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基于数据同化的土壤水力参数反演方法：研究进展与展望
2023,60(6):1543-1554, 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机制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。
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植物促生菌的功能及在可持续农业中的应用
2023,60(6):1555-1568, 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。
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消减残差自相关性的县域土壤有机质整合模型预测研究
2023,60(6):1569-1581, 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1.84%～43.72%，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。
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拉萨河谷设施农地土壤质量变化及空间分异特征
2023,60(6):1582-1594, DOI: 10.11766/trxb202109300537
摘要：
青藏高原设施农地存在土壤质量变化的迹象，而拉萨河谷作为青藏高原地区设施农地的主要分布区，其土壤质量的整体变化及区域分异规律尚不明确。以大田耕地为参照，采集设施农地土壤样品240个和大田耕地土壤样品112个，测定了土壤理化指标21项，采用土壤综合质量指数和因子探测器方法，研究了设施农地土壤质量变化及空间分异特征，并辨识设施农地土壤质量变化的主要因子。结果表明：（1）拉萨河谷设施农地和本底土壤质量指数分别为0.36、0.43，两者80%的样地土壤质量等级均分布在Ⅴ～Ⅲ 级；且设施农地土壤质量较高的样地主要分布在海拔3 700～3 750 m，距河流930 m内的阳坡地带。（2）较大田耕地，设施农地土壤质量指数平均下降了16.28%，且存在明显空间差异。其中堆龙德庆区土壤质量下降最明显，平均降低了74.46%。不同深度上，0～10 cm范围内土壤质量下降最明显，平均下降了6.5%。（3）受海拔和坡向影响，设施农地土壤质量整体变化存在空间分异。即随着海拔增加和阳坡到阴坡的变化，设施农地土壤质量变化幅度均表现为明显增大趋势。（4）全区设施农地土壤质量变化普遍受到含盐量、速效钾和镉含量变化的影响，三者解释力均可达到20%以上。综上，本研究明晰了高原设施农地土壤质量整体变化及其空间分异，为该地区设施农业布局和发展提供了理论依据。
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样点规模与采样方法对表层土壤pH空间预测精度的影响
2023,60(6):1595-1609, 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性能表现及预测精度趋于稳定，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1 000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。
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黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素
2023,60(6):1610-1625, 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，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19.5～4 893.0 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。
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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
2023,60(6):1626-1636, 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。
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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
2023,60(6):1637-1649, 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53～250μm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53～250μm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。
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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
2023,60(6):1650-1661, 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。
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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
2023,60(6):1662-1675, 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。
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超顺磁微纳米MFH功能材料对铅污染土壤的修复研究
2023,60(6):1676-1687, 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）的投加量、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 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。
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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
2023,60(6):1688-1699, 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。
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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
2023,60(6):1700-1713, 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，但平均较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较RJM1处理平均提高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他5个物种的丰度，表示RJM2+RJM3较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，较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。
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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
2023,60(6):1714-1725, 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<pH<5.5）。根据第二次全国土壤普查养分分级标准，桃园土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量基本处于3级及以上标准，0～20 cm土壤C：N、C：P、N：P随着种植年限的增加不断降低，种植10年以上的桃园土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量已经达到了1级水平，桃园土壤硝态氮含量范围在19.3～33.1 mg·kg-1。N、P2O5、K2O的当季表观盈余量分别为343 kg·hm-2、238 kg·hm-2、240 kg·hm-2。综上，水蜜桃园连年高养分投入加剧土壤酸化和养分累积，土壤氮磷残留量过高，增加其流失风险，亟需研究并提出减肥增效、减排控失、高产保质的桃园绿色生产模式。
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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
2023,60(6):1726-1738, 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。
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基于土壤钙镁比的毕节植烟区镁肥施用分区研究
2023,60(6):1739-1750, 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。
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中国主要稻区周丛生物群落组成结构及其磷捕获能力
2023,60(6):1751-1765, 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。
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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
2023,60(6):1766-1777, DOI: 10.11766/trxb202203220126
摘要：
硝化微生物在农田土壤氮转化过程中发挥重要作用，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。选取旱地黄棕壤为研究对象，比较玉米连作（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。结果表明，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，AOA和Comammox则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。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。
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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
2023,60(6):1778-1789, 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，但有关其对大气CO2升高的响应尚不清楚。依托开顶式气室组成的CO2浓度自动调控平台，设置环境CO2浓度处理（CK）和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，供试土壤中n-damo活性为CO2 0.31～5.09 nmol g-1·d-1，M. oxyfera-like细菌丰度为7.51×106～5.49×107copies·g-1。CO2缓增一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M. oxyfera-like细菌丰度，且在拔节期达到显著性水平：活性和丰度分别增加了137.9%和96.0%。同时还使M. oxyfera-like细菌的群落组成发生显著改变，并影响其多样性。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。
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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
2023,60(6):1790-1800, DOI: 10.11766/trxb202205150255
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，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、有效磷、速效钾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、速效氮、有效磷、速效钾和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。
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长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响
2023,60(6):1801-1811, DOI: 10.11766/trxb202203180120
摘要：
为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，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（灭茬起垄、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。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。与灭茬起垄相比，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。
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灌丛化对高寒草地土壤有机碳组分的分异研究
2023,60(6):1812-1823, 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。
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长期有机无机氮肥配施对玉米-豇豆复种土壤团聚体碳含量和官能团分子结构的影响
2023,60(6):1824-1833, DOI: 10.11766/trxb202203200122
摘要：
通过设置无机氮肥（IF）、有机氮肥（OM）、有机无机氮肥配施（IF+OM）等3个不同氮肥处理，探究长期（9年）施用不同氮肥对玉米-豇豆复种系统中土壤有机碳组分含量及官能团的影响，揭示土壤有机碳的积累规律。采用物理分组方法测定轻组颗粒有机碳（fPOC）、微团聚体内颗粒有机碳（iPOC）、微团聚体内粉黏粒有机碳（iSOC）和非闭蓄态粉黏粒有机碳（fSOC），并利用核磁共振波谱分析法测定土壤有机碳官能团结构。结果表明，与IF处理相比，OM和IF+OM处理显著提高土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD），且IF+OM处理下该作用更明显。相比IF处理，IF+OM处理明显提高了土壤有机碳、fPOC和iPOC的含量，但对iSOC和fSOC的含量无明显影响。与IF处理相比，IF+OM处理明显增加了烷基碳含量，但减少了芳香碳含量。路径分析表明，烷基碳/烷氧碳、疏水性、fPOC和iPOC碳含量与有机碳含量之间存在密切联系。总之，长期IF+OM有利于产量提高，增加fPOC和iPOC碳含量，优化团聚体的结构，增强土壤稳定性，提高土壤碳固定，增加有机碳储量。
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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
2023,60(6):1834-1842, 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130.7×10-8m3·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903.3×10-8m3·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。
综述与评论
研究论文
研究简报
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黄土高原旱地夏闲期残留肥料氮淋溶特性研究
DOI: 10.11766/trxb202308250340
摘要：
冬小麦-夏休闲是黄土高原旱地典型的种植模式，夏闲期间为该地区雨季，加上土壤表面裸露，一季作物收获后土壤残留肥料氮的淋失特性是值得关注的问题。在大型渗漏池(3 m×2.2 m×3 m)上采用15N示踪技术于第一季（2014年）小麦播种前基施15N肥料（150 kg•hm-2），测定小麦收获后15N肥料被小麦吸收和土壤残留的量，之后连续3年（2015—2017年）夏季休闲期间测定第一季小麦收获后土壤中残留的15N肥料在0~200 cm土壤剖面中的15N丰度及含量变化，旨在研究残留肥料氮连续多年在夏季休闲期间的淋溶特性。结果表明，小麦对当季15N肥料的利用率（吸收量/施氮量）为53.9%，一季小麦收获后残留于0~100 cm土壤中的肥料氮平均为施氮量的36.3%。第一年夏季休闲前残留肥料氮主要累积在0~40 cm土层，15NO3--N多累积在80 cm以上土层；而休闲后60~100 cm土层残留肥料氮显著增加，80~100 cm土层15NO3--N累积量显著增加。随着年限增加，残留肥料氮及15NO3--N持续向土壤深层迁移；在正常降水条件下，一个夏季休闲期间残留肥料氮向下迁移的速度平均为20 cm。夏季休闲期间0~100 cm土壤中残留肥料氮减少，100~200 cm土壤中增加，同一年休闲前后0~200 cm土壤剖面残留肥料氮累积总量损失小，说明残留肥料氮在土壤剖面的再分配是其迁移的主要机制。
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放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能的影响：Meta分析
DOI: 10.11766/trxb202304150149
摘要：
为明确放牧对中国北部草地土壤真菌群落组成和功能影响的普遍规律，并为草原生态保护提供理论依据，收集了119条放牧草地的土壤真菌原始数据，使用统一的生物信息学处理方式和Meta分析方法探究放牧草地土壤真菌α-多样性、群落组成和功能群落的变化，并使用加权混合效应模型进行环境因素分析。结果表明：放牧使土壤真菌α-多样性降低，同时显著降低了土壤中病原真菌、木腐真菌、土壤腐生真菌、内生真菌的相对丰度。土壤真菌α-多样性降低以及功能真菌相对丰度的改变依赖于不同地区环境因素的变化。在土壤有机碳含量和碳氮比较低以及年均降水量高的地区，放牧对土壤真菌α-多样性的负效应被适当缓解。初始有机碳含量和禁牧时间影响了土壤功能真菌丰度变化的趋势。长期禁牧能够恢复土壤腐生型和共生型真菌的相对丰度。随初始碳氮比的升高，放牧条件下病原真菌相对丰度的减少程度减弱，而腐生真菌相对丰度的减少程度增强。降水量越低的地区，放牧会更大程度减少腐生和共生真菌的相对丰度。总体而言，放牧对中国北部草地土壤真菌群落的α-多样性和功能产生负效应，但负效应程度和趋势依赖于当地环境状况。
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球囊霉素在土壤团聚体中的分布特征及影响因素的Meta分析
DOI: 10.11766/trxb202301170024
摘要：
为充分认识球囊霉素在维持土壤有机碳平衡和土壤团聚体稳定性中的重要作用，建立改善土壤结构 和提升土壤质量的管理策略，通过收集整理近些年来已发表的19篇文献中的332组数据，定量分析球囊霉素在不同粒径土壤团聚体中的分布特征，系统解析其影响因素，并比较了不同土地利用方式下球囊霉素在土壤团聚体中的分配差异。结果表明：无论是总球囊霉素还是易提取球囊霉素，在大团聚体（>2 000 μm）和小团聚体（2 000~250 μm）中的质量百分比（分别约占30%）均显著高于微团聚体（250~53 μm）和黏粉粒级微团聚体（<53 μm）（分别约占15%）。易提取球囊霉素占总球囊霉素的比例在粉黏粒级微团聚体（<53 μm）中更低，约为20%，其他粒径均在30%以上。球囊霉素中碳占土壤有机碳的比例在各团聚体中无显著差异，不同粒径团聚体中易提取球囊霉素约占有机碳的2%左右，而总球囊霉素约占有机碳的8%左右。大于250 μm团聚体中球囊霉素随温度和降水的增加而增加，而随着pH的增加而降低。在小于250 μm团聚体中未发现显著相关性，但发现球囊霉素随土壤有机碳增加而增加，呈显著正相关。通过比较不同利用方式的土壤，本研究还发现林地土壤各粒径团聚体中的球囊霉素均不低于耕地和草地土壤，这说明林地土壤较其他类型土壤更有利于球囊霉素的积累。
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基于力学参数解析黄土高原典型草地的土壤分离能力研究
DOI: 10.11766/trxb202302060048
摘要：
为解析黄土高原地区典型草地土壤分离能力变化的力学机制，选择代表性的须根系和直根系草地作为研究对象，基于室内径流冲刷试验，估算了相对土壤分离能力（RSD），测定了土壤抗剪强度和根系抗拉力，并基于Wu氏模型估算了根系黏聚力（Cr）。结果表明，须根系草地的RSD较直根系草地显著低77.27%，而Cr较直根系草地高14.84%。直根系草地的Cr对RSD的表达效果优于根长密度，而须根系草地效果差异不明显。RSD与200 KPa正应力下抗剪强度（τ200）的相关性优于其他正压力。根土复合体中，Cr对土壤分离的效应强于τ200。通过根土复合体力学参数能够有效预测直根系草地的土壤分离能力，但对于须根系草地的预测还需进一步探究。研究结果可为黄土高原根系减蚀机理的完善提供参考。
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不同土地利用方式砖红壤团聚体水稳性及其 对前期含水率的响应
DOI: 10.11766/trxb202301060007
摘要：
前期含水量是影响土壤团聚体稳定性的重要因素，而其对砖红壤结构稳定性的影响缺乏系统研究，本文以海南地区3种典型利用方式（林地、荒地、耕地）下玄武岩发育砖红壤团聚体为研究对象，测定其理化性质，干、湿筛团聚体组成及不同前期含水率（3%、5%、10%、15%、20%）条件下3～5 mm粒径团聚体破碎后粒径分布状况，采用冗余分析探究了土壤性质及前期含水率对不同土地利用方式砖红壤团聚体水稳性的影响。结果表明：（1）不同土地利用方式下，土壤部分性质存在显著差异，如土壤pH、有机碳、阳离子交换量及部分交换性盐基离子等，其余性质差异较小。（2）土壤水稳性团聚体组成总体呈现“单峰”或“双峰”分布，峰值主要出现在2～1 mm和0.5～0.25 mm处，对于表层土壤而言，林地土壤团聚体稳定性最高，而耕地土壤团聚体稳定性较弱，表下层土壤稳定性显著（P<0.05）低于表层土壤。（3）在风干条件下，表层土壤团聚体水稳性普遍较高（WSA>90%，MWD>1.5，GMD>1.2），随着前期含水率的增加，团聚体破碎后大团聚体（>2 mm）含量有不同程度的变化，整体呈现水稳性大团聚体含量随前期含水率增加而增加。（4）土壤有机碳是影响砖红壤团聚体水稳性的最主要因素，其对团聚体水稳性差异的解释率达80.6%。
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中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估：研究进展与展望
DOI: 10.11766/trxb202306130229
摘要：
农田土壤重金属污染对食品安全和人体健康构成巨大的威胁。重金属主要通过经口摄入土壤、吸入土壤颗粒、皮肤接触和食物链摄取等暴露途径进入人体，其中经口摄入重金属污染土壤和农产品是主要的暴露途径。人体健康风险评估在农田土壤质量分类和风险管控中起着重要作用。因此，梳理了中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估的发展状况，介绍了人体健康风险评估的基本流程和评估技术，论述了影响人体健康风险评价准确性的主要因素及优化措施。在农田土壤重金属健康风险评估中，应加强耦合污染源识别技术、重视食物消费暴露途径、精准识别不同敏感受体、本土化敏感受体的暴露参数、纳入重金属的生物可给性，同时提高农田土壤重金属健康风险评估的准确性。未来可从加强应对健康风险评估过程不确定性的技术方法、考虑各种饮食的暴露途径和建立本土化的重金属毒性标准数据等多方面深化农田土壤重金属健康风险评估，以期推动中国农田土壤重金属人体健康风险评估的理论和技术发展。
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基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究
DOI: 10.11766/trxb202211020602
摘要：
土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图（Digital Soil Mapping,DSM）框架下，选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的（平均）值作为输入变量，而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此，引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征，探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域，采用随机森林模型，选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中，并用普通克里格（Ordinary Kriging,OK）对模型结果进行残差修正，最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明，时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能，并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度，相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合，将R^2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示，SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此，物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景，未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。
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基于K-means聚类和图像分割的紫色土发生层边界识别
DOI: 10.11766/trxb202302070050
摘要：
土壤学始于对土壤剖面及其形态特征的观察，剖面发生层的划分与发生层边界特征的描述是土壤调查的基础。实地划分发生层需要丰富的土壤学实践经验，存在主观和缺乏统一划分标准的问题。以紫色土剖面图像为研究对象，采用K-means聚类和图像分割技术，结合图像的颜色特征（CIE Lab色彩空间）和纹理特征（Entropy）识别紫色土剖面发生层边界，并与实地划分的结果进行比较。结果表明：（1）CIE Lab色彩空间的a、b通道和Entropy纹理特征，可以划分出供试剖面的主要发生层（A、B、C）和基岩（R）；（2）聚类识别的发生层数量和发生层深度与实地识别的结果基本一致；除Z2剖面的C层和Z6剖面的Ap层聚类识别与实地识别的发生层下边界深度相差较大（分别为13 cm和8 cm）外，其余发生层下边界深度相差均在3 cm以内；（3）聚类识别的发生层边界形状更为不规则，明显度更为模糊。K-means聚类和图像分割技术实现了紫色土剖面发生层边界的客观识别，可为土壤剖面智能辨识系统的开发提供科学参考。
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利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化
DOI: 10.11766/trxb202212120687
摘要：
准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而，传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量，探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物，验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明：土壤介电常数随容重的增大而增大，随土壤含水量的增加而减小；黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述，其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比，精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同，且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大，坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。
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植被类型对煤矿区复垦土壤根际微生物的影响
DOI: 10.11766/trxb202303140100
摘要：
煤矿开采改变了矿区土壤条件、地表植被覆盖和微生物生存环境。植被由于生长条件和根际分泌物的不同，影响根际土壤微生物的组成和多样性。以山西省晋华宫煤矿复垦区侧柏、云杉、樟子松、油松、桧柏5种复垦植被为研究对象，分析其土壤理化性质、根际土壤酶活性和微生物群落结构的差异性，并计算综合土壤肥力指数以反映不同复垦植被的生态恢复效果。结果表明：不同植被对土壤物理和化学性质、土壤酶活性、根际微生物多样性和群落结构具有显著影响，樟子松林具有最高的全碳、全氮含量，为微生物提供更多的碳氮等养分，导致其具有显著高的微生物丰度和多样性；不同植被类型间微生物群落差异性显著，变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是优势菌门，全硫、容重和碱性蛋白酶是影响土壤根际微生物群落结构的关键因子；土壤综合肥力指数表明樟子松林和云杉林优于其他植被。综上，不同植被对矿区生态恢复的效果具有一定差异，樟子松林和云杉林有助于提高根际土壤细菌多样性和土壤肥力，研究可为半干旱区煤矿复垦区生态恢复的植被选择提供科学依据。
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叶面喷施山梨醇螯合钾对花生产量及根际土壤微生物群落的影响
孙伟, 张欢洋, 魏倩倩, 曾凡鹤, 李腾升, 赵立, 韩传浩, 张静, 张子琪, 石祥, 颜冬云
DOI: 10.11766/trxb202301030003
摘要：
中国农用钾肥严重依赖进口，通过改变钾元素的存在形态进一步提高钾的利用效率，具有重要现实意义。以花生（品种为花育22）为供试作物，2020—2021年连续进行了两季大田试验，采用完全随机区组设计，考察自由离子态钾（无机盐钾）与山梨醇螯合态钾对花生产量、干物质积累量、钾积累量以及花生根际土壤细菌群落结构的影响。在常规施肥基础上进行花生不同生育期喷施试验，设置清水对照（CK）、无机钾（IK）、山梨醇混合无机钾（MK）、山梨醇螯合钾（SK，自制）和市售螯合钾（LK，国外产品）5个处理。结果表明，叶面追施钾肥可显著提高花生产量，与IK或LK处理相比，SK处理两年平均增产率分别提高18.9%、14.97%，产量构成要素百仁重、百果重、饱果率均得到显著提升；山梨醇螯合钾处理的花生植株干物质积累量、钾积累量均得到显著提高，说明自制山梨醇螯合钾能够促进钾营养元素在植株中的分配。与其他处理相比，山梨醇螯合钾处理增加了花生根际土壤微生物多样性与丰富度。相关性分析表明，产量的增加与钾元素吸收、分配及根际微生物变化显著相关。综上，在相同的施钾水平上，与无机盐钾形态相比，山梨醇螯合钾更能促进花生植株对钾素的吸收和积累，综合表现为产量的增加。该研究结果可为提高钾肥利用效率提供理论及实际参考。
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三江源地带性土壤铁（铝）键合碳分布特征
DOI: 10.11766/trxb202212130690
摘要：
为了解青藏高原腹地天然草地土壤稳定性碳储量，掌握其固碳能力和增汇潜力，将三江源地区土壤按地域空间和3种典型草地类型进行划分，以活动层土壤为对象，进行土壤总有机碳（TOC）及铁（铝）键合碳[Fe (Al)-C]分析，并与地理、气候资料建立关系模型，反演近60年（1961—2020年）时空变化规律。结果表明：（1）江源地区Fe (Al)-C平均含量6.07 g·kg-1，[Fe (Al)-C]/TOC平均16.87 %，其含量分布地带性特征明显，中、东部地区显著高于西部地区（P < 0.05）；（2）3种草地类型Fe (Al)-C含量在2.35 ~ 8.81 g·kg-1，[Fe (Al)-C]/TOC 11.99% ~ 20.52%，高山灌丛草甸和高寒草甸均显著高于高寒草原（P < 0.05）； 3种高寒草地Fe (Al)-C与TOC呈极显著正相关（P < 0.01）；（3）模拟数字化制图结果显示，近20年（2001—2020年）三江源地区Fe (Al)-C分布面积变化相比过去两个时段（1961—1980年和1981—2000年，其含量≥5.75 g·kg-1的分布面积平均增加了1.64 %），整体处于碳汇状态，三江源地区土壤铁（铝）键合碳在土壤稳定中的固碳潜力不容忽视。
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长期耕作对典型黑土水力性质的影响
DOI: 10.11766/trxb202212010665
摘要：
为揭示长期耕作对黑土耕地水文退化的作用，以典型黑土区不同纬度带的未经机械耕作的林地与长期耕作的耕地土壤进行对比，研究沟垄耕作对土壤垂直和水平方向物理性质和水力性质的影响。结果表明：长期耕作使得总体物理与土壤水力性质严重退化，与林地土壤相比，耕地土壤质地未发生变化，有机质含量显著降低，容重从1.03（0.84~1.17）g·cm-3显著提高至1.31（1.20~1.46）g·cm-3，穿透阻力显著增加，持水供水与导水性显著降低，有效含水量从0.19（0.14~0.23）cm3·cm-3降至0.15（0.10~0.21）cm3·cm-3。物理质量指数S值从0.061（优）降至0.025（差）。长期沟垄耕作使得犁底层的饱和导水率（6.61 cm·d-1）仅为耕作层的1/10.。耕作导致耕作层垂直方向导水率（64.67 cm·d-1）低于水平方向（82.84 cm·d-1）。犁底层的穿透阻力（897.04 kPa）为耕作层的1.89倍，造成了耕作层与犁底层水力性质分层。长期耕作导致的耕地土壤水力性质分层和方向分异是促进耕地坡面径流“沟渠效应”而加速侵蚀退化的重要原因。
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脱硫石膏改良盐碱土壤综合效果评价研究
DOI: 10.11766/trxb202209020488
摘要：
为探究区域脱硫石膏改良盐碱土壤的综合效果，通过文献调研统计分析了施加量在0~60 t·hm−2范围内的脱硫石膏，对土壤pH、交换性钠百分率、浸提液电导率和作物产量的变化特征。基于灰色关联分析法和熵权法建立了以脱硫石膏施加量为自变量的盐碱土壤综合改良评价模型。结果表明：施用脱硫石膏可降低土壤pH和交换性钠百分率，提高作物产量（油葵、苜蓿、玉米、水稻、小麦、枸杞和甜高粱），但增加了土壤浸提液的电导率值。随着脱硫石膏施加量的增加，土壤pH和交换性钠百分率的降低率及作物产量的增加率呈先增加后减少的趋势，而土壤浸提液电导率的增加率呈增加的趋势。在中度或重度盐碱土壤为获得作物高产，脱硫石膏施加量不宜超过30 t·hm−2。为综合分析脱硫石膏改良盐碱土壤的效果，本文基于熵权—灰色关联度评价模型，分析脱硫石膏最佳施加量。轻、中度盐碱土施加18∼22 t·hm−2的脱硫石膏；重度盐碱土施加23∼29 t·hm−2的脱硫石膏可取得良好的改土增产效果。研究成果为脱硫石膏改良盐碱土壤提供参考依据。
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基于特征筛选算法的数字土壤制图研究
DOI: 10.11766/trxb202208090441
摘要：
平缓地带数字土壤制图中，环境协变量的选择是提高制图精度的关键。已有研究证明遥感影像可作为推理制图的辅助因子，而如何确定环境因子推理制图时各自的权重已成为现阶段研究的重点。选取湖北省麻城市乘马岗镇为研究区，采用3种特征筛选方法进行有效环境变量筛选，探索参与平原-丘陵混合区域制图的因子并确定其重要性，依据选择的相对稳定的指标，进一步探索提高土壤类型制图准确性的途径。根据141个野外独立样点的检验结果表明：在推理制图中，遥感因子在平原区域的重要性程度高于丘陵区域，且遥感因子中归一化植被指数(NDVI)和均值(Mean)较为稳定；基于递归特征算法的按地形推理制图精度最高为75.89%，分别高于ReliefF算法和基于Tree的特征筛选算法13.48%和4.97%；此外3种特征筛选算法制图结果中，按地形因子分区制图的精度均高于整体区域制图。因此，遥感因子作为辅助手段参与推理过程可有效提高制图精度。本研究采用的特征挖掘与机器学习算法对提升土壤制图精度具有一定的理论意义。
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水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律
DOI: 10.11766/trxb202302160061
摘要：
CH4是仅次于CO2的第二大温室气体，而稻田是CH4的主要排放源，但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2），水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台，通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验，采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术，研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比，eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加，从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1，增幅高达24.3%，甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA，高通量测序发现，未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替，与对照相比，类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%，而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%；同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下，水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异，促进了甲烷氧化通量，而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应，是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。
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秸秆与有机无机肥配施对潮土关键微生物及小麦产量的影响
郭 伟, 周云鹏, 陈美淇, 李丹丹, 王青霞, 周谈坛, 赵炳梓
DOI: 10.11766/trxb202303010086
摘要：
秸秆与化肥和鸡粪配施改变了土壤微生物群落结构及微生物间的相互作用关系，但这种变化与小麦产量间的关系尚不清楚。本研究依托7年长期定位试验，选取5个施肥处理：不施化肥+秸秆离田（N0S0）、不施化肥+秸秆还田（N0S）、常规施化肥+秸秆离田（NS0）、常规施化肥+秸秆还田（NS）和施化肥+秸秆还田+鸡粪替代20%氮肥（NSM），研究了不同施肥方式对细菌-真菌共现网络中微生物组成的影响，以及关键微生物与小麦产量间的相关关系。结果表明，与N0S0处理相比，NS0、NS和NSM处理的小麦籽粒产量分别提升539.20%、611.56%和676.56%，而N0S处理无显著变化。细菌和真菌群落组成均可分成显著不同的3组，分别为N0S0+N0S、NS0以及NS+NSM，即微生物群落组成在是否施用化肥之间显著不同；相同施用化肥情况下，在是否有施用有机物料之间显著不同。将重要性从高到低排序，有效磷（AP）、电导率（EC）、微生物生物量氮（MBN）、土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）和颗粒有机碳（POC）是导致不同处理细菌群落结构变化的主要土壤理化性质，EC、MBN、ROC、POC、AP和SOC是导致不同处理真菌群落结构变化的主要土壤理化性质。细菌-真菌共现网络中，两个关键模块（模块1和模块4）与小麦产量变化显著相关。NS+NSM处理提升了模块4中与小麦产量正相关的类诺卡氏菌属（Nocardioides）、纤维单胞菌属（Cellulomonas）、Pir4_lineage、金孢子菌属（Chrysosporium）、无茎真菌属（Acaulium）和裂壳菌属（Schizothecium）等有益菌的相对丰度，它们可降解纤维素和木质素、促进养分转化和循环或抑制病原菌生长；并显著降低了模块1中与小麦产量负相关的葡萄穗霉属（Stachybotrys）、无色穗孢属（Achroiostachys）和Fusicolla的相对丰度，它们为不利于土壤健康和作物生长的植物病原真菌。因此，化肥配施秸秆及化肥配施秸秆和鸡粪利于关键有益微生物增加及病原真菌减少，关键微生物的功能和相对丰度对小麦产量具有影响。
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生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响
梁栋, 周巧林, 张辉, 马洪波, 宁运旺, 张永春, 徐聪, 焦加国, 汪吉东
DOI: 10.11766/trxb202302020039
摘要：
为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质（DOM）的影响及其与有机肥配施的协同效应，通过5年连续定位试验，探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理：对照(CK)、生物质炭 (BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥（25%氮替代, MF）和化肥+生物质炭+有机肥（25%氮替代, MF+BC）对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳（ROC）及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征，分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明：施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量，缓解土壤酸化，并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P＜0.05)。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量，并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化；而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述，在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。
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干湿变化调控稻田土壤活性细菌群落与潜在功能
丁晨晓, 刘耀威, 刘亥扬, 叶鑫喆, 陈雅雯, 叶 静, 邸洪杰, 徐建明, 李 勇
DOI: 10.11766/trxb202302180065
摘要：
大量研究发现干湿变化显著影响土壤微生物群落和温室气体排放。然而，土壤干湿变化下活性微生物和温室气体排放的瞬时动态变化仍不清楚。因此，本实验首先观察稻田土壤在干旱、湿润和干湿变化三种情况下细菌群落和温室气体排放的动态变化，然后运用基于18O的稳定性同位素核酸探针技术（DNA-SIP）和高通量测序探讨干湿变化下土壤活性细菌群落的多样性、构建与潜在功能。相比于干旱和湿润处理，干湿变化显著促进二氧化碳的排放和含有更高相对丰度的放线菌门和浮霉菌门。干湿变化下变形菌门、放线菌门和浮霉菌门的相对丰度均随着培养时间呈现显著增长。而DNA-SIP试验结果表明干湿变化处理活性细菌的alpha多样性随着培养时间显著降低，变形菌门和放线菌门细菌是最主要的活性细菌，其中变形菌门中黏球菌目的相对丰度随培养时间呈显著增加。活性细菌的群落构建由确定性所主导，且随着培养进行，确定性的主导作用进一步加强。活性细菌的功能预测进一步发现碳水化合物代谢潜能随培养时间显著降低。综上，干湿变化处理显著改变土壤细菌群落，并促进稻田土壤二氧化碳排放，干湿变化处理的活性细菌由变形菌门和放线菌门细菌主导，活性细菌的群落构建由确定性过程主导。
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“非粮化”土壤优质耕层快速重构材料的创制及其评价方法
DOI: 10.11766/trxb202307140272
摘要：
优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提，但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭，蔬菜玉米壳及微生物菌剂，按不同配方创制耕层重构材料，并构建相应的评价方法体系。研究表明，苔藓泥炭与稻壳生物炭配置形成的耕层重构材料质地疏松，蓄水保墒能力强；有机质含量高，范围介于658.85～704.92 g·kg-1之间，同时有机碳难降解指数范围为75.27%～84.71%，具备较高的固碳增汇潜力；有机碳、活性碳组分I、总腐殖酸、全氮、全钾、毛管孔隙度、pH可作为耕层重构材料的评价指标体系，结合质量指数模型可以评价耕层重构材料综合质量，依托该体系筛选出了最佳耕层重构材料配方，即当苔藓泥炭(M)与稻壳生物炭(R)按质量比1：1、2 ：1、3：1，再按质量比10:1与蔬菜玉米壳(C)((M+R)10C1、(2M+R)10C1、(3M+R)10C1)混合配置时可以形成优质耕层重构材料；将优质耕层重构材料施入“非粮化”土壤可以显著降低土壤容重、增加土壤有机质及活性养分含量，增强土壤固碳潜力，提高小麦产量。本研究所建立的指标评价体系可以全面客观评价耕层重构材料的综合质量，以苔藓泥炭、稻壳生物炭为原料创制的耕层重构材料在改善土壤质量、提高土壤固碳能力以及恢复作物生产方面均表现出较高的应用价值。
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便携式土壤多参数快速检测仪原位测量东北黑土pH
张凤, 胡文友, 王亮亮, 李德成, 张超, 谢恩泽, 严国菁, 姜军, 徐仁扣
DOI: 10.11766/trxb202304200157
摘要：
土壤pH是耕地质量的重要指标之一，准确快速获取土壤pH对数字农业具有重要意义。以我国东北黑土地区耕地土壤为研究对象，利用便携式土壤多参数快速检测仪（SHMI2000）对辽河平原和松嫩平原黑土pH进行原位测量调查，并将结果与实验室电位法（HJ 962–2018）测定结果进行比较。结果发现：（1）实验室电位法测定我国黑土区表层和亚表层黑土pH分别为4.04~10.09和4.01~10.06，平均值分别为6.13和6.47，变异系数分别为19.64%和18.37%，属于中等变异强度。整体上，黑土呈现西南（黑龙江西部、吉林北部和内蒙古南部地区）偏碱，东部（三江平原）、北部（松嫩平原）和黑吉辽南部偏酸的空间分布格局。（2）利用SHMI2000在野外原位测定了表层和亚表层土壤pH，与HJ 962–2018法测定的pH具显著相关，皮尔逊相关系数r达到0.81（P=9.11×10-52）（3）以0.2个单位的原位pH为步长，对两种方法获得的黑土pH进行移动平均处理后，皮尔逊相关系数r提高至0.93。因此，SHMI2000原位测定黑土pH准确可靠，适合东北黑土pH的快速获取。
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长期秸秆掩埋配施氮肥对土壤细菌群落特征的影响
DOI: 10.11766/trxb202303090096
摘要：
为揭示典型潮土微生物群落及其生态网络对秸秆还田的响应机制，选择长期小麦-玉米轮作下不同秸秆还田处理的试验地为对象，应用高通量测序和生态网络等方法，阐明秸秆掩埋配施不同氮肥后土壤细菌群落组成、细菌网络共存关系以及与土壤养分的关联。结果表明：（1）与秸秆移除且不施氮肥处理相比，秸秆还田配合常规施肥处理显著降低土壤pH，提高了土壤全氮、有机碳、有效磷、速效钾和硝态氮含量（P < 0.05）。秸秆掩埋配施氮肥有利于增加土壤养分含量。（2）不同秸秆还田方式和氮肥施用量处理的细菌Alpha多样性无显著差异，而细菌群落结构差异显著。pH、SOC和TN等因子驱动了细菌群落结构变异。酸杆菌门、变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门是潮土细菌群落的主要优势菌门。（3）共现网络分析得到4个主要的生态集群，均与土壤养分有显著相关性。模块1中物种丰度与SOC、TN、TP、NO3- -N、AP和AK呈极显著负相关（P < 0.001），与pH呈极显著正相关（P < 0.001）；模块2和模块3中物种丰度与大部分养分含量呈正相关，与pH呈负相关。因此秸秆还田配施氮肥可以通过调节细菌互作关系，从而调控土壤肥力。研究结果可为秸秆的资源化利用和土壤施肥管理提供科学依据。
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典型冶炼厂大气沉降区农田耕层土壤重金属（Cd、Cu、Pb）输入输出平衡研究
米雅竹, 梁家妮, 周俊, 刘梦丽, 寇乐勇, 夏睿智, 田瑞云, 施颖, 舒天才, 舒伍星, 周静
DOI: 10.11766/trxb202302180064
摘要：
为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）的质量平衡特征，以距离贵溪冶炼厂34 km（背景区）、6 km（中沉降区）、1 km（高沉降区）的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象，通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径（大气沉降、灌溉水、农药肥料）和输出途径（地表径流、土壤淋溶、籽粒带走）开展为期三年的监测与定量分析。结果表明：背景区、中沉降区、高沉降区由大气沉降导致的Cd年均输入通量分别为0.84、2.26、9.01 mg•m-2•a-1，分别占比43.18%、38.33%、100%；Cu年均输入通量分别为17.62、99.68、747.6 mg•m-2•a-1，分别占比80.76%、86.24%、100%；Pb年均输入通量分别为13.93、27.43、73.17 mg•m-2•a-1，分别占比97.75%、92.36%、100%。背景区和中沉降区由灌溉水导致的Cd年均输入通量分别为1.05、3.60 mg•m-2•a-1，分别占比54.62%和60.82%；农药肥料带入的重金属年均输入量占比小于5%，可忽略不计。不同沉降区土壤的主要输出途径均为地表径流和土壤淋溶，输出占比介于86.66%~100%；籽粒带走的重金属输出占比介于2.88%~13.34%。2019—2021年，背景区、中沉降区、高沉降区土壤Cd、Cu、Pb的年均净输入通量均大于0，Cd年均净输入通量分别为1.54、1.96、4.38 mg•m-2•a-1；Cu年均净输入通量分别为12.72、28.02、184.0 mg•m-2•a-1；Pb年均净输入通量分别为13.03、21.31、55.04 mg•m-2•a-1。综上，建议加强研究区域大气污染源和灌溉水质的长期监测并采取一定的控制措施，同时避免秸秆直接还田。本研究可为区域农田环境质量保护及重金属污染修复治理提供理论支持。
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基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响
DOI: 10.11766/trxb202303200109
摘要：
增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此，以土壤氨基糖为微生物残体标识物，筛选国内外已发表的12篇文献，收集总氨基糖数据29组，氨基葡萄糖35组，胞壁酸39组，氨基半乳糖25组，利用Meta分析方法，探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明：整体上，增温背景下微生物残体积累有所增加，但响应规律具有生态系统特异性，其中，农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同，表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量，增幅分别为10.3%和5.0%。相应地，增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值，说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下，细菌残体占土壤有机碳（SOC）比例显著增加，微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变，暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现，增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子，增温幅度小于或等于2 ℃时，微生物残体的积累数量会增加，增加比例为2.7%~14.6%，而增温幅度大于2 ℃则会降低微生物残体在土壤中的积累，降低比例为8.0%~14.3%。此外，增温的时间尺度不同（短期、中期、长期）也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上，增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例，影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关，而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。
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绿肥、秸秆和石灰联用对红壤性水稻土酸度特征和水稻产量的影响
刘芳禧, 方畅宇, 庾振宇, 高雅洁, 张江林, 鲁艳红, 廖育林, 曹卫东, 聂军, 屠乃美
DOI: 10.11766/trxb202304040125
摘要：
长期耕作和施肥加快了红壤性水稻土壤酸化，为研究绿肥、秸秆还田和石灰联用对水稻土壤酸度特征及水稻产量的影响，基于2016年开始的长期定位微区试验，探究不施肥（CK）、化肥（F）、化肥+紫云英+稻草还田（GRF）、化肥+紫云英+稻草还田+石灰（GRFL）处理对水稻产量、红壤性水稻土壤不同形态酸、土壤盐基离子及土壤酸碱缓冲容量的影响，解析土壤酸碱缓冲容量、交换性酸、有机质及交换性盐基离子之间的相关性。连续7年的微区试验结果表明，与F处理相比，GRF处理的早、晚稻产量分别提高了19.9%和5.1%，7年平均增产率分别为12.8%和5.9%；GRFL处理的早、晚稻产量分别提高了23.4%和14.2%，7年平均增产率分别为11.1%和8.9%。CK、F和GRF处理早、晚稻土壤pH均呈逐年下降的变化趋势，而GRFL处理早、晚稻土壤pH呈先上升后下降的变化趋势，下降幅度最小，且一直处于较高水平。同时，与F处理相比，GRF与GRFL处理显著提高了早、晚稻土壤交换性K+、交换性盐基离子总量和酸碱缓冲容量，GRF与GRFL处理间无显著差异，但GRFL处理各指标均有提高的趋势。相关分析表明，pH与交换性酸、交换性H+呈极显著负相关（P<0.01），与酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量呈极显著正相关（P<0.01）；土壤酸碱缓冲容量主要与交换性酸、交换性H+、交换性Na+和交换性Mg2+有关，水稻产量与土壤酸度性质和养分作用有关，就本研究而言，土壤酸度性质的影响最大。研究结果表明，翻压绿肥、秸秆还田可有效缓解稻田土壤的酸化并提高水稻产量，增施石灰可增强其效果，交换性酸、交换性H+、酸碱缓冲容量、交换性Na+、交换性Mg2+、交换性盐基离子总量是影响土壤pH的主要因素。
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基于“源-径-汇”关系的土壤重金属污染风险空间区划研究
DOI: 10.11766/trxb202303220112
摘要：
构建土壤污染风险管控空间区划体系是对《中华人民共和国土壤污染防治法》“分类分区分阶段管理”思想的深入落实，高分辨率的风险空间区划地图能为划分风险管控优先区和大尺度统筹部署土壤污染防治铺排工作提供科学有效的决策指导。利用正定矩阵因子分析模型（PMF）源解析模型明确了浙江省宁波市某工业集聚区铬、铜、砷、镉、铅、镍、锑和汞等8种重金属的污染源和贡献率，然后基于“源-径-汇”关系和质量平衡理论形成土壤重金属污染风险管控空间区划技术体系。结果表明，土壤重金属的空间分布具有明显异质性，主要排放源包括火力发电燃煤燃烧源（17.08%）、其他工业源（17.94%）、农业活动排放源（26.07%）、自然源（28.61%）和交通排放源（10.31%）等五类；利用构建的空间区划技术体系可将土壤重金属污染风险划分为极高、高、中、低和极低共五个等级，分别占研究区总面积的8.64%、17.28%、18.27%、22.92%和32.89%。区域风险胁迫水平的空间量化表达能有效识别高风险热点，进而采取优先管控措施实现土壤污染精准防治。
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多样化种植对提升耕地质量的作用：进展与展望
田慎重, 管西林, 宁堂原 †, 孙 涛, 张玉凤, 边文范, 董 亮, 高新昊
DOI: 10.11766/trxb202209160509
摘要：
多样化种植是现代生态农业的重要举措之一，对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下，多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样化种植的理解多集中在提高生物多样性和发挥生态功能等方面，对其提升耕地质量的作用关注较少，特别是多样化种植如何通过改善土壤物理、化学、生物多样性来提高耕地质量和维持土壤健康方面的理解还较为局限。本文在总结多样化种植的内涵及对促进耕地土壤健康和提高生态服务功能作用的基础上，系统梳理了多样化种植对改善土壤物理、化学、生物多样性等方面的作用研究进展，展望了未来以提升耕地质量为核心发展多样化种植亟需关注的方向和研究重点，以期为多样化种植在我国耕地质量提升策略中发挥更大作用提供参考。
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青藏高原表土磁化率空间分布特征及影响因素
陈雅敏, 宋效东, 刘 峰, 叶明亮, 张 楚, 谷 俊, 张甘霖
DOI: 10.11766/trxb202206180326
摘要：
土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标，对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前，区域尺度上土壤磁化率变化成因认知的缺乏限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青藏高原的254个样点表层(发生层A层)土样，测定土壤磁化率和其他土壤属性，结合母质、气候、地形和植被等数据，阐明青藏高原地区土壤磁化率空间变化特征，及其主要影响因素。结果表明：(1)不同母质类型之间，表层土壤磁化率(χlf)无显著差异，百分频率磁化率(χfd%)差异显著，黄土和砂页岩风化物>冰碛物和结晶盐风化物，其他母质类型之间无显著差异；不同土地利用之间，表层土壤χlf无显著差异，χfd%差异显著：森林和旱地>草地>荒地。(2)各因子对土壤磁化率影响，植被>理化性质>地形>母质。(3)空间分布上，东南部的χlf和χfd%均显示较高值。χlf空间分布呈由东南向西北降低的趋势，高值区位于东南部边缘，低值区位于腹地。χfd%空间分布规律与χlf相似，高值区位于东部偏南，低值区位于西部。此外，χlf和χfd%的空间分布规律与青藏高原植被分区相吻合。因此，磁化率能更好地指示植被空间分布。
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滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响
吴拓铮, 周嘉文, 周通, 李柱, 胡鹏杰, 黄化刚, 李廷轩, 张锡洲, 骆永明, 詹娟
DOI: 10.11766/trxb202303060092
摘要：
云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区，超积累植物能否有效修复镉（Cd）地质高背景土壤，从而实现农产品安全生产，尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象，开展温室盆栽试验，探究Cd、锌（Zn）超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果，及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明，种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%；伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好，与富源土壤肥力相对最高有关；伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳，与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关，这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后，全生育期淹水种稻，其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低，可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复，旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻，再结合水分管理措施，可进一步降低稻米中Cd浓度，实现稻米安全生产，为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。
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不同形态河谷沉积物中稀土元素的粒径分布特征
DOI: 10.11766/trxb202207070375
摘要：
稀土元素（REE）作为一种重要的土壤侵蚀示踪元素，明确其含量随土壤颗粒粒径的变化特征，对准确量化土壤侵蚀速率具有重要意义。本研究基于Samonova等采样测定的不同粒径范围（<1、1~10、10~50、50~250和250~1 000 μm）土壤/沉积物颗粒中的REE含量，分析了俄罗斯普罗特瓦河左岸河谷形态（“U”和“V”形谷）、地貌部位（坡面、沟坡/沟壁、沟道底部和洪积扇）、侵蚀（坡面、沟坡/沟壁）和沉积（沟道底部和洪积扇）环境对土壤/沉积物REE含量、富集系数等的影响。结果表明：（1）“U”和“V”形谷四类地貌下，轻稀土（LREE）、重稀土（HREE）和总稀土（REE）含量均随颗粒粒径变粗呈降低趋势。在相同地貌部位，“U”形谷细颗粒中（<50 μm）中LREE、HREE和REE含量较“V”形谷分别低14.6%~24.7%、10.0%~33.5%和14.2%~21.1%。（2）无论河谷形态和地貌部位，LREE和HREE均明显富集在细颗粒中，尤其是“V”形谷，LREE和HREE主要富集在<10 μm的颗粒中。（3）对比侵蚀和沉积区，“U”和“V”形谷沉积区细颗粒中LREE和HREE的富集程度均显著（P<0.05）大于侵蚀区。可见，无论河谷形态、地貌部位和侵蚀沉积区，REE均主要富集在细颗粒中；但河谷形态和侵蚀、沉积对REE含量的粒径分布有重要影响。
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提高水稻耐盐能力的根际核心菌株筛选及应用
马爱媛, 任轶, 汪姣, 严河, 石晨雨, 沈其荣, 张瑞福, 荀卫兵
DOI: 10.11766/trxb202302190069
摘要：
根际微生物能通过多种途径增强作物对盐胁迫的适应性。为获得能显著提高水稻耐盐性的根际促生菌并探究其应用效果，选择耐盐品种湖南籼和盐敏感品种南粳46两个水稻品种，分别比较了耐盐水稻和盐敏感水稻在自然盐土和灭菌盐土中的生理指标，然后基于16S rRNA基因扩增子测序，通过根系细菌群落差异分析和共现网络分析，鉴定了在耐盐水稻根际富集且与耐盐性相关的关键类群。随后，采用根际微生物宏培养方法从耐盐水稻根际筛选出关键细菌类群的可培养菌株。最后通过盆栽试验评估了菌株增强盐敏感水稻耐盐能力的作用效果。结果表明，自然盐土中耐盐水稻株高和根长均显著高于灭菌土壤中的植株，而脯氨酸含量则显著低于灭菌土壤中的植株，表明耐盐水稻品种根际的微生物群落在增强水稻耐盐能力中具有重要作用。扩增子测序分析发现耐盐水稻品种和盐敏感水稻品种根际微生物群落差异显著，差异分析明确黄杆菌科（Flavobacteriaceae）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae）为耐盐水稻根际富集的关键细菌类群。通过设置盐胁迫下盐敏感水稻发芽试验和苗期水培试验，筛选出普氏假单胞菌P34和大安金黄杆菌C18两株功能菌。最后通过盆栽试验证明C18和P34作为直接接种剂或种子包衣剂均能在盐胁迫下显著促进盐敏感水稻生长。综上，C18和P34具有良好的增强水稻耐盐能力的潜力，可作为开发盐碱地专用的种子包衣及微生物肥料的候选菌剂。
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基于ERT技术反演红壤剖面水分入渗过程
DOI: 10.11766/trxb202209220525
摘要：
水分运动是土壤中物质和能量传输的主要驱动力，但是水分在土壤中的运动轨迹复杂多变，难以直接捕捉。本研究以第四纪红黏土发育的红壤为研究对象，借助电阻率成像技术（ERT），反演水分在林地和农地土壤中的入渗过程。研究发现，ERT技术能够实现水分在红壤包气带入渗过程的可视化，ERT测定的表观电阻率的变化量与烘干法测定的土壤水分之间呈极显著正相关关系（P<0.01），林地的决定系数为0.72，农地为0.53。土地利用类型影响水分入渗的范围和方式，在2 cm水头高度注水100 L的情况下，林地的入渗深度大于80 cm，而农地约为50 cm，在此基础上，继续注水200 min，林地和农地均出现明显的优先流现象。但是，林地的优先流比农地更为发育，林地是通过根系等大孔隙快速向下传输，而农地则以“指流”的方式，间断性向深层运动。在土壤层次复杂、背景含水量高、土壤黏重等不利因素的影响下，ERT技术依然能捕捉优先流在红壤中发生和发育的过程。
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修复连作大蒜土壤生产力衰退的有机质补偿方案与初步机理
洪华阳, 魏天齐, 周红梅, 任艳云, 马龙传, 苏彦华, 张焕朝
DOI: 10.11766/trxb202303140101
摘要：
针对山东省金乡县品牌大蒜主产区长期连作大蒜田中土壤有机质亏缺和大蒜产量连年衰减的典型问题，以不同比例的有机肥替代化肥作为有机质补偿方案，研究了有机肥替代化肥对大蒜产量和土壤障碍的修复效果。试验选取了大于25年连作历史的代表性田块，以未种植大蒜的麦田作为非连作田块对照，设置常规化肥施肥（CF）、以氮（N）为基准进行有机肥替代化肥25%（M25）、50%（M50）和100%（M100）四个处理。结果表明，在长期大蒜连作土壤中，有机替代处理对大蒜的产量衰退具有显著的当季修复效果，增产幅度可达20%，同时改善了土壤中的氮素养分供应状态和土壤大于2 mm团聚体的比例；其中25%有机替代率（M25）具有较佳的经济效益；而在土壤有机质未出现亏缺的非连作土壤中，有机替代处理并无直接的增产效果。综上,本研究明确了增施有机肥仅在土壤有机质出现明显亏缺的连作大蒜土壤中可通过促进大颗粒土壤团聚体的形成和提升全生育期土壤有效态养分的固持能力,进而对连作大蒜土壤生产力的退化具有显著的修复效果。该研究对缓解连作体系中的类似土壤退化问题和维持土壤生产力的可持续性，具有有益的借鉴作用。
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纳米级Fe3O4分散液浸种对NaCl胁迫下番茄种子萌发及幼苗保护酶系统的影响
陈思远, 鲁尧, 武思凡, 齐咏冰, 郑青松, 张馨月, 赵文甲, 陈军
DOI: 10.11766/trxb202302090055
摘要：
为揭示纳米级Fe3O4（Fe3O4NPs）调控作物耐盐的效应和机理，采用共沉淀法成功合成10 nm粒径的Fe3O4NPs，并通过了表征分析和鉴定；进一步研究其0、1、10、50、100、200、300、400 mg?L–1 分散液浸种处理对NaCl胁迫下番茄种子萌发、幼苗生长及其抗氧化的影响。结果表明：盐胁迫下1 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种明显降低番茄种子发芽、幼苗胚根和下胚轴生长，随着浸种浓度上升，其发芽逐步得到改善；100 mmol?L–1 NaCl胁迫下，200 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种的种子发芽势和下胚轴长达到峰值，显著高于仅盐处理的对照。100 mmol?L–1 NaCl胁迫明显降低番茄种子成苗率、幼苗鲜物质量和含水量，1 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种，导致其进一步降低，随着Fe3O4NPs浸种浓度上升，其数值逐渐上升，200 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种的幼苗鲜物质量和含水量达到峰值，显著高于仅盐处理的对照。盐胁迫下，1 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种的幼苗超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性显著上升，而过氧化氢酶（CAT）活性下降，随着Fe3O4NPs浸种浓度上升，SOD和POD酶活逐渐下降再逐渐回升，CAT酶活逐渐上升再回落，100~200 mg ?L–1 Fe3O4NPs浸种的幼苗SOD和POD酶活、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量、超氧阴离子自由基（O2?－）和过氧化氢（H2O2）含量均最低，而其CAT酶活最高。相关性分析表明，幼苗鲜物质量、成苗率与SOD和POD活性以及MDA和活性氧含量均呈极显著负相关。综上所述，在盐胁迫下Fe3O4NPs浸种处理的番茄种子萌发和成苗依赖于Fe3O4NPs不同浓度的调控特征，即1 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种处理展示了进一步抑制的典型特征，其氧化胁迫加剧；而200 mg?L–1 Fe3O4NPs浸种处理表现为促进萌发、成苗和壮苗的显著作用，与其抗氧化得到明显改善直接相关。
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微生物纳米导线的结构与功能：争议及进展
DOI: 10.11766/trxb202303140103
摘要：
土壤胞外呼吸是驱动元素生物地球化学循环的引擎，而微生物纳米导线是实现土壤胞外呼吸的重要途径。微生物纳米导线是一类生长于微生物表面，可长达数十微米的具有导电性的纤维状结构。它直接作用于微生物与土壤矿物、产甲烷与甲烷氧化微生物间的电子传递，从而影响了土壤矿物的迁移转化及温室气体减排。Geobacter sulfurreducens是研究微生物纳米导线的模式微生物。长久以来，基于分子生物学实验证据表明，G. sulfurreducens纳米导线是PilA-N菌毛。而最近基于冷冻电镜技术的纳米导线结构分析发现，G. sulfurreducens实际上表达着各种形式的细胞色素c纳米导线。自此，关于“纳米导线本质”的问题成为学术界争论的焦点。以G. sulfurreducens纳米导线理论发展为主线，综述了不同时期对纳米导线结构与功能的认识，并系统分析了作为“纳米导线本质”争议的证据基础，将推动该争议的早日解决，并助力土壤胞外呼吸理论的成熟及微生物纳米导线的应用研究。
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氢气代谢及其环境生物修复功能研究进展
DOI: 10.11766/trxb202301180025
摘要：
分子氢是多种微生物代谢之间相互作用的关键中介物，环境中产氢微生物和耗氢微生物的活动决定了全球氢气循环，对其他重要元素生物地球化学循环具有潜在的驱动作用。环境功能微生物在维持环境生态系统平衡、消除次生环境污染等领域中扮演着不容忽视的重要作用。因此，理解环境中氢气代谢（氢气的产生和消耗）微生物对生态环境的影响及其在环境生物修复中的作用与功能，对认识氢气的生态环境效应并将该生物能源应用于生物修复具有重要的科学意义和实践价值。系统分析了氢气代谢过程及氢化酶的分类和功能，总结了微生物产生和消耗氢气的多种途径及其对土壤生态环境效应和生物修复作用的影响，指出了目前氢气代谢过程及氢化酶应用于环境生物修复领域存在的关键科学技术问题，提出了未来的研究思路与重点方向，以推动氢气这种生物能源成就一种有前景的环境污染修复策略。
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稻田上覆水中光致活性组分形成过程及其环境效应研究进展
曾宇, 张明洋, 李马波, 陈宁, 方国东, 高娟, 王玉军, 周东美
DOI: 10.11766/trxb202302010037
摘要：
稻田上覆水中富含有机质、亚硝酸盐和硝酸盐等光敏活性物质，在太阳光作用下会产生三重激发态有机质(3CDOM*)、单线态氧(1O2)和羟基自由基(?OH)等活性组分，其对稻田污染物转化和碳氮等元素循环具有重要意义。基于此，综述了稻田上覆水中光致活性组分产生过程和机制，重点介绍了水稻不同生长周期内光活性组分的类型、通量变化趋势；探讨了不同环境因素对自由基产生的影响；阐述了上覆水光致活性组分对稻田中砷和不同有机污染物的非生物转化贡献与机制，并展望了稻田上覆水光化学过程的未来研究方向。
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根际溶铁细菌与AM真菌协同提高石灰性土壤铁有效性的机制研究
彭海英, 邵雅东, 栗晗, 李培根, 丁百玲, 杨天杰, 徐阳春, 沈其荣, 董彩霞
DOI: 10.11766/trxb202212080680
摘要：
石灰性土壤普遍存在铁有效性低导致的植物缺铁黄化现象，严重影响农业可持续发展。筛选高效溶铁细菌并探讨其与菌根真菌（AMF）协同提高土壤有效铁含量、改善植物铁营养机制具有重要意义。以石灰性土壤和番茄（Lycopersicon esculentum）为试材进行盆栽试验，分别接种Advenella kashmirensis（B1）、Arthrobacter cupressi（B2）、Klebsiella variicola（B3）、Variovorax guangxiensis（B4）和Enterobacter ludwigii（B5）5株细菌，以不接菌处理为对照（CK），筛选出高效溶铁菌株B1、B2和B3。将其与纯培养得到的AM真菌孢子（Rhizoshagu irregularis, Ri）组合，设置单独接种AM真菌（Ri）、单菌与Ri（B1+Ri、B2+Ri和B3+Ri）、菌群与Ri（B1+B2+B3+Ri）共接种处理，进一步探究单菌及菌群与AMF协同促进石灰性土壤难溶性铁的活化和促进植物铁吸收的机制。结果表明：（1）与对照相比，接种B1、B2和B3能够显著促进番茄生长，根系和地上部全铁积累量分别提高6.48倍和2.61倍（B1）、4.11倍和2.03倍（B2）、4.37倍和2.25倍（B3）；新叶活性铁含量分别提高74.21%、1.33倍和1.75倍。（2）与单接AMF相比，不同共接种组合显著增加番茄生物量，各部位平均全铁积累量显著提高58.32%~119.43%，其中B3+Ri处理、B1+B2+B3+Ri处理下番茄根系活性铁含量分别提高41.47%和44.30%、新叶活性铁含量分别提高12.61%和12.77%。不同共接种组合处理显著提高AM真菌的菌根侵染率，较单接AM真菌处理提高13.35%~30.99%；根系铁还原酶活性增加9.86%~22.07%，根系LeFIT1、LeFRO2和LeMYB72基因表达显著上调。与单接AM真菌相比，B3+Ri和B1+B2+B3+Ri处理下根际土壤pH分别降低0.21和0.09，土壤有效铁含量分别提高15.78%和55.23%。综上，AM真菌与3株高效溶铁细菌的协同作用可显著提高石灰性土壤铁有效性并改善植物铁营养，不同类型溶铁细菌与AMF的协同作用机制不同，为解决石灰性土壤铁有效性低的问题提供了微生物途径。
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基于稀土氧化物示踪法探究冻融循环对黑土团聚体周转的影响
DOI: 10.11766/trxb202212060674
摘要：
为区分土壤团聚体形成和破碎过程，阐明冻融循环对黑土土壤结构的影响，本文利用稀土氧化物（REOs）示踪技术，通过室内模拟实验，探究不同初始含水量（50 %田间持水量（T50） vs. 100 %田间持水量（T100））和冻融循环次数（0次、3次、6次、12次和20次）对团聚体粒径分布、平均质量直径（MWD）以及团聚体周转过程的影响。研究结果表明：同一初始含水量下，随着冻融循环次数的增加，MWD、>0.25 mm和<0.053 mm团聚体含量显著降低，0.25～0.053 mm团聚体含量显著增加（P < 0.05）。6次冻融循环后，T50处理下的MWD显著高于T100处理（P < 0.05），5～2 mm和<0.25 mm团聚体含量无显著差异。除5～2 mm团聚体外，相邻粒级团聚体之间周转更为激烈；在同一冻融循环次数下，5～2 mm团聚体向0.25～0.053 mm团聚体的破碎量在T100处理下显著高于T50处理（P < 0.05）。冻融循环促进了>0.25 mm团聚体的破碎和＜0.053mm的团聚，表现为0.25-0.053mm团聚体的累积，该变化与土壤初始含水量无关。冻融循环过程中，MWD与各粒径团聚体相对形成量呈显著正相关，与其相对破碎量呈显著负相关（P < 0.05）。随着冻融循环次数的增加，各粒径团聚体周转时间显著增加（P < 0.05）。同一冻融循环次数下，>0.25 mm团聚体的周转时间高于<0.25 mm团聚体，T100处理下的团聚体周转时间显著高于T50处理（P < 0.05）。综上所述，冻融循环次数和土壤初始含水量通过影响团聚体形成和破碎过程改变土壤结构的稳定性。本研究结果可为进一步探究冻融循环下黑土土壤结构变化提供理论依据。
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大气CO2浓度升高和温升对水稻纹枯病侵染后的相关蛋白和防御酶的影响
沈敏, 蔡创, 宋练, 张继双, 陶冶, 王东明, 杨雄, 韦薇, 朱春梧
DOI: 10.11766/trxb202302220074
摘要：
纹枯病（sheath blight）作为一种土传病害，其发生和发展严重威胁到水稻（Oryza sativa L.）的生产。目前，大气CO2浓度（[CO2]）和温度升高如何影响感病植株内病程相关蛋白（pathogenesis related proteins， PR蛋白）和防御酶尚不清楚。本研究以纹枯病易感品种（Lemont）和抗性品种（YSBR1）为实验材料，利用田间开放式自由大气[CO2]和温度升高（T-FACE）平台设置四个处理：对照、[CO2]升高（[CO2]升高至590 μmol·mol-1）、温升（冠层温度升高2 ℃）及[CO2]升高和温升交互，通过人工接种R. solani，探究不同抗性品种叶片和茎鞘PR蛋白与防御酶活性，以及土壤基本理化性状的响应。研究结果表明：高[CO2]和温升下耕作土制成的土壤浸提液培养基中R. solani生长速率无显著差异，接种R. solani后病斑发展速率与土壤基本理化性状无关。水稻植株感病后，两个品种叶片和茎鞘中PR蛋白和相关防御酶表现出明显差异，且在高[CO2]和温升条件下，该差异进一步增大。对于茎鞘中的PR蛋白和防御酶，高[CO2]和温升交互处理明显增加Lemont和YSBR1茎鞘中过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、β-1,3-葡聚糖酶（GLU）和超氧化物歧化酶（SOD）活性。对于两个水稻品种，当R. solani入侵后，在各处理下，YSBR1叶片中PR蛋白和相关防御酶以及茎鞘中SOD和CAT活性均显著高于Lemont，且YSBR1病斑发展速率显著低于Lemont。在整个发病过程中，温升处理及其与高[CO2]互作处理均显著增加易感品种Lemont的病斑发展速率（增加了21% ~ 45%），而对抗性品种YSBR1的病斑发展速率无显著影响。相关性分析结果表明，各处理下Lemont和YSBR1植株纹枯病病斑的发展速率均与其茎鞘中GLU活性存在显著正相关。因而，在R. solani侵染后，抗病品种中较高的PR蛋白和防御酶活形成的防卫反应，能够有效减轻未来高[CO2]和温升条件对纹枯病病斑发展速度的影响。研究结果对选育纹枯病抗性品种来适应未来气候变化背景下的水稻生产提供重要的借鉴意义。
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泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响
DOI: 10.11766/trxb202208250469
摘要：
泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一，可加速微塑料老化破碎，进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征，但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域，采集多年覆膜的玉米地土壤，对比分析风干原土、泥沙浸润静置，和含沙量为560 kg·m-3，800 kg·m-3和930 kg·m-3三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响，并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明：(1) 研究区土壤微塑料以聚氨酯 (Polyurethane，PU)、聚四氟乙烯 (Polytetrafluoroethylene，PTFE)、橡胶 (Rubber，RB) 为主，多为直径10~50 μm 的碎片状。(2) 风干原土处理中微塑料的平均面积最大 (5 234 μm2)，泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小 (2 067 n·kg-1)，而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大 (14 400 n·kg-1)，且平均面积最小 (2 868 μm2)。(3) 三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异，其中，平均丰度表现为：中含沙量 (18 300 n·kg-1) > 低含沙量(13 730 n·kg-1) > 高含沙量 (8 667 n·kg-1)，而平均面积表现为：低含沙量 (3 932 μm2) > 中含沙量 (2 472 μm2) > 高含沙量 (2 099 μm2)。总之，本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度，减小其面积，而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值，且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同，为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。
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三峡库区典型农业小流域溶解态养分输移对“源－汇”景观格局的响应
DOI: 10.11766/trxb202205190263
摘要：
“源－汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布，导控流域能源流动与水沙过程，是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下，农业小流域溶解态养分输移的影响，以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区与农林复合型集水区为研究对象，监测不同强度侵蚀性次降雨事件中，两个集水区出口断面处径流溶解态氮、磷浓度，利用航测数据结合最小累计阻力模型识别“源－汇”景观空间格局，引用景观空间负荷对比指数（Location-Weighted Landscape Index，LWLI）进一步分析小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应机制。结果表明：(1) 传统农业型集水区内，“源”“汇”景观面积比为1.8:1，以“源”景观为主，景观垂直分异性明显；农林复合型集水区内“源”“汇”景观比例约1:1，且均衡分布，但高陡坡区域占比高、平均坡度大。(2)两种类型集水区内，溶解态氮、磷流失负荷均表现为暴雨>中雨>大雨，而不同降雨事件中，传统农业型集水区养分输出负荷及其变异系数均高于农林复合型集水区，养分输移波动性强，更易受到降雨强度变化的影响。(3)农业用地在两种集水区内均是主要的养分流失来源，但受坡度限制，其他林地可能是农林复合集水区中重要的养分迁出区域；传统农业型集水区的LWLI高达0.75，表征了该集水区的高氮、磷流失风险；农林复合型集水区LWLI为0.28，养分输出量低，这是合理的景观空间格局与农林复合经营模式共同作用的结果。“源－汇”景观格局对小流域养分流失影响显著，可通过“源—汇”景观空间负荷对比指数对小流域养分流失风险进行判别，并为“源—汇”景观格局优化及小流域面源污染防控提供依据。
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基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究
DOI: 10.11766/trxb202207020361
摘要：
为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生，为紫土坡地水土流失防治提供参考，基于典型紫土径流小区43场降雨资料，将雨量、历时和I30为特征指标，采用K-means聚类算法对降雨分类；使用随机森林（Randomforest,RF）算法评估各影响因子对径流深（H）、土壤流失量（S）的重要性，结合通径分析法进行重要因子筛选；将筛选所得关键因子作为模型输入变量，H、S为输出，使用BP神经网络构建预测模型。结果表明：（1）划分出3种雨型，B雨型（短历时、大雨强、小雨量）是主要降雨类型，A 雨型（长历时、中雨强、大雨量）最剧烈。（2）各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高（31%），各因素对H的重要程度相对均匀；B雨型下各因素对S的影响差异小，F对H的重要程度最高（29%）。在C雨型下，Pr对H、S的重要程度最高（33%、36%）。（3）三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响，B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。（4）利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高，Nash-Suttclife 效率系数均高于0.95，且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。
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黄河故道流域土壤盐渍化多维空间特征及其风险评价
DOI: 10.11766/trxb202205160256
摘要：
掌握土壤盐渍化多维空间分布特征，分析盐渍化风险影响因素，实行风险区域分区管控，提升盐碱土利用效率。以山东省东营市河口区黄河故道流域为研究区，采用经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计，基于GIS插值对研究区盐渍化的二维空间分布格局进行分析，运用GMS三维反距离权重插值可视化分析盐分三维空间分布及其变化趋势，构建土壤盐渍化风险评价模型定量分析其风险程度。结果表明：研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg-1，整体属于重度盐渍化，pH均值为7.82，呈弱碱性；二维空间上，土壤含盐量高值区域（≥6 g·kg-1）主要分布于研究区北部，整体呈现从沿海向内陆降低的趋势，土壤盐分与pH分布趋势整体呈负相关；三维空间上，土壤盐分剖面分布特征整体以均质型为主，局部存在表聚、两端集聚，呈表聚型、均质型、两端集聚型三种类型共存的复杂特征；盐渍化风险程度分为4级，极高风险区域主要分布于研究区中北部、东北部；高风险区域主要分布在研究区中部及东北部区域，中风险区域主要分布在研究区西部、东南部，低风险区域主要分布于研究区西南部。 应预防极高风险区、控制高风险区、改良中低风险区，以最大程度减轻盐渍化风险危害。
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多样化培肥模式调控丛枝菌根真菌促进玉米磷素吸收
DOI: 10.11766/trxb202209070494
摘要：
利用丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）从农田生态系统获取养分，是红壤作物吸收土壤磷（P）素的有效途径。针对我国南方红壤生物功能退化、P素生物有效性低、作物产量低等问题，如何调控作物根际AMF群落，优化其与宿主的互惠共生关系，是打破红壤区作物P摄取瓶颈的关键。本研究结合红壤旱地生态间作与有机（秸秆、猪粪、生物肥）无机肥料配施的4种多样化培肥措施，基于作物产量和红壤磷素活化水平，筛选最优培肥模式。进一步利用扩增子高通量测序和显微观察等技术，解析红壤旱地最优培肥措施调控AMF群落组成，揭示优化的AMF群落激发宿主玉米P素摄取机理。结果表明，花生/玉米间作结合秸秆/生物肥的有机无机配施（In+NPKSB）相较于其他培肥方式使红壤旱地全磷（TP）提高29.07%、有效磷（AP）提升1.35倍，且增强了玉米根内AMF群落科水平间的联系。该措施AMF定殖率是传统培肥措施的2.24倍，提高玉米根际酸/碱性磷酸酶（ACP/ALP）活性32.18%和41.66%，玉米生物量提高34.98%，产量提高67.27%。本研究证实红壤旱地花生/玉米生态间作结合秸秆/生物肥有机无机配施的培肥措施可通过优化玉米根内AMF群落组成，促进土壤P素活化，为在红壤旱地因地制宜推广可持续农业发展的集成应用提供理论依据。
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土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展
孔亚丽, 秦华, 朱春权, 田文昊, 朱晓芳, 虞轶俊, 张均华
DOI: 10.11766/trxb202301200448
摘要：
土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。
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中国北方碱性农田土壤镉污染修复：现状与挑战
张力浩, 白姣杰, 田瑞云, 王国昌, 游来勇, 梁家妮, 慈凯东, 刘梦丽, 寇乐勇, 周伶俐, 吴大付
DOI: 10.11766/trxb202209110503
摘要：
中国土壤镉污染面积广、程度深，但针对于我国北方碱性农田土壤镉污染治理的理论研究及技术研发却较为薄弱。基于VOSviewer软件，分析了近20年来国内外关于碱性土壤镉防控领域的研究方向、主推技术与国际研究格局。在此基础上，系统梳理了碱性土壤中镉的转化过程及影响因素，结合原位化学钝化技术、植物修复和农艺调控措施，进一步总结了碱性土壤镉治理的科学与技术问题。我国碱性农田镉污染治理面临关注度不高、技术研发滞后以及转化困难、土壤-作物（小麦）镉吸收机制不清晰等诸多问题。因此，亟需提高碱性农田土壤镉污染防治的重视程度，研发、试点具有针对性的技术推广模式，构建土壤-作物（小麦）镉精准防控体系，以推动碱性土壤镉污染修复技术与理论的发展及粮食的安全生产。
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天然腐殖质材料对低品位磷矿粉水溶性磷的促释效果
杨强, 张丛志, 张佳宝, 潘慧, 陈卓, 李健鹏, 张灿, 谭钧
DOI: 10.11766/trxb202212130689
摘要：
低品位磷矿开发应用困难的关键问题在于其活化释放困难以及磷素在土壤中易被固定。将不同添加量的天然腐殖质材料及其衍生物作为促释材料，采用连续水浸提法、X-射线衍射以及红外光谱分析了促释材料对低品位磷矿粉的水溶性磷释放特性以及磷矿粉的结构与成键变化的影响，并通过盆栽试验进一步验证磷矿粉与促释材料在最优配比下的生物肥效。结果表明：随着促释材料添加量的提高，水溶性磷的释放也呈现增加趋势，当天然腐殖质材料和HNO3处理天然腐殖质材料分别与低品位磷矿粉混合的质量比为20:80时，5次水溶性磷释放总量分别为对照处理的1.54倍和1.72倍。X-射线衍射分析结果表明，天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后，P2O5和Ca(PO3)2对应的特征衍射峰出现显著下降。红外光谱分析结果表明，天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后，可明显看到位于966 cm-1处PO43-对称伸缩振动v1吸收峰消失，同时位于1 127、673和612 cm-1处PO43-非对称伸缩振动v3吸收峰、H2PO4-相关吸收峰和HPO42-相关吸收峰强度均显著下降。盆栽试验进一步表明，天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料作为一种优质有机物料按照6 g?kg-1或9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按照20:80的质量比混合后可显著提升土壤的有效磷含量，同时可快速提升土壤有机质含量。天然腐殖质材料按9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按20:80的质量比混合，在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较对照处理增加了29.86%、29.47%、36.48%，土壤有机质分别较CK增加34.16%、8.05%、47.40%。HNO3处理天然腐殖质材料按9 g?kg-1的施用量同时与低品位磷矿粉按20:80的质量比混合，在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较CK增加了36.97%、94.44%、34.51%，土壤有机质分别较CK增加27.29%、14.57%、45.41%。天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料呈酸性、高比表面积、腐殖质含量高、活性官能团数量多等特性是提升低品位磷矿粉的水溶性磷和土壤有效磷含量的主要原因。
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水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化机制研究进展
DOI: 10.11766/trxb202212180694
摘要：
土壤矿物作为土壤重要活性组分，可驱动土壤有毒有机物化学转化，降低污染风险。以往土壤矿物与有毒有机物界面行为研究主要集中于水环境或矿物悬浊液体系，然而实际环境中土壤及其矿物常处于干燥、湿润等水分非饱和状态。近年来，水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已成为研究热点，相关研究获得一系列新发现。低含水量铁锰矿物、黏土矿物和金属离子饱和黏土矿物能驱动多环芳烃、抗生素等疏水性有毒有机物化学转化。水分非饱和环境会减弱矿物界面水分子与有毒有机物竞争活性位点，并使矿物发生脱水、向高活性结构转变。此外，土壤矿物水分状态也会影响有毒有机物转化产物，水分非饱和环境更有利于持久性自由基和卤代二噁英等中间产物的形成和稳定。以往研究认为，电子转移反应是土壤矿物界面有毒有机物转化机制，随着检测技术与理论计算的发展，自由基催化和水解作用机制逐渐被发现，相关机制研究精准至矿物晶型和晶面层面。虽然水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已逐渐清晰，但其研究广度和深度有待进一步拓宽和加深。建议未来在实际水分非饱和土壤和矿物中开展有毒有机物转化研究，深入探究还原转化过程，研发原位反应装置及检测方法，尝试从微纳米尺度和分子水平解析有毒有机物在矿物界面转化机制。
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典型旱作农田土壤氧化亚氮排放的氨氧化微生物相对贡献
DOI: 10.11766/trxb202303250115
摘要：
氨氧化过程对氧化亚氮（N2O）排放具有重要贡献。在不同土壤类型和农田管理下，氨氧化微生物类群对N2O排放的相对贡献组成规律还缺乏系统的研究。本研究选取典型农田耕层土壤（潮土、黑土、砖红壤），以及有机肥改良的砖红壤剖面土壤，采用选择性抑制法（乙炔和辛炔）研究氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌和全程硝化菌（AOA+comammox）以及异养硝化菌对土壤硝化潜势、净硝化速率及N2O排放的相对贡献。结果表明，在耕层土壤中，潮土、黑土和砖红壤的pH分别是8.0、6.7和5.7，硝化潜势分别是N 32.5、6.6和4.8 mg?kg-1?d-1，净硝化速率分别是N 7.1、3.0和0.5 mg?kg-1?d-1，7天N2O累积排放量分别是N 38.0、35.4和8.7 μg?kg-1。AOB主导耕层土壤的硝化潜势，对硝化潜势的贡献分别是82%、58%和100%。对于净硝化速率，在潮土和砖红壤中，AOB和AOA+comammox贡献相当（均在30%~40%），而黑土中由AOB主导（72%）。AOB主导耕层土壤的N2O排放，对N2O排放的贡献分别是72%、92%和58%。在改良的砖红壤剖面土壤中，在0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm，pH分别是7.0、5.5和4.9，硝化潜势分别是N 6.6、2.0和1.1 mg?kg-1?d-1，净硝化速率分别是N 4.1、0.9和0.2 mg?kg-1?d-1，N2O排放分别是N 16.3、6.5和2.8 mg?kg-1?d-1。随土壤由深层至表层，硝化潜势、净硝化速率及N2O排放显著提高。AOA+comammox主导表层硝化潜势及净硝化速率的提高（分别贡献63%和54%），AOB主导N2O排放的增加（贡献54%）。本研究为制定与土壤氨氧化特性及土壤性质相匹配的N2O减排措施提供了新的科学依据。
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水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制
DOI: 10.11766/trxb202211230642
摘要：
砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，和菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移基因(arsM)丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA)，菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌(例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。
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铁还原和硫酸盐还原对红壤中二苯砷酸释放与硫化的影响
DOI: 10.11766/trxb202209080499
摘要：
二苯砷酸（diphenylarsinic acid，DPAA）是含砷化学武器在环境中的主要降解产物之一，研究铁还原和硫酸盐还原对土壤中DPAA释放与硫化的影响对于深入认识DPAA的环境地球化学行为至关重要。考察了在淹水和添加不同浓度乳酸钠（C）和硫酸钠（S）培养时花生地和林地红壤中DPAA的释放与硫化情况，并分析铁还原和硫酸盐还原的影响。结果显示：（1）对花生地而言，与不添加硫酸钠和乳酸钠（S-C-）以及仅添加硫酸钠（426 μg?g-1，以S计，S+C-）的处理相比，同时添加硫酸钠和乳酸钠（1 300 μg?g-1（以C计，下同），S+C+；2 170 μg?g-1，S+C++）的处理中DPAA释放明显增强，这与乳酸钠促进了铁还原（>45%）从而有利于DPAA的释放有关；（2）在花生地的S+C+处理中硫酸盐还原最为显著（13周时溶解态硫化物浓度为11.28 mg?L-1），DPAA的去除率（59.6%）最高且主要发生硫化，而在S+C++处理中铁还原程度的增加和硫酸盐还原程度的降低不利于DPAA的硫化；（3）与花生地不同，无论是否添加乳酸钠和硫酸盐，林地中未见DPAA的释放与硫化现象，这与其铁还原程度较低（<25%）和硫酸盐未发生还原（未检测到溶解态硫化物）有关；（4）与林地相比，花生地中梭菌属、芽孢杆菌属和脱硫芽孢杆菌属的丰度明显增加，这很可能分别促进了铁还原和硫酸盐还原，最终对DPAA释放和硫化产生了更显著的影响。总体而言，与铁还原促进DPAA的释放和进一步的硫化相比，硫酸盐的还原程度以及溶液相中硫化物的浓度很可能是控制淹水红壤中DPAA硫化的一个更重要的因素。研究结果将为深入认识DPAA的环境行为和发展DPAA污染红壤的生物刺激修复技术提供理论基础。
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黄土高原北部典型县域耕地土壤碳氮时空变异特征及影响因素
高静, 李建华, 张强, 郑必昭, 王瑞, 蒙秋霞, 郜春花, 徐明岗
DOI: 10.11766/trxb202210050549
摘要：
黄土高原生态环境脆弱，耕地质量的变化直接影响土地生产力的高低。选取其北部典型县域——天镇县，研究长时期耕地土壤有机质和全氮的时空演变规律及其影响因素，为黄土高原耕地质量提升和农业生态环境保护提供理论依据。基于1983年、2008年和2019年耕地质量数据，运用地统计学等方法分析天镇县有机质和全氮的时空演变特征。结果发现：（1）36年（1983—2019年）来，天镇县土壤有机质和全氮含量呈现整体上升、后期快速增加的变化特征。有机质和全氮含量的年均增加量前期（1983—2008年）较低，分别为0.20 g?kg-1和0.01 g?kg-1，在后期（2008—2019年）较高，分别为0.29 g?kg-1和0.03 g?kg-1。碳氮比呈现前期无显著变化，后期显著降低。（2）36年来土壤有机质和全氮的块基比均提升至高于25%，表明地形等自然因素影响逐渐减弱，施肥等人为因素影响增强。（3）土壤有机质和全氮的空间分布特征相似，呈现西部低、东部高的格局，西北部和中部的变化速度快。综上，36年（1983—2019年）来，施肥及秸秆还田等因素是导致天镇县有机质和全氮含量变化的主要因素，因此，结合当地条件增施有机肥、推广秸秆还田并合理施用氮肥能快速提升耕地土壤肥力。
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稻虾共作模式下土壤甲烷产生与氧化潜力及其对温度的响应特征
DOI: 10.11766/trxb202207070376
摘要：
稻田是大气甲烷的重要人为排放源。为探讨不同稻田利用方式下甲烷产生和氧化潜力及其对温度的响应特征，以我国东南部地区常规稻田种植体系、由稻田转变来的稻虾种养结合体系和常规虾塘养殖体系为研究对象，分别采集位于江苏省句容市常规稻田（CR）、共作稻区（R-CR）和共作虾区（R-CC）以及常规虾塘（CC）土壤样品，在5℃、15℃、25℃和35℃条件下进行为期30 d的室内培养实验。结果表明：农业土地利用方式转变对甲烷产生和氧化潜力均有显著影响，甲烷产生潜力由大到小依次为：共作虾区、常规虾塘、共作稻区、常规稻田，分别为1.14、0.33、0.25和0.17 μg?g-1?d-1，甲烷氧化潜力从大到小依次为：常规稻田、常规虾塘、共作稻区、共作虾区，分别为1.38、1.01、1.00和0.71 μg?g-1?d-1。由于水分管理差异以及饲料、氮肥投入导致底物和环境因子差异造成了产甲烷菌、甲烷氧化菌的活性差异，使得不同土地利用类型土壤呈现不同的甲烷产生和氧化潜力特征；甲烷产生潜力随培养温度的升高呈指数增长，在5℃、15℃、25℃和35℃时的平均值分别为0.13、0.26、0.55和0.95 μg?g-1?d-1。而甲烷氧化潜力仅在低温时比较敏感，在15℃、25℃、35℃时与5℃下的甲烷氧化潜力存在显著差异，而三种培养温度之间无显著差异（甲烷氧化潜力在5℃、15℃、25℃和35℃时分别为0.71、1.14、1.14和1.11 μg?g-1?d-1）。总体上，甲烷产生潜力对温度的响应强于甲烷氧化潜力。此外，土壤甲烷产生和氧化潜力均受温度或土地利用类型单因素的显著影响（P<0.01），但两者的交互效应仅对土壤甲烷产生潜力存在显著影响，对甲烷氧化潜力并无显著影响。
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梨树枝条粉碎覆盖对梨园土壤养分和微生物组的影响
杨天杰, 王孝芳, 胡红菊, 杨健, 藕继旺, 王晓祥, 郝宝锋, 王中华, 董彩霞, 徐阳春
DOI: 10.11766/trxb202208050430
摘要：
梨树整形修剪枝条是一类重要的生物质资源，将其粉碎后覆盖于树下土壤是资源化利用的有效途径。为了科学评估梨树枝条粉碎覆盖对土壤理化性状及微生物群落结构的影响，采集了贵州毕节、河北昌黎、黑龙江哈尔滨、湖北枝江和河南许昌5个不同纬度梨典型种植区梨园枝条覆盖1~2年后的土壤样品，检测了土壤基础理化特性及土壤细菌、真菌和原生生物群落。结果发现，与不覆盖枝条的对照相比，总体而言覆盖能有效提高土壤有机质和有效磷含量，土壤细菌、真菌和原生生物群落结构也发生了显著变化，但对群落多样性无显著影响；覆盖处理显著富集了土壤细菌中的变形菌门、酸杆菌门和真菌中的担子菌门以及原生生物中的孔虫界和囊泡虫类等类群的相对丰度。进一步利用随机森林模型挖掘了不同采样点枝条覆盖后的关键物种，模型预测准确率高达94.44%，关键物种以细菌为主，包括Acidibacter、Xanthobacteraceae、Nitrosomonadaceae等与有机残体降解有关的微生物，还发现土壤有效磷含量是土壤微生物群落结构差异的主要驱动因子。相关研究结果初步评估了梨树枝条覆盖对土壤养分和微生物组的影响，挖掘了潜在的关键微生物。
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酸化与富磷对农田土壤硅有效性的影响
DOI: 10.11766/trxb202208300482
摘要：
目前，大量农田土壤及其生态功能正经受着土壤酸化的严重威胁，而土壤pH深刻影响着土壤中硅、磷养分的移动性及两者间的相互作用。关于硅肥施用可有效提升土壤磷素植物有效性的研究已有大量报导，但在农业集约化生产区，土壤磷素已大量累积的背景下，磷富集对土壤硅移动性与有效性的影响及其机制尚不清楚。选取2种不同有效硅水平的农田土壤（低有效硅土壤LASi：有效硅28.20 mg?kg-1；高有效硅土壤HASi：有效硅253.6 mg?kg-1），通过等摩尔浓度硅磷竞争吸附试验、土壤培养试验等，探究人工酸化与磷添加对土壤硅吸附性能与移动性的影响及其机制。结果表明，酸化土壤pH在3.5~8.0范围内，当硅与磷等摩尔浓度同时添加时，磷的存在会降低硅的吸附，各相应pH的LASi与HASi 2种土壤对硅的吸附量分别降低26%~74%、31%~84%。这说明，土壤对磷的吸附大于对硅的吸附。设置土壤pH3.5~8.0范围内，降低pH可降低土壤对硅的吸附；磷添加降低土壤硅吸附的效应，在高pH条件下更为显著。土壤酸化与磷添加降低了土壤对硅的吸附，降低了土壤有效硅（HOAc-NaOAc-Si）水平；不同类型土壤移动性硅（CaCl2-Si）水平对酸化与磷添加的响应不同，具体机理尚需进一步研究。
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温度和砷对不同品种水稻幼苗生长和砷吸收的影响
翟伊然, 李仁英, 张婍, 祁梦如, 卢炳浩, 黄利东, 徐向华
DOI: 10.11766/trxb202302120058
摘要：
为明确温度和外源砷对水稻生长发育的影响，选取江苏地区常见的8个水稻品种为试验材料，通过添加不同浓度外源砷[0(As0)、0.5(As0.5) 和1 mg?L-1(As1)]和模拟不同温度[白天/夜晚分别为30 ℃/25 ℃（T0）和35 ℃/30 ℃（T1）]，在人工气候箱内进行了发芽和苗期培养试验，并分析了8个品种水稻种子萌发、幼苗生长及砷含量状况。结果表明，外源砷对水稻的芽长和活力指数具有抑制作用，与对照（T0As0）相比，T0As1处理使不同品种水稻的芽长和活力指数分别降低13.69%~43.34%和28.14%~52.88%。 而温度对水稻种子萌发的影响与水稻品种有关。在T1处理下，盐两优1618的发芽率、芽长和活力指数均优于其他品种。温度和外源砷的共同作用显著降低了不同品种水稻的芽长（P<0.05）。与T0As0相比，T1As1使水稻芽长显著降低5.66%~43.34%。水稻根长和根系活力显著受到温度和外源砷的单一因素的影响。与T0As0相比，T0As1处理使水稻根系活力降低3.01%~58.21%。温度和外源砷的共同作用抑制了水稻根长和根系活力，其中T1As1使水稻根系活力显著降低53.80%~89.01%。不同品种水稻的苗高和根系活力在相同温度或外源砷处理下具有显著差异（P<0.05），其中盐两优888的苗高和根系活力均处于较高水平。水稻茎叶砷含量在外源砷处理下显著增加，在增温处理下却降低。与单一的砷处理相比，温度和外源砷的共同作用降低了水稻茎叶的砷含量。综上可知，温度和外源砷影响水稻的生长及砷吸收，但水稻生长状况具有明显的品种间差异，其中盐两优888和盐两优1618在增温和外源砷共存条件下的种子萌发和生长状况优于其他水稻品种。
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甲氰菊酯在土壤中的降解及对蚯蚓的毒性效应研究
杨馥荣, 冉露露, 杨沐, 刘畅, 陈敏, 蔡依芸, 杨灿灿, 何林
DOI: 10.11766/trxb202210130560
摘要：
拟除虫菊酯作为全球第三大杀虫剂品种，在农业生产中广泛使用，同时也带来了一系列不利的环境影响。然而，目前有关拟除虫菊酯在土壤环境中的残留行为和风险评估报道较少。以典型拟除虫菊酯类杀虫剂甲氰菊酯(FEN)为研究对象，重点探究其在不同性质土壤中的降解行为以及对典型土壤生物蚯蚓的毒性效应。结果表明，甲氰菊酯在碱性土壤中的降解速度快于酸性土壤，同时在非灭菌土壤中的降解速度为灭菌土壤的4倍。因此，土壤酸碱度和微生物是影响FEN在土壤中降解快慢的主要因素。此外，在降解过程中检测到甲氰菊酯主要代谢物3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)的生成。蚯蚓富集结果表明，FEN在蚯蚓体内的含量先升高后降低，最大生物富集因子为0.3。亚急性毒性结果表明，高剂量（5 mg?kg-1）甲氰菊酯暴露14 d后，蚯蚓体内蛋白质含量显著降低（P<0.05），细胞色素P450（CYP450）、羧酸酯酶（CarE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量均显著增加（P<0.05），同时存在剂量效应，证实土壤中残留的FEN对蚯蚓具有毒性效应。本文对甲氰菊酯在土壤环境中的降解行为研究以及生态毒性风险评估具有重要的指导意义。
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不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征
DOI: 10.11766/trxb202211180627
摘要：
土壤有机质（soil organic matter，SOM）含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标，热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素，可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下（平坦）自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下（有地表侵蚀和沉积）受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面，采用热重分析法，基于不同温度区间的质量损失，分别以Exo1（200～350℃区间的质量损失）和Exo2（350～550℃区间质量损失）代表热易分解SOM和热稳定SOM，以微分热重曲线及热重参数指标（Exo1/Exo2和TG-T50）表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征，并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明：稳定地形下自然发育的黑土，热易分解SOM（Exo1）含量相较于热稳定SOM（Exo2）含量随深度下降更快，Exo1/Exo2随深度减小，TG-T50随深度增加，脂肪族碳/芳香族碳减少，SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下，黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势，存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象，这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约，而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积，由于埋藏作用，这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而，非稳定地形区域一旦再遭侵蚀，这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程，同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放，成为黑土区碳排放的“热点”。
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绿肥介导的土壤代谢物-微生物变化缓解草莓自毒并增产提质
郭俏, 肖莉, 李进, 孙晨瑜, 符慧晶, 舒小龙, 薛泉宏, 来航线
DOI: 10.11766/trxb202211050608
摘要：
为探讨禾本科绿肥对设施大棚草莓产量和品质的影响及机制,于2017-2021年选取玉米、高粱和高丹草绿肥进行还田试验,设置休闲农田-草莓、玉米-草莓、高粱-草莓和高丹草-草莓4个处理,测定草莓盛果期的植株生长及生理指标、果实产量及品质、土壤化学特征、细菌群落结构及代谢组。结果表明,不同绿肥处理均促进后茬草莓生长、产量形成及品质提高。其中,玉米绿肥的效果最为明显,该处理下草莓植株干重、根表面积、根长、根平均直径、根尖数、根系活力和叶片叶绿素含量分别较休闲对照显著增加53.4%、34.4%、40.0%、21.0%、94.7%、36.0%和7.8%。同时,玉米绿肥处理下果实单株产量、总糖含量、维生素C含量和可溶性固形物含量分别显著增加44.6%、13.9%、14.4%和12.8%。此外,玉米绿肥处理下土壤pH、阳离子交换量、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性均显著增加。绿肥介导了草莓根际土壤细菌群落多样性及丰富度增加,有益细菌如黄杆菌属(Flavobacterium)、贪噬菌属(Variovorax)和鞘氨醇杆菌属(Pedobacter)显著富集。绿肥对有益细菌的招募可能与之介导的土壤中糖类代谢物(如山梨糖、甘露糖和果糖)相对丰度显著增加有关,而脂类代谢物(如棕榈酸、硬脂酸和油酸)相对丰度的显著降低缓解了草莓自毒作用。因此,禾本科绿肥引起土壤特定代谢物变化通过招募有益菌并缓解自毒作用提高草莓产量和品质,以玉米为主的禾本科绿肥适用于设施大棚草莓生产。
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江苏水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价
季国军, 纪洪亭, 程琨, 刘满强, 江瑜, 胡正锟, 张岳芳, 胡乃娟, 胡锋
DOI: 10.11766/trxb202212180695
摘要：
【目的】目前在省级尺度上关于不同水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价的研究尚未见报道，系统分析水稻不同种植方式碳足迹及经济效益对水稻生产碳减排和发展低碳农业具有重要意义。【方法】基于江苏水稻农情调查数据，利用生命周期评价方法定量分析江苏水稻不同种植方式碳足迹及经济效益。【结果】结果表明，2016—2020年不同水稻种植方式单位面积碳足迹为11.28~14.39 t·hm-2，单位产量碳足迹为1.30~1.52 kg·kg-1，单位产值碳排放为0.49~0.58 kg·yuan-1，单位面积碳足迹、单位产量碳足迹和单位产值碳足迹从大到小依次为抛秧水稻或手插水稻、机插水稻、直播水稻。机插水稻和手插水稻生产单位面积碳足迹随年份的增加呈下降趋势。机插水稻、手插水稻和直播水稻单位产量碳足迹随年份的变化呈下降趋势。不同水稻生产种植方式碳足迹中占比最大的是稻田甲烷排放，其次是氮肥施用导致的碳足迹、稻田氧化亚氮排放和灌溉用电导致的碳足迹。氮肥和灌溉用电是影响不同水稻种植方式碳足迹差异的主要驱动因素。不同水稻种植方式总收益为2.51?103~2.75?103 yuan·hm-2，资源投入成本为1.88?103~1.99?103 yuan·hm-2，碳排放成本为0.20?103~0.25?103 yuan·hm-2，考虑碳排放的净收益（NI-CO2）为0.39?103~0.64?103 yuan·hm-2。机插水稻NI-CO2低于其他三种水稻种植方式，这与机插水稻较高的总收益和较低的资源投入成本和较低的碳排放成本有关。【结论】综上所述，仅考虑碳排放，直播水稻是最为低碳的水稻种植方式，综合碳排放和经济效益，机插水稻优于手插、直播和抛秧水稻。
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砖红壤中铬的溶出和外源三价铬的氧化转化*
DOI: 10.11766/trxb202301290034
摘要：
砖红壤铬（Cr）的背景值和锰氧化物的含量均较高，当土壤中Cr溶出或者受到Cr(III)污染，可能被氧化生成毒性较高的Cr(VI)，从而对周围的环境造成威胁。为考察砖红壤中Cr的环境风险，以云南、海南和广东采集的部分砖红壤为对象，研究土壤中Cr的溶出和外源Cr(III)的氧化。连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法提取和电子探针扫描分析的结果表明，砖红壤中的Cr主要与铁氧化物和硅酸盐矿物结合，呈非活性状态。盐酸和柠檬酸的酸化和络合作用促进了Cr的溶出，但即使1 mol?L-1的盐酸也仅使海南3和广东9砖红壤中3.68%和3.54%的Cr溶出。向砖红壤中添加Cr(III)并培养42 d，发现少量添加的Cr(III)氧化为Cr(VI)，但不同土壤中Cr(VI)的生成量与亚锰的净产生量不一致，说明土壤中Cr(III)氧化生成的Cr(VI)可能会被土壤有机质重新还原为Cr(III)。去除土壤有机质后，一次平衡实验中观察到外源添加的Cr(III)氧化为Cr(VI)，氧化量与土壤易还原锰的含量一致。随着溶液pH的增加，Cr(III)的氧化量呈先上升后降低的趋势，在pH4.5时Cr(III)氧化量达最大值，但Cr(III)的氧化转化量在Cr(III)添加量中的占比很小，外源Cr(III)在土壤中氧化转化的风险也很低。虽然砖红壤的背景Cr和易还原锰的含量较高，但自然条件下Cr的溶解和Cr(III)的氧化反应很难发生，Cr(III)不易转化为Cr(VI)，因此不需要过度担忧砖红壤中Cr的风险。
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土壤厚度演化模型理论方法研究进展
DOI: 10.11766/trxb202207070374
摘要：
全球平均土壤厚度仅约为1 m，但土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性，基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息，亟待发展土壤厚度预测的过程机理模型。本文回顾了土壤厚度演化模型理论方法的研究进展，评价了不同土壤生成及输移模型的适用性。研究指出土壤化学风化成土等机理仍不清晰是制约模型发展的理论瓶颈。此外，模型的方法体系有待完善，亟待进一步发展土壤生成率和输移率的函数形式及其参数的估计方法等，指出物理与随机结合的模拟方法以及基于数学物理途径的参数确定方法等有望解决模型应用中遇到的难题。最后，在土壤厚度演化模型基础上，提出发展基于流域协同演化理论的土壤发生学模型是定量预测土壤理化全要素发生所亟需突破的难点之一。
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表层土壤结构对红壤坡耕地产流及产沙过程的影响
张紫薇, 赵文俊, 李 奇, 马一淳, 田 亮, 杨广勇, 李忠武, 刘窑军
DOI: 10.11766/trxb202205280284
摘要：
针对南方红壤区坡耕地水土流失严重与表层结构退化的现状，采用室内模拟降雨的方法，分析表层土壤结构和雨强对降雨再分配、坡面产流及产沙过程的影响。结果表明：（1）表层土壤结构显著改变降雨的再分配过程，深耕作层可以降低地表径流比例，增加壤中流比例，60和90 mm·h-1雨强下，随耕作层深度增加，地表径流平均比例依次为70.5%，62.9% 和 56.8%，壤中流平均比例依次提升为7.1%，12.3％和18.1%；（2）土壤流失率随雨强增加而增大，90 mm·h-1雨强下土壤流失率是60 mm·h-1雨强下的4.4倍，土壤流失率随耕作层深度增加而显著减小，依次为36.8、21.1和13.1 g·m-2 min-1；（3）雨强和表层土壤结构显著影响坡面侵蚀形态的演变，随耕作深度增加坡面侵蚀由细沟侵蚀逐渐转变为面蚀。表层土壤结构显著改变坡耕地降雨-径流关系和侵蚀过程，合理增加耕作层深度，对降低地表侵蚀、促进土壤水分的深层下渗、增加土壤深层持水量具有积极作用。
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土壤水分及磷水平对草甘膦农药降解动力学的影响
DOI: 10.11766/trxb202205110244
摘要：
近年来，草甘膦及其降解产物氨甲基磷酸 (AMPA)在土壤中的持久性及其环境风险日益受到关注。然而，草甘膦与磷酸盐结构相似且带电荷，可能与磷酸盐在土壤颗粒表面产生吸附竞争，进而影响其在土壤中的环境行为及土壤 磷的生物有效性。本研究通过室内控制试验，对不同磷肥施用水平(0，50 mg.kg-1，100 mg.kg-1)及水分条件下 (20%田间持水量 (20FC)，60%田间持水量 (60FC))，黄土中草甘膦农药降解动力学、土壤速效磷及土壤酶活性变化特征进行研究。结果表明：1) 不同磷肥施用及水分条件下，草甘膦农药在喷施初期降解速率较快，后期逐渐减缓；不同磷肥施用水平对草甘膦降解影响不显著，但不同水分梯度对其影响差异显著。其降解产物AMPA的含量随着草甘膦农药的降解而增加，不同磷肥施用水平处理AMPA的含量差异不显著，但不同水分条件下其峰值及变化特征差异显著，即：20FC 条件下到喷施后第14 d达到峰值，而60FC条件下在喷施后第7d 就达到峰值。通过拟合发现，草甘膦残留数量特征符合污染物一级动力学衰减模型，其半衰期分别为 69.3~77.0 d (20FC)和10.5~12.8 d (60FC)。2) 草甘膦农药喷施后，土壤中速效磷含量随草甘膦农药的降解呈现先减小后增大的变化特征，土壤水分对其影响差异显著。此外，草甘膦农药喷施后，磷酸酶活性受到明显抑制，N-乙酰胺基-β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、亮氨酸酶活性波动较大。不同磷肥施用水平对以上四种土壤酶活性的影响差异不显著，但不同水分梯度对其影响较大。由此表明：黄土中磷水平对草甘膦农药降解特征的影响不显著，但土壤水分状况显著影响草甘膦农药的衰减速率及其降解产物的残留水平；同时，草甘膦农药喷施，对黄土中速效磷及磷酸酶活性的影响较大，可能对土壤P循环及植物利用产生影响。因此，后续研究还应考虑草甘膦与土壤磷组分及相关酶活性的互馈效应，特别是在干旱条件下草甘膦及其降解产物的持久性与土壤健康的关系研究，以期为黄土区草甘膦农药的安全喷施提供科学依据。
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地球关键带研究评述：现状与展望
DOI: 10.11766/trxb202211230640
摘要：
近20年来，国际上兴起的“地球关键带”研究，为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究，应用引文空间（CiteSpace）技术进行文献计量分析，梳理地球关键带的研究历史与现状，为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明：地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注；三个发展阶段（萌芽、初期和快速发展）的研究重点差异明显；土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心；地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具；联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向；地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究：加强基础设施建设，构建更具包容性的地球关键带观测站网络；加强学科交叉和人才队伍建设，培养新一代地球关键带科学家；服务面向可持续发展的社会需求，在实践中应用和发展地球关键带科学；开发新技术、新方法，完善理论、模型和方法体系；揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应，加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。
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福建省漳州市水稻物候特征对稻田土壤有机碳制图的影响
吴启航, 姚 园, 李一凡, 曹文琦, 蔡欣瑶, 毋 亭, 张黎明, 邢世和
DOI: 10.11766/trxb202205150253
摘要：
高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础，相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子，但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少见。基于遥感影像提取的物候参数是农业管理活动的直接反映，在研究农业管理活动对农田土壤有机碳的影响方面有较大应用潜力。基于此，本研究以福建省漳州市水稻田为研究对象，利用随机森林算法，基于5组不同的变量组合（A组：仅自然环境变量；B组：自然环境变量+早稻物候参数：C组：自然环境变量+晚稻物候参数；D组：自然环境变量+早稻物候参数+晚稻物候参数；E组：仅早稻物候参数+晚稻物候参数），分别构建土壤有机碳含量预测模型。通过对比5组模型的预测精度、预测值的空间分布特征和相关影响因子的重要性，分析物候参数对于土壤有机碳制图精度的影响作用，挖掘漳州市水田土壤有机碳制图的主要影响因子，解析对漳州市水田土壤有机碳有重要影响作用的农业管理活动。研究结果表明：物候参数的加入能够降低预测模型的误差和提升模型解释方差的能力；对漳州市水田土壤有机碳影响作用最大的物候参数依次为早稻季的NDVI增长速率（h1）、早稻生长季节开始的时间（a1）与早稻季NDVI下降速率（i1）；三个最重要的物候参数与土壤有机碳含量分别呈正相关、负相关和负相关，因此，采取能够促使早稻苗早生快发、加快早稻分蘖速率和减缓早稻衰老速率的水肥管理措施可增加耕地土壤有机碳含量。基于物候参数构建预测模型能有效提高农田土壤有机碳制图精度，基于物候参数的农田土壤有机碳制图研究可为农田管理提供决策支持，此次研究结果可为相关研究提供理论依据。
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长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响
郭伟, 周云鹏, 陈美淇, 李丹丹, 王青霞, 马东豪, 赵炳梓
DOI: 10.11766/trxb202210090556
摘要：
不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生，但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验（2005—2020年）为研究平台，其包含5个施氮水平：0（F0）、150 kg?hm-2（F1）、190 kg?hm-2（F2）、230 kg?hm-2（F3）和270 kg?hm-2（F4），研究了不同施氮量对土壤团聚体组成（>2 000 μm、2 000～250 μm、250～53 μm和<53 μm）的影响，以及团聚体组成与生物胶结物质（球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）及微生物生物量碳（MBC））和土壤真菌之间的相关关系。结果表明，土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组，分别为F0、F1和F2以及F3和F4，其中，（1）F1和F2处理团聚体平均重量直径（MWD）最高，同时大于2 000 μm团聚体的质量比例显著增加，并与拟棘壳孢属（Pyrenochaetopsis）富集有关；（2）F1和F2、F3和F4处理均表现为2 000～250 μm团聚体的质量比例增加，而小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低，2 000～250 μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值（EE-GRSP/T-GRSP）以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白（EE-GRSP）显著正相关，而与亚隔孢壳属（Didymella）和被孢霉属（Mortierella）相对丰度显著负相关；小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属（Mortierella）、白腐菌属（Phlebia）、黑孢壳属（Melanospora）、Fusicolla、柄孢壳属（Podospora）和亚隔孢壳属（Didymella）相对丰度显著正相关，而与EE-GRSP和/或支顶孢属（Acremonium）、柱霉属（Scytalidium）、外瓶霉属（Exophiala）、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此，土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下，150 kg?hm-2和190 kg?hm-2施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg?hm-2和270 kg?hm-2施氮水平，与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。
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河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究
DOI: 10.11766/trxb202209010393
摘要：
辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应，对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象，结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法，探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明，农田土壤盐渍化程度显著低于荒地，其原核生物多样性更高，特别是富集了大量农田特有的ASV（扩增子序列变体，amplicon sequence variant）；原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大，并主要受到土壤电导率（EC）、pH和有机质（SOM）等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明，盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌，如亚硝化球菌（Nitrososphaeraceae）、亚硝化单胞菌（Nitrososmonadaceae）、诺卡氏菌（Nocardioidaceae）和鞘氨醇单胞菌（Sphingomonadaceae）等；而盐渍化荒地富集了以盐杆菌（Halobacterota）为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。
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土壤真菌群落和潜在功能对施加外源Bt毒素的响应
李玉洁, 葛蕾, 胡聪, 王璐瑶, 郭官清, 武国干, 王翠, 宋丽莉, 孙宇, 王金斌, 曾海娟, 徐勤青, 全哲学, 李鹏
DOI: 10.11766/trxb202209070496
摘要：
【目的】转Bt基因植物和Bt菌生物农药释放的Bt毒素是一类具有生物毒性的潜在环境外源污染物，Bt毒素环境行为和生态效应是转基因植物和植物用转基因微生物安全风险评价的重要内容，但是外源Bt毒素对土壤真菌群落和潜在功能的影响还不清楚。【结果】本研究发现，Bt毒素施加量和培养时间均可以显著影响土壤真菌群落组成，且随着Bt毒素施加量增加和土壤培养时间延长，土壤真菌群落差异性逐渐变大。施加Bt毒素提高了土壤真菌群落香农指数和关联网络的负相关性比例及模块数，因而没有对土壤真菌群落的多样性和稳定性产生负面影响。【结论】上述结果表明，评估Bt毒素的环境行为及微生态效应要关注Bt毒素施加量及其长期影响。随着Bt毒素施加量增加，Phymatotrichopsis、Homalogastra、Geosmithia和Apiotrichum等真菌以及参与蛋白质降解、碳素代谢和磷素代谢的功能基因编码酶相对丰度显著升高，推测上述真菌物种和潜在功能参与了Bt毒素在土壤中的降解和转化过程。研究结果为转Bt基因植物、Bt重组菌生物农药以及Bt毒素的生态安全风险评价提供了科学参考和理论依据。
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基于文献数据的PAHs生态安全土壤环境基准研究
DOI: 10.11766/trxb202211040517
摘要：
多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）具有致癌、致畸、致突变等“三致”效应，其造成的土壤污染问题受到世界各国的强烈关注。然而我国基于生态安全的土壤风险筛选值和管控标准仍未确立，致使当前土壤生态安全风险评估仍无据可依。通过系统调研国内外土壤中PAHs的生态毒性研究结果，针对16种优先控制PAHs，筛选获得248组毒性数据（Effect concentration10, EC10和No observed effect concentration, NOEC），并利用物种敏感性分布法推导出不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准。不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准分别为1.00~10.60 mg·kg-1（自然保护地和农用地）、1.03~25.44 mg·kg-1（公园用地）、1.12~51.00 mg·kg-1（住宅用地）、1.20~68.41 mg·kg-1（商服及工业用地）。该研究结果可为我国土壤生态安全环境质量标准的制定和PAHs污染土壤的生态风险评估提供数据支撑和方法指导。
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土壤抗生素抗性基因研究进展及热点分析
DOI: 10.11766/trxb202210200578
摘要：
抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）的产生和传播对全球公共健康产生巨大威胁。土壤作为ARGs的重要储存库和介质，已引起众多学者广泛关注。为全面了解土壤ARGs相关领域的研究进展及热点，本研究利用可视化软件VOSviewer和CiteSpace，基于Web of Science数据库，对2013–2022年发表的土壤ARGs领域相关文献进行计量学分析。结果表明，土壤ARGs相关研究的发文数量和被引频次逐年上升。我国在土壤ARGs领域的发文量最高，占总发文量的61.40%，且与澳大利亚、美国等27个国家合作紧密。四环素和磺胺嘧啶为该领域重点关注的抗生素类型；大肠杆菌作为模式菌一直是土壤ARGs领域备受关注的微生物类型。不同时期土壤ARGs研究热点存在明显差异：初期关注的重点方向为ARGs的认识和定量，随后引起较多关注的是ARGs源解析及其与微生物的内在联系，而对ARGs传播扩散和归趋相关研究已成为现今科学家关注和研究的热点。
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不同胶结度的饱和土壤孔隙尺度结构对地下水渗流特性的影响
DOI: 10.11766/trxb202208180459
摘要：
饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义，土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一，但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构，基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明：土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%，流场的变异函数增大了70.15%（从1.233到2.098），即随着胶结度增大，流速空间非均质性显著增强。此外，沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少，不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时，地下水中不流动区比例增大了23倍（从2.06%到48.31%），而优势流区比例增大了将近9倍（从0.27%到2.41%）。当平均流速不同时，以上渗流特征的变化趋势保持不变。此外，本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。
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两种母质的红壤性水稻土中微生物硫循环代谢途径特征
DOI: 10.11766/trxb202210090382
摘要：
水稻土氧化还原交替频繁，使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃，对水稻生产影响显著。本文以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象，通过宏基因组测序以及生物信息学分析，研究了红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物特征，包括有机硫转化途径、其他（转运）途径、同化硫酸盐还原途径、硫氧化途径、异化硫酸盐还原途径以及硫歧化途径。结果表明：两种母质发育的红壤性水稻土具有相同的硫循环途径特征，即有机硫转化途径微生物功能基因丰度的发生频率最高，每百万个带注释的细菌序列平均检测到16000个有机硫转化的功能基因；硫歧化途径微生物功能基因丰度的发生频率最低，每百万个带注释的细菌序列平均仅检测到116个硫歧化途径功能基因。两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物，在门分类水平上，微生物组成没有显著差异，都以变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）为优势菌门，占比分别为55.19%、10.61%、7.18%等。在种水平分类上则差异显著，花岗岩母质发育的水稻土中硫循环途径微生物相对丰度更高，且所有途径的优势菌种都为Deltaproteobacteria bacterium、Acidobacteria bacterium、Betaproteobacteria bacterium，其丰度占花岗岩母质水稻土硫循环微生物丰度的40%以上；而在第四纪红色黏土母质发育的水稻土中参与硫循环每条途径的优势功能微生物更加丰富，如在有机硫转化途径中Gemmatirosa kalamazoonesis丰度最高，在其他（转运体）途径Azoarcus sp.的丰度最高，在同化硫酸盐还原途径丰度最高的微生物是Anaeromyxobacter sp.。研究结果表明：两种不同母质发育的红壤性水稻土中存在相同的硫循环途径特征，两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物在门水平上没有显著差异，但在种水平分类上差异显著，表明不同母质中会存在着独特的优势硫转化功能菌群。
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不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征
王敬, 付瑞彪, 郝兆东, 郑仁华, 叶代全, 郑雪燕, 陈金慧, 程谊
DOI: 10.11766/trxb202210150568
摘要：
为揭示福建省洋口林场不同无性系杉木人工林土壤氮素转化特征，以15年林龄的第三代优良组培材料和实生苗(包括洋003（Y003）、洋008（Y008）、洋020（Y020）、洋061（Y061）、洋062（Y062）、第2代种子园良种（Ysec）和无性系混系扦插苗（Ymix）)共计7种无性系杉木人工林土壤为研究对象开展室内培养试验，测定培养期间土壤无机氮含量变化，进而计算不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明：不同无性系杉木人工林土壤的净矿化速率和净硝化速率均处于较低水平（净矿化速率和净硝化速率分别为-0.093~0.118 mg?kg-1?d-1和-0.021~0.051mg?kg-1?d-1）均处于较低水平，表明亚热带地区杉木人工林土壤的供氮能力较弱。但在不同无性系间氮净矿化和硝化速率均存在显著差异。Y061土壤的平均净矿化速率显著高于其他无性系人工林土壤，为0.118 mg?kg-1?d-1，其次为Ymix和Y062无性系，分别为0.046 mg?kg-1?d-1和0.033 mg?kg-1?d-1；而其他4种无性系土壤平均净矿化速率均为负值，表现为无机氮的净同化作用；对不同无性系杉木人工林土壤而言，Y008的净硝化速率最高，为0.051 mg?kg-1?d-1，其次为Ymix和Y020无性系，分别为0.003和0.007 mg?kg-1?d-1，其他4种土壤平均净硝化速率均为负值，表现为硝态氮的净同化作用，因而保氮能力强。综上，Y061和Y062两种无性系杉木人工林土壤的供氮能力和保氮水平显著高于其他无性系，而Y008土壤发生淋溶等氮素损失的风险高于其他无性系，在实际栽植中应当合理选择无性系树种以保证更好的土壤肥力供应。
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可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究
李学兰, 李德成, 郑光辉, 曾荣, 蔡凯, 高维常, 潘文杰, 姜超英, 曾陨涛
DOI: 10.11766/trxb202210040548
摘要：
对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外（350～2500 nm）与中红外光谱（4000～650 cm-1）对土壤养分的预测能力，以贵州省500个土样为例，对光谱进行Savitzky-Golay（SG）平滑去噪处理，再用标准正态化（SNV）方法进行基线校正，然后分别应用偏最小二乘回归（PLSR）和支持向量机（SVM）两种方法进行建模，探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）和碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）共六种土壤养分的预测效果。结果表明：（1）无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱，PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。（2）中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱，可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK（性能与四分位间隔距离的比率（RPIQ）大于2.10），中红外光谱可相对较可靠地预测AN（RPIQ=1.87）；但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差（RPIQ<1.34）。（3）当变量投影重要性得分（VIP）大于1.5时，PLSR模型在中红外光谱区域预测TN和TK的重要波段多于可见-近红外光谱区域，TN的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的1910和2207 nm附近，中红外光谱区域的1 120、1 000、960、910、770和668 cm-1附近；TK的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的540、2176、2225和2268 nm附近，中红外光谱区域的1 040、960、910、776、720和668 cm-1附近。因此，中红外光谱技术结合PLSR模型对土壤养分预测效果较好，可快速准确预测土壤TN和TK，可为指导适时施肥提供技术支撑。
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长期不同施肥的棕壤胶体凝聚动力学比较研究
任凯璐, 左研, 寇琪, 张广才, 张昀, 汪景宽, 高晓丹
DOI: 10.11766/trxb202208300347
摘要：
土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境，对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。本研究依托三十五年棕壤长期定位施肥监测试验站，选取不施肥处理（CK）、施用氮肥（N）、施用有机肥（M）、氮肥与有机肥配合施用（N+M）四种处理的土壤为研究对象，采用动态光散射技术监测不同施肥处理的土壤胶体凝聚动力学过程，通过对比分析土壤有机质含量、表面化学性质和土壤矿物组成等探究不同施肥处理对土壤胶体凝聚过程的影响。研究发现：四种长期不同施肥处理的棕壤胶体凝聚特征均表现为在低电解质浓度条件下发生慢速凝聚（RLCA）与高电解质浓度条件下的快速凝聚（DLCA）；不同施肥处理胶体在相同电解质体系中的临界聚沉浓度的大小顺序均为M > N+M > CK > N。有机肥的长期施用增加了土壤有机质含量，从而提高了胶体颗粒表面电场强度，加大了胶体颗粒间的静电斥力，加之有机质组分的空间位阻效应使得胶体的凝聚现象减弱；另一方面，长期不同施肥处理并未改变土壤黏土矿物组成类型，但对其相对含量产生影响：其中，有机肥的长期施入使2:1型伊利石的相对含量增加，1:1型高岭石的相对含量减少，长期施用氮肥使伊利石相对含量减少而高岭石相对含量增加。综上，长期不同施肥处理改变棕壤胶体的基本理化性质和矿物组成比例关系，进而影响棕壤胶体的凝聚动力学过程。
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基于Meta分析研究毛竹入侵致土壤pH提升及养分和微生物群落结构的变化
施宇森, 王杉杉, 方伟, 郑梦琦, 江秉鸿, 邵帅, 马晓敏, 徐秋芳
DOI: 10.11766/trxb202208210462
摘要：
诸多研究发现毛竹入侵周围林分提高土壤pH，但未见统计性描述报道。为此，本研究将通过大数据分析证实此现象的普遍性以及探究伴随的土壤养分和微生物变化。本研究收录包含毛竹入侵有关土壤pH变化的42篇文献总计101组数据，采用整合分析方法（Meta-analysis）进行深入探讨。在研究土壤养分变化时，本文还结合了团队采集的12个毛竹入侵带的样地数据总计92个样品18组数据进行分析。结果表明，在所有的数据组中，84.9%的土壤在经过毛竹入侵后其pH有不同幅度的提升，说明毛竹入侵周围林分普遍提高土壤pH；土壤pH增加幅度随入侵阶段、毛竹纯林时间增加而增加，随土层深度增加而降低；入侵针叶林致土壤pH增加的幅度高于阔叶林。入侵的毛竹纯林与原生林相比，总体上显著降低（P<0.05）了土壤全氮（-15.9%）、硝态氮（-21.7%）、全碳（-2.0%），却增加（P<0.05）了土壤有效磷（+54.9%）、铵态氮（+14.7%）和碱解氮（+8.2%）。对27篇包含微生物数据的文献进行整合分析，结果表明毛竹入侵改变了微生物群落结构，增加（P<0.05）了放线菌门相对丰度（+25.86%），而降低（P<0.05）了酸杆菌门（-15.49%）、浮霉菌门（-26.66%）、拟杆菌门（-22.58%）的相对丰度。本研究通过Meta分析证明毛竹入侵周围林分提高土壤pH为普遍自然现象，结合土壤硝态氮和铵态氮指标的变化推测了导致土壤pH提升的可能机制，毛竹入侵提高了土壤细菌和真菌多样性，表明入侵对土壤微生物具有正反馈效应。
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不同秸秆还田方式下黑土玉米田肥料氮素去向
DOI: 10.11766/trxb202207120379
摘要：
探究不同秸秆还田方式下肥料氮在连续两季作物系统中的去向，为黑土地保护下的氮肥管理提供重要依据。于2020—2021年在吉林梨树开展大田微区试验，设置无秸秆还田 (CK)、深翻还田 (DTS)、免耕覆盖还田 (NTS) 3种秸秆还田方式，每种方式下设置2个施氮水平：180 kg?hm-2(N1)和270 kg?hm-2(N2)。结果表明：当季和第二季玉米成熟期植株氮分别有38.0%~46.8%和12.9%~18.6%来源于15N标记氮肥。肥料氮当季平均利用、残留和损失率分别为32.4%~43.9%、32.8%~51.4%和13.2%~32.7%，秸秆覆盖配施适量氮肥 （180 kg?hm-2）处理下肥料氮当季利用率显著提高29.5%，而秸秆深翻还田则使肥料氮在土壤中的残留率显著增加18.2%。当季施用肥料氮仍有8.5%~14.9%被第二季玉米吸收利用，两季累积利用率达40.9%~58.8%，在高氮（270 kg?hm-2）下秸秆深翻还田显著提高肥料氮的第二季利用率及累积利用效率。综上，秸秆覆盖还田配施适量氮肥有利于提高肥料利用效率，而秸秆深翻还田更有利于高施氮量下土壤对肥料氮的保持，增加其被下季作物利用的机会，两者均能显著减少氮的损失。
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土壤温度预报方程研究进展
DOI: 10.11766/trxb202210220581
摘要：
土壤温度（尤其是地表温度）是陆地和大气之间相互作用中关键的物理量，在地球系统中扮演了十分重要的角色。土壤温度预报技术一直是陆面模式、数值天气预报和气候预测中核心科学问题。本文系统回顾了土壤温度预报方程的研究进展，从经典的热传导方程到考虑了土壤水分垂直运动物理过程的热传导-对流方程，从用单一正弦波逼近到用傅里叶级数逼近地表温度日变化，从假设对流参数无日变化为常数到考虑其日变化，着重概述了土壤热传导-对流方程的创建、改进及求解。最后，本文对热传导-对流方程在地表能量平衡、土壤水分垂直运动、水通量和地震、冻土热传输研究中的应用进行了回顾。同时指出，全相态的土壤水和植物根系对热传导-对流方程的影响是土壤温度预报方程未来的研究方向。
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基于群体感应的生物膜技术在土壤污染修复中的应用与展望
生弘杰, 王 芳, 冯发运, 程金金, 张银萍, 葛 静, 张雷刚, 蒋 新, 余向阳
DOI: 10.11766/trxb202208210463
摘要：
生物膜修复技术凭借其高效性、安全性和经济性，已被广泛应用于土壤中难降解污染物的去除。其中，群体感应效应在生物膜修复过程中起着至关重要的作用。群体感应是微生物普遍存在的细胞间通讯形式，有助于生物膜内不同细菌种内/种间的信息交流，使微生物能够在“群体水平”上相互协作，能够调控生物膜胞外聚合物的生成以及对污染物的吸附固定与降解。本文在简要介绍生物膜和群体感应的功能和作用基础上，结合近年来群体感应调控生物膜形成以及对污染物的降解基础上，综述了群体感应在生物膜修复技术中的应用，最后对生物膜群体感应系统在污染土壤修复中的工程化设计进行了展望。
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基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析
DOI: 10.11766/trxb202207270413
摘要：
为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态，基于Web of Science（WoS）核心合集数据库，利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明，在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长，我国相关研究起步较晚，但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院，发文量最高的期刊为Environmental Science & Technology，主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题，人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术，探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响，是未来的主要研究方向。
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外源磷添加会增加不同年限稻田磷素生物有效性
DOI: 10.11766/trxb202205230266
摘要：
为明确不同数量外源磷添加对稻田磷生物有效性组分的影响，以江西鹰潭孙家小流域内新稻田(NP, 2 ~ 3 a)、中期稻田(MP, 20 ~ 30 a)和老稻田(OP, 400 ~ 500 a)为研究对象，基于不同浓度外源磷[0 (CK)、125 (P1)、250 (P2)、500 (P3)、625 (P4)、750 (P5) mg?kg-1（以P计）]添加的淹水培养实验(0 ~ 80 d)，采用模拟生物活化的磷素分级方法(BBP法)，分析了淹水条件下外源磷添加后稻田BBP组分磷的增量(?)动态变化，探讨了各组分磷增量的相关关系及影响因素。结果表明：淹水条件下，稻田有效磷(Bray-P)及BBP组分磷增量随磷添加量的增加而显著增加。BBP组分磷增量由小到大依次为：氯化钙磷增量(?Ca-P)、酶提取磷增量(?En-P) 、柠檬酸磷增量(?Ci-P)、盐酸磷(?HC-P)。培养15天时，新稻田?Ca-P 与?Ci-P达到最大值；培养60天时，中期稻田?Ca-P 、?En-P 、?HC-P 及?Bray-P达到最大值；而老稻田中各组分磷随时间变化不明显。通径分析表明：外源添加磷对新稻田和老稻田?Bray-P有显著直接正效应。外源磷添加虽能显著增加稻田磷素生物组分有效性，但其增量最大值的出现时段不同，新稻田与中期稻田中生物有效磷增量最大值分别出现在磷添加后的第15天与60天，因此，适时适量地施用磷肥对稻田磷素肥力提升与稻田磷素流失风险管控具有重要意义。
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赣南稀土尾矿山土体硝态氮累积特征研究
DOI: 10.11766/trxb202207280415
摘要：
稀土开采会造成大量浸矿剂（硫酸铵）残留在土壤中，高浓度铵态氮（NH4+-N）可能在生物化学作用下转化为硝态氮（NO3--N）。为探明NO3--N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素，明确硝酸盐污染程度，本研究选择赣南地区一个离子型稀土原地浸矿尾矿山，由表土分层采样至基岩面，并分析土壤NO3--N及相关的理化性质。研究结果表明，尾矿山土体NO3--N含量变异范围非常大（2.80~193.99 mg·kg-1），其平均值为46.30±55.16 mg·kg-1，表层土壤NO3--N含量均值为5.16 mg·kg-1，与自然土壤相近；含矿层土壤NO3--N含量均值为48.64 mg·kg-1，是自然土壤的10倍。尾矿山土体深部含矿层土壤NO3--N含量明显高于表层， NO3--N含量随深度的分布规律与自然土壤相反，这是矿体部分残留大量浸矿剂造成的。土壤NH4+-N含量主导了NO3--N的产生量，但NO3--N在土体不同深度、山体不同部位的累积量还受降雨淋溶及NO3--N迁移过程的控制。开采结束4年后，尾矿山内累积的NO3--N仍不断向环境中释放。长期来看，尾矿山土壤中富集的NH4+-N将不断转化为NO3--N并随水迁移，持续威胁生态环境及人类健康。本研究可为稀土原地浸矿场地土壤及下游水体污染的评价和治理提供理论基础与科学支撑。
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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。
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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
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。
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