作用。本研究证明了放牧可提升黄土高原典型草地的甲烷汇功能。

      • 毛乌素沙地人工林恢复对土壤剖面化学性质和细菌群落的影响

        田静, 步连燕, 陈文峰, 安德荣, 张应龙, 韦革宏, 王红雷

        DOI: 10.11766/trxb202112200405

        摘要:

        明确贫瘠沙地人工林恢复过程中土壤化学性质和微生物群落的动态变化可为风沙区人工林的健康经营和土壤肥力培育提供理论依据。以毛乌素沙地广泛分布的不同年限樟子松林为研究对象,运用高通量扩增子测序和FAPROTAX功能预测技术,解析沙地人工林恢复过程中土壤剖面(0~100 cm)化学性质和细菌群落的分布格局及其变化特征。结果表明:(1)人工林恢复提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量,但降低了土壤有效氮(AN)、有效磷(AP)含量和pH;随土层深度增加,TN含量呈显著下降趋势,而AP含量和pH则相反,TP含量无显著变化。(2)人工林恢复显著改变了变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,增加了土壤细菌群落基于多度覆盖的物种估计量(ACE指数);随林分发育,细菌群落的垂直空间变异减小。(3)功能预测表明:人工林恢复降低了土壤细菌对有机物质的分解潜力,造林15年后纤维素分解和芳香族化合物降解过程与未造林样点相比分别下降54.65%和72.18%;但增强了氮的固定及反硝化过程,分别增加99.26%和100.5%。(4)冗余分析和相关性分析表明:SOC和pH是影响细菌群落及其潜在生态功能的重要环境因子。综上可知,沙地人工林恢复虽然增加了土壤碳氮磷总量,但人工林恢复至15年时土壤有效氮磷养分仍显著下降,并显著改变了土壤细菌群落多样性与功能。因此,人为调控措施(如调控凋落物分解与养分释放)对提升干旱和贫瘠生境中沙化土壤养分有效性和微生物多样性与功能具有重要作用,今后在风沙区人工林生态恢复工作中应着重关注林下凋落物的就地留存和腐解。

      • 镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

        曹锐, 王悦, 陈爽, 郑灵韵, 徐莉, 周际海, 李辉信, 胡锋

        DOI: 10.11766/trxb202112170524

        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。

      • 基于数据同化的土壤水力参数反演方法:研究进展与展望

        满 俊, 张江江, 郑 强, 尧一骏, 曾令藻

        DOI: 10.11766/trxb202203040090

        摘要:

        土壤水力参数及其非均质性刻画关乎到诸多土壤与地下水等领域的量化模拟研究问题。受限于时间和采样成本,传统的直接测定方法并不能很好地解决这个问题。随着物联网技术的发展,与土壤水运动有关的一些状态表征量(如含水量和水头)已经能够通过传感器实时获得。如何充分融合这些观测数据信息,反演出土壤水力参数是当前的一个研究热点。数据同化方法能够通过融合观测数据与模型预测值信息,实现对模型参数的反演估计。本文系统分析了土壤水力参数不确定性的来源及测定方法,阐述了常用数据同化方法的基础理论及其在土壤水力参数反演方面的应用,并从计算效率和反演精度两方面着重论述了数据同化方法的最新前沿进展,最后探讨了数据同化方法未来的发展方向。研究表明:数据同化方法能够突破传统测定方法的限制,用于土壤水力参数及其非均质性刻画。尽管如此,由于土壤非饱和流模型的强非线性以及原位观测数据的相对稀缺性等问题的存在,当前数据同化方法的计算效率和反演精度还有待进一步提升。未来可从发展监督式降维方法、多源多尺度数据融合以及耦合物理规律的机器学习等方面深化土壤水力参数反演方法研究,这有利于农业土水管理、污染防治和修复等工作的合理开展。

      • 不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

        钱泳其, 熊 鹏, 王玥凯, 张中彬, 郭自春, 邵芳荣, 彭新华

        DOI: 10.11766/trxb202201190027

        摘要:

        砂姜黑土黏闭僵硬问题突出,耕作是改良其结构的重要措施之一。本文基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地,采集免耕(No-tillage, NT)、旋耕(Rotary tillage, RT)和深翻(Deep ploughing, DP)处理的原状土柱(高20 cm,直径10 cm),利用X射线CT扫描技术和ImageJ 软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理,定量分析了不同耕作方式对土壤的孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)与免耕相比,旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%(P < 0.05);与旋耕相比,深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%;(2)相较于免耕,旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性(P < 0.05),显著降低了各向异性程度和欧拉数(P < 0.05),土壤饱和导水率得到显著提升,且深翻的改良效果总体优于旋耕;(3)相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关(P < 0.05),其中与连通性最大孔隙度的相关性最高(r=0.833**,P < 0.01)。综上所述,深翻扩大了土壤孔隙的水力半径,改善了连通性,提升了复杂程度,从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构,提高了导水能力,消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。

      • 根系分泌物典型组分对生物炭胶体稳定性和迁移能力的影响

        潘 岳, 张 雨, 王 洋, 商建英

        DOI: 10.11766/trxb202107110358

        摘要:

        根系分泌物是可溶性有机质的主要来源,能够在一定程度上影响胶体在多孔介质中的稳定性和迁移行为。随着生物炭的广泛应用,探究土壤中的根系分泌物对生物炭胶体在地下环境中稳定性和迁移能力的影响非常重要。通过室内聚集和迁移实验探究了根系分泌物的典型组分半乳糖(Gal)、赖氨酸(Lys)以及乙酸(AcOH)对小麦生物炭(WB)和松树木屑生物炭(PB)胶体的稳定性和迁移特性的影响。结果表明:典型根系分泌物组分浓度高低对生物炭颗粒ζ电势具有一定的影响。半乳糖和赖氨酸浓度较低时,其对生物炭胶体聚集和迁移影响较小,难以对生物炭的环境行为造成显著影响;但是乙酸可以明显降低生物炭胶体在NaCl溶液中的稳定性,抑制生物炭胶体在多孔介质中的迁移能力。这可能是因为乙酸中有机酸阴离子容易与生物炭表面含氧官能团形成氢键,增加了生物炭对乙酸的吸附,降低了生物炭胶体的稳定性。

      • 长期复种绿肥下光合碳在水稻-土壤系统中的分配与稳定

        刘伟民, 舒业勤, 夏银行, 向红坤, 高鹏, 赵紫薇, 黄晶, 高菊生, 张振华

        DOI: 10.11766/trxb202112060640

        摘要:

        冬季复种绿肥是我国南方稻区传统的培肥增产模式,探究长期冬种绿肥下光合碳在水稻-土壤系统中的分配规律,对深入解析稻田土壤碳循环、充分发挥绿肥的生态功能具有重要意义。基于稻-稻-绿肥复种长期定位试验(38年),针对稻-稻-紫云英、稻-稻-油菜和稻-稻-休闲三种处理,采用13C-CO2脉冲标记技术,研究长期冬季复种绿肥下光合碳在早稻季分蘖期水稻-土壤系统中的分配特征。结果表明,与冬季休闲处理相比,复种紫云英和油菜处理使早稻地上部13C-光合碳积累量每穴分别增加19.9 mg和80.6 mg;复种紫云英处理使早稻地下部13C-光合碳积累量每穴降低2.7 mg,而复种油菜处理对早稻地下部13C-光合碳积累量无显著影响。同时,冬季复种紫云英和油菜减少了早稻13C-光合碳向土壤的分配,积累量每穴分别降低7.6 mg和7.8 mg;复种紫云英处理对水稻13C-光合碳在土壤颗粒有机碳(POC)和矿物结合态有机碳的分配比例无显著影响,复种油菜处理促进了水稻13C-光合碳向土壤POC中的分配,使13C-POC的占比增加35.3%。综上,长期复种绿肥促进了水稻分蘖期光合碳在水稻-土壤系统中的积累,与冬季休闲处理相比,冬季复种绿肥使光合碳在水稻-土壤系统中积累量增加3.7%~28.0%;增加了光合碳向水稻地上部的分配,减少了其向水稻地下部及土壤中的分配比例;且复种油菜处理减弱了土壤中水稻光合碳的稳定性;从增加有机碳总量和光合碳稳定性的角度可知,复种紫云英是相对较好的一种冬季复种绿肥模式。

      • 基于玉米膜下滴灌系统的药液扩散与除草效果研究

        郭致杰, 张海英, 李建军, 徐生军, 荆卓琼, 吕和平

        DOI: 10.11766/trxb202112270633

        摘要:

        利用膜下滴灌系统,开展膜下滴灌土壤封闭式除草剂施用技术与田间杂草防除效果的关系研究,旨在探明滴灌系统应用除草剂的可能性,为玉米田间滴灌除草技术的合理应用及丰富滴灌施药理论提供科学依据。在三个不同滴灌带间距下,以三种方式滴施40%乙?莠悬乳剂,滴施后对不同分布区域土壤样品进行除草剂浓度检测,在杂草发生期调查防效。结果表明,施用后除草剂在土壤中的分布与滴灌带铺设间距无关,与末次施药后清水冲洗时间相关,冲洗时间越长乙草胺在土壤中的浓度越低,垂直沉降明显,径向扩散距离缩短。通过滴施,以滴灌清水15 min-滴灌药液30 min-滴清水冲洗5 min对杂草的株防效和鲜生物量防效最佳。本研究认为,覆膜玉米田随滴灌水施用土壤封闭除草剂是可行的,省时省工省力,可为玉米田早期杂草的防除提供新方法,实际应用中需要针对不同药剂类型和药剂性质开展实用技术优化研究。

      • 不同种类填闲作物阻控设施菜地氮磷淋溶效果及机制研究

        巨昇容, 闵炬, 董刚强, 李建斌, 施卫明

        DOI: 10.11766/trxb202112010590

        摘要:

        设施菜地揭棚休闲期种植填闲作物是阻控淋溶发生的重要措施,在降雨频繁地区氮磷阻控效率高的填闲作物尚不明确。以休闲为对照,种植5种填闲作物:高粱(Sorghum bicolor L.)、玉米(Zea mays L.)、黑麦草(Lolium perenne L.)、马齿苋(Portulaca oleracea L.)和羽衣甘蓝(Brassica oleracea var. acephala DC.),研究了不同种类填闲作物对设施菜地氮磷淋溶、土壤速效氮、土壤微生物的影响。结果表明:与休闲处理相比,种植填闲作物高粱、玉米、黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝分别显著减少了12.6、16.6、27.4、28.9和26.8 kg?hm-2的氮淋溶,显著减少了0.10、0.05、0.04、0.04和0.13 kg?hm-2的磷淋溶。氮淋溶阻控率由高到低依次为马齿苋、黑麦草、羽衣甘蓝、玉米、高粱,磷淋溶阻控率由高到低则依次为羽衣甘蓝、高粱、玉米、马齿苋、黑麦草。5种填闲作物中黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝的氮阻控率分别达到52.3%、55.1%和51.2%,较高粱和玉米氮阻控率平均提高了近一倍。这是因为黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝在休闲前期(21 d)就有一定的覆盖度,与休闲相比分别减少了23.5%、17.1%和26.7%的淋溶水量,而高粱和玉米前期覆盖度差,在前期降水多后期降水少的情况下其淋溶水量与休闲无显著差异;种植黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝耕层土壤(0~20 cm)中硝态氮的含量为40.1~52.8 mg?kg-1,而种植高粱和玉米土壤硝态氮的含量为67.8~72.7 mg?kg-1;此外,与高粱和玉米相比,马齿苋和羽衣甘蓝还显著提高了耕层土壤nirS型反硝化细菌和根际土壤中nosZ型反硝化细菌的丰度,可能增强了土壤的反硝化过程。综上,黑麦草、马齿苋和羽衣甘蓝作为降雨频繁地区的夏季填闲作物可显著减少氮磷淋溶,其中羽衣甘蓝对氮磷综合阻控的效果最佳。

      • 低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕对土壤水热及碳氮库的影响

        王根林, 段衍, 刘峥宇, 王楠楠, 高阳, 李玉梅, 孟祥海, 王伟, 蔡姗姗, 孙磊

        DOI: 10.11766/trxb202112170583

        摘要:

        为了提高坡耕地的秸秆还田效率,探索一种适于坡耕地的基于种植和养地基础上的耕作方式。利用田间小区试验,研究了秸秆覆盖轮耕技术(包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕)与常规耕作(秸秆移除后旋耕)对土壤水热变化及碳、氮积累的影响。结果表明:秸秆覆盖可显著提高播种前期20~40 cm土壤含水量,覆盖休闲与覆盖旋耕处理较常规耕作分别提高26.02%和37.49%,同时覆盖旋耕处理降低了20~40 cm土壤容重,较常规耕作和覆盖休闲分别降低6.52%和13.04%;与覆盖旋耕相比,覆盖休闲可降低作物生育前期0~20 cm和20~40 cm土层温度1.57 ℃~1.63 ℃,而土壤含水量提高15.25%~24.41%,为覆盖旋耕区作物出苗和前期生长提供了水分条件;通过秸秆覆盖休闲与覆盖旋耕组合的轮耕技术可提高0~20 cm土层碳氮含量,有机碳和全氮储量较常规耕作平均提高11.36%和20.51%,为今后低山丘陵区坡耕地实施保护性耕作提供了科学依据。

      • 红壤侵蚀区马尾松林恢复过程中土壤异养呼吸及微生物多样性的变化特征

        姜永孟, 邓翠, 吕茂奎, 熊小玲, 李佳玉, 谢锦升

        DOI: 10.11766/trxb202110240498

        摘要:

        土壤异养呼吸是影响土壤有机碳积累的关键因素。以南方红壤水土流失区不同恢复年限的马尾松林(未治理地(Y0)、恢复14 a(Y14)、恢复31 a(Y31))为对象,对不同呼吸组分进行测定并结合温度、水分以及微生物等因子,研究马尾松林恢复对土壤异养呼吸的影响。结果表明:不同恢复年限马尾松林土壤异养呼吸差异显著,恢复31 a显著大于恢复14 a以及未治理地,未治理地异养呼吸速率仅为0.99 μmol?m-2?s-1,而治理14 a、31 a分别为2.20、2.80 μmol?m-2?s-1;温度是异养呼吸季节变化的主要影响因子,分别解释季节变化的40.6%(Y0)、62.2%(Y14)、66.6%(Y31);马尾松林恢复后土壤异养呼吸温度敏感性(Q10)显著增加,Y0、Y14、Y31的 Q10分别为1.58、1.93和1.82;不同恢复年限土壤异养呼吸占土壤总呼吸比例为77.94%(Y0)、70.84%(Y14)、77.35%(Y31)。结构方程表明,在马尾松林恢复过程中,土壤有机碳(SOC)、温度以及土壤微生物多样性变化是影响土壤异养呼吸变化的主要因子,其中SOC、土壤微生物与异养呼吸显著正相关,而植被恢复过程中土壤温度变化与异养呼吸显著负相关。本研究结果表明,马尾松林植被恢复过程中SOC的积累以及缺乏有效的物理保护增加了微生物对SOC的分解,另一方面土壤环境温度的降低和细菌、真菌丰度的增加以及群落中变形菌、子囊菌、酸杆菌的增加,更进一步加剧微生物对原有土壤有机质的分解强度,导致异养呼吸碳排放的持续增加,最终限制了马尾松林土壤碳吸存效率。因此,较高的土壤异养呼吸可能是影响红壤侵蚀退化区土壤有机质进一步提升的关键。

      • 稻麦轮作下施用猪粪水对作物生长及农田土壤质量的影响

        陈广银, 曹海南, 吴佩, 黄艳, 汪玉, 刘红江, 董金竹, 方彩霞

        DOI: 10.11766/trxb202109140412

        摘要:

        为解决猪粪水农田利用问题,确定其最佳施用量,降低可能带来的环境风险,在实验室条件下,基于自制土柱,研究了猪粪水不同比例替代化肥及猪粪水全量替代化肥下不同施用量对稻麦生产及农田土壤质量的影响,分析了稻麦株均穗数、叶绿素含量、穗和秸秆产量、穗和秸秆中氮磷含量、土壤渗滤液理化特性以及土壤氮磷、重金属含量的变化。结果表明:猪粪水50%和100%替代化肥氮均可不同程度地促进稻麦生长,提高稻麦植株产量,但处理间差异不显著;在猪粪水全量替代化肥氮条件下,当猪粪水用量为200%化肥氮时,稻、麦穗均获得最大产量;施用猪粪水提高了稻、麦穗和秸秆中氮磷含量,减缓了土壤有机质和全氮下降幅度,提高了土壤全磷含量,但过量施用猪粪水造成水稻烂根、死苗,小麦疯长,土壤渗滤液中氮磷浓度升高,污染地下水的风险增加,部分指标甚至超过《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》中Ⅳ类水标准;大量施用猪粪水还会造成铜、镉和铅等在土壤中积累,锌含量无明显增加。综上所述,在本研究条件下猪粪水替代化肥是可行的,建议猪粪水用量低于200%化肥时可在促进稻麦生长、培肥土壤和控制农田环境污染等方面具有较好的效果。

      • 粉煤灰、砒砂岩对煤矿排土场土壤水分特性改良的研究

        郑 鹏, 党廷辉, 薛 江

        DOI: 10.11766/trxb202104140197

        摘要:

        露天煤矿排土场土壤理化特性差直接影响复垦效果,改善土壤水分特性对排土场的复垦具有重要的理论与实践意义。本试验以内蒙古自治区的黑岱沟露天煤矿为对象进行土壤改良试验,将粉煤灰(F)、砒砂岩(S)作为添加物,对排土场土壤(L)进行3种组合处理(LF、LS、LFS)并设置不同的质量比例梯度,试验共设(L3F1、L4F1、L5F1、L1S1、L2S1、L3S1、L4S1、L5S1、L1F1S1、L2F1S1、L3F1S1、L4F1S1、L5F1S1)13种不同质量比的混合处理和(L、F、S)3种对照处理,采用离心机法测定各复配土壤在不同水吸力下的含水量,利用Gardner模型拟合并绘制其水分特征曲线,计算各复配土壤的比水容量、田间持水量、萎蔫系数、有效水含量。结果表明:(1)Gardner模型能够很好地拟合13种复配土壤的水分特征曲线,粉煤灰的添加使排土场土壤中的细土粒含量(黏粒、粉粒)增加了24.11%~37.19%,提高了土壤的持水性和供水性,添加砒砂岩能够改良土壤的持水性但不能改良供水性能。(2)排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1:1:1(L1F1S1)时持水性能最好,较排土场土壤提高了47.6%;排土场土壤、粉煤灰质量比为3:1(L3F1)时其供水性能最好,较排土场土壤提高了40.23%。(3)LF组合处理和LFS组合处理的田间持水量和有效水含量随着添加物比例的增加而提升,当排土场土壤、粉煤灰质量比为3:1(L3F1)时田间持水量最大为18.02%,排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1:1:1(L1F1S1)时有效水含量最大为13.1%。综上,粉煤灰、砒砂岩综合利用有利于煤矿排土场土壤水分特性的改良,且复配土壤的黏粒、粉粒含量在30%~35%范围时,土壤的持水供水能力较好,在本试验中三者按1:1:1的质量比例进行复配效果最佳。

      • 不同配施比例下秸秆和木本泥炭对快速提升土壤有机质和作物产量的耦合影响

        周谈坛, 李丹丹, 邱丽丽, 徐基胜, 周云鹏, 谭 钧, 赵炳梓

        DOI: 10.11766/trxb202112030656

        摘要:

        木本泥炭和秸秆配施有快速提升土壤有机质(SOM)和作物产量的潜力,但其配施比例如何影响作物产量及其微生物机制尚不清楚。本研究通过田间试验,在施用秸秆和激发剂(RJ)基础上,比较分析了木本泥炭和秸秆三种施用比例2:1(RJM1)、3:1(RJM2)、4:1(RJM3)对土壤理化性质、细菌群落组成和水稻产量影响,并与不施用有机物料的对照(CK)进行比较;同时基于网络分析和路径分析,明确不同处理特定细菌菌群与作物产量之间潜在关系。结果表明,RJM1、RJM2、RJM3间的水稻产量差异不明显,但平均比RJ和CK显著增产16.09%和31.46%。五个处理按土壤理化性质分成显著不同的三组(P < 0.01),第一组为RJM2+RJM3,以pH、SOM、可溶性有机碳(DOC)、有效磷(AP)、速效钾(AK)含量显著升高为特征;第二组为RJ+RJM1,以硝态氮(NO3--N)和可溶性有机氮(DON)含量显著升高为特征;第三组为CK。RJM2+RJM3的SOM、DOC、AP比RJM1处理平均高29.69%、22.65%和23.95%,表示RJM2+RJM3能迅速提升土壤有机质含量。RJM2和RJM3的细菌群落组成类似,并主要受制于土壤pH、SOM、DOC的变化,但与RJM1的群落组成显著不同。RJM2+RJM3显著增加了与水稻产量正相关的盖勒氏菌(Gaiellaceae unidentified)、类诺卡氏菌(Nocardioidaceae unidentified)、土壤球菌(Terracoccus)、从毛单胞菌(Comamonadaceae unidentified)、WD2101 unidentified、鞘脂杆菌(Sphingobacteriales unidentified)的丰度,而RJM1显著增加了上述除鞘脂杆菌外的其它5个物种的丰度,表示RJM2+RJM3比RJM1刺激更多的与作物产量有正相关的优势物种。上述结果表明,RJM2+RJM3通过改善土壤pH、SOM、DOC,比RJM1刺激更多的有利于作物增产的优势物种;同时由于RJM1的SOM含量与对照没有显著变化,导致其增产的可持续性要低于RJM2+RJM3处理。综合上述结果和经济效益,推荐RJM2,即木本泥炭和秸秆的施用比例为3:1时具有同时快速提升SOM和作物产量的效果。

      • 模拟酸雨淋溶下不同母质发育雏形土矿物风化中的盐基离子与硅计量关系

        赵 越, 杨金玲, 许 哲, 张甘霖

        DOI: 10.11766/trxb202202110053

        摘要:

        土壤矿物风化过程中释放的盐基离子(BC)与硅(Si)的比值(BC:Si)是定量评估土壤矿物风化对土壤酸化过程缓冲作用的基础,是准确估算当前环境下土壤酸化速率的依据。本研究以云母片岩、片麻岩和安山岩3种母质发育的湿润雏形土为研究对象,测定了其土壤物理、化学和矿物学性质。通过洗脱实验除去土壤交换性盐基以消除土壤胶体吸附的交换性盐基离子对矿物风化计量关系的影响,再利用模拟酸雨淋溶实验,采用Batch方法获取3种不同母质发育土壤的盐基离子和硅的释放量,进一步估算BC:Si值。结果表明,由于母岩不同,土壤黏粒、pH、有机质、交换性盐基(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)、阳离子交换量(CEC)和土壤矿物含量存在差异。在模拟酸雨淋溶实验条件下,未洗脱盐基土壤的BC:Si值为洗脱盐基土壤的3倍以上,因此只有洗脱土壤交换性盐基才能获得来自风化过程的BC:Si值。同一母质发育土壤的腐殖质表层(Ah)BC:Si最小,母质层(C)最大。不同母质发育土壤的BC:Si值表现为:片麻岩>云母片岩>安山岩,土壤中斜长石、伊利石、绿泥石和蛭石的含量控制了各自BC:Si的大小。因此,不同起源母质发育的雏形土应在得到各自相应风化计量关系的基础上,才可准确评估其对酸化过程的响应程度。该成果可为区域土壤酸化速率评价提供数据支撑。

      • Robot系统测定旱地N2排放的方法优化及其与其他方法的对比研究

        李承霖, 魏志军, 吴敏, 单军, 颜晓元

        DOI: 10.11766/trxb202109270525

        摘要:

        反硝化是生态系统氮循环的最后一环同时也是活性氮转化为惰性氮(N2)的最主要过程。由于空气中背景N2浓度高达78%,在如此高的背景浓度N2环境中直接和准确测定反硝化过程产生的微量N2,一直是个巨大的挑战。Robot系统(Robotized incubation and analyzing system)是基于无N2背景(氦环境)的用以研究纯菌或土壤体系N2排放速率的方法,该系统平台搭建简单且测定效率高,目前应用比较广泛。但该系统在运行过程中需要频繁利用微量注射器进行取样和测定,极易造成外界N2的渗漏。为解决这一问题,本文通过使用预先置于氦(He)环境的橡胶隔垫、采用充He后的蒸馏水配制溶液及实施破坏性取样的处理,对Robot系统测定旱地N2排放速率的方法进行了优化,同时与乙炔抑制法和RoFlow系统(Robotized continuous flow incubation system)的测定结果进行了对比。研究结果表明,通过方法优化,可以大幅降低Robot系统的N2渗漏率,未优化前系统的渗漏率为5.15 μL·L-1·h-1,方法优化后系统的渗漏率在0~0.8 μL·L-1·h-1之间。优化后的Robot系统对碳源和氮源添加后N2排放速率差异的响应较好,并且对旱地土壤背景N2排放速率的测定误差最小(0.003~0.045 mg·kg-1·d-1),显著优于乙炔抑制法(0.34~3.29 mg·kg-1·d-1)和RoFlow系统(0.41~1.02 mg·kg-1·d-1)。综上,优化后的Robot系统在测定旱地N2排放速率时具有N2渗漏率低,对外源底物添加响应好及测定结果精确度高的特点,未来在研究旱地土壤背景N2排放及相关机理方面有较好的应用前景。

      • 沼液替代化肥及与秸秆联用对稻田土壤反硝化和硝态氮氨化潜力的影响

        杨知书, 徐传红, 汤逸帆, 申建华, 孟 岩, 韩建刚

        DOI: 10.11766/trxb202110120550

        摘要:

        为揭示沼液替代化学氮肥及与秸秆联用对土壤反硝化(Denitrification, Den)和硝态氮氨化(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium, DNRA)特征的影响,本文以江苏东台典型滨海稻田为对象,进行田间小区实验,设置单施化肥(C)、单施沼液(B)、沼液秸秆联用(BS)和化肥秸秆联用(CS)以及对照(CK)5个处理,借助15N同位素示踪技术研究水稻不同生育期各处理土壤Den和DNRA潜力的变化特征。结果表明:①整个水稻生育期内,沼液替代化肥可有效降低稻田土壤Den强度(1.48 μg·kg-1·h-1),N2O总生成量减少27%,但沼液秸秆配施与化肥秸秆配施相比导致N2O生成总量显著增加70%。②从不同生育期看来,成熟期N2O的调控显得尤为必要。沼液处理(B、BS)与化肥处理(C、CS)均在成熟期出现N2O产生高峰,平均占总产生量的70% ~ 71%与75% ~ 92%。沼液替代化肥有利于N素在土壤的保存,分蘖期土壤DNRA潜力最高,并且B和BS处理DNRA潜力显著高于C和CS处理。③相关性分析发现,单施沼液或化肥处理Den潜力均与pH正相关,与C:N负相关,其中C:N的升高是沼液替代化肥(即B处理)Den强度降低的重要原因。配施秸秆,主导Den潜力变化的因子转变为NO3--N和NH4+-N,且C:N的降低导致Den强度增加。本研究明确了沼液替代化肥与秸秆还田对稻田土壤Den、DNRA过程的影响及其环境效应评估,以及滨海农田沼液施用模式的探索提供一定理论依据。

      • 人工林对土壤地力的影响过程及其调控研究进展

        刘超华, 李凤巧, 廖杨文科, 李孝刚

        DOI: 10.11766/trxb202112020653

        摘要:

        土壤是支撑人工林健康生长的基础资源,是营养物质转化和生物多样性保护的主要场所。目前,我国人工林经营中土壤地力衰退问题突出,是制约我国林业生产可持续经营、增大生态安全屏障脆弱性的重要因素。因此,有必要深入认识和理解人工林对土壤地力的影响过程,同时开发保障人工林健康和初级生产力的关键调控技术。本文从土壤物理化学环境、土壤生物群落特性及功能等方面,系统论述了人工林土壤地力的维持机制,重点探讨了林龄结构、林分密度、树种类型等影响人工林地力的地下生态学过程。未来需要关注环境变化下人工林土壤理化性质与生物学性质的耦合机制。现阶段大面积人工林土壤病原菌积累特征不清,土壤病害影响人工林健康的障碍机理也亟待揭示。因此,今后需进一步量化林木健康、土壤生物以及环境之间的互作关系模型,形成从造林配置、过程经营、症状诊断及土壤地力调控等全方位的人工林健康定向调控体系,保障人工林可持续、多目标经营。

      • 反硝化细菌法测定土壤NO2--15N丰度的方法优化

        郭 茹, 温 腾, 曹亚澄, 张金波

        DOI: 10.11766/trxb202106070299

        摘要:

        NO2-是土壤中多个氮转化过程的关键中间产物,具有浓度低、转化快的特点。反硝化细菌法与质谱技术相结合,已广泛用于NO3-或NO2-的15N同位素分析。本文旨在优化现有Stenotrophomonas nitritireducens反硝化细菌法的培养和反应条件,实现对土壤浸提液中NO2- -15N丰度的专一、快速、准确测定。结果表明,使用种子液好氧摇培与单菌落微氧培养对NO2-样品的15N同位素测定无显著差异,种子液可保证不同批次菌体的稳定性,好氧培养可将培养时间从7~8 d缩短至12~15 h。 高纯N2或He气吹扫0.5 h均能有效去除O2和空白杂质氮,但N2吹扫成本更低。转移N2O气体至干燥气瓶,不影响测定结果的准确性和精密度,还能延长样品保存时间,减少碱蒸汽腐蚀仪器管路。使用处于对数生长期的菌体,调节反应体系的菌体浓度OD600值为0.3~0.9,可保证其反硝化效率,减少不同批次菌体的差异。使用不超过1 mol·L-1的KCl浸提土壤,既可保证提取效率,也能减少对菌体活力的影响。优化后的方法不仅能准确测定不同类型土壤中NO2-的15N丰度,对5~20 nmol 自然丰度NO2-的δ15N值测量精度为0.1‰~0.9‰,且大部分<0.5‰,还大幅简化了步骤、缩短了实验周期、节约了成本。

      • 氮肥配施秸秆对土壤原生生物群落的影响

        李胜君, 李玉洁, 赵建宁

        DOI: 10.11766/trxb202111090520

        摘要:

        长期施用化肥所致的不利影响严重威胁到环境和人类的健康,已引起全世界的广泛关注。将生态友好的作物秸秆归还农田是减少化肥投入和缓解环境问题的极具潜力的农业管理措施。原生生物是土壤中丰富且多样的真核生物,是土壤微生物组的重要组成部分。为研究氮肥配施秸秆对原生生物群落的影响,设置了2 × 4(2个秸秆还田组×4个氮梯度)全因子交互田间定位试验,采用Illumina高通量测序技术研究了8种不同施肥处理下土壤原生生物群落多样性、组成和潜在功能的变化,并结合土壤理化性质分析探究驱动土壤原生生物群落变化的关键环境因子。结果表明:绿藻门(Chlorophyta)、锥足亚门(Conosa)、丝足虫门(Cercozoa)和纤毛虫门(Ciliophora)是所有处理中的优势类群。氮肥施用降低了土壤原生生物的多样性,而配施秸秆提升了土壤原生生物的多样性,并且在高施氮水平提升效果更为显著。绿藻门(Chlorophyta)的相对丰度随氮肥施用量增加呈下降趋势。丝足虫门(Cercozoa)和纤毛虫门(Ciliophora)的相对丰度在秸秆还田组中随氮肥施用量的增加而升高。捕食类原生生物(phagotrophs)在所有处理中均为绝对优势类群。与单施化肥处理相比,配施秸秆提高了捕食类原生生物的相对丰度,但降低了光养类原生生物(phototrophs)的相对丰度。单施化肥情况下,寄生类原生生物(parasites)表现出对高施氮量的偏好。土壤有机质和pH是土壤原生生物群落变化的重要驱动因子。总之,本研究证明了氮肥施用耦合秸秆还田措施能够影响土壤原生生物群落,同时明确了对农业管理措施变化反应敏感的原生生物类群。

      • 苏南地区Cd低积累水稻品种筛选及土壤Cd安全阈值推导

        涂峰, 李振炫, 张绪美, 潘云俊, 孔呈, 孙永泉, 邱一格, 吴龙华, 骆永明

        DOI: 10.11766/trxb202108140363

        摘要:

        解决农田土壤镉(Cd)污染及水稻Cd超标问题是国家和地方的重大需求。通过在苏南地区多年多点的田间小区试验和大田实地调查,对当地主栽水稻品种的Cd积累性差异进行比较,并推导出土壤Cd安全阈值。结果表明,大田调查与小区试验结果一致,18个主栽水稻品种糙米Cd生物富集系数存在差异,最高相差4.7倍,南粳46、南粳3908等品种的Cd积累性较低且稳定,建议推广应用。利用物种敏感性分布法,推导出苏南地区土壤pH 5.0~6.5、6.5~7.5、7.5~8.5下保护95%水稻品种糙米不超标的土壤全量Cd安全阈值分别为0.52、0.80、1.78 mg?kg-1,均高于现行的风险筛选值(GB 15618-2018)。研究结果对于苏南地区Cd污染稻田安全利用具有重要的应用价值。

      • 生物质炭和Ca(OH)2缓解土壤酸化过程中植物铝毒性的模拟对比研究

        来宏伟, 倪妮, 时仁勇, 董颖, 闫静, Nkoh Jackson Nkoh, 李九玉, 崔秀敏, 徐仁扣

        DOI: 10.11766/trxb202111250567

        摘要:

        随着外源酸输入,酸性土壤改良剂的石灰效应逐渐消退,土壤再次酸化形成铝毒害。作为一种新型酸性土壤改良剂,生物质炭施用后土壤的复酸化过程尚不清楚。本研究通过循环酸浸洗耦合根伸长试验,对比研究了施用生物质炭和熟石灰(Ca(OH)2)后土壤的复酸化过程及其对植物的铝毒性。结果表明,循环酸浸洗有效模拟了土壤的复酸化过程。随着模拟酸化年限增加,生物质炭和Ca(OH)2处理土壤中玉米根系伸长均逐渐受到了抑制。生物质炭相较于Ca(OH)2有效缓解了酸化过程对植物根系的抑制作用。在模拟12年酸输入时,生物质炭处理中玉米根相对伸长率较Ca(OH)2处理高18.6%,生物质炭相较于Ca(OH)2处理展现出更为长效的酸性土壤改良潜力。这一方面是由于生物质炭通过表面阴离子官能团质子化作用减缓了酸化过程中土壤pH的降低,抑制了土壤铝的活化。在模拟12年酸输入时,生物质炭处理土壤溶液Al3+浓度较Ca(OH)2处理低33%。另一方面,酸化过程中生物质炭持续释放Mg2+,在模拟12年酸输入时,生物质炭处理土壤溶液Mg2+浓度和植物Mg2+吸收量均较Ca(OH)2处理高2倍以上。较高的Mg2+浓度可通过调控植物对Al3+的生理响应,缓解植物铝毒害症状。该研究结果可为土壤酸化长效阻控提供理论依据和技术支撑。

      • 腐殖酸对花生连作地土壤真菌群落结构的影响

        魏世平, 吴萌, 李朋发, 刘佳, 李桂龙, 刘凯, 刘明, 李忠佩

        DOI: 10.11766/trxb202111050447

        摘要:

        土传病害的绿色防控是当前农业、生态和环境领域中为建立资源节约型、环境友好型病虫害可持续治理技术体系的重要组成部分。将来自藓类泥炭和风化煤的腐殖酸添加至两个花生种植年限的土壤中(1年和6年),进行室内恒温培养。对土壤真菌进行内部转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)测序,运用非参数多因素方差分析(PerMANOVA)、相关性分析等方法阐释腐殖酸对土壤真菌群落的影响。结果表明:腐殖酸的添加显著影响了培养94 d以后的土壤真菌群落结构,而添加量对4个培养时间点的土壤真菌群落结构均可产生显著影响;同时腐殖酸显著改变了部分真菌属的相对丰度。腐殖酸对土壤真菌功能的影响,主要表现为显著改变了土壤中真菌功能营养型的组成。其中,随着腐殖酸添加量的增加,土壤植物病原菌的相对丰度均显著降低;相关性分析表明腐殖酸添加量与致病菌镰刀属(Fusarium spp.) 和丝核菌属(Rhizoctonia spp.)的相对丰度呈显著负相关,而与拮抗菌青霉属(Penicillium spp.)的相对丰度呈显著正相关。本研究表明,特定腐殖酸在适当添加量下可显著改变花生地的土壤真菌群落结构和功能营养型组成,尤其是降低了土壤中植物病原菌的相对丰度,但影响程度因花生种植年限的长短而异。本研究结果为腐殖酸生态功能应用拓展提供了理论依据,为土传病害绿色防控技术的研发提供新的视角。

      • 中国滨海湿地碳储量估算

        李静泰, 闫丹丹, 么秀颖, 谢思荧, 刘 垚, 盛昱凤, 栾兆擎

        DOI: 10.11766/trxb202106290335

        摘要:

        滨海湿地生态系统碳汇功能强大,探究其固碳能力对于降低温室气体浓度,缓解全球气候变暖具有重要意义。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)提供的1987—2020年Landsat遥感数据及已发表的滨海湿地碳密度数据,使用遥感定量反演与生命地带法相结合的方法,研究中国滨海湿地30多年来碳储量时空变化,结果表明:(1)盐沼湿地主要分布于沿海北部区域,光滩主要分布于沿海东部区域,红树林湿地主要分布于沿海南部区域;(2)中国南部滨海湿地碳密度明显高于北部和东部滨海湿地;(3)中国滨海湿地总碳储量整体呈降低趋势,沿海北部区域与东部区域总碳储量大于南部区域。气候、植被与土地利用变化共同影响了滨海湿地碳储量的时空动态,以围填海为主的人类活动是影响滨海湿地碳储量变化的主要因素。研究结果可为有效评估滨海湿地的碳汇能力,制定减排增汇措施,应对气候变化提供理论依据,也可为我国滨海湿地生态系统管理和退化湿地生态恢复提供决策支持。

      • 基于改进灰靶模型的耕地质量评价方法与实证

        聂 艳, 何新莹, 王 朴, 尹 琛, 于 雷

        DOI: 10.11766/trxb202109170501

        摘要:

        耕地质量评价是掌握耕地质量现状、促进耕地资源可持续利用的基础。论文基于耕地“三位一体”保护的需要,综合考虑土壤质量、生态质量和管理质量,应用指标权重确定(Criteria Importance Though Intercriteria Correlation,简称CRITIC)法改进灰靶评价模型,提出了一种三重质量维度下的县域耕地质量评价新方法,并以赤壁市的耕地为例进行了实证。结果表明:有机质含量等17个指标能够较好地从土壤、生态、管理三个维度表征耕地多功能质量水平;赤壁市耕地质量处于中等偏上水平,靶心度的取值范围在0.66~0.85之间,耕地质量级别以二、三级为主,约占耕地总面积的80.49%;但耕地质量的区域空间差异较大;赤壁市耕地管理质量差异较小,土壤质量、生态质量对耕地综合质量的限制性较大,是制约耕地生产能力的主要质量维度;研究结果与现有的耕地质量等级评价结果基本一致,表明改进后的灰靶评价模型不仅赋权和评价过程更为客观,且利于测算耕地单维度质量,是对已有耕地质量评价方法的重要补充,旨在为新时代耕地多功能质量评价提供理论和方法借鉴。

      • 黄土区苹果园土壤剖面水、汽通量模拟研究

        万 华, 高晓东, 赵西宁, 杨 敏, 何娜娜, 杨 博

        DOI: 10.11766/trxb202107090356

        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。

      • 喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下集中流侵蚀水动力学特征

        曾荣昌, 张玉启, 何丙辉, 李天阳, 张海香

        DOI: 10.11766/trxb202107190368

        摘要:

        喀斯特槽谷区地表出露岩石与坡面成不同夹角显著改变地表集中水流特性,进而影响地表侵蚀过程。目前,不同岩石与坡面夹角下的坡面集中流侵蚀水动力特征动态变化过程还不清楚。通过室内模拟放水冲刷试验,研究了6个岩石与坡面夹角角度(30°、60°、90°、120°、150°、180°)、3个坡度(10°、15°、20°)、3个流量(5、7.5、10 L·min-1)组合条件下喀斯特槽谷区坡面土壤侵蚀率与水动力学变化过程。结果表明:在各岩石与坡面夹角下,随冲刷历时的推延,土壤侵蚀率(E)先波动性减小后逐渐趋于稳定,水流功率(ω)呈波动变化但趋势不明显,单位水流功率(Up)逐渐减小,水流剪切力(τ)和过水断面单位能量(ε)波动性逐渐增大;夹角150°时平均土壤侵蚀率(0.078 kg·m-2·s-1)最大,随着夹角增大,τ、ω和ε均呈先减小后增大,Up整体呈减小的变化趋势,各夹角下水动力学指标间差异均显著(P<0.05);E、τ、ω和Up随坡度和流量的增大而增大,ε随流量增大而增大,随坡度变化不明显;试验条件下,E与τ(R2=0.603)、ω(R2=0.600)和Up(R2=0.583)间的关系用幂函数方程描述较好,与ε间的关系则用线性方程描述较好(R2=0.294);相比而言,水流剪切力可更好地描述喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角坡面的土壤侵蚀率。研究结果为揭示喀斯特槽谷区不同岩石与坡面夹角下坡面集中水流侵蚀水动力学机制提供了理论依据。

      • 沼液替代化肥对稻田土壤节肢动物群落的影响*

        唐 琪, 曹 蕾, 钱建南, 汤逸帆, 申建华, 韩建刚

        DOI: 10.11766/trxb202109240513

        摘要:

        土壤节肢动物群落对施肥管理响应灵敏,是反映农田生态系统健康与稳定的重要指标。本文以江苏滩涂围垦稻田为例进行田间小区试验,研究沼液替代化肥(0%、33%、66%和100%)对土壤节肢动物群落在0~20 cm土层分布及多样性的影响。结果表明:各施肥处理下稻田土壤节肢动物优势类群均为前气门亚目(Prostigmata)、弹尾纲(Collembola)和甲螨亚目(Oribatida),其分别占总密度的45.44%、20%、13.38%。沼液替代化肥(即沼液与化肥配施)有利于提高土壤节肢动物密度、多样性指数和丰富度指数。当沼液替代化肥比例为66%时(施N总量为225 kg·hm-2),土壤节肢动物密度、多样性指数和丰富度指数均显著高于纯化肥(沼液替代化肥比例为0)处理(P<0.05);分别较纯化肥增加129.25%、8.67%和34.78%。相关性分析表明,土壤有机碳(TOC)和全氮(TN)是影响稻田土壤节肢动物密度的主要因子。

      • 人工腐殖化及产品在农业增产中的应用

        李舜尧, 齐学敏, 陈美骅, 杨蔚, 李玉成

        DOI: 10.11766/trxb202110080469

        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。

      • 利用植物气体交换参数确定萎蔫系数的方法

        周谷, 李秧秧, 樊军

        DOI: 10.11766/trxb202110140423

        摘要:

        萎蔫系数是确定土壤有效水范围、储量和对植物有效性的关键因子,但现有的基于植物形态变化测定的萎蔫系数存在生理意义不明确及难以在田间原位测定的缺陷。为此,本研究利用自然干旱下的盆栽试验,测定了2种土壤质地(黄土高原区黄绵土和南方丘陵区红壤)下4种植物(大豆Glycine max L.、向日葵Helianthus annuus L.、苜蓿Medicago sativa L.、羊草Leymus chinensis (Trin.) Tzvel)幼苗的萎蔫系数及叶片气体交换参数对土壤水分含量变化的动态响应过程,探讨了基于植物气体交换参数确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数的关系。结果表明:(1)土壤质地和植物抗旱性显著影响萎蔫系数,且影响在永久萎蔫时对应的土壤水势。4种植物在黄绵土下的萎蔫系数分别为0.083 cm3?cm-3(向日葵)>0.081 cm3?cm-3(大豆)>0.072 cm3?cm-3(羊草)>0.060 cm3?cm-3(苜蓿),在红壤下的萎蔫系数表现为0.188 cm3?cm-3(向日葵)>0.180 cm3?cm-3(大豆)>0.174 cm3?cm-3(羊草)>0.172 cm3?cm-3(苜蓿)。4种植物在红壤上的萎蔫系数均大于黄绵土,且植物抗旱性越强,其萎蔫系数越低。(2)利用三次函数模拟气孔导度变化确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数存在高度一致性。因此,萎蔫系数可基于植物气体交换参数进行间接估算。

      • 不同磷水平塿土的表面性质及其对磷素流失特征的影响

        胡良, 杜伟, 常博焜, 曹钢, 杨学云, 吕家珑

        DOI: 10.11766/trxb202107070349

        摘要:

        为明确不同磷水平塿土的表面电化学性质特征,阐明电解质浓度调控下塿土表面性质的变化及其与土壤磷素流失特征的内在关联,利用物质表面性质联合测定分析技术,结合降雨模拟试验,研究了长期定位配施磷肥条件下不同磷水平塿土的表面电化学性质及其对土壤磷素流失特征的影响。结果表明:(1)长期施磷处理下的塿土全磷含量为不施磷处理的2.46倍,但其表面电位、表面电荷密度、表面电场强度、比表面积以及表面电荷数量均低于不施磷处理塿土;(2)不同磷水平塿土均表现出土壤颗粒及磷素流失量随着土粒表面电位(绝对值)升高而加剧的趋势,颗粒态磷的累积流失量与土壤颗粒累积流失量间呈线性正相关;(3)由于低磷水平塿土表面电位(绝对值)相对较高,所受土壤颗粒间静电排斥力更大,导致土壤团聚体稳定性较差,土壤颗粒及其附着磷素累积流失量更多;(4)本实验条件下土壤中磷素流失以颗粒态磷为主,占流失总量的81%~99%,溶解态磷占比十分有限。本研究阐明了长期定位施磷处理对土壤表面电化学性质的影响,明确了表面性质变化与土壤颗粒及磷素流失特征的关系,为长期施磷土壤的环境风险防控提供了新思路。

      • 不同pH/离子强度时Cu/Cd复合污染土壤解吸和迁移特征

        李 静, 林 青, 徐绍辉

        DOI: 10.11766/trxb202108080413

        摘要:

        重金属污染土壤在用固化/稳定化技术修复后,若外部环境发生变化,失去活性的重金属会否再次释放出来并在土壤中迁移,造成污染风险,是一个值得探讨的重要科学问题。为揭示不同化学因素对污染土壤中重金属活化及迁移过程的影响,通过室内土柱实验,研究了不同离子强度、pH及阳离子类型(Ca2+、Na+)下Cu2+、Cd2+在土壤中的解吸及迁移行为。结果表明:总体而言,离子强度增大,Cu2+、Cd2+淋出浓度峰值也随之增大;此外,在CaCl2淋溶阶段,0.005、0.01、0.05、0.1 mol·L-1 CaCl2时,Cu2+、Cd2+解吸量依次增加,且Cd2+的解吸量高于Cu2+,而0.5 mol·L-1 CaCl2时抑制了Cd2+的解吸,且Cu2+的解吸量高于Cd2+。pH减小时,Cu2+、Cd2+解吸量增大,即偏酸性的环境有利于Cu2+、Cd2+的解吸;但从Cu2+、Cd2+浓度峰值来看,pH为3时的Cu2+、Cd2+浓度峰值反而小于pH为4、5时。Ca2+较Na+更有利于Cu2+、Cd2+的解吸,但在0.005 mol·L-1时,NaCl溶液更有利于Cu2+的解吸,并且去离子水淋溶阶段Cu2+浓度要高于CaCl2淋溶阶段;此外,离子强度为0.005、0.05和0.5 mol·L-1 NaCl的三种情况下均出现了土壤颗粒的出流,且0.05和0.5 mol·L-1 NaCl时,存在流速下降的现象。

      • 水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮分布的影响

        陈 露, 张海林, 易 军, 刘秀芸, 刘目兴, 李胜龙, 周 黎

        DOI: 10.11766/trxb202104150199

        摘要:

        选取水耕年限分别为2年、19年和>100年稻田,通过野外样品采集与室内分析相结合的方法,对比了稻田田内和田埂土壤物理性质与水-氮分布差异,揭示了水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮流失过程的影响机制。结果表明,耕作活动影响了稻田-田埂过渡区土壤容重、孔隙、土壤水分特征曲线和饱和导水率(Ks)等物理性质。随着水耕年限的增加,田内耕作层与田埂表土层、田内犁底层与田埂硬质层的容重差异增大;耕作层的中小孔隙(直径<0.03 mm)含量增加,其他土层的总孔隙和大孔隙(直径>0.3 mm和>0.03 mm)含量降低;田内土壤的Ks下降速度较田埂更快。在测定的吸力范围内(0~100 kPa),2年和19年的耕作层与表土层持水能力相近,而100年耕作层持水能力高于表土层;2年和100年的硬质层与犁底层持水能力相近,而19年硬质层持水能力更强;19年和100年田埂底土层持水能力较田内强。随着水耕年限增加,耕作层与表土层Ks差异减小,硬质层与犁底层Ks差异增加,2年、19年和100年硬质层的Ks分别是对应犁底层的1.10倍、6.90倍和6.32倍,100年田埂底土层的Ks明显高于田内。土壤物理性质的变化影响稻田-田埂过渡区的水-氮分布特征,主要表现为2年稻田的水-氮含量明显低于19年和100年稻田,且19年和100年稻田的水-氮在耕作层聚集。当水耕年限较短时,水-氮同时通过田内和田埂区域快速流失;随着水耕年限的增加,水-氮更易通过田埂发生渗漏。老稻田新修田埂的硬质层土壤会发生退化,再次成为水-氮快速流失位点。因此,对于耕作年限长的稻田,其田埂区域的水-氮渗漏更应引起重视。

      • 紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体组成及其碳氮的影响

        王 慧, 韩 上, 唐 杉, 程文龙, 卜容燕, 李 敏, 武 际, 王允青, 曹卫东

        DOI: 10.11766/trxb202106090303

        摘要:

        紫云英翻压还田是南方传统稻田土壤培肥增产的主要措施。依托连续12年田间定位试验,通过设置CK(不施化肥,紫云英不还田)、单施化肥(GM0)和4个梯度的紫云英翻压量(GM1-4)处理,分析连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体组分、团聚体中碳氮含量和储量,并通过傅里叶红外光谱测定各粒级有机官能团类型及相对含量,探讨连续多年紫云英翻压还田对土壤团聚体组分及其碳氮分布的影响。结果表明,在该土壤中粒级>2 mm土壤团聚体含量最高,占总量的61.12%~68.53%,其次是2~0.25 mm粒级团聚体。紫云英翻压还田较单施化肥处理提高了>2 mm粒级团聚体所占百分比(5.93%~9.91%)。紫云英翻压还田提高了粒级>0.053 mm团聚体中有机碳含量和各个粒级中全氮含量,其中粒级>0.25 mm团聚体的碳氮含量与紫云英翻压量之间呈现出显著正相关关系。紫云英翻压还田分别显著提高了19.42%~37.09%有机碳和22.31%~40.13%氮的总储量,其中粒级>2 mm团聚体中碳氮储量随着紫云英翻压量的增加而增加。>2 mm粒级团聚体中碳氮的分布也随着紫云英的翻压还田而增加。通过傅里叶红外光谱认为土壤各粒级团聚体中脂肪族有机碳和芳香族有机碳以及N-H官能团含量也随着紫云英翻压还田而增加,其中N-H官能团含量与紫云英翻压量之间呈现出显著的正相关关系。紫云英翻压还田同时提高了各团聚体中1 630/2 850+2 940和1 720/2 850+2 940相对比值,其中>2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体中1 630/2 850+2 940相对强度比值与紫云英翻压量之间均呈显著性相关关系。综上,紫云英翻压还田不仅有利于改善稻田土壤团聚体组分,增加有机碳和全氮在土壤团聚体中的储存,还提高了团聚体有机碳的活性和稳定性,从而有助于提升稻田土壤肥力。

      • 生物质炭改良酸性土壤的电化学特性研究

        杨彩迪, 刘静静, 卢升高

        DOI: 10.11766/trxb202106070300

        摘要:

        设置五种有机物料(水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、稻壳和竹子)制备的生物质炭改良酸性土壤的田间试验,以不施生物质炭为对照(CK),运用电化学阻抗谱法研究不同生物质炭对酸性土壤电化学特性的影响。结果表明,不同处理的等效电路拓扑结构一致,但电路元器件参数存在差异;Nyquist图表现为高频区圆弧和低频区斜线的形式,各曲线与横坐标的截距对应等效电路中土壤多孔层电阻R2,圆弧半径对应电荷转移电阻R3,Bode图中不同生物质炭改良酸性土壤的阻抗模值随频率增大整体呈减小趋势。采用Z-view软件拟合出等效电路图可知,不同生物质炭改良酸性土壤对各元件参数值的影响为孔隙溶液电阻R1减小,土壤多孔层电阻R2增大和电容C1减小,电荷转移电阻R3和扩散阻抗系数W增大,以及CPE-T值减小。其中,R1的减小表示土壤水溶性盐含量和CEC的增加;R2增大和C1减小表示土壤介质体系的导电能力降低;R3、W和CPE-T值的变化表示土壤体系的转移电荷能力降低和整体稳定性的提高。拟合参数值在一定程度上揭示了改良酸化对土壤pH和可溶性盐基离子含量的影响,同时丰富了电化学阻抗谱的研究范围。

      • 广义线性地统计模型在典型亚热带丘陵区数字土壤制图中的应用

        郝辰恺, 孙孝林, 王会利

        DOI: 10.11766/trxb202107290386

        摘要:

        数字土壤制图(DSM)在当前的应用越来越广泛,其方法主要包括环境相关模型、空间自相关模型,以及这些模型的混合模型。理论上,混合模型相对单一模型具有明显的优势。广义线性地统计模型(GLGM)也是一种混合模型,相对于最常用的混合模型——回归克里格(RK),又具有能加入随机效应来解决土壤变异的非平稳性等优势。然而,GLGM因计算繁琐等缺点,在国内外应用较少。本文以广西南宁高峰林场内一小面积(3.03km2)丘陵为研究区,以14个地形因子为预测变量,使用GLMM及其与普通克里格(OK)相结合的模型(GLGM),对土壤有机碳(SOC)、pH、黏粒和阳离子交换量(CEC)的空间分布进行预测,并与常用的多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、回归森林(RF)、普通克里格(OK)、RK和广义可加模型(GAM)进行比较。结果表明:GLMM在预测黏粒上准确度较高;GLMM和GLGM在预测CEC上准确度中等;GLMM和GLGM在预测SOC和pH上准确度较低。综合线性回归模型的调整决定系数、块金效应和全局莫兰指数,本文认为,当土壤属性与环境变量具有较低的线性回归调整决定系数(即小于5%)、土壤属性具有较弱的空间自相关性(即块金效应大于71%)和较强的局部空间变异(即全局莫兰指数小于0.09)时,GLMM和GLGM具有较高的适用性,例如本文中的黏粒。反之,GLMM和GLGM的适用性不好,例如本文中的SOC和pH。鉴于土壤空间变异的高度异质性和多尺度性,本文认为GLMM和GLGM具有较好的应用前景。但是,在未来的研究中还需要进一步研究如何提高GLMM和GLGM的模拟效率。

      • 广西富硒土壤中氧化铁对Se(Ⅳ)吸附解吸的影响机制

        黄金兰, 蒋代华, 王明释, 黄雪娇, 邓华为, 黄智刚, 邓羽松

        DOI: 10.11766/trxb202110250434

        摘要:

        为探究游离氧化铁对富硒土壤吸附解吸Se(Ⅳ)的影响机理,以广西富硒赤红壤、红壤为研究对象,通过等温吸附解吸实验,比较去除游离氧化铁前后土壤对Se(Ⅳ)的吸附解吸特征,同时运用Zeta电位、扫描电镜-能谱分析和傅里叶红外光谱技术分析其机理。结果表明:Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地拟合供试土壤吸附Se(Ⅳ)过程,相关系数在0.920~0.995之间。供试土壤最大吸附量顺序为:赤红壤(1 399 mg·kg-1)>红壤(1 336 mg·kg-1)>去氧化铁赤红壤(444 mg·kg-1)>去氧化铁红壤(352 mg·kg-1)。去除游离氧化铁后,红壤、赤红壤的Zeta电位分别由-24.42、-18.06 mV变为-33.06和-26.43 mV,且比表面积减小。红壤、赤红壤及其去氧化铁土对Se(Ⅳ)的解吸率在2%~7%之间,去氧化铁土的解吸率高于红壤、赤红壤。红外光谱分峰拟合分析可知,土壤主要通过-OH、Fe-O、C=O等含氧基团与硒发生反应,土壤去除氧化铁后,Fe-O在吸附中的作用减弱或消失。综上分析可知,游离氧化铁可通过自身理化特性及表面基团提高土壤对Se(Ⅳ)的吸附容量和强度,减少土壤对Se(Ⅳ)的释放。

      • 不同区域旱地土壤氨挥发过程同位素δ15N变化规律

        李淼, 遆超普, 彭凌云, 陶莉敏, 白潇, 李承霖, 孟磊, 颜晓元

        DOI: 10.11766/trxb202110190563

        摘要:

        大气氨(NH3)是PM2.5形成的重要前体物,明确和量化农田等排放源对大气NH3的贡献,是大气污染治理的基础。农田NH3挥发是大气NH3的重要来源之一,氮同位素自然丰度(δ15N)特征可以用来定量溯源大气NH3的来源,但目前对于农田土壤NH3挥发全过程δ15N值动态变化规律的研究比较缺乏,且农田土壤NH3挥发受土壤性质等不同因素的影响,会直接或间接地影响NH3挥发的δ15N值,进而影响溯源结果。旱地土壤NH3挥发在我国农田NH3挥发中占主导地位,本研究选取我国4个不同区域旱地土壤(辽宁北票、河南新乡、河北唐山、西藏林芝),添加尿素后在受控条件下采用海绵吸收法开展了为期15天的室内培养试验,通过化学转化法测定了不同区域土壤NH3挥发全过程δ15N值并观察其变化规律。结果表明,辽宁北票、河南新乡、河北唐山、西藏林芝的土壤NH3挥发过程δ15N值变化范围分别为-26.14‰~-5.57‰、-31.92‰~-26.31‰、-24.41‰~-3.11‰、-29.17‰~-2.20‰,均值分别为-21.74±1.89‰、-29.31±1.72‰、-19.82±2.04‰、-23.25±2.16‰。不同区域旱地土壤NH3挥发过程δ15N值的特征存在差异,新乡土壤的δ15N-NH3值持续升高,而北票、唐山和林芝土壤的δ15N-NH3值出现先降低后升高的趋势。土壤性质、NH3挥发速率是影响NH3挥发δ15N值的主要因素,其中土壤pH、NH3挥发速率和累积损失量与δ15N-NH3值显著负相关;另外,同位素分馏效应对δ15N-NH3值也有一定的影响。本研究结果可为大气NH3的定量溯源提供更好的支撑。

      • 香蕉根际土壤原生动物群落特征及与枯萎病病原菌的关系

        任翔宇, 刘满意, 孙铭泽, 杨劲明, 王蓓蓓, 李荣

        DOI: 10.11766/trxb202107140361

        摘要:

        香蕉枯萎病由病原真菌尖孢镰刀菌4号生理小种引起,其根际微生物组是抵御病原菌入侵的关键屏障。根际原生动物群落在根际微生物群落调控以及植物健康方面有不可忽略的作用。利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析连作蕉园中植株发病前后根际土壤原生动物群落特征变化以及其与病原菌的相互关系。结果表明:相比于可培养细菌与真菌,原生动物的数量对病原菌的种群数量变化的影响更大;根际原生动物的群落多样性与丰富度都随植株生长而降低,且在发病植株中更低;抽蕾前后的健康与发病植株中根际原生动物群落结构存在显著差异;总体上,吞噬型原生动物的相对丰度显著高于其他功能类型的原生动物,且在健康与发病植株中差异显著;吞噬型原生动物中与病原菌具有显著相关性的多为丝足虫门;在抽蕾期的健康植株中,丝足虫门的高丰度属中Group-Te与Cercomonas属与病原菌呈显著负相关;在抽蕾期的患病植株中,相对丰度较高的植物致病型原生动物Pythium属与病原菌呈显著正相关。综上所述,根际土壤中原生动物对病原菌的影响较大,在植株生长过程中,原生动物的群落特征发生改变,且在发病与健康植株中存在差异。与病原菌具有显著负相关的吞噬型原生动物,尤其是丝足虫门的部分高丰度属,可能会在防控香蕉枯萎病上产生一定潜力。

      • 海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物的影响

        李高洋, 黄永相, 吴伟健, 陈艺杰, 张伟健, 罗舒文, 李慧君, 黄枫城, 蔺中, 甄珍

        DOI: 10.11766/trxb202109170340

        摘要:

        滨海盐碱地的特殊环境严重限制了土壤氮素转化和利用。微生物介导的水稻根际氨氧化过程是盐碱稻田土壤氮循环的关键过程,但限于研究盲点和技术不足,海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物群落结构的影响仍少有报道。据此,本研究以“海稻86”为研究对象,分别设置低盐浓度(2 g?kg-1)和高盐浓度(6 g?kg-1)两组处理进行盆栽试验。结果显示:种植海水稻70 d后,高盐和低盐处理根际土壤的pH分别下降了0.82和0.70个单位,土壤有机质(SOM)含量下降了6.41和4.46 g?kg-1,腐殖质(HU)含量提高了5.76和4.45 g?kg-1,全氮(TN)含量减少0.46和0.37 g?kg-1,表明海水稻可通过降低盐碱地土壤pH,加速有机质分解转化,提高土壤氮循环速率。水稻根际作用可显著提高土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物呼吸强度,并在种植第55天达到最高,在高盐处理中分别达到850.0 mg?kg-1、72.2 mg?kg-1和231.9 mg?kg-1?d-1,低盐处理中达到546.1 mg?kg-1、53.7 mg?kg-1和171.2 mg?kg-1?d-1,说明水稻根际作用对土壤微生物数量和活性的影响在55 d最强。海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰富度、多样性和丰度无显著影响,AOA优势菌为norank_c__environmental_samples_p__Crenarchaeota、unclassified_k__norank_d__Archaea和Nitrososphaera。海水稻根际效应显著提升了滨海盐碱地土壤氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)丰富度和多样性,提高土壤AOB优势菌environmental_samples_f__Nitrosomonadaceae和Nitrosospira的丰度。相关性分析发现environmental_samples_f__Nitrosomonadaceae和Nitrosospira与土壤pH呈显著负相关,与腐殖质呈显著正相关。本研究结果表明种植海水稻可提高滨海盐碱地养分循环,并且在酸性土壤中耐盐碱水稻根系效应主要影响AOB的群落结构。

      • 还原态蒙脱石结构Fe(II)催化水铁矿转化特性及影响因素

        廖文娟, 彭薇, 吴聪, 宁雅琪, 王帅, 崔浩杰

        DOI: 10.11766/trxb202111020410

        摘要:

        还原条件下土壤中Fe(II)催化水铁矿转化在调控营养元素和污染物的生物地球化学过程中具有重要作用。然而,作为土壤中Fe(II)存在的主要形态之一,蒙脱石结构中Fe(II)催化水铁矿转化的特性及其影响因素目前尚不清楚。本文以化学还原的蒙脱石为研究对象,探究了还原态蒙脱石(rSWy-2)结构中Fe(II)催化水铁矿转化的特性及其影响因素。结果表明,贫铁的蒙脱石结构中Fe(II)可催化水铁矿向纤铁矿转化,反应96 h后水铁矿转化量达到83.3%。X射线衍射(XRD)、高分辨透射(HRTEM)、球差电镜(STEM)和表面吸附态Fe(II)含量分析表明,rSWy-2结构Fe(II)催化水铁矿转化主要经历矿物间固相吸附、电子传递和水铁矿转化三个阶段。形成纤铁矿呈板状纳米片,尺寸大小为100~200 nm。溶液中Na+和Cl-离子对rSWy-2催化水铁矿转化影响较弱,而Ca2+、SO42-、有机质和As(III)均对水铁矿转化具有明显的抑制作用。

      • 不同土地利用方式下土壤动物对凋落物的分解作用及影响因素

        袁访, 邓承佳, 唐静, 宋理洪

        DOI: 10.11766/trxb202110090441

        摘要:

        土壤动物通过掘穴、取食等活动对凋落物分解起着重要作用。除凋落物本身质量外,气候因子是影响土壤动物对凋落物分解的重要外界因素。然而,目前尚不清楚不同土地利用方式下土壤动物在凋落物分解中的贡献大小是否具有差异,以及气候因子对这一过程的调控作用是否相同?本文运用Meta分析方法,量化土壤动物群对凋落物分解率的影响大小,提取了中国地理范围内56篇文献的308条研究(检索论文发表时间截止2021年5月31日),研究气候因子调控不同土地利用方式下土壤动物对凋落物分解速率的影响。结果表明,土壤动物平均增加了8.10%凋落物的分解。在林地、草地和耕地等不同土地利用方式间,土壤动物对凋落物分解的促进作用均达显著水平(P < 0.01),其中在耕地的促进作用最强(12.36%)。土壤动物对凋落物分解的效应值与温度、降雨量、海拔、凋落物袋尺寸、试验时长等因素相关。在林地,土壤动物的效应值随低温月(1月)、高温月(7月)平均温度及年均温的增加显著增加(P < 0.01);在草地,土壤动物效应值与低温月、高温月平均温度及年均温的相关关系均不显著(P > 0.05),但却表现出随低温月、高温月平均温度及年均温的增加降低的趋势。土壤动物对凋落物分解的效应值与年降水量正相关,与海拔负相关。此外,随凋落物袋尺寸的增加和试验时长的增长,土壤动物对凋落物分解的效应值分别表现出增加和降低的趋势(P < 0.01)。

      • 玉溪市100m级植烟土壤质地品质的区划研究

        谢新乔, 陆俊平, 田育天, 杨继周, 李湘伟, 孙维侠, 宋正姗, 史学正

        DOI: 10.11766/trxb202109280526

        摘要:

        开展以质地为关键因子的高精度植烟土壤区划,对综合提升区域烟叶品质具有现实指导意义。本研究以云南省玉溪市植烟区为研究对象,利用云南省、地市和县级土种志所记录的玉溪市土壤剖面数据为基础,并结合GIS技术和地统计学等方法,对玉溪市植烟土壤质地品质进行高精度区划。建立了玉溪市100 m级土壤质地数据池,对烟草区划的土壤关键因子土壤质地进行了科学地品质等级划分,结果表明,玉溪市适宜植烟的土壤质地品质差异较大,按土壤质地品质分级一等~五等的面积比例分别为9.87%、36.08%、11.7%、21.38%和20.97%,其中,最适宜植烟的一等土壤主要分布在峨山和华宁县,面积分别为26.2km2和25.2 km2,较适宜的二等主要分布在新平、元江和江川,面积分别为87 km2、58.6 km2和55.5 km2。不同海拔高度上的植烟土壤质地品质存在较为明显的差异,海拔1 600~2 000 m是玉溪烟叶主产区和优质植烟土壤质地主要分布区。玉溪市100 m级土壤质地空间分布图,详细程度达到村镇尺度,极大地提高了植烟区划精度及其实用性。研究结果可为优质烟叶生产及其长期规划布局和科学管理提供理论依据。

      • 长期不同施肥对潮土磷素吸附特征的影响

        杨 娇, 信秀丽, 钟新月, 丁世杰, 张先凤, 任国翠, 朱安宁

        DOI: 10.11766/trxb202108060406

        摘要:

        土壤磷素是限制潮土生产力提高的重要营养元素。研究不同施肥处理磷素的吸附特征及其与土壤理化性质的关系,可以为提高潮土磷素有效性和合理施肥提供科学依据。本研究基于封丘长期定位施肥试验,选用七种处理:不施肥(CK)、氮钾施肥(NK)、氮磷施肥(NP)、磷钾施肥(PK)、氮磷钾施肥(NPK)、1/2有机肥+1/2氮磷钾(1/2OM)和有机肥(OM),通过测定土壤理化性质和磷素吸附量,利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合了吸附曲线,并结合方程计算了最大吸附量(Qm)、亲和力常数(K)、最大缓冲能力(MBC)、吸附饱和强度(DPS)、Freundlich吸附常数(a)和吸附指数(b);运用相关分析和冗余分析(RDA)探讨了影响土壤磷素吸附特征变化的主要因素。结果表明:随着平衡溶液磷浓度的增加,不同施肥处理的磷素吸附量均表现出先快速增加,后缓慢增加的趋势。与CK和NK处理相比,NP、PK和NPK处理的磷素吸附能力增强,Qm和MBC分别增加了15.62%~23.60%和2.94%~23.46%;而1/2OM和OM处理的磷素吸附能力下降,K和MBC分别降低了39.60%~49.57%和36.09%~56.15%。相关分析和RDA结果表明:有机质(SOM)、pH、游离氧化铝(Ald)和C/P是影响潮土磷素吸附特征的主要因素。此外,1/2OM处理的DPS值相较于OM处理降低了30.92%。长期有机无机肥料配施可以增加有机质含量,降低磷素吸附能力,且相较于单施有机肥可以减少磷素流失风险。

      • 氮形态和磷肥对红壤玉米根际解磷微生物群落和磷酸酶活性的影响

        郭龙, 冯童禹, 薛壮壮, 王超, 沈仁芳

        DOI: 10.11766/trxb202108250454

        摘要:

        较低的土壤磷素有效性限制了酸性红壤生产潜力提升。作为磷素活化的主要执行者,解磷微生物对施肥和根际作用的综合响应尚不清楚。以玉米为试验材料,设置磷肥水平(施磷和不施磷)与不同氮形态(铵态氮肥和硝态氮肥)的交互试验,使用编码酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的微生物phoC和phoD基因作为分子标记物,研究了施肥和根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能微生物群落的影响。结果显示,根际作用显著提高了土壤磷酸酶活性,且作用强度大于氮形态和磷肥水平。氮形态、磷肥水平和根际作用均显著影响phoD细菌操作分类单元(OTU)数目和香农指数,然而仅有氮形态和根际作用影响phoC细菌OTU数目。根际作用对phoC和phoD细菌群落组成结构的影响程度显著高于氮形态和磷肥水平,而且对phoD细菌群落的作用更明显。根际磷酸酶活性提高与土壤有机质增加密切相关。phoC细菌群落组成和结构的变化主要与根际养分变化有关,而phoD细菌群落结构的变化可能是根系分泌物和养分变化共同作用的结果。总体而言,玉米根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能细菌群落的影响大于氮形态和磷肥水平,但是其作用强度一定程度上依赖于上述施肥措施。

      • 微咸水冰体融出水质及基于HYDRUS-1D的 土壤淋洗特征研究

        王瑞琪, 栗现文, 郑 哪, 江思珉, 陈俊英, 严宝文, 何雨江

        DOI: 10.11766/trxb202105250272

        摘要:

        为揭示微咸水结冰融水时咸淡分离状况及对盐渍土盐分的淋洗效应,通过室内融冰试验研究不同解冻温度(10 ℃、15 ℃) 和矿化度处理 (纯净水、0.5 g·L-1、2 g·L-1、4 g·L-1) 冰体的融化速度及融出水质,并借助HYDRUS-1D模型,模拟分析了不同处理融出水与微咸水直接入渗对剖面土壤盐分的淋洗效果差异。结果表明:微咸水冰体咸淡分离效果明显,各处理下的微咸水冰体融出淡水体积占比均超75 %,矿化度越小融出淡水体积越大;微咸水冰体先咸后淡融出水入渗对盐渍土中的盐分有较好的淋洗效果,优于相同矿化度的微咸水直接入渗处理;10 ℃处理微咸水冰融出水对盐渍土的淋洗效果要好于15 ℃处理。研究结果对于探索内陆干旱区地下微咸水资源利用及新的非生育期节水控盐模式具有一定的指导意义。

      • 中国主要旱作粮食耕地土壤钾素的时空演变特征

        柳开楼, 都江雪, 马常宝, 曲潇琳, 韩天富, 刘淑军, 李亚贞, 李冬初, 张会民

        DOI: 10.11766/trxb202109080399

        摘要:

        以小麦和玉米等旱作粮食为主的旱地是我国重要的耕地类型,其对国家粮食安全和稳定发挥着极其重要的作用。基于全国耕地质量监测数据库,分析了1988—2007年和2008—2018年间全国及不同区域主要旱作粮食耕地的钾肥投入量、土壤速效钾和缓效钾的时空演变规律,并探讨了土壤速效钾与缓效钾的量化关系。结果表明,1988—2018年全国主要旱作粮食耕地的化肥钾、秸秆钾和总钾的年均投入量(K2O)均保持在较为稳定的水平,年均投入量分别为125 kg?hm-2?a-1、148 kg?hm-2?a-1和273 kg?hm-2?a-1。在不同区域间均呈现出华北和东北的钾肥投入量显著高于其他区域的趋势。与1988—2007年相比,2008—2018年东北、华北、华东和西南的总钾年均投入量增加了4.22%~23.8%,而西北则略有降低。在1988—2018年,全国主要旱作粮食耕地土壤速效钾和缓效钾分别为139 mg?kg-1和665 mg?kg-1,与1988—2007年相比,2008—2018年的土壤速效钾和缓效钾分别提高了15.1%和6.72%。在不同区域间,土壤速效钾以西北和东北较高(大于150 mg?kg-1),而华北和华东较低(136~149 mg?kg-1),西南最低(116 mg?kg-1),与1988—2007年相比,2008—2018年华北、华东、西北和西南的土壤速效钾分别提高了15.7%、17.7%、4.16%和34.5%,土壤缓效钾分别增加了8.95%、2.15%、5.71%和4.19%,而东北则略有降低。线性方程表明,随着土壤速效钾的提高,2008—2018年土壤缓效钾的增加量(14.2 mg?kg-1)明显高于1988—2007年(7.23 mg?kg-1),同时,不同区域间的拟合方程也表明,随着土壤速效钾的增加,1988—2018年东北、华东和西北的土壤缓效钾增加量明显高于华北。因此,在全国耕地质量监测平台上,与1988—2007年相比,2008—2018年全国和大部分区域主要旱作粮食耕地的土壤速效钾和缓效钾均显著增加。土壤速效钾与缓效钾的线性关系为快速估算缓效钾含量提供了技术参考,但不同试验阶段和区域内拟合方程存在差异,建议不同区域应因地制宜,综合土壤速效钾和缓效钾含量精准划分土壤供钾能力等级,从而为实现藏钾于地的目标奠定基础。

      • 微生物介导的农业土壤氧化亚氮减排研究进展

        申卫收, 熊若男, 张欢欢, 杨思琪

        DOI: 10.11766/trxb202106170315

        摘要:

        氧化亚氮(N2O)是一种在大气存留时间长且破坏臭氧层的重要温室气体。农业土壤源N2O是其重要来源,具有产生路径广、影响因素多、调控复杂等特点。减少农业土壤N2O排放一直是研究的热点。含有N2O还原酶的N2O还原细菌能将N2O还原为氮气(N2),这是目前已知的微生物还原N2O唯一的汇。直接应用微生物减少农业土壤N2O排放是一种新兴的减排技术。本文详细阐述了农业土壤N2O的生物源与汇,重点论述了N2O减排微生物的筛选及应用策略。综述了微生物介导的农业土壤N2O减排的两种微生物生态学机制:一种是利用含有nosZ基因的N2O还原细菌直接减少N2O排放,另一种是利用能改变N2O还原细菌群落组成和丰度及其活性的植物根际促生菌间接减少N2O排放。最后,讨论了影响微生物介导的农业土壤N2O减排的环境因素及可能存在的问题,并对该技术在减少农业土壤N2O排放中的应用进行展望。本文可为我国实现农业碳中和的战略目标提供重要技术参考。

      • 基于模糊数学(Fuzzy)法的中国水稻土肥力质量近30年的时空变化特征

        韩天富, 柳开楼, 马常宝, 王慧颖, 曲潇林, 于子坤, 谢建华, 张会民

        DOI: 10.11766/trxb202107050343

        摘要:

        基于农业农村部在我国主要稻区的长期定位监测数据(1988—2017年),采用模糊数学(Fuzzy)法对水稻土肥力质量进行评价,并结合地统计学和机器学习,阐明我国水稻土肥力质量时空变化特征及其影响因素。近30 a来全国稻区土壤肥力质量呈显著上升趋势(P<0.05),从前期(1988—1999年)至中期(2000—2009年)和从中期至近期(2010—2017年),全国稻田土壤肥力指数(SFI)分别平均增加了6.9%和17.7%。各稻区SFI阶段性变化特征存在差异,西南和长江中游稻区呈前慢后快的显著上升趋势(P<0.05),华南和长江三角洲(长三角)稻区呈前快后稳的上升趋势,东北稻区呈前降后升的变化趋势。近期全国稻田SFI呈现北高南低、东高西低的分布特征,SFI超过全国平均值(0.61)的区域占50.2%。与中期相比较,近期全国稻区SFI总体呈上升趋势,SFI增加的区域占69.3%。各稻区在前期和中期(东北稻区的中期除外)均表现为土壤有机质和全氮影响SFI变化的相对重要性占比(19.4%~60.3%)远大于其他指标(0.1%~13.3%)。至近期,所有稻区各指标影响SFI变化的相对重要性占比差距缩小(7.4%~26.8%),土壤有效磷和速效钾及土壤pH(东北稻区pH除外)等指标的相对重要性增加,其中长江中游稻区土壤有效磷含量的相对重要性增至最大,但各稻区仍均以土壤全氮和有机质含量的相对重要性较大。综上,应综合考虑不同阶段和不同稻区土壤肥力质量时空差异特征及其关键肥力指标相对重要性的变化,针对性地优化施肥措施,防治水稻土酸化,以改善和提高水稻土肥力质量。

      • 肥力梯度红壤上不同形态氮库对玉米吸氮量的贡献

        邹洪琴, 李德近, 任科宇, 王伯仁, 蔡泽江, 徐明岗, 段英华

        DOI: 10.11766/trxb202108060408

        摘要:

        不同形态的土壤氮素是作物吸收氮素的主要来源,而土壤肥力不仅影响氮素的含量,也影响氮素的有效性,进而影响作物对氮素的吸收利用。明确不同肥力红壤中各形态氮素的变化及其对作物吸氮量的贡献,可为阐明氮素循环机制和沃土培肥提供理论依据。2019年5月在湖南祁阳红壤实验站选取低肥力、中肥力和高肥力红壤进行田间微区试验,设置不施氮(N0)和常规施氮(N1)两个处理。分析了2020年玉米(该试验的第三季作物)种植前和收获后土壤矿质氮(MN)、固定态铵(FN)、微生物生物量氮(MBN)和可溶性有机氮(SON)含量的变化及其与玉米地上部吸氮量的关系,并通过结构方程模型(SEM)建立了各形态氮库与吸氮量的关系模型。结果发现,N0条件下高肥力土壤的籽粒产量约为中肥力土壤的4.6倍,但在N1条件下,高肥力土壤的玉米产量和生物量与中肥力土壤无显著差异,但其吸氮量显著高于中肥力土壤。与种植前相比,N0条件下,收获后中肥力土壤FN含量显著提高了63%,低肥力和高肥力土壤分别增加了47%和11%。与其相反,土壤MN、MBN和SON含量均有所降低。土壤MN含量降低了0.4~4 mg?kg-1;MBN降低了18%~44%且土壤肥力间无显著差异;SON减少了55%~84%。N1条件下,土壤MN含量降低了约22~38 mg?kg-1; MBN降低了32%~72%;而SON的减少量在高肥力土壤中可达99 mg?kg-1,分别为中肥力土壤和低肥力土壤的2.0倍和9.3倍。相关分析结果表明,地上部吸氮量与MBN、SON和NH4+-N减少量存在显著正相关关系。结构方程模型结果进一步表明,SON和NH4+-N直接影响吸氮量,MBN通过影响SON和MN间接影响玉米地上部吸氮量。总体而言,SON和MBN可直接或间接影响玉米对氮素的吸收利用,是土壤中重要的氮素存在形态,应进一步加强对其形态转化的机制研究,可促进红壤培肥和氮素高效利用。

      • 磷水平调控内生真菌枫香拟茎点霉与水稻相互作用的研究

        陈曼, 张杨, 白亚男, 戴传超

        DOI: 10.11766/trxb202108030397

        摘要:

        内生真菌枫香拟茎点霉B3(Phomopsis liquidambaris,B3)能够与水稻建立互惠互利关系,但是两者之间的互作关系是否会受到土壤中有效磷含量的影响尚不清楚。本研究以水稻-B3共生体系为研究对象,在低磷(LP)、中磷(MP)、高磷(HP)三个磷水平中分别设置未接菌组(E-)、接菌组(E+),共六个处理,探讨在室外盆栽试验与温室试验下,不同磷水平对植物-内生真菌互作关系的影响。室外盆栽试验表明,在低磷水平下,接种B3显著促进水稻生长,水稻产量提高7.05%;在中高磷水平下B3对水稻生长的作用减弱。为排除土壤中复杂环境的影响,设计温室试验,结果表明,在低磷水平下,与未接种处理相比,接种B3的水稻根冠比提高22.48%,磷含量增加39.98%,同时,B3显著增强叶绿素的含量以及水稻根部蔗糖、葡萄糖、果糖积累量,然而,低磷环境会限制B3在水稻根部的定殖量;在中磷和高磷水平下,B3定殖量高但对水稻的促生作用减弱。以上结果表明,在低磷水平下,B3与水稻之间是低丰度互作平衡关系,在该条件下,B3在水稻根部的定殖量低但能显著促进水稻生长;而在中高磷水平下,B3与水稻是高丰度互作平衡关系,B3在水稻根部定殖量高,虽然没有促生作用但可能具有其他优势。本研究有利于解释磷是否以及如何影响内生真菌与水稻的互作关系。

      • 武陵秦巴山区不同母质植烟土壤抗酸化性能研究

        时仁勇, 王昌军, 闫静, 来宏伟, 陈振国, 李德成, 徐仁扣, 孙敬国

        DOI: 10.11766/trxb202107010339

        摘要:

        为探究武陵秦巴山区烟田土壤的抗酸化性能及其影响因素,分别采集区域典型母质发育黄棕壤和黄壤,比较不同母质发育土壤的酸缓冲容量差异,结合模拟酸化实验对不同土壤的潜在酸化风险进行了初步评估。结果表明,土壤初始pH和母质类型均显著影响土壤酸缓冲容量大小。除硅质岩发育黄棕壤外,酸性土壤的酸缓冲容量较相同母质发育的中性土壤低22%~81%。在中性土壤中,碳酸盐类母质发育黄棕壤和黄壤含有较多碳酸盐,酸缓冲容量分别较硅质岩类母质发育黄棕壤和黄壤高44%和16%。酸性黄棕壤和黄壤则呈相反趋势。模拟酸化结果表明,酸缓冲容量较高的土壤,在外源酸输入时,土壤pH下降较为缓慢,土壤溶液铝和交换性铝增幅相对较小,潜在酸化风险较低。12种供试土壤中,泥质岩发育的酸性黄棕壤酸缓冲容量最低,仅为11.79 mmol?pH-1?kg-1,对外源酸极度敏感,潜在酸化风险最高。在武陵秦巴山区不同母质发育土壤中,需重点关注泥质岩发育黄棕壤酸度的变化,并采取有效措施增强其抗酸化性能,降低土壤酸化风险。

      • 西南某矿区土壤重金属的人体生物有效性及健康风险评估

        保欣晨, 马娇阳, 徐武美, 王豪吉, 王成尘, 向萍

        DOI: 10.11766/trxb202107200287

        摘要:

        利用生物可给性修正后土壤重金属经口摄入的人体健康风险值也可能被高估,而应用体内实际摄入剂量(生物有效性)作为健康风险评价指标将更为准确,但是基于生物有效性的矿区土壤重金属污染健康风险评估报道较少。以云南文山某矿区为研究对象,分析了5个土壤样点中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)和铜(Cu)的含量,通过体外消化法测定了4种重金属的生物可给性,并结合BALB/c白变种实验室小鼠实验分析了重金属Cd的相对生物有效性(RBA),基于此探讨该矿区土壤重金属Cd、Pb、Zn和Cu对人体产生的健康风险。结果表明,本研究区域土壤Cd污染较为严重,含量为2.06 mg?kg?1。四种重金属的生物可给性在胃相中的范围分别为24.29%~50.55%、7.68%~17.87%、24.61%~32.18%、7.75%~37.87%,在肠相中分别下降至22.78%~44.32%、1.64%~5.22%、14.10%~28.11%、8.51%~31.49%。动物实验测得的Cd在肝脏中RBA为1.31%~48.39%,肾脏中为2.83%~8.58%,肝和肾复合器官中为4.60%~50.95%,且肝和肾复合器官是测定Cd-RBA较为理想的靶器官。基于目标重金属总量、生物可给性和生物有效性对该场地土壤进行的健康风险评估发现,利用生物可给性和生物有效性数据的人体健康风险评估显著低于基于总量的健康风险评估。综上,基于土壤中重金属总量的健康风险可能存在高估现象,建立基于人体生物有效性的健康风险评估方法将更为准确。

      • 田间老化生物质炭减缓稻麦轮作系统土壤N2O排放能力降低的机理

        朱爽阁, 张前前, 徐昕彤, 毕瑞玉, 宋燕凤, 熊正琴

        DOI: 10.11766/trxb202108250452

        摘要:

        作为一种重要的土壤调节剂,生物质炭在固碳减排,尤其在氧化亚氮(N2O)减排方面的作用日益突出。本研究通过田间定位试验,分析稻麦轮作体系新鲜和田间不同时间老化生物质炭对N2O排放的影响,旨在明确生物质炭对田间N2O排放的持续效应及其作用机理。试验共设置5个处理,分别为CK(不施氮肥和生物质炭)、N(施氮肥)、NB0y(氮肥+新鲜生物质炭)、NB2y(氮肥+2年老化生物质炭)和NB5y (氮肥+5年老化生物质炭),动态监测稻麦轮作周期N2O排放,测定水稻和小麦收获后土壤理化性质和氮循环功能基因丰度。结果表明,生物质炭显著降低土壤N2O累积排放量32.4% ~ 54.0%,且表现为NB0y> NB2y> NB5y。与N处理相比,NB0y, NB2y 和NB5y处理显著提高土壤pH值0.6 ~ 1.2个单位、土壤有机碳(SOC)含量21.4 % ~ 58.6%、硝态氮(NO3--N)含量1.7% ~ 31.3%,对土壤pH改善能力随着生物质炭老化而下降。生物质炭处理显著提高nosZ基因丰度54.9% ~ 249.4%,土壤 (nirS+nirK)/nosZ比值随着生物质炭老化而增加。相关性分析表明,土壤N2O累积排放量与pH值呈显著负相关,与NO3--N含量和amoA-AOB(氨氧化细菌)丰度呈显著正相关。因此,新鲜和田间不同时间老化生物质炭均能显著改善土壤理化特性,降低土壤 N2O排放且新鲜生物质炭的作用效果优于老化生物质炭。土壤NO3--N 含量及(nirS+nirK)/nosZ比值的增加,是导致老化生物质炭减排N2O能力降低的主要原因。

      • 常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

        朱小莉, 黄琼, 宋开付, 马静, 张广斌, 徐华

        DOI: 10.11766/trxb202107050347

        摘要:

        甲烷的减排问题早已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO2/H2还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚缺乏研究报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH3F,2%)抑制法,量化了CO2/H2产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO2/CH4)),从而定量评估了乙酸产甲烷途径的相对贡献率(?乙酸)。结果表明:添加CH3F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22 ~ 12.71 μg·g-1·d-1 ;产生CH4的δ13C值(δ13CH4)为-66.83‰ ~ -59.62‰,较添加CH3F的δ13CH4显著偏正(-90.83‰ ~ -82.26‰);α(CO2/CH4)在分蘖期最大,孕穗期最小,变化范围为1.064 ~ 1.076;?乙酸由分蘖期的54% ~ 61%急剧下降到孕穗期的30% ~ 35%,在成熟期又上升到54% ~ 61%。进一步分析发现:甲烷产生潜力的季节变化与土壤溶解性有机碳(DOC)含量的季节变化显著正相关,?乙酸的季节变化与土壤乙酸含量的季节变化显著正相关。综上,常年淹水稻田的甲烷产生潜力和产生途径均存在明显的季节变化,且分别主要受土壤DOC和乙酸含量的影响。

      • 典型水稻土细菌亚类群—泛化种、特化种的群落构建及功能潜力

        刘红涛, 胡天龙, 王 慧, 张燕辉, 郭世伟, 谢祖彬

        DOI: 10.11766/trxb202105310284

        摘要:

        泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土细菌泛化种和特化种的群落结构、驱动机制及在氮循环中可能的功能,本研究根据第二次土壤普查数据,从我国东部(安徽、江苏、上海)和西南部(云南、贵州)采集16个土壤表层样品(0~20 cm),进行理化性质测定和高通量测序,并对获得的数据进行相应的生态学分析。结果表明,在所有的OTUs中,3.28%被归为泛化种,9.07%被归为特化种。泛化种和特化种在门水平的分布模式不同,特化种在绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、厚壁菌门(Firmicutes)和浮霉菌门(Planctomycetes)中所占的比例高于泛化种。基于β多样性零模型的群落构建分析表明,泛化种与特化种均由确定性过程主导,与特化种相比,泛化种受随机性过程的影响更大。驱动泛化种和特化种群落结构变异的环境因子不同,pH、年均降雨量、黏粒含量、全氮是驱动泛化种群落结构变异的主导因素,而特化种群落结构变异由pH和黏粒含量主导。对泛化种和特化种的共现网络和鲁棒性分析发现,特化种网络联系更多、结构更复杂、鲁棒性更强。FAPROTAX功能预测发现,生物固氮功能主要存在于泛化种中。本研究在细菌亚群落层面研究典型水稻表层土细菌泛化种和特化种的群落结构、环境驱动因子、构建过程、共现网络特性和氮循环相关功能,为稻田细菌群落演变和调控提供了理论依据。

      • 落干过程对土壤-水稻系统镉和砷形态及有效性的影响

        张雨婷, 朱奇宏, 黄道友, 田应兵, 许 超, 朱捍华, 何 磊, 王 伟, 张 泉

        DOI: 10.11766/trxb202105190264

        摘要:

        通过盆栽试验,在水稻分蘖盛期土壤水分落干过程的第0、3、5、7 天进行连续性取样,研究干湿交替的落干(“氧化”)过程中镉、砷在土壤-水稻系统中的迁移转化动态规律。结果表明:落干过程中水稻各部位镉含量随着落干天数的延长而增加,落干后第5 天水稻根内和茎叶镉含量较落干0 d处理分别提高了109%和183%(P<0.05);而水稻根内砷含量随着落干天数的延长先减少后增加,与落干0 d处理相比,落干后第3天减少了41.96 mg·kg-1(P<0.05);茎叶砷含量则随着落干天数的延长而降低,落干后第5 天和第7天茎叶砷含量较落干0 d处理分别减少了12%和18%(P<0.05)。落干后第5 天处理根表铁膜镉、砷和铁含量分别较无明水提高了97%、16%和16%(P<0.05)。随着土壤含水量的降低,土壤Eh逐渐升高、 pH逐渐降低、土壤可溶性有机碳增高和有效铁含量降低,促进了土壤中残渣态镉向酸提取态和可还原态镉转化,有效态镉(DTPA法)含量升高,土壤中砷向可氧化态转化,降低有效砷的含量。通过拟合分析可知,当土壤含水率为33.6%左右时,生物可利用的镉和砷含量可同步保持在相对较低水平。综上,对于镉砷复合污染土壤可采取适当的水分管理,通过调控土壤Eh、pH、DOC和有效铁,降低土壤镉砷生物有效性,促进根表铁膜对镉砷的吸附固定,进而减少水稻对镉砷的吸收累积,对重金属镉砷复合污染土壤的修复与治理具有重要意义。

      • ERT与TDR联合反演层状土壤水分运动过程

        林 青, 徐绍辉

        DOI: 10.11766/trxb202104280227

        摘要:

        土壤水是地表水与地下水联系的纽带,是物质输送和运移的载体,在土壤-植物-大气(SPAC)系统中起着关键性的作用。土壤水分运动是一个非常复杂的过程,为充分了解水分在土壤中的运动过程,应用微扰动的高密度电阻率仪(ERT)监测了一层状结构的土壤剖面在注水入渗试验前、后不同时刻的电阻率的变化过程;同时,用时域反射仪(TDR)测量了点尺度上土壤体积含水量,建立了土壤电阻率和含水量的定量关系。结果表明,高密度电阻率法能够较为准确地监测土壤水分入渗深度和剖面含水量,土壤水分运动以向下的垂向运动为主并伴有微弱的水平流动;当土壤含水量低于0.15 cm3·cm-3时,随着含水量的增大,电阻率变化较大;当土壤含水量较高时,电阻率随含水量的变化不明显;根据建立的电阻率和含水量的定量关系公式,估算出在土壤界面处当上层土壤质量含水量达到0.136 g·g-1时水分开始向下层入渗,相关研究成果为定量分析土壤水在分层界面处的变化情况提供了一种新的方法。

      • 土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响

        李秀芝, 胡聪月, 杨 帆, 韩光中

        DOI: 10.11766/trxb202106290334

        摘要:

        近年来紫色水稻土区农业种植结构发生很大变化,深刻影响了土壤钾素的赋存形态和动态平衡。厘清土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响,对紫色水稻土区钾肥管理和环境保护具有重要意义。运用时间序列方法,分析了紫色水稻土在撂荒、旱作和改为鱼塘后土壤不同形态钾的动态变化特征和影响因素。结果表明紫色水稻土利用方式改变后,土壤水溶性钾与土壤水分状况密切相关。撂荒和旱作均会降低土壤水溶性钾含量,改为鱼塘后能提升土壤水溶性钾含量。3种土地利用方式均能提升土壤交换性钾和非交换性钾含量,提升幅度和提升速率为旱作>撂荒>养鱼。紫色水稻土改为鱼塘5 a后或撂荒12 a后土壤不同形态钾之间可以达到大致的平衡,而旱作20 a后土壤不同形态钾之间仍未达到大致的平衡。紫色水稻土利用方式改变后土壤黏粒含量和黏粒矿物的动态变化与土壤中的钾平衡有关。土地利用方式改变导致的土壤有机质(SOM)损失可能会影响土壤钾的赋存形态和动态平衡,进而引起土壤黏粒的富集和黏粒矿物的变化,今后要加强这方面的研究。

      • 黄土高原撂荒草地土壤碳库对两年增温增雨的响应

        王兴, 钟泽坤, 王佳懿, 简俊楠, 杨改河, 任成杰, 韩新辉

        DOI: 10.11766/trxb202106120307

        摘要:

        阐明暖湿的气候趋势下黄土高原土壤有机碳库不同活性组分和碳库稳定性的变化特征,对脆弱生态区碳库的可持续发展以及评估区域生态效益具有重要意义。以黄土丘陵区自然撂荒草地为研究对象,人工模拟增温和增雨,分析了在增温(W)、增雨(P50%)及其交互作用(WP50%)下植被群落变化特征、土壤有机碳库组分含量、碳库组分的分配比例以及碳库稳定性的变化特征。结果发现:(1)增雨显著增加了植被丰富度指数,而增温和增温增雨显著降低了植被丰富度指数。(2)增雨处理下土壤有机碳、酸解有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳含量及分配比例在两个取样年均显著高于对照;增温增雨处理则进一步增加了土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量以及分配比例。相关性分析表明,土壤有机碳与各个活性碳组分之间存在显著相关性。(3)增温增雨处理下土壤碳库活度、碳库活度指数以及碳库管理指数均高于其他处理。酸解有机碳和微生物生物量碳的敏感指数在气候变化处理下相对较高。综上所述,暖湿化的气候背景下黄土丘陵区撂荒草地土壤有机碳、有机碳活性组分含量和分配比例以及碳库稳定性显著提高,有助于碳库良性发展,酸解有机碳和微生物生物量碳可作为未来土壤有机碳变化的重要指示。

      • 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。

期刊介绍

主管单位: 中国科学院

主办单位:中国土壤学会

主编:徐仁扣

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电话:025-86881237

邮箱:actapedo@issas.ac.cn

国际统一刊号:0564-3929

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