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2023年  第54卷  第5期

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研究报告
西辽河平原两种常见土壤颗粒中黏土矿物的组成特征
李丰义, 宋桂云, 张庆昕, 范富
2023, 54(5): 1009-1016. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022080503
[摘要](139) [HTML] (22) [PDF](71)
摘要:
  目的  土壤是由大小和形态各异的颗粒构成,各级颗粒包含丰富的黏土矿物演化信息。明确西辽河平原黏土矿物组成及演化特征有助于了解该地区土壤发育程度及肥力状况,为当地土壤资源合理利用提供理论依据。  方法  以西辽河平原分布较多的栗钙土和盐碱土为研究对象,采集表层土壤并分离不同粒级的土壤颗粒(< 2、0.45 ~ 2、0.1 ~ 0.45 μm),利用X射线衍射(XRD)和化学分析等方法研究黏土矿物组成及相关土壤指标。  结果  XRD分析结果表明,西辽河平原栗钙土和盐碱土的黏土矿物均以伊利石-蛭石-绿泥石为主,栗钙土中伴有少量高岭石和伊/蒙混层矿物,而盐碱土中含有少量高岭石、蒙脱石和1.4 nm过渡矿物;随粒径减小,栗钙土和盐碱土颗粒中绿泥石、高岭石、蒙脱石(伊/蒙混层矿物)和1.4 nm过渡矿物含量均减少,伊利石和蛭石含量增加;伊利石结晶度在栗钙土、盐碱土以及不同粒级的土壤颗粒中也存在明显差异。盐碱土中伊利石结晶程度较栗钙土弱。随粒径减小,栗钙土和盐碱土中伊利石结晶程度均变弱。化学分析结果表明,西辽河平原盐碱土中Na2O的含量明显高于栗钙土,栗钙土和盐碱土颗粒的风化程度均随粒径减小而增加。  结论  化学组成和风化程度的差异导致研究区黏土矿物类型存在从伊利石向蒙脱石过渡的趋势。
第三次全国土壤普查外业调查采样质检分析与建议
吴克宁, 郝士横, 赵煜炜, 马金亮, 吴香源, 张路遥
2023, 54(5): 1017-1022. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022122101
[摘要](247) [HTML] (15) [PDF](51)
摘要:
从第三次土壤普查外业采样质量监督检查角度入手,以华北区为主,结合资料检查与现场检查案例,分析试点县外业样品采集工作的共性问题。包括点位布设、调查采样、选项设置、土壤分类、剖面描述、填报信息、内部自检、关联信息八个方面。建议注重外业采样培训的土壤发生分类理论与应用性、加强布点的时效性与代表性、提高土壤理化生性状的调查联动性、保证环节的衔接性与覆盖性、提升终端的便利性与交流性、保障剖面采样人员的专业性与资格性等,以期更好地总结试点经验,为明年全面铺开的土壤普查外业采样工作提出参考依据,避免出现同类问题。
兰州市耕地养分综合评价及其影响因素研究
张妍娥, 杨鹏, 马延龙, 康乐, 张利瑞, 王泉灵, 张松林
2023, 54(5): 1023-1031. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022042402
[摘要](100) [HTML] (16) [PDF](35)
摘要:
  目的  综合评估兰州市耕地土壤养分水平,摸清其分布特征,探明其影响因素,进而提出施肥建议。  方法  采集了兰州市五个县区618份耕地土样,测定其有机质、全氮、速效钾、有效磷含量以及土壤pH值,采用主成分分析法对其土壤养分进行综合评价,以地理加权回归模型(GWR)分析土壤养分综合水平的影响因素。  结果  ① 研究区耕地土壤偏碱性,有机质和全氮含量普遍偏低,速效钾含量较丰富,有效磷含量高低不均。② 研究区耕地土壤养分综合水平以低等级为主,占研究区耕地总面积的50.46%,其次是中等和极低等级,分别占耕地总面积的29.61%和19.30%,高等级地极少,仅占比0.63%。养分综合水平主要限制因素为有机质和全氮含量。③ 研究区耕地土壤养分综合水平偏低且受海拔高度和年均气温因素的影响程度较大。  结论  研究区耕地土壤养分分布不均且综合养分水平偏低,综合养分水平主要受海拔高度和年均气温因素的影响,建议根据土壤营养元素丰缺、综合养分水平和作物生长需求平衡施肥。
陕北六道沟流域地形破碎区土壤水分时空分布及其预测
董爽, 贾玉华, 樊向国, 潘永杰
2023, 54(5): 1032-1040. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022051102
摘要:
  目的  为深入理解陕北黄土高原土壤水分时间动态特征及空间模式时间稳定性,探索代表点位预测土壤储水量和干层平均状况的可靠性。  方法  在神木六道沟流域选择一典型地形破碎区,自2014年10月至2017年7月开展土壤水分长期跟踪监测。  结果  ①观测期内,夹心式干层厚度和夹心式干层内土壤含水量分别变化于20 ~ 760 cm和6.43% ~ 10.73%之间,表现出夹心式干层随时间发育的复杂性。②土壤储水量、干层厚度和干层内土壤含水量斯皮尔曼等级相关系数均值分别为0.94、0.95和0.90,表明研究区土壤储水量及干层空间模式具有强烈的时间稳定性。③通过土壤储水量及干层时间稳定性特征分析判定,点位A5、C1和C2分别可作为预测研究区土壤储水量(R2 = 0.88)、干层厚度(R2 = 0.74)和干层内土壤含水量(R2 = 0.56)平均状况的代表点位。相比而言,利用土壤储水量和干层厚度代表点位预测结果精确度更高。  结论  在黄土高原地形破碎区利用代表点位预测土壤水分时空分布的方法是可行的,科学调控土壤水库可在一定程度上缓解土壤干层的形成与发展,为区域土壤干层的恢复提供了可能性。
散水介质滴灌龟裂碱土水盐运移规律
黄鹏飞, 康跃虎, 万书勤, 李晓彬, 黄艳丽, 刘春成
2023, 54(5): 1041-1049. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022082401
摘要:
  目的  探究散水介质滴灌条件下龟裂碱土水盐运移规律。  方法  室内设置土柱试验研究散水介质滴灌条件下龟裂碱土水分、电导率和pH的变化规律。  结果  一维垂直入渗条件下散水介质滴灌较定水头入渗水分扩散速率更快,稳定入渗阶段散水介质滴灌垂直湿润峰扩散速率提高了50.3%,两种灌溉方式水盐分布规律基本一致。二维条件下垂直方向湿润峰扩散速率高于水平方向,水分再分布过程中以散水介质和龟裂碱土界面处碱土表层土壤为中心向外扩散;散水介质水平距离10 cm时,相邻灌水器形成的湿润体在96 h逐渐搭接整体向外淋洗盐分;电导率 < 2 dS m−1的脱盐区pH < 9,电导率介于2 ~ 4 dS m−1的脱盐区土壤pH值较原土逐渐降低,脱盐区边缘电导率介于4 ~ 10 dS m−1,pH值显著高于原土,积盐区边缘pH值较原土略下降。  结论  散水介质滴灌能够显著增加龟裂碱土的水分入渗速率,并在灌水器下方快速形成脱盐区,脱盐初期土壤碱化现象明显且与脱盐程度密切相关,生产实践中应采取相应的措施避免pH值过高影响植物生长。
自然和人为因素对耕地土壤有机质含量影响的研究
李洪义, 贺任彬, 谢模典, 习梦琴, 刘玉婷, 邓婉茗, 王俊婕, 胡碧峰, 陈颂超, 史舟
2023, 54(5): 1050-1059. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022070101
摘要:
  目的  以江西省泰和县为研究区域,揭示县域尺度耕地土壤有机质(SOM)的空间分布规律。  方法  设计覆盖整个泰和县耕地的采样网络,采集361个表层(0 ~ 20 cm)土壤样品。使用普通克里格插值法探究研究区耕地土壤有机质含量的空间分布特征,利用随机森林模型结合经典统计方法探究泰和县耕地土壤有机质空间分异的主要影响因素。  结果  研究区耕地土壤有机质含量均值为31.05 g kg−1,处于较丰富水平,表明泰和县耕地土壤肥力水平较好。泰和县耕地土壤有机质具有中等程度的空间自相关性,具有中部低、东西高的空间分布特征。秸秆还田和海拔是耕地土壤有机质含量的主要影响因子,解释率为56.37%和18.73%。土壤pH、成土母质、施肥量和灌溉能力对土壤有机质含量也具有显著影响,解释率分别为9.66%、9.47%、6.76%和5.45%。  结论  采取秸秆还田、合理施用石灰和完善排水设施等田间管理措施可以有效提高耕地土壤有机质含量,改善土壤保肥固碳能力,对促进农业可持续发展,助力实施国家“碳达峰”和“碳中和”战略具有重要价值和意义。
典型稻田红壤发生层团聚体稳定性及有机碳的含量变化
樊慧琳, 张佳敏, 李欢, 牛犇, 王艳玲
2023, 54(5): 1060-1070. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022060603
摘要:
  目的  探究土壤团聚体组成及其稳定性对土壤有机碳(SOC)的储存与周转的影响机制。  方法  以江西鹰潭孙家典型红壤小流域内不同坡位稻田红壤发生层土壤为研究对象,分析了机械稳定性团聚体(MSA)、水稳定性团聚体(WSA)比例及其有机碳含量、团聚体破碎率(PAD)、平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(GMD)及分形维数(D)等指标的剖面变化差异,并借助于结构方程模型(SEM)探讨了各指标间的相关关系。  结果  不同坡位稻田红壤各发生层的MSA比例以10 ~ 5 mm所占比例最高(27.6% ~ 87.6%),而< 0.25 mm所占比例最低(1.59% ~ 15.3%);以< 0.25 mm WSA所占比例最高(3.06% ~ 70.1%),5 ~ 2 mm WSA所占比例最低(0.17% ~ 20.4%)。稻田红壤发生层中团聚体碳(SOCa)均随着土壤发生层深度的增加先迅速降低后缓慢降低;其中,2 ~ 0.25 mm SOCa对SOC的贡献率(7.53% ~ 76.7%)显著高于其它粒级团聚体。PAD、MWD、GMD及D均随发生层深度增加先降低后缓慢增加,但随坡位降低显著增加。SEM分析结果表明,土壤pH、游离铁铝氧化物含量及WSA比例是影响稻田红壤SOC的重要因子。  结论  孙家小流域内典型稻田各发生层团聚体稳定性及有机碳含量主要受土层深度及坡位的共同影响,即发生层深度的增加使团聚体稳定性及有机碳含量显著降低,这一结果可以为坡耕地稻田剖面有机碳库管理提供科学依据。
施入生物炭对热带农田土壤团聚体组成及碳氮含量的影响
李晨, 陈明婉, 金鑫, 袁赫奕, 兰超杰, 李长江, 李昌珍
2023, 54(5): 1071-1079. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022051003
摘要:
  目的  利用田间试验,从土壤团聚体角度入手,着力探究不同生物炭施入量对热带农田的改良效果,以提高土壤质量。  方法  试验采用花生壳生物炭,施入量分别为10 t hm−2(P10)、20 t hm−2(P20)、40 t hm−2(P40)和60 t hm−2(P60),以不施入生物炭(CK)为对照,共计5个处理。在施入生物炭一年后,取0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm土壤测其团聚体组成和土壤有机碳、全氮含量。  结果  生物炭施入显著增加了10 ~ 20 cm土层2 ~ 1 mm和20 ~ 30 cm土层 < 0.25 mm粒径团聚体含量,同时,显著增加了10 ~ 20 cm土层团聚体稳定性;生物炭施入使原土和各粒径团聚体有机碳和全氮含量有不同程度提升,在P40和P60处理下提升效果最明显;生物炭施入增加了10 ~ 20 cm土层2 ~ 1 mm粒径团聚体有机碳和全氮贡献率;P60处理增加了0 ~ 10 cm和10 ~ 20 cm土层几乎所有粒径团聚体和原土C/N;生物炭施入量、土层深度及其交互作用对土壤团聚体稳定性、团聚体组成、团聚体有机碳和全氮含量有显著影响。  结论  施入生物炭可显著提高10 ~ 20 cm土层土壤团聚体稳定性,施入40 t hm−2和60 t hm−2生物炭时对土壤团聚体有机碳和全氮含量提升效果最明显。因此施入40 t hm−2以上生物炭时可以有效改良热带农田土壤,提高土壤质量。
三峡库岸带土壤净氮矿化的温度敏感性及驱动因子
刘丹, 张祥梅, 余卓霖, 杨晓霞, AMIT Kumar, 于志国, 聂青玉
2023, 54(5): 1080-1088. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022060401
摘要:
  目的  三峡库岸带土壤氮矿化过程对三峡水库水体富营养化及生态安全影响显著,明确三峡库岸带土壤净氮矿化对温度升高的响应和驱动因子。  方法  在整个三峡库岸带分9个断面,分别采集消落区(高程145 ~ 155 m、155 ~ 165 m、165 ~ 175 m)和非淹水区(高程175 ~ 185 m)共108个表层土样,在15、22、29和36℃ 四个温度下培养28 d,测定培养前后土壤铵态氮、硝态氮含量变化,计算净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率及其对温度升高的响应。  结果  在四个温度下三峡库岸带土壤净硝化速率、净氮矿化速率均与高程显著正相关(P < 0.05),而净氨化速率在高程之间无显著差异(P > 0.05);总体上,三峡库岸带净氮矿化速率的温度敏感性(Q10)在0.62 ~ 3.21之间,且消落区比非淹水区土壤净氮矿化对升温更加敏感。降雨是消落区和非淹水区Q10变化的共同驱动因子;此外,消落区Q10与高程、pH值、年均降水量、微生物生物量碳(P < 0.05)以及到三峡大坝的距离呈显著负相关(P < 0.01)。  结论  在未来气候变暖条件下,与非淹水区相比,预期将有更多消落区氮素通过矿化途径进入水体,进而增加三峡水体营养负荷。
坡耕地红壤生物有效性磷组分的剖面变化特征
李欢, 樊慧琳, 张佳敏, 张利生, 王艳玲
2023, 54(5): 1089-1097. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022061201
摘要:
  目的  分析不同利用方式红壤中生物有效性磷组分的剖面垂直变化特征与差异,以探明土壤磷素的根际过程。  方法  以江西鹰潭孙家典型红壤小流域观测站为依托,以位于小流域坡上、坡中及坡下花生旱地与稻田红壤为研究对象,基于土壤磷素的生物有效性分级方法,分析了坡耕地红壤发生层中可溶性磷(CaCl2-P)、易被有机酸活化释放的磷(Citrate-P)、易被磷酸酶矿化的有机磷(Enzyme-P)、矿物结合态磷(HCl-P)及全磷、有效磷的含量变化;探讨了土壤全氮、有机质、铁铝氧化物等指标与各组分磷的相关关系。  结果  坡耕地红壤耕作层土壤全磷、有效磷均显著高于底层土壤,稻田红壤耕作层全磷和有效磷均随坡位降低而显著降低,而花生旱地的有效磷则呈相反变化、且坡中土壤全磷显著高于坡上与坡下。各生物有效磷组分含量大小依次为:HCl-P > Citrate-P > CaCl2-P > Enzyme-P,且均随剖面深度增加而降低,但受坡位影响无明显规律性。稻田红壤剖面土壤全磷平均含量高于花生旱地,但有效磷则相反;稻田红壤耕作层中仅Enzyme-P含量显著高于花生旱地。相关分析表明,坡耕地红壤HCl-P、Citrate-P及CaCl2-P均与有效磷显著正相关,与全氮、全磷、有机质极显著正相关,与游离铁氧化物含量则极显著负相关;而稻田红壤HCl-P及Citrate-P与游离铝氧化物显著负相关。  结论  孙家流域内坡耕地红壤发生层中各组分磷含量均随剖面深度增加而降低,但受坡位影响无明显规律性。花生旱地与稻田红壤剖面有效磷分别主要来自于HCl-P、Citrate-P与CaCl2-P、Citrate-P;土壤全氮、全磷、有机质和铁铝氧化物是影响坡耕地红壤磷生物有效性的主要因子,在实际生产中可通过增施有机肥与调节游离态铁铝氧化物数量来提高坡耕地红壤磷素的生物有效性。
生物质炭对花椒根际土壤真菌群落的影响
邢存芳, 侯建伟, 杨莉琳
2023, 54(5): 1098-1106. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022053104
摘要:
  目的  明确生物质炭施用量对花椒根际真菌群落结构的影响差异及其主控因子。  方法  对不施用生物质炭(CK)以及3个生物质炭施用量递增处理(T1,1.0 t hm−2;T2,1.8 t hm−2;T3,2.6 t hm−2)的花椒根际土壤进行高通量测序、化学性质测定和花椒生长指标监测。  结果  花椒根区施用生物质炭提高了土壤pH、C/N和阳离子交换量,增加了全碳、全磷、全钾、有效磷和速效钾含量。随生物质炭用量的增加,真菌群落Chao 1、ACE和Shannon指数降低,Simpson指数升高;子囊菌门、接合菌门和壶菌门的相对丰度减少,球囊菌门和担子菌门相对丰度增加。属水平分析表明:T2处理极大地增加了花椒根际土壤微生物球囊菌属、被孢霉属和拟青霉属的相对丰度,分别是CK的24.3、3.1和1.4倍。T3处理极大地增加了花椒树高、地径和新梢抽生数,分别是CK的1.7、2.4和2.0倍。因子分析及相关性分析显示:土壤pH、C/N、有效磷、全氮和全碳累计解释了81.2%的群落变化;花椒生长指标与土壤pH、C/N、有效磷、全碳及真菌Simpson呈显著或极显著正相关关系,与Chao 1和Shannon呈极显著负相关关系。  结论  施用生物质炭显著提高了土壤质量,降低了真菌群落丰富度和多样性,增加了球囊菌属、被孢霉属和拟青霉属等有益真菌属的占比。基于花椒促生考虑,施用2.6 t hm−2 生物质炭为推荐施用量;基于有益功能菌的生理作用考虑,施用1.8 t hm−2 生物质炭为推荐施用量。
不同种类秸秆还田对单季稻田CH4排放和功能微生物丰度的影响
黄茜, 赵梦颖, 纪红梅, 徐永记, 纪洋, 冯彦房
2023, 54(5): 1107-1116. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022032703
摘要:
  目的  阐明稻田土壤CH4排放及其相关功能微生物对不同种类秸秆施用的响应机制,为稻田生态系统CH4排放预估和减排措施的选择提供理论依据。  方法  以太湖地区典型单季稻田的原柱状土为研究对象,通过设置温室栽培试验,同步监测水稻秸秆(RS)、小麦秸秆(WS)、玉米秸秆(MS)施用模式下水稻各生长期CH4排放通量、水稻产量、土壤微生物量碳氮含量等因子,定量化研究CH4排放相关菌群及功能基因的群落丰度。  结果  与对照相比,RS、WS和MS处理下水稻生长期CH4排放量分别增加289.65%、263.30%和344.43%,单位水稻产量CH4排放量分别增加210.40%、182.35%和282.80%。水稻生育期中,土壤产CH4菌(mcrA)群落丰度呈现上升趋势而CH4氧化菌(pmoA)呈先上升后下降趋势。与对照相比,拔节期RS处理显著增加细菌16S rRNA和pmoA基因拷贝数,成熟期WS处理显著增加mcrA拷贝数,而MS处理对上述基因拷贝数均无显著影响。  结论  相关分析和结构方程模型表明,细菌丰度、产CH4菌丰度、CH4氧化菌丰度和微生物碳氮比(MBC/MBN)是直接影响稻田土壤CH4排放的主要因素。
新疆西天山雪岭云杉林不同海拔高度大型土壤动物群落结构特征
刘淑琪, 崔东, 刘文新, 孜尼哈尔·祖努尼江, 黄菊英, 刘璇, 吕立琴, 武玉鑫
2023, 54(5): 1117-1127. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022070701
摘要:
  目的  明确新疆西天山不同海拔高度雪岭云杉林下大型土壤动物群落的组成、分布特征和多样性,为当地森林资源生态系统健康评价、土地利用管理及资源可持续利用提供土壤动物学依据。  方法  选取新疆西天山不同海拔高度雪岭云杉林样地(Ⅰ, 海拔1414 m;Ⅱ,海拔1595 m;Ⅲ, 海拔1724 m;Ⅳ,海拔1868 m ),使用手捡法收集云杉林下大型土壤动物,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较大型土壤动物群落不同数据组间的差异,采用冗余分析(Redundancy analysis, RDA)排序方法分析土壤动物群落物种重要值与环境变量的关系。  结果  四个样地共捕获大型土壤动物427只,隶属于3门7纲16目23科。四个样地垂直分布特征表现为样地Ⅱ大型土壤动物平均密度在7月的表聚性特征较为明显,随着土层深入呈现递减趋势,其它样地无明显的分布规律。大型土壤动物多样性指数、均匀度指数、优势度指数和丰富度指数在不同海拔高度均有所不同,样地Ⅰ大型土壤动物的多样性指数、均匀度指数和丰富度指数为四个海拔中最高。各个样地杂食性大型土壤动物的个体密度所占4个功能群个体密度总量的比例均为最低;植食性、腐食性和捕食性大型土壤动物的个体密度所占个体密度总量的比例则高达90%以上。土壤环境因子对大型土壤动物群落的生态分布有一定影响,其中土壤的全钾和硝态氮对大型土壤动物群落多样性以及分布有较高影响。  结论  低海拔雪岭云杉林下大型土壤动物种类丰富,有机质、全氮、速效磷和pH对大型土壤动物群落的影响偏小。
秸秆与生物炭对东北黑土团聚体碳氮磷循环关键酶活性影响
石卓, 邓超, 罗莎莎, 王少杰, 高强
2023, 54(5): 1128-1136. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022012001
摘要:
  目的  秸秆与生物炭施用会显著影响土壤酶活性,而不同粒径土壤团聚体微域环境的变化,可能减弱或延缓酶的响应强度,因此探讨土壤团聚体内酶活性对秸秆与生物炭施用的响应十分必要。  方法  依托设置在东北黑土已开展五年的田间定位试验,探究每年秸秆还田(SR,5 t hm−2)和单次施用生物炭(BR,30 t hm−2)以及二者联合(BS,5 t hm−2 + 30 t hm−2)对不同粒径土壤团聚体内碳、氮、磷循环相关酶活性的影响。  结果  与对照相比,SR显著提高各粒径团聚体中多酚氧化酶和β-1,4-葡萄糖苷酶活性,平均增幅达33.4%和25.6%;而BR则显著提高了 > 2 mm、< 0.25 mm粒径中多酚氧化酶活性及0.25 ~ 2 mm粒径中β-1,4-葡萄糖苷酶活性,平均增幅分别为30.2%、67.4%和44.4%。在氮循环相关酶方面,BR、SR和BS处理均显著增加 > 2 mm、< 0.25 mm粒径中的氧化亚氮还原酶活性,0.25 ~ 2 mm粒径中的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶活性;SR显著提高了 < 0.25 mm粒径中N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶活性,增幅达35.5%,而BR则显著提高了0.25 ~ 2 mm粒径中N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶活性,增幅达42.0%。  结论  在本试验条件下,以16种酶活性的几何平均数作为酶的综合活性指标发现,秸秆还田显著提高各粒径土壤团聚体中酶活性的几何平均数;而生物炭则显著增加微团聚体中酶活性的几何平均数,却降低了大团聚体中酶活性的几何平均数。因此,从土壤酶活性角度考虑,在东北黑土中,秸秆还田更能促进土壤生物肥力的提高。
贵州喀斯特石漠化地区苔藓结皮对土壤酶活性及碳氮磷含量的影响
余春娅, 张恒彬, 赵鑫, 龙明忠, 江洪, 李晓娜
2023, 54(5): 1137-1147. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022101602
摘要:
  目的  探索在喀斯特石漠化退化生态系统下苔藓结皮及覆被土壤的养分的变化特征,以期为喀斯特石漠化生态环境修复提供新的理论参考。  方法  以我国贵州典型喀斯特石漠化生态系统-花江石漠化综合治理示范区的苔藓结皮覆被土壤、移除结皮(一年后)以及裸土为研究对象,采用双因素分析方法探讨不同石漠化(无、轻、中、重度)生境下有无结皮覆被及不同土层深度(结皮层、0 ~ 5 cm、5 ~ 10 cm)对土壤酶活性、土壤碳氮磷含量及计量特征的影响。  结果  ①苔藓结皮层土壤脲酶和β-葡萄糖苷酶活性均随着石漠化的等级的升高而升高,而蔗糖酶和碱性磷酸酶则无显著变化;无石漠化区的土壤有机碳含量和碳/氮、碳/磷、氮/磷比值显著高于轻、中、重度石漠化区。②土壤碳氮磷含量及计量特征、酶活性在结皮层与结皮下土层间存在显著差异,结皮层显著高于结皮下0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm土壤。③与苔藓结皮相比,除脲酶活性外,移除结皮一年后的土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性、碳氮磷含量及计量特征均有所减少,而与裸土相比则无明显变化。  结论  苔藓结皮的存在提高了其覆被土壤的酶活性及碳氮磷含量,突出了苔藓结皮在退化喀斯特石漠化生境中生态功能的重要性。
灵芝菌渣堆肥对土壤性质及雪菜生长和品质的影响
冯慧敏, 杨春亚, 郝长红, 张敏, 梁秀荷, 魏旭, 肖远业, 周润嫦, 李海渤
2023, 54(5): 1148-1158. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022051706
摘要:
  目的  为指导雪菜科学生产和施肥,筛选出适合雪菜生产的灵芝菌渣堆肥最佳施肥方案。  方法  试验以绿雪菜(GL)和紫雪菜(PL)作为供试作物,设置CK(化肥,当地菜地常规施肥)、T1(化肥减量3/4 + 灵芝菌渣堆肥用量为当地有机肥常规用量的1/2)、T2(化肥减量3/4 + 灵芝菌渣堆肥用量为当地有机肥常规用量)、T3(化肥减量3/4 + 灵芝菌渣堆肥用量为当地有机肥常规用量的2倍)四个处理,分析雪菜种植后土壤pH、机械组成、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾及雪菜株高、鲜重、根冠比、叶绿素、花青素、可溶性糖、维生素C等指标的差异。  结果  T3更有利于提高土壤pH、有机质含量(T3 > T2 > T1 > CK)、有效磷和速效钾含量(T3 > T2、CK > T1),以及雪菜的鲜重(T3 > CK > T2 > T1)、叶绿素(T3 > T2 > CK > T1)、根冠比、可溶性糖和维生素C含量(T3 > T2 > T1 > CK)。种植PL和GL后,T3处理的土壤pH、有机质、有效磷和速效钾含量比CK分别高出0.30和0.25、6.67和3.57 g kg−1、4.74和4.40 mg kg−1、19.62和32.53 mg kg−1。而PL和GL的鲜重、根冠比、叶绿素、可溶性糖、维生素C则分别增加了2.66和5.84 g、0.02和0.04、0.12和0.20 mg g−1 FW、2.20%和0.80%、13.02和23.04 mg 100g−1 FW。  结论  T3在有效提高土壤pH、有机质和磷钾水平的同时,也能有效提高作物产量和品质,综合肥效最好。
种养模式下蚯蚓对西瓜连作障碍的影响
张娟琴, 郑宪清, 李双喜, 白娜玲, 张海韵, 吕卫光, 张月, 张翰林
2023, 54(5): 1159-1166. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022082602
摘要:
  目的  为了探索种养模式下,不同品种蚯蚓对连作土壤微生态及西瓜长势的影响,阐释蚯蚓防控西瓜连作障碍机制。  方法  基于连作6 a的西瓜设施大棚,以连作障碍成因为切入点,设置不投放蚯蚓(CK)、投放0.6 kg m−2赤子爱胜蚓(T1)、投放0.6 kg m−2威廉环毛蚓(T2)3个处理,监测不同时期土壤微生态、西瓜长势的变化动态,并分析它们之间的相关性。  结果  与CK相比,西瓜移栽前,T1、T2增加了土壤总养分(23.92% ~ 31.90%)、有效养分(10.67% ~ 13.70%)的含量;西瓜种植季,T1、T2显著降低土壤的pH(2.03% ~ 8.25%)、总酚酸(23.98% ~ 60.80%)、容重(3.79% ~ 5.39%)、西瓜枯萎病病原菌的数量(22.93% ~ 59.18%),显著提高了细菌数量、土壤细菌/真菌比值,显著降低了西瓜枯萎病的发病率(10.00%以上),促进了主蔓生长(增加了71.43%以上)。而与T1相比,T2能更好的改善土壤微生态环境,降低连作障碍的发生。  结论  蚯蚓能显著改善土壤微生态,促进西瓜生长,从而缓解连作障碍,而且土壤微生态、西瓜长势均与土壤微生物密切相关。
不同利用方式土地的土壤盐碱化特征差异
王晨晨, 孙向阳, 李素艳, 刘源鑫, 岳宗伟, 查贵超
2023, 54(5): 1167-1175. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022111502
摘要:
  目的  以3种利用方式(城市绿地、平原造林地、苗圃地)土地的土壤为研究对象,揭示土地利用方式对土壤盐碱化特征的影响,以期为合理选择造林和营林类型并有效地从成因上控制土壤盐碱化趋势以及土地利用的可持续发展提供科学依据。  方法  2022年春季在北京市通州区选取树种常见的城市绿地、平原造林地、苗圃地54个,分别采集0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm土层土壤样品324个,对各土层土壤全盐含量、主要阴阳离子含量及组成、碱化指标进行测定,采用单因素方差分析、相关性分析、克里金插值法对3种利用方式土地的土壤盐碱特征进行分析,并探讨其形成原因。  结果  研究区土壤总体呈碱性,土壤pH在8.39 ~ 8.53之间,盐化和碱化程度均为中度及以下。不同利用方式土地的土壤全盐含量、离子组成及分布存在差异,城市绿地土壤盐分呈“表聚”型分布,全盐量及Cl、Na + 、Mg2 + 含量显著高于平原造林地和苗圃地,研究区土壤Na + 变异系数最大,Ca2 + 变异系数最小。除Na + 外,其它离子在城市绿地土壤中变异系数均高于平原造林地和苗圃地。在空间分布特征上,0 ~ 20 cm层土壤全盐量与碱化度的状况基本一致,研究区北部盐碱化程度较高,且由北向南逐渐递减。  结论  研究区3种利用方式土地形成不同的土壤盐碱化特征。城市绿地土壤较易发生次生盐碱化,而平原造林地和苗圃地的管理措施及枯落物返还比例可能通过改变土壤盐分含量、组成及碱化程度,从而减缓次生盐碱化。
施硅对镉胁迫下生育前期水稻生长及其植株体内抗氧化酶活性的影响
田露丹, 樊文华, 刘奋武, 于敏敏, 王改玲, 孟庆慧
2023, 54(5): 1176-1185. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022062003
摘要:
  目的  探究在北方水稻土中施硅对镉胁迫下水稻生长、光合特性以及抗氧化系统的影响,为进一步应用硅缓解水稻镉毒害提供理论依据。  方法  通过盆栽试验方法,研究在不同浓度镉添加水平(0、1、3、5 mg kg−1)下,施加不同浓度的硅(0、100、300、500 mg kg−1)对生育前期(至分蘖期)水稻生长、叶片光合特性和抗氧化系统的影响。  结果  不同浓度镉胁迫均显著降低了水稻株高、根长和生物量(地上部和根部鲜重),增加了水稻茎叶中镉含量,降低了水稻叶片叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2和蒸腾速率。施镉量为3和5 mg kg−1时,水稻叶片气孔导度显著下降。镉胁迫下,施硅增加了水稻叶片叶绿素含量,降低了水稻茎叶中镉含量,改善了水稻叶片光合特性;水稻的株高、根长和生物量也随着硅的施入而得到提高。对于抗氧化系统来说,与空白对照(Si0Cd0)相比,施镉量为3和5 mg kg−1时,水稻叶片超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著降低、降幅达16.9%、26.3%和9.3%、15.7%,而过氧化物酶活性显著提高、提高幅度为51.1%和66.6%;镉胁迫使水稻叶片丙二醛和脯氨酸含量显著增加。与不施硅相比,在不同浓度镉胁迫下,施加100、300 mg kg−1的硅使水稻叶片超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著提高、升高幅度达20.4% ~ 58.9%、25.3% ~ 72.5%和5.8% ~ 11.9%、22.7% ~ 25.4%,过氧化物酶活性显著降低、降幅达21.2% ~ 43.0%和31.8% ~ 50.8%;同时,施加300和500 mg kg−1硅使水稻叶片丙二醛和脯氨酸含量均显著降低。  结论  不同硅添加量对镉胁迫下生育前期水稻生长、叶片叶绿素含量及其光合特性、抗氧化系统的改善作用明显,且以添加300 mg kg−1硅处理的效果最好。
离子型稀土矿原地浸矿场地分类及人体健康风险预测
孙正, 曹亚非, 刘峰, 王德彩, 张甘霖, 吴华勇
2023, 54(5): 1186-1195. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2023010301
摘要:
  目的  建立离子型稀土矿原地浸矿场地分类及人体健康风险预测模型,为稀土矿浸矿场地生态恢复和污染治理提供参考。  方法  以江西省龙南县为研究区,使用人机交互解译方法获取稀土矿原地浸矿场地空间分布信息;建立浸矿场地分类的模糊层次分析模型;结合分类结果,建立浸矿场地人体健康风险预测的随机森林、提升回归树、C5.0决策树及加权集成模型,运用反距离加权插值法对浸矿场地周边人体健康风险概率进行空间制图。  结果  龙南县稀土矿原地浸矿场地主要集中在县域东北部坡度小于25°的山地丘陵地区;浸矿场地面积是利用模糊层次分析模型开展场地分类的最重要变量;浸矿场地类型在场地集中分布区自东北向西南逐渐由第二类(较低风险)过渡至第四类(高风险);随机森林模型对浸矿场地人体健康风险预测的精度高于提升回归树模型和C5.0决策树模型,模型的决定系数为0.744,使用简单的加权集成方法,可进一步提升预测的精度;浸矿场地人体健康风险在场地集中分布区的中部风险较高、东西两侧风险较低;浸矿场地周边约3500 m范围内人体健康风险较高,3500 m之外风险较低。  结论  模糊层次分析模型是离子型稀土矿原地浸矿场地分类的适用模型;随机森林模型是离子型稀土矿原地浸矿场地人体健康风险预测的最优单一模型。
专题综述
基于水力侵蚀过程的土壤有机碳变化驱动机制研究进展
齐瑜洁, 黄金权, 李威闻, 刘小岚, 刘纪根, 毛治超
2023, 54(5): 1196-1204. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022052302
摘要:
土壤有机碳库是陆地生态系统中影响全球碳循环格局的重要组成部分,有机碳的品质与数量成为决定土壤碳汇形成和温室气体排放的关键因素,准确把握水力侵蚀各阶段有机碳组分动态特征与变化机制有助于科学评估土壤侵蚀影响土壤碳源汇的净效应。在阐述有机碳及其组分在分散剥离-运移-沉积基本过程中的主要动态特征与运移机制的基础上,对相关研究进展进行总结,提出未来研究应从土壤团聚体入手,在定性及定量两个层面进一步深入探索水力侵蚀作用下有机碳选择性迁移与矿化机制,并将研究的重点放在不同侵蚀过程中有机碳组分与功能微生物的相互作用上来,为准确评估碳动态提供技术支撑的突破口。
氮沉降对土壤碳循环影响研究热点与前沿分析—基于CiteSpace可视化分析
刘俊聪, 刘涛泽, 程红光, 张淑怡, 杨成, 李亮亮
2023, 54(5): 1205-1214. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022051801
摘要:
近年来,全球大气氮沉降日益加剧,对土壤碳循环产生了不可忽视的影响。关于氮沉降对土壤碳循环的影响已开展了一系列的研究,然而对其响应机制和影响程度方面的认识还存在巨大分歧。运用CiteSpace文献可视化软件,对1991 ~ 2021年Web of Science核心数据库收录的2414篇关于氮沉降对土壤碳循环方面的文献进行数据挖掘,从国家、机构、作者、关键词、突现词等方面进行可视化,以阐明该领域的研究热点与前沿。结果表明:大气氮沉降对土壤碳循环影响的研究美国仍具有较高影响力,但我国在该领域的研究正持续发力,其中以中国科学院大学在该领域的发文数量最多,同时文献涉及方向广,内容丰富。当前,对于氮沉降对土壤碳循环影响的研究热点主要围绕“氮沉降对土壤碳、氮库的影响”“氮沉降对土壤碳、氮耦合循环的影响”“土壤生态环境对氮沉降的响应”这三个主题,氮沉降对土壤碳循环影响的研究前沿更加注重响应机制、氮利用效率和磷限制等方面。
土壤有机磷形态与矿化速率分析方法研究进展
刘静, 周俊, 李孝龙, 明月欣, 孙宏洋
2023, 54(5): 1215-1225. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022093002
[摘要](126) [HTML] (14) [PDF](31)
摘要:
大多数土壤的有机磷(Po)占全磷30% ~ 65%,矿化后可被植物直接利用,成为生态系统生物有效磷重要来源。准确测定Po形态组成及矿化速率是科学利用土壤Po库的基础。本文目的是对目前常见土壤Po形态组成和矿化速率测定技术的优缺点、适用范围进行总结分析,为研究人员选择合适测定技术提供依据。搜集并分析近20年来中国知网和Web of Science数据库中92篇关于Po形态组成与矿化速率方法研究论文。介绍了3种常用Po形态测定技术(连续分级法、酶水解法和核磁共振法)和近年来兴起的3种Po矿化速率测定技术(同位素稀释技术、连续观测-差减法和模型法)的基本原理,分析了几种技术适用范围、主要优缺点和互补性。尽管目前仍无针对土壤Po形态组成和矿化速率“最佳”测定方法,但是,研究人员可根据待测土壤理化性质和实验目的选择“合适”的测定技术。提出未来应在酶水解技术标准化、13C和31P核磁共振技术联用、发展包含植物因素Po矿化速率测定技术、联用形态和矿化速率测定技术等方面开展深入研究。
微藻多糖及其衍生物在农业领域的研究进展
崔岩, 边建文, 刘瑛, 罗光宏
2023, 54(5): 1226-1236. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022060701
摘要:
微藻是单细胞光合生物,具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短等特点。微藻多糖是广泛存在于微藻中的一种天然大分子物质,不仅能够促进作物生长,提高作物抗逆性,还可以改善土壤理化性质,调节土壤微生物群落,是植物生物刺激剂的潜在来源。然而,微藻多糖在农业领域并未得到广泛的应用和开发。本文就微藻多糖的合成途径、生化组成、促生和抗逆作用机理及其对土壤改善作用等方面内容进行了综述,以期为微藻多糖的规模化制备及农业应用提供一定的科学理论依据。
基于文献计量学的凋落物分解对土壤碳影响的研究发展态势分析
张东, 马文明, 王长庭, 邓增卓玛, 张婷
2023, 54(5): 1237-1247. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022062704
摘要:
凋落物是植物同化碳的重要产物,是土壤有机碳库的主要来源。为系统了解凋落物分解对土壤碳库影响的研究进展,基于中国知网数据库(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集数据源,利用CiteSpace和VOSviewer文献可视化分析工具,从发文趋势、合作关系(团队、机构、国家)和期刊影响力等方面,对1989-2022年的相关文章进行计量分析。结果表明:国内和国际发文量总体呈增长态势。我国在该领域研究中发文量仅次于美国,占全球发文量的27.8%,表明我国研究者对该领域的研究有重要贡献,但整体影响力低于欧美发达国家(地区),美国和法国综合影响力最高,英国和瑞士论文篇均被引较高。凋落物分解、有机质、气候变化、碳循环和碳储量等关键词是该领域近年来的热点研究主题。未来我国应继续加强国际间合作研究,侧重凋落物分解相关特性对气候变化的响应和对环境污染的研究,提高我国在该领域的研究水平,将研究成果及时转化到碳减排增汇的研究中。
人工智能数据挖掘在土壤环境科学中的应用—基于文献知识图谱的分析
王俊, 邓一荣, 李德安, 黄灶泉, 张晓露, 韩枫, 李朝晖
2023, 54(5): 1248-1260. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022061302
摘要:
数据的大幅增长和人工智能技术的快速发展为土壤环境科学研究带来新的思路与发展机遇。本文系统梳理人工智能数据挖掘在土壤环境领域的应用研究现状和前沿动态,归纳评述主要研究热点,提出面临的挑战。采用文献计量和知识图谱分析方法对中国知网(CNKI)和Web of Science文献数据库中截至2021年的相关主题文献进行可视化分析。分析结果表明,人工智能数据挖掘在土壤环境领域的应用研究从2000年左右起步,目前正处于快速发展阶段;中国学者在该领域做出大量贡献,成为国际上最重要的研究力量之一。文献知识图谱分析结果显示,土壤污染预测评价、有机碳空间分布预测制图是国内外学者共同关注的热点方向;我国学者在土壤污染溯源、场地土壤污染评价与修复管控决策两个应用方向的研究处于优势地位。随着数据“孤岛”、数据隐私保护、模型可解释性等一系列问题的逐步被克服,基于人工智能技术的数据挖掘将给土壤环境实时监测、评估、预测预警及管理决策带来深远的影响。