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土壤酸化对玉米产量、氮代谢及相关基因表达的影响

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华北农学报 2022年第3期37卷 94-103页

作者：张宗祥黄峥嵘吴雪凡刘楠楠李笑笑董召荣宋贺安徽农业大学农业部黄淮南部小麦生物学与遗传育种重点实验室安徽农业大学农学院安徽合肥230036

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活... 详细信息

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮(NO_(3)^(-))、铵态氮(NH_(4)^(+))、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放NH_(4)^(+)与NO_(3)^(-)还原产生NH_(4)^(+)的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生NH_(4)^(+)的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

关键词：玉米土壤酸化产量氮代谢转录组

1980~2050年大气沉降导致中国森林土壤酸化

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Science Bulletin 2022年第9期67卷 914-917,M0003页

作者： Qiongyu Zhang Jianxing Zhu Qiufeng Wang Li Xu Mingxu Li Guanhua Dai Jan Mulder Yue Xi Nianpeng He Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Faculty of Environmental Sciences and Natural Resource Management Norwegian University of Life SciencesÅs 1431Norway Research Station of Changbai Mountain Forest Ecosystems Chinese Academy of SciencesYanbian 133613China Center for Ecological Research Northeast Forestry UniversityHarbin 150000China

稳定的土壤pH对维持生态系统的结构和功能至关重要.中国是酸沉降最严重的区域,长期高剂量的酸沉降可能将导致土壤pH显著降低,甚至造成严重的区域生态环境问题.然而,目前有关酸沉降对中国森林土壤酸化的影响还未见报道.本文利用土壤酸化... 详细信息

稳定的土壤pH对维持生态系统的结构和功能至关重要.中国是酸沉降最严重的区域,长期高剂量的酸沉降可能将导致土壤pH显著降低,甚至造成严重的区域生态环境问题.然而,目前有关酸沉降对中国森林土壤酸化的影响还未见报道.本文利用土壤酸化过程模型结合长期监测的大气沉降、植物-土壤养分含量数据、社会发展、气候和污染控制情景,评估并预测1980~2050年间大气沉降导致的森林土壤酸化趋势.结果表明:1980~2019年,表层土壤pH和碱基饱和度分别平均下降0.56和18%.氮沉降的贡献小于硫沉降,但它仍在持续增加.预测结果表明,2020~2050年可持续发展结合高强度减排情景相较于不采取措施情景可使土壤pH下降减少60%,但仍不能逆转土壤pH降低.因此,在未来不仅需要继续控制酸性污染物的排放,还需要加强氮的控制,并在土壤酸化高风险区采取相应恢复措施.

关键词：恢复措施土壤酸化大气沉降酸沉降可持续发展长期监测污染控制氮沉降

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玉米秸秆还田和有机配施提高黑土酸中和容量

地理学报 2022年第7期77卷 1701-1712页

作者：姜勇张勇勇李天鹏王汝振王聪张玉革高洪军朱平李慧中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 沈阳大学环境学院沈阳110044 吉林省农业科学院农业环境与资源研究所长春130033 河北大学生命科学学院保定071002

长期施用化肥导致农田黑土酸化、盐基离子耗竭、养分失衡及作物重金属污染等诸多问题。本文依托吉林公主岭国家黑土肥效监测基地25 a的施肥试验,研究了不施肥对照(C)、N、NP、NK、PK、NPK、厩肥—化肥配施(MNPK)、玉米秸秆还田(SNPK)等... 详细信息

长期施用化肥导致农田黑土酸化、盐基离子耗竭、养分失衡及作物重金属污染等诸多问题。本文依托吉林公主岭国家黑土肥效监测基地25 a的施肥试验,研究了不施肥对照(C)、N、NP、NK、PK、NPK、厩肥—化肥配施(MNPK)、玉米秸秆还田(SNPK)等8个施肥处理对土壤酸中和容量(ANC)的影响,N、P、K施用量分别为165 kg hma、36 kg hma、68.5 kg hma,MNPK和SNPK处理与NPK处理为等N量。结果表明,施化肥导致表土pH下降0.37~1.39,MNPK和SNPK处理分别提高土壤p H值0.21和0.53。以pH 5.0为参比,N、NP、NK、PK、NPK各处理的酸中和容量ANCpH 5.0分别为对照的42.85%、61.79%、54.05%、82.26%、63.68%;MNPK处理的ANC是对照的1.86倍;加酸160 mmol kg,SNPK处理的土壤pH值仅从7.65降至6.42,表现出极强的酸中和能力。SNPK和MNPK处理的土壤交换性盐基总量SEB分别是对照的1.37和1.14倍,土壤有机质SOM分别是对照的1.32和1.63倍,二者是提高土壤ANC主要原因。总之,有机物料添加显著提高了黑土抗酸化性能及土壤基础肥力水平,研究结果可为东北黑土区玉米秸秆还田保护性耕作及有机肥部分替代化肥实践提供长期试验的理论依据和数据支撑。

关键词：黑土土壤肥力土壤酸化酸缓冲容量玉米秸秆还田有机肥

生石灰对林下酸化土壤的调控作用及三七生长的影响

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应用生态学报 2022年第4期33卷 972-980页

作者：张义杰徐杰陆仁窗叶辰黄惠川杨敏何霞红朱书生云南农业大学农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室昆明650201 西南林业大学昆明650224

土壤酸化是导致林下三七生长不良和根腐病发生的重要因素。本试验利用不同量(0、500、1000、1500和2000 kg·hm^(-2))的生石灰改良林下酸化土壤,评价生石灰对土壤理化性质、酚类物质、根际微生物和三七生长的影响。结果表明:适量的生石... 详细信息

土壤酸化是导致林下三七生长不良和根腐病发生的重要因素。本试验利用不同量(0、500、1000、1500和2000 kg·hm^(-2))的生石灰改良林下酸化土壤,评价生石灰对土壤理化性质、酚类物质、根际微生物和三七生长的影响。结果表明:适量的生石灰(500~1000 kg·hm^(-2))可显著提高土壤pH值,降低酚类物质(羟基苯甲酸、香草醛、丁香酸、阿魏酸和香草酸)含量,促进三七的生长,并降低根腐病的发生。适量的生石灰(500~1000 kg·hm^(-2))能显著降低土壤的真菌/细菌,提高细菌多样性,提高门水平上子囊菌门、变形菌门和属水平上马赛菌属和鞘脂单胞菌属的相对丰度。但是过量的生石灰(1500~2000 kg·hm^(-2))会降低土壤碱解氮和有机质含量,抑制三七的生长。因此,500~1000 kg·hm^(-2)生石灰可显著改善林下土壤的化学性质和微生物群落,从而促进三七生长,降低根腐病的发生。

关键词：生石灰土壤酸化酚类物质微生物群落

大气氮沉降影响草地植物物种多样性机制研究综述

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生态学报 2022年第4期42卷 1252-1261页

作者：张世虎张悦马晓玉王聪马群杨雪纯徐婷马越郑智西北师范大学生命科学学院兰州730070

大气氮沉降对草地生态系统结构和功能的影响已成为全球变化生物学研究重点。大气氮沉降导致草地群落物种多样性降低已成为全球普遍现象,但其生物学机制还不清楚,因此有必要系统梳理大气氮沉降对全球不同草地生态系统的研究结果,以便在... 详细信息

大气氮沉降对草地生态系统结构和功能的影响已成为全球变化生物学研究重点。大气氮沉降导致草地群落物种多样性降低已成为全球普遍现象,但其生物学机制还不清楚,因此有必要系统梳理大气氮沉降对全球不同草地生态系统的研究结果,以便在氮沉降背景下为我国草地生态系统的研究和管理制定科学决策。系统综述了氮沉降降低草地群落物种多样性的可能机制,主要包括资源竞争排斥、群落更新限制、土壤酸化及其离子毒害、养分失衡、氮素本身的毒害、次生胁迫。氮沉降导致草地物种多样性降低是多种机制综合作用的结果,每种机制在不同时空具有不同的相对贡献。同时,与欧洲酸性土壤草地和美国高草草原相比,我国草地土壤类型和植被属性具有明显差异。因此,应根据我国草地生态系统的特征、不同植物功能利用养分策略,从土壤养分变化、根系养分吸收转运、叶片生理过程等方面的整合研究思路,探讨氮沉降影响我国草地群落物种多样性的生物学机制,为我国草地生态系统的科学管理提供理论依据。

关键词：大气氮沉降草地生态系统物种多样性土壤酸化资源限制离子毒害养分失衡铵毒次生胁迫

酸化对水稻-土壤系统氮分配和N_(2)O排放的影响

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 452-461页

作者：张宗祥李华玮尚文鼎曹传莉孙梦雨李笑笑董召荣宋贺农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室/安徽农业大学农学院合肥230036

为研究土壤酸化对水稻-土壤系统氮转化、分配和氮损失的影响,以水稻-土壤系统为研究对象,设置中性(pH 7,CK)、弱酸(pH 6,T1)、中强酸(pH 5,T2)和强酸(pH 4,T3)4个土壤递增酸度处理,比较了不同酸度下水稻产量、氮素积累量、氮代谢酶活性... 详细信息

为研究土壤酸化对水稻-土壤系统氮转化、分配和氮损失的影响,以水稻-土壤系统为研究对象,设置中性(pH 7,CK)、弱酸(pH 6,T1)、中强酸(pH 5,T2)和强酸(pH 4,T3)4个土壤递增酸度处理,比较了不同酸度下水稻产量、氮素积累量、氮代谢酶活性、氮素利用效率、氮平衡和N_(2)O排放等指标的差异。结果表明,随着土壤酸度增加,水稻植株氮素积累、利用效率和产量呈现先增加后降低的趋势。相关性分析表明,拔节期氮素积累量与叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)以及茎秆中GS和GOGAT活性呈显著正相关;开花期氮素积累量与穗中的NR、GS、GOGAT和GDH活性呈显著正相关。T1、T2和T3处理N_(2)O累积排放量与CK处理相比分别降低20.3%、58.0%和76.7%;单位产量下的N_(2)O排放量呈现递减的趋势。氮平衡分析表明,相比于CK处理,T2和T3处理氮素表观损失分别降低15.8%和21.1%,水稻氮吸收量分别降低1.5%和15.3%,土壤无机氮残留量分别增加41.2%和88.2%,氮素盈余率分别提高2.2个和7.1个百分点。土壤酸化至中强酸和强酸时,会分别通过抑制水稻拔节期茎叶和开花期穗部的氮代谢过程降低氮素积累量、利用效率和产量。土壤酸化会降低稻田N_(2)O累积排放量,同时也会降低单位产量N_(2)O排放量。此外,中强酸和强酸度土壤还会通过降低水稻氮吸收量和增加播前土壤无机氮量,提高土壤无机氮残留量和氮素盈余率,增加环境风险。

关键词：土壤酸化水稻氮素利用效率产量 N_(2)O 土壤氮平衡

土壤酸化背景下无患子生理特性的微生物学调控机制

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土壤酸化背景下无患子生理特性的微生物学调控机制

作者：夏丽娜浙江农林大学

学位级别：硕士

近几十年来,由于全球变化和人类活动的影响,土壤酸化已成为我国南方地区广泛存在的环境问题。植物-土壤反馈(plant-soil feedback,PSF)在植物个体及其种群应对土壤环境变化中发挥着重要作用,是森林生态学研究的热点领域。无患子(Sapindu... 详细信息

近几十年来,由于全球变化和人类活动的影响,土壤酸化已成为我国南方地区广泛存在的环境问题。植物-土壤反馈(plant-soil feedback,PSF)在植物个体及其种群应对土壤环境变化中发挥着重要作用,是森林生态学研究的热点领域。无患子(Sapindus saponaria)作为亚热带地区重要的经济树种,具有较强菌根依赖性,在弱酸土壤中也能良好生长。然而,关于土壤酸化影响下土壤微生物对无患子生长的调控机制研究较为缺乏。因此,本研究以无患子为研究对象,采用植物-土壤反馈研究的两阶段法进行盆栽试验,量化在不同土壤酸化水平下(pH5.5、pH4.5、pH3.0)接种不同土壤滤液(灭菌土壤滤液、活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液)后无患子在形态、生长、光合特性、渗透调节物质积累、土壤酶活性及土壤真菌群落组成等方面的响应格局。本研究不仅在理论上丰富了无患子生长的调控机制,还在实践上为该树种在土壤酸化区的种植和管理提供理论指导。主要研究结果如下:(1)土壤酸化显著降低了无患子的碱性磷酸酶活性(ALP)、叶面积(LA)、总根长、根表面积、根平均直径、根体积、总干重、根冠比、叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)、类胡萝卜素含量(Car)、净光合速率(P)、气孔导度(g)、胞间CO浓度(C)、蒸腾速率(T)、PSII最大光化学量子产量(F/F)、PSII实际光合量子产量(Y)、光化学猝灭系数(q )、游离脯氨酸含量(Pro)、可溶性糖含量(SS)和土壤酸性磷酸酶活性。相比于接种灭菌土壤滤液,接种活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液显著提升了无患子的菌根侵染率、琥珀酸脱氢酶活性(SDH)、ALP、比叶面积(SLA)、叶绿素a/b(Chla/b)、F/F并降低了Chlb。同时,土壤酸化与接种不同土壤滤液的交互作用对无患子的菌根侵染率、SDH、ALP、LA、SLA、总根长、根冠比、Chla、Chlb、Chla/b、g、T、F/F、Pro、SS、可溶性蛋白含量以及土壤脲酶活性具有显著影响。(2)随着土壤酸化程度的加深,PSF效应值因接种不同土壤滤液而有所差异。接种活性土壤滤液使负的PSF效应值不断加剧,而接种AM真菌土壤滤液则使负的PSF效应值趋于正值。(3)相关性分析表明PSF效应值与根表面积、根平均直径、根体积、Chla、Chlb、P、F/F、Y、q 、SS及土壤酸性磷酸酶活性呈显著正相关,而与土壤真菌Shannon指数及病理营养型的相对丰度呈显著负相关。综上所述,土壤酸化对无患子根系功能性状、生物量积累、光合特性、渗透调节物质积累和土壤酸性磷酸酶活性具有抑制作用而接种活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液则对无患子菌根侵染率、菌丝酶活性以及光合特性具有促进作用。随着土壤酸化的加剧,接种活性土壤滤液对无患子生长具有抑制作用而接种AM真菌土壤滤液则对无患子生长有一定促进作用,这与菌根效应的胁迫程度依赖性有关。同时,根系功能性状、光合特性、可溶性糖含量及土壤酸性磷酸酶活性有可能是PSF效应值变化的正驱动因子而土壤真菌多样性及病理营养型的相对丰度则是PSF效应值变化的负驱动因子。

关键词：土壤酸化植物-土壤反馈无患子土壤真菌群落根系功能性状

巢湖流域种植模式改变对养分表观平衡及土壤化学性质的影响

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农业资源与环境学报 2023年第4期40卷 772-781页

作者：周楠楠王京京王家嘉宋朝辉杨文斌左双宝王赢安徽师范大学生态与环境学院皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部共建协同创新中心安徽芜湖241003 安徽省农业科学院土壤肥料研究所安徽养分循环与资源环境省级实验室合肥230001 安徽师范大学化学与材料科学学院分子基材料安徽省重点实验室安徽芜湖241003 巨石集团有限公司巨石复合材料研究院浙江桐乡314500

为明确巢湖流域内的农田养分平衡状况,制定面源污染防控措施,本研究以巢湖流域传统休耕-水稻种植模式(n=26)作为参照,选取该区域典型的大棚番茄-水稻轮作模式(由休耕-水稻种植模式转变而来,n=26)为研究对象,探究不同种植模式下的养分盈... 详细信息

为明确巢湖流域内的农田养分平衡状况,制定面源污染防控措施,本研究以巢湖流域传统休耕-水稻种植模式(n=26)作为参照,选取该区域典型的大棚番茄-水稻轮作模式(由休耕-水稻种植模式转变而来,n=26)为研究对象,探究不同种植模式下的养分盈亏状况,并分析种植模式改变对土壤化学性质的影响。结果表明,休耕-水稻种植模式下氮盈余34.02 kg·hm^(-2)·a^(-1),其盈余率为16.7%;磷和钾分别亏损2.96、13.71 kg·hm^(-2)·a^(-1),两者亏损率分别为9.1%和19.7%。大棚番茄-水稻轮作模式下氮、磷、钾盈余量分别为589.27、194.93、144.22 kg·hm^(-2)·a^(-1),三者盈余率分别为61.5%、66.4%、26.9%。长期大量施肥下,大棚番茄-水稻轮作导致土壤积累的硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量分别为休耕-水稻种植模式土壤的50.05、7.05、1.95倍和1.72倍。对比休耕-水稻种植模式,大棚番茄-水稻轮作模式下过量施用氮肥导致土壤pH平均下降了0.83个单位,电导率平均增加了0.73 mS·cm^(-1),该模式下土壤呈明显的酸化和盐渍化趋势。研究表明,当前巢湖流域大棚番茄-水稻轮作模式下的养分收支呈盈余状态,土壤积累了大量速效养分,存在一定的流失风险。

关键词：巢湖设施栽培养分平衡土壤酸化次生盐渍化

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酸化与富磷对农田土壤硅有效性的影响

土壤学报 2024年第3期61卷 813-823页

作者：张庚金魏宗强颜晓吴建富江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045

目前,大量农田土壤及其生态功能正经受着土壤酸化的严重威胁,而土壤pH深刻影响着土壤中硅、磷养分的移动性及两者间的相互作用。关于硅肥施用可有效提升土壤磷素植物有效性的研究已有大量报导,但在农业集约化生产区,土壤磷素已大量累积... 详细信息

目前,大量农田土壤及其生态功能正经受着土壤酸化的严重威胁,而土壤pH深刻影响着土壤中硅、磷养分的移动性及两者间的相互作用。关于硅肥施用可有效提升土壤磷素植物有效性的研究已有大量报导,但在农业集约化生产区,土壤磷素已大量累积的背景下,磷富集对土壤硅移动性与有效性的影响及其机制尚不清楚。选取2种不同有效硅水平的农田土壤(低有效硅土壤LASi:有效硅28.20 mg·kg^(–1);高有效硅土壤HASi:有效硅253.6 mg·kg^(–1)),通过等摩尔浓度硅磷竞争吸附试验、土壤培养试验等,探究人工酸化与磷添加对土壤硅吸附性能与移动性的影响及其机制。结果表明,酸化土壤pH在3.5~8.0范围内,当硅与磷等摩尔浓度同时添加时,磷的存在会降低硅的吸附,各相应pH的LASi与HASi 2种土壤对硅的吸附量分别降低26%~74%、31%~84%。这说明,土壤对磷的吸附大于对硅的吸附。设置土壤pH3.5~8.0范围内,降低pH可降低土壤对硅的吸附;磷添加降低土壤硅吸附的效应,在高pH条件下更为显著。土壤酸化与磷添加降低了土壤对硅的吸附,降低了土壤有效硅(HOAc-NaOAc-Si)水平;不同类型土壤移动性硅(CaCl_(2)-Si)水平对酸化与磷添加的响应不同,具体机理尚需进一步研究。

关键词：硅移动性磷富集土壤酸化硅吸附硅有效性