• 2023年第55卷第5期文章目次
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    • >专论与综述
    • 探索生命极限的模式生物——南极土壤自由生活线虫Plectus murrayi及其环境适应性特征

      2023, 55(5):925-934. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.001

      摘要 (228) HTML (606) PDF 1.98 M (897) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对土壤自由生活线虫的环境适应性及其生态功能研究一直是土壤动物学和生态学的核心内容之一。前期研究表明南极土壤自由生活线虫能够在极端干旱的土壤中生存,尤其是线虫的优势种群之一——Plectus murrayi, 在生理生态水平上均表现出独特的适应性。土壤自由生活线虫Plectus murrayi是仅在南极麦克默多山谷(McMurdo Dry Valleys, MDV)发现的主要陆生生物之一,目前已在多领域成为研究极端环境下生态学以及生物学的模式生物。本文旨在综述其系统发育、分布、生命周期和实验室发育的最新研究,以及其在遗传水平上的耐冷冻和耐干燥性,结合南极沙漠土壤的特殊生态系统,阐述其对于探索生命极限的意义。基于P. murrayi在南极麦克默多山谷土壤的生境分布,与其他南极自由生活线虫相比,P. murrayi喜欢相对较高的湿度和较低的盐度土壤生境。由于全球气候变暖,南极麦克默多山谷的温度和湿度不断增加,P. murrayi极可能成为南极沙漠中的主要陆生动物。通过对P. murrayi的研究,能够探索其适应和功能基因之间的新联系,这些基因在理解细胞对极端微环境的抗逆性方面有着至关重要的作用,具有长远的农业以及医学利用价值。未来对南极麦克默多山谷土壤环境压力的短期和长期响应的研究,有助于揭示细胞对环境干旱、寒冷的耐受和修复作用,探明生物进化与生态系统复杂性之间的关系,以及不同微环境在塑造更复杂系统群落中的作用。

    • δ-MnO2在环境中的演化及其与金属离子的相互作用研究进展

      2023, 55(5):935-942. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.002

      摘要 (163) HTML (700) PDF 2.30 M (891) 评论 (0) 收藏

      摘要:水羟锰矿(δ-MnO2)作为土壤矿物和地球沉积物中的重要组成部分,因其对土壤中诸多金属离子具有超强富集作用而备受关注。富集了金属离子的δ-MnO2在土壤环境中迁移转化,伴随金属元素二次污染风险。因此,探究δ-MnO2转化过程及其与金属元素的相互作用规律势在必行。本文简要介绍了δ-MnO2的性质,综述了δ-MnO2的结构转化及其影响因素,δ-MnO2与重金属离子之间的相互作用和氧化锰晶体生长机制,并对土壤中δ-MnO2转化过程带来的金属元素二次污染防治研究重点和方向提出了展望。

    • 铝同晶替代对铁(氢)氧化物表面活性的影响研究进展

      2023, 55(5):943-953. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.003

      摘要 (166) HTML (859) PDF 6.11 M (968) 评论 (0) 收藏

      摘要:铝同晶替代现象在铁(氢)氧化物中普遍存在, 可改变铁(氢)氧化物的结构、表面特性和反应活性, 影响土壤中元素的行为、形态和归趋。运用文献计量法分析了铝同晶替代铁(氢)氧化物的国内外研究现状, 分别综述了铝同晶替代对铁(氢)氧化物晶体结构、表面电荷和界面过程的影响, 从静电作用、比表面积、位点组成与密度、Fe/Al位点亲和性以及空位缺陷等方面阐明了铝同晶替代对铁(氢)氧化物表面活性和吸附行为的影响机制。在此基础上, 提出了未来研究应着眼于构建铝替代量-结构-反应活性定量关系、深入探究铝同晶替代铁(氢)氧化物不同晶面上的界面机制, 以及将研究对象与体系过渡到实际土壤等。

    • >研究报告
    • 基于高氮投入和基因型差异的水稻氮素营养特征

      2023, 55(5):954-963. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.004

      摘要 (115) HTML (581) PDF 778.19 K (883) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用氮素低效品种武育粳3(WY3)、氮素吸收高效品种连粳7(LJ7)和氮素吸收利用双高效品种南粳9108(NJ9),开展了包括不施氮肥(LN)、适宜或减量氮肥投入(MN, 200 kg/hm2)和过量施氮(HN, 350 kg/hm2)三个条件的田间试验,探究了不同基因型差异的水稻植株整体和关键功能叶含氮量对施氮水平的响应,及其导致的光合特征的变化对氮素利用效率的作用特征。结果表明:在生育后期,氮高效品种的干物质和氮素积累强于氮低效品种。在MN条件下,LJ7和NJ9在齐穗期至完熟期干物质积累量相比WY3分别高46.44% 和29.12%,氮素积累量分别高26.28% 和32.31%;在该条件下,施用穗肥后27 d的时间段内(灌浆阶段),WY3的剑叶氮浓度降低21.86%,LJ7和NJ9的剑叶氮浓度分别降低26.3% 和34.74%,降幅次序为NJ9>LJ7>WY3,LJ7和NJ9的剑叶干重、光合速率、气孔导度、单穗重和产量显著高于WY3,氮高效品种的氮素利用效率指标优于WY3。在HN条件下,LJ7和NJ9在灌浆阶段的干物质和氮素积累量仍高于WY3,剑叶干重、气孔导度和单穗重显著优于WY3,剑叶氮浓度的降低幅度依次为NJ9>WY3>LJ7,LJ7的剑叶光合速率、穗数和产量低于NJ9和WY3,各品种氮素收获指数(NHI)不存在明显差异;LJ7作为氮高效吸收品种,其较高的氮肥吸收效率(REN)导致其对高氮投入较为敏感,氮素生理效率(PEN)和氮肥农学效率(AEN)低于WY3和NJ9。可见,在适宜或减施氮的条件下,氮高效品种光合同化物转运能力强,产量和氮素利用效率最优;但高量氮投入时,氮高效吸收品种对氮素施用量耐性较弱,光合同化物转运减弱导致产量显著降低,氮肥利用效率相比其它品种降低更明显。

    • 长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

      2023, 55(5):964-973. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.005

      摘要 (134) HTML (555) PDF 861.98 K (854) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N2O排放的影响,于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理:无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm2·a) 玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm2·a) 生物质炭施用(BC1);6 t/(hm2·a) 生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm2·a) 生物质炭施用(BC3)。结果表明,BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N2O总排放量与CK没有显著差异,但是BC3处理的N2O总排放量比CK提高了245.31%,并显著高于其他处理。BC3处理的N2O总排放量和施氮肥后N2O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm2和3.36 kg/hm2(以N2O-N计),BC3处理对土壤N2O排放的刺激作用主要体现在施氮肥后的N2O排放高峰期内。与CK相比,BC3处理显著提高了土壤阳离子交换量 (20.35%),同时分别增加了土壤微生物生物量碳和生物量氮含量(26.13% 和49.96%)。不同处理在复水并施用穗肥后引起的N2O排放高峰期的累积排放量占总排放量的27.66% ~ 32.83%,其中BC3处理的排放占比最高。研究结果说明生物质炭长期连续施用下土壤阳离子交换量的增加,提高了土壤NH4+的持留,进而促进了土壤硝化过程,同时延长穗肥施用和复水间隔时间可有效减少N2O排放量。

    • 亚热带地区土壤硝酸盐异化还原成铵速率的空间差异和驱动因素

      2023, 55(5):974-982. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.006

      摘要 (92) HTML (665) PDF 2.93 M (818) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤硝酸盐异化还原成铵(DNRA)是生态系统土壤氮转化的重要途径,理清环境因素对土壤DNRA速率的影响意义重大。本研究通过收集246项试验观测值采用整合分析方法(Meta-analysis)研究了亚热带地区不同生态系统中DNRA速率的变化范围及其影响因素。结果表明:纬度对亚热带土壤DNRA速率无显著影响;土壤pH、全氮(TN)、SOC/NO3--N、Fe(II)、阳离子交换量(CEC)、易氧化有机碳(EOC)、有效磷(AP)、黏粒含量和年平均气温(MAT)的增加均会促进DNRA速率;年平均降水量(MAP)和土壤NH4+-N含量的增加会抑制土壤DNRA速率。此外,环境因子对DNRA速率的影响随生态系统的不同表现出较大差异。结构方程模型分析结果显示,SOC/NO3--N是DNRA主要驱动因素,pH、NH4+-N、MAP和MAT对土壤DNRA也有较大影响。

    • 分根区交替滴灌施肥频率对土壤水氮运移及番茄产量的影响

      2023, 55(5):983-990. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.007

      摘要 (154) HTML (537) PDF 720.65 K (948) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前我国设施蔬菜实际生产过程中水肥调控不合理及水肥利用效率低的问题,本文通过温室试验研究了分根区交替滴灌施肥(ADF)条件下,不同施肥频率对土壤水分养分运移及番茄产量的影响,为番茄高效水肥调控提供理论依据。试验在ADF下设3个滴灌施肥频率处理F3(3 d)、F6(6 d)、F12(12 d)和1个常规滴灌施肥处理作为对照(CK,频率为6 d)。结果表明,在0 ~ 40 cm土层,高频滴灌施肥处理(F3)相比于低频处理(F12)生育期内两年平均土壤含水量和无机氮含量分别增加了7.9%和28.3%;在40 ~ 60 cm土层,F3和F6相比于F12处理,两年平均无机氮累积量分别降低了37.8% 和23.0%。与F12处理相比,F6处理两年平均番茄生物量、吸氮量和产量分别显著增加16.9%、15.2% 和22.6%,而F3和F6处理之间均无显著差异。在相同施肥量和滴灌施肥频率条件下,F6处理在减少40%灌水量的同时能够保持与CK相当产量。因此,适当提高滴灌施肥频率能够促进番茄生长及产量的形成,ADF较常规滴灌施肥具有较大的节水稳产效果。本研究推荐ADF条件下6 d一次的滴灌施肥频率可作为温室番茄生产中较为高效的水肥管理措施。

    • 长期外源有机物料添加对川中丘陵区农田土壤养分和有机碳组分的影响

      2023, 55(5):991-1000. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.008

      摘要 (168) HTML (549) PDF 1.55 M (872) 评论 (0) 收藏

      摘要:以盐亭紫色土农业生态试验站长期不同施肥处理试验为平台,探究了两种形式的外源有机物料(猪粪堆肥和秸秆还田)添加对土壤有机碳及全氮、全磷、硝态氮和有效磷含量的影响,并基于固态13C核磁共振波谱技术(13C-NMR)分析了其对土壤有机碳化学组分的影响。研究发现:添加有机物料可显著增加0 ~ 30 cm土层土壤有机碳和各养分指标的含量,其中有机碳,全氮、全磷、有效磷和硝态氮增幅分别为22.13% ~ 100.15%、28.98% ~ 84.29%、18.33% ~ 94.17%、38.52% ~ 152.36%和219.45% ~ 741.78%,猪粪堆肥施用对土壤全磷、有效磷和硝态氮含量的影响大于秸秆还田。两种有机物料添加均改变了耕层(0 ~ 20 cm)土壤有机碳化学组成及其稳定性,其中0 ~ 10 cm表层土壤有机碳中烷氧基碳和羧基碳的比例提高,烷基碳的比例降低,10 ~ 20 cm土层羧基碳比例降低、烷基碳比例增加。因此,长期有机物料添加可显著提高川中丘陵区旱耕地有机碳库及其稳定性。本研究可为碳汇功能评估提供科学参考。

    • 不同分子量碳源对砂姜黑土磷素有效性和玉米磷吸收的影响

      2023, 55(5):1001-1007. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.009

      摘要 (111) HTML (524) PDF 675.32 K (739) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究不同分子量碳源对土壤磷有效性的影响,以安徽省典型砂姜黑土为供试土壤,通过盆栽种植玉米试验,开展了不同碳源(果糖、蔗糖、纤维素)对土壤中磷形态转化和玉米磷吸收影响的研究。结果表明:①土壤Olsen-P含量随时间先增加后降低。在玉米间苗7 d后果糖处理Olsen-P含量最高,15 d后纤维素处理Olsen-P含量达最大值,90 d后,相比于对照、果糖和蔗糖处理,纤维素处理土壤Olsen-P含量显著增加了79.74%、54.03% 和30.03%(P<0.05)。②玉米间苗90 d后,相较于对照处理,纤维素处理显著降低了Fe-P和Ca10-P含量,增加了Ca8-P含量,而对照、果糖和蔗糖处理的Ca2-P含量无显著差异。与对照处理相比较,纤维素处理显著提高了活性有机磷(LOP)和中等活性有机磷(MLOP)含量,减少了中稳定性有机磷(MROP)含量。③纤维素处理增加了土壤可溶性有机碳(DOC)含量和磷酸酶活性,降低了土壤pH和交换性钙含量,这是土壤磷有效性增加的重要原因;④与对照、果糖和蔗糖处理相比,纤维素处理下玉米磷吸收量显著增加了46.20%、19.05% 和19.28%。可见,与低分子量碳源(果糖和蔗糖)相比较,高分子量碳源(纤维素)提高土壤磷有效性和玉米磷吸收效果长效性更好。研究结果为指导农田生态系统中利用碳源调控土壤磷的转化和有效性提供了重要信息。

    • 磷肥对酸性红壤上玉米不同部位丛枝菌根真菌群落的影响

      2023, 55(5):1008-1015. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.010

      摘要 (101) HTML (493) PDF 670.91 K (765) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同磷肥水平下酸性红壤上玉米不同部位丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF)群落多样性和组成结构,明确玉米不同部位AMF群落的分布特征及对磷肥的响应差别,以为提高酸性红壤磷素利用提供理论依据,在酸性红壤上设置了3个磷肥水平包括不施磷、低磷(P 25 mg/kg)和高磷(P 100 mg/kg),并在玉米培养4周后,测定了玉米生物量和土壤理化性质,利用高通量测序技术检测了玉米根部、根际和非根际土壤AMF群落结构和多样性。结果显示:随着磷肥水平增加,玉米生物量显著提高,高磷处理下玉米地上部磷含量显著高于不施磷和低磷处理。取样部位(根部、根际和非根际)显著影响了AMF群落优势属球囊霉属(Glomus)、巨孢囊霉属(Paraglomus)和近明球囊霉属(Claroideoglomus)的相对丰度,但是磷肥水平的影响不显著。类似地,取样部位而非磷肥水平显著影响了AMF群落香农指数和物种丰富度。非度量多维标度(NMDS)分析结果显示,根部样品与非根际和根际土壤样品AMF群落距离更远,而相同取样部位中不同磷肥水平间AMF群落组成更为相似;置换多元方差分析(PERMANOVA)进一步表明,取样部位而非磷肥水平显著影响了AMF群落组成结构,主要表现在根部样品与根际和非根际土壤样品不同。因此,酸性红壤上玉米不同部位对AMF群落的影响明显高于磷肥作用,表明AMF应用于酸性红壤时应重点考虑作物部位的特性。

    • 强还原处理配施枯草芽孢杆菌对百合土壤酚酸的影响

      2023, 55(5):1016-1024. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.011

      摘要 (124) HTML (568) PDF 824.35 K (759) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同有机物料强还原土壤处理(Reductive Soil Disinfestation, RSD)及枯草芽孢杆菌施用对土壤酚酸类物质的影响,以龙牙百合栽培土壤为研究对象,采用裂区试验设计,主区设置对照(CK)和以制糖发酵废液(MO)、植物残渣(SB)为主要有机物料的RSD处理,并于再植龙牙百合出苗后裂区添加枯草芽孢杆菌Y25(CK_Y25、MO_Y25、SB_Y25),分别在RSD处理后及龙牙百合生长期和收获期采集土壤样品,分析土壤中酚酸类物质的组成和含量变化。结果表明:与CK相比,SB处理显著(P<0.05)增加了土壤中丁香酸、对香豆酸、阿魏酸和总酚酸的含量,改变了土壤酚酸谱特征,而MO处理对土壤酚酸组成和含量的影响均不显著。龙牙百合再植能够提高RSD处理土壤中酚酸类物质含量,但不同处理随种植时间延长而呈现不同的变化规律。此外,添加枯草芽孢杆菌Y25能显著(P<0.05)降低SB处理土壤中酚酸类物质的含量(总酚酸降解率≥30%),其中对香豆酸和阿魏酸在龙牙百合生长期和收获期的降解率分别高达39.2% ~ 47.8% 和32.3% ~ 36.7%。本研究发现,以植物残渣为有机物料的RSD处理能够提高土壤的酚酸水平,引起潜在的作物种植风险,而外源添加枯草芽孢杆菌可有效降低土壤酚酸含量,研究结果可为RSD处理的科学应用及相关配套措施的研发提供理论依据和线索。

    • 有机肥施用对植烟土壤氮素矿化及土壤酶和微生物群落的影响

      2023, 55(5):1025-1034. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.012

      摘要 (111) HTML (687) PDF 2.74 M (858) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索不同有机肥对植烟土壤氮素矿化及土壤微生态的影响。在等氮(100 mg/kg)投入和30 ℃ 条件下对施入不同有机肥(植物源有机肥、芝麻饼肥、生物质炭有机肥)的土壤进行室内培养,分析不同时期土壤NO3--N和NH4+-N含量、土壤酶活性及细菌群落多样性的变化。结果表明:施用不同有机肥均可提高土壤矿质氮含量,在培养前期以饼肥矿化量最高,矿化速率最快,而后期为生物质炭有机肥处理的氮素矿化量、矿化速率高于其他处理;施用生物质炭有机肥、植物源有机肥均可显著提高土壤脲酶、硝酸还原酶活性,芝麻饼肥对蛋白酶、蔗糖酶活性有显著的提升作用;相较不施有机肥处理,添加不同有机肥的土壤细菌多样性明显提升。优势菌门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门,优势菌属为SphingomonasRB41Sphingomonas在不施有机肥处理中最高,RB41在生物质炭有机肥处理中最高。Sphingomonas与蔗糖酶活性呈正相关关系,与脲酶、硝酸还原酶均呈负相关关系;PCA分析显示,生物质炭有机肥处理的细菌群落结构与其他处理相比差异较大。施用芝麻饼肥有利于促进早期氮素矿化,提高矿化量,而生物质炭有机肥后期矿化量较大且矿化速率较快,土壤细菌多样性及丰富度也最高。

    • 不同园地土壤细菌亚群的结构与功能分异

      2023, 55(5):1035-1043. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.013

      摘要 (100) HTML (518) PDF 1018.09 K (838) 评论 (0) 收藏

      摘要:采集4种不同类型园地土壤,利用16S rRNA基因扩增子Illumina测序技术,研究不同园地土壤细菌亚群的结构与功能分异。结果表明:不同类型园地整体细菌群落多样性无显著性差异,而丰富、中等和稀有类群的α-多样性存在显著差异。对于丰富的细菌亚群,茶园和葡萄园中的多样性较高,而桃园和菜园中的多样性较低;而对于中等和稀有类群,桃园中的多样性指数较高,而菜园、茶园和葡萄园中的多样性较低。细菌群落组成分析表明,不同园地土壤中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和绿弯菌门(Chloroflexi)均有较高的丰度。基于PCoA和UPGMA分析发现,细菌亚群组成在不同类型园地中均具有显著性差异,且丰富类群之间的差异大于中等和稀有类群。通过FAPROTAX预测分析发现,不同类型园地中中等和稀有类群所占据的功能种类数量比丰富类群多,且中等和稀有类群在不同类型园地之间的功能差异大于丰富类群。

    • 苯系物(BTEX)长期污染对土壤和地下水微生物群落及代谢潜能的影响

      2023, 55(5):1044-1053. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.014

      摘要 (218) HTML (1147) PDF 9.93 M (1791) 评论 (0) 收藏

      摘要:苯、甲苯、乙苯和二甲苯统称为苯系物(BTEX),是化工污染场地检出率最高的芳香族有机污染物。为研究BTEX长期污染对土壤和地下水微生物群落结构和代谢潜能的影响,采集了江苏省某搬迁化工厂的浅层土、地下水和深层土样品,利用16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组测序技术对BTEX长期污染场地展开分析。结果表明:相比较未受污染的土壤样品,长期BTEX污染显著改变了微生物群落结构和多样性,其中以变形菌门改变最为显著。共现性网络分析表明,污染场地中随着样品取样深度的增加,微生物网络复杂性和群落稳定性降低。BTEX代谢功能基因注释表明,地下水样品中污染物代谢基因丰度和多样性更高,并且在地下水和浅层土中同时存在完整的好氧降解途径,但在地下水中厌氧降解基因的丰度更高。BTEX降解途径中benABCbcrCBAD基因簇在浅层土中更完整,但通过构建BTEX开环的关键基因bamA的系统发育树表明,地下水中可能存在新的BTEX开环基因。这些结果证明BTEX长期污染的不同生境中存在高度多样的微生物群落与降解途径,为相关污染场地的微生物修复提供了科学依据。

    • 不同污染方式下铅对茶园土壤氮素转化及其相关微生物和酶活性的影响

      2023, 55(5):1054-1061. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.015

      摘要 (99) HTML (494) PDF 445.82 K (879) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨不同污染方式的Pb对茶园土壤氮素转化的影响,采用盆栽试验对累积和一次性添加不同浓度Pb条件下茶园土壤中氮素含量、相关微生物和酶活性进行了研究。结果表明:累积污染处理的土壤中Pb全量和有效态含量高于一次污染处理。Pb污染对土壤、茶苗植株的氮含量影响表现为:增加土壤中全氮和15N含量,减少茶苗地上部全氮和15N含量。添加Pb浓度为900 mg/kg时,累积污染处理促进根系全氮和15N含量,一次污染则显著抑制;累积污染处理的茶苗根和地上部中的氮含量显著高于一次污染(P<0.05)。Pb污染对氮循环相关微生物的影响表现为:氨化细菌、自生固氮菌、亚硝酸细菌和硝酸细菌的数量减少,反硝化细菌的数量增加。Pb的不同污染方式对茶园土壤与氮循环相关微生物数量的影响不显著(P>0.05)。Pb污染抑制脲酶、亚硝化还原酶和硝酸还原酶活性,对蛋白酶活性存在“低促高抑”现象;高浓度Pb(900 mg/kg) 污染时,累积处理显著增加土壤羟胺还原酶活性,一次处理则显著抑制。两种污染方式对土壤脲酶、硝酸还原酶和羟胺还原酶活性的影响因Pb污染浓度的不同而存在较大差异。相关分析表明,氮转化相关微生物数量(除反硝化细菌),蛋白酶、亚硝酸还原酶和硝酸还原酶的活性与茶园土壤全量Pb和有效Pb含量均呈极显著的负线性关系(P<0.01)。

    • 砂姜黑土中兼具促生功能的纤维素降解菌的筛选及其应用

      2023, 55(5):1062-1069. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.016

      摘要 (74) HTML (527) PDF 2.16 M (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现砂姜黑土地区秸秆资源化利用以及作物增产,本研究从该区小麦-玉米轮作土壤中筛选具有促生功能的纤维素降解菌株。通过羧甲基纤维素酶活(CMC)与吲哚乙酸(IAA)分泌量测定,筛选出1株具有高效降解纤维素的促生菌株。经形态学和分子生物学鉴定,该菌株为普沙根瘤菌(Rhizobium pusense),命名为X2。小麦秸秆降解和玉米盆栽初步试验结果显示,X2菌株经液态发酵15 d后小麦秸秆降解率为16.1%,较对照显著提升65.4%;接种该菌株后盆栽土壤中碱解氮含量较对照显著提高了72.7%,植株根系的平均直径、表面积以及地上部干物质量显著增加了22.0%、28.6% 和33.3%。为进一步提高该菌株的活性,采用单因素试验对菌株的培养条件进行优化,结果表明,X2菌株在装液量为25 mL/250 mL、氮源为酵母粉、pH为6.0时生长和产IAA能力最优,产酶的最适pH为5.0。综上,所筛菌株X2具有秸秆降解和玉米促生能力,可在砂姜黑土地区为秸秆资源化利用提供新的微生物资源。

    • 新银合欢林土壤理化性质–微生物生物量耦合协调关系研究

      2023, 55(5):1070-1079. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.017

      摘要 (83) HTML (703) PDF 1.31 M (832) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究采用空间代替时间序列的方法,通过方差分析、相关性分析和偏最小二乘路径模型探究向家坝工程扰动区6种不同龄级新银合欢林土壤理化性质与微生物生物量的耦合协调关系。结果表明:①原生草地群落(A1,无新银合欢群落)土壤含水量、养分水平和微生物生物量均最高,新银合欢入侵后在草灌阶段土壤含水量、养分水平和微生物生物量显著下降。新银合欢成为灌丛时(A3,新银合欢2 a群落)土壤含水率、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮含量分别下降为A1群落的51.2%、33.9%、31.6%、27.1%、72.8% 和61.5%,pH上升至8.16,使得土壤更为碱化。②土壤微生物生物量碳与土壤含水率显著相关(P<0.05),土壤微生物生物量碳氮比与pH呈显著相关;土壤含水率、养分水平和微生物生物量三者之间相互影响且作用显著,高土壤含水率有利于土壤养分与微生物生物量的存在和转化。③原生样地结构稳定,协调度D较高(0.716 2);新银合欢入侵后,协调度随着新银合欢林龄增大呈现波动下降,至A4群落(新银合欢3 ~ 4 a)时协调度降至最小值(0.501 2);在乔木阶段土壤养分与微生物生物量缓慢增加且趋于稳定,协调度缓慢上升,最终在新银合欢纯林时稳定趋于勉强协调发展类型。因此,针对不同龄级新银合欢林,要根据不同恢复阶段的土壤生境条件采取不同调控措施,在植被恢复的物种搭配选择上应注重草灌结合,促进土壤以及整个生态系统的健康发展。

    • 海鲜壳生物质炭对酸性土壤的改良效果与机制探究

      2023, 55(5):1080-1087. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.018

      摘要 (96) HTML (509) PDF 631.62 K (923) 评论 (0) 收藏

      摘要:以花甲、扇贝、生蚝、青口贝4种市场产量大且壳生物量高的海鲜壳为原材料厌氧热解制备生物质炭作为改良剂,以我国南方红黏土、红砂土、砖红壤3种主要典型酸性土壤为供试土壤,探究海鲜壳炭最佳制备条件及其对我国酸性土壤的改良效果与机制。结果表明:高温条件下制备的海鲜壳炭主要成分是CaO和CaCO3,同时含有NaO、MgO等碱性物质,碱含量极高。热解温度对4种海鲜壳炭碱含量影响巨大。800℃是制备海鲜壳炭的最佳温度,此时其碱含量已达到甚至超过石灰的水平,同时保留部分-OH等多种官能团,比石灰更稳定,且含有比石灰更少的致酸物质。800℃制备的海鲜壳炭可以大幅度提高我国南方酸性土壤pH、固相吸附态羟基铝含量、阳离子交换量和酸缓冲容量,降低土壤溶液铝和交换态铝含量,土壤固相有机结合态铝含量呈上升趋势。800℃制备的海鲜壳炭是可以替代传统石灰的理想酸性土壤改良剂,可以有效缓解石灰资源压力并降低改良成本。本研究成果对于酸性土壤改良成本降低及海鲜壳废弃物资源化利用均具有重要指导意义。

    • 不同饲料作物对苏打盐碱土改良效应研究

      2023, 55(5):1088-1096. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.019

      摘要 (82) HTML (520) PDF 1017.95 K (877) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明不同饲料作物种植对苏打盐碱土改良的影响,以内蒙古科尔沁旗苏打盐碱地为研究对象,设置3个土壤等级(中、良、优)和5个饲料作物种类(高丹草、稗草、青贮玉米、湖南稷子、甜高粱),共计15个处理,研究不同土壤等级下,饲料作物对土壤盐化碱化、养分含量变化的影响,并根据模糊物元-熵权模型进行土壤改良效应评价。结果表明:饲料作物收获后土壤平均pH较播种前降低1.64%,种植前后土壤pH差异不显著;土壤EC、总可溶性盐、碱化度显著降低(P<0.05)。不同饲料作物种植降低土壤Ca2+、Mg2+、HCO3-+CO32-含量,提高土壤K++Na+、Cl-含量,对土壤SO42-含量影响存在差异,收获后土壤碱解氮和速效钾含量比播种前分别降低15.15%、24.06%。基于模糊物元-熵权模型得出,青贮玉米对土壤盐渍化程度较高的土壤改良效果更佳,而甜高粱与高丹草更适合盐渍化较轻土壤的改良。土壤盐化碱化参数受盐离子浓度的影响高于土壤养分指标,速效钾与总可溶性盐、碱化度、EC间呈显著正相关(P<0.05),说明土壤盐碱指标增加在一定程度上促进土壤速效钾的积累和转化。总体上,饲料作物在苏打盐碱地种植是可行的,在抑制土壤盐渍化方面有一定效果。

    • 农旅融合背景下水田改林地对土壤性质影响

      2023, 55(5):1097-1105. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.020

      摘要 (111) HTML (563) PDF 40.27 M (895) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨农旅融合背景下土地利用方式改变对土壤理化及生物学特性的影响,在浙江省绍兴市境内选择代表性土壤剖面,分层采集土壤样品,采用田间调查与室内分析方法,研究了水田改制后土壤剖面性态及土壤微生物特性的演变。结果表明:水田改林地后地下水位明显下降,表层土壤坚实度增加了6.79倍,容重增加了33.7%;土壤颜色亮度和彩度增加,土壤结构体增大;表层土壤全铁和游离铁含量增幅分别为7.44% 和8.70%;表层土壤活性铁和亚铁含量降幅分别为18.20% 和91.56%;土壤微生物磷脂脂肪酸总量下降44.57%,好氧细菌/厌氧细菌比值增加92.6%,革兰氏阴性细菌/革兰氏阳性细菌比值下降45.3%。总之,农旅融合背景下水田改林地后土壤理化性质发生明显变化,对植被和土壤微生物生长带来负面影响,不利于土壤可持续利用。

    • 基于双时相卫星遥感光谱指数估算土壤有机质含量

      2023, 55(5):1106-1113. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.021

      摘要 (121) HTML (554) PDF 10.91 M (859) 评论 (0) 收藏

      摘要:以黄淮海平原典型县——封丘县为研究区,探讨了在一年两熟、裸土时间窗口较短的区域中,基于两景影像波段组合构建的双时相光谱指数在有机质含量预测中的表现。研究共计采集117个代表性土样,以分析筛选出的裸土期(10月)内双时相(获取时间:2014年10月6日和2017年10月30日)高质量Landsat 8卫星影像作为数据源,构建了4种类型的光谱指数:比值光谱指数、差值光谱指数、归一化光谱指数以及优化光谱指数,并结合最小绝对收缩和选择算子变量筛选方法和支持向量机算法建立了有机质预测模型。留一交叉验证结果表明,与直接使用影像波段反射率或者基于单景影像构建的光谱指数(单时相光谱指数)相比,利用双时相光谱指数可以更好地利用时相信息优势,其有机质预测精度更高(R2=0.53,RMSE=2.01 g/kg)。而且,基于双时相光谱指数所构建的预测模型得到的有机质空间分布格局与真实值较为吻合。可见,本文提出的在黄淮海平原典型县域利用双时相光谱指数预测土壤有机质的方法,可以促进具有短裸土期特点区域的高分辨率土壤属性遥感预测与制图研究。

    • 仰韶村遗址文化层土壤微形态研究

      2023, 55(5):1114-1121. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.022

      摘要 (98) HTML (460) PDF 49.90 M (831) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤微形态方法已广泛运用在遗址土壤研究中,可解读其蕴含的古人类活动信息。本研究在仰韶村遗址土壤前期研究基础上,采集多处文化层以及古土壤层、表土层,通过比较土壤微形态和理化性质差异,判别古人类用火和培土行为。结果表明:①用火影响的土壤基质主要呈红棕色,其中炭屑散乱分布,铁质垒结形成物主要呈团块状、碎屑状。细粒质受到火烧作用影响,经化学反应形成的铁质氧化物覆盖其上,显示出弱干涉色特征,多为无分离b-垒结。②培土影响的土壤中可以识别出人工痕迹,如平整的孔道和刮擦痕迹,紧密的不同土壤垒结之间存在清晰平整的界线,表明土壤被压实。部分细粒质受到人为刮擦作用影响,呈现条纹状b-垒结。细粒质与粗粒质除包膜状和桥接状外,还出现填集状,这也表明土壤被压实。③发现贝壳和碳化植物等侵入体,土壤微结构呈现海绵状。总体而言,土壤的宏观特征和基本理化性状印证了微形态观察结果,表明该区域土壤与古人类用火和耕作活动相关。

    • 大兴安岭北部寒温带针叶林表层土壤冻融变化特征

      2023, 55(5):1122-1128. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.023

      摘要 (112) HTML (584) PDF 655.18 K (811) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于2009—2019年地表土壤温度和积雪数据,分析了近10 a来我国大兴安岭北部多年冻土区土壤冻融变化特征,包括冻融循环次数和天数、冻融开始和结束时间、持续时间、变动幅度等。表层土壤春季融化过程期主要发生在4月中下旬至5月中旬,秋季冻结过程期主要发生在9月中下旬至10月中旬,平均每年发生冻融39次或41 d。春季融化过程期相比秋季冻结过程期,平均冻融循环次数或天数相差并不大,研究期间内大于、小于和相近年份均有出现。但冻结期冻融循环变动幅度(主要在2.6 ~ 15.0 ℃)大于融化期(主要在2.6 ~ 12.5 ℃)。春季融化期开始时间与积雪结束时间基本吻合,而积雪开始时间均发生在秋季冻结期结束之后。因此,两个冻融期很少有积雪覆盖,冻融循环主要受气温影响。本研究为深入理解大兴安岭多年冻土对气候变化的响应、制定适宜的气候变化对策提供参考依据。

    • 永定河典型护岸植被土壤水分入渗特征及影响因素

      2023, 55(5):1129-1137. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.024

      摘要 (104) HTML (577) PDF 1.10 M (753) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究永定河岸坡缓冲带不同护岸植被覆盖下土壤水分入渗状况及植被根系对其影响,为区域河岸带生态修复和水资源保护提供参考,选取永定河流域典型护岸植被柳树林、荆条林、狗尾草地为研究对象,通过亮蓝染色法结合Photoshop、Image Pro6.0等图像处理技术,基于分形维数和多指标评价法定量评价了优先流发育程度,并探讨了不同植被根系对优先流的影响。结果表明:①研究区3种植被类型覆盖地土壤均存在水分优先入渗现象,土壤染色面积比随土层深度增加而逐渐减小,柳树林地平均染色面积比(38.32%)最大,为荆条林地和狗尾草地的1.11倍和1.37倍。狗尾草地的长度指数、优先流分数均显著低于柳树林地(P<0.05),3种植被覆盖地基质流深度无显著差异。②以优先流评价指数和分形维数评价优先流发育程度的结果呈一致,为柳树林地>荆条林地>狗尾草地,柳树林地的湿润锋迹线破碎化程度最高,优先流发育最显著。③有机质、非毛管孔隙度和根长密度对水分入渗均具有显著影响,总根长密度、非毛管孔隙度与染色面积比呈显著正相关,≥1 mm根系根长密度、有机质含量与分形维数呈显著正相关。3种植被覆盖地染色面积比和根长密度关系曲线拟合较好。总之,在外界条件相同的情况下,柳树林地水分优先入渗现象最明显;植物根系的径级、密度对优先流的发育具有显著影响,≥1 mm根系越丰富优先流现象越明显,而径级<1 mm的根系主要促进表层土壤水分均匀入渗。

    • 南昌不同城市化强度土壤粒度组成和分形特征及其影响因素

      2023, 55(5):1138-1145. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.025

      摘要 (137) HTML (615) PDF 5.99 M (799) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究南昌城市化强度对土壤粒度组成与分形特征的影响,将南昌市建成区按不透水面面积占比区分城市化强度等级取样调查(184个样方),测定土壤粒度组成、理化性质及植被指标,通过土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数值。结果显示:①南昌城市土壤颗粒以粉粒(46% ~ 59%)和砂粒(40% ~ 53%)为主,高城市化导致土壤中砂粒含量增加,粉粒含量减少。②南昌城市土壤分形维数的变化范围为2.69 ~ 2.97,随城市化强度增加呈下降趋势。土壤粉粒与分形维数正相关,砂粒与之相反,粉粒对土壤分形维数的影响最大。③皮尔森相关分析与结构方程模型分析结果共同表明:丰富的地上植被能够减少土壤颗粒的流失,改善土壤物理性质,缓解土壤退化。城市绿地中粉粒、极细砂粒等粒径适中的土壤颗粒保水、保肥更佳,更能反映土壤的质量水平。

    • >研究简报
    • 贵州务川汞矿区土壤丛枝菌根真菌多样性研究

      2023, 55(5):1146-1151. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.026

      摘要 (82) HTML (516) PDF 448.64 K (723) 评论 (0) 收藏

      摘要:对贵州务川汞矿区不同水平汞污染植物根际土壤丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal,AM)真菌资源分布及多样性进行分析,结果发现:本研究选取的务川汞矿区3个样地土壤汞含量在94.1 ~ 268.0 mg/kg,远高于国家规定的土壤汞含量,汞污染极其严重。随着汞含量增加,AM真菌侵染率、孢子密度显著降低,AM真菌群落丰富度、多样性及均匀度均有所降低,但差异未达显著水平,但仍有部分对汞污染耐受性较强的AM真菌有较高的分布。另外,管柄囊霉属AM真菌在5个样品中均有较高丰度,球囊霉属AM真菌在火棘根际的相对丰度随着汞含量升高而升高,因此,火棘-管柄囊霉属AM真菌或火棘-球囊霉属AM真菌联合进行汞污染修复,有一定的应用价值。

    • 高效液相色谱分析土壤氨基糖的质量控制方法

      2023, 55(5):1152-1159. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.05.027

      摘要 (322) HTML (729) PDF 946.78 K (1069) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用邻苯二甲醛 (OPA) 柱前在线衍生-高效液相色谱法测定了土壤中4种氨基糖,即胞壁酸 (MurN)、甘露糖 (ManN)、氨基半乳糖 (GalN) 和氨基葡萄糖 (GluN) 的含量,并从样品出峰、理论塔板数、信噪比、检出限、定量限、样品的重复性、标准样品的线性和加标回收率方面评估了检测过程中仪器和方法的灵敏度、精密度和准确度。结果表明:检测过程中,4种氨基糖的出峰先后顺序为胞壁酸、甘露糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖;4种氨基糖的色谱峰峰形好,相邻两峰的分离度>1.5,相邻两峰能够完全分离;理论塔板数>2 000,色谱柱的柱效高;胞壁酸、甘露糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖的仪器检出限分别为0.030、0.300、0.150和0.150 μmol/L,仪器定量限分别为0.100、1.000、0.500和0.500 μmol/L,方法检出限分别为0.010、1.500、0.100和0.100 μmol/L,方法定量限分别为0.030、5.000、0.300和0.300 μmol/L;除0 ~ 10 cm以下土层中的甘露糖外,其他土壤样品中氨基糖的信噪比均>10,仪器和方法的灵敏度高;氨基糖样品含量的重复性 (标准样品平行样、土壤样品平行样和土壤样品重复样的相对标准偏差均<5%) 较好,仪器和方法的精密度较高;标准样品的线性 (R2>0.997 0) 良好,空白加标回收率和土壤基质加标回收率为80%~94%,仪器和方法的准确度较高。总之,利用OPA柱前在线衍生-高效液相色谱法测定土壤氨基糖含量的分析方法操作简单、灵敏度高,能够精确地测定土壤中的氨基糖含量。

    • >书评
    • 《小流域淤地坝淤积过程对坝地土壤有机碳矿化作用机制》专家评述

      2023, 55(5):1160-1160.

      摘要 (108) HTML (402) PDF 642.35 K (691) 评论 (0) 收藏

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