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    综述与评论
    • 农田土壤生态系统多功能性研究进展

      李奕赞,张江周,贾吉玉,樊帆,张福锁,张俊伶

      2022,59(5):1177-1189, DOI: 10.11766/trxb202109290532

      摘要:

      健康土壤培育是耕地产能提升的先决条件,也是应对粮食安全和环境保护挑战,保障土壤可持续利用,实现农业绿色发展和构建生命共同体的基础。健康土壤培育的核心是实现土壤生态系统多功能性。在生态文明建设的新时代,土壤生态系统多功能性评价、培育过程及机制研究已成为全球土壤健康行动的焦点和前沿。本文系统梳理了土壤功能、土壤生态系统服务与土壤生态系统多功能性的概念,讨论了土壤生物多样性对多功能性的影响、土壤功能间的协同与权衡关系,总结了土壤功能评价及量化的方法,并提出了突破单一追求粮食高产目标,发展基于多功能性综合调控的农田健康土壤培育新思路。提出在不同层级上提高土壤多功能性的途径:在全国尺度调整土地利用方式及农业结构、区域尺度协调资源配置、景观尺度构建农业设施建设与景观格局、田块尺度优化田间土壤管理技术,全面提升土壤健康和多功能性。未来需要通过多学科交叉深入探索不同时空尺度的土壤多功能性形成与维持机理,与现代科技相结合,完善土壤功能管理相关政策与落地方案,强化土壤多功能性在可持续环境政策与管理中的多维作用,为山水林田湖草生命共同体协调发展和“碳达峰、碳中和”国家战略的实施提供重要支撑。

    • 森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

      郑翔,刘琦,曹敏敏,纪小芳,方万力,姜姜

      2022,59(5):1190-1203, DOI: 10.11766/trxb202105150258

      摘要:

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

    • 磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环中的应用

      赵甜甜,田康,胡文友,黄标,赵永存

      2022,59(5):1204-1214, DOI: 10.11766/trxb202104210205

      摘要:

      磷是土壤生态系统中的重要组成元素,开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷酸盐氧同位素技术已经被证明是一种示踪环境中磷生物地球化学行为的有效方法。本文系统综述了磷酸盐氧同位素技术的研究进展和未来发展方向。详细介绍了磷酸盐氧同位素的技术原理、样品处理和测定方法;阐述了无机磷和有机磷的氧同位素特征及时空分布特征;从评估土壤磷微生物利用状况和示踪土壤磷循环两个方面探讨了磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环研究中的应用前景,分析了磷来源、环境条件、生物活动和样品前处理过程对土壤磷酸盐氧同位素特征的影响,最后展望了该技术未来的研究方向。以期为磷酸盐氧同位素技术在土壤学和环境科学领域的发展和应用提供新的视角和科学指导。

    • 稳定同位素示踪土壤中重金属环境行为的研究进展

      张妙月,尹威,王毅,杨文俊,汤叶涛,仇荣亮

      2022,59(5):1215-1227, DOI: 10.11766/trxb202101180694

      摘要:

      随着以多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)为代表的高精度质谱分析技术的革命性突破,稳定同位素的研究取得了跨越式发展。重金属稳定同位素成为了示踪土壤环境介质中重金属地球化学循环的有效工具,在识别污染来源、解析关键过程、跟踪环境行为等方面展现出极大的应用潜力。从同位素基本概念出发,系统介绍了利用重金属稳定同位素示踪土壤环境重金属污染的来源与归趋、土壤-植物体系重金属元素的迁移转化以及金属纳米颗粒的环境过程等方面的研究进展,并进一步总结了氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸、络合反应、生物作用等影响重金属稳定同位素分馏的相关机制,最后针对当前应用和研究现状,提出了拓展稳定同位素示踪重金属环境行为的潜在研究方向和研究内容,对土壤重金属污染防治及修复具有重要的指导意义。

    研究论文
    • 长期不同利用方式对黑土剖面中有机质化学组成的影响

      郝翔翔,邹文秀,韩晓增

      2022,59(5):1228-1237, DOI: 10.11766/trxb202106010286

      摘要:

      为了研究土地利用方式改变对土壤有机质(SOM)组成和稳定的影响。以典型黑土区29年长期定位试验为平台,采用红外光谱和固体13C核磁共振技术,对农田、草地和林地三种利用方式下不同剖面深度(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80和80~100 cm) SOM的活性组分含量和有机质官能团进行了分析,探讨了土地利用方式变更对SOM化学组成的影响。结果表明:土壤剖面中4种活性有机碳(微生物生物量碳,溶解性有机碳,轻组有机碳和易氧化有机碳)的含量均表现为草地>林地>农田。随着剖面深度的增加,SOM的脂族碳、甲氧基碳和烷氧基碳逐渐降低,而芳香碳和羧基碳则逐渐增加,其稳定程度逐渐增强。草地和林地土壤剖面中的SOM含有较多氧化程度低、易分解的甲氧基和烷氧碳,而农田SOM则含有较高的芳香结构和羧基碳,其腐质化程度较高。土地利用方式的改变会引起上、下土层中SOM化学组成的变化,植被恢复有利于SOM活性组分的形成,长期耕作可促进SOM稳定组分的积累。

    • 不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

      胡芳,王芳,韩晓增,许敏,付玉豪,严君,贾仲君,TIEDJE James M.,蒋新

      2022,59(5):1238-1247, DOI: 10.11766/trxb202103040128

      摘要:

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

    • 秸秆源性碳在黑土和褐土中的转运及其对氮肥的响应

      陈鲜妮,吴姗薇,寇太记,徐鹏飞,谭晓华,郭大勇

      2022,59(5):1248-1257, DOI: 10.11766/trxb202105210059

      摘要:

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

    • 黑土区农田土壤氮循环关键过程微生物基因丰度的分布特征

      张淼,刘俊杰,刘株秀,顾海东,李禄军,金剑,刘晓冰,王光华

      2022,59(5):1258-1269, DOI: 10.11766/trxb202110220381

      摘要:

      土壤微生物作为碳氮循环过程的主要驱动者与作物生产和生态环境安全关系密切。目前,仅有少数基于单一氮循环过程的研究报道了功能基因的空间分布特征,缺乏关于氮循环关键过程微生物分布特征的耦联分析。本研究采用实时荧光定量PCR技术,对东北黑土农田土壤氮循环关键过程的固氮、氨氧化和反硝化过程功能基因丰度特征及对土壤因子的响应进行关联分析。结果表明,在低pH(4.5~5.0)土壤中,不同氮循环基因丰度均显著低于其他pH土壤样本。种植大豆的土壤nifH基因丰度显著高于种植玉米的土壤样本(分别高于60%和83%)。氨氧化古菌(AOA) amoA基因丰度显著高于氨氧化细菌(AOB) amoA基因丰度,AOA amoA与AOB amoA基因丰度的比值为3.1至91.0。氮循环功能基因丰度与土壤pH和土壤全碳(TC)之间存在显著的正相关关系(P < 0.01)。非度量多维尺度分析(NMDS)结果显示主要表征黑土区氮循环基因组成的NMDS1与土壤pH和TC显著正相关。方差分解分析和随机森林分析结果显示土壤pH和TC是氮循环微生物基因丰度空间分布的最主要驱动因子。本研究发现除了土壤因子外,地理距离对农田土壤氮循环关键过程微生物分布也产生重要影响,为认识土壤微生物参与的农田生态系统的生物地球化学循环过程提供理论基础。

    • 多场次降雨条件下不同土岩镶嵌坡面土壤侵蚀特征

      樊春华,赵龙山,方乾,李开凤,钱晓鹤

      2022,59(5):1270-1278, DOI: 10.11766/trxb202011020606

      摘要:

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

    • 基于随机森林的耕地质量评价智能模型及其应用研究

      王丽,周勇,李晴,徐涛,左岍,吴正祥,刘婧仪

      2022,59(5):1279-1292, DOI: 10.11766/trxb202012030670

      摘要:

      为了更精确地表达耕地质量的系统性、非线性、差异性等特点,本研究旨在探索一种新的智能化耕地质量评价方法,提高耕地质量评价精度。以襄州区为研究区域,从地形地貌、土壤条件、社会经济、生态安全4个方面构建耕地质量综合评价指标体系,选用熵权法(EW)、后向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)三种模型进行训练,比较三种模型的评价精度,并分析襄州区2018年耕地质量等级分布规律。结果表明: (1)襄州区耕地质量整体较好,以二、三等级为主,累积面积占比达到54.63%,呈现出明显的地域分异规律,高质量耕地主要分布在中北部,低质量耕地主要聚集在南部,且各乡镇耕地质量等级分布也具有明显差异;(2)耕地质量RF评价模型能够较为精确地模拟指标之间的复杂关系,科学定量分析各指标对耕地质量的贡献; (3)耕地质量平均指数比较,RF>BPNN>EW,RF与BPNN的评价结果具有相似的空间分布,且均与EW的差异较为显著; (4)相比于BPNN和EW,RF具有更高的数据挖掘能力和训练精度,其评价结果最为理想,决定系数R2为0.814 5,MAE为0.009,MSE为0.012,RF能有效运用于耕地质量评价研究。本研究丰富和完善了县域尺度耕地质量评价指标体系及方法,为襄州区耕地资源数量、质量、生态“三位一体”的管护提供理论依据,同时为其他类似地区耕地质量评价提供借鉴与参考。

    • 基于大比例尺数据库的福建省耕地土壤固碳速率和潜力研究

      吴世蓉,位佳,邱龙霞,陈瀚阅,范协裕,毋亭,邢世和,张黎明

      2022,59(5):1293-1305, DOI: 10.11766/trxb202012040671

      摘要:

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

    • 加积型红土剖面成壤特征及网纹化成因的土壤微形态证据

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

      2022,59(5):1306-1320, DOI: 10.11766/trxb202011240643

      摘要:

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

    • 三峡库区不同植被覆盖坡地的土壤优先流运动特征研究

      刘目兴,宋兴敏,卢世国,张海林,易军

      2022,59(5):1321-1335, DOI: 10.11766/trxb202102230616

      摘要:

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

    • 毛乌素沙地东南缘人工林樟子松根系吸水来源与影响因素

      裴艳武,黄来明,李荣磊,邵明安,张应龙

      2022,59(5):1336-1348, DOI: 10.11766/trxb202011060608

      摘要:

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

    • 羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

      单鱼洋,马晨光,王全九,李晓菊,陶汪海,张继红,苏李君,曹玲

      2022,59(5):1349-1358, DOI: 10.11766/trxb202012070675

      摘要:

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

    • 潮土长期不同施氮水平对秸秆降解及其细菌群落结构的影响

      李敬王,陈林,马东豪,张丛志,张佳宝

      2022,59(5):1359-1368, DOI: 10.11766/trxb202103150145

      摘要:

      农田过量施氮所引发的问题已经引起广泛关注,但长期施氮后土壤无机氮水平状况及其对秸秆降解的作用尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期试验(2005—2018年)的潮土为研究对象,选择5个施氮水平(0(N0)、150(N1)、190(N2)、230(N3)和270(N4) kg·hm-2·a-1)土壤,开展短期(50 d)的秸秆降解-土壤培育实验。培育期间监测秸秆碳的矿化、土壤无机氮(硝态氮和铵态氮)、可溶性有机碳、微生物生物量碳的动态变化,利用高通量测序测定细菌群落结构。结果表明,长期施氮后,土壤无机氮含量和秸秆碳的矿化率随施氮水平的升高而增加。不同长期施氮水平的土壤细菌群落结构呈现显著差异。网络分析揭示:秸秆降解过程中细菌群落内部物种间的共现模式随长期施氮水平发生改变,具体体现为长期高施氮水平下细菌群落彼此间的负相关得到了加强;同时,变形菌主导地位减弱、酸杆菌主导地位增强。综上,土壤无机氮含量随着长期施氮水平的升高而增加,进而引起土壤细菌群落结构发生了改变,使得在秸秆降解过程中起到的作用不同,表现为秸秆降解随着施氮水平的增加而增加。本研究探究了长期不同施氮水平下土壤中无机氮的水平状况、秸秆降解状况以及秸秆降解过程中土壤细菌的生物特性,以期为秸秆还田和科学施氮提供一定的数据支撑和思路启示。

    • 藻、菌配合施用对水稻土磷有效性及微生物群落的影响

      张慧洁,刘俊琢,吴永红

      2022,59(5):1369-1377, DOI: 10.11766/trxb202103240159

      摘要:

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

    • 设施大棚间作玉米对丛枝菌根网络形成及辣椒疫病防治的影响

      刘一凡,侯劭炜,胡君利,蔡鹏,李明慧,吴福勇,林先贵

      2022,59(5):1378-1385, DOI: 10.11766/trxb202102280112

      摘要:

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

    • 水氮互作对稻田温室气体排放的影响

      曹开勋,赵坤,金王飞飞,朱同云,单新亮,梅航,朱礼洋,钱丽丽,王峰,肖新

      2022,59(5):1386-1396, DOI: 10.11766/trxb202011250646

      摘要:

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

    • 毕节植烟区炭基有机肥施用适宜性区划研究

      张龙,张忠启,何轶,彭华伟,王美艳,史学正,孙维侠

      2022,59(5):1397-1407, DOI: 10.11766/trxb202011270652

      摘要:

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

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

      漆增连,贺明荣,代兴龙,董元杰

      2022,59(5):1408-1419, DOI: 10.11766/trxb202012010592

      摘要:

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

    • 长期施用微肥条件下微量元素和有机官能团在团聚体中的积累特征

      张艳,胡亚鲜,郭胜利

      2022,59(5):1420-1431, DOI: 10.11766/trxb202012290640

      摘要:

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

    • 基于整合高通量绝对定量法的土壤微生物多样性分析

      王昌毅,楼骏,严康,汪海珍,徐建明

      2022,59(5):1432-1446, DOI: 10.11766/trxb202012140588

      摘要:

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

    研究简报
    • 一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析

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

      2022,59(5):1447-1456, DOI: 10.11766/trxb202104230215

      摘要:

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

    • 基于磁性纳米颗粒分选的土壤活性纤维素降解微生物富集研究

      荣楠,张建伟,包远远,何世颖,冯有智,林先贵

      2022,59(5):1457-1468, DOI: 10.11766/trxb202011270598

      摘要:

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

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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

        孙越琦, 孙笑梅, 巫振富, 闫军营, 赵彦锋, 陈 杰

        DOI: 10.11766/trxb202112010651

        摘要:

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

      • 铁/锰氧化菌诱导土壤重金属生物成矿研究进展

        吴川, 罗雨轩, 薛生国, 钱子妍, 漆彦婷

        DOI: 10.11766/trxb202201070648

        摘要:

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

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

        陈吉吉, 荆红卫, 曹文超, 陶蕾, 王敬国

        DOI: 10.11766/trxb202107190370

        摘要:

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

      • 林分改变驱动的优势菌根真菌类型变化影响土壤有机碳积累

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

        DOI: 10.11766/trxb202206210271

        摘要:

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

      • 灌丛化对高寒草地土壤有机碳组分的分异研究

        张东, 刘金秋, 马文明, 王长庭, 邓增卓玛, 张婷

        DOI: 10.11766/trxb202203220004

        摘要:

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

      • 不同秸秆还田率情境下亚热带水田土壤的“碳汇”贡献模拟研究

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

        DOI: 10.11766/trxb202112280700

        摘要:

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

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

        于雅茜, 裴久渤, 刘维, 王萌萌, 尹思佳

        DOI: 10.11766/trxb202110300587

        摘要:

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

      • 消减残差自相关性的县域土壤有机质整合模型预测研究

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

        DOI: 10.11766/trxb202111020591

        摘要:

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

      • 黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

        曹尤淞, 肖 波, 李胜龙, 王彦峰, 余星兴

        DOI: 10.11766/trxb202112150675

        摘要:

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

      • 香蕉根围土壤尖孢镰刀菌与养分特征及相关性

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

        DOI: 10.11766/trxb202112050660

        摘要:

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

      • 稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

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

        DOI: 10.11766/trxb202203030009

        摘要:

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

      • 环境因子对水稻土硝酸根异化还原过程速率和分配的影响

        金 科, 魏志军, 马小芳, 李承霖, 单 军, 颜晓元

        DOI: 10.11766/trxb202203090101

        摘要:

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

      • 设施蔬菜土壤丛枝菌根真菌多样性及群落构建的季相变化

        刘蕾, 肖广敏, 王凌, 茹淑华, 张国印, 孙世友

        DOI: 10.11766/trxb202204210197

        摘要:

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

      • 耕层厚度对潮土中化肥氮素转化的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202204060097

        摘要:

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

      • 长期紫云英还田与化肥配施下水稻土团聚体中铁氧化物的演变规律

        黄 丽, 谢 坤, 耿明建, 聂 军, 鲁艳红, 廖育林

        DOI: 10.11766/trxb202111110611

        摘要:

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

      • 华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

        姜鹏举, 吴华武, 闵雷雷, 张志华, 沈彦俊, 毕会涛

        DOI: 10.11766/trxb202110180561

        摘要:

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

      • 坡耕地土壤物理结皮分层颗粒组成特征研究

        陈 琳, 王 健, 霍春平, 杨 昌

        DOI: 10.11766/trxb202109110492

        摘要:

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

      • 桂东南花岗岩崩岗土壤界限含水率空间变异及影响因素

        韦江杏, 邓羽松, 廖达兰, 黄婉霞, 黄 娟, 蒋代华

        DOI: 10.11766/trxb202107120359

        摘要:

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

      • 色季拉山不同深度土壤真菌多样性的海拔分布格局及其影响机制

        孙媛媛, 徐 梦, 李月芬, 张旭博

        DOI: 10.11766/trxb202109230511

        摘要:

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

      • 基于土壤钙镁比的毕节植烟区镁肥施用分区研究

        张忠启, 祝 亮, 王美艳, 史学正, 孙维侠

        DOI: 10.11766/trxb202201100014

        摘要:

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

      • 阳山水蜜桃园肥料投入及不同种植年限土壤养分累积现状

        杨广, 汪玉, 王慎强, 赵旭

        DOI: 10.11766/trxb202204060091

        摘要:

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

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

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

        DOI: 10.11766/trxb202202030044

        摘要:

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

      • 黄土坡面细沟间和细沟侵蚀对有机碳流失贡献的定量分析

        张风宝, 李玄添, 申 楠, 杨明义

        DOI: 10.11766/trxb202201290040

        摘要:

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

      • 蛋白质组学分析揭示水稻地上部对缺铁和高铁胁迫的响应

        张欣, 王若男, 沈仁芳, 兰平

        DOI: 10.11766/trxb202203150109

        摘要:

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

      • 土壤团聚体的形成和稳定机制:研究进展与展望

        刘亚龙, 王萍, 汪景宽

        DOI: 10.11766/trxb202112180686

        摘要:

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

      • 植被恢复对黄土高原露天矿区土壤碳氮磷功能微生物类群的影响

        陈浮, 赵姣, 朱燕峰, 骆占斌

        DOI: 10.11766/trxb202203170117

        摘要:

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

      • 滴灌条件下西北干旱区农田生物排盐研究进展与展望

        苏媛, 田长彦, 买文选, 王雷, 赵振勇, 周宏飞

        DOI: 10.11766/trxb202202150008

        摘要:

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

      • 标记停留时间对水稻及其生物质炭的13C和15N丰度的影响

        张芳超, 卢伟伟, 查全智

        DOI: 10.11766/trxb202203250133

        摘要:

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

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

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

        DOI: 10.11766/trxb202202220071

        摘要:

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

      • 微观水分和养分条件对铜绿假单胞菌噬菌体裂解宿主过程的影响

        王燕, 阮楚晋, 谢文琳, 朱堃, 陈国炜, 刘莹, 王钢

        DOI: 10.11766/trxb202201070528

        摘要:

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

      • 稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO2浓度缓增的响应

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

        DOI: 10.11766/trxb202111250641

        摘要:

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

      • 土壤溶解性有机质分子特征对不同来源有机肥分解的响应

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

        DOI: 10.11766/trxb202111290519

        摘要:

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

      • 放牧对黄土高原典型草原冬季牧场甲烷氧化菌类群及活性的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202112080664

        摘要:

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

      • 毛乌素沙地人工林恢复对土壤剖面化学性质和细菌群落的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202112200405

        摘要:

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

      • 镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

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

        DOI: 10.11766/trxb202112170524

        摘要:

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

      • 基于数据同化的土壤水力参数反演方法:研究进展与展望

        满 俊, 张江江, 郑 强, 尧一骏, 曾令藻

        DOI: 10.11766/trxb202203040090

        摘要:

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

      • 不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202201190027

        摘要:

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

      • 根系分泌物典型组分对生物炭胶体稳定性和迁移能力的影响

        潘 岳, 张 雨, 王 洋, 商建英

        DOI: 10.11766/trxb202107110358

        摘要:

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

      • 长期复种绿肥下光合碳在水稻-土壤系统中的分配与稳定

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

        DOI: 10.11766/trxb202112060640

        摘要:

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

      • 基于玉米膜下滴灌系统的药液扩散与除草效果研究

        郭致杰, 张海英, 李建军, 徐生军, 荆卓琼, 吕和平

        DOI: 10.11766/trxb202112270633

        摘要:

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

      • 不同种类填闲作物阻控设施菜地氮磷淋溶效果及机制研究

        巨昇容, 闵炬, 董刚强, 李建斌, 施卫明

        DOI: 10.11766/trxb202112010590

        摘要:

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

      • 低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕对土壤水热及碳氮库的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202112170583

        摘要:

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

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

        姜永孟, 邓翠, 吕茂奎, 熊小玲, 李佳玉, 谢锦升

        DOI: 10.11766/trxb202110240498

        摘要:

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

      • 稻麦轮作下施用猪粪水对作物生长及农田土壤质量的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202109140412

        摘要:

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

      • 粉煤灰、砒砂岩对煤矿排土场土壤水分特性改良的研究

        郑 鹏, 党廷辉, 薛 江

        DOI: 10.11766/trxb202104140197

        摘要:

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

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

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

        DOI: 10.11766/trxb202112030656

        摘要:

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

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

        赵 越, 杨金玲, 许 哲, 张甘霖

        DOI: 10.11766/trxb202202110053

        摘要:

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

      • 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pH/离子强度时Cu/Cd复合污染土壤解吸和迁移特征

        李 静, 林 青, 徐绍辉

        DOI: 10.11766/trxb202108080413

        摘要:

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

      • 水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮分布的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202104150199

        摘要:

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

      • 紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体组成及其碳氮的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202106090303

        摘要:

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

      • 生物质炭改良酸性土壤的电化学特性研究

        杨彩迪, 刘静静, 卢升高

        DOI: 10.11766/trxb202106070300

        摘要:

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

      • 广义线性地统计模型在典型亚热带丘陵区数字土壤制图中的应用

        郝辰恺, 孙孝林, 王会利

        DOI: 10.11766/trxb202107290386

        摘要:

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

      • 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。

      • 不同土地利用方式下土壤动物对凋落物的分解作用及影响因素

        袁访, 邓承佳, 唐静, 宋理洪

        DOI: 10.11766/trxb202110090441

        摘要:

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

      • 玉溪市100m级植烟土壤质地品质的区划研究

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

        DOI: 10.11766/trxb202109280526

        摘要:

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

      • 长期不同施肥对潮土磷素吸附特征的影响

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

        DOI: 10.11766/trxb202108060406

        摘要:

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

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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

地址:南京市北京东路71号

邮政编码:210008

电话:025-86881237

邮箱:actapedo@issas.ac.cn

国际统一刊号:0564-3929

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