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    专论与综述
    • 水库消落带碳氮输移转化研究进展

      李晓晴,王伟,操瑜,孙君瑶,李伟

      2021,53(5):881-889, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.001

      摘要:

      水库消落带处于水域生态系统与陆地生态系统的交错区域。受水库水位周期性涨落影响,消落带土壤和植物与水库水体间频繁发生碳氮物质交换转化。河流-水库碳埋藏及其温室气体排放是当前全球碳循环研究的热点问题,但当前消落带碳氮输移循环的研究仅关注植物、土壤或水体单个对象,未将消落带作为整体考虑其对河流-水库碳氮输移转化的贡献。本文从消落带物质向河流输移和转化两个方面综合评述了消落带土壤碳氮动态、植被碳氮输入、土壤侵蚀、消落带碳氮循环及温室气体排放,提出亟待开展消落带碳氮输入源追溯、土壤侵蚀和温室气体通量长期监测、基于同位素等技术明确消落带在水库碳氮输移转化中的贡献等方面的研究,以进一步系统明确碳氮元素在消落带和水体间的输移、水土界面的多途径生物地球化学循环转化过程,评估水库消落带在河流上、下游及河口碳氮输送转化中的作用。

    • 微生物影响稻田土壤中砷转化研究进展

      黄思映,杨旭,钱久李,黎华寿

      2021,53(5):890-898, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.002

      摘要:

      稻田砷污染是一个全球性环境问题。稻米是以其为主食的人群砷暴露的主要途径,稻米砷含量超标,会对动物和人体健康造成威胁。微生物是影响砷环境生物化学行为的重要角色,在植物-土壤-微生物系统的砷循环中发挥着重要作用。了解微生物对土壤-水稻系统中砷生物化学循环的影响,能够为稻田砷污染的有效治理提供理论基础。本文综述了砷氧化微生物、砷还原微生物以及砷甲基化微生物分别对砷氧化、还原和甲基化过程的影响(直接作用),并总结了微生物通过间接影响铁、硫的环境生物化学循环,进而影响稻田-水稻系统中砷的赋存形态及其转化与迁移过程的间接作用。最后,本文归纳了砷污染农田微生物修复技术的相关研究进展,并提出了研究展望。

    • 土壤硅藻研究进展

      张玉克,陈旭

      2021,53(5):899-906, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.003

      摘要:

      硅藻是水环境监测最常用的生物指标之一,相比而言,陆生硅藻的研究相对较少。硅藻作为土壤微生物的重要组成部分,在土壤生物地球化学循环中起到重要的作用。土壤硅藻的研究历史可分为:起步时期(20世纪10年代至50年代)、缓慢发展时期(20世纪70年代至90年代)和快速发展时期(21世纪初至今)。本文重点对土壤硅藻的生物多样性、地理分布特征及其生态环境指示意义进行了总结。目前文献中报道的土壤硅藻属种已超过300种,其中亚南极、波兰及卢森堡的硅藻物种多样性相对较高,土壤中发现的硅藻大致可以分为嗜酸、嗜碱和普适种3种类型。已有的研究发现硅藻对土壤的酸碱度、湿度、有机质含量等环境因子变化响应敏感,是潜在的有效生物指标。在建立土壤硅藻标准分析方法基础上,未来还需要加强土壤硅藻分类学、不同类型土壤间硅藻对比分析和全球土壤硅藻生物地理学研究,此外,还需关注硅藻在土壤生物地球化学循环中的作用。

    • 中国南方富铁铝化土壤土系建立进展

      欧阳宁相,张杨珠,盛浩,周清

      2021,53(5):907-915, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.004

      摘要:

      土壤基层分类单元划分,特别是土系建立是土壤系统分类的基础,也能直接为农业生产提供更详细的科学指导。富铁铝化土壤(砖红壤、赤红壤和红壤)在我国南方广泛分布,为了解其在中国土壤系统分类中的归属以及土系建立情况,本文综述了自2008年以来土系研究的相关成果,系统分析了富铁铝化土壤诊断层和诊断特性检索、高级分类单元归属以及基层分类单元建立现状,并展望了土系建立的发展方向:进一步细化土系划分和描述标准,加强新土系建立,加强新技术和新方法在土系建立中的应用,加大和扩展土系建立成果的运用,以为我国南方富铁铝化土壤系统分类研究提供参考。

    • 平面光极基本原理及其在土壤微观异质性研究中的应用

      冉洪芋,叶馨,朱晓艳,王钢,朱堃

      2021,53(5):916-928, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.005

      摘要:

      传统的土壤理化特性研究往往依赖于异位取样测定方法,样品采集过程通常会破坏土壤的原有结构,忽略了土壤的微观异质性,无法真实地反映土壤实时环境的高度异质性特点。近年来,具有微米级高分辨率的平面光极技术(planar optode)因兼具低扰动和实时原位监测等特性,在土壤生物地球化学过程相关研究中获得越来越多的关注和应用。平面光极基于发光传感原理,将特异性发光指示剂包埋在基质中制成传感膜,利用数字成像技术记录其二维特征发射光谱,通过指示剂发光信号的改变来实时反映溶质的动力学特征。该技术具有实时、原位检测、高分辨率、灵敏度高且仪器设备相对简单的特点,实现了对土壤O2、pH、CO2、NH4+等相关理化参数的实时动态监测。本文综合国内外最新研究,详细阐述了平面光极的系统组成、成像定量方法与特点及其局限,重点总结了平面光极在土壤微观异质性研究中的主要应用,最后对平面光极的发展方向及其在土壤学、农业环境等领域的应用提出展望,旨在为土壤学前沿研究和农业可持续发展提供技术支撑。

    研究报告
    • 低pH影响大豆和菜豆对氮素形态的响应

      黄亚楠,王登良,苏彦华

      2021,53(5):929-936, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.006

      摘要:

      通过室内水培试验,模拟了植株生长的缺氮、纯铵、纯硝3个不同氮素营养环境,研究了两种豆科作物(大豆和菜豆)幼苗生长对氮素及氮素形态的响应,同时对营养液pH进行了实时监测;在单一供铵的基础上,研究了在不同pH (pH 4.5,pH 6.5)下两种豆科作物对铵态氮的响应特征,并利用实时定量PCR技术,探究了植株体内的铵转运蛋白(AMT)基因对pH的响应规律;通过构建系统进化树、关键位点序列比对,对不同物种的AMT蛋白进行了生物信息学分析。研究结果表明:与缺氮处理相比,纯硝处理显著增加了大豆和菜豆的生物量,尤其是根系生物量,而纯铵处理下无显著变化;但是纯铵与纯硝处理下植株体内的氮积累量基本相同,且发现纯铵处理下营养液pH显著下降。通过控制纯铵处理的营养液pH,发现相比于pH 6.5,pH 4.5显著降低了两种豆科作物的生物量。进一步研究大豆体内主要铵转运蛋白基因的表达情况,结果显示,相比于pH 6.5,pH 4.5显著降低了大多数铵转运蛋白基因的表达量;生物信息学分析表明,大豆和菜豆的AMT在亲缘关系上高度相近,而与喜铵作物水稻的亲缘关系较远。本研究表明大豆和菜豆对铵态氮的吸收会导致根际环境酸化,从而限制植株生长,这为田间提高豆科作物的氮素营养提供了一个视角。

    • 水稻秸秆还田配施肥料对小麦产量和氮素利用的影响

      赵颖,周枫,罗佳琳,赵亚慧,王宁,于建光,薛利红,杨林章

      2021,53(5):937-944, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.007

      摘要:

      为了解高碳氮比秸秆还田与肥料施用对金坛地区小麦产量和氮素利用的影响,通过设置大田试验,研究了稻秸还田与肥料施用对麦季土壤养分、微生物生物量、作物产量和氮肥利用率的影响。结果表明:稻秸还田配施肥料能够提高土壤速效养分含量。单施肥仅显著影响拔节期微生物生物量碳,单施稻秸显著影响拔节期和抽穗期微生物生物量氮,稻秸还田和肥料施用的交互作用在拔节期显著影响土壤微生物生物量和微生物熵。单施肥、稻秸配施肥料处理的氮肥表观利用率分别为31%和37%,稻秸配施肥料后的氮肥农学利用率和偏生产力表明每公斤纯氮增产幅度约为6.86 kg籽粒。单施肥和稻秸配施肥料显著增加了小麦每穗粒数及千粒重,并且理论产量分别增加211%和319%,实际产量则分别增加119%和231%,而单施稻秸处理的实产却减产21%。综合分析认为,稻秸还田搭配肥料施用,能够保证当季土壤有效氮供应,促进土壤有机质转化为更易被微生物利用的形态,提高养分有效性,促进小麦对氮素的吸收利用,有利于每穗粒数和千粒重的增加,从而最终提高小麦的产量。。

    • 尿素与缓释尿素配施添加DMPP对砂姜黑土氮素转化的影响

      疏晴,王香琪,齐永波,穆静,张富源,朱荣,章力干,郜红建

      2021,53(5):945-951, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.008

      摘要:

      研究尿素与缓释尿素配施添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸(DMPP)对砂姜黑土氮素转化的影响,为田间速效与缓释氮的合理配施提供理论依据。采用室内恒温、恒湿培养试验方法,试验设不施肥(CK)、单施尿素(N)、单施缓释尿素(S)、60%尿素+40%缓释尿素(NS)、尿素+DMPP (ND)、缓释尿素+DMPP (SD)、60%尿素+40%缓释尿素+DMPP (NSD)共7个处理,通过测定不同处理土壤中不同形态氮素含量,探究添加DMPP在单施尿素、单施缓释尿素及尿素与缓释尿素配施上对土壤氮素转化的不同影响。ND处理在培养第1~35天内铵态氮含量均显著高于N处理,并有效延缓了铵态氮向硝态氮转化的时间。SD处理较之S处理在显著提高土壤中铵态氮含量的同时,也能有效抑制硝化作用,其硝化抑制有效作用时间在49 d左右,并且在此期间内能降低表观硝化率,提高硝化抑制率。与NS处理相比,NSD处理不仅能够显著提高土壤铵态氮含量,使铵态氮半衰期延长至18.6 d,硝化抑制率显著提高,表观硝化作用有效抑制时间延长了32 d左右。综合分析表明,尿素与缓释尿素配施添加DMPP在抑制氨氧化作用中效果明显,显著提高硝化抑制率,降低表观硝化率,有效延长了铵态氮在土壤中停留的时间,该措施为有效阻控农田氮素损失提供了科学依据。

    • 秸秆还田与氮肥运筹对土壤水碳氮耦合及作物产量的影响

      高日平,赵沛义,韩云飞,刘小月,杜二小,高宇,任永峰,李焕春,张鹏

      2021,53(5):952-960, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.009

      摘要:

      对比分析了氮肥习惯施用(FN)、氮肥习惯施用配合秸秆还田(FNS)、氮肥高量施用配合秸秆还田(HNS)、氮肥后肥前移施用(RN)、氮肥后肥前移施用配合秸秆还田(RNS)5种不同耕作措施对玉米农田土壤水分、碳氮、酶活性、微生物生物量及玉米籽粒产量的影响,并通过相关分析和通径分析进一步揭示土壤理化性质和生物学性质变化规律及其耦合效应,明确秸秆还田玉米地不同氮肥运筹方式下土壤水、碳、氮演变特征。结果表明:与不还田处理相比,秸秆还田处理可显著提高0~100 cm土层土壤水分含量,且秸秆还田与全膜垄沟栽培结合后(FNS、HNS、RNS),二者的协同效应较单一地膜覆盖(FN、RN)增强了土壤纳雨增墒能力,为秸秆的正常腐解提供了适宜的水热环境;秸秆还田下不同氮肥运筹处理较对照FN处理均可显著提高土壤有机碳和全氮含量,其中以RNS和HNS处理提升效果最显著,土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性以及微生物生物量碳、氮含量明显增加,表现为0~20 cm土层大于20~40 cm土层,FN处理和RN处理无显著性差异;土壤微生物生物量碳、氮含量与土壤酶活性和土壤有机碳、全氮含量呈显著或极显著正相关关系,且土壤微生物生物量碳、氮对土壤有机碳、蔗糖酶、全氮和过氧化氢酶变化较敏感,对土壤性质变化具有一定指示作用。在产量方面,秸秆还田处理FNS、HNS、RNS较对照FN处理分别提高5.30%、10.93%、11.41%,且氮肥的常量投入即可获得较高的氮肥偏生产力。综合土壤因子、玉米产量和氮素利用率来看,秸秆还田条件下可通过调整氮肥的后肥前移来平衡土壤碳氮收支,实现节本增产增效,同时提高氮肥利用率,其是内蒙古黄土高原地区一种节氮、稳产、增效的秸秆还田技术模式。

    • 不同基质生物有机肥防控番茄土传青枯病及促生效果研究

      杨天杰,王玉鑫,王佳宁,韦中,董彩霞,沈其荣,徐阳春

      2021,53(5):961-968, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.010

      摘要:

      利用功能菌株解淀粉芽孢杆菌配合不同原料的有机肥制备不同生物有机肥,研究其防控番茄土传青枯病以及促生的效果,并考察土壤养分及根际细菌群落的响应,以获得能够有效防控番茄青枯病的生物有机肥。本研究以解淀粉芽孢杆菌T-5为功能菌株,分别配合秸秆有机肥及鸡粪有机肥,经二次发酵分别制得秸秆生物有机肥(BIO1)和鸡粪生物有机肥(BIO2),并于江苏省南京市一处青枯病多发的番茄大棚进行试验。结果表明:两种生物有机肥均能显著降低番茄土传青枯病的发病率,且BIO1处理的防控效果最佳,使发病率降低了94.45%;两种生物有机肥均能显著促进番茄生长,增加番茄地上部生物量并提高产量,但对于番茄果实品质并无显著提升;BIO1处理可显著增加土壤有机质含量,BIO2处理则显著提高土壤pH;土壤有机质含量与番茄发病率呈负相关,与番茄地上部生物量和产量呈显著正相关关系;基于高通量测序结果,发现生物有机肥可显著提高根际细菌多样性,同时改变细菌群落结构;防控效果最好的BIO1处理中,变形菌门相对丰度最高,放线菌门相对丰度最低,土壤硝态氮和pH与这两个门水平的细菌类群具有显著相关性。可见,以解淀粉芽孢杆菌为功能菌株、秸秆为原料制备的秸秆生物有机肥可有效防控番茄土传青枯病,效果优于鸡粪生物有机肥。该生物有机肥还可显著促进番茄生长及产量提升,并通过调控根际细菌群落中变形菌门和放线菌门的相对丰度,提高土壤抑病能力,减少土传青枯病的发生。

    • 基于专利数据的连作障碍防治技术发展趋势分析

      陈香,梁林洲,李建刚,李汛,李卫民,沈仁芳

      2021,53(5):969-976, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.011

      摘要:

      连作障碍严重影响着作物的产量和品质,研发高效的连作障碍防治技术是实现集约化农业可持续生产的关键。基于incoPat科技创新情报平台,检索并分析2000—2019年国内外连作障碍防治技术的专利产出,对专利申请数量、技术构成、区域分布、主要申请人、法律状态等方面进行分析,以揭示国内外本领域的研发状况、技术发展趋势和产学研情况。结果表明:近年来,专利数量急剧增加;结合现代生物和材料等新兴技术发展,新的研发充分考虑了技术产品化和应用的结合;我国的专利申请机构多为企业和个人,高校和科研院所申请的专利转化率低,高校/科研院所与企业合作申请的专利数量少。技术的应用成为焦点,生物和材料新技术成果正引入技术研发;我国的产学研合作和专利技术质量亟需加强。

    • 稻茬高度影响轮作紫云英生长及还田效应

      周影,王琳,魏启舜,郭成宝,殷宏宝,周学珍

      2021,53(5):977-982, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.012

      摘要:

      在大田试验条件下,研究了水稻机械收割不同留茬高度(15、30、40 cm,分别表示低茬、中茬、高茬)对轮作紫云英生长、养分积累以及翻压还田后土壤养分、化学性状和微生物等的影响。结果表明:稻茬高度显著影响轮作紫云英生长、养分积累以及翻压还田效果。紫云英单位面积株数随留茬高度的降低而显著减少;除单株分枝数外,植株株高、茎粗、单株鲜、干重均表现为高茬处理>中茬处理>低茬处理,高、低茬处理间差异显著或极显著。产草量受稻茬高度影响明显,单位面积鲜、干草产量均随稻茬高度的降低而显著减少,高茬处理的紫云英鲜、干草产量均最高,分别达到19.22 t/hm2和3.27 t/hm2,较低茬处理每公顷增加15.21 t和2.53 t。不同稻茬高度处理的紫云英植株碳及氮、磷、钾含量无显著差异,植株养分积累量则随稻茬高度增加而显著增加,各养分积累量变化趋势一致;不同处理紫云英翻压还田后土壤pH变化差异不显著,但均较试验前略有上升;土壤电导率则表现为高茬处理大于中、低茬处理,处理间差异极显著;翻压后土壤养分变化差异较大,各养分含量均表现为随水稻留茬高度降低而减少的趋势,高茬处理土壤的有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较低茬处理增加41.51%、27.35%、34.96%、68.78%、82.12%。不同处理紫云英翻压还田后,土壤可培养微生物数量存在差异。三大类微生物细菌、真菌、放线菌的数量均以高茬处理最高,除放线菌外,差异均达显著水平,其中,对细菌数量的影响最为明显,高茬处理极显著大于中、低茬处理,中、低茬处理间差异显著。综上,水稻留高茬(茬高40 cm)轮作紫云英可获得较高的生物量和养分积累,翻压还田后土壤培肥效果显著优于中、低茬(茬高≤30 cm)收割的处理。

    • 减施化肥与不同有机肥配施对稻季土壤细菌群落结构的影响

      王娟娟,朱紫娟,钱晓晴,王桂良

      2021,53(5):983-990, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.013

      摘要:

      为了研究减施化肥配施不同有机肥对稻麦轮作体系稻季土壤细菌群落结构的影响,采用Illumina高通量测序技术比较了单施化肥及减施化肥配施菜籽饼肥和蚯蚓粪肥3种施肥模式下稻季不同土层土壤环境因子、细菌群落结构变化特征。结果表明:与单施化肥相比,减施化肥配施有机肥显著提高各土层土壤有机质含量和电导率,其中配施菜籽饼肥土壤增幅较大;显著增加各土层土壤氮、磷、钾养分含量,其中配施蚯蚓粪肥土壤速效氮、磷、钾养分含量较高。减施化肥配施有机肥提高土壤细菌Sobs指数和Shannon指数;前三位优势菌门,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度分别达36.24%、18.30%、13.87%;减施化肥配施有机肥对相对丰度小于1%的菌门影响较大。0~5 cm土层土壤细菌群落结构主要受土壤pH和全磷影响;5~10 cm土层土壤细菌群落结构主要受土壤电导率、全磷和pH影响;10~15 cm土层土壤细菌群落结构主要受土壤全氮和pH影响。因此,减施化肥配施有机肥主要通过改变土壤理化性质进而影响土壤细菌群落结构,特别是稀有菌群。

    • 不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌多样性及群落结构的影响

      栾璐,郑洁,程梦华,胡凯婕,孔培君,蒋瑀霁,孙波

      2021,53(5):991-997, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.014

      摘要:

      为明确不同秸秆还田方式下土壤细菌群落结构变化特征,以南方典型旱地红壤为研究对象,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站玉米单作系统不同秸秆还田方式的长期试验,利用高通量测序明确了不同秸秆还田方式对土壤细菌多样性及群落结构的影响。结果表明:①秸秆还田对土壤肥力提升显著,以秸秆猪粪配施(NPKSM)处理提升效果最佳;②常规化肥处理(NPK)对细菌多样性无显著影响,但秸秆还田(NPKS)、秸秆猪粪配施(NPKSM)以及生物质炭(NPKB)处理均显著提升土壤细菌多样性;③土壤有效磷和有机碳变化是影响细菌多样性指数的主要因素,而速效钾、pH、全磷以及全氮均显著驱动细菌群落结构变异。研究结果从培育红壤肥力和增加微生物多样性的角度,为农业生态系统生物功能和土壤健康的协同提升提供了科学依据。

    • 不同施肥处理对植烟土壤细菌群落的影响

      王珏,杜琴,彭双,林先贵,王一明,李军营,戴勋,谢新乔

      2021,53(5):998-1007, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.015

      摘要:

      应用定量PCR技术和高通量测序技术研究施用有机肥(YJ)、有机无机肥(YW)和无机肥(WJ)3 a后土壤理化性质和细菌群落结构、数量和功能的变化。结果显示不同施肥处理下,土壤理化性质发生改变,其中WJ和YJ处理降低了土壤pH,但YJ处理能显著提升土壤有机质含量,而YW处理在维持土壤pH的同时提高土壤速效养分和有机质含量。土壤细菌数量、群落结构和功能也相应地发生变化,YJ和YW处理土壤中的细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于WJ,YW处理的土壤细菌群落alpha多样性最高。主坐标分析和ANOSIM检验进一步表明,影响土壤细菌群落结构的最主要因素是土壤pH。此外,施肥3 a后土壤中部分益生菌相对丰度也发生明显的变化,YW处理土壤中Gemmatimonadaceae、Micrococcaceae和Haliangiaceae等植物促生菌的丰度显著较高,YJ处理土壤中Intrasporangiaceae、Xanthomonadaceae、Chitinophagaceae、Burkholderiaceae等具有固氮或生防功能的细菌丰度较高,YW和YJ处理均增加了固氮菌Rhizobiaceae的丰度。细菌群落结构的改变进一步影响了细菌群落的功能,YW处理显著增加了土壤细菌群落的硝化功能。本研究结果可为烟叶生产中合理施肥提供科学依据。

    • 湘南典型植烟土壤养分供应及烟株吸收特征

      张静,靳志丽,王兴祥,周志高

      2021,53(5):1008-1014, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.016

      摘要:

      养分是烤烟生长与烟叶品质形成的基础,为探究烤烟大田生育期间土壤养分供应、烟株养分吸收以及两者匹配情况及其与烟叶品质的关系,本研究测定和分析了湘南目前施肥模式下典型植烟土壤速效养分含量(铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾)、表观肥料养分利用率、烟株养分吸收以及有关烟叶品质指标,并监测了烤烟大田生育期间的气候条件及土壤温湿度变化状况。结果表明:①施氮总量较高(183 kg/hm2),且基施氮量占比高(48.4%),烤烟大田生育前期(0~36 d)土壤速效养分丰富,但烟株生长较慢,导致当季肥料养分利用率不高;②最后一次追肥时间(43 d)偏晚,使得后期烟株脱氮困难,造成顶叶和上二棚叶烟碱含量过高,还原糖含量偏低;③早春低温是烤烟大田生育前期烟株生长缓慢的重要影响因子。针对目前施肥模式与烟株养分需求不匹配问题及其主要影响因素,提出减施基肥、适时适量追肥的优化施肥模式以及应用控缓释肥料、促生微生物、高效多功能叶面肥和施加外源碳等对策。

    • 磁性黏土颗粒对污染土壤中镉去除作用的初步研究

      贠豪,李远,杨帅,邱炜,刘国明,朱侠,司绍诚,骆永明

      2021,53(5):1015-1022, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.017

      摘要:

      本研究使用了一种毫米级磁性黏土颗粒吸附材料测试其对土壤Cd的去除性能,材料记为巯基改性凹凸棒@沸石(MSAZ)。通过对不同类型人工模拟Cd污染土试验表明,材料最佳施用量为MSAZ与土壤质量比1:5,此时在人工模拟污染红壤中0.43 mol/L HNO3提取态Cd的单次材料施用去除率高达95%,在人工模拟的棕壤和黑土也可达75%~80%。通过对实际的Cd高背景旱地土壤和Cd污染水稻土的去除试验表明,MSAZ对这两种土壤中0.43 mol/L HNO3提取态Cd的首次施用去除率均约40%;经过5次重复利用后,MSZA对污染水稻土中0.43 mol/L HNO3提取态Cd的累积去除率可达98%,并且该材料依然保持着85%的吸附能力,回收率仍高于80%。本研究的磁性黏土颗粒具有较强的土壤Cd去除性能和应用潜力,可为农田土壤Cd污染的原位修复提供材料及技术支持。

    • 苏南典型区农田土壤硒-镉拮抗作用研究

      范健,任静华,廖启林,葛礼强,徐宏婷,崔晓丹,李文博,汪子意

      2021,53(5):1023-1032, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.018

      摘要:

      以苏南典型区2 027套稻米-土壤样品的Se、Cd含量及其相关元素地球化学数据为基础,通过元素相关性统计分析及生物富集系数等分布特征研究,探讨了农田土壤中Se与Cd的拮抗作用及其控制因素。结果表明:①土壤中Se和Cd含量分布共消长特征明显,两者之间具有显著正相关性,相关系数为0.87;②有关岩石、陶瓷原料、河泥等均可成为农田富集Se、Cd的物质来源,且多为富Cd强于富Se,只有源于富硒岩石的富硒土壤才可排除Cd污染干扰,出产天然富硒食品;③稻米Se与Cd的生物富集系数多介于0.1~0.8,土壤偏碱性有利于稻籽吸收Se,偏酸性则有助于稻籽吸收Cd,受土壤Se、Cd同富集的影响,富硒米与镉超标大米可共存;④土壤富Se抑制稻米Cd吸收是有条件的,当土壤Se含量>0.4 mg/kg、总有机碳含量>15 g/kg时,稻米Cd含量与土壤Se含量、稻米Cd生物富集系数与土壤Se含量之间均存在显著负相关性,相关系数分别为-0.74、-0.56;土壤pH与稻米Cd生物富集系数、土壤总有机碳含量与稻米Se生物富集系数之间也存在显著负相关性,其相关系数分别为-0.79、-0.65。

    • 复合改良剂对盐碱土改良及植物生长的影响

      唐雪,尚辉,刘广明,姚宇阗,张凤华,杨劲松,周龙祥,储睿

      2021,53(5):1033-1039, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.019

      摘要:

      为探寻更加高效的复合型改良剂,以为盐碱地改良与合理利用提供参考,通过田间试验,探讨了脱硫石膏、黄腐酸钾和稻壳3种物料不同配比施用对盐碱土理化性质及植物生长的影响,筛选最佳复合物料添加比例。结果表明:与对照组相比,不同物料配比处理下0~20和20~40 cm土壤pH均有显著降低,分别降低了3.1%~9.0%和4.1%~8.5%;0~20 cm土层的土壤盐分含量也显著降低,土壤中HCO3-、Cl-、Na+含量分别降低了6.1%~39.4%、18.0%~34.1%和2.7%~33.6%,其中稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2和15-0.4-9 t/hm2时对HCO3-、Cl-、Na+降低效果最为明显;不同物料配比复合改良剂均能提高土壤有机质、碱解氮、有效磷含量与景天植株生物量,与对照组相比,有机质增加了3.0%~45.8%、碱解氮增加了16.1%~111.8%、有效磷增加了59.5%~154.8%、景天生物量增加了7.1%~47.6%。效应综合评价的主成分分析结果表明,稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2是滨海盐碱土最适宜的生物化学复合改良剂组分。

    • 一种通用型土壤有效元素高效提取方法及应用

      刘慧,董颖,王玉军,俞元春,姜军,徐仁扣

      2021,53(5):1040-1047, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.020

      摘要:

      Mehlich 3(M3)方法可同时提取土壤中P、K、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Mn、Cu等多种元素的有效态,也同时适用于钙质土、火山灰土、高度风化土等各类土壤。但是由于硝酸铵(NH4NO3)为管制化学品,不易获取,应用M3方法测定土壤有效元素含量时受到极大限制。因此,本研究用另一种易获取的惰性电解质NH4Cl替代NH4NO3,评价NH4Cl替代NH4NO3的M3法(NH4Cl-M3法)适用性。Pearson相关分析结果表明,用NH4Cl-M3法测得的30种土壤有效P、速效K含量与M3法测定结果呈极显著正相关,其决定系数(R2)分别为0.99(P=2.31×10-55n=60)和0.98(P=1.52×10-49n=60)。同时,NH4Cl-M3法和M3法测定的有效Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Mn、Cu含量极显著相关,R2值分别为0.98,1.00,0.99,0.96,0.99,0.95和0.94。NH4Cl-M3-P与酸性、中性和碱性土壤的Bray-P和Olsen-P极显著相关,R2分别为0.97和0.91(P=1.42×10-15、1.00×10-21n=20、40)。同时,利用NH4Cl-M3法测定酸性改良土壤有效P含量,发现其得到显著提高。因此,NH4Cl-M3法可作为测定各种土壤,以及改良土壤中有效P、速效K和其他金属元素有效态含量的通用方法。

    • 基于文献计量分析的土壤表面电化学发展脉络研究

      赵楚,白义鑫,刘树西,盛茂银

      2021,53(5):1048-1056, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.021

      摘要:

      为了全面深入了解全球土壤表面电化学研究进展及发展趋势,本文基于Web of Science核心合集数据库并利用其自带的分析工具和Citespace可视化分析软件,从该学科的发文量及时间特征、合作研究空间特征、共现网络特征、共被引图谱和发展特征5个方面对1995—2019年发表的土壤表面电化学文献进行计量分析。结果表明:美国、中国和法国在本领域的发文量居前三,而中介中心性则表明法国、美国和英国位列三甲,我国位于第六位且表现出上升趋势。基于引文的突发性关键词检测表明“阳离子交换(cation exchange)”、“系统(system)”和“络合作用(complexation)”是近十年来的研究热点;文献共被引聚类分析表明生物质炭对土壤改良、黏土层间电荷与罗丹明6G的相互作用、表面电位变化对胶体吸附解吸影响是领域内的研究重点;生物质炭对土壤的改良、带电粒子在双电层中的相互作用机制、土壤黏土矿物表面的水动力特征是本领域研究的前沿问题。

    • NaCl含量对风沙土盐结皮特性及其抗风蚀性能的影响

      付小磊,李诚志,李胜辉

      2021,53(5):1064-1071, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.023

      摘要:

      土壤盐结皮能够抑制水分蒸发,减少地表粉尘释放,在干旱区生态环境中具有十分重要的作用。为了获得干旱或半干旱区风沙土盐结皮的合理盐溶度,选取新疆塔克拉玛干沙漠东部风沙土为试验土壤,分别加入0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%和7.0%(盐占混合物的百分比)的NaCl进行盐结皮试验,测试盐结皮的强度和韧性。利用电镜观察盐结皮微观结构,分析NaCl盐溶度对结皮抗压强度以及其抗风蚀性能的影响。试验结果表明:NaCl含量对风沙土结皮抗压强度和韧性有较大影响,随着NaCl含量的增加盐结皮的强度和韧性均呈先增加后降低的特殊现象;但盐结皮的抗压强度峰值和韧性峰值不同步,NaCl含量3.0%时,盐结皮韧性达到峰值;NaCl含量4.0%时,盐结皮的抗压强度才达到峰值。盐结皮表观和微观结构显示,盐含量大于4.0%后结皮盐晶体出现盐斑聚集,这种盐晶体聚集导致盐结皮不均匀,进而导致盐结皮抗压强度复杂变化。

    • 土壤与地表水体空间分布格局的交互关系研究

      段金龙,张戈,任圆圆,张学雷,李卫东

      2021,53(5):1072-1080, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.024

      摘要:

      以中国中部典型农业区的土壤和地表水体数据为例,基于改良的土壤多样性计量方法计算并统计了1 km网格尺度下的土壤类型个数、土壤构成组分多样性、土壤空间分布多样性和地表水体空间分布多样性等多类数据指数,探索了区域土壤与地表水体在地理空间分布格局上的内在联系。结果表明:①研究区内最具代表性土类潮土和褐土(两者面积加和占研究区总面积85%,两者空间分布多样性均大于0.8)的空间分布格局与区域地表水体的空间分布格局之间存在数据联系,回归分析中的判定系数R2大于0.5,这与水要素在两种土壤类型成土过程中所起的作用密切相关。②研究区面积的增加一般会造成地表水体对区域内土壤类型数量的影响作用减弱。与其他成土因素相比,水要素在土壤形成中影响作用的重要程度与研究尺度的大小有关。③基于资源地理空间分布离散性分析的土壤多样性计量方法及理论为水、土等不同资源类型的空间分布格局评价及其交互关系研究提供了理论及数据支持。

    • 城镇搬迁地土壤厚度划分与案例研究

      于全波,张浪,黄绍敏,梁晶,韩继刚,王小涵

      2021,53(5):1081-1086, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.025

      摘要:

      为确定城镇搬迁地绿化有效土壤厚度,通过对比城镇搬迁地原地土壤和传统农业土壤的差异,基于土壤、杂填土、建筑垃圾和土体等基本概念,对城镇搬迁地土壤厚度进行了定义;基于建筑垃圾层位置和园林绿化种植土相关标准定义了城镇搬迁地绿化有效土壤厚度的内涵;并以上海市世博文化园和三林楔形绿地建成前城镇搬迁地为例进行了土壤厚度划分方法的应用。结果表明:城镇搬迁地土壤厚度是城镇搬迁地内土壤剖面所有的土壤物质层厚度之和;城镇搬迁地绿化有效厚度为在城镇搬迁地中位于地下水之上、自身理化性质符合或者经过改良后符合地方规定的园林绿化种植土标准的土壤物质层厚度。上海市世博文化园建成前城镇搬迁地土壤厚度为2.4~4.5 m,但由于土壤理化性质不符合园林绿化用土标准,绿化有效土厚为零,绿化种植土均需采用客土。三林楔形绿地建成前城镇搬迁地土壤厚度大于1 m,土壤经过改良均可作为园林绿化种植土。但由于地下水层的存在,城镇搬迁地绿化有效土厚为1 m。因此,城镇搬迁地绿化有效土壤厚度划分方法可为城镇搬迁地原地土壤和客土用量的快速估算提供科学依据。

    • 基于多时相遥感影像和随机森林算法的土壤制图

      陈荣,韩浩武,傅佩红,杨雨菲,黄魏

      2021,53(5):1087-1094, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.026

      摘要:

      获取准确的土壤-环境关系是数字土壤制图的关键,目前遥感影像已作为环境因子应用于土壤-环境知识的建立过程,但单幅遥感影像所包含的光谱信息差异难以将不同土壤类型区分开来。因此本文提出了一种基于多时相遥感影像的土壤制图方法:选取红安县滠水河流域为研究区,以母质类型图、等高线数据和多时相哨兵二号遥感影像为基础,提取与土壤形成有关的环境因子,通过随机森林算法获取土壤-环境关系,预测研究区各土壤类型的空间分布并成图,利用野外实地分层采样点验证推理图的精度。结果表明:推理土壤图总体分类精度高达86%,与原始土壤图对比,各土壤类型的空间分布具有一定相似性,展现了更为详细的空间细节信息,该研究成果可为更新土壤图工作提供新方法。

    研究简报
    • 便携式顶空-气相色谱质谱联用仪测定土壤中四氢噻吩

      舒木水,贺佳欣,淡默,尤雅楠,丁玎,王昱,周芃垚,姚伟,纪晓慧

      2021,53(5):1095-1100, DOI: 10.13758/j.cnki.tr.2021.05.027

      摘要:

      四氢噻吩常用作燃气的气味添加剂,用以追踪燃气的泄露。为建立一套便携式顶空-气相色谱质谱联用法(HS-GC/MS)检测土壤中四氢噻吩的浓度,采用正交试验对顶空进样条件(平衡温度、平衡时间和进样压力)和气相色谱质谱检测条件进行了优化。结果表明:顶空进样的最佳条件为平衡温度80℃,平衡时间20 min,进样压力100 kPa;便携式气相色谱质谱联用法(GC/MS)的升温程序为:初始柱温60℃,保持2 min,以10℃/min的速率升至90℃,保持4 min,然后以20℃/min的速率升至200℃,保持10 min。在最佳条件下,方法的检出范围为0.005~10.000 mg/kg,不同浓度四氢噻吩的加标回收率为82.4%~98.5%,日内和日间精密度相对标准偏差为4.6%~7.5%,所建方法快速高效、重复性好,可用于土壤中四氢噻吩现场快速检测。

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期刊介绍

主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院南京土壤研究所

主编:颜晓元

地址:南京市北京东路71号

邮政编码:210008

电话:025-86881237

邮箱:soils@issas.ac.cn

国内统一刊号:CN 32-1118/P

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