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2022年 第53卷  第5期

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研究报告
辽宁省耕地利用可持续集约化水平及其影响因素
刘源, 吕晓, 彭文龙
2022, 53(5): 1009-1018. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022031103
摘要:
  目的  耕地利用可持续集约化是缓解粮食安全问题、减轻环境压力的可行模式,为明晰粮食主产区辽宁省耕地利用的可持续集约化现状和潜力,开展水平测度及影响因素的探究。  方法  创新性地采用超效率SBM模型测度2000 ~ 2019年辽宁省耕地利用可持续集约度,并运用Tobit模型探究影响因子。  结果  ① 2000 ~ 2019年,耕地利用的可持续集约度波动特征明显,整体略有增加,耕地单产和灌溉废水量对可持续集约度的影响较大。② 规模效率相较于纯技术效率对可持续集约度的影响更显著,规模效益也一直处于递增状态,增加人力、物力等要素投入会在较长时间内对可持续集约度有显著地提升作用。③ 农村劳动力高中及以上文化水平、种植结构以及农业收入占农村常住居民人均可支配收入比例对耕地利用的可持续集约度有显著正向影响,耕地受灾率有显著负向影响。  结论  科学提升耕地单位产量、有效管控灌溉用水量对于辽宁省耕地利用可持续集约化水平的提升有明显作用,增加化肥、农药、地膜等物质投入的有效利用率、建立农业应急防护体系是助推可持续集约化的有效途径。
基于土地利用变化的山东省生境质量时空演变特征
孙汇颖, 宫巧巧, 刘庆果, 孙丕苓
2022, 53(5): 1019-1028. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021082301
摘要:
  目的  厘清近20年山东省生境质量演变特征,明确土地利用变化对生境质量的影响。  方法  运用InVEST模型、GIS空间分析方法分析了2000 ~ 2018年山东省生境质量的时空演变特征。  结果  研究表明:(1)2000 ~ 2018年山东省生境质量整体处于中级水平且空间差异显著,总体呈现中东部高、西部低的空间格局;较低及以下等级生境质量区趋于沿湖、沿海地区及城市市区集中分布,较高及以上等级生境质量区呈现山地、丘陵集聚特征。(2)生境质量指数从0.558下降到0.538,生境质量级差化特征明显,生境质量提升区趋于济南、淄博、潍坊、青岛、临沂等城市边缘区集中分布,生境质量退化区集聚于滨州、东营、潍坊市沿海地区。  结论  山东省生境质量时空变化受土地利用变化影响显著,生境质量提升区主要发生在耕地向林地、草地转化以及未利用地向林地、水域、草地转化地区。
黄土沟壑区采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征
拜梦童, 杜华栋, 范鹏辉, 曹祎晨
2022, 53(5): 1029-1037. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021111803
摘要:
  目的  探究半干旱榆神府矿区采煤塌陷地不同土地利用类型地表土壤损害程度和机理。  方法  选择榆神府矿区黄土沟壑地貌下林地、耕地、园地和草地4种不同土地利用类型,分析地表塌陷前后土壤物理、化学和生物学性质的变化特征,通过主成分分析和排序探讨采煤塌陷对不同土地利用类型土壤性质的影响。  结果  4种土地利用类型地表塌陷1 ~ 2年内土壤性质均朝着水分、养分减小的方向发展,但不同土地利用类型塌陷地土壤损害特征具有明显差异,其中草地的土壤机械组成和养分含量、林地的速效养分特征、园地的砂粒含量各自变化较显著;土壤机械组成、有机质和水分含量是影响榆神府矿区土壤质量变化的关键因子;在矿区损害地土壤系统修复过程中,除必要的塌陷地充填外,草地还需采取人工施肥、补水和微地形改造等措施,林地还需施加氮磷肥辅以相应的微生物菌剂,园地和耕地损害较小可减小人工干预。  结论  半干旱或干旱区煤炭开采塌陷地在生态修复过程中,针对不同土地利用类型土壤损害程度与成因采取对应的恢复措施,有利于矿区生态环境高效和高质量恢复。
基于机器学习的干旱区土壤盐渍化定量估算
丁玮祺, 吾木提·艾山江, 阿不都艾尼·阿不里, 尼加提·卡斯木
2022, 53(5): 1038-1048. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102103
摘要:
  目的  探讨对土壤盐渍化进行快速、准确监测技术与方法。  方法  利用353个地面表观电导率数据,以及从Worldview-2影像获取对应采样点的波段反射率值,结合两波段组合植被指数和三波段组合植被指数,筛选最佳二维、三维波段组合方式,引入人工神经网络、K近邻和支持向量回归来构建区域土壤盐渍化定量反演模型。  结果  ① WV-2影像的红边和近红外波段与ECa呈现显著相关(P < 0.01)。② 二维植被指数(RVI(B5-B2)、NDVI(B6-B2)、DVI(B2-B6))和三维植被指数(3DVI(B2-B6-B6)、3DVI(B3-B5-B6)、3DVI(B5-B2-B1)、3DVI(B2-B1-B6)、3DVI(B2-B1-B6)、3DVI(B6-B1-B2)、3DVI(B5-B3-B7))的波段组合计算提高了其对土壤盐渍化的敏感性。③ 基于不同维度数据的机器学习估算模型中,3DVI和KNN算法结合对土壤盐渍化估算效果最为突出,且模型精度为R2 = 0.773,RMSE = 1.659 dS m−1,RPD = 2.216。  结论  所构建的多维植被指数可应用于类似环境条件下盐渍土地监测和评价研究。
广东罗浮山土壤颗粒分形维数分布特征
贾重建, 卢瑛, 吴刚, 黄伟濠, 秦海龙, 姜坤
2022, 53(5): 1049-1055. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022030103
摘要:
  目的  揭示广东罗浮山不同海拔高度土壤颗粒组成分形维数特征的分布规律。  方法  在广东罗浮山不同海拔高度的10个土壤采样点挖掘剖面,采集各发生层土壤,测定了土壤颗粒组成、有机碳(SOC)、全铁(Fet)、游离铁(Fed)、无定形铁(Feo)、阳离子交换量(CEC)等理化性质,分析了土壤颗粒分形维数与海拔、土壤颗粒分布及化学性质之间的相关关系。  结果  随着土层深度的增加,土壤颗粒分形维数先增加后减小;随着海拔的升高,土壤黏粒含量、颗粒分形维数均呈减小趋势,且与海拔高度均呈极显著相关关系;随土壤质地的变细,分形维数平均值由2.7601上升到了2.8954,即分形维数随土壤质地的变细而增大;颗粒分形维数与砂粒呈极显著负相关关系,与黏粒呈极显著正相关关系;分形维数与SOC、Feo、Feo/Fed、CEC呈极显著或显著负相关关系,与Fet、Fed含量表现为极显著正相关关系;通径分析表明Fet、Feo/Fed是化学性质中影响颗粒分形维数的主要因素。  结论  土壤颗粒分形维数可以作为土壤质地的重要诊断指标,也可作为不同海拔高度土壤风化成土进程的参考表征指标。
不同有机物料强还原处理对植烟土壤微生物群落的影响
魏光钰, 陈芳, 胡勇, 吴永琴, 张清壮, 李鑫
2022, 53(5): 1056-1066. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021090701
摘要:
  目的  本文探究了在厌氧强还原条件下,豆渣、甘蔗渣单施及其等比例混合物施用后,不同处理间土壤理化性质与微生物群落变化的相关关系。  方法  应用Tax4Fun及FUNGuild分别对细菌和真菌群落进行功能预测,采用Vegan和pheatmap等R语言软件包完成统计分析和绘图,利用生物信息学方法分析不同样本中微生物群落结构和多样性变化,确定微生物与RSD技术之间的相关性。  结果  结单一用蔗渣和豆渣的RSD处理都提高了真菌群落丰富度。在门的水平上,放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸菌门(Acidobacteria)、子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)的相对丰度发生变化,揭示了处理间群落结构存在显著差异。此外,RSD还有效降低了镰刀菌属(Fusarium)、链格孢属(Alternaria)等土传病原菌的丰度。斯皮尔曼相关性分析说明全氮、全磷、碱解氮、速效钾、pH和有机质是造成群落结构差异的主要影响因子。功能注释结果显示RSD技术能提高土壤中细菌群落萜类和多酮类化合物代谢的功能活性及腐生真菌的丰度。  结论  单独施用豆渣的RSD处理可以通过促进土壤肥力的提升及土壤健康群落重构来缓解植烟土壤连作障碍,是一种优良的控制土传病害的技术手段。
西辽河平原区免耕秸秆还田方式对土壤微生物群落组成的影响
萨如拉, 杨恒山, 高聚林, 张瑞富, 邰继承, 李媛媛, 孟繁昊
2022, 53(5): 1067-1078. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021092701
摘要:
  目的  针对干旱半干旱西辽河平原区农田耕层存在的土壤质量问题,揭示不同免耕秸秆还田方式对土壤微生物类群分布特征的影响。  方法  设置浅旋秸秆不还田农户模式(CK)、免耕秸秆秋覆还田(MG)、免耕秸秆秋覆春二次粉碎还田(ME)、免耕秸秆秋覆春配施秸秆腐熟剂还田(MF)、免耕秸秆秋覆春二次粉碎配施秸秆腐熟剂还田(EF)5个处理,用田间小区试验的方法,研究免耕和不同秸秆还田方式对土壤微生物群落组成的影响。  结果  0 ~ 15 cm土层中4种免耕秸秆还田方式降低细菌操作分类单元数;15 ~ 30 cm土层中MF和EF细菌操作分类单元数较高,MF中增加节杆菌属(Arthrobacter)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)和假平胞菌属(Sphingomonas)相对丰度,EF中增加Haliangium、溶杆菌属(Lysobacter)、Subgroup_10、Alistipes和拟杆菌属(Bacteroides)相对丰度;30 ~ 45 cm土层中4种秸秆还田方式均增加细菌操作分类单元数,增加了节杆菌属、拟杆菌属、Gaiella、硝化螺旋菌属 (Nitrospira) 相对丰度,但减少了AlistipesEscherichia-shigella相对丰度。4种免耕秸秆还田方式降低0 ~ 15 cm土层真菌操作分类单元数,但增加15 ~ 45 cm土层真菌操作分类单元数;4种免耕秸秆还田方式降低了外瓶霉属(Exophiala)和被孢霉属(Mortierella)相对丰度,秸秆还田中新出现丝状真菌柄孢霉(Podospora)、角菌根菌属(Ceratobasidium)、Archaeorhizomyces,配施秸秆腐熟剂的2个处理新出现了粉褶蕈属(Entoloma),并增加了裂壳菌属(Schizothecium)的相对丰度。试验区能对生长环境产生较大影响的细菌比真菌多。从细菌多样性看,免耕秸秆秋覆春配施秸秆腐熟剂还田后增加了产黄菌属(Flavobacterium、Ruminococcus__gnavus_groupMethylophilaceae相对丰度,ME和EF对产黄菌属和Methylophilaceae相对丰度增加幅度较大;从真菌多样性看,CK中MrakiaMyceliophthora物种相对丰度较高,MF中PeristomialisPowellomyces 物种相对丰度较高,EF中CercophoraScytalidium物种相对丰度较高。  结论  免耕秸秆秋覆春二次粉碎还田及其施用腐熟剂措施可增加降解纤维素功能菌及菌根真菌多样性及相对丰度,对于西辽河平原雨养区春玉米田土壤微生物多样性、丰富度的提升具有积极作用。
根系分泌物不同组分对西南亚高山云杉人工林土壤微生物和胞外酶活性的影响
袁远爽, 黄泽曦, 陈丽娟, 花江英
2022, 53(5): 1079-1087. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021121701
摘要:
  目的  揭示根系分泌物不同组分对土壤微生物及其胞外酶活性的影响差异。  方法  在受控良好的根际生态模拟装置中,通过模拟根系每天向采自西南亚高山云杉人工林(约70年)的土壤中分别添加葡萄糖、草酸和甘氨酸溶液,并培养25天(共添加了70.65 mg 碳)。  结果  葡萄糖添加显著增加了几乎所有微生物类群(除了革兰氏阴性细菌)的活性,草酸添加也显著增加了绝大多数微生物群落的活性(如革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和总微生物群落),但葡萄糖添加对微生物群落活性的增加效应较草酸明显,而甘氨酸添加则呈现出抑制微生物活性的趋势。同时,葡萄糖添加和草酸添加分别显著增加了β-1,4-葡萄糖苷酶和过氧化物酶的活性,并且也有增加酸性磷酸酶和多酚氧化酶酶活性的趋势,而甘氨酸添加对多数胞外酶活性的影响不显著。  结论  根系分泌物不同组分(葡萄糖、草酸和甘氨酸)对土壤微生物活性、群落组成和胞外酶产生了差异化的影响,造成这些差异的原因可能与根系分泌物不同组分所含的化学官能团(甲基和羧基)以及能量属性有关。因此,在未来构建根际生物地球化学循环模型时,应当充分考虑根系分泌物组分之间的差异效应。
不同施氮水平下青贮玉米农田土壤酶活性时空分布特征
白岚方, 张向前, 张德健, 路战远, 王玉芬, 白云鹤
2022, 53(5): 1088-1097. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703
摘要:
  目的  研究氮肥施用下青贮玉米田土壤酶活性时空变化特征,为内蒙古中部青贮玉米高产高效栽培提供理论依据。  方法  以“种星青饲1号”为供试材料,设置0(N0)、120 (N8)、180(N12)、240(N16)、300(N20)和360(N24) kg hm−2 6个氮肥梯度,系统分析2018 ~ 2019年不同处理青贮玉米田土壤酶活性在5个生育期和0 ~ 40 cm土体的时空变化特征,并探究了青贮玉米产量对施氮水平的响应。  结果  青贮玉米田土壤酶活性在不同施氮处理、生育期于0 ~ 40 cm土体中存在显著差异(P < 0.05),随着玉米生育期的延长,青贮玉米田土壤酶活性呈“抛物线”型变化,大喇叭口期-抽雄期最高。相比0 ~ 20 cm土层,较深的土层增加了过氧化氢酶(CAT)活性的同时降低了脲酶(UA)活性。增施氮肥有效促进蔗糖酶(IA)、碱性磷酸酶(APA)、脲酶活性及玉米产量的增加,且施氮量为240 kg hm−2(N16)时集中呈现出酶活性及产量峰值。2018年与2019年N16处理玉米生物鲜重分别较其他处理高出了8.07% ~ 65.88%和7.11% ~ 59.84%。生物产量分别较其他处理高出了20.20% ~ 93.97%和5.21% ~ 100.72%。产量指标与APA、IA、CAT间存在显著正相关关系,IA及UA在反映土壤肥力水平方面具有较高的灵敏性。  结论  施入氮肥一定程度上影响了青贮玉米田土壤肥力及青贮玉米产量,当施氮量为240 kg hm−2时,可有效增强土壤酶活性,提高土壤养分含量,增加青贮玉米产量。
抗盐碱剂对盐碱胁迫条件下双季稻渗透调节物质及根系活力的影响
祝海竣, 李丹妮, 张听, 文天, 文璨, 王学华
2022, 53(5): 1098-1105. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101701
摘要:
  目的  为筛选合适的抗盐碱剂供盐碱地水稻生产应用。  方法  本研究以早稻品种陵两优942和晚稻品种Y两优911为材料,采用盆栽土培法研究了几种抗盐碱剂(T1微纳米硅、T2矿源黄腐酸钾、T3盐碱、T4松土精 + 矿源黄腐酸钾)对盐碱胁迫条件下(CK1盐碱胁迫、CK2无盐碱胁迫)水稻渗透调节物质、根系活力及产量的影响。  结果  水稻的SPAD值、渗透调节物质、根系活力和产量会受到盐碱胁迫的显著影响,中度胁迫造成的影响高于轻度胁迫造成影响;施用抗盐碱剂有利于缓解盐碱胁迫的不利影响,且在盐碱胁迫较重时效果更明显。在中度盐碱胁迫下,与CK1相比,施用抗盐碱剂T1、T2、T3、T4,叶片SPAD、根系活力、产量显著增加,叶片游离脯氨酸含量、可溶性糖含量显著下降;与CK2 相比,CK1减产40.8%,施用抗盐碱剂则使Y两优911在盐碱胁迫条件下减产幅度显著减小,T1、T4、T3、T2分别比CK1产量高出53.9%、31.1%、21.1%、16.3%。  结论  不同处理间综合表现以T1(微纳米硅)和T4处理(松土精 + 矿源黄腐酸钾)表现最佳,是盐碱地水稻增产增收的有效措施。
烤烟根际土壤化感物质因子分析及对烤烟经济性状的综合影响
潘义宏, 冀新威, 周芳芳, 李先才, 黄坤, 李柘锦, 张加研
2022, 53(5): 1106-1112. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102505
摘要:
  目的  通过分析烤烟根际土壤化感物质之间相互关系及与烤烟经济性状相关关系,为消减连作障碍配套研究提供理论参考。  方法  以云南省红河州泸西连作烤烟为供试材料,利用GC-MS检测根际化感物质,通过因子分析和典型相关分析,提取能够解释大部分变量的公因子,分析根际化感物质与烤烟经济性状的相关关系。  结果  烤烟根际检测并确定出13种根际土壤化感物质,因子分析提取3个公因子,第一因子为酚酸类物质,占有变量总方差的53.75%,对十四酸、莨菪亭、十七碳酸、亚麻酸具有高的正载荷,具有相似的变化趋势,相互之间呈正相关。第二因子为酸-酯-酰胺类因子,占变量总方差的19.27%,苯甲酸、香草醛、软脂酸、芥酸酰胺具有高的正载荷。第三因子为酚酯类因子,占变量总方差的11.78%,2,2′-亚甲基双-(6-叔丁基对甲苯酚)、邻苯二甲酸二辛酯具有高正载荷。简单相关和典型相关分析表明,根际化感物质不是单因子影响烤烟经济性状,是多因子综合影响,以第一因子为主要影响因素,具体表现为烤烟根际土壤十四酸、莨菪亭、十七碳酸和亚麻酸与单叶重和产值呈正相关,但与中上等烟叶比例呈负相关。  结论  烤烟根际化感物质对烟叶的影响是双向的,但增加单叶重和亩产值的正效应大于降低中上等烟叶单叶重的负效应。
生化抑制剂和腐植酸联合添加对尿素在黑土水稻种植中氮素供应稳定性的影响
肖富容, 李东坡, 杜艳娣, 薛妍, 宋玉超, 张可, 李永华, 郑野, 张金明, 崔永坤
2022, 53(5): 1113-1122. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021061301
摘要:
  目的  研究同时添加不同种生化抑制剂和腐植酸后尿素在黑土区水田的施用效果,为黑土区稻田新一代高效稳定性尿素肥料的研制提供理论依据。  方法  采用盆栽方法,以不施氮肥(CK)及施用尿素(N)为对照,通过测定水稻土中的氮素转化特征及水稻生理指标、产量及氮肥利用效率等的影响,探究添加腐植酸(HA)、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和2-氯-6-三甲基吡啶(CP)及腐植酸分别与三种生化抑制剂组合制成的7种稳定性尿素肥料改善氮素供应稳定性的差异。  结果  ①相比单施普通尿素,添加腐植酸及NBPT、DMPP、CP均能提高水稻产量、吸氮量及尿素氮肥利用效率。② 相比单独施用NBPT,尿素联合添加NBPT和腐植酸后能有效抑制土壤硝化作用,分别提高水稻株高、分蘖数和叶绿素含量1.84%、13.38%和2.80%,但会降低水稻产量、叶面积指数、水稻吸氮量、氮肥利用率及偏生产力。③ 相比单独施用DMPP,尿素联合添加腐植酸、DMPP能分别提高水稻株高、分蘖数和叶绿素含量3.04%、5.20%和3.71%,显著降低土壤硝化抑制率、水稻产量、水稻吸氮量、氮肥利用率及偏生产力(P < 0.05)。④ 相比单独施用CP,尿素联合添加腐植酸、CP提高了土壤速效氮含量、水稻株高、分蘖数、叶绿素含量、生物产量,显著提高水稻籽粒产量、水稻吸氮量、氮肥利用率及偏生产力(P < 0.05)。  结论  腐植酸与CP联合添加制成新型稳定尿素肥料用于在东北黑土区水稻栽培,有利于作物增产及氮肥利用率的提高。
不同改土物料对苏打碱土磷素吸附解吸及磷素形态的影响
杨筱羽, 迟凤琴, 刘鑫, 李婧阳, 王秋菊, 吴立仁
2022, 53(5): 1123-1130. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021092604
摘要:
  目的  通过研究不同改土物料对苏打碱土中磷(P)素的吸附、解吸及P素形态的影响,为科学改良苏打碱土提供理论依据。  方法  以东北松嫩平原苏打碱土为研究对象,设置不添加改土物料(CK)和添加有机肥(M)、硫酸铝(Al)、石膏(Ca)、硫酸铝 + 有机肥(Al + M)、石膏 + 有机肥(Ca + M)六个处理,研究了不同改土物料对土壤P素的吸附解吸和P素形态的影响。  结果  有机肥处理会降低苏打碱土对P素的吸附,增加对P素的解吸,其它四个处理均会增加土壤对P素的吸附,降低对P素的解吸,其中以Al和Al + M处理差异较大。不同改土物料处理土壤无机P含量均有不同程度增加,其中M、Ca和Ca + M处理均显著提高了土壤中Ca2-P含量(P < 0.05),以Ca + M处理增幅最大,达到21.43%;不同改土物料处理均可增加缓效态P(Ca8-P、Al-P和Fe-P)含量,增幅为1.00%-112.03%,其中Ca、Al、Ca + M和Al + M处理均可显著提高Al-P和Ca8-P含量,增幅为66.37% ~ 250.1%和18.06% ~ 74.36%。与Ca处理相比,Ca + M处理显著增加了Ca2-P含量(P < 0.05),显著降低了Al-P和O-P含量(P < 0.05)。  结论  在苏打碱土中石膏和有机肥配施可减少土壤对P素的吸附,增加土壤有效态P含量,是提高苏打碱土P素有效性的最佳措施。
蚓粪替代部分化肥对温室黄瓜钾素吸收与产量的影响
董飞雨, 焦祎梦, 杨迪文, 张新宇, 王业迪, 杨丽娟
2022, 53(5): 1131-1139. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102202
摘要:
  目的  设施蔬菜生产中施用蚓粪能够促进蔬菜生长发育和提高产量与品质,但施用蚓粪替代化肥的最佳比例尚需明确。  方法  以黄瓜为供试材料,以100%化肥(100%CF)处理和不施肥处理(CK)为对照,研究不同比例蚓粪(VM)部分化肥对温室黄瓜植株钾素吸收、果实产量和品质的影响。  结果  与100%化肥处理相比,减施25%化肥处理黄瓜植株钾素含量、生物量和产量并未显著降低;蚓粪替代25%化肥处理植株钾素吸收量、果实产量和品质均得到显著提升,其中产量提高14.51%,植株钾吸收量提高42.27%;蚓粪替代50%化肥处理黄瓜果实硝酸盐含量显著降低,植株钾素吸收量、生物量和产量无显著差异;100%蚓粪处理植株钾素吸收量、生物量、产量、品质均显著降低,其中产量降低了24.25%,果实可溶性固形物含量降低15.59%。  结论  在等养分条件下,蚓粪替代25%化肥,能促进植株钾素吸收,提高产量和改善品质。
外源硫在草甸草原黑钙土中的转化
袁新, 刘贺永, 李天鹏, 李岩岩, 王斌, 冯雪, 金兰淑, 姜勇
2022, 53(5): 1140-1147. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081503
摘要:
  目的  探讨元素硫添加后在草甸草原黑钙土中的氧化速率,明确土壤无机S组分的变化特征。  方法  依托内蒙古额尔古纳草甸草原硫磺添加试验平台,测定了元素S添加量(0、1、2、4、6、8、10 t hm−2)1年后的表观氧化速率及表层土壤(0 ~ 10 cm)各无机硫组分的变化。  结果  研究表明,对照中的土壤全硫含量为627.5 mg kg−1,其中无机硫和有机硫分别占2.4%和97.6%。硫添加处理的表土全硫含量分别比对照增加646.5 ~ 5182.5 mg kg−1,总无机硫分别比对照增加169.4 ~ 887.9 mg kg−1;硫添加处理中,表土中未氧化的元素硫分别为473.9 ~ 4264.0 mg kg−1,元素硫的表观氧化速率分别为173.5 ~ 271.3 g kg−1 a−1。在增加的表土总无机硫中,85.0% ~ 91.9%为(CaCl2浸提),7.8% ~ 17.1%为吸附性硫( Ca(H2PO4)2浸提),0.8% ~ 1.6%为难溶性硫(HCl浸提)。土壤无机硫组分与土壤pH呈显著负相关,与土壤电导率呈显著正相关。  结论  外源添加的元素硫主要氧化为植物可利用态的易溶性硫 和吸附性硫,而氧化为难溶性硫的比例很低。
东平湖湿地土壤不同形态无机硫含量及其时空分布特征
路新格, 刘涛, 王子铭, 臧晓, 张菊, 邓焕广
2022, 53(5): 1148-1155. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112302
摘要:
  目的  了解东平湖湿地土壤不同形态无机硫含量水平与分布特征。  方法  采集东平湖湿地表层土壤样品(0 ~ 5 cm)和不同植被区(芦苇区、菹草区、植被混生区和对照区)土壤柱样(0 ~ 10 cm),分析样品中总无机硫(TIS)及其各形态(水溶性硫、吸附性硫、盐酸溶解性硫及盐酸挥发性硫)的含量,探讨了不同形态无机硫含量的时空分布特征及其影响因子。  结果  东平湖湿地表层土壤总无机硫含量范围为31.26 ~ 117.36 mg kg−1,均值为75.85 mg kg−1;各形态的平均含量占比为水溶性硫(43.49%)> 盐酸溶解性硫(27.37%)> 吸附性硫(26.78%)> 盐酸挥发性硫(2.36%);其含量的空间分布总体表现为湖区码头附近显著升高,大汶河入湖口较低。柱状土壤总无机硫、水溶性硫、吸附性硫与盐酸溶解性硫含量总体表现为夏季和芦苇区最高,且随土层深度的增加逐渐降低;菹草区总无机硫、吸附性硫、盐酸溶解性硫由于受季节与植被区的交互作用影响而无显著季节变化。表层土壤和柱状土壤不同形态无机硫含量间存在一定的正相关关系,且与有机质多呈显著正相关;柱状土壤中各形态无机硫含量(除盐酸挥发性硫外)与pH显著正相关,而与Eh显著负相关。  结论  东平湖湿地土壤不同形态无机硫的时空分布主要受到人类活动、植被分布和水动力条件的影响,且土壤有机质、温度、pH和Eh为其关键影响因子。
贵州省六盘水市烟田土壤有效硫含量及其空间分布
王忠宇, 张崇德, 杨文钢, 尚军, 李长权, 王仕海, 孔祥镇, 李德成
2022, 53(5): 1156-1162. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021122602
摘要:
  目的  明确贵州省六盘水市烟田土壤有效硫含量及其空间分布特征,科学指导含硫肥料施用。  方法  2021年烤烟移栽和施肥前,在钟山、水城和盘州三个烟区分别采集100、180和220个典型烟田的耕层土壤(0 ~ 20 cm)样品,采用Ca(H2PO4)2-HOAc浸提、BaSO4比浊法测定有效硫含量,在对土壤有效硫含量水平进行评价和绘制空间分布图的基础上,分析其空间分布特征及影响因素。  结果  全市烟田耕层土壤有效硫平均含量为44.67 mg kg−1,属于高级别;其中钟山、水城和盘州有效硫平均含量分别为79.59、23.61和46.03 mg kg−1,分别属于很高级别(≥ 50 mg kg−1)、适宜级别(20 ~ 30 mg kg−1)和高级别(30 ~ 50 mg kg−1),且三个烟区之间差异显著(P < 0.01)。全市土壤有效硫含量适宜的烟田数量仅占烟田总数的9.20%,其中钟山、水城和盘州有效硫含量适宜的烟田数量分别占各自烟田总数的6.00%、10.91%和8.89%,钟山和盘州土壤高硫烟田数量分别占其烟田总数的64.00%和51.82%,水城低硫烟田数量占其烟田总数的63.89%。土壤有效硫含量在空间上呈从钟山的北部和盘州的南部向该区域中部降低的趋势,土壤低硫烟田主要分布于水城的西部和东部以及盘州的中东部,土壤高硫烟田主要分布于钟山、水城中部、盘州北部和南部。土壤有效硫含量与土壤pH、砂粒和粉粒含量之间呈显著负相关(P < 0.01),与黏粒含量之间呈显著正相关(P < 0.01)。  结论  六盘水市耕层土壤有效硫含量适宜的烟田数量占烟田总数的比例很低,对于土壤低硫的烟田应适当增大含硫肥料(如硫酸钾和硫酸镁等)用量,土壤高硫的烟田则需降低含硫肥料用量或用氯化钾肥料替代硫酸钾。
钱江源国家公园2000 ~ 2019年土壤侵蚀变化动态研究
贾立志, 余建平, 陈小南, 周晓莹
2022, 53(5): 1163-1171. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021110905
摘要:
  目的  揭示钱江源国家公园2000 ~ 2019年间的土壤侵蚀变化规律以及不同功能分区、坡度范围的差异。  方法  基于RUSLE模型得到钱江源国家公园2000 ~ 2019年土壤侵蚀的动态变化情况,并对不同功能分区及不同坡度范围的多年平均模拟土壤侵蚀速率进行分析。  结果  基于RUSLE模型模拟得出,钱江源国家公园2000 ~ 2019年间的模拟土壤侵蚀速率呈线性减小趋势。其中,80%区域处于微度侵蚀,并且微度侵蚀面积呈增加趋势。由于雪灾影响,2008年的模拟土壤侵蚀速率为424.83 t km−2 a−1,显著高于其它年份。不同功能分区的多年平均模拟土壤侵蚀速率具有显著性差异,其中游憩展示区 > 传统利用区 > 核心保护区 > 生态保育区,核心保护区的土壤侵蚀几乎没有受到雪灾影响。5° ~ 8°与8° ~ 15°两个坡度范围的多年模拟土壤侵蚀速率不存在显著差异,其他坡度范围的多年平均模拟土壤侵蚀速率差异性显著,并且各个坡度的模拟土壤侵蚀速率呈逐年降低趋势。  结论  2000 ~ 2019年间,钱江源国家公园总体、各功能分区以及各坡度范围的模拟土壤侵蚀速率呈线性减少趋势,而多年平均模拟土壤侵蚀速率在不同功能分区之间和不同的坡度范围之间有显著差异,该研究可为钱江源国家公园的土壤侵蚀防治以及水土保持措施规划提供参考。
生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响
钟明涛, 李维弟, 朱永琪, 王金刚, 田甜, 王海江
2022, 53(5): 1172-1181. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602
摘要:
  目的  为了明确生物炭和菌肥修复石灰性土壤镉(Cd)污染的效果,探寻适宜石灰性土壤重金属Cd修复技术。  方法  采用盆栽的试验方法,研究施用3%的生物炭(B3)和1.5%的菌肥(M1.5)对不同外源Cd浓度(0、1、2、4 mg kg−1)石灰性土壤的pH值、Cd形态分布、酶活性以及棉花各器官Cd含量的影响。  结果  结果表明,生物炭和菌肥均能显著提高土壤的pH,但随着培养时间的延续添加改良剂处理的土壤的pH值呈现出下降的趋势:生物炭和菌肥的施用均能降低土壤可交换态Cd比例,提高土壤残渣态Cd比例,与对照相比,生物炭和菌肥处理下可交换态Cd的含量分别下降了18.42% ~ 48.46%和15.21% ~ 50.19%。生物炭和菌肥的添加显著提高土壤酶活性,其中蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶的最大增幅分别为89.1%、140.1%、39.7%和38.1%,菌肥处理总体优于生物炭处理。生物炭和菌肥的施用降低了植株各器官Cd含量,其中生物炭处理各器官中Cd含量最大降幅为34.0%,菌肥处理下最大降幅为39.5%。相关性和主成分结果表明,可交换态Cd与土壤酶活性呈显著负相关(P < 0.05),与植株根、茎和叶Cd含量呈现出显著的正相关(P < 0.05)。  结论  生物炭和菌肥作为土壤重金属钝化剂能够通过影响Cd的形态分布,从而缓解Cd对土壤酶活性的影响,降低棉花对Cd的吸收。总体来看,施加1.5%菌肥较3%生物炭在石灰性土壤Cd污染修复的效果更优。
松嫩平原产油区农田土壤重金属含量及污染风险评价
崔艳红, 孙鹏, 曹冬梅, 陈宝政, 王彦宏
2022, 53(5): 1182-1193. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022012604
摘要:
  目的  为探明松嫩平原石油开采及石化工业活动区周边农田土壤重金属污染分布及风险状况。  方法  在大庆市让胡路区选择代表性农田采集96份土壤样品,测定重金属(Cd、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn、Cr、As)含量;在利用地统计学克里金插值法分析重金属含量空间分布特征的基础上,采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对该地区农田土壤重金属污染状况及其生态风险进行评价。  结果  该区土壤中Cd和Ni的含量分别为土壤背景值的1.39倍和1.27倍。在对各样点Pb、Zn、Cu和Cr 4种元素含量分析中,均出现不同程度的高于土壤背景值的样点。重金属Cd的地积累指数平均值为0.11,达到轻度~中度污染水平。研究区土壤重金属潜在生态危害风险指数(RI)平均值为84.84,从大到小为Cd > Hg > Ni > As > Pb > Cu > Zn > Cr,其中Cd的RI值最大为190.23,达到中等生态危害范围。研究区农田土壤重金属含量在空间分布上表现为:Cd、Zn和Pb含量高值区出现在中部地区,其它重金属元素含量高值区分布比较零散。  结论  研究区域内,8种重金属含量的平均值均低于风险筛选值,Cd和Ni两种重金属平均含量超出了背景值,从地积累指数来看,Cd污染等级为1级,其它7种元素均处于无污染水平。从潜在生态风险分析可知,该区域污染程度属于轻度生态危害范围。
施用猪粪对不同类型土壤中铜的赋存形态及小白菜吸收铜的影响
段华泰, 黄兴洁, 席凯璐, 韩菡, 韩梦瑶, 杨秀美, 李恋卿
2022, 53(5): 1194-1202. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021111601
摘要:
  目的  探讨猪粪中铜(Cu)的输入对土壤中Cu的赋存和生物有效性的影响。  方法  将1%和3%的腐熟猪粪(干猪粪∶秸秆 = 10∶1)添加到黄褐土、红壤、黑土、褐土中,分别老化0、1、2、3、5个月后,进行小白菜盆栽实验。  结果  与对照相比,施用猪粪使黄褐土、红壤、黑土和褐土土壤铜(Cu)全量分别显著增加了20.23% ~ 50.43%、79.87% ~ 142.6%、52.41% ~ 76.43%和41.14% ~ 92.24%。四种土壤中水溶态(F1)、碳酸盐结合态(F3)Cu占比均增加,施用3%猪粪的红壤未老化处理中F1-Cu和黄褐土未老化处理中F3-Cu增幅最大,分别达4.55%和16.47%。土壤铁锰氧化态(F5)、有机结合态(F6)Cu占比增加,残渣态(F7)占比降低。土壤有效态Cu的占比与猪粪老化时间呈显著负相关,3%猪粪老化5个月处理的黄褐土、黑土和褐土土壤有效态Cu占比分别降低12.85%、4.11%和3.68%,而红壤有效态Cu占比随老化时间变化不显著。在黄褐土中,腐殖酸结合态(F4)Cu的占比随猪粪老化时间的延长逐渐增加。施用猪粪显著增加小白菜对Cu的吸收,其中红壤的增幅最大,根系与地上部Cu含量分别显著提高244.5%和381.7%,地上部Cu含量为国家食品中污染物限量标准的1.44 ~ 2.56倍。逐步回归分析方程表明小白菜根系Cu的含量与土壤pH、粘粒及腐殖酸结合态(F4)含量呈显著负相关,与猪粪Cu输入量、土壤可溶性有机质含量呈显著正相关。  结论  猪粪的Cu输入显著提高土壤和小白菜的Cu 含量。土壤Cu的生物有效性不仅受土壤性质的影响,猪粪本身及在土壤中分解产生的腐殖酸和水溶性有机质对Cu的有效性也有较大的影响。通过比较不同的土壤类型,施用含Cu猪粪在红壤-作物系统中存在相对较高的重金属污染风险。
不同稳定化材料对镉砷复合污染土壤稳定化修复效果研究
王一, 王松, 施柳, 巩宗强, 贾春云, 李晓军, 侯伟
2022, 53(5): 1203-1211. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102104
摘要:
  目的  探究4种稳定化材料(碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭)对镉砷复合污染土壤高效同步稳定化修复的效果。  方法  选用碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭4种稳定化材料,分别以0.5%、1%、2%、5%的比例添加于镉砷复合污染土壤中进行恒温恒湿培养,研究不同稳定化材料添加对土壤pH值及镉、砷有效态含量的影响。  结果  除碱性硼泥外,其他3种材料均降低了土壤pH值,其中5%铁改性生物炭对土壤pH降低最为显著,处理21 d后土壤pH值下降了3.12个单位。5%铁改性生物炭对砷稳定效果最佳,稳定效率为57.17%,其次是5%高岭土和5%酸性硼泥,稳定效率分别为40.40%和33.37%;5%铁改性生物炭对镉稳定效果也为最佳,稳定效率为35.03%,其次是5%的碱性硼泥,稳定效率为28.20%。  结论  综合考虑土壤镉-砷的同步稳定化修复效果,铁改性生物炭的修复效果明显优于其它3种稳定材料。
专题综述
植物根系分泌物与根际微生物交互作用机制研究进展
丁娜, 林华, 张学洪, 贺瑶, 俞果
2022, 53(5): 1212-1219. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022010201
摘要:
根际是受植物根系影响最为强烈的微域环境,是植物和土壤交流的桥梁。根系能通过调控根系分泌物的种类和数量影响根际微生物的种群结构和多样性,根际微生物通过改变根际土壤特性影响根系的分泌作用,进而影响植物的生长发育过程。因此,很有必要对这些研究进展进行梳理,提出未来该领域的研究重点。本文以1999 ~ 2022年中国知网(CNKI)和Web of Science核心数据库为文献来源,对根系分泌物与根际微生物互作相关的64篇论文进行分析。总结了近年来根系分泌物和根际微生物互作的最新研究成果,重点介绍了根系分泌物对根际微生物种类、数量和分布的影响,环境胁迫对根系分泌物和根际微生物的影响,以及根际微生物对植物生长的影响。基于此,我们对该领域未来的研究方向进行了展望。深入理解根系分泌物和根际微生物之间复杂的互作关系及其机理,对揭示根际微生态调控过程、土壤微生物组功能、促进农作物增产等方面具有重要的意义。
土壤中重金属铬(Ⅵ)污染修复技术的研究进展
曹俊雅, 张婧, 张文茜, 刘猛, 石正杰
2022, 53(5): 1220-1227. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101901
摘要:
我国土壤铬(Cr)污染的形势较为严峻,目前对重金属Cr(VI)的治理迫在眉睫。本文通过对铬污染的来源、修复机理、形态转化与毒性危害进行阐述,论述了目前多种常见的土壤重金属铬污染修复技术,通过分析各方法的运用实例与实验室试验结果,指出土壤铬污染的主要问题以及传统方法、新型方法和联合修复方法的发展与前景。相比而言,一些新型修复方法和联合修复可避免单一修复的不足之处,其修复效果较好、经济效益高、产生的不利影响较小。
低分子量有机酸对土壤有效磷及重金属释放影响的研究进展
赵宽, 万昕, 邢德科, 胡睿鑫, 周葆华, 袁可升
2022, 53(5): 1228-1236. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021113002
摘要:
农药化肥的过量施用、重金属矿产开发冶炼、污水灌溉等导致土壤磷素养分降低和重金属污染,对生态环境、粮食安全和人类健康带来一定的风险隐患。土壤低分子量有机酸是一类重要的土壤有机活性物质,在土壤质地、养分循环和重金属毒害等方面起重要作用,但低分子量有机酸对土壤磷素和重金属释放影响的研究尚没有系统归纳。本文结合国内外研究进展,综述了土壤低分子量有机酸的来源、浓度、功能及其影响因素,举例说明了低分子量有机酸种类、浓度等对土壤磷及重金属释放的影响。系统总结了低分子量有机酸对土壤磷活化及重金属释放的机制。低分子量有机酸与其他物质协同提升土壤磷素有效性和降低重金属污染,这些结果为土壤磷素有效性的提升和重金属污染土壤修复提供科学依据和技术支撑。
基于文献计量的土壤生物修复技术研究现状及进展分析
李霏, 李书鹏, 刘渊文, 郭丽莉, 刘颖, 杨乐巍
2022, 53(5): 1237-1247. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102603
摘要:
随着人类活动对地球环境的影响日益显著,土壤污染问题已成为社会关注的焦点。我国土壤修复起步较晚,且修复技术仅局限于物理、化学等常规手段。随着国家对污染防治攻坚战的深入推进,修复领域亟需高效、低耗、环保的新技术出现,而生物修复可以一定程度弥补现有修复技术的缺陷。因此,通过与传统物理化学修复比较,探究了生物技术(如动物、植物、微生物技术)的优势、使用特点及适用范围,对国内外生物土壤修复技术进行了计量分析。文献调研结果显示:①土壤生物修复主要关注多环芳烃、重金属等污染物,并且微生物技术是研究热点,前期主要探究降解菌的分离鉴定,现阶段则集中于相关机理分析;②动物修复技术的主体模式生物单一,主要利用蚯蚓的生物性和非生物性特性进行修复,在土壤修复中应用较少;③植物修复技术因其多样的修复机理,广泛应用于重金属污染场地,同时可与微生物协同处理污染物;④微生物修复技术主体多样,修复污染物种类多,并且可与其他修复技术联合应用,在生物修复技术中研究最为广泛;⑤对国内土壤修复的发展方向进行展望,以期推动我国修复领域技术的快速发展。
基于文献计量分析有机质影响土壤重金属生物有效性的研究热点和趋势
张梦妍, 王成尘, 宗大鹏, 田稳, 谢瑜媚, 向萍
2022, 53(5): 1248-1260. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022012601
摘要:
基于CNKI及Web of Science数据库,利用Citespace软件,对该方面的研究主要结构、研究基础、热点问题及趋势等开展分析,探讨有机质对重金属生物有效性的影响。以中科院为代表的中国研究机构对该领域的研究做出了巨大贡献,发文总量占31.8%。该领域大多数文献发表在Science of the Total Environment及Chemosphere等国际期刊。根据WoS文献共被引分析,得到该领域研究共识主要有三个方面:一是重金属形态对其生物有效性影响巨大;二是植物吸收、动物积累重金属与有机质及其他环境因素密切相关;三是有机质与重金属的相互作用如溶解-沉淀、氧化-还原等是影响重金属迁移转化及生物有效性的机制。根据关键词共现分析,得到该领域国际研究的热点类型共11类。通过WoS文献高被引文献分析,研究主要集中在不同来源有机质与重金属在固相、液相体系环境中相互作用,对重金属的活化或固定的作用机制及相关应用。根据关键词突现分析,该领域“大米”、“生物炭”、“修复”等是目前国际研究热点。