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机器学习在氮循环领域的应用研究进展
2023,55(4):689-698, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.001
摘要：
氮循环是地球圈层中水-土-气-生多介质、多界面的复杂过程，与土壤健康、粮食安全、全球变暖、空气污染、水体质量等环境问题密切相关。近年来，得益于计算机技术的快速发展和海量、多源数据的产生，机器学习迅速成为研究氮素循环强有力的工具。本文系统梳理了机器学习的功能性概念，包括典型开发流程和学习应用场景等；总结了机器学习的典型应用算法，包括经典机器学习（如随机森林、支持向量机等）和深度学习（如卷积神经网络、长短期记忆网络等）；并综述了机器学习在氮循环研究领域的应用研究进展，包括大气、水体、土壤和植物/作物等介质的氮素代谢机制、模拟氮素循环过程及管理氮素流动等。未来基于大数据和机器学习技术的特征工程和模型融合的研究，将会给氮循环领域的数据分析与建模带来巨大变革。同时，将机器学习与基于物理过程的模型相结合解决氮循环过程中的复杂问题，可为服务国家“双碳”战略以及控制全球变暖、空气污染等环境问题提供重要支撑。
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磷石膏无害化改性及其在农田土壤改良中的应用研究进展
2023,55(4):699-707, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.002
摘要：
工业废弃物资源化利用是全球关注的热点问题，磷石膏（Phosphogypsum，PG）无害化改性及在土壤改良中的资源化应用是缓解磷化工产业废弃物大量堆积问题的重要途径之一。本文首先回顾了磷石膏在农田土壤改良中调控酸性及受污染土壤、补充土壤养分及提高氮素利用效率、缓解连作障碍和促进作物生长、降低农田温室气体碳排放等方面的应用和效果，并总结了存在的环境风险。进而，从物理、化学、生物及其他技术方面系统探讨了磷石膏在农业资源化应用过程中需进行的无害化改性措施，阐明了改性磷石膏的主要作用机理（阴离子吸附、调控pH、增效缓释、调控根区微生物环境等）。最后，提出了无害化改性磷石膏在农业资源化利用过程中尚待解决的科学问题及研究方向，以期为我国磷石膏资源化利用研究及磷化工产业的可持续发展提供科学依据。
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基于绿色可持续理念的污染场地修复碳足迹研究进展
2023,55(4):708-717, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.003
摘要：
污染场地修复工程，以其短期、在较小空间尺度内产生高强度的能源消耗和碳排放而受到广泛关注。在全球环境变化及“双碳”政策背景下，污染场地的绿色可持续修复成为必然趋势。降低污染场地修复工程的碳排放水平，可以为减缓气候变化、实现修复行业的绿色发展提供重要支撑。然而，目前我国污染场地修复行业仍存在碳足迹评估技术研究不充分、绿色可持续修复理念贯彻不深入等问题。本文梳理了污染场地绿色可持续修复的发展历程和存在问题，以修复行为的碳足迹核算为着力点，综述了基于绿色可持续修复理念的碳足迹核算研究进展与案例分析，从场地、区域和宏观的不同尺度层面探究了污染场地修复评估方法体系中碳核算相关工作。在气候变化的全球背景下和“双碳”政策的国家背景下，污染场地碳足迹核算将为我国修复行业实现减污降碳、推进绿色低碳管理提供参考。
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土壤铁氧化物-亚铁的相互作用及其环境影响研究进展
2023,55(4):718-728, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.004
摘要：
铁氧化物和溶液相亚铁常在厌氧土壤环境中共存。铁氧化物能够加快亚铁的氧化速率，且控制亚铁氧化成矿产物的类型，同时，亚铁与铁氧化物组成的系统是一种良好的还原剂，能够有效还原重金属及降解有机污染物。另一方面，亚铁能够催化铁氧化物晶相转变，导致铁氧化物结构和表面性质发生改变，进而影响相关重金属、有机质的环境行为。本文综述了铁氧化物催化亚铁氧化成矿、铁氧化物-亚铁系统还原污染物以及亚铁催化铁氧化物相变的反应机制及影响因素，最后，对未来在自然土壤中研究铁氧化物-亚铁界面反应及其环境影响进行了展望。
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不同深施方式对太湖地区稻田氨挥发和氮肥利用率的影响
2023,55(4):729-738, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.005
摘要：
本研究以太湖地区稻田为研究对象开展连续两年的田间试验，通过设置不施氮肥（CK）、常规施氮（CN）、减氮表施（RN）、减氮侧深施（RNS）和减氮穴施（RNP）5种施氮处理，探究不同深施方式对稻田氨挥发与氮肥利用率的影响。结果表明，与表施处理（CN和RN）相比，RNS和RNP通过降低田面水NH4+-N浓度和pH分别减少30.95%~41.54%和66.71%~72.23%的氨挥发排放（P<0.05）。相较于RN处理，RNP促进水稻根系生长并增加根区土壤有效氮含量，进而增加水稻产量（6.23%），提高氮肥利用率（50.15%），降低土壤氮盈余（63.92%）（P<0.05）。与CN处理相比，RNS显著降低土壤氮盈余（29.20%）（P<0.05），但水稻吸氮量和氮肥利用率均未显著增加。相较于RNS，RNP进一步降低氨挥发损失（50.84%）和土壤氮盈余（51.07%），提高氮肥利用率（40.40%）（P<0.05）。综上所述，RNP的农学和环境效益最高，但因穴施机械及肥料造粒技术等因素的限制，尚难应用于实际生产；而侧深施肥在我国水稻大规模集约化生产中效益较高且切实可行。
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不同液体有机肥对新疆棉花生长及土壤养分的影响
2023,55(4):739-748, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.006
摘要：
为研究不同液体有机肥对新疆棉花生长及土壤养分的影响，进而确定滴灌棉田最适宜的液体有机肥类型，为优化新疆滴灌棉花施肥技术提供理论依据，采用盆栽试验，设置5个处理包括不施肥（CK）、常规施肥（化肥，CF）、含氨基酸液体有机肥（AF）、含腐殖酸液体有机肥（HF）、酸性有机肥浸提液（BF），考察了不同施肥处理对棉花生长、叶片光合能力、产量构成、土壤养分以及养分利用率的影响。结果表明：与CF处理相比，不同液体有机肥均能促进棉花生长，提高土壤有效养分含量。其中，AF处理较CF处理显著提高了棉花叶片气孔导度（Gs），增加7.18%；与CF处理相比，HF处理对棉花株高、茎粗、叶片蒸腾速率（Tr）、总根表面积的促进作用最显著，分别增加了6.38%、3.92%、11.01%和14.52%~11.84%，棉花茎和地下部干物质量最高；BF处理棉花总根长显著提高41.21%~49.48%，同时叶片净光合速率（Pn）最强，棉花单株成铃数、衣分最高，棉花蕾铃、籽棉和整株干物质量显著提高了27.91%、11.83%和9.76%。对于土壤理化性质，AF、HF和BF处理较CF处理均显著提高了土壤有效磷含量；BF处理显著降低了土壤pH，且土壤有机质、碱解氮和速效钾含量均高于其他处理。BF处理棉花肥料偏生产力、肥料农学效率和肥料贡献率较CF处理提高了5.83%~19.33%，显著高于其他处理。总之，3种液体有机肥均能促进棉花生长，增加棉花干物质积累，提高土壤有效养分含量以及肥料利用率，其中以酸性有机肥浸提液效果最佳。因此，在滴灌棉田应用酸性有机肥浸提液可以获得更高的棉花产量及肥料利用率，有利于新疆滴灌棉田可持续发展。
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不同水稻灌溉模式和氮肥减量对还田麦秸腐解特性及土壤养分的影响
2023,55(4):749-755, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.007
摘要：
为了探讨不同水稻灌溉模式和氮肥减量对还田小麦秸秆腐解特性及土壤养分的影响，通过田间试验，设置了水稻灌溉模式（常规灌溉，W1；干湿交替灌溉，W2）和施氮水平（不施氮，N0；常量施氮，N1；减量20%施氮，N2）处理，采用尼龙网袋法研究了不同处理下小麦秸秆腐解动态、养分释放规律及土壤养分含量。结果表明，干湿交替灌溉和氮肥施用均可促进还田小麦秸秆的腐解，减量20%施氮处理小麦秸秆累积腐解率低于常量施氮处理。相同施氮水平下，干湿交替灌溉模式小麦秸秆碳与氮磷钾累积释放率高于常规灌溉模式；与常量施氮相比，减量20%施氮处理小麦秸秆碳与氮磷钾累积释放率降低。干湿交替灌溉和施氮使土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量提高，而减量20%施氮对土壤养分含量的影响较小。综上可见，干湿交替灌溉和氮肥施用促进了还田小麦秸秆腐解和养分释放，有利于土壤养分提升；而减量20%施氮对小麦秸秆腐解与养分释放以及土壤养分无明显影响。
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生物有机肥配施化肥对设施土壤养分含量及团聚体分布的影响
2023,55(4):756-763, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.008
摘要：
本研究以番茄–黄瓜轮作下的设施土壤为研究对象，共设4个处理（1/2化肥氮+1/2生物有机肥氮，COF；全部施用生物有机肥氮，OF；全部施用化肥氮，CF；不施肥处理，CK），探讨生物有机肥配施化肥对设施土壤养分含量及团聚体分布和稳定性的影响。研究结果表明，相较于单施化肥处理，施用生物有机肥均提高了土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾养分含量和土壤pH，分别提高了9.61%~54.28%、7.38%~35.45%、31.86%~98.53%、40.88%~96.40%、3.02%~15.99%、0.96%~18.23%和0.73%~7.03%；单施生物有机肥或与化肥配施均可使土壤大团聚体（>0.25 mm）比例上升，微团聚体（<0.25 mm）比例下降，显著提高了土壤团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和>0.25 mm团聚体含量（R0.25）（P<0.05），且土壤团聚体稳定性随着施入生物有机肥年限的增加而增加；相关分析表明，MWD、GMD和R0.25均与>2 mm和0.25~2 mm团聚体质量分数呈显著正相关（P<0.05），与<0.053 mm团聚体组成呈极显著负相关（P<0.01），与0.053~0.25 mm团聚体组成呈显著负相关（P<0.05）。生物有机肥替代化肥更有利于提高土壤养分含量、大团聚体的数量及团聚体的稳定性。
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种植草本植物狗牙根改良滨海黏性盐碱地的研究
2023,55(4):764-770, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.009
摘要：
针对江苏省连云港市徐圩新区盐碱地重度黏性的特点，通过原位田间试验对比分析了种植1年狗牙根土壤与裸地对照土壤，研究了种植草本植物狗牙根对重度黏性盐碱土的改良效果和机制。结果表明：在重度黏性盐碱地种植狗牙根可以降低土壤盐分、土壤pH及Ca2+、K+、Mg2+、Na+、Cl–含量，增加土壤吸湿水、有机质与速效钾含量，同时还可以增加土壤微生物群落多样性和丰富度。总之，种植草本植物狗牙根对滨海重度黏性盐碱土壤的盐碱障碍消除和地力提升效果明显，改良成效卓著。
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秸秆还田方式对土壤质量和萝卜产量及品质的影响
2023,55(4):771-778, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.010
摘要：
本文以萝卜（品种为枇杷叶）为研究对象，采用田间试验探究了无秸秆还田（CK），秸秆粉碎还田（SC）、过腹还田（SM）、炭化还田（SB）、粉碎+过腹还田（SC+SM）、粉碎+炭化还田（SC+SB）、过腹+炭化还田（SM+SB）对土壤理化性质和萝卜产量及品质的影响。结果表明，6种秸秆还田方式均显著提高了土壤有机质和全氮含量，但对土壤速效钾含量的影响不同，其中SC、SM和SB 3种还田方式不影响土壤速效钾含量，而SC+SM、SC+SB和SM+SB 3种秸秆组合还田方式显著提高了土壤速效钾含量；不同秸秆还田方式对萝卜生物量和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）的影响不同，除SC+SM处理萝卜肉质根鲜物质量、叶片SPAD值显著低于对照外，其他秸秆还田处理萝卜肉质根鲜物重量和叶片SPAD值均显著高于对照；秸秆还田处理萝卜品质较对照显著提升，6种秸秆还田处理萝卜维生素C、可溶性糖、总酚、类黄酮含量均显著高于对照，且不同还田方式间无差异；秸秆还田还显著降低了萝卜硝酸盐含量，提高了可溶性蛋白含量，其中SC+SM、SC+SB和SM+SB 3种秸秆组合还田处理表现突出，硝酸盐含量降低36.04%~40.63%，可溶性蛋白含量提升41.70%~56.11%； SC、SM和SB处理次之，硝酸盐含量降低15.15%~22.58%，可溶性蛋白含量提升16.61%~25.11%； 6种秸秆还田方式下萝卜铁离子还原能力（FRAP）显著高于对照，但1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力（DPPH）不同，其中SM、SC+SM、SC+SB和SM+SB处理萝卜DPPH值显著高于对照，SC和SB处理萝卜DPPH值与对照接近。综上所述，除SC+SM处理降低了萝卜产量外，SC、SM、SB、SC+SB、SM+SB等5个秸秆还田处理均提高了土壤肥力和作物产量、改善了产品品质，其中SC+SB、SM+SB在降低萝卜硝酸盐含量方面表现尤为突出。考虑到操作的难易程度，常规蔬菜生产中建议采用秸秆粉碎还田、过腹还田、炭化还田3种方式，种植根菜、叶菜等硝酸盐高积累型蔬菜时建议采用粉碎+炭化还田、过腹+炭化还田2种秸秆组合还田模式。
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黄河故道农田防护林土壤养分变化特征及评价
2023,55(4):779-786, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.011
摘要：
土壤养分是土壤肥力的基础，掌握其含量与分布特征可为改善立地条件、建设高效农田防护林体系提供科学依据。以盐城市阜宁县和淮安市涟水县黄河故道土壤为研究对象，采用层次分析法（AHP）与物元分析模型相结合的方式，分别对研究区内有林地和无林地土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾7个指标的变化特征进行了分析评价。结果表明：①随着远离河堤，土壤有机质、全氮、碱解氮、全钾、速效钾含量呈增加趋势；全磷含量呈减少趋势；有效磷在有林地呈减少趋势，在无林地呈增加趋势。②有林地土壤有机质（2~3级）、全氮（1~2级）含量显著高于无林地，而其余指标与无林地基本一致。③在距黄河故道<0.5、0.5~1.0和1.0~1.5 km 3个区域内，有林地土壤养分等级分别为较丰富Ⅱ、丰富Ⅰ、丰富Ⅰ，无林地土壤养分等级分别为贫乏Ⅳ、适量Ⅲ、适量Ⅲ。可见，开展农田防护林建设能有效促进土壤有机质、氮素的积累，提升土壤养分等级，若在此基础上合理追施磷肥，能进一步提高土壤肥力及其生态、经济效益。
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不同种植模式对坡耕地红壤团聚体中酶活性及养分含量的影响
2023,55(4):787-794, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.012
摘要：
为探究不同种植模式下坡耕地红壤团聚体中的酶活性和养分含量，为改善耕地质量提供理论依据，以坡耕地红壤为研究对象，设置大豆单作（DD）、玉米单作（MM）、大豆玉米间作（MD）、裸地（CK）4个处理，利用干筛法获得2~1、1~0.25、<0.25 mm粒径团聚体，并测定了其中的酶活性和养分含量。结果表明：①与CK、DD、MM处理相比，MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体的含量，增幅分别为22.2%、13.3%、16.2%。②MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体中的有机质、有效磷、碱解氮含量，分别较DD和CK处理提高11.9%、29.2%，51.1%、57.5%和16.5%、29.1%；速效钾含量均表现为DD处理显著高于CK、MM、MD处理。③与CK、DD、MM处理相比，MD处理显著提高了2~1 mm和1~0.25 mm粒径团聚体中的脲酶活性，增幅分别为61.0%、18.8%、14.5%和65.0%、17.9%、13.8%，显著提高2~1 mm粒径团聚体中的蔗糖酶活性和<0.25 mm粒径团聚体中的酸性磷酸酶活性，增幅分别为63.8%、57.1%、32.8%和80.4%、44.3%、74.1%。④冗余分析表明，2~1 mm粒径团聚体中的脲酶和蔗糖酶活性与有效磷、有机质含量显著正相关，1~0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与有机质、有效磷、碱解氮含量显著正相关，<0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与碱解氮、有效磷含量显著正相关。研究表明，合理的种植模式不仅可以促进大团聚体的形成，还能提高大团聚体中的酶活性和养分含量，从而提高土壤肥力，改善耕地质量。
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竹生物质炭和竹凋落物对毛竹林土壤营养元素和酶活性的影响
2023,55(4):795-803, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.013
摘要：
以广西壮族自治区桂林市华江乡内广泛分布的毛竹林土壤为研究对象，以竹生物质炭和竹凋落物作为外源碳，设置对照（CK）、低添加量生物质炭（1% BC）、高添加量生物质炭（2% BC）、低添加量凋落物（1% L）、高添加量凋落物（2% L）5个处理，进行为期两个月的室内培养试验，研究不同外源碳添加对毛竹林土壤营养元素和酶活性的影响。结果表明：与对照相比，竹生物质炭和竹凋落物添加均显著提高了土壤pH；竹生物质炭添加显著降低了而竹凋落物添加显著提高了土壤铵态氮（NH4+-N）含量（P<0.05），且高添加量（2% BC和2% L）的降低或提高作用更明显；不同外源碳添加均显著提高了土壤硝态氮（NO3–-N）含量，且凋落物添加的提高作用更明显；不同外源碳添加均显著提高了土壤有效磷（AP）含量，且高添加量的提高作用更明显；竹生物质炭添加对土壤可溶性有机碳（DOC）含量没有显著影响，但降低了土壤可溶性氮（DN）含量，而竹凋落物添加显著提高了土壤DOC和DN含量；不同外源碳添加对土壤微生物生物量碳（MBC）和氮含量（MBN）均没有显著影响，但降低了土壤蔗糖酶和脲酶活性。相关性分析表明，土壤pH、NH4+-N、NO3–-N、DOC和DN是影响竹林土壤酶活性的关键性因子。
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腐熟羊粪有机肥配施无机肥对植烟土壤微生物群落结构和多样性的影响
温烜琳，马宜林，周俊学，高佳凯，张水源，张枫，申欣，王悦华，申洪涛，元野，李友军，刘领
2023,55(4):804-811, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.014
摘要：
为了探究腐熟羊粪有机肥与无机肥配施对洛阳烟区植烟土壤微生物群落结构和土壤肥力特性的影响，采用盆栽控制试验和高通量测序技术，研究了不施肥（CK）、100%无机氮肥（T0）、50%羊粪有机肥氮+50%无机氮肥（T50）和100%羊粪有机肥氮（T100）4个处理下植烟土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异，并结合土壤理化性质分析了土壤肥力指标与土壤微生物多样性的关系。结果表明：植烟土壤细菌优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和放线菌门（Actinobacteria），土壤真菌优势菌门为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）；T50处理的变形菌门、酸杆菌门和子囊菌门相对丰度最高，但放线菌门和担子菌门相对丰度最低；NMDS分析和相似性分析发现，T50处理的土壤微生物群落结构与其他处理差异显著；Alpha多样性分析也表明，T50处理土壤细菌和真菌群落的丰富度和多样性最高。不同处理土壤理化性质和土壤关键酶活性差异显著，以T50处理土壤养分含量和土壤碳氮代谢酶的活性最高；Pearson相关性分析显示，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量及蛋白酶和脲酶活性与植烟土壤微生物多样的关系最为密切。总之，采用腐熟羊粪有机肥和无机肥配施通过影响植烟土壤细菌和真菌群落结构和多样性，促进了土壤养分的释放和转化，有利于土壤养分的供应和土壤质量的提升，研究结果为洛阳烟区应用羊粪有机肥改良土壤提供了理论依据。
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局域尺度麦田土壤微生物群落构建过程及其驱动因素
2023,55(4):812-820, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.015
摘要：
为探究局域尺度麦田土壤微生物群落构建过程，本研究采集河南省济源市小麦种植户麦田土壤，应用高通量测序技术，研究局域尺度下麦田土壤细菌群落结构、群落构建过程及其影响因素。结果表明：①土壤细菌群落中优势菌门是酸杆菌门（Acidobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）。通过曼特尔检验以及冗余分析发现有机质和全氮对细菌群落结构影响显著（P<0.05）。②细菌分子生态网络中不同细菌类群之间以合作关系为主，关键物种来自拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门和变形菌门。③细菌群落在系统发育上聚类，有机质和有效磷对细菌群落系统发育影响显著（P<0.05）。④确定性过程和随机性过程在细菌群落构建中的贡献率分别为74.59%和25.41%。⑤曼特尔检验发现最近物种指数（βNTI）值与有机质、全氮、全磷含量变化呈显著正相关（P<0.05）。有机质、全氮、全磷含量差异的增大导致细菌群落从同质性选择以及均质扩散向异质性选择过程的转变。综上所述，本研究发现确定性过程在局域尺度麦田土壤细菌群落构建中占主导地位，土壤有机质、全氮、全磷是影响细菌群落构建的关键环境因素。有机质和全氮还对细菌群落结构有显著影响。本研究有利于对局域尺度下麦田生态系统土壤微生物多样性形成机制的认识。
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不同有机替代方式下稻田土壤胶体磷流失潜力研究
2023,55(4):821-828, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.016
摘要：
土壤胶体因具有较大的比表面积及较强的吸附与迁移能力，其所携带的磷（胶体磷）已成为农田磷流失过程中的重要形态。为评估不同有机替代方式下稻田土壤胶体磷（Pcoll）的活性和流失潜力，本文依托两种有机肥部分替代化肥（控氮控磷与控氮不控磷）方式下稻麦轮作长期定位试验，探讨了Pcoll含量变化、流失风险及其与不同土壤活性磷组分之间的关系。控氮控磷试验（4 a）设有3个处理：不施磷肥（CK）、单施化肥（CF）、猪粪有机肥替代30%化学磷肥（OF）；控氮不控磷试验（24 a）设有3个处理：不施肥（CK）、单施化肥（CF）、猪粪有机肥替代40%化学氮肥（OF）。结果表明：在控氮控磷条件下，有机替代处理较单施化肥处理，土壤有机碳（SOC）、Pcoll含量及其流失潜力（LPP）均无显著性差异，胶体钼蓝反应磷占比（RMRP，MRPcoll/Pcoll）显著降低1.76%（P < 0.05）。在控氮不控磷条件下，有机替代处理的土壤Pcoll和SOC含量分别为13.08 mg/kg和20.19 g/kg，显著高于单施化肥78%和212.6%（P < 0.05）；较单施化肥，土壤LPP和RMRP分别显著升高了1.89%和16.05%（P < 0.05）。两种有机替代方式下土壤Pcoll与土壤全磷（TP）、真溶解态磷（TSP）、Olsen-P、CaCl2-P等均呈极显著正相关（P < 0.01）；与土壤有机碳（SOC）在控氮不控磷条件下呈极显著正相关（P < 0.01），在控氮控磷条件下无显著相关性。以上结果表明，较控氮控磷有机替代方式，长期仅控氮的有机肥施用显著增加了土壤有机碳、胶体磷和不同活性磷组分含量，磷流失风险升高。因此，有机肥部分替代化肥养分等量控制是改善农田磷流失可行的施肥方式。
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HDXRF法农田土壤镉测定结果准确度评价与精准校正模型构建
2023,55(4):829-837, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.017
摘要：
以甘肃白银某污灌区重金属污染农田土壤为研究对象，对影响高精度便携式X荧光光谱（HDXRF）法总镉（CdT）测定精度的主要因素进行了筛选，分别研究了土壤水分、有机质类型与含量、土壤类型对HDXRF法CdT测定的影响，并采用相对误差（RE）、相对标准偏差（RSD）和决定系数（R2）对测定结果的准确度和精密度进行了评价。结果表明：HDXRF法CdT测定的RE≤10%、RSD≤10%、R2>0.99，符合农田土壤环境质量监测技术规范和美国环境保护署标准的准确度和精密度规定。HDXRF法CdT测定结果随着土壤水分含量的增加呈指数衰减趋势，衰减方程为y=0.803e–1.3284x，衰减系数（μω）为–1.328 4，R2为0.984 5。HDXRF法CdT测定结果与有机质含量呈显著的负相关关系（r=–0.955），且腐殖酸（HA）比泥炭（Peat）对测定结果的影响更大，HA与测定结果的校正方程为y=–1.555x +0.780，R2为0.934 4。土壤类型对HDXRF法CdT测定结果存在一定的影响，相对于红壤和水稻土，灰钙土的测定结果与传统实验室分析方法测定结果更接近。总之，虽然HDXRF法CdT测定结果受多种因素影响，但通过校正模型校正，其校正结果的可靠性能够满足Cd污染农田土壤精准调查需求。
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衡水湖西湖区土壤重金属污染特征及退田还湖的生态风险初探
尤本胜，杨黎明，蔡健霞，童丞飞，周梓怡，马书占，陈开宁，古小治
2023,55(4):838-847, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.018
摘要：
衡水湖西湖区作为衡水湖重要的生态系统服务供给区，在开展生态补水和退田还湖的过程中，现有西湖区大部分露滩在淹水后土壤中赋存的重金属释放会产生一定的生态风险。本文从土壤重金属赋存特征、生态风险评价及淹水释放通量风险估算等方面综合评估西湖区土壤生态安全。在调查区域内布设9断面46个样方，以0~60 cm土壤为研究对象，7种管控重金属作为研究要素。采用地累积指数法和潜在生态危害指数法分析西湖区重金属空间分布特征和生态风险等级，并通过室内柱样模拟的方法开展土壤淹水后重金属释放风险评估。西湖区土壤中Zn和Cd的平均含量显著高于河北省土壤背景值，其中重金属Cd累积特征比较明显，中度污染水平以上的区域占97.83%，各重金属含量在空间上呈现南北高中间低的分布规律，西湖区土壤总体处于低风险等级。7种重金属元素的生态风险贡献率依次为：Cd>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn，其中37.71%的生态风险来自Cd的贡献，其次是As（18.81%）和Pb（4.94%）。淹水后土壤中重金属的释放特征随土地利用类型变化差异显著，其中菜地释放通量最高，果园次之，麦田最低，不同土地利用方式造成的有机质累积可能是土壤重金属释放通量差异的主要原因。此外，衡水湖周边主要以石灰性土壤为主（土壤表层浸出液pH≈9；Ca2+含量为1.135~1.143 mg/g），这些以碳酸盐结合态为主要赋存形式的重金属相对稳定，淹水之后，经跟踪监测发现各重金属水溶态浸出浓度均未超标。因此，西湖区退田还湖后整体的水生态安全风险为低风险。
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纳米铁-生物质炭复合材料对苋菜吸收累积菲的影响
2023,55(4):848-859, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.019
摘要：
本文探究了纳米铁–生物质炭复合材料（nZVIBC）及其两种组成成分纳米零价铁（nZVI）和纳米生物质炭（nBC）添加到菲污染土壤后对土壤理化性质、苋菜生理功能以及菲在土壤–植物系统中迁移转化的影响。结果表明：nZVIBC的添加使土壤总有机碳含量提高为对照组的1.38倍，显著提高了土壤中菲的非解吸态占比（41.1%），显著降低苋菜根对土壤菲的生物富集系数（85.7%），抑制了土壤中菲的迁移能力；同时，nZVIBC的添加造成土壤中菲的残留量增至对照组的8.6倍，使苋菜地上和地下部分菲的积累量分别显著增加了42.9%和37.9%；此外，nZVIBC添加造成苋菜地下部分Fe含量上升42.0%，Mn含量显著降低74.9%。由于Fe元素和菲含量增加而导致的氧化胁迫，苋菜生物量显著降低了55.8%，但生物膜并未受到严重损伤。研究结果表明，nZVI会对苋菜正常生理功能和抗氧化能力带来不利影响，而nBC能够引起土壤有机质及菲含量形态的改变。nZVIBC作为多环芳烃（PAHs）污染修复材料可以有效降低土壤PAHs的迁移转化，适合用于土壤有机污染的原位化学修复，具有良好的应用前景。
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基于专利和产品登记的酸性土壤调理剂创新计量分析
2023,55(4):860-870, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.020
摘要：
为明确酸性土壤调理剂产业科技创新现状及未来发展趋势，本文以德温特专利数据库与国家农业农村部肥料登记与备案公开信息为数据源，共获取300篇专利与158个产品登记信息，借助Excel及R语言对年授权专利量/登记量、研究机构/登记机构、原料信息等进行计量与关联性可视化分析。结果显示，2014年以来，酸性土壤调理剂专利授权及产品登记数量快速增加，高校和企业酸性土壤调理剂专利申请占比分别为32.7%和67.3%。从物料信息上来看，23.4%的登记产品组成物料为3种及以上，且物料以矿产资源以及工农废弃物利用为主，矿物类物料出现频率高达96.2%；专利物料组成多样化，66.3%专利组成物料为5种及以上，多以2~3种工艺联产，且高分子材料、微生物菌剂等出现频率明显提升。从产品形态来看，授权专利与登记产品形态以粉剂为主，颗粒型产品占比呈现明显上升趋势。从功能来看，酸性土壤调理剂专利创新注重调酸与养分补充、结构改良等功能结合，而登记产品注重酸度改良效果与废弃物资源化利用。未来应强化专利技术向产品的应用转化，注重颗粒型多功能酸性土壤调理剂产品，切实推动我国酸性耕地改良及可持续利用。
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祁连山区成土过程驱动的土壤地形序列土壤有机碳固存特征
2023,55(4):871-879, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.021
摘要：
土壤有机碳（SOC）含量和动态是有机碳输入输出平衡和土壤固持能力共同作用的结果，前者主要受生物气候条件控制，而后者则主要受黏粒及无机矿物等土壤理化属性的影响。本研究通过沿海拔梯度选择表土地形序列作为“自然试验场”，探究祁连山区SOC含量及组分变化的控制因素。研究发现：该地形序列土壤母质主要来源于黄土沉积，土壤黏土矿物以绿泥石和水云母为主，指示该区域的整体弱风化特征。在巨大的水热梯度影响下，地形序列内土壤成土强度差异明显，低海拔地区土壤含有碳酸盐，随着海拔上升，碳酸盐物质逐渐淋失，SOC和铁铝氧化物含量增加。进一步分析发现，铁铝氧化物是SOC含量及组分方差的主要解释变量。偏相关分析显示，当控制铁铝氧化物后，气候对SOC含量及组分的影响不显著。这表明气候对SOC的影响可能主要通过影响土壤属性，造成铁铝氧化物等属性的差异，间接影响SOC的长期固存，且该机制主要作用于矿物结合态有机碳（MOC）组分。本研究对理解SOC固存及其对气候变化的动态响应有重要启示。
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基于光谱变换的滨海湿地土壤全氮含量建模预测
张清文，吴风华，宋敬茹，汪金花，张永彬，刘明月，李孟倩，李春景，郝玉峰，满卫东
2023,55(4):880-886, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.022
摘要：
基于133个滨海湿地土样的全氮（TN）含量和光谱反射率（R）及其对数（lgR）、对数的一阶微分（（lgR）'）、倒数（1/R）、倒数的一阶微分（（1/R）'）、一阶微分（R'）、平方根（√R）、一阶微分的倒数（1/（R）'）变换，采用偏最小二乘回归（PLSR）、随机森林回归（RFR）和支持向量机回归（SVR）3种算法分别建立土壤TN含量估测模型。结果表明：①土壤TN含量与光谱变换形式相关性由高到低为：（1/R）'> R'> （lgR）'> 1/R > lgR > 1/（R）'> √R > > R，经光谱变换，土壤TN含量与变换光谱的相关性均高于R，其中与（1/R）'的Pearson相关系数最大为0.746。②PLSR和SVR基于R'、（1/R）'、（lgR）'和1/（R）'变换构建的模型、RFR方法构建的所有模型R2均大于0.732，均可用于滨海湿地土壤TN含量的估算。③基于1/（R）'建立的SVR模型预测精度最高，其R2为0.987，RMSE为0.057 g/kg，MAE为0.050 g/kg，是预测滨海湿地土壤TN含量的最优模型，可为准确获取滨海湿地土壤TN含量提供稳定方法。
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昆明烟区植烟土壤pH与中微量元素时空变异性研究
徐兴阳，邱学礼，杨树明，田临卿，罗云，刘忠华，李杰，鲁耀，周敏，耿川雄，周绍松，陈雅琼，余小芬
2023,55(4):887-893, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.023
摘要：
分析昆明烟区5个年度（2012—2020年）共4 888份植烟土壤pH和中微量营养元素的年际变化特征，为预测和阻控土壤酸化及科学配施中微量营养元素提供理论基础。结果表明，2012—2020年：①pH均值介于6.0~6.4，主要分布在微酸性至中性范围，随种植年限的增加，强酸性土壤频度增加，微酸性和中性土壤减少；②有机质均值变幅为29.7~32.2 g/kg，自2018年后有所下降；③交换性镁均值介于240.6~270.7 mg/kg，整体较丰富，随种植年限增加略有降低；④有效锌主要分布在很高等级，有效硼和水溶性氯主要分布在低和很低等级；⑤除pH外，5个年度的土壤有机质、交换性镁、有效锌、有效硼和水溶性氯样本的空间变异性较高。综上所述，在常规施肥管理模式下，昆明烟区植烟土壤酸碱度、有机质和交换性镁含量整体适宜，近年来有缓慢下降趋势；有效硼和水溶性氯含量整体偏低，均表现出一定的时空异质性。因此，基于昆明烟区常规施肥水平上，在注重提高有机肥和硼肥施用量，降低锌肥施用量的同时，应保持土壤交换性镁和水溶性氯的平衡。
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基于特征集成学习的四川省土壤厚度预测
2023,55(4):894-902, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.024
摘要：
以四川省土壤厚度预测为例，为农业生产与生态环境评价中土壤厚度空间分布图的编制提供方法支持。对比分析了随机森林、分位数回归森林、支持向量机、集成学习模型对连续型土壤厚度的预测精度，并提出了一种基于特征集成学习的土壤厚度类型预测算法。研究结果表明：①四川省土壤厚度具有较高的空间异质性，控制其空间变化的主要地形因子包括谷底平坦综合指数、高程与地形湿度指数；②四川省土壤厚度预测模型的决定系数为0.32~0.47，均方根误差为0.28~0.41 m；③面向连续型土壤厚度预测的集成模型具有较高的预测精度与稳健性，能够充分集成子模型的优势。特征集成学习能够有效集成并融合了连续型土壤厚度预测与离散型土壤厚度类型预测结果，通过减少方差来提高预测结果的稳健性。
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拉萨温性草原土壤原生动物群落对不同放牧强度的响应
2023,55(4):903-910, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.025
摘要：
探究土壤原生动物对拉萨河谷温性草原不同放牧强度的响应，可以动态监测草原生态系统的环境变化，为保护青藏高原草原生态环境提供科学依据。本研究选取5年围封的温性草原进行为期3年的放牧试验，于2018年9月采取不同放牧强度下的土壤样品进行土壤原生动物培养和鉴定（非淹没培养法、活体观察法）。结果表明：供试样地共鉴定出土壤原生动物46属，隶属于2门、12纲、21目和36科；不同放牧强度下的土壤原生动物主要类群为旋毛纲（Spirotrichea）；不同放牧强度下土壤原生动物多样性指数（H、E、C、M）无显著差异（P>0.05）；Jaccard相似性指数在极不相似到中等不相似之间；样地B3（禁牧）单独聚为一类，说明其空间异质性较大；全氮是影响土壤原生动物分布的主要环境因子，土壤湿度、速效钾、电导率等环境因子共同影响不同放牧强度下土壤原生动物物种组成和分布。
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厨余垃圾沼渣堆肥与化学改良剂对城市搬迁地土壤团聚体形成的影响
2023,55(4):911-917, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.026
摘要：
为改善城市土壤团粒结构，以上海典型搬迁地土壤为研究对象，通过室外培养试验，研究了不同用量厨余垃圾沼渣堆肥和化学改良剂分别单施以及混施对土壤水稳定性团聚体、团粒结构形成的影响。结果表明：20%、30%沼渣堆肥单施处理可显著增加搬迁地土壤0.5~1.0、1.0~2.0 mm粒径大团聚体以及0.106~0.25 mm粒径微团聚体质量分数（P<0.05），而显著降低<0.106 mm粒径微团聚体质量分数（P<0.05）。化学改良剂β-环糊精单施处理可显著增加土壤微团聚体总量（P<0.05）；3 kg/m3用量硫酸钙、氧化铁单施处理均可显著促进土壤大团聚体的形成（P<0.05）。沼渣堆肥和化学改良剂混施处理较单施处理显著增加土壤>2.0、0.25~0.5 mm粒径大团聚体质量分数（P<0.05），而降低<0.106 mm粒径微团聚体质量分数（P<0.05）。在沼渣堆肥处理中，以20%沼渣堆肥添加量对土壤团粒结构改良效果最佳；在化学改良剂处理中，以3 kg/m3硫酸钙处理对土壤团粒结构改良效果最佳，其次是3 kg/m3氧化铁处理。WG20+SMmix处理（20%沼渣堆肥+化学改良剂混施）对搬迁地土壤团粒结构改良效果最佳，团粒结构达19.03%，较CK（对照组）、SMmix（化学改良剂混施）、WG20（20%沼渣堆肥）处理分别提高了94.0%、73.5%和26.0%。
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云南红壤坡耕地烤烟生长季土壤养分迁移特征
2023,55(4):918-924, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2023.04.027
摘要：
为实现坡耕地土壤保育和可持续利用，探究了云南红壤坡耕地烤烟生长季土壤主要养分迁移特征。结果表明：红壤坡耕地剖面土壤pH、阳离子交换量（CEC）及主要养分含量随土层深度的增加线性降低，土壤容重则线性增加，碱解氮、有效磷和速效钾含量在30 cm土层以下变幅较小；随着烤烟生育期进程，剖面土壤化学性质均有不同程度的提高。红壤坡耕地烟田垄土和冲积土主要养分含量随坡位自上而下呈降低趋势，垄土降幅小于冲积土，且相同坡位土壤团聚体结构的有机质含量以垄土较高。红壤坡耕地不同坡位烟株生长特性表现为下坡位>中坡位>上坡位。总体上，云南红壤坡耕地土壤主要养分在耕作层（30 cm）以下下移潜力较弱，坡位因素会加速上坡位土壤贫瘠化。
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主编：颜晓元
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