2024, 56(4):689-696. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.001
摘要:不同时空尺度下土壤微生物多样性及群落结构的分布特征,是理解群落构建过程与驱动机制、预测全球气候变化背景下微生物群落响应的理论基础。近二十年,随着高通量测序技术的广泛应用,土壤微生物群落时空分布研究取得了多项重要进展。本文重点综述了土壤细菌和真菌多样性和群落结构在不同空间尺度 (微小尺度、局域尺度、区域和全球尺度) 和时间尺度 (短期、季节、多年及数百年以上) 下的分布模式及关键驱动因素。目前研究表明,细菌、真菌群落的时空分布模式不同,主要受土壤空间异质性的驱动,空间距离的影响作用大于时间,时间演变是空间分布的补充。未来研究中需重点关注区域和全球尺度下,不同微生物群落及其更高分类水平上的群落分布格局,探究普适性分布模式及驱动机制,为厘清复杂的土壤微生物群落时空分布规律提供新的研究思路。
2024, 56(4):697-710. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.002
摘要:重金属污染因具有生物累积性和毒性而威胁人类健康。纳米零价铁(nZVI)因其优异的重金属去除能力而被广泛应用于水土环境重金属污染修复,但因其易团聚、易氧化、易钝化、电子选择性差等缺点而限制了实际应用。本文通过总结nZVI的不同改性方法及对其理化性质的影响,综述了改性nZVI对重金属的反应机理及在土壤环境中应用的影响因素,从材料优化改性角度提升nZVI的分散性、比表面积和电子传递效率等,实现对重金属的高效去除。同时,本文指出了nZVI在修复水土环境重金属中存在的问题,并对nZVI在土壤和水体污染修复的研究中面临的挑战进行了展望,为nZVI合成改性及应用提供思路。
2024, 56(4):711-717. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.003
摘要:植物修复技术作为一种环境友好型治理措施,以其固碳减碳、成本低、不产生二次污染等特点越来越受到国内外研究者的关注。本文基于苯并[a]芘(BaP)植物敏感性低且富集能力强的生态毒性特征,比较了不同植物种类的修复效率,梳理了当前现有植物修复技术的机理,归纳了植物修复的影响因素,并基于植物类别、污染物特征和土壤性质对植物修复的影响,提出可通过添加土壤改良剂、接种植物内生菌等强化措施提高植物修复效率,进而实现土壤中BaP污染修复技术的“零碳排放”。
2024, 56(4):718-725. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.004
摘要:崩岗侵蚀与切沟侵蚀威胁区域生态安全,是当前土壤侵蚀研究领域所关注的热点和难点,二者存在着共性和个性,但能否将切沟侵蚀防治方法应用于崩岗侵蚀区尚不明确。本文从气候、母质和土壤、地形、植被方面对比了影响崩岗侵蚀和切沟侵蚀的环境因素。结合崩岗侵蚀与切沟侵蚀外观形态的表现形式,阐述二者发育过程和侵蚀发生的动力机制。通过综合分析,崩岗的侵蚀物质和侵蚀形式具有独特性,在防控措施的布设方面需考虑更多因素的相互作用。在此基础上,提出崩岗发育机制、防治措施及构建侵蚀模型等有待深入研究的问题。
马丽,梁雄英,李冬佳,董汶卿,唐智萍,郝杏中,陈骏,喻海峰,王孝忠,刘蕊,张卫峰
2024, 56(4):726-734. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.005
摘要:为明确硝化抑制剂DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)在不同土壤条件下与不同氮肥配施的作用效果,通过室内土壤培养试验,研究了DMPP分别与脲铵氮肥、复合肥、硫硝酸铵、草酰胺配施对不同酸碱性(pH 5.48和8.25)土壤中氮素转化及氨挥发的影响。结果表明:DMPP与不同类型氮肥配施,在不同pH土壤条件下均可抑制土壤NH4+-N向NO3–-N的转化,并且在碱性土中的效果优于酸性土。配施肥料不同对DMPP作用效果的影响也有不同,培养结束时,在酸性土壤条件下,DMPP与不同肥料配施的硝化抑制效果表现为复合肥>脲铵氮肥>草酰胺>硫硝酸铵,硝化抑制率分别为64.5%、54.1%、40.4%、13.2%;在碱性土壤条件下的硝化抑制效果表现为脲铵氮肥>复合肥>草酰胺>硫硝酸铵,硝化抑制率分别为69.6%、58.3%、49.9%、26.2%。不同肥料处理在碱性土壤条件下累积氨挥发量均显著高于酸性土壤,且在不同土壤条件下DMPP与复合肥配施均会显著增加土壤累积氨挥发量,但DMPP与脲铵氮肥、硫硝酸铵、草酰胺配施时对土壤累积氨挥发量影响不显著。总体来看,不同氮肥与DMPP配施均有抑制土壤硝化过程的作用,且在碱性土中的作用效果更好。然而,DMPP与普通平衡性复合肥配施会显著增加土壤氨挥发风险,这也与肥料类型和DMPP添加量以及土壤pH有关,使用时需注意土壤与肥料本身性质或适量降低DMPP添加浓度。综上,针对不同土壤条件选择不同含氮肥料与硝化抑制剂配施可以更好地发挥硝化抑制剂的作用,这对基于不同氮素形态的稳定性肥料生产具有重要指导意义。
2024, 56(4):735-741. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.006
摘要:探讨柑橘大豆不同间作年限下土壤团聚体结构及有机碳、氮分布差异,旨在为果园土壤改良提供参考。通过田间定位试验设置清耕区(CK)、柑橘间作大豆1年(T1)、柑橘间作大豆2年(T2)和柑橘间作大豆3年(T3)4个处理,测定土壤团聚体组成、稳定性、有机碳和全氮等指标。结果表明:①与清耕柑橘园相比,柑橘间作大豆的土壤>0.25 mm大团聚体含量提高了19.58% ~ 22.29%;②柑橘间作大豆的土壤团聚体稳定性特征表现为:T3>T2>T1>CK;③团聚体粒径中的有机碳和全氮含量表现为>5 mm粒径最高,<0.25 mm粒径含量最低,柑橘间作大豆的土壤C/N值较清耕区提高了1.16倍 ~ 1.19倍;④土壤团聚体组成与团聚体有机碳和全氮含量的相关性显著,RDA分别解释99.32% 和94.99% 的差异信息,其中 >5、5 ~ 2和0.5 ~ 0.25 mm粒径土壤团聚体是影响土壤有机碳和全氮含量变化的主要环境因子。总体而言,柑橘园行间间作大豆可增加土壤肥力,改善土壤团聚体结构,是一种可持续农业发展模式。
2024, 56(4):742-749. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.007
摘要:探讨熟化垫料部分替代化肥对长江中下游地区水稻–多花黑麦草轮作系统生产力、土壤肥力和重金属含量的影响,为长江中下游地区有机肥合理施用及其风险评估提供科学依据。采用连续2年的大田小区试验,以猪发酵床熟化垫料不同比例替代化肥:不施肥对照(CK)、单施化肥(T1)、熟化垫料替代25% 化肥氮(T2)、熟化垫料替代50% 化肥氮(T3)、熟化垫料替代75% 化肥氮(T4)、单施熟化垫料(T5),分析在相等施氮量条件下熟化垫料替代化肥对水稻–多花黑麦草轮作系统作物地上生物量、氮素利用率、土壤理化性质以及重金属含量的影响。研究结果表明,与对照相比,各施肥处理均能不同程度地提高水稻籽粒、水稻秸秆、多花黑麦草产量及地上部周年总产量。在不同比例熟化垫料替代处理中,随着熟化垫料替代比例的增加,作物产量表现为降低的趋势。相对于T1处理,T2处理的水稻–多花黑麦草轮作系统地上部周年生物产量连续两年分别提高5.88% 和6.40%,T3处理差异不显著,T4和T5处理显著降低。随着熟化垫料施用比例的增加,水稻–多花黑麦草轮作系统作物年总产量呈先增加后降低趋势,其中T4和T5处理的周年地上部总产量第2年比第1年分别增加11.49% 和20.34%。施肥显著影响轮作系统作物的氮素吸收量、利用率和偏生产力。相比于T1处理,T2处理第1年和第2年轮作系统地上部氮素吸收量分别增加9.387% 和7.59%,氮素利用率分别提高14.66% 和10.14%,偏生产力分别提高7.58% 和5.94%;T3处理与T1处理差异不显著;但T4和T5处理3个指标均显著降低。相比于T1处理,耕层0 ~ 20 cm土壤pH、有机质、速效钾和有效磷含量随着熟化垫料替代比例的增加表现为升高的趋势。相比于T1处理,T3、T4和T5处理的土壤有机质含量,分别增加33.98%、46.23% 和47.09%,有效磷含量分别增加49.11%、67.15% 和73.87%,速效钾含量分别增加23.36%、36.77% 和55.24%(2年均值)。熟化垫料施用造成了土壤Cu和Zn的富集,但对土壤Cd含量影响不显著,同一施肥处理土壤中的Cu、Zn和Cd含量,第1轮作年低于第2轮作年,但含量均在土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618—2018)范围内。2年4季定位试验表明,熟化垫料替代25% ~ 50% 化肥为长江中下游地区水稻–多花黑麦草轮作生产值得推荐的化肥减量增效模式。
2024, 56(4):750-759. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.008
摘要:为探明不同种植制度和施肥措施对黑土酸化指标的影响及酸缓冲机制,依托东北旱田黑土肥力监测长期定位试验,研究了大豆连作(CS)、玉米连作(CC)以及玉米大豆轮作下玉米施化肥–大豆施化肥(CCFSCF)、玉米施化肥+秸秆还田–大豆不施化肥+秸秆还田(CCRSNOR)、玉米施化肥–大豆不施化肥(CCFSNOF)、玉米施化肥–大豆施1/2化肥(CCFS1/2CF)以及玉米施化肥–大豆施有机肥(CCFSDM)7个处理在第9年和第10年的土壤酸化速率(SAR)和酸中和容量(ANC)的变化,并利用二次多项式模型拟合酸滴定曲线,以pH 5.0和pH 4.5为参比计算了土壤ANC以及酸缓冲容量(ABC)。结果发现:相比于试验土壤本底值,试验第9年和第10年SAR变化幅度为 –0.019 ~ –0.097
2024, 56(4):760-768. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.009
摘要:以连续8年设施定位施肥田间试验为依托,选择不施肥(CK)、4个单施化肥(N0PK、N1PK、N2PK、N3PK)、有机肥(M)和4个化肥与有机肥配施(MN0PK、MN1PK、MN2PK、MN3PK)共10个处理,研究长期定位施肥对设施土壤总有机碳、活性有机碳及其组分(高、中和低活性有机碳)含量和碳库管理指数及其剖面分布的影响。研究结果表明,在0 ~ 50 cm土层,各施肥措施土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层深度加深呈逐渐下降趋势。与CK相比,单施化肥对土壤总有机碳含量影响不显著,单施有机肥和化肥与有机肥配施均可显著提高0 ~ 20 cm土层土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为104.9% ~ 135.3% 和97.6% ~ 139.6%,也可显著提高0 ~ 50 cm土层土壤活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为33.8% ~ 235.5% 和33.8% ~ 251.3%。在0 ~ 20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为76.8% ~ 174.7%;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)处理施入有机肥中有机碳固定率为最大,平均为26.6%。在0 ~ 20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤活性有机碳和高活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为99.6% ~ 259.4% 和122.2% ~ 330.7%;土壤活性有机碳及其组分与总有机碳含量之间呈显著线性正相关(P<0.05),其中高活性有机碳与总有机碳含量的相关系数最大(r = 0.953)。与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施可显著提高0 ~ 20 cm土层土壤活性有机碳及其高和中活性组分的碳库管理指数(P<0.05),土壤活性及其高和中活性组分的碳库管理指数随施氮量的增加而增加。综上,在设施番茄栽培条件下,连续8年化肥与有机肥配施可显著提高0 ~ 20 cm土层土壤总有机碳、活性有机碳及其高活性组分含量,进而显著提高了0 ~ 20 cm土层土壤活性有机碳及其高活性组分的碳库管理指数,提高了设施土壤肥力,改善了设施土壤质量;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)是设施番茄可持续生产较为合理的管理措施。
王仕海,尚军,汤红印,陈鹏,黄占平,魏忠秋,王忠宇,尚关兴,易凯,尚德双,李珍权,王晓玥
2024, 56(4):769-775. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.010
摘要:为阐明绿肥还田提高土壤有效磷含量的机制,针对贵州植烟土壤,选取光叶苕子、油菜和黑麦草3种绿肥为供试材料,通过微宇宙试验,研究了添加3种绿肥恒温培养30 d后土壤中有机酸含量、土壤微生物群落功能以及磷酸酶活性的变化。结果表明:3种绿肥腐解均显著提升了植烟土壤有效磷含量、微生物代谢活性强度(AWCD)和磷酸酶活性,特别是光叶苕子处理对上述指标的提升最为显著。同时,光叶苕子处理中有机酸总量,特别是柠檬酸的含量显著高于其他处理。随机森林分析和结构方程模型结果显示,AWCD、磷酸酶活性以及有机酸含量是影响土壤有效磷含量的关键因子,其中AWCD的提高可以直接促进土壤中有效磷含量的提升;此外,AWCD还可以通过影响磷酸酶的活性和有机酸的含量影响土壤中有效磷的含量,其中微生物代谢活性通过促进磷酸酶活性从而提高土壤有效磷含量是土壤磷素有效性提升的首要途径。
张童欣,侯岳彤,滕岳洪,张晓杰,金鑫鑫,王帅,刘艳,张玉玲,虞娜,邹洪涛
2024, 56(4):776-787. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.011
摘要:为探讨制备生物质炭的原材料和裂解温度对土壤微生物的影响,采用露天盆栽培养试验,分别将350、550、750 ℃裂解温度制成的玉米秸秆和水稻秸秆生物质炭添加到稻田土壤中培养60和360 d,采用Illumina Novaseq技术分析了其对稻田土壤细菌和真菌多样性和群落结构及差异微生物的影响。结果表明:添加两种生物质炭培养360 d均使稻田土壤细菌丰富度、多样性提高,其中水稻秸秆生物质炭提高最为明显;土壤中细菌优势类群为浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacteria)。土壤中真菌群落随着添加生物质炭培养时间的延长,其丰富度和多样性表现为先降低后升高的趋势;土壤中优势真菌类群为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota);真菌科水平物种丰度更加均匀,土壤中普遍检测出壶菌门(Chytridiomycota)和毛霉门(Mucoromycota)。培养60 d时,添加550 ℃裂解温度玉米秸秆生物质炭处理提高细菌和真菌丰富度和多样性的效果最好,不同裂解温度水稻秸秆生物质炭添加导致真菌群落存在不同的优势门类,改变了土壤微生物群落结构。综上,在稻田土壤中,与玉米秸秆生物质炭相比,水稻秸秆生物质炭施加360 d后提高土壤微生物多样性效果更好。生物质炭原材料种类是影响土壤微生物多样性的重要因素,裂解温度能够影响微生物的群落结构,尤其是水稻秸秆生物质炭裂解温度对真菌群落结构的影响。
2024, 56(4):788-796. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.012
摘要:选取云南省昆明市蒋家沟泥石流物源区低风化(LT组)和高风化(MT组)岩石样品以及流通区岩石(F组)样品为研究对象,利用细菌16S rRNA基因序列高通量测序技术研究岩石表生细菌群落结构与多样性,并通过冗余分析(RDA)探究岩石样品理化性质对岩石表生细菌群落变异的驱动作用。结果表明:该区域岩石属于板岩;LT组岩石样品细菌群落α多样性指数(包括Faith’s系统发育多样性指数(PD)、Shannon指数、Chao1指数和每个样品具有的独特OTU数目)均显著高于MT组和F组岩石样品,且α多样性指数与板岩有机质含量呈显著正相关(r=0.80 ~ 0.91,P<0.01)。该区域板岩表生细菌的优势种群包括Firmicutes(厚壁菌门,相对丰度66%)、Proteobacteria(变形菌门,15%)和Actinobacteria(放线菌门,11%)。PCoA和UPMGA聚类分析结果显示3组岩石样品的表生细菌群落存在显著差异。Firmicutes菌门的相对丰度由高到底分别为MT组>F组>LT组,Actinobacteria和Proteobacteria菌门的相对丰度由高到低分别为LT组>F组>MT组。RDA结果显示板岩理化性质解释了该区域岩石样品93% 的群落变异,其中有效态Ca含量是板岩表生细菌群落结构变异的最主要驱动因素,解释了36.6% 的群落结构变异。相关性结果表明优势菌门(除Firmicutes外)的相对丰度均与有效态Si和Mn含量呈显著正相关,而与有效态Ca含量呈显著负相关。本研究进一步丰富了岩石表生微生物物种资源及表生微生物群落变化的驱动机制。
2024, 56(4):797-806. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.013
摘要:为探究南疆温室沙地土壤条件下长效实用的水肥保持方法,以3年生‘突尼斯’软籽石榴为试材,设置无果树穴贮砖(CK)、施加果树穴贮砖A(T1)和果树穴贮砖B(T2)共3个处理,于2021—2022年连续两年测定土壤理化性质以及石榴生长的动态变化。结果表明:两年试验施加两种果树穴贮砖(T1、T2)均显著提升了20 ~ 40 cm土层土壤有效磷、速效钾、碱解氮以及全氮含量,其中T1、T2处理有效磷含量在2021年和2022年分别提升了23.64%、26.13% 和18.85%、13.90%,速效钾含量分别提升了7.56%、8.57% 和4.91%、5.29%,碱解氮含量分别提升了22.97%、22.53% 和16.88%、14.85%;同时施加两种果树穴贮砖显著增加了20 ~ 60 cm土层土壤含水量,显著降低了0 ~ 80 cm土层土壤pH。与CK相比,2021年和2022年T1、T2处理在花后80 d石榴新梢和叶柄的生长量均有显著增长,其中新梢长度分别增长了27.30%、29.21% 和31.84%、25.37%,新梢粗度分别增长了17.25%、9.25% 和16.03%、13.74%,叶柄长度分别增长了0.78、0.83 mm和0.62、0.51 mm,叶柄粗度分别增长了0.44、0.28 mm和0.39、0.27 mm,整体以T1处理效果较好。综上,施加果树穴贮砖可促进南疆沙地土壤养分稳定供给,大幅增加土壤含水量的同时降低土壤碱度,最终显著促进温室石榴生长,可作为南疆温室果树栽培保持水肥的推荐技术。
2024, 56(4):807-816. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.014
摘要:为了探究微生物对盐碱土壤理化特性及溶质弥散能力的影响,以一株分离自盐碱土的高产胞外多糖枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)hs032为试验验对象,设置5个施用水平(5、7、9、15和20 mL/kg )开展了室内培养试验。结果显示:相较对照组,菌株hs032能够显著提高土壤微生物和多糖含量(P<0.05);试验结束时(30 d)土壤团聚体含量平均增加7.2 g/kg,容重平均降低31%,孔隙度平均升高11.8%,可溶性盐含量下降41.5%,pH下降至7.16 ~ 7.41。添加菌株hs032会使土壤的穿透曲线右移,土壤孔隙水流速增高,弥散系数降低。总之,枯草芽孢杆菌hs032能够明显改善土壤理化性质和水盐运移参数,对盐碱土壤治理工作具有一定的实际应用价值。
卢云,秦天扬,陈玮峰,蔡健,许益伟,李云龙,左文刚,陈硕桐,单玉华,柏彦超
2024, 56(4):817-825. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.015
摘要:为探讨施用蚯蚓粪后滨海盐碱地土壤有机碳库及其稳定性的变化,选择江苏省南通市如东县栟茶镇方凌垦区的滨海盐碱地,于2019年10月将蚯蚓粪以0、25、50、100、200 t/hm2施用量一次性施于田间,2022年10月采集耕层(0 ~ 20 cm)土壤样品,测定其可溶性有机碳、钙结合有机碳、易氧化有机碳、颗粒态及矿物结合态有机碳的含量,计算碳库管理指数,并采用固体核磁共振波谱分析土壤有机碳的官能团结构。结果表明:与不施用蚯蚓粪相比,施用超过50 t/hm2的蚯蚓粪后,土壤有机碳库变化显著,土壤有机碳含量增加了35% ~ 97%,可溶性有机碳含量增加了27% ~ 104%,钙结合有机碳含量增加了19% ~ 26%,易氧化有机碳含量增加了6% ~ 94%,颗粒态和矿物结合态有机碳分别增加了14% ~ 124% 和37% ~ 85%,土壤碳库管理指数提高了6% ~ 92%;土壤中脂肪族碳与芳香族碳的比值减小,烷基碳/O-烷基碳以及疏水碳/亲水碳的比值增大,表明土壤有机碳的结构稳定性有所提升。综上,施用蚯蚓粪对提高滨海盐碱地土壤有机碳库及其稳定性具有显著作用,且在50和100 t/hm2施用量下效果最佳。
王金坪,费藏乐,邵梦迪,杨润,罗燕,黄金富,蔡倩,伍钧,徐敏
2024, 56(4):826-832. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.016
摘要:微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbially induced carbonate precipitation, MICP)技术已被广泛应用于土壤重金属污染修复。为促进MICP过程,提高土壤修复效果,以Cd-As复合污染的水稻土为研究对象,利用巴氏八叠球菌(Octococcus pasteurii)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)两种产脲酶细菌,分析比较了外源添加氯化钙(CaCl2)对两种菌株固定土壤中Cd、As效果的影响,并对修复后土壤理化性质、酶活性及微生物多样性的变化进行了检测。结果表明:两种菌株均能固定土壤Cd、As,其中,蜡样芽孢杆菌对土壤Cd、As的固定效果更佳,与巴氏八叠球菌处理相比,蜡样芽孢杆菌处理下土壤有效态Cd、As含量分别降低了16.7%、11.1%;添加外源Ca2+后,在两种细菌处理下有效态Cd、As含量均发生显著变化,分别降低了17.3% ~ 22.2%、16.8% ~ 26.7%,可见Ca2+的添加能有效促进MICP过程,促进对Cd、As的固定。此外,与未添加Ca2+处理相比,添加Ca2+后,两种细菌处理下显著提高了土壤脲酶活性(52.6% ~ 113.3%)、蔗糖酶活性(13.1% ~ 28.9%)、碱解氮含量(3.4% ~ 25.5%)、速效钾含量(2.1% ~ 34.1%)以及微生物多样性,表明外源Ca2+可有效提高土壤肥力及土壤生态功能。综上,基于MICP作用,可通过添加外源Ca2+来增强产脲酶细菌对Cd-As复合污染土壤的修复效果,其中,蜡样芽孢杆菌修复效果更佳。
2024, 56(4):833-840. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.017
摘要:为研究腐植酸钾(HAK)混合搭配施用哈茨木霉菌(TH)、胶质芽孢杆菌(BM)与细黄链霉菌(SM)在土壤改良中的效果,设置单施HAK、单菌+HAK混施、双菌+HAK混施及三菌+HAK混施处理及对照共9个处理,进行盆栽试验,测定土壤理化性质和土壤酶活性指标,并以灰色关联度理论对土壤性质改良效果进行排名。结果表明:单施HAK显著提升土壤含水率与磷酸单酯酶活性,HAK与菌剂混合施用对土壤改良效果优于单施HAK处理。其中,单菌+HAK处理中BM+HAK处理较空白对照增加全氮、有效磷含量,并提高土壤脲酶活性,且较单施HAK处理增加土壤碱解氮、有机质含量,TH+HAK处理较单施HAK处理提高土壤蔗糖酶、磷酸单酯酶活性,SM+HAK处理较空白对照脲酶活性明显下降;双菌+HAK处理中TH+BM+HAK处理较BM+HAK处理显著增加土壤碱解氮、有效磷含量,但对土壤酶活性提升作用介于TH+HAK处理与BM+HAK处理之间;三菌+HAK处理对土壤改善能力介于单菌+HAK处理与双菌+HAK处理之间。灰色关联度分析结果显示,BM+HAK处理加权关联度最高,为0.972,综合改良效果最佳,可作为土壤质量提升的一种优化改良组合。
2024, 56(4):841-848. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.018
摘要:以重金属复合污染土壤为研究对象,将谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)和其他生物可降解络合剂进行组合,研究了单一和组合试剂对土壤中不同重金属的提取效率和影响机制。结果表明:随着试剂与土壤重金属摩尔比的增加,重金属的提取率逐渐增加,最优摩尔比为5∶1;草酸(OA)对As、柠檬酸(CA)对Cu的提取能力高于乙二胺四乙酸二钠(EDTA)对As和Cu的提取能力;GLDA在偏酸的条件下对各种重金属的提取能力均较高;通过不同试剂的组合,GLDA和OA在摩尔比为1∶1时对土壤中As、Cu和Pb的提取能力最强,分别为52.4%、75.0% 和89.8%,各重金属元素提取能力顺序为Pb>Cu≈Cd>As。而GLDA和CA在摩尔比为5∶1时对土壤中Cd的提取能力最强,为95.7%。 提取前后的土壤重金属形态分级表明,GLDA+OA(1∶1)组合试剂降低了绝大多数形态的重金属含量,减少了易迁移和易被生物吸收的弱结合态重金属含量。
2024, 56(4):849-856. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.019
摘要:利用球磨纳米生物质炭模拟老化产生的纳米生物质炭,通过一维柱迁移试验研究了不同背景溶液离子强度(IS)、pH和流速对球磨纳米生物质炭在饱和多孔石英砂介质中迁移与滞留行为的影响,并运用对流弥散模型拟合穿透与滞留曲线得到沉积速率系数等运移参数,结合DLVO理论研究影响作用机制。结果表明:背景溶液IS降低,pH和流速升高,球磨纳米生物质炭的迁移率明显提高。这是由于在低IS和高pH条件下,球磨纳米生物质炭和石英砂的电负性增加,从而增强了两者之间的静电斥力,同时球磨纳米生物质炭之间具有更好的分散性,有助于球磨纳米生物质炭的迁移;在高流速条件下,球磨纳米生物质炭在石英砂柱中的滞留时间因为平流扩散而减短,同时水流剪切作用力增大不利于颗粒在石英砂上的吸附,有助于球磨纳米生物质炭的迁移。
2024, 56(4):857-865. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.020
摘要:研究收集了川中丘陵区域紫色土耕地共135个土壤样本,基于GEE(Google Earth Engine)云平台调用高分辨率Sentinel-2A数据、SRTMGL1v3.0高程数据、SoilGrids土壤属性数据,并创新性地加入了纹理特征作为辅助变量,分别通过梯度提升决策树(GBDT)和随机森林(RF)构建两种预测模型反演研究区土壤有机质。结果表明:研究区内紫色土耕地土壤有机质含量偏低,养分级别为二 ~ 六级;GBDT算法构建的模型相比于RF算法预测精度更高,R2、r、RMSE分别为0.687、0.829、5.668 g/kg和0.514、0.717、6.765 g/kg;加入纹理特征的模型R2分别增加了6.80% 和1.70%,为土壤有机质预测研究提供了新的思路。
2024, 56(4):866-872. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.021
摘要:为精准掌握平原区耕作层土壤有机碳(SOC)含量及其空间分布,利用滑县实测SOC数据,融合Sentinel-2反射率光谱及光谱指数、气象、土壤、地形和人类活动等因子数据,定量评估了弹性网络(EN)、偏最小二乘(PLS)和随机森林(RF)模型在不同因子组合下的精度,以揭示影响SOC估算的最佳因子、关键变量及其空间变异规律。结果显示:在模型精确度和稳定性方面,RF>EN>PLS,特别是在反射率光谱、光谱指数、气象和土壤等最佳因子组合下,RF模型达到了最高精度,决定系数(R2)为0.63,性能与四分位距之比(RPIQ)为2.75,平均绝对误差百分比(MAPE)为5.86。此外,中心波长2 190 nm的第12波段(B12)、潜在蒸散发、土壤容重和归一化土壤指数(NDSI)累积重要性达到了69.63%,成为RF模型的关键变量,在SOC估算中起到了决定性作用。RF模型估算的研究区SOC范围在6.15 ~ 11.08 g/kg,平均值为8.16 g/kg,低于全国平均水平(22.28 g/kg);从空间分布来看,SOC含量较高的区域主要集中在东北部,而含量较低的区域则主要位于西南部。
2024, 56(4):873-878. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.022
摘要:本研究以农牧交错带4种典型人工植被(樟子松、油松、杨树、柠条锦鸡儿)为研究对象,以天然草地为对照,探讨农牧交错带典型人工植被群落0 ~ 100 cm土层范围内土壤C、N、P含量及其化学计量比特征。结果表明:①草地、柠条、杨树、樟子松和油松的表层(0 ~ 20 cm)土壤有机碳(SOC)含量分别为7.72、7.16、4.16、15.59和15.84 g/kg,全氮(TN)含量分别为1.12、0.58、1.27、1.23和0.87 g/kg,全磷(TP)含量分别为0.24、0.20、0.31、0.14和0.25 g/kg,均低于我国表层土壤SOC、TN和TP平均水平,土壤肥力较低。②除杨树林外,各人工植被类型下土壤SOC含量均大于草地,表现为油松>樟子松>柠条>草地>杨树。杨树林的土壤TN和TP含量在各个土层深度均最高;油松在0 ~ 20 cm土层中的土壤TN含量大于草地;樟子松的土壤TN含量在50 ~ 100 cm土层中大于草地,柠条最低且始终低于草地。除杨树林外,其余人工植被的土壤TP含量均低于草地,油松林最低。各个土层中,不同人工植被的土壤C︰N和C︰P均大于草地,总体上均表现为油松>樟子松>柠条>杨树>草地;在0 ~ 20 cm土层中,只有杨树林地的N︰P大于草地,而在20 ~ 100 cm中各植被的土壤N︰P比草地高。③本研究中的土壤C与N、P的相关性不显著,而土壤N与P呈极显著的正相关;SOC对C︰N和C︰P的相关系数绝对值最大,表明土壤C︰N和C︰P主要受SOC调控;而N︰P只与TN呈显著正相关,表明N︰P主要受TN调控。
陶怡,王美艳,史学正,孙维侠,王世航,李湘伟,朱云聪,谢新乔
2024, 56(4):879-888. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.023
摘要:以中国典型烟区云南玉溪烟区为研究对象,基于156个土壤–烤烟品质等级配对数据集,通过主成分分析法筛选土壤关键要素,应用反向神经网络(BPNN)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM) 3种机器学习方法,构建了基于土壤关键要素的烤烟品质等级预测模型,实现了玉溪市烤烟品质等级空间预测与制图。研究结果表明:基于17个土壤指标筛选出11个指标作为土壤关键要素,其中土壤黏粒含量对烤烟品质等级的贡献率最大,为18.5%。独立验证结果显示,RF模型的准确率和Kappa系数最高,分别为0.78和0.76,预测效果最好,其次是SVM模型,BPNN模型最差。从召回率和精确率来看,RF模型对烤烟品质等级正确分级效果的程度为五档>一档>二档。一档、五档烤烟主要集中分布在玉溪市东部,最东部的华宁县是玉溪市最优质的烤烟作物产地。
2024, 56(4):889-896. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.024
摘要:本研究提出了一种基于遗传算法(Genetic algorithm,GA)和BP神经网络(Back propagation neural network,BPNN)的复合模型——GABP模型,以安徽省池州市某矿区及其周边为研究区,预测了土壤中pH和7种重金属元素(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Hg、As)含量的空间分布,并与BPNN和反比距离权重法(Inverse distance weighting,IDW)进行了比较。研究结果表明:受采矿活动影响,研究区土壤pH和重金属含量呈显著的空间分异性;GABP复合模型的数据扩增能够有效弥补BPNN对样本数量的依赖,同时结合了地理位置和高程属性,精度评价结果显示GABP模型的平均R2、r、RMSE、MAE分别是IDW和BPNN的3.03倍、2.56倍,2.93倍、2.39倍,0.85倍、0.61倍,0.79倍、0.62倍,预测精度更高。模型解决了传统空间插值方法结果中可能出现负值和边界无法插值的问题,为土壤重金属含量空间分布预测提供了一种新方法。
2024, 56(4):897-905. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.025
摘要:选取江苏省太仓市和昆山市作为研究区域,结合当前土地利用方式和历史土壤图资料,通过室内分析确定土地利用方式的变化区域,并设置典型的调查样点,通过野外踏勘确定土地利用方式改变对土壤类型的潜在影响。结果表明:近40年来,太仓和昆山的主要土地利用变化方式是水改旱(即由水田转变为水浇地、旱地、园地、林地和草地等),这一变化分别占据了两市土地利用方式变化的98.92%和98.15%。这种显著的土地利用变化对土壤类型产生了明显影响,导致土壤性质发生改变,包括水稻土的犁底层逐渐减少,甚至消失,使其失去了典型的水稻土特征。研究区内土壤类型变化规则的确定主要由土壤质地和人为土地改造方向所影响。值得注意的是,水改旱后如继续旱作,土壤类型可能会由水稻土转为其他类型土壤(如潮土等),但这需要进一步的研究来验证其效果。
2024, 56(4):906-913. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.026
摘要:为研究浙北地区不同土地利用方式下土壤理化性质的变化特征,以水田、水浇地和果园为研究对象,测定土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾和部分样品容重、阳离子交换量和水溶性盐含量。结果表明:①土壤pH为果园>水田>水浇地,且水浇地的土壤pH显著低于果园和水田;②土壤有机质为水田>果园>水浇地,且水田的土壤有机质显著高于果园和水浇地;③3种土地利用方式之间全氮含量没有显著性差异,土壤有效磷为水浇地>果园>水田,且水浇地和果园的有效磷含量均显著高于水田,土壤速效钾为果园>水浇地>水田,果园的速效钾含量显著高于水田;④土壤容重、阳离子交换量和水溶性盐含量在水浇地和果园之间没有显著差异。本研究结果可以为浙北地区土地资源合理利用、科学施用肥料和农业高质量发展提供参考。
2024, 56(4):914-920. DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2024.04.027
摘要:本文提出一种沸水浴提取–ICP-OES测定土壤有效硼的方法,并着重比较分析沸水提取–姜黄素比色法、沸水提取–ICP-OES法、沸水浴提取–ICP-OES法和沸水浴提取–姜黄素比色法对土壤有效硼的测定结果。通过讨论4种方法的测定下限、方法检出限和测定精密度及正确度,及对来自不同地区高中低有效硼含量的6种土壤有效态成分标准物质和4种实际土壤样品的测定比较,探讨4种方法分析测定的关键因素、方法相关性。结果表明,沸水浴提取–ICP-OES法操作简单便捷,方法的检测下限低、干扰因素少、重复性好,可适用于各类型批量样品分析及研究。本研究可为实验室开展土壤有效硼测定方法研究提供借鉴,也可为承担“第三次全国土壤普查”土样检测的实验室在土壤有效硼测定的方法选择、效率提升和质量保证上提供技术支撑。