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    专论与综述
    • 水稻氮素利用效率的基因型差异与调控途径

      陈天祥,杨顺瑛,王书伟,苏彦华

      2022,54(5):873-881, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.001

      摘要:

      针对当前我国稻田土壤普遍施氮过量,水稻氮素利用效率不高的问题,综述了水稻氮素利用率与其基因型差异的生理机制和分子生理层面的研究进展。水稻氮素利用效率受多方面因素的制约,品种间的氮素利用效率差异是制约实际生产的关键因素,这种差异对水稻氮素营养特征的作用主要体现在水稻产量形成、光合特征和根系生物学特征等方面。水稻对不同形态氮素的吸收、转运和同化等过程都由相关的转运蛋白、酶类所控制,有关分子遗传方面的研究将对水稻氮素干物质生产效率和源库关系的协调提供助力。另外,氮素的同化需要能量和碳骨架,增强叶片光合碳同化的强度将驱动植株体内的氮素趋于更合理的分配,有利于氮素利用效率的提升。当前,利用水稻基因型差异的生理特性和遗传操作对调控水稻氮素利用的尝试已经有了诸多成果。未来应借助其多个遗传位点的功能特性,并通过增碳调控途径,以增强叶片作为光合同化物源强的方式更好地优化和协调源库关系,并对这些过程的生理机制开展更为深入的研究,以对改善当前的水稻氮素利用效率和促进生产提供支撑。

    • 丛枝菌根真菌与植物共生影响植物水分状态的研究进展

      蒲子天,张林,张弛,王红,王鑫鑫

      2022,54(5):882-889, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.002

      摘要:

      丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能与宿主植物形成共生体,广泛存在于陆地生态系统中。大量研究表明,不同水分条件下,植物通过接种AMF比未接种AMF的植物具有更强的水分吸收能力和更高的水分利用效率。同时在干旱胁迫与盐胁迫下,接种AMF能有效提高宿主植物的耐旱性与耐盐性。本文综述了不同水分条件下,AMF与植物共生通过扩大植物根系吸收面积、改善根系结构,增强植物根系吸收水分能力的相关研究进展。土壤中根外菌丝网络的形成,不但为植物增加了水分吸收途径(菌根途径),还通过改善植物体内的矿质营养来调节植物对水分的吸收,进而影响植物的水分吸收状况;不同水分条件下,根系被AMF侵染后植物的光合作用、蒸腾作用以及气孔导度都得到增强,植物蒸腾作用的增强能够直接有效地提升植物的蒸腾拉力,因此植物对水分的吸收能力得以提升。同时,被AMF侵染的植物的水分利用率、蒸腾速率以及净光合速率得以提升从而提高了植物的水分利用能力。进一步总结了缺水胁迫(干旱胁迫、盐胁迫)严重影响植物体内的水分状况,通过接种AMF可以有效调节植物在缺水胁迫下植物体内渗透调节物质的含量、抗氧化酶的活性,平衡植物体内离子平衡,提升植物光合、蒸腾作用水平,从而提高植物的耐胁迫能力。本文通过综述不同水分条件下,AMF影响植物水分状况和抗盐性机制的研究,以期为菌根互作对植物水分状况的改善提供参考。

    研究报告
    • 不同施肥措施对稻田氮损失和氮肥利用的影响

      张敏,姚元林,田玉华,高佳璐,尹斌

      2022,54(5):890-895, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.003

      摘要:

      通过田间原位和微区同位素试验,研究不同施肥措施对水稻生长、氮肥利用和氮素损失的影响,并从土壤氮素转化探究其影响机制。结果表明:①与常规表施(CT)处理相比,尿素深施(DT)和尿素深施下配施有机肥(DT+M)处理显著降低土壤15N-NH3排放,DT和DT+M处理的15N-NH3排放因子分别为0.19%和0.37%,比CT处理分别降低95.8%和91.7%。②与表施相比,氮肥深施显著提高了植株地上部和根系对15N的吸收,减少了15N的损失。不同施肥措施中,DT+M处理的15N损失最小,比CT处理低48.7%。③氮肥深施能够增强土壤对NH4+-N的固定,显著提高氮肥利用率。相比CT处理,氮肥深施处理DT和DT+M的氮肥利用率分别增加了69.8%和57.1%。此外,氮肥深施还有助于水稻产量的提高,但DT处理的增产效果受环境条件的影响,而DT+M处理的作物增产较为稳定。

    • 提高植物钾素利用效率的基因工程途径研究——以过表达ZmK2.1拟南芥为例

      王家瑾,杨顺瑛,苏彦华

      2022,54(5):896-904, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.004

      摘要:

      本文通过对13种植物(拟南芥、水稻、玉米、大豆、甜瓜、胡萝卜、葡萄、马铃薯、沙冬青、苜蓿、小花碱茅、黄瓜及杨树)中的Shaker型K+通道进行生物信息学聚类分析和氨基酸序列比对,选定C端区域反映C4植物特征的玉米气孔开放型K+吸收通道ZmK2.1,构建了过表达ZmK2.1的拟南芥株系(OE#3、OE#5、OE#11),同时以野生型Col-0为对照试验材料,研究过表达ZmK2.1拟南芥植株的钾素利用特征。试验采用固体培养基和水培培养相结合的方法,设置低钾(0.1 mol/L KCl)、中钾(1 mol/L KCl)及高钾(10 mol/L KCl)3个不同供钾水平,测定植株生物量、根长、钾含量、钾积累量、气孔导度、光合速率及蒸腾速率。研究结果表明,在钾充足条件下,与对照相比,过表达ZmK2.1拟南芥的根长、生物量、钾含量、钾积累量均显著增加;同时,过表达ZmK2.1基因的拟南芥气孔导度、光合速率、蒸腾速率显著提高。由此说明,在供钾充足的条件下,通过基因工程手段过表达ZmK2.1基因可显著促进拟南芥植物的生长,并显著提高其钾素利用效率,这与ZmK2.1可显著增加植株的气孔导度,进而提高其光合效率和蒸腾速率密切相关。

    • 施肥对中国农田土壤固碳影响效应研究

      马子钰,马文林

      2022,54(5):905-911, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.005

      摘要:

      本研究采用Meta分析方法研究施肥对中国农田0~20 cm表层土的土壤有机碳固定效果及影响因素。结果表明,与不施肥相比,施肥处理总体上年均土壤固碳速率为0.23 g/(kg·a);同时,单施化肥、有机肥化肥混施和单施有机肥均能显著提高农田有机碳含量,其中,有机肥化肥混施组固碳速率最高,为0.36 g/(kg·a),单施化肥组的最低,仅为0.08 g/(kg·a)。研究还得出,较低的年均温度(<9℃)更有利于土壤固碳;而在较高的初始土壤总氮(≥0.60 g/kg)和作物轮作条件下,施用有机肥比单施化肥有更高的固碳速率。

    • 秸秆还田年限及还田量对稻田净温室效应的影响

      黄琼,朱小莉,沈皖豫,樊迪,张广斌,马静,徐华

      2022,54(5):912-919, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.006

      摘要:

      本文研究了不同秸秆还田年限(2 a和13 a)和还田量(0、1.6、3.2和4.8 t/hm2)对稻田CH4和N2O排放、土壤固碳速率和净温室效应的影响。结果表明:稻田CH4排放量在第2年和第13年均随秸秆还田量的增加呈线性增加,但第13年单位秸秆还田量对CH4排放的平均促进效应比第2年降低3%;各处理N2O排放量在第2年无显著差异,第13年显著促进N2O排放55%~171%,且随秸秆还田量的增加呈线性增加;土壤固碳速率在第13年的变幅为0.40~0.50 t/(hm2·a),各处理间无显著差异;净温室效应在第13年随秸秆还田量的增加呈线性增加,表现为源,这说明秸秆还田量对净温室效应的影响受还田年限调控,其增加的温室效应逐步完全抵消了土壤固碳的减排效益,加剧了全球气候变暖。因此,稻田在长期秸秆还田条件下是一个重要的碳源,亟待优化秸秆还田技术,进一步固碳减排,以实现农业可持续发展。

    • 全球尺度上土壤15N自然丰度空间变化的影响因素

      昝麒麟,赖晓明,朱青,王卫光,李柳阳,刘亚

      2022,54(5):920-927, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.007

      摘要:

      目前土壤15N自然丰度(δ15N)空间变化影响机制的研究多聚焦于区域尺度,对全球尺度的探索存在不足。本文采用全球812个样点处的土壤δ15N值与土壤含水量、气象、土壤性质因子数据,构建各因子与土壤δ15N值的相关关系,并结合结构方程模型以揭示全球尺度土壤δ15N值空间变化的影响机制。结果表明:土壤含水量、气象、土壤性质因子与土壤δ15N值呈显著相关关系(P<0.01);相较于均值,气象的时间变化特征因子(平均气温日较差和降雨季节变率)与土壤δ15N值和土壤含水量的相关程度更高。土壤性质因子对土壤δ15N值的总效应最高(–0.41);气象和土壤性质因子可通过土壤含水量间接影响土壤δ15N值。当排除气象和土壤性质的影响后,土壤含水量对土壤δ15N值的效应为正。

    • 两种水分含量下生物质炭对黑土N2O排放及硝化反硝化基因丰度的影响

      苏星源,吴世杰,高威,马君玲,解宏图,鲍雪莲,王连峰

      2022,54(5):928-935, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.008

      摘要:

      以吉林省梨树县典型黑土为研究对象,通过培养实验,研究了不同土壤水分含量(40% WHC和100% WHC)下,生物质炭种类(玉米秸秆生物质炭和稻壳生物质炭)和施加量(0%、1%、4%,m/m))对黑土N2O排放及硝化反硝化功能基因丰度的影响。结果表明:随着秸秆生物质炭施加量的增加,土壤N2O排放呈下降趋势,4%高量秸秆生物质炭添加下,土壤N2O排放量仅为1%低量添加下的33.9%。同时土壤NO3-N含量也表现出一致性规律,4%高量生物质炭添加下土壤NO3-N含量显著低于1%低量生物质炭添加。在100% WHC土壤水分状况下,玉米秸秆生物质炭显著增加了土壤N2O排放,而稻壳生物质炭则显著降低了土壤N2O排放。高土壤水分显著促进了土壤N2O排放,进一步为实时荧光定量PCR结果所证实,高土壤水分通过增加nirS基因丰度进而促进了土壤反硝化作用过程,而4%高量稻壳生物质炭添加下nosZ基因丰度显著高于玉米秸秆生物质炭添加,表现出更强的N2O还原潜力。尽管amoA-AOA基因丰度在不同生物质炭添加量下并未发生显著变化,但amoA-AOB基因丰度在高量玉米秸秆生物质炭添加下显著下降。土壤水分含量和生物质炭种类及其添加量通过影响土壤硝化反硝化微生物,进而影响土壤N2O排放。

    • 六盘水市烟田土壤有效硅含量与空间分布特征

      王仕海,张崇德,杨文钢,尚军,李长权,王忠宇,孔祥镇,李德成

      2022,54(5):945-949, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.010

      摘要:

      为了掌握六盘水市烟田土壤有效硅含量与空间分布,指导硅肥合理施用,于2020年烤烟移栽和施肥前,在六盘水市钟山、盘州和水城3个烟区分别采集100、220和180个烟田耕层(0 ~20 cm)土壤样品,测定土壤有效硅含量,评价其丰缺情况,并绘制有效硅含量空间分布图,分析其空间分布特征。结果表明:3个烟区烟田土壤有效硅含量介于18.86 ~754.71 mg/kg,平均含量介于260.88 ~403.80 mg/kg,均属高级别(≥150 mg/kg);3个烟区高硅烟田占比介于83.33%~99.09%;有效硅含量由西向东呈降低趋势,低硅烟田(<100 mg/kg,仅占1.4%)集中分布于水城烟区的中部。有效硅含量与pH (P<0.01)、有机质含量(P<0.05)和黏粒含量(P<0.05)之间均呈显著正相关,与粉粒含量之间呈显著负相关(P<0.05)。因此,六盘水市绝大部分烟田不需施用硅肥,但对缺硅的烟田可考虑施用硅肥或通过改酸和提升土壤有机质等措施以提升土壤中硅素的有效性。

    • 水分条件对不同类型土壤氮矿化及酶活性的影响

      黄容,谢一平,陈玉蓝,张宗锦,李冰,王昌全

      2022,54(5):950-957, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.011

      摘要:

      针对凉攀烟区立体气候特征明显、干湿分明特征,从水分变化角度研究植烟土壤氮素矿化及其酶活变化特征,为合理调控土壤氮素供应提供科学依据。以凉攀烟区土壤为研究对象,通过室内培养法研究了不同水分条件(60%田间持水量(60% WHC)、淹水状态(FS))培养下,土壤(红壤、紫色土)氮矿化动力学及酶活性特征。结果表明,①与60% WHC相比,FS培养条件提高了土壤NH4+-N含量,且培养期内紫色土NH4+-N平均含量较红壤增加6.0%~9.0%;60% WHC培养下土壤NO3-N含量明显高于FS,且培养期内红壤NO3-N平均含量(40.7~64.1 mg/kg)高于紫色土(38.0~56.4 mg/kg);②FS培养提高了土壤氨化速率,紫色土平均氨化速率均高于红壤;60% WHC培养提高了土壤硝化速率,且红壤平均硝化速率高于紫色土;③培养期内,60% WHC培养下土壤无机氮累积矿化量明显高于FS,红壤氮矿化潜力强于紫色土,其中红壤在60% WHC培养下的土壤无机氮累积矿化量最大(42.12~394.06 mg/kg),其次是同一水分条件培养下的紫色土;④土壤脲酶、蛋白酶和亚硝酸还原酶的活性与土壤无机氮矿化累积量存在显著的相关性,红壤的脲酶活性强于紫色土,尤其是在60% WHC培养下的效果更为显著;紫色土的蛋白酶活性和亚硝酸还原酶活性高于红壤,尤其是在FS培养下的效果显著。总体上,凉攀烟区红壤氮矿化潜力强于紫色土,尤其是在60% WHC条件下,在推荐氮肥施用量时,不仅要考虑不同土壤类型,而且还应该注意土壤水分状况的调控,防止烤烟生长后期氮素供应能力过强,影响烟叶成熟落黄和香气物质形成。

    • 天目山银杏根区土壤固氮微生物群落沿海拔梯度的分布特征

      吴狄,杨腾,林臣峰,付晓,赵云鹏,褚海燕

      2022,54(5):958-967, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.012

      摘要:

      土壤微生物多样性的海拔分布规律已被广泛研究,然而单一木本植物根区土壤固氮微生物的海拔分布特征尚不清楚。本研究采集了浙江省天目山308~1 236 m海拔范围内的161棵野生银杏树的根区土壤,利用Illumina高通量测序研究了土壤固氮微生物的多样性、群落组成及其空间分布。结果表明:固氮微生物多样性(Shannon与Richness指数)随海拔高度增加而降低,群落异质性随海拔差值增大而增加。慢生根瘤菌属、根瘤菌属、疣微菌属等优势属的相对丰度与海拔显著正相关,而地杆菌属、固氮菌属、伯克霍尔德菌属等优势属的相对丰度与海拔显著负相关。进一步分析发现,固氮微生物多样性和群落组成与土壤N∶P均呈最显著相关,上述优势属的相对丰度同样与土壤N∶P有着极强的相关性。结构方程模型显示,海拔可以直接或通过影响土壤N∶P间接作用于固氮微生物多样性和群落组成。通过随机森林模型分别鉴定出与海拔、N∶P紧密相关的物种,发现这两类物种具有较大比例(45%)的重合。综上,土壤N∶P是天目山银杏根区土壤固氮微生物群落沿海拔分布的关键驱动因子,N∶P的变化直接影响银杏固氮微生物群落。本研究的发现从土壤微生物学角度为天目山野生银杏的保护提供了科学依据。

    • 区域尺度下水稻土微生物群落对施肥的一致响应

      刘晏汝,张建伟,包远远,林先贵,冯有智

      2022,54(5):968-977, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.013

      摘要:

      揭示土壤微生物响应有助于评估田间管理措施对农田生态系统可持续性的影响,但区域尺度下的指示物种尚不明确。本研究以我国亚热带区的6个野外试验站为研究对象,探究长期施用无机肥和有机无机配施对水稻土微生物的影响。研究首先通过降噪排除由地理分异引起的土壤微生物群落差异,随后分析发现长期施肥因增加土壤全氮、有效磷以及有机质含量,使得土壤微生物群落发生一致变化,门水平上主要增加了绿弯菌(Chloroflexi)、变形菌(Proteobacteria)、酸杆菌(Acidobacteria)、硝化螺旋菌(Nitrospira)和绿菌(Chlorobi)的相对丰度。与化肥相比,有机无机配施进一步增加了与大分子有机物转化相关以及喜好富营养环境的物种,即β-变形菌(β-Proteobacteria)、厌氧绳菌(Anaerobes)、褐藻菌(Ignavibacteria)、拟杆菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)。

    • 外源放线菌对谷子生长和成熟期根际可培养微生物的影响

      陈杰,乔美霞,郭一晓,杨珍平,高志强,刘玉涛,林文

      2022,54(5):978-985, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.014

      摘要:

      为研究外源放线菌对谷子生长及成熟期根际可培养微生物的影响,采用盆栽和田间试验分析施加放线菌微白黄链霉菌(Streptomyces albidoflavus,T4)和密旋链霉菌(Streptomyces pactum,Act12)后成熟期谷子生物量、产量形成指标及根际可培养微生物结构组成的差异,并对谷子生长与根际微生物之间相互关系进行分析。结果表明:①T4促进了盆栽和田间试验中谷子生物量的增加,T4和Act12使田间试验中单株谷子籽粒干物质量和产量增加了13.7%~22.6%。②对于根际微生物,T4处理使培养箱盆栽试验中谷子根际可培养细菌(B)、真菌(F)、放线菌(A)及微生物总数量增加了29.5%~56.9%;T4和Act12使室外盆栽试验中根际真菌数量分别提高了73.3%和222.0%,A/F和B/F降低了34.7%~72.4%。③相关分析表明,成熟期谷子茎叶干物质量、单株谷子籽粒干物质量与根际细菌、真菌、放线菌和总微生物数量显著正相关(r=0.748~0.971,P<0.01),而与A/F和B/F显著负相关(r=–0.764~–0.906,P<0.01)。综上,供试放线菌通过调整根际可培养微生物群落结构促进了谷子生长,增加了谷子产量。因此,通过外源施加放线菌优化根际可培养微生物群落结构是谷子促生增产的可行途径之一。

    • 典型网纹红土结构土壤细菌群落及其生态网络特征

      赵晓蕊,吴华勇,张甘霖

      2022,54(5):986-992, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.015

      摘要:

      我国亚热带地区均质红土剖面下部的网纹红土通常被认为是第四纪古气候和古环境变化的记录载体。迄今为止,对土壤细菌群落在土壤结构体尺度上的分异特征及其影响因素了解甚少。作为红壤关键带地下结构的重要组成部分,网纹红土独特的红–白相间的土体结构可能引起土壤细菌群落在其上的差异分布。阐明网纹红土结构土壤细菌群落特征对探索红壤关键带深部生态系统的生物多样性和多功能性具有重要的生态学意义。本研究以典型网纹红土结构体为研究对象,将其拆分为红色基质和白色网纹两部分,利用16S rRNA高通量测序分析红/白部分细菌群落与细菌生态网络的特征。结果显示,网纹结构体红白部分细菌群落组成差异显著,红色基质部分放线菌门和厚壁菌门等细菌显著富集;白色网纹部分酸杆菌门、硝化螺旋菌门等细菌的相对丰度更高。网络分析结果表明,白色网纹部分的细菌网络节点和连线较多,聚类系数较低,说明白色网纹部分细菌之间相互作用关系更复杂。典范对应分析表明,网纹结构体环境异质性造成了细菌群落组成在网纹红白部分的差异分布。其中,质地是决定细菌群落及其生态网络差异最重要的环境因子。此外,在网纹的红色基质部分,矿质养分的含量也与细菌群落的组成密切相关。

    • 羊粪在豫西旱地烟田的矿化特征研究

      温烜琳,马宜林,马君红,王艳芳,赵世民,申洪涛,李友军,刘领

      2022,54(5):993-999, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.016

      摘要:

      为了明确羊粪有机肥在豫西丘陵旱地的养分释放规律,为豫西旱地烟田施用羊粪有机肥提供理论基础,于2019年采用尼龙网袋田间原位培养的方法,研究了烟苗移栽前结合起垄施入腐熟羊粪有机肥在洛阳烟田的碳氮矿化特征及其对土壤速效养分含量和腐殖酸组分的影响。结果显示:羊粪有机肥在土壤掩埋0~15 d矿化速度缓慢,15 d后快速矿化,在75 d达到峰值,碳、氮矿化率占整个矿化掩埋期矿化量的87.81%和88.11%,75 d后矿化减弱,矿化率趋于平稳。随着羊粪有机肥掩埋天数的增加,土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量升高,铵态氮含量降低,表明羊粪有机肥在矿化过程中有利于促进土壤的硝化作用,增强土壤的供肥能力;羊粪有机肥施入土壤还能促进土壤腐殖酸的形成和积累,在施入土壤60 d后,土壤腐殖酸、富里酸、胡敏酸的含量及胡富比较对照处理明显升高。因此,豫西烤烟旱作区在烟苗移栽前提前施入腐熟羊粪有机肥,其碳氮矿化规律与烤烟的需肥要求能够较好地吻合,且有利于改善烟田土壤质量,但是羊粪有机肥矿化前期速率较慢,应与化肥搭配使用。

    • 褐土碳酸钙结核的胶体特性研究

      胡宁,许晨阳,耿增超,胡斐南,马璐璐

      2022,54(5):1000-1009, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.017

      摘要:

      碳酸钙是黄土母质发育土壤的重要胶结物质,对土壤团粒结构的形成具有重要作用。本文采集了碳酸盐褐土中的碳酸钙结核,采用物理分散法和化学分散法分别提取得到褐土碳酸钙结核纳米颗粒和褐土碳酸钙结核胶体,并以工业纳米碳酸钙作为对照对其胶体特性进行研究。采用X射线衍射仪、zeta电位仪和动态光散射仪对褐土碳酸钙结核胶体和工业纳米碳酸钙的矿物组成、zeta电位和胶体稳定性进行了表征。结果表明:褐土碳酸钙结核胶体、褐土碳酸钙结核纳米颗粒和工业纳米碳酸钙的初始颗粒直径分别为224.24、88.01和98.50 nm,而褐土碳酸钙结核胶体和褐土碳酸钙结核纳米颗粒的多分散度高于工业纳米碳酸钙。褐土碳酸钙结核胶体中方解石含量为70.3%,其次含有石英、长石和伊利石等矿物;褐土碳酸钙结核纳米颗粒主要含有方解石和伊利石,含量分别为48%和45%。3种碳酸钙胶体表面均带负电荷,其zeta电位绝对值均随着溶液pH的增大而增大。褐土碳酸钙结核胶体在NaCl和CaCl2溶液中的临界聚沉浓度分别为538.01 mmol/L和2.08 mmol/L,褐土碳酸钙结核纳米颗粒在NaCl和CaCl2溶液中的临界聚沉浓度为82.18 mmol/L和1.11 mmol/L,而工业纳米碳酸钙的临界聚沉浓度为80.37 mmol/L和1.59 mmol/L。3种碳酸钙胶体的矿物组成差异是引发其凝聚行为差别的内在原因,化学分散剂的表面修饰作用、颗粒直径大小和溶液化学条件也是影响胶体稳定性的重要因素。本文研究结果表明,碳酸钙胶体的可变电荷特性可能是其具有胶结特性的本质原因,其对石灰性土壤团聚体结构的影响还需要进一步深入研究。

    • 南方典型红壤区旱地与水田土壤酸度的剖面差异性

      赵凯丽,徐明岗,周晓阳,蔡泽江,王伯仁,刘瑜,颜芳,孙楠

      2022,54(5):1010-1015, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.018

      摘要:

      为探明红壤区不同耕地利用类型下土壤酸度的剖面变化特征及其主要影响因素,选取江西省余江县和湖南省祁阳县的典型水田、旱地两种耕地利用类型下、第四纪红色黏土母质发育的红壤,分5层(0~20、20~40、40~60、60~80 cm和80~100 cm)测定土壤pH、交换性铝、交换态盐基阳离子及有机质含量等指标,分析剖面酸度特征及其相互关系。结果表明:土壤pH均随土层深度的增加呈增加趋势,不同耕地利用类型下以水田剖面pH较高,范围为5.80~6.43,旱地剖面pH较低,范围为4.68~5.41。土壤交换性铝含量以水田含量较低,范围为0.16~1.56 cmol/kg,旱地的含量较高,范围为4.22~7.02 cmol/kg,水田的交换性铝含量随土层深度的增加呈降低趋势,旱地则呈现相反的变化趋势。0~20 cm土层的交换性铝与有机质含量呈显著负相关,40~100 cm土层的交换性铝与交换态盐基阳离子含量呈显著负相关。耕地利用类型是影响土壤酸度的主要因素之一,旱地土壤酸度强于水田。增加耕层土壤有机质含量可能是减缓酸化、降低交换性铝含量的策略之一。

    • 添加H2O2改性和HNO3/H2SO4改性生物质炭对一种酸性水稻土吸附Cd (Ⅱ)的影响

      何娴,徐仁扣

      2022,54(5):1016-1023, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.019

      摘要:

      选择稻草、玉米秸秆和油菜秸秆作为制备生物质炭的原料,分别用H2O2和HNO3/H2SO4对生物质炭进行改性处理,以未改性的生物质炭和HCl处理的生物质炭作为对照。按土重3%的比例向采自安徽郎溪的酸性水稻土中添加上述生物质炭,在经历一个干湿交替周期后,进行Cd (Ⅱ)吸附/解吸试验,研究添加生物质炭对水稻土吸附Cd (Ⅱ)的影响及其机制。结果表明,两种改性方法均有效增加了生物质炭表面的质子结合位点数,且HNO3/H2SO4改性对生物质炭表面羧基官能团的扩增效果更显著。官能团的增加使得添加了HNO3/H2SO4改性生物质炭的水稻土对Cd (Ⅱ)的专性吸附能力显著增强。因此,添加HNO3/H2SO4改性生物质炭可作为酸性水稻土吸附固定重金属Cd的一种新型方法。

    • 铬处理下超富集植物李氏禾根际溶解氧时空分布特征

      贺瑶,林华,俞果,张学洪,丁娜,Asfandyar Shahab,刘杰

      2022,54(5):1024-1031, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.020

      摘要:

      基于平面光极原位高分辨技术,在3个铬含量水平(0、50、100 mg/kg)下研究了铬超富集植物李氏禾根际溶解氧的时空分布特征。结果表明:李氏禾根际土壤中溶解氧浓度较高的热区集中于根系周围区域,在根尖位置溶解氧浓度较高;根际溶解氧含量显著高于非根际土壤,且距离根部越远溶解氧平均含量越低,其中100 mg/kg铬处理李氏禾根部中心位置土壤溶解氧浓度为距离中心位置5 mm处的1.45倍;在8 d的拍摄周期中,对照处理根部中心位置溶解氧浓度最高达77.2%,显著高于50 mg/kg铬处理的50.2%和100 mg/kg铬处理的42.3%。此外,3个铬含量水平下李氏禾根际溶解氧浓度都呈现先升高后降低的规律,第4天达到最高值。铬处理下李氏禾根际溶解氧浓度明显下降,这可能是李氏禾为避免根际富氧环境将Cr (III)氧化为毒性更强Cr (VI)的保护性行为。

    • 铁碳复合纳米材料活化过硫酸盐降解土壤中对羟基联苯的机制研究

      丁英志,王肖磊,曾宇,方国东

      2022,54(5):1041-1050, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.022

      摘要:

      本文发展了一种高效、低成本的有机污染土壤修复技术,其以生物质炭和工业铁粉作为原料,采用工业球磨技术制备出了铁碳复合纳米材料,能够高效活化过硫酸盐降解对羟基联苯。通过高分辨透射电子显微镜和元素扫描分析发现,球磨法制备的铁碳复合材料粒径为5~30 nm,平均粒径为15 nm,铁纳米颗粒均匀分布于碳材料中。铁碳复合纳米材料的投加量为0.10 g/L、过硫酸钠的投加浓度为0.50 mmol/L时,120 min内对水中对羟基联苯的去除率可达100%,而对土壤中的对羟基联苯的降解率也可达85%。利用电子顺磁共振技术发现,铁碳材料活化过硫酸盐的主要机制是铁碳材料催化分解过硫酸盐产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4·–),从而快速降解有机污染物。该反应体系作用pH范围广、不受氯离子和硝酸盐干扰,将为有机污染土壤的修复提供新的技术。

    • 活性炭对土壤中多环芳烃生物有效性的影响

      宋丽莹,宋洋,刘翠英

      2022,54(5):1051-1057, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.023

      摘要:

      在某场地采集不同土层土壤,通过室内培养试验,研究添加5%(m/m)活性炭对土壤中PAHs残留的影响,并利用羟丙基-β-环糊精提取方法评价土壤中PAHs生物有效性的动态变化。结果表明:在8个月内,添加活性炭处理土壤中菲、芘的残留量显著高于对照处理,苯并[b]荧蒽的残留量显著低于对照处理,苯并[g,h,i]芘残留量在两处理之间无显著差异。在第1个月时,活性炭处理土壤中菲、芘、苯并[b]荧蒽生物有效性较对照处理分别降低了35.06%、37.73%、39.60%,苯并[g,h,i]芘生物有效性仅降低了1.37%;随着时间延长活性炭对土壤中PAHs生物有效性的阻控效果呈减弱趋势。因此,土壤添加5%活性炭能够有效降低PAHs生物有效性,减少其环境风险,并且在添加活性炭1个月内阻控效果最佳。

    • 外源添加作物秸秆对PAHs污染土壤有机碳矿化和污染物降解的影响

      李力,陈明茹,张久红,张军,黄应平,袁喜,李萌

      2022,54(5):1058-1063, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.024

      摘要:

      本文通过土壤腐解试验研究外源添加水稻或玉米秸秆对多环芳烃(PAHs)污染土壤CO2-C释放和污染物去除率的影响,同时清晰秸秆腐解中间产物溶解性有机碳(DOC)与土壤PAHs降解的关系。结果表明:秸秆添加处理促进了PAHs污染土壤CO2-C的释放,以玉米秸秆提升效果较好。外源添加秸秆显著增加了土壤DOC含量,且增加幅度随秸秆添加量的增加而增大;水稻秸秆对土壤DOC含量的提升幅度较大。与对照相比,秸秆添加处理下土壤菲、芘残留量均显著降低,菲、芘去除率显著增加,去除效果:玉米>水稻,高量>低量,菲>芘;与对照相比,添加高量玉米秸秆处理(PY15)对土壤菲、芘去除率的增加幅度分别为91.7%和182%。此外,在一定范围内土壤DOC含量与PAHs去除率呈正相关关系。可见,农作物秸秆,尤其是玉米秸秆添加可提升PAHs污染土壤有机碳矿化,亦可在提升土壤DOC含量的同时促进污染土壤PAHs的降解。

    • 土壤全碳全氮空间异质性及影响因素分析——以祁连山南坡黑河上游为例

      童珊,曹广超,张卓,刁二龙,闫欣

      2022,54(5):1064-1072, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.025

      摘要:

      为深入了解影响土壤养分的主控因素及影响因素之间的耦合作用,以黑河为研究区,采用野外采样、实验分析、地统计分析对研究区表层(0~20 cm)土壤全碳全氮空间异质性进行研究,并利用地理探测器模型对在单因素、双因素作用下对土壤全碳全氮的影响及适用条件进行探究。结果表明:①研究区土壤全碳、全氮含量均属于正态分布,且根据第二次土壤普查分级标准,均为第一级,属于中等变异;②土壤全碳、全氮含量插值模型均为指数模型,由结构性因素与随机性因素共同作用,总体呈现出东南向西北递减的趋势,且全氮的插值精度(0.71)>全碳的插值精度(0.55);③自变量对全氮的解释力大小前3位为:有机质>容重>归一化植被指数,自变量对全碳的解释力大小前3位为:有机质>容重>电导率,有机质与其他因素的交互作用大都在0.6以上;土壤全氮及全碳含量最大值出现的区域土壤容重<0.6 g/cm3、电导率0.3~0.35 μS/cm、pH 7~8、有机质含量100~150 g/kg、粒度10~100 μm、年均气温–1~1℃、年降水量360~390 mm、地形湿度6~9、坡度15°~25°、植被指数0.95~1、坡向为北方、DEM 2 500~3 500 m (高中山)。因此,为提高土壤质量,应根据其地形、气候、植被等因素进行分类治理。

    • 库布齐沙地滴灌人工林土壤水分运移及其与土壤分形特征的关系

      孙凯,王涵,孙贵荣,阿拉腾苏和,杨建军,王海超,裴志永

      2022,54(5):1073-1084, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.026

      摘要:

      以典型人工林为研究对象,基于激光粒度衍射法测得土壤粒径分布并计算单重及多重分形维数,通过大田试验明确灌水及水分再分布过程湿润锋动态变化规律,并采用通径和冗余分析等手段探究湿润锋运移与分形特征的联系。结果表明:①库布齐沙地滴灌人工林湿润锋水平及垂向运移可分别用对数函数(R2=0.941~0.990)和幂函数(R2=0.958~0.996)描述;②在砂粒占比高于70%、黏粒占比低于2.5%土壤条件下,利用粉粒、黏粒含量构建的多元回归模型能较好地计算停灌后二维水分运移距离(R2=0.839~1.000),但对停灌前适用性较差(R2=0.243~0.403);③单重分形维数(D)和信息维数(D1)、信息维数/容量维数(D1/D0)、关联维数(D2)均与砂粉比呈负相关,而滴灌形成的湿润体体积与砂粉比正相关,且DD0D1D1/D0D2更能解释土壤砂粉比差异对湿润锋运移的影响。滴灌下人工林水分运移满足函数定量关系,砂粒占比高于70%且黏粒占比低于2.5%时,土壤质地越粗则湿润体体积越大,可在灌溉策略制定时进行土壤粒径分析,节约决策成本。与库布齐沙地相似环境条件下,滴灌时长6 h流量3.0 L/h时,速生杨和榆树林在停灌后48 h需启动下次灌溉,沙柳和旱柳林则不需要。

    • 结皮量与含水率对尾矿风蚀影响的风洞模拟研究

      杨小亮,靳正忠,丁刚,俞祥祥,王海峰

      2022,54(5):1085-1092, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2022.05.027

      摘要:

      尾矿风蚀是影响周边环境空气质量和人体健康的重要因素。以喀拉通克铜镍矿加乌尔尾矿库尾矿为研究对象,通过风洞试验,对不同风速、含水率和结皮量条件下的尾矿风蚀率、风蚀颗粒释放特征进行研究。结果表明:尾矿风蚀率、风蚀颗粒量及其碰撞能量随着试验风速的增加而增加,随着尾矿含水率和结皮量的增加而减小。首次出现颗粒碰撞的风速随着尾矿含水率和结皮量的增加而增加。尾矿风蚀颗粒主要分布在3 cm高度内,占总风蚀颗粒的50%以上。在结皮不被吹破的情况下,结皮的抗风蚀效果要优于含水率。因此,结皮抗风蚀效果与风速和结皮量有关,10 m/s以下风速任何结皮量均能有效抗风蚀,12 m/s需25 g以上结皮量,14 m/s需50 g以上结皮量;而含水率在任何试验风速下需达到2.72%以上才有较好的抗风蚀效果。

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