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    新视角与前沿
    综述与评论
    • 东北黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与展望

      任文杰,滕应,骆永明

      2022,59(4):888-898, DOI: 10.11766/trxb202107090354

      摘要:

      除草剂是保障黑土粮仓粮食供给的重要生产资料。东北黑土区除草剂的高频高强度施用,可能导致其在土壤中残留累积,从而影响后茬作物生长,成为轮作换茬、种植结构调整的瓶颈。因此,开展黑土地除草剂污染过程与消减关键技术研究,对保障黑土地农业绿色可持续发展具有重要的科学意义。系统分析了黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域存在的科学与技术问题,提出了我国黑土地农田除草剂污染过程与消减技术的研究思路与重点方向,以推动我国黑土地农田除草剂污染与修复理论与技术的发展。

    • 东北农田黑土N2O排放研究进展

      张楠,苗淑杰,乔云发,陈增明,丁维新

      2022,59(4):899-909, DOI: 10.11766/trxb202106220322

      摘要:

      农田是温室气体氧化亚氮(N2O)的重要排放源,位于东北地区的黑土地是我国重要的粮食生产基地。目前我国农田N2O排放增速正在放缓,但是东北黑土区仍在加快。针对我国东北黑土区的自身特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了黑土N2O排放特征、产生过程与影响因素。结果表明,东北农田黑土N2O-N背景排放量平均为0.56±0.29 kg·hm–2,施用化肥黑土N2O-N平均排放量为1.49±1.09 kg·hm–2,化肥氮诱导的N2O排放系数(EF)为0.45%±0.42%。与中国旱地和世界其他黑土区相比,东北农田黑土的背景排放量和EF均处于较低水平。这是因为在正常降雨条件下,东北黑土N2O主要是由硝化作用产生,反硝化作用受到活性碳缺乏的限制。冻融过程则可能促进反硝化作用进行,诱导春融期N2O出现爆发式排放。与我国其他农田相比,东北黑土N2O排放研究明显不足,今后应加强对不同区域黑土N2O排放的原位观测,阐明冻融过程N2O的产生机制,评估黑土N2O排放对气候变化的响应;同时应加强研究秸秆还田、有机肥施用等措施对N2O排放的影响效应,从而制定出黑土地质量提升和N2O减排的双赢措施。

    • 电位滴定法研究可变电荷土壤表面酸碱性质的进展

      温晓翠,李九玉,宋洁,陶亮

      2022,59(4):910-923, DOI: 10.11766/trxb202010090558

      摘要:

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

    • 高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

      李慧敏,王瑞,仲月明,施卫明,李奕林

      2022,59(4):924-934, DOI: 10.11766/trxb202007010354

      摘要:

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

    研究论文
    • 基于Meta分析评价东北黑土地保护性耕作与深耕的区域适宜性:以作物产量为例

      蒋发辉,钱泳其,郭自春,高磊,张中彬,曹振,国佳欣,刘峰,彭新华

      2022,59(4):935-952, DOI: 10.11766/trxb202202220070

      摘要:

      为防治黑土退化、保护好利用好黑土地,本研究基于东北黑土区已发表61篇文献543组研究数据,利用Meta分析和随机森林模型等方法,分析黑土地保护性耕作与深耕对作物产量的影响及其驱动因素,耦合东北黑土地区气候、地形和土壤等信息,评价保护性耕作与深耕的适宜性。结果表明:与传统耕作相比,东北黑土地区整体而言保护性耕作增产不明显(1.21%) ,而深耕增产显著(12.3%) ,区域分析表明前者仅在辽河平原显著增产14.6%,而后者在三江、松嫩和辽河平原均增产10%以上。因素分析表明黑土区保护性耕作产量效应主要受多年平均气温(20%)、积温(19%)和干燥指数(16%)的影响,深耕产量效果则受坡度影响最大(14%) ,平坦区域适宜深耕,陡坡耕地适宜保护性耕作。综合上述因子评价区域适宜性程度,东北地区的西南部,包括辽宁省西部、吉林省西部以及内蒙古自治区东部(赤峰市、通辽)等严重风蚀区域实行保护性耕作效果更佳;典型黑土带以及三江平原等湿润、冷凉、低洼区域深耕的效果较好。本研究成果可为保护性耕作与深耕技术在东北黑土区的推广应用提供参考。

    • 添加木本泥炭和膨润土对侵蚀退化黑土理化性质的影响

      赵旭,樊军,王茜,付威

      2022,59(4):953-963, DOI: 10.11766/trxb202101150028

      摘要:

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

    • 土壤一维稳态溶质迁移研究的边界层方法比较

      王娇,邵明安

      2022,59(4):964-974, DOI: 10.11766/trxb202009240537

      摘要:

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

    • 亚热带花岗岩坡地富铁土铁氧化物相分配对团聚体稳定性的影响

      邢邓春,陈静,鲍海鹏,龙晓泳

      2022,59(4):975-986, DOI: 10.11766/trxb202009170519

      摘要:

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

    • 福建周宁黄红壤的磁学特征及其磁性矿物转化

      刘鑫,吕镔,郑兴芬,陈梓炫,杜佳昊

      2022,59(4):987-998, DOI: 10.11766/trxb202008240424

      摘要:

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

    • 基于电磁感应技术的棉田土壤电导率时空异质性研究

      冯春晖,刘新路,纪文君,吴家林,柳维扬,彭杰

      2022,59(4):999-1011, DOI: 10.11766/trxb202010170576

      摘要:

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

    • 不同土地利用方式对山东滨海盐碱土理化性质的影响

      李珊,杨越超,姚媛媛,刘燕,张淑刚,张衍鹏

      2022,59(4):1012-1024, DOI: 10.11766/trxb202008310491

      摘要:

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

    • 松嫩平原盐碱化人工草地土壤与植被群落空间变异特征研究

      杨洪涛,王志春,杨帆,安丰华,张璐

      2022,59(4):1025-1035, DOI: 10.11766/trxb202101110601

      摘要:

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

    • 中国耕地表层土壤重金属污染状况评判及休耕空间权衡

      曾思燕,于昊辰,马静,刘俊娜,陈浮

      2022,59(4):1036-1047, DOI: 10.11766/trxb202009270541

      摘要:

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

    • 土壤—微塑料混合体系中磺胺甲恶唑的解吸行为研究

      王佳青,俞奔,马绍峰,陈一阳,骆永明,章海波

      2022,59(4):1048-1056, DOI: 10.11766/trxb202101220038

      摘要:

      微塑料影响下土壤中抗生素的解吸行为对抗生素迁移转化和生物有效性具有重要意义,本研究主要探讨不同类型微塑料对土壤抗生素解吸特征的影响。采用酸性水稻土为供试土壤,通过在土壤中添加33.4 mg·kg–1磺胺甲恶唑后老化5 d进行批平衡解吸试验。选择聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯5种不同类型微塑料单一添加到供试土壤中,并调节不同氯化钠和富里酸浓度研究盐度和水溶性有机质探讨对土壤—微塑料混合体系中磺胺甲恶唑解吸行为的影响。结果显示:添加聚乙烯和聚苯乙烯微塑料可使土壤中磺胺甲恶唑的解吸速率降低,使土壤磺胺甲恶唑在10~48 h之间出现明显的慢解吸过程;并且添加聚乙烯和聚氯乙烯微塑料还能显著(P<0.05)降低溶液中磺胺甲恶唑的平衡解吸浓度。溶液的离子类型及其强度对供试土壤磺胺甲恶唑解吸的影响未受微塑料添加的影响,但体系中添加微塑料后可减小富里酸对土壤磺胺甲恶唑解吸的影响,使磺胺甲恶唑解吸量不会随着富里酸浓度的增加而降低。总体上,在土壤—微塑料混合体系下,微塑料可改变土壤抗生素的解吸,尤其是在富含水溶性有机质土壤中,微塑料的存在能增加抗生素解吸。因此,需要进一步关注微塑料对土壤抗生素迁移性和生物有效性的影响。

    • 长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

      于海洋,王天宇,黄琼,张广斌,马静,朱春梧,徐华

      2022,59(4):1057-1067, DOI: 10.11766/trxb202009110515

      摘要:

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

    • 日光温室栽培下土面及整棚氨挥发比较

      张兆北,罗伟,白新禄,程于真,陈竹君,周建斌

      2022,59(4):1068-1077, DOI: 10.11766/trxb202101280056

      摘要:

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

    • 渗漏是三峡库区砂质土橘园氮磷流失的主要途径

      李红颖,王思楚,高孟宁,夏立忠,韩庆忠,王青龙,吴永红

      2022,59(4):1078-1088, DOI: 10.11766/trxb202010200584

      摘要:

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

    • 凋落叶和磷添加对马尾松林土壤碳激发效应的影响

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

      2022,59(4):1089-1099, DOI: 10.11766/trxb202101130025

      摘要:

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

    • 磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制

      石伟,张丽梅,王劲松,李聪平,顾朝令,赵会玉

      2022,59(4):1100-1111, DOI: 10.11766/trxb202106220680

      摘要:

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

    • 木霉生物有机肥应用于滨海盐土甘蓝种植的生物效应

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

      2022,59(4):1112-1124, DOI: 10.11766/trxb202009100511

      摘要:

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

    • 番茄青枯病抑病土壤根际微生物群落特征及其抑制性传递机制

      刘洪,董元华,申民翀,孙菲菲,王夏,刘金平,李建刚

      2022,59(4):1125-1135, DOI: 10.11766/trxb202101200037

      摘要:

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

    • 土壤氨氧化古菌适应酸性胁迫的ATP酶基因分子进化研究

      宋玉翔,王保战,秦华,匡璐,唐修峰,王欣欣,周晓丽,贾仲君

      2022,59(4):1136-1147, DOI: 10.11766/trxb202101310062

      摘要:

      氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)被认为是酸性土壤硝化过程的主要微生物类群,但AOA如何适应酸性胁迫并发挥作用一直是研究难点,而ATP酶(ATPase)是能量代谢的关键,其编码基因可能在AOA适应酸性胁迫过程中发生了趋同性演化。据此,本研究针对5个不同种植年限的马尾松人工林酸性土壤(15 a、24 a、45 a、55 a、63 a),通过深度宏基因组测序获得7 360亿碱基对,重构AOA氨单加氧酶amoA基因和ATP酶A亚基(ATPase subunit A)基因的系统发育进化谱系,研究AOA适酸的分子机制。结果表明:根据经典的amoA基因系统发育进化分类,所有5个森林土壤中优势AOA主要包括NitrososphaeralesCa.Nitrosotaleales两大类群,但Nitrososphaerales类群与中碱性土壤中的AOA古菌亲缘关系更近,与嗜酸的Ca.Nitrosotaleales类群亲缘关系较远,表明amoA基因的系统进化关系不能解释Nitrososphaerales在酸性土壤中的成功定殖。然而,基于ATPase subunit A基因的系统进化分析则发现,所有酸性森林土壤中嗜酸/耐酸氨氧化古菌均含有亲缘关系较近的V-ATPase subunit A基因,表明氨氧化古菌可能通过基因水平转移获得V-ATPase基因适应酸性胁迫环境,较好地解释了氨氧化古菌适应酸性胁迫的生境扩展规律。随林龄的增加,Ca.Nitrosotaleales类群丰度先减少后增加,而Nitrososphaerales类群丰度先增加后减少,速效钾是显著影响AOA群落结构的重要环境因子。这些结果表明,不同种植年限下酸性人工林土壤中氨氧化古菌种群发生了明显的分化,V-ATPase基因水平转移可能是氨氧化古菌适应酸性胁迫的重要机制。

    • 长期秸秆覆盖对免耕稻-麦产量、土壤氮组分及微生物群落的影响

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

      2022,59(4):1148-1159, DOI: 10.11766/trxb202011190522

      摘要:

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

    • 不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

      赵婧,王亚男,曾希柏,文炯,温云杰,吴翠霞,郑重

      2022,59(4):1160-1176, DOI: 10.11766/trxb202008100444

      摘要:

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

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      • 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。

      • 基于知识图谱分析的土壤氮循环功能基因研究进展

        吴汉卿, 阮楚晋, 万炜, 李胜龙, 裴丁仪, 韩苗, 陈国炜, 刘莹, 朱堃, 王钢

        DOI: 10.11766/trxb202110270580

        摘要:

        土壤氮循环功能基因广泛地参与包括固氮、氨化以及硝化和反硝化作用等一系列生态过程,是氮素生物地球化学循环的关键组成部分,在很大程度上影响土壤生产力、全球环境变化以及碳中和可持续发展。近几十年来,分子生物学和微生态学技术的快速发展极大地促进了土壤氮循环密切相关的功能基因以及其功能微生物群落特征等方面的研究。本研究利用检索自Web of Science数据库中2001—2020年期间土壤氮循环功能基因相关文献,结合R语言科学知识图谱分析方法,从发文量、高被引论文、高频关键词及历史直接引文等方面对土壤氮循环功能基因研究现状进行了系统分析,并总结了土壤氮循环功能基因领域的研究动态、热点和发展趋势。结果表明:1)应用分子生物学技术挖掘土壤氮循环相关微生物功能基因及群落结构探索土壤氮循环的微生物学机制,是当前土壤氮循环研究领域的热点及切入点;2)土壤氮循环功能基因研究主要集中于3个方面:①利用宏基因组学等技术对土壤氮循环相关的功能基因进行筛选、识别和注释,从而发现新的微生物功能基因序列、更新引物数据库等;②环境因子及管理措施对土壤氮循环相关微生物指标的影响;③利用功能基因丰度表征土壤氮循环过程相关功能微生物的数量变化,以及功能基因与土壤性质、微生物群落结构间关系分析,以期揭示土壤氮循环过程的分子机制;3)土壤氮循环功能基因研究领域的历史发展脉络:从氮循环功能基因筛选、鉴定、识别、相应引物设计及分析方法确定等,到土壤氮循环功能基因的影响因素(或环境条件),以及当前结合土壤氮循环相关功能基因活性、丰度与功能微生物种群、群落结构甚至土壤性质数据,综合探讨土壤氮循环微生物机制。

      • 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。

      • 不同种稻年限对苏打盐碱土孔隙和入渗性能的影响

        周 宾, 胡树文

        DOI: 10.11766/trxb202105180262

        摘要:

        已有的科学研究和生产实践表明,种植水稻可以有效改良东北苏打盐碱土。但种植水稻是如何影响土壤结构和入渗性能来改良盐碱地的相关研究还比较缺乏。采用压汞法研究不同种稻年限土壤的微观孔隙变化,并通过土柱实验研究土壤入渗性能的差异,明确了种植水稻对盐碱土结构和入渗性能的影响。研究结果表明:土壤平均孔径随种植年限增加,种植7a的土壤平均孔径较1a的土壤增加了0.808 μm;土壤比表面积随种植年限的增加降低,种植7a的土壤比表面积较1a的土壤降低了0.087 m2·g-1;土壤孔隙率随种植年限增加,种植 7a的土壤孔隙率较1a的土壤增加了8.35%。随着种植年限的增加,小孔隙数量减少,大中孔隙数量不断增加,种植7a的土壤孔隙在30~75 μm和75~200 μm这两个范围内的占比最大,分别为28.25%和12.45%。土壤入渗性能也显著提高,种植7a的土壤稳定入渗速率较荒地提高了107倍。盐碱地通过种植水稻,有利于土壤孔隙的形成和小孔隙数量减少,大中孔隙数量增加。土壤孔径和孔隙率的增加,有效改善了土壤结构,提高了土壤入渗性能。盐碱土壤盐分向下淋洗的速率增加,提高了土壤耕作层的脱盐效率。

      • 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

        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Phenylobacterium、Sphingomonas、Cyanobacteria GpI、Desulfovirga、Lacibacter、Terrimonas属和水稻季土壤中Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Acidobacteria Gp7、Arenimonas、Niastella属的种群异步性显著上升。其中,Phenylobacterium、Desulfovirga属的种群异步性和Desulfovirga、Spartobacteria genera incertae sedis、Ohtaekwangia、Arenimonas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。

      • 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。

      • 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

        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。

      • 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。

      • 土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

        生弘杰, 王芳, 相雷雷, 付玉豪, 王紫泉, 许敏, 梅芝, 刘雨, 豆庆圆, 蒋新, JAMES M. Tiedje

        DOI: 10.11766/trxb202111100608

        摘要:

        抗生素抗性基因的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其它环境介质(水、植物)传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“一个健康”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。

      • 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。

      • 长期施用磷肥和有机肥对黄壤稻田锌形态转化的影响

        刘彦伶, 李渝, 蒋太明, 张雅蓉, 黄兴成, 朱华清, 杨叶华, 张萌, 张文安, 张艳

        DOI: 10.11766/trxb202107290283

        摘要:

        为探明长期不同施肥下黄壤稻田锌形态变化规律及对土壤锌有效性的影响,以设立于1995年的长期定位施肥试验为对象,对比分析不施肥(CK)、氮钾肥配施(NK)、氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(M)、1/2有机肥替代1/2化学氮磷肥及全部化学钾肥(0.5MNP)、全量有机肥化肥配施(MNPK)6个处理耕层土壤有效锌及锌形态时序变化规律,并采用相关分析和通径分析方法分析不同形态锌与有效锌的关系。结果表明,NK处理土壤有效锌和锌活化系数随试验年限增加呈降低趋势,其中锌活化系数线性拟合方程达显著水平,年下降速率为0.05个百分点。与NK处理相比,2019年,NPK处理土壤有效锌和锌活化系数分别提高了44.1%和1.49个百分点,弱酸可溶态锌和可还原态锌含量分别提高了15.9%和5.3%。施用有机肥处理土壤有效锌和锌活化系数随试验年限增加呈不断增加趋势,年增长速率分别为0.074~0.1244 mg?kg-1和0.032~0.063个百分点。与NPK处理相比,施用有机肥的处理2019年土壤有效锌和锌活化系数分别显著提高了6.3%~22.6%和0.68~1.47个百分点,弱酸可溶态锌、可还原态锌、可氧化态锌含量分别显著提高了33.6%~84.0%、32.5%~47.4%、25.5%~36.3%,其占比分别提高了0.6~1.3个百分点、1.7~3.4个百分点、1.2~7.3个百分点,残渣态锌占比降低了3.6~12.0个百分点。相关分析表明,土壤有效锌与弱酸可溶态锌、可还原态锌、可氧化态锌呈极显著正相关,与残渣态锌呈极显著负相关。通径分析结果表明,弱酸可溶态锌对有效锌直接通径系数最大,有显著直接正效应,残渣态锌对有效锌有显著直接负效应,可还原态锌和可氧化态锌通过间接影响弱酸可溶态锌对有效锌有较强间接正效应。综上,弱酸可溶态锌是黄壤稻田有效锌的主要来源,可还原态锌和可氧化态锌是有效锌的重要缓存库。农业生产中,可通过合理施用有机肥促进锌向弱酸可溶态锌、可还原态锌、可氧化态锌转化,避免其向残渣态锌累积来提高土壤锌有效性。

      • 高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性及其胶结物质的影响

        陈红, 马文明, 王长庭, 邓增卓玛, 唐思洪, 侯晨

        DOI: 10.11766/trxb202107290253

        摘要:

        团聚体是土壤有机碳重要的存储单元,其稳定性直接影响有机碳的固存。为探明草地灌丛化是否影响土壤团聚体稳定性及其胶结物质,本文以青藏高原东缘4种典型灌丛化草地(高山绣线菊Spiraea alpina、窄叶鲜卑花Sibiraea angustata、小叶锦鸡儿Caragana microphylla、金露梅Potentilla fruticosa)为研究对象,分析土壤团聚体稳定性(大于0.25 mm团聚体含量、平均重量直径(MWD)和分形维数及其胶结物质(团聚体有机碳、铁铝氧化物、钙键和铁铝键结合的有机碳)的含量,并分析各胶结物质对团聚体稳定性的影响。结果表明,(1)小叶锦鸡儿灌丛化显著降低2~0.25 mm和小于0.002 mm团聚体含量和团聚体稳定性(P<0.05),而其他3种灌丛化草地对土壤团聚体含量和稳定性影响不显著(P>0.05)。(2)小叶锦鸡儿灌丛化和窄叶鲜卑花灌丛化改变了团聚体胶结物质的含量。(3)团聚体胶结物质与MWD的增强回归树分析结果显示,高山绣线菊灌丛化草地土壤团聚体稳定性的主要贡献胶结物质为络合态铁(Fep)和无定形态铁铝(Feo、Alo),而其他3种灌丛化样地和未灌丛化草地主要贡献因子则为团聚体有机碳(SAOC)和游离态铁(Fed)。灌丛化虽增加了小叶锦鸡儿样地主要胶结物质中小于0.053 mm粒径SAOC的含量,但降低了大团聚体、黏粒以及Fed的含量,从而降低了团聚体稳定性,这可能不利于其有机碳的固存。本研究可为该区域团聚体稳定性和有机碳库的动态变化提供理论知识。

      • 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。

      • 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, 丛文倩, 魏明, 王军强, 崔莉娟, 王子濠

        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。本研究沿河西走廊东南至西北自然降水递减梯度下设置16个样地,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,部分样地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)和速效磷(AP)对细菌群落影响显著,黏粒(<0.002mm)和速效磷(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。

      • 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

        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的相似度更高。

      • 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)。

      • 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

        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。

      • 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。

      • 黄土塬区土地利用变化对地表蒸散的影响

        陆蕴青, 向 伟, 李 敏, 司炳成

        DOI: 10.11766/trxb202103150143

        摘要:

        明确黄土高原地表蒸散对土地利用变化的响应,有助于评估退耕还林/还草工程对区域气候的影响。为此,在陕西长武黄土塬区5个地点分别采集农地和20龄苹果园10 m深土壤剖面样品,测定土壤水分和氯离子含量,结合当地22龄苹果园4~18 m土壤水分历史数据,基于空间换时间的方法定量评估农地转化为苹果园后对地表蒸散的影响。结果表明:(1) 由农地转化的20龄苹果园4~10 m土壤水分明显减小,仅为农地的71%;(2) 农地对地下水的平均潜在补给量和地表蒸散量分别为57 mm·a-1和527 mm·a-1,分别占年均降水量的10%和90%;(3) 农地转化为苹果园后地表蒸散量增加,22龄苹果园平均蒸散量为625 mm·a-1,相比农地增加量为98 mm·a-1,其中4~10 m和4~18 m深层土壤水分别贡献了24 mm·a-1和41 mm·a-1,约占总蒸散量的4%和7%。本文首次定量评估了黄土高原地区农地转化为苹果园对地表蒸散的影响以及深层土壤水对深根系苹果树蒸散的贡献,为评价该区域土地利用变化对蒸散以及气候的影响提供科学依据。

      • 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。

      • 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

        DOI: 10.11766/trxb202109010267

        摘要:

        【目的】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,为稻田土壤氮素管理提供科学依据。【方法】设置3个不同耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)+秸秆还田处理,同时设置翻耕+秸秆不还田处理作为对照,采用15N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分别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】秸秆还田条件下,厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕>旋耕>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Kuenenia和Scalindua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有负相关关系(p<0.05)。相关性分析结果表明,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。【结论】水稻田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一定程度上抑制土壤氮损失,而秸秆还田与免耕结合的田间管理方式提高了土壤氮素损失潜力。

      • 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。

      • 腐殖酸对Mycobacterium sp. NJS-1降解芘的影响

        方文雯, 李晓宁, 吴仕希, 王芳, 顾正桂, 张银萍

        DOI: 10.11766/trxb202110010341

        摘要:

        为研究腐殖酸(Humic acid,HA)对微生物降解环境中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons , PAHs)的影响,以四环芘为典型PAHs及HA为代表性溶解性有机质,选取芘高效降解菌Mycobacterium sp.NJS-1于有无HA条件下降解芘,应用傅里叶变换回旋离子共振质谱(FT-ICR-MS), 激光共聚焦显微镜(CLSM), 及光谱技术分析降解过程中芘的残留特征、中间产物信息及菌落的变化特征。结果显示:未添加HA,芘降解率为35.33%±3.27%;添加HA后,其降解率明显提高,达到88.33%±3.40%,表明HA对高效菌Mycobacterium sp. NJS-1降解芘有明显的促进作用。首先,不添加HA,菌落Mycobacterium sp. NJS-1分泌的双加氧酶只进攻芘的C4,5位点,而添加HA后增加了进攻芘的C1,2位点,因此增加了芘的代谢途径。添加HA后,CLSM结果显示无死亡细胞出现而且团聚明显,表明HA能够提高细胞的存活率并促进微生物膜的形成。同时,在降解芘的过程中,产生了酪氨酸类蛋白质和可见光类富里酸,表明添加HA反而提高了降解菌活性,而且形成了三维结构的生物膜。光谱分析部分发现:蛋白酰胺,酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸发生红移,表明HA的添加引起了细胞表面官能团作用力的变化。可见降解菌不仅通过细胞表面官能团相互作用形成微生物膜促进降解,而且外源HA能够促进菌落之间的作用,加快降解的进行。 关键词:腐殖酸;芘;生物降解;微生物膜

      • 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。

      • 人工植被重建对沙化高寒草地土壤真菌群落特征的影响

        王亚妮, 胡宜刚, 王增如, 李以康, 张振华, 周华坤

        DOI: 10.11766/trxb202107050329

        摘要:

        摘 要: 采用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR)和Illumina Miseq高通量测序技术研究了天然草地(NG)、沙化草地(DG)、草本人工草地(AG)和人工灌丛植被(AS)四种不同草地类型的表层(0~10 cm)土壤真菌群落的生物量、多样性和结构,以揭示不同人工植被恢复措施对沙化高寒草地土壤真菌群落恢复的影响及其驱动因子。结果发现:1)草地沙化显著(P<0.05)降低了真菌群落的生物量和α多样性,人工植被重建则明显促进了二者的恢复,22年后与NG无显著差异;2)草地沙化和人工植被重建均极显著(P=0.001)改变了真菌群落结构。草地沙化后,担子菌门相对丰度显著(P<0.05)下降,一些稀有真菌趋于消失,而未分类真菌门的相对丰度则显著(P<0.01)增加。经过22年的生态恢复,绝大多数真菌门的相对丰度与NG无显著差异;AG与NG的真菌群落结构比AS与NG更为相似。3)真菌群落α多样性与植被和土壤属性之间的相关关系因多样性指数的不同而异,而其群落结构与大多数植被和土壤属性极显著(P<0.01)正相关,植被和土壤属性二者结合解释了21.4%~50.0%的真菌群落结构变化。以上结果表明,人工植被重建22年后,沙化高寒草地真菌群落的多样性和相对丰度基本得以恢复,但其群落结构与天然草地的相似度仍不高,而利用草本植物进行沙化高寒草地的恢复比灌木物种更有利于土壤真菌群落结构的恢复。

      • 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。

      • 铁氧化物对厌氧水稻土中乙酸的矿化、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

        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。因此,本研究向水稻土中添加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,只添加乙酸的处理中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。

      • 不同肥力提升措施对林地红壤生物结皮层微生物群落结构的影响

        王金平, 黄荣珍, 朱丽琴, 黄国敏, 邹显花, 管鸿智, 林丽婧, 李鑫

        DOI: 10.11766/trxb202108130311

        摘要:

        微生物在土壤生物结皮形成中起重要作用,但是目前对于南方红壤生物结皮层中微生物群落的研究鲜少涉及,特别是在林地改良措施下红壤结皮层中微生物群落结构的变化尚不清楚。本研究以中亚热带典型的第四纪红粘土严重侵蚀湿地松裸露林地为对照,添加有机肥、生物炭和石灰+微生物肥料为肥力提升措施,采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究不同肥力提升措施对红壤生物结皮层细菌和真菌群落结构的影响。结果表明:该林地土壤生物结皮层共检测出21个细菌门和7个真菌门,优势细菌门为酸杆菌门(Acidobacteria)(27.39%)、变形菌门(Proteobacteria)(25.90%)、放线菌门(Actinobacteria)(16.68%)和绿弯菌门(Chloroflexi)(12.26%);优势真菌门为担子菌门(61.19%)和子囊菌门(29.48%);肥力提升措施对细菌和真菌多样性无显著影响,却显著改变了其群落结构,作用大小依次为有机肥处理 > 生物炭处理 > 石灰+微生物肥料处理,且对细菌群落结构的影响高于真菌;三种措施均明显提高了变形菌门(Proteobacteria)细菌的相对丰度,降低了绿弯菌门(Chloroflexi)细菌的相对丰度,有机肥处理和石灰+微生物肥料处理均明显提高了子囊菌门(Ascomycota)真菌的相对丰度,却降低担子菌门(Basidiomycota)真菌的相对丰度,而生物炭处理则相反;土壤环境因子中pH、有机碳和全氮对微生物群落结构的影响较大。本研究结果对于红壤侵蚀区调控土壤微生物群落结构,进而促进生物结皮形成,防治林下水土流失具有重要指导意义。

      • 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。

      • 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

        DOI: 10.11766/trxb202101110019

        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。

      • 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

        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。

      • 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

        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。本文选取出版日期介于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。结果发现,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种出错种类。5种出错种类中,换算系数出错次数最高,31处,占比45.6%;其次为公式,13处,占比19.1%;最低的是系数2,4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。

      • 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。

      • 蒙脱石表面碱金属离子的亚稳平衡吸附及其特异性效应

        杜伟, 胡斐南, 许晨阳, 李雄, 吕家珑

        DOI: 10.11766/trxb202105210265

        摘要:

        离子吸附的亚稳平衡是描述离子交换吸附中实际反应平衡特征及限度的重要理论范式。本研究旨在从理论上推导离子吸附的亚稳态平衡模型,建立离子平衡吸附量与活化能之间的数学关系,探讨碱金属离子亚稳平衡吸附的特异性效应。结合恒流混合置换技术及基于表面静电场理论的离子吸附动力学模型,探究了钾离子(K+)、钠离子(Na+)、锂离子(Li+)三种碱金属离子在铯离子(Cs+)-蒙脱石饱和样表面可能存在的亚稳平衡吸附作用;通过开展K+、Na+和Li+在Cs+-蒙脱石表面的吸附动力学实验,对理论模型进行验证。研究结果表明:(1)K+、Na+、Li+在Cs+-蒙脱石饱和样表面表现出显著的亚稳平衡吸附特征,交换离子的吸附活化能(能量势垒)来源于吸附态Cs+的解吸过程;(2)相同离子浓度条件下,表面静电场引起的离子强极化作用导致各离子的亚稳平衡吸附呈现出特异性效应;(3)离子吸附的亚稳平衡受到离子浓度和离子特异性效应的共同影响,离子平衡吸附量与离子吸附速率呈正比例关系。碱金属离子在蒙脱石表面的吸附平衡是亚稳平衡而不是真正的平衡,离子亚稳平衡吸附的存在应归因于活化能对离子吸附动力学的限制。碱金属离子不同的极化效应导致各体系的活化能不同,进一步触发了离子亚稳态平衡吸附的特异性效应。

      • 基于地形与遥感辅助信息的小流域尺度高分辨率有机碳空间分布预测研究

        魏宇宸, 卢晓丽, 朱昌达, 张秀秀, 潘剑君

        DOI: 10.11766/trxb202103120140

        摘要:

        土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)既是衡量土壤质量的重要指标,也是影响全球碳氮循环的关键因素之一。作为数字土壤制图(Digital soil mapping,DSM)研究中起主要作用的环境变量,地形元素在SOC预测制图中也是无可替代的。应用机器学习模型,通过引入不同超参数设置下获得的高分辨率(5 m)Geomorphons(GM)地形分类图作为丘陵地形特征信息的补充,结合数字高程模型(Digital elevation model,DEM)衍生变量和光学、合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)遥感数据对句容市黄梅镇北部小流域尺度(1:25 000)丘陵地貌区地表层SOC含量进行预测制图,并评估不同GM变量在SOC含量预测中的表现。基于74个土壤样本和不同环境变量组合,分别采用袋装决策回归树(Bagged classification and regression tree, Bagged CART)、随机森林(Random forest,RF)和立体派(Cubist)三种方法构建SOC含量预测模型,并通过四个精度验证指标,采用十折交叉验证对生成的模型性能进行分析评价。总体上,Cubist模型的预测表现优于Bagged CART和RF模型。分析显示,与单独使用DEM衍生变量相比,引入GM变量能提供更准确的SOC含量预测,其中设置20像元(cells)搜索半径(L)与5°平坦度阈值(t)的GM变量表现出最高的模型贡献度,两者与遥感类变量的组合产生了最高的预测精度(R2=0.53)。引入GM变量后,使用Cubist模型估算SOC含量的R2提高了14.3%。研究表明,在小流域尺度丘陵地貌区,地形类变量是SOC预测的主要解释变量,其中谷底平坦综合指数(Multi resolution index of valley bottom flatness,MRVBF)和高程是模型中最重要的两个环境变量;同时,在建立SOC预测模型时,高分辨率GM图像具有作为输入环境变量的应用潜力。

      • 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。

      • 松散土样和填装土柱及紧实程度对土壤有机碳矿化的影响

        荣慧, 房焕, 蒋瑀霁, 赵旭, 彭新华, 孙波, 周虎

        DOI: 10.11766/trxb202104100187

        摘要:

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

      • 基于共现网络的关键微生物对秸秆还田土壤小麦产量的影响

        邱丽丽, 李丹丹, 张佳宝, 赵炳梓

        DOI: 10.11766/trxb202107200372

        摘要:

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

      • 土壤酶对重金属污染的响应及指示研究进展

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

        DOI: 10.11766/trxb202107240275

        摘要:

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

      • 石灰性水稻土中硝酸盐依赖型与光合型亚铁氧化过程

        陈志怀, 王旭刚, 孙丽蓉, 董乐恒, 郭大勇, 石兆勇

        DOI: 10.11766/trxb202104010174

        摘要:

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

      • 秸秆还田配合化肥减施对潮土作物产量及土壤肥力的影响

        赵金花, 陈林, 段衍, 张丛志, 马东豪, 张佳宝

        DOI: 10.11766/trxb202106230326

        摘要:

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

      • 长江流域稻-油轮作区土壤磷库现状及环境风险分析

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

        DOI: 10.11766/trxb202108050327

        摘要:

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

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

        郎明, 张春燕, 张俊伶

        DOI: 10.11766/trxb202104300231

        摘要:

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

      • 土壤铁氧化物与腐殖质的交叉染色效应研究

        管艳霞, 陆金妹, 马榕均, 邢邓春, 龙晓泳

        DOI: 10.11766/trxb202103200154

        摘要:

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

      • 土壤中铁锰结核微结构与组分研究进展

        王 祎, 黄来明

        DOI: 10.11766/trxb202107130360

        摘要:

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

      • 磷肥减施对集约化露天菜地周年磷损失削减效果评价

        王瑞, 施卫明, 李奕林

        DOI: 10.11766/trxb202102050078

        摘要:

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

      • 不同磷肥调控措施下红壤磷素有效性和利用率的变化

        王一锟, 蔡泽江, 冯固

        DOI: 10.11766/trxb202104210207

        摘要:

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

      • 玉米和大豆根系对滇中地区坡耕地红黏土抗剪强度的影响

        张立芸, 段青松, 范茂攀, 杨亚丽, 程伟威, 李永梅

        DOI: 10.11766/trxb202012140689

        摘要:

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

      • 离子型稀土闭矿区土壤铵态氮富集特征

        许 哲, 杨金玲, 张甘霖, 赵 越, 周 俊

        DOI: 10.11766/trxb202104140195

        摘要:

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

      • 冻融循环和土壤含水率对棕壤崩解特性的影响

        朱龙祥, 范昊明, 马仁明

        DOI: 10.11766/trxb 202103020119

        摘要:

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

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

        罗原骏, 黄来明, 袁大刚

        DOI: 10.11766/trxb202105060240

        摘要:

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

      • 滨海重度盐碱地改良土壤盐渍化动态特征及预测

        解雪峰, 濮励杰, 沈洪运, 吴 涛, 朱 明, 黄思华

        DOI: 10.11766/trxb202101240043

        摘要:

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

      • 含山梨醇的新型生物有机肥促生效应与机理研究

        方丹, 朱明珠, 魏梦玉, 杨玉婷, 薛超, 沈其荣

        DOI: 10.11766/trxb202012040672

        摘要:

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

      • 秸秆还田方式对丛枝菌根真菌群落和玉米磷素利用的影响

        胡凯婕, 栾璐, 郑洁, 李静, 薛敬荣, 孙波, 蒋瑀霁

        DOI: 10.11766/trxb202103280167

        摘要:

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

      • 密闭室抽气法监测稻田氨挥发的几个问题

        田玉华, 尹斌, 曾科, 赵旭

        DOI: 10.11766/trxb202012310721

        摘要:

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

      • 砷镉在不同矿物界面的相互作用过程

        黄敏雪, 管玉峰, 苏子贤

        DOI: 10.11766/trxb202101140027

        摘要:

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

      • 超高温堆肥微生物群落强化产热功能特征分析

        崔 鹏, 艾超凡, 廖汉鹏, 周顺桂

        DOI: 10.11766/trxb202102050077

        摘要:

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

      • 太湖流域典型农田土壤磷库演变特征及环境风险预测

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

        DOI: 10.11766/trxb202012160696

        摘要:

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

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

        陈 虹, 唐昊冶, 钟 明, 刘晓东, 王如海, 俞元春

        DOI: 10.11766/trxb202103080130

        摘要:

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

      • 土壤供保氮能力决定稻田氮肥增产效果和利用率

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

        DOI: 10.11766/trxb202104070181

        摘要:

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

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

        朱燕婕, 何 艳, 徐建明

        DOI: 10.11766/trxb202102060081

        摘要:

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

      • 微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机理研究进展

        张 彬, 陈 奇, 丁雪丽, 何红波, 张旭东

        DOI: 10.11766/trxb202012270705

        摘要:

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

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

        孙黎明, 马建锋, 沈仁芳

        DOI: 10.11766/trxb202102070085

        摘要:

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

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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