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基于土壤质量指数面积法和土壤敏感性-抗性法的非粮化耕地土壤健康评价：以宁波市为例

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环境科学 2024年

作者：杨亚婷秦方锦王双王聪祝贞科李刚金树权葛体达广西大学林学院广西森林生态与保育重点实验室亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室宁波大学植物病毒学研究所农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室宁波市农业技术推广总站浙江省城市环境过程与污染控制重点实验室宁波(北仑)中科海西产业技术创新中心宁波市农业科学研究院

为了解宁波市非粮化耕地土壤健康状况，明确非粮化耕地土壤主要障碍因子，探究非粮化对土壤质量的影响，构建宁波市非粮化耕地土壤健康评价综合体系。以宁波市对照耕地和典型的非粮化耕地土壤为研究对象，采集对照耕地、果园和苗木等利... 详细信息

为了解宁波市非粮化耕地土壤健康状况，明确非粮化耕地土壤主要障碍因子，探究非粮化对土壤质量的影响，构建宁波市非粮化耕地土壤健康评价综合体系。以宁波市对照耕地和典型的非粮化耕地土壤为研究对象，采集对照耕地、果园和苗木等利用方式下0～20cm表层土壤样品268个，测定土壤物理、化学、生物以及重金属等22项指标，运用主成分分析、相关性分析结合Norm值的方法构建最小数据集，采用土壤质量指数面积法和土壤敏感性-抗性法构建宁波市土壤健康评价体系，结合土壤多功能性判断宁波市非粮化耕地的健康状况。结果表明：①与对照耕地土壤相比，果园和苗木两种非粮化种植方式下，土壤容重（BD）显著增加（P<0.05），有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效磷（AP）、有效铜（ACu）、土壤胞外酶活性和土壤微生物生物量碳（MBC）显著降低（P<0.05）。②宁波市非粮化耕地土壤健康评价的最小数据集由BD、电导率（EC）、SOC、可溶性有机碳（DOC）、铵态氮(NH4+-N)、TN、有效铁（AFe）、有效锰（AMn）和酸性磷酸酶（Phos）这9个指标构成，经全数据集验证所构建的最小数据集可体现宁波市非粮化耕地土壤健康状况的有效信息。③基于土壤质量指数面积法可知，非粮化利用下耕地土壤SOC、TN、AFe、AMn和Phos含量低于对照耕地。④根据敏感性-抗性分析可知土壤敏感指标包括SOC、DOC、NH4+-N、TN、AFe和AMn，抗性指标为BD和EC。⑤随机森林模型分析表明，TN、SOC、N-乙酰基-β-D葡糖苷酶（NAG）和Phos是土壤多功能性的主要驱动因子，AFe、AMn、Phos和DOC是土壤质量的主要驱动因子。总体上，两种非粮化种植方式下土壤质量指数、土壤多功能性指数均显著低于对照耕地土壤。因此，研究摸清了宁波市非粮化土壤的健康状况，明确了非粮化耕地土壤主要障碍因子，可为宁波市非粮化耕地分类整治和保障粮食安全提供了一定的数据支撑和理论基础。

关键词：耕地非粮化土地利用方式雷达图面积法敏感性-抗性法土壤多功能性土壤质量

非粮化耕地土壤健康评价：以浙江省宁波市东吴镇为例

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应用生态学报 2024年

作者：赵玉枭肖谋良崔鑫涛鲁顺保王双祝贞科张艳杰葛体达江西师范大学生命科学学院宁波大学植物病毒学研究所农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室浙江农林大学环境与资源学院

耕地非粮化利用对农田土壤生态和土壤健康造成威胁，制约了粮食生产。为明确非粮化利用下耕地土壤关键障碍因子，探讨其土壤质量和土壤功能的变化，综合评估非粮化利用对农田土壤健康状况的影响，本研究采用土壤质量指数法和土壤多功能... 详细信息

耕地非粮化利用对农田土壤生态和土壤健康造成威胁，制约了粮食生产。为明确非粮化利用下耕地土壤关键障碍因子，探讨其土壤质量和土壤功能的变化，综合评估非粮化利用对农田土壤健康状况的影响，本研究采用土壤质量指数法和土壤多功能性指数法结合敏感性、抗性指标，对不同非粮化利用方式下（蔬菜、竹林-空茬、苗木-撂荒、苗木-水稻）耕地土壤健康进行评价。结果表明：竹林-空茬处理下土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）分别为蔬菜、苗木-撂荒、苗木-水稻处理的95.3%、66.7%、65.7%和82.6%、57.0%、59.5%。蔬菜土壤电导率（EC）为其他非粮化耕地土壤的2.2～2.5倍；全磷（TP）和硝态氮(NO3--N)分别为其他非粮化耕地土壤的1.8～2.0和3.5～5.5倍。不同非粮化利用方式中，蔬菜处理的土壤质量指数和土壤多功能性指数均为最高，与之相比，竹子-空茬（50.2%和22.7%）、苗木-撂荒（38.3%和14.4%）和苗木-水稻处理（27.7%和8.5%）的土壤质量指数和多功能性指数均显著下降。随机森林模型分析发现，有效钾（AK）和有效氮（AN）是影响土壤质量指数的关键因子之一，TN和与土壤碳循环相关的纤维素酶和木聚糖酶活性是影响土壤多功能性指数的关键因子之一。此外，有效磷（AP）、AN、TN和酶活性是非粮化耕地土壤变化较敏感的指标。本研究通过综合评价非粮化耕地土壤质量，明确了关键障碍因子，可为非粮化耕地土壤健康培育和可持续利用提供理论基础。

关键词：耕地非粮化土地利用方式雷达图面积法土壤多功能性土壤质量土壤养分

施氮量对太湖流域再生稻产量和温室气体排放的影响

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：王潇洁柳佳蓉李若林王世辰马静祝贞科张广斌徐华土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 中国科学院大学宁波大学植物病毒学研究所

探索氮肥施用量对再生稻产量及温室气体排放(CH4和N2O)的影响，以期为太湖流域种植再生稻的最佳施氮量提供参考。本研究于2022年4—10月在江苏宜兴采用静态箱-气相色谱法观测CH4和N2O排放通量，试验设置3种再生季施氮量[FL1: 75 kg（... 详细信息

探索氮肥施用量对再生稻产量及温室气体排放(CH4和N2O)的影响，以期为太湖流域种植再生稻的最佳施氮量提供参考。本研究于2022年4—10月在江苏宜兴采用静态箱-气相色谱法观测CH4和N2O排放通量，试验设置3种再生季施氮量[FL1: 75 kg（N）·hm-2、FL2: 125 kg（N）·hm-2、FL3: 175 kg（N）·hm-2]，头季均施240 kg（N）·hm-2，同时设置不施肥处理（FL0）作为对照，并在水稻收获时测定产量及其构成因子。试验结果显示，促芽肥造成的N2O排放峰值最大，且随施肥量的增加呈线性增加趋势，总量占整个生育期的10.0%～50.7%; 两个稻季（头季+再生季）的N2O排放总量在1.30～8.69 kg（N）·hm-2范围内，再生季排放量占6.94%～22.7%，再生季N2O排放系数为0.38%～1.71%。两季CH4排放总量为58.1～78.7 kg·hm-2，再生季占13.3%～23.8%， CH4排放总量随施氮量增加影响较小。两季水稻总产量为8.33～11.6 t·hm-2，再生季占34.0%～46.1%， FL2和FL3的再生季产量分别较FL1增加32.3%和17.4%，这与有效穗数分别增加27.2%和13.5%有关。两季温室气体排放强度为0.26～0.54 t CO2e·t-1， FL3和FL2较FL1分别增加38.5%和10.3%。综上，再生季施氮量为125 kg·hm-2时能获得高产且温室气体排放强度相对低，是太湖流域蓄留再生稻值得推荐的氮肥施用量。

关键词：太湖流域再生稻温室气体水稻产量氮施用量 N O排放系数

小麦秸秆集中还田配施腐秆剂对稻麦系统温室气体排放的影响

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农业环境科学学报 2024年

作者：李若林王世辰靳鹏辉张广斌马静祝贞科闫志英徐华土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院南京土壤研究所中国科学院大学宁波大学植物病毒学研究所省部共建农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室中国科学院成都生物研究所

秸秆不合理还田显著促进稻田甲烷(CH4)排放，为减少CH4排放，本研究提出了一种新型稻季秸秆还田方式——秸秆集中还田并配施腐秆剂。试验设置了秸秆常规均匀混施还田（CK）、秸秆集中2倍还田配施腐秆剂（S2）以及秸秆集中4倍还田配施腐... 详细信息

秸秆不合理还田显著促进稻田甲烷(CH4)排放，为减少CH4排放，本研究提出了一种新型稻季秸秆还田方式——秸秆集中还田并配施腐秆剂。试验设置了秸秆常规均匀混施还田（CK）、秸秆集中2倍还田配施腐秆剂（S2）以及秸秆集中4倍还田配施腐秆剂（S4）3个处理，采用静态箱-气相色谱法监测了2022—2023年稻麦轮作系统CH4和N2O排放通量，测定了土壤氧化还原电位（Eh）、土壤溶解性有机碳（DOC）、土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3–- N)含量。结果显示，CK处理周年CH4和N2O排放量分别为120.1 kg·hm–2和5.08 kg·hm–2（以N计）；与CK相比，S2和S4分别显著降低稻季41%和28%的CH4排放，但增加12%和27%的N2O排放；小麦季，各处理CH4均呈吸收状态，N2O排放无显著差异；S2和S4水稻季CH4的显著减排抵消了N2O增加的增温效应，使得周年的温室气体排放总量较CK处理分别显著降低25%和12%；各处理间作物产量(水稻：5.50～5.59 t·hm–2；小麦：3.18～3.24 t·hm–2)均无显著性差异，于是S2和S4的全年温室气体排放强度显著低于CK。综上，稻季秸秆集中还田配施腐秆剂可在不减少稻麦产量的同时显著降低温室气体排放量，为实现低碳农业提供了新思路。

关键词：稻麦轮作秸秆还田腐秆剂温室气体产量

不同种植模式下微生物养分限制调节土壤有机碳积累

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农业资源与环境学报 2024年

作者：唐铭灿王香香缪怡马志王先挺李冠军葛体达祝贞科陈俊辉浙江农林大学环境与资源学院宁波大学植物病毒学研究所宁波市鄞州区农业技术推广站北京林业大学生态与自然保护学院

为探究不同种植模式对土壤微生物养分限制状况以及土壤有机碳积累的影响，进而优化农田管理模式，本研究在县域尺度不同种植模式农田采集了单作水稻、单作小麦、单作菜地（白菜）、麦-菜轮作（小麦→白菜一年一作）、稻-菜轮作（水稻→... 详细信息

为探究不同种植模式对土壤微生物养分限制状况以及土壤有机碳积累的影响，进而优化农田管理模式，本研究在县域尺度不同种植模式农田采集了单作水稻、单作小麦、单作菜地（白菜）、麦-菜轮作（小麦→白菜一年一作）、稻-菜轮作（水稻→白菜一年一作）共76个土壤样品，研究不同种植模式下土壤酶化学计量特征及土壤C∶N∶P化学计量比值。结果表明，单作水稻和稻-菜轮作下土壤有机碳（SOC）和微生物生物量碳（MBC）含量最高，SOC是其他种植模式的1.3～1.6倍，MBC是其他种植模式的1.6～2.0倍，单作水稻土壤中可溶性有机碳（DOC）含量最高(100 mg·kg-1)。此外，水解酶活性在单作水稻和稻-菜轮作模式下均高于其他种植模式，稻-菜轮作模式下微生物碳限制和磷限制最低，而单作水稻模式下土壤微生物碳限制低于其他模式，但微生物磷限制高于其他种植模式。研究表明，单作水稻和稻-菜轮作模式可以显著降低微生物养分限制，进而促进农田土壤碳的固持，为通过改变作物种植模式实现农业可持续发展提供了理论支撑。

关键词：种植模式土壤养分土壤酶活性微生物养分限制土壤有机碳

土壤有机碳微生物利用效率的元素计量学驱动机制研究进展

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中国土壤与肥料 2024年第4期 228-234页

作者：张红瑞王香香曹丹祝贞科葛体达宁波大学植物病毒学研究所浙江宁波315000

土壤有机碳的微生物利用效率是描述微生物有机碳同化效率的重要参数,也是衡量土壤固碳潜力的重要指标,与土壤碳库的固定、转化、矿化以及温室气体的排放紧密相关。土壤微生物对有机碳的利用效率取决于微生物的种类、数量以及群落结构,... 详细信息

土壤有机碳的微生物利用效率是描述微生物有机碳同化效率的重要参数,也是衡量土壤固碳潜力的重要指标,与土壤碳库的固定、转化、矿化以及温室气体的排放紧密相关。土壤微生物对有机碳的利用效率取决于微生物的种类、数量以及群落结构,理解和评估土壤有机碳微生物利用效率对于解析土壤碳循环和促进土壤固碳减排具有重要意义。因此,理解土壤有机碳微生物利用过程,及其与氮、磷等元素的计量学耦合关系,为揭示土壤有机碳周转的微生物过程机制提供理论依据。未来的研究应关注在多生态系统中多因子影响下的土壤有机碳微生物利用效率的阈值范围和调控机制,以期为生态系统固碳减排和实现“双碳”目标提供新思路。

关键词：土壤碳循环土壤微生物碳源利用效率元素计量学

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小麦根内细菌群落与黄花叶病发生的关联机制

植物病理学报 2024年第2期54卷 398-409页

作者：张锐彬秦方锦张昊青吴传发祝贞科葛体达羊健陈剑平李科林中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 宁波市农业技术推广总站宁波315211 宁波大学植物病毒学研究所省部共建农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室农业部/浙江省植保生物技术重点实验室宁波315211

植物根系微生物组在宿主生长发育、养分吸收以及病害抵御等方面发挥重要作用。为探究小麦根系微生物组变化与黄花叶病发生的关联机制,进而寻求小麦黄花叶病的生物防治方法,本研究采集了健康(H)、中度发病(M)和重度发病(S)小麦根系样品,... 详细信息

植物根系微生物组在宿主生长发育、养分吸收以及病害抵御等方面发挥重要作用。为探究小麦根系微生物组变化与黄花叶病发生的关联机制,进而寻求小麦黄花叶病的生物防治方法,本研究采集了健康(H)、中度发病(M)和重度发病(S)小麦根系样品,研究了不同发病程度下小麦根内细菌群落结构及其环境驱动机制。结果表明:随着发病程度的增加,小麦根内细菌群落丰富度呈下降趋势。细菌群落结构在不同发病程度之间显著分异,且与根际土壤养分含量变化有关。其中短小杆菌属(Curtobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、人藤黄色杆菌属(Luteibacter)在发病小麦根内富集,其相对丰度与根际土壤中硝态氮(NO-3-N)、有效磷(AP)、有机碳(SOC)、全磷(TP)、全钾(TK)、植物体内碳(PC)含量呈显著正相关,与根际土壤中铵态氮(NH+4-N)、镁(Mg)含量呈显著负相关。泛菌属(Pantoea)在健康小麦根内富集,其相对丰度与植物体内氮(PN)含量呈显著正相关。以上结果表明,小麦根内细菌群落结构变化与小麦黄花叶病的发生及根际土壤养分含量增加有关。

关键词：小麦黄花叶病根内细菌微生物多样性高通量测序

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套作蚕豆对梨园土壤肥力和微生物群落结构的影响

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农业资源与环境学报 2024年第5期41卷 1023-1034页

作者：尹若涵高丹娜张维玲许林英刘琼祝贞科鲁顺保葛体达张艳杰江西师范大学生命科学学院南昌330022 宁波大学植物病毒学研究所农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室浙江宁波315211 浙江省慈溪市农业监测中心浙江宁波315300 浙江省慈溪市农业技术推广中心浙江宁波315300

为探讨套作蚕豆对梨园土壤肥力及微生物的影响,本研究于蚕豆的苗期、开花期和成熟期,分别采集不套作(对照,CK)、套作苏蚕3号(CT1)、套作苏蚕4号(CT2)和套作慈蚕1号(CT3,本地品种)处理土壤,对土壤理化性质和微生物活性及群落结构变化进... 详细信息

为探讨套作蚕豆对梨园土壤肥力及微生物的影响,本研究于蚕豆的苗期、开花期和成熟期,分别采集不套作(对照,CK)、套作苏蚕3号(CT1)、套作苏蚕4号(CT2)和套作慈蚕1号(CT3,本地品种)处理土壤,对土壤理化性质和微生物活性及群落结构变化进行研究。结果表明:套作蚕豆后苗期土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和有效磷(OlsenP)含量有所增加,开花期土壤电导率、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和NO_(3)^(-)-N含量显著增加,pH和OlsenP含量显著降低;套作蚕豆增加了土壤微生物量碳(MBC),成熟期CT1和CT2土壤MBC含量分别较CK显著增加36%和51%(P<0.05);套作蚕豆还降低了与碳氮磷降解相关的水解酶活性。此外,套作蚕豆增加了细菌微生物丰富度指数和香农指数,其中增加了浮霉菌门(1.5~1.7个百分点)、厚壁菌门(0.9~3.4个百分点)、芽单胞菌门(0.7~1.1个百分点)和疣微菌门(0.3~0.5个百分点)细菌相对丰度,降低了变形菌门(1.3~2.7个百分点)、放线菌门(1.9~2.8个百分点)和酸杆菌门(0.1~1.1个百分点)细菌相对丰度。Mantel和CCA分析结果显示,pH和NO_(3)^(-)-N是微生物活性的重要驱动因子,MBC是影响细菌群落结构的重要因子。研究表明,套作蚕豆有助于提高土壤微生物量及其群落结构多样性,对维持土壤微生态多样性具有重要的保育作用。

关键词：套作蚕豆土壤养分微生物群落结构

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金属配位型分子印迹聚合物催化剂的制备及其催化作用研究

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金属配位型分子印迹聚合物催化剂的制备及其催化作用研究

作者：祝贞科湖南师范大学

学位级别：硕士

分子印迹聚合物具有构变预定性、专一识别性、稳定性、实用性等特点,近年来,受到研究工作者的广泛关注。分子聚合物的研究大多集中在色谱分离、固体萃取、临床药物分析、传感器技术等方面,而在有机催化方面的研究较少,主要是酯水解等几... 详细信息

分子印迹聚合物具有构变预定性、专一识别性、稳定性、实用性等特点,近年来,受到研究工作者的广泛关注。分子聚合物的研究大多集中在色谱分离、固体萃取、临床药物分析、传感器技术等方面,而在有机催化方面的研究较少,主要是酯水解等几类有机反应,且大多是利用印迹聚合物的识别位点和印迹结构来稳定催化反应过渡态或选择特殊产物,因此其催化活性一般较低。在聚合物的印迹空腔内直接引入催化活性中心是实现高效催化、专一识别的重要途径,因此,设计新型的具有催化活性中心的分子印迹聚合物催化剂亟待开展,基于金属配位型分子印迹聚合物和分子印迹聚合物负载金属离子作为印迹催化剂,实现高效催化和专一识别的潜在优势,本文创新性的将金属离子的桥梁作用引入分子印迹聚合物的设计与合成中,制备了三种具有高印迹保真度的分子印迹聚合物催化剂,并考察了其在有机反应中的催化作用。(1)利用分子印迹技术,以2-乙酰基环己酮与Co(II)的配合物为模板,合成了对苯甲醚乙酰化反应的邻位产物有专一识别性能的钴配位分子印迹聚合物Co(Ⅱ)-MIP。采用FT-IR, N2吸附-脱附,SEM等分析方法对分子印迹聚合物进行了表征。将该印迹聚合物应用于苯甲醚酰基化反应中,考察了对苯甲醚酰基化反应区位选择性的影响,结果表明Co(Ⅱ)-MIP的印迹空腔具有特定空间立体结构和结合位点,表现出对酰基化试剂和邻位酰基化产物的识别能力。(2)利用Fe(Ⅲ)的配位作用在分子印迹聚合物制备过程中的优势,以FeCl3与对硝基苯甲醇的配合物为模板,丙烯酰胺为功能单体,制备分子印迹催化剂Fe(Ⅲ)-MIP;通过研究该催化剂对不同醇类氧化反应的催化活性,表明Fe(Ⅲ)-MIP催化剂在不同取代基的苯甲醇氧化反应中,表现出相对于非印迹聚合物催化剂Fe(Ⅲ)-NIP更高的催化活性,且对模板分子—对硝基苯甲醇具有专一的底物选择识别性。(3)以氯金酸与对硝基苯甲醇的配合物为模板,丙烯酰胺为功能单体,制备了含有纳米金粒子的Au-MIP分子印迹催化剂。分别考察了该催化剂在邻,间,对—硝基苯甲醇的氧化反应的催化活性。结果表明Au-MIP具有与对硝基苯甲醇结构完全匹配的印迹结构和可高效识别对硝基苯甲醇的识别位点,因此对模板分子底物—对硝基苯甲醇显示出专一的底物选择识别性;在不同取代基的苯甲醇氧化反应中,Au-MIP对具有可与印迹结构中识别位点结合的取代苯甲醇表现出更高的识别性。

关键词：分子印迹催化剂金属配位底物识别性选择性傅克酰基化反应苯甲醇氧化反应