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Planetary Homeostasis of Reactive Nitrogen Through Anaerobic Ammonium Oxidation

Engineering 2024年第7期38卷 175-183页

作者： Guibing Zhu Bangrui Lan Shuci Liu Cameron M.Callbeck Shanyun Wang Liping Jiang Asheesh Kumar Yadav Jan Vymazal Mike S.M.Jetten ganlin zhang Yongguan Zhu Research Center for Eco-Environmental Sciences Chinese Academy of SciencesBeijing 100085China Department of Environment and Science Queensland GovernmentBrisbaneQLD 4102Australia Department of Environmental Sciences University of BaselBasel 4056Switzerland CSIR-Institute of Minerals and Materials Technology Bhubaneswar 751013India Faculty of Environmental Sciences Czech University of Life Sciences PraguePraha 16521Czech Republic Department of Microbiology Radboud UniversityNijmegen 6525 XZThe Netherlands Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences Nanjing Institute of Geography and LimnologyChinese Academy of SciencesNanjing 210008China State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

The availability of nitrogen(N)is crucial for both the productivity of terrestrial and aquatic ecosystems ***,the overuse of artificial fertilizers and the energy required to fix nitrogen have pushed the global nitrogen cycle(N-cycle)past its safe operating limits,leading to severe nitrogen pollution and the production of significant amounts of greenhouse gas nitrous oxide(N2O).The anaerobic ammonium oxidation(anammox)mechanism can counteract the release of ammonium and N2O in many oxygenlimited situations,assisting in the restoration of the homeostasis of the Earth’s N *** this work,we looked into the characteristics of the anammox hotspots’distribution across various types of ecosystems *** hotspots are present at diverse oxic-anoxic interfaces in terrestrial systems,and they are most prevalent at the oxic-anoxic transition zone in aquatic *** on the discovery of an anammox hotspot capable of oxidizing ammonium anoxically into N2 without N2O by-product,we then designed an innovative concept and technical routes of nature-based anammox hotspot geoengineering for climate change,biodiversity loss,and efficient utilization of water *** 15 years of actual use,anammox hotspot geoengineering has proven to be effective in ensuring clean drinking water,regulating the climate,fostering plant and animal diversity,and enhancing longterm environmental *** sustainable biogeoengineering of anammox could be a workable natural remedy to resolve the conflicts between environmental pollution and food security connected to N management.

关键词： Biogeochemical N-cycle Oxic-anoxic interface Nature-based solution Biogeoengineering Nitrogen sustainable development

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赣南稀土尾矿山土体硝态氮累积特征研究

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土壤学报 2024年第3期61卷 727-736页

作者：许哲杨金玲赵越张甘霖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) 南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

稀土开采会造成大量浸矿剂(硫酸铵)残留在土壤中,高浓度铵态氮(NH_(4)^(+)-N)可能在生物化学作用下转化为硝态氮(NO_(3)^(-)-N)。为探明NO_(3)^(-)-N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素,明确硝酸盐污染程度,本研究选择赣南地区一个离... 详细信息

稀土开采会造成大量浸矿剂(硫酸铵)残留在土壤中,高浓度铵态氮(NH_(4)^(+)-N)可能在生物化学作用下转化为硝态氮(NO_(3)^(-)-N)。为探明NO_(3)^(-)-N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素,明确硝酸盐污染程度,本研究选择赣南地区一个离子型稀土原地浸矿尾矿山,由表土分层采样至基岩面,并分析土壤NO_(3)^(-)-N及相关的理化性质。研究结果表明,尾矿山土体NO_(3)^(-)-N含量变异范围非常大(2.80~193.99 mg·kg^(–1)),其平均值为46.30±55.16 mg·kg^(–1),表层土壤NO_(3)^(-)-N含量范围为2.89~6.75 mg·kg^(–1),与自然土壤相近;表层以下土壤NO_(3)^(-)-N含量明显高于自然土壤。尾矿山土体深部含矿层土壤NO_(3)^(-)-N含量明显高于表层,NO_(3)^(-)-N含量随深度的分布规律与自然土壤相反,这是矿体部分残留大量浸矿剂造成的。土壤NH_(4)^(+)-N含量主导了NO_(3)^(-)-N的产生量,但NO_(3)^(-)-N在土体不同深度、山体不同部位的累积量还受降雨淋溶及NO_(3)^(-)-N迁移过程的控制。开采结束4年后,尾矿山内累积的NO_(3)^(-)-N仍不断向环境中释放。长期来看,尾矿山土壤中富集的NH_(4)^(+)-N将不断转化为NO_(3)^(-)-N并随水迁移,持续威胁生态环境及人类健康。本研究可为稀土原地浸矿场地土壤及下游水体污染的评价和治理提供理论基础与科学支撑。

关键词：氮转化硝态氮分布硝态氮迁移离子型稀土矿区土壤

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不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

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土壤学报 2024年第3期61卷 662-673页

作者：龚可杨杨飞隆浩谷俊张甘霖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) 南京210008 中国科学院大学北京100049 湖泊与环境国家重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土... 详细信息

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下(平坦)自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下(有地表侵蚀和沉积)受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面,采用热重分析法,基于不同温度区间的质量损失,分别以Exo1(200~350℃区间的质量损失)和Exo2(350~550℃区间质量损失)代表热易分解SOM和热稳定SOM,以微分热重曲线及热重参数指标(Exo1/Exo2和TG-T50)表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征,并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明:稳定地形下自然发育的黑土,热易分解SOM(Exo1)含量相较于热稳定SOM(Exo2)含量随深度下降更快,Exo1/Exo2随深度减小,TG-T50随深度增加,脂肪族碳/芳香族碳减少,SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下,黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势,存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象,这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约,而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积,由于埋藏作用,这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而,非稳定地形区域一旦再遭侵蚀,这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程,同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放,成为黑土区碳排放的“热点”。

关键词：黑土热重分析热易分解有机质热稳定有机质

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青藏高原表土磁化率空间分布特征及影响因素

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土壤学报 2024年第2期61卷 361-371页

作者：陈雅敏宋效东刘峰叶明亮张楚张甘霖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) 南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理科学重点实验室南京210008

土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标,对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前,区域尺度上土壤磁化率变化成因认识尚不清楚,限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青... 详细信息

土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标,对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前,区域尺度上土壤磁化率变化成因认识尚不清楚,限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青藏高原的254个样点表层(发生层A层)土样,测定土壤磁化率和其他土壤属性,结合母质、气候、地形和植被等数据,阐明青藏高原地区土壤磁化率空间变化特征及其主要影响因素。结果表明:(1)不同母质类型之间,表层土壤磁化率(χ_(lf))无显著差异,百分频率磁化率(χ_(fd)%)差异显著,表现为黄土和砂页岩风化物>冰碛物和结晶盐风化物,其他母质类型之间无显著差异;不同土地利用之间,表层土壤χ_(lf)无显著差异,χ_(fd)%差异显著:森林和旱地>草地>荒地。(2)各因子对土壤磁化率影响表现为植被>理化性质>地形>母质。(3)空间分布上,χ_(lf)与χ_(fd)%均呈现由东南向西北降低的趋势。此外,χ_(lf)和χ_(fd)%的空间分布规律与青藏高原植被分区相吻合。因此,磁化率能更好地指示植被空间分布。

关键词：青藏高原表土磁化率气候

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风化壳颗粒大小是决定典型干旱区硝态氮深部累积特征的关键因素

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土壤学报 2024年第5期61卷 1236-1246页

作者：董学涛吴华勇宋效东张甘霖潘洁南京林业大学林学院南京210037 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) 南京211135 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京211135

我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地... 详细信息

我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地形序列布设三个钻孔点,分别为60年棉田XJ1(40°36′48.7″N,80°48′14.2″E)、32年老苹果园XJ2(41°16′16.2″N,80°19′9.1″E)和15年新苹果园XJ3(41°20′37.6″N,80°17′11.0″E),海拔依次为971 m、1129 m和1213 m,采样深度依次为7.75 m、10.52 m和9.91 m,利用线性和非线性相关分析方法研究了土壤有关理化性质与土壤硝态氮浓度变异的关系。结果表明,海拔低处棉田和海拔高处不同种植年限的苹果园土壤深部均出现了硝态氮显著累积特征,深部浓度高达44 mg·kg^(-1),最大累积深度超过10 m。土壤含水量和不同粒径颗粒(砾石、砂粒、粉粒与黏粒)含量等关键理化性质可解释土壤硝态氮浓度垂直变异的约50%。其中,土壤含水量和土壤颗粒大小是决定土壤硝态氮深部累积特征的重要因素,土壤含水量越高、土壤颗粒越细,土壤硝态氮浓度通常越高。棉田土壤硝态氮在4 m深地下水位以下发生了明显的反硝化作用,使累积的硝态氮浓度降至较低水平(5 m)。土壤含水量是影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部直接性因素;土壤颗粒大小通过调控土壤含水量空间变异,而成为影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部根本性因素。

关键词：土壤硝态氮地球关键带反硝化作用棉田苹果园

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地球关键带研究评述:现状与展望

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土壤学报 2024年第2期61卷 308-318页

作者：杨顺华宋效东吴华勇吴克宁张甘霖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) 南京210008 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 自然资源部土地整治重点实验室北京100035 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008 中国科学院大学现代农业科学学院北京100049

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳... 详细信息

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。

关键词：地球关键带土壤圈地球表层系统结构过程服务

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Mobilization and redistribution of elements in soils developed from extreme weathering basalt on Hainan Island

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Chinese Journal Of Geochemistry 2014年第3期33卷 262-271页

作者： LI Jianwu zhang ganlin GONG Zitong Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration Zhejiang Agriculture and Forest University State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil Science Chinese Academy of Sciences

Major, trace and organic elements of a laterite profile developed on Neogene basalt on Hainan Island, South China were reported to investigate elements mobilization and redistribution in tropical regions. The results indicate that strong acid environment and organic matter(OM) can remarkably improve the transfer of insoluble elements. Among all the elements, Th is the least mobile. As for the general conservative elements during incipient chemical weathering, such as Ti, Zr, Hf and Nb, the removals are up to 30%–40% in the upper profile. And for Fe, Al, Cu and Ni, that tend to be combined with secondary minerals and to be retained in temperate zone, they are removed from the upper profile, transferred downwards, and then precipitated in the lower profile. In addition, atmospheric inputs, including sea salt aerosols and dust, have a profound effect on the budgets of elements that are susceptible to leaching losses(e.g. K, Na and Sr). Excluding the possibilities of groundwater and erosion, the remarkable increase of K, Na and Sr concentrations in the upper profile, together with dramatically upward increasing trends of the percentage changes of Sr/Th, K/Th and Na/Th ratios, show that atmospheric inputs, especially sea salt aerosols, contribute much extraneous seawater derived elements, such as K, Na and Sr to the soils. The overall elemental behaviors in this profile suggest that organic matter and atmospheric inputs play a very important role in the mobilization and redistribution of elements during extreme weathering in tropical regions.

关键词：化学风化再分配玄武岩海南岛土壤开发大气输入热带地区

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Understanding sustainability of soil and water resources in a critical zone perspective

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Science China Earth Sciences 2019年第11期62卷 1716-1718页

作者： ganlin zhang Yongguan ZHU Ming'an SHAO State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China Key Laboratory of Urban Environment and Health Institute of Urban EnvironmentChinese Academy of SciencesXiamen 361021China Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Soil and water resources are fundamental for human *** the status and the evolution of regional water and soil resources is the prerequisite for their sustainable *** is severely constrained by water and soil resources which are subject to soil forming processes under different natural factors such as climate and relief,and also influenced by diversified landuse histories and *** and security of water and soil resources are therefore influenced by both natural and anthropogenic processes.

关键词： soil management resources

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PSGL-1与皮肤恶性黑色素瘤预后的相关性分析

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中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2024年第5期63卷 83-89页

作者：刘梓燊郑瑛瑛袁梦琪张甘霖杨国旺首都医科大学附属北京中医医院肿瘤科北京100010

为了探究PSGL-1与皮肤恶性黑色素瘤预后是否具有相关性,从全基因组关联研究(GWAS)提取PSGL-1和皮肤恶性黑色素瘤的遗传数据,使用逆方差加权法、MR-Egger回归法、加权中位数法、加权模式法和简单模式法进行分析,并对数据进行敏感性分析。... 详细信息

为了探究PSGL-1与皮肤恶性黑色素瘤预后是否具有相关性,从全基因组关联研究(GWAS)提取PSGL-1和皮肤恶性黑色素瘤的遗传数据,使用逆方差加权法、MR-Egger回归法、加权中位数法、加权模式法和简单模式法进行分析,并对数据进行敏感性分析。从TCGA数据库提取皮肤恶性黑色素瘤的生存信息,根据PSGL-1表达高低进行分组,通过Kaplan-Meier法绘制生存曲线,Log-rank检验比较两者生存期之间的差异。通过体外实验探究PSGL-1对A375细胞生物学功能影响。结果显示PSGL-1对皮肤恶性黑色素瘤的逆方差加权法分析结果为OR=0.666,95%CI(0.494~0.899),P=0.008。PSGL-1高表达组中位生存期为44.70个月,PSGL-1低表达组中位生存期为29.13个月,P=0.0002。PSGL-1体外抑制A375细胞的迁移。研究结果发现PSGL-1表达增高是皮肤恶性黑色素瘤的保护因素,是一种潜在的皮肤黑色素瘤预后标志物。

关键词： PSGL-1 皮肤恶性黑色素瘤孟德尔随机化 TCGA数据库

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Chemistry and source identification of wet precipitation in a rural watershed of subtropical China

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Chinese Journal Of Geochemistry 2012年第4期31卷 347-354页

作者： HUANG Laiming YANG Jinling zhang ganlin State Key Laboratory of Sod and Sustamable Agrtculture Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

South China is one of the regions severely suffering from acid rain in the ***,few systematic studies of rural precipitation chemistry have been performed in comparison with the extensive studies on their urban counterparts of this *** order to characterize the current acid rain status and identify its possible sources in the rural area of South China,we analyzed precipitation collected event by event from a rural forested watershed in southern Anhui Province between March 2007 and February *** results showed that the concentrations of major ions within precipitation in the studied rural area were significantly lower than those reported for the urban areas of the same latitude in ***,the precipitation acidity(with an average pH value of 4.49) and the frequency of acid rain(95%) were considerably *** relatively high ratio of(SO42+ NO 3)/(Ca2+ +NH4+) was the main cause of acid rain in this rural area,as SO 2 and NO x were the main precursors of acid rain,while Ca2+ and NH4+acted as the dominant neutralizers to the *** identification indicated that Ca2+ and Mg2+ mainly were derived from alkaline dust,SO42,NO 3 and NH4+originated mainly from anthropogenic sources such as industrial and agricultural activities,most Na +,Cl,K + and some of Mg2+ were derived from the *** results suggested that the major ions within precipitation in the rural area of South China were related to the meso-scale and long-range transport of particles and aerosols in the air.

关键词：农村地区降水化学分水岭源识别中国沉淀亚热带湿法

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