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酸性土壤氨氧化微生物及其影响因素研究进展

微生物学通报 2023年第1期50卷 413-426页

作者：刘晶静马文丹和松吴增学李春江西理工大学能源与机械工程学院江西南昌330013

自然条件变化和人类活动不仅加剧了土壤酸化,扩大了酸性土壤面积,而且严重影响了土壤氮循环。氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的核心环节,受到国内外研究者的广泛关注。探究酸性土壤氨氧化作用及其功能微生物对完善氮循... 详细信息

自然条件变化和人类活动不仅加剧了土壤酸化,扩大了酸性土壤面积,而且严重影响了土壤氮循环。氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的核心环节,受到国内外研究者的广泛关注。探究酸性土壤氨氧化作用及其功能微生物对完善氮循环机制和促进土壤养分循环具有重要意义。本文主要综述了土壤中氨氧化代谢途径,对比了氨氧化细菌(ammoniaoxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和全程硝化菌(complete ammoniaoxidizers,Comammox)对酸性土壤氨氧化作用的相对贡献,分析了微生物内源功能差异及pH、底物浓度等外部环境因素对氨氧化微生物丰度、活性和群落结构的影响,最后对氨氧化微生物研究进行了展望,以期为酸性土壤氨氧化作用研究和微生物修复技术应用与实践提供科学参考。

关键词：酸性土壤氨氧化古菌氨氧化细菌全程硝化菌

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酸性土壤改良技术领域专利情报分析

中国土壤与肥料 2023年第5期 174-182页

作者：陈香梁林洲董晓英李九玉王超沈仁芳中国科学院南京土壤研究所江苏南京210008

土壤过度酸化是导致全球土壤退化的主要因素之一,土壤酸化会降低土壤肥力,危害作物生长发育,加重土壤重金属污染等。中国农田土壤酸化问题严重,改良酸性土壤以实现农田可持续发展备受关注。基于incoPat专利数据库对2020年前酸性土壤改... 详细信息

土壤过度酸化是导致全球土壤退化的主要因素之一,土壤酸化会降低土壤肥力,危害作物生长发育,加重土壤重金属污染等。中国农田土壤酸化问题严重,改良酸性土壤以实现农田可持续发展备受关注。基于incoPat专利数据库对2020年前酸性土壤改良技术领域的专利进行计量学统计,探讨该领域技术研发的现状、应用和趋势。结果表明,中国在该领域专利申请数量整体呈现快速增长的态势,国内申请占全球总申请量的85%。酸性土壤改良技术以综合型改良为主,在改良土壤酸度的同时更加关注土壤养分的缺乏;土壤酸化模拟预测方法、采用土壤酸化改良装置可以提高改良效果,更加高效、环保、多功能的改良技术不断涌现;当前,高校和科研机构的专利转化率较低,企业研发实力尚需加强。酸性土壤改良技术市场前景广阔,应加强新技术、新材料的研发,促进专利技术产业化发展。

关键词：酸性土壤土壤改良专利分析发展趋势

畜禽粪便生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化

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农业工程学报 2022年第8期38卷 209-217页

作者：沈秀丽燕海朋曾剑飞沈玉君孟海波丁京涛周海宾农业农村部规划设计研究院农业农村部农业废弃物能源化利用重点实验室北京100125 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081

为探究生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化规律,科学指导畜禽粪便生物炭农田应用,该研究以猪粪生物炭为研究对象,开展土壤培养试验,利用扫描电镜、物理吸附、X射线衍射物相分析、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱等方法表征... 详细信息

为探究生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化规律,科学指导畜禽粪便生物炭农田应用,该研究以猪粪生物炭为研究对象,开展土壤培养试验,利用扫描电镜、物理吸附、X射线衍射物相分析、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱等方法表征不同培养时间生物炭表面形貌、孔隙结构、元素分布的变化规律,以及土壤孔隙溶液中重金属、磷酸盐等组分的变化规律。结果显示生物炭内源重金属Cu、Zn主要存在形态为氧化提取态,Cu、Zn氧化提取态比例分别为79.37%和53.43%,生物炭矿物质元素主要以氧化物形式存在于生物炭颗粒表面,施入酸性土壤后,生物炭比表面积及孔容增加,颗粒表面Cu、P、K等元素含量降低,土壤孔隙溶液中pH值、EC、Cu与PO_(4)^(3-)含量显著升高,PO_(4)^(3-)的浓度范围为2.26~298.00 mg/L,Cu的浓度范围为1.81~2.86μg/L,生物炭颗粒粒径越小,PO_(4)^(3-)和Cu溶出率越高,生物炭施入土壤30 d时,土壤孔隙溶液中PO_(4)^(3-)和Cu的浓度最高。研究表明酸性土壤可促进以碳酸盐、磷酸盐氧化物形式存在的Cu以及被碳酸根与磷酸根沉淀的Cu不断释放进入土壤,但生物炭内源Zn在酸性土壤环境不易释放,且生物炭可吸附土壤中的Zn,降低Zn的生物有效性。

关键词：生物炭重金属畜禽粪便酸性土壤迁移转化

酸性土壤条件下接种丛枝菌根真菌缓解铝对玉米生长抑制作用的研究

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江苏农业科学 2022年第2期50卷 59-66页

作者：覃圣峰杨怡森马俊卿孙晨瑜廖虹霖黄京华广西大学农学院/广西高校作物栽培学与耕作学重点实验室广西南宁530000

为探究酸性土壤下丛枝菌根真菌(AMF)对玉米生长特性及铝吸收情况的影响,采取盆栽试验法,在酸性土壤(pH值为4.4)中分别将4种AMF(摩西管柄囊霉、幼套近明球囊霉、聚丛根孢囊霉、变形球囊霉)接种到耐铝型玉米桂单0810和铝敏感型玉米郑单958... 详细信息

为探究酸性土壤下丛枝菌根真菌(AMF)对玉米生长特性及铝吸收情况的影响,采取盆栽试验法,在酸性土壤(pH值为4.4)中分别将4种AMF(摩西管柄囊霉、幼套近明球囊霉、聚丛根孢囊霉、变形球囊霉)接种到耐铝型玉米桂单0810和铝敏感型玉米郑单958上,研究酸性土壤中AMF共生对玉米的影响。结果表明,在酸性土壤条件下,AMF与2种玉米均建立了良好的共生关系(菌根侵染率均大于45%),显著促进了玉米生长。AMF共生显著提高玉米根际土壤pH值,减少了活性铝溶出,抑制了玉米对铝(Al)的吸收和积累。同时,AMF还提高了土壤有机质和土壤球囊霉素的含量。但不同AMF对玉米促生效果不同,与桂单0810共生的AMF中,幼套近明球囊霉的促生效应最佳,菌根侵染率达到了59.3%,玉米干物质质量较CK处理增加了100.00%,而其根部、茎秆、叶片的Al浓度较CK处理减少了33.30%、58.19%、52.60%;土壤pH值较CK增加了18.96%,土壤活性铝总量较CK减少了30.73%。与郑单958共生的AMF中,摩西管柄囊霉的效果最好,菌根侵染率达到了53.60%,玉米干物质质量较CK处理增加了71.70%,根部、茎秆、叶片的Al浓度则较CK处理分别减少了39.55%、61.98%、57.58%;土壤pH值较CK处理增加了23.90%,土壤活性铝总量较CK处理减少了26.11%。本研究表明,AMF可以有效改善玉米根际土壤微生态环境,促进玉米在酸性土壤中生长,增强玉米耐铝性。本试验筛选出了摩西管柄囊霉、幼套近明球囊霉这2种与耐铝型玉米和铝敏感型玉米共生效果最好的AMF。

关键词：酸性土壤丛枝菌根真菌玉米铝环境胁迫

酸性土壤中决明属牧草高效根瘤菌的分离及筛选

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草地学报 2020年第6期28卷 1519-1526页

作者：杨庆王义祥李欣欣翁伯琦廖红福建农林大学资源与环境学院根系生物学研究中心福建福州350002 福建省农业科学院农业生态研究所福建省红壤山地农业生态过程重点实验室福建福州350003

为提高豆科决明属(Chamaecrista spp.)牧草的结瘤能力和固氮效率,促进决明属牧草在酸性土壤中的应用及推广,本研究以圆叶决明(Chamaecrista rotundifolia)和羽叶决明(Chamaecrasta nictitans)为试验材料,通过分离、纯化、nodA基因鉴定... 详细信息

为提高豆科决明属(Chamaecrista spp.)牧草的结瘤能力和固氮效率,促进决明属牧草在酸性土壤中的应用及推广,本研究以圆叶决明(Chamaecrista rotundifolia)和羽叶决明(Chamaecrasta nictitans)为试验材料,通过分离、纯化、nodA基因鉴定等方法,从酸性土壤里决明属牧草的根瘤中分离到10株候选根瘤菌株系。16S rDNA测序及系统发育树分析表明,这10株根瘤菌均属于慢生型根瘤菌。回接试验表明,上述10株根瘤菌均能与圆叶决明共生,形成根瘤。与不接种的对照相比,其固氮酶活性为0.08~4.65μmol·g^-1·h^-1,植株干重、SPAD值和氮含量分别提高了99.17%~372.14%,399.27%~789.05%,235.00%~1043.33%。其中,4株根瘤菌TXR2,TXN1,WYSR1,JYN6对圆叶决明氮营养贡献最大,并且TXN1与宿主共生形成的根瘤数目最多,而JYN6的固氮酶活性最高。说明本研究分离鉴定到4株决明高效根瘤菌,具有较好的应用前景。

关键词：决明属牧草酸性土壤根瘤菌分离鉴定

添加生物炭和氮素对酸性土壤CO_(2)和N_(2)O排放的影响

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河北农业大学学报 2023年第3期46卷 60-66页

作者：史雅童潘亚男曹文超郭景恒王娅静河北农业大学资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室河北保定071000 中国农业大学资源与环境学院北京100193 潍坊科技学院山东寿光262700

为探索添加生物炭和氮素对土壤温室气体(Greenhouse gas,GHG)排放的影响,以贵州省酸性森林土壤为研究对象,通过15 d的室内培养试验检测不同生物炭水平(0、30和60 g/kg)、氮素水平(0和30 mg N/kg)和氮素类型(硝态氮和铵态氮)条件下土壤CO... 详细信息

为探索添加生物炭和氮素对土壤温室气体(Greenhouse gas,GHG)排放的影响,以贵州省酸性森林土壤为研究对象,通过15 d的室内培养试验检测不同生物炭水平(0、30和60 g/kg)、氮素水平(0和30 mg N/kg)和氮素类型(硝态氮和铵态氮)条件下土壤CO_(2)和N_(2)O浓度的动态变化。结果表明:添加生物炭使CO_(2)排放量增加了18.88%~129.44%,增加量随生物炭水平的增加而增加,且厌氧条件的增加量高于好氧。添加生物炭使厌氧条件下N_(2)O的累积浓度降低了99.97%~99.99%,而使好氧条件下增加了170.82%~252.14%。添加硝态氮和铵态氮分别使土壤CO_(2)累积浓度增加了21.25%和31.71%,N_(2)O累积浓度增加了24.29%和0.00%。同时添加生物炭和氮素对土壤CO_(2)和N_(2)O排放也有促进作用,但促进效果低于仅添加生物炭或仅添加氮素处理。厌氧条件添加生物炭使全球增温潜势显著降低,表明生物炭对酸性土壤厌氧环境下GHG减排的贡献不容小觑。

关键词：二氧化碳氧化亚氮生物炭氮素酸性土壤

酸性土壤环境中剥离涂层下X80钢应力腐蚀行为及机理

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表面技术 2016年第7期45卷 1-7页

作者：李宗书刘智勇杜翠薇李彩玉北京科技大学腐蚀与防护中心北京100083

目的研究酸性土壤环境中剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀行为及机理。方法采用电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验和腐蚀形貌扫描电子显微镜观察,对服役于鹰潭土壤环境的X80管线钢在剥离涂层下滞留液中的应力腐蚀行为及机理进行了分... 详细信息

目的研究酸性土壤环境中剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀行为及机理。方法采用电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验和腐蚀形貌扫描电子显微镜观察,对服役于鹰潭土壤环境的X80管线钢在剥离涂层下滞留液中的应力腐蚀行为及机理进行了分析研究。结果 X80管线钢在剥离涂层下的滞留液中具有一定的SCC敏感性,应力腐蚀开裂类型属于TGSCC,敏感性较大位置为近漏点处、剥离区中下部及剥离区底部,且近漏点处滞留液体系中X80钢的SCC机理受阳极溶解(AD)机制控制,剥离区底部滞留液中SCC机理受阳极溶解+氢脆(AD+HE)的混合机制控制。结论服役于酸性土壤中的X80管线钢在外防腐涂层破损后,除开放破损处将发生腐蚀外,剥离涂层下的管线钢还会存在一定的应力腐蚀敏感性。

关键词： X80管线钢酸性土壤应力腐蚀(SCC) 剥离涂层滞留液

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酸性土壤上花生高效根瘤菌的分离及应用

中国农业科学 2019年第19期52卷 3393-3403页

作者：刘鹏田颖哲钟永嘉廖红福建农林大学资源与环境学院根系生物学研究中心

【背景】花生(Arachis hypogaea L.)是世界上重要的油料和经济作物。在我国南方产区,大部分花生种植地土壤为酸性。酸性土壤不仅pH值低、瘦瘠,而且还有低磷、铝毒等诸多障碍因素,严重限制了花生的生物固氮及产量。【目的】本文旨在分离... 详细信息

【背景】花生(Arachis hypogaea L.)是世界上重要的油料和经济作物。在我国南方产区,大部分花生种植地土壤为酸性。酸性土壤不仅pH值低、瘦瘠,而且还有低磷、铝毒等诸多障碍因素,严重限制了花生的生物固氮及产量。【目的】本文旨在分离及应用适应酸性土壤的高效固氮根瘤菌,提高花生固氮效率及产量,改良酸性土壤。【方法】利用平板划线结合镜检的方法,从田间采集的新鲜花生根瘤中分离纯化单菌落;通过PCR技术检测分离物中是否含有结瘤基因nodA和固氮基因nifH,进行根瘤菌的初步分子鉴定;再通过16S rRNA基因序列比对,对根瘤菌进行进一步分子鉴定。候选根瘤菌通过水培回接,检测其与花生的共生结瘤及固氮能力;再通过田间试验评价筛选出来的候选根瘤菌在酸性土壤上的应用效果。【结果】本研究首先从不同酸性土壤种植区域的花生根瘤中分离、纯化得到256个分离物;其中10株含有nodA和nifH,初步确定为根瘤菌。经16S rRNA基因全长序列测定,发现8株为慢生型根瘤菌(Bradyrhizobium),2株为根瘤菌属根瘤菌(Rhizobium)。水培回接试验发现,这10株根瘤菌均能够与花生共生、形成有效根瘤,证实是花生根瘤菌。在此基础上,选取4株固氮效率较高的根瘤菌,在酸性土壤上应用。结果表明,4株根瘤菌均能与花生在酸性土壤上形成根瘤,而未接种的花生根部不能形成根瘤。并且接种根瘤菌后显著改善了花生氮营养,提高了花生的生物量和产量。与不接种的对照相比,接种根瘤菌后,花生生物量、产量和氮含量分别提高了27.1%—38.0%、24.7%—104.2%和73.9%—151.3%。【结论】本研究分离鉴定的花生根瘤菌能够高效固氮和适应酸性土壤,具有重要的应用前景。

关键词：酸性土壤花生根瘤菌生物固氮

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同方期刊数据库

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酸性土壤施用石灰提高作物产量的整合分析

中国农业科学 2017年第13期50卷 2519-2527页

作者：曾廷廷蔡泽江王小利梁文君周世伟徐明岗贵州大学农学院中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室

【目的】施用石灰是改良土壤酸度获得作物增产的传统而有效的方法之一,整合分析石灰增加作物产量的效应和原因,对科学合理施用石灰维持作物高产提供指导。【方法】收集已公开发表有关石灰改良酸性土壤的文献数据,建立土壤p H和作物产量... 详细信息

【目的】施用石灰是改良土壤酸度获得作物增产的传统而有效的方法之一,整合分析石灰增加作物产量的效应和原因,对科学合理施用石灰维持作物高产提供指导。【方法】收集已公开发表有关石灰改良酸性土壤的文献数据,建立土壤p H和作物产量/生物量数据库。分析土壤初始p H(3.1—6.6)、作物类型(粮食作物、经济作物)、石灰施入量(6 000 kg·hm-2)和石灰类型(生石灰、熟石灰、石灰石粉)下,作物的增产率。【结果】与不施石灰相比,酸性土壤上施用石灰可提高作物产量,增产幅度为2%—255%,粮食类作物和经济类作物增产率分别为42%和47%,其中粮食类作物增产率大小排序:玉米(149%)>高粱(142%)>麦类(55%)>豆类(32%)>水稻(4%)>薯类(2%),经济类作物增产率排序:蔬菜(255%)>牧草(89%)>油菜(26%)>水果(23%)>烟草(7%)。施用石灰作物增产率随土壤初始p H的升高呈先升高后降低趋势:当p H为4.3时,增产效果最好,达99%;p H 5.8以上出现减产。在常见土壤酸性范围(p H 4.5—5.5),石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2最佳,增产率达55%—173%。熟石灰的增产效果(100%)要优于生石灰(32%)和石灰石粉(64%)。施用石灰提高土壤p H和交换性钙含量、降低交换性铝含量,是作物增产的主要原因,且当交换性钙为6.2 cmol·kg时增产率最大,也证实改良土壤酸度时需要中等石灰用量。【结论】酸性土壤添加石灰对蔬菜和玉米的增产效果最好,并优先选用熟石灰。石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2为宜,在p H大于5.8时不宜施用,即酸性土壤改良目标值为p H 5.8。

关键词：酸性土壤石灰作物产量整合分析交换性钙