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河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

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土壤学报 2024年第2期61卷 527-538页

作者：张璐杨劲松姚荣江王相平谢文萍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

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应,对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象,结合土壤基本理化性质分析... 详细信息

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应,对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象,结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法,探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明,农田土壤盐渍化程度显著低于荒地,其原核生物多样性更高,尤其是富集了大量农田特有的ASV(扩增子序列变体,amplicon sequence variant);原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大,并主要受到土壤电导率(EC)、pH和有机质(SOM)等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明,盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌,如亚硝化球菌(Nitrososphaeraceae)、亚硝化单胞菌(Nitrososmonadaceae)、诺卡氏菌(Nocardioidaceae)和鞘氨醇单胞菌(Sphingomonadaceae)等;而盐碱荒地富集了以盐杆菌(Halobacterota)为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。

关键词：盐渍土河套灌区原核生物土地利用类型盐杆菌门

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生物质炭负载硫化纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中典型恶臭苯系物的规律与机制

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土壤学报 2024年

作者：李炎璐杨兴伦卞永荣马智勇谷成刚宋洋相雷雷王芳蒋新中国科学院大学土壤与农业可持续发展国家重点实验室(南京土壤研究所)

纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物，实现BTEX的高效去除并探究其降解机理有着重要的环境... 详细信息

纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物，实现BTEX的高效去除并探究其降解机理有着重要的环境意义。本研究建立了以生物质炭负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@BC)为活化剂的过硫酸盐氧化体系，探究不同条件下BTEX的降解效果，并与其他材料催化PS降解体系的效果进行了比较。同时基于化学探针实验、电子顺磁共振实验(EPR)及吹扫捕集-气质联用法(PT-GC-MS)测定的转化产物推测BTEX可能的降解途径。结果表明，S-nZVI@BC/PS体系在pH=3、S/Fe=1/4、Fe/C=1/2、材料投加量为0.01g·g-1、PS浓度为30mmol·L-1时对土壤中BTEX均有着95%以上的降解效果；S-nZVI@BC/PS体系下苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的降解率在2 h内分别可达到96.7%、98.5%、96.9%、98.4%;S-nZVI@BC催化体系在所研究的五种不同催化剂体系表现最佳，即催化效果表现为：PS研究可为土壤中恶臭污染物高效降解技术的建立提供理论支撑。

关键词：苯系物过硫酸盐硫化纳米零价铁生物质炭自由基降解机理

不同气候条件下土壤有机碳水热响应驱动机制研究

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土壤学报 2024年

作者：黄伟根倪浩为黄瑞林王晓玥孙波梁玉婷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

土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大的碳库，其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而，关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台，开展了一项8年的土壤移置试验，其中将... 详细信息

土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大的碳库，其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而，关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台，开展了一项8年的土壤移置试验，其中将寒温带地区（中国海伦）的黑土剖面移置到温带和中亚热带地区（即封丘和鹰潭）来模拟土壤水热条件增加。水热增加提高了植被生物量，地上部植株C/N与微生物酶活性；降低了土壤有机碳、全氮、微生物残体碳（MNC）和活性矿物的相对含量。并且，微生物残体碳对有机碳的贡献也随着水热条件的增加而降低。通过计算ΔMNC/ΔSOC以表征水热增加后微生物残体碳损失速率。结果发现，ΔMNC/ΔSOC随着水热条件的增加而显著增加，封丘地区为72.50% ± 9.35%，而在鹰潭达到了82.67% ± 2.37%。重要的是，土壤活性矿物的变化与ΔMNC/ΔSOC呈强烈的负相关关系，突出了矿物保护在调控ΔMNC/ΔSOC发挥的关键作用。这些结果表明，水热增加降低了土壤矿物对微生物残体碳的保护和/或刺激了土壤中微生物对微生物残体碳的利用，通过减少微生物残体碳促进了有机碳的显著损失。

关键词：水热增加土壤有机碳微生物残体碳微生物残体碳损失速率矿物保护

有机物料品种和用量对设施土壤过量硝酸盐和硫酸盐的去除效果研究

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土壤学报 2024年

作者：朱睿段增强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

淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分，改善土壤质量。田间有机物料品种多样，关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮(C/N)和碳/硫(C/S)的六... 详细信息

淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分，改善土壤质量。田间有机物料品种多样，关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮(C/N)和碳/硫(C/S)的六种有机物料并进行淹水厌氧培养。结果显示，淹水并添加有机物料可快速创造出土壤的还原环境，在培养的第一天氧化还原电位(Eh)就已迅速降至0 mV附近，同时伴随土壤电导率(EC)、硫酸盐(SO42-)和硝酸盐(NO3--N)的快速下降，至厌氧培养过程结束时，NO3--N近乎被完全去除，有机物料的品种和添加量对NO3--N的去除无显著影响。而C/S较低的油菜秸秆去除SO42-的效果较弱，去除比例为58%,C/S较高的玉米秸秆可将SO42-由初始的153 mg·kg-1降至17 mg·kg-1，降幅达89%。不同物料添加量仅影响SO42-去除的速度而不影响最终的去除效果，至培养结束时，添加2g·kg-1与添加8g·kg-1有机物料的处理去除SO42-效果无显著差异。除有机硫含量显著升高外，其他形态硫的含量变化不明显，说明减少的SO42-大部分转化成了有机硫。若以修复土壤中过量的SO42-为目的，建议选用C/S较高的有机物料如玉米秸秆，并将添加量设置为2 g·kg-1即可获得良好效果。

关键词： SO NO -N 淹水还原有机硫碳/硫玉米秸秆

基于高分辨率遥感影像应用BASS-Net构建化工园区典型地物识别模型

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遥感技术与应用 2024年第3期 612-619页

作者：孙维维刘杰张芳芳马海艺王昌昆潘贤章中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院大学

化工园区典型地物提取一般利用传统的遥感图像处理方法，难以实现地物的精细识别，不利于化工园区环境监测和管理。研究旨在探索深度学习方法在化工园区典型地物高精度识别应用中的可行性。针对化工园区地物分布的高空间异质性，搭建Ten... 详细信息

化工园区典型地物提取一般利用传统的遥感图像处理方法，难以实现地物的精细识别，不利于化工园区环境监测和管理。研究旨在探索深度学习方法在化工园区典型地物高精度识别应用中的可行性。针对化工园区地物分布的高空间异质性，搭建TensorFlow深度学习框架，基于高分辨率遥感影像数据构建化工园区18种典型地物数据集，应用卷积神经网络BASS-Net训练化工园区典型地物识别模型，进行化工园区地物识别，并与随机森林（RF）和支持向量机（SVM）的识别结果进行对比分析。结果显示：BASS-Net模型对园区典型地物识别的整体精度、召回率和F1分数分别为97.17%、97.76%和97.46%，比RF高20%以上，比SVM高50%以上，具有明显优势。由此可见，应用卷积神经网络BASS-Net模型可以实现典型化工地物的自动精准识别，其结果较传统机器学习方法优势明显，可为化工园区环境监测和管理提供支撑。

关键词：深度学习卷积神经网络化工园区机器学习地物识别模型

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生物炭对上覆水光化学及吡虫啉转化的机制

农业环境科学学报 2024年

作者：李马波曾宇陈宁王玉军方国东中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院大学

为探究施用生物炭对稻田上覆水光化学过程及吡虫啉（IMD）转化的影响机制，本研究于2022年6月至9月开展大田实验，设置单施化肥（CK）、稻壳生物炭（25%RH）和玉米秸秆生物炭（25%CS）三种处理，检测各处理上覆水中光敏物质含量及性质... 详细信息

为探究施用生物炭对稻田上覆水光化学过程及吡虫啉（IMD）转化的影响机制，本研究于2022年6月至9月开展大田实验，设置单施化肥（CK）、稻壳生物炭（25%RH）和玉米秸秆生物炭（25%CS）三种处理，检测各处理上覆水中光敏物质含量及性质、活性组分分布及IMD光解速率的变化。结果表明，相较于单施化肥处理，施用稻壳生物炭和玉米秸秆生物炭显著地促进了活性组分的产生，羟基自由基(·OH)、三重激发态溶解性有机质(3DOM*)和单线态氧(1O2)的稳态浓度分别提高了0.92%～71.97%，21.29%～137.00%和10.42%～370.24%，且在育苗期上覆水光致活性组分的增加比分蘖期更为显著；进一步解析了生物炭促进活性组分产生的机制，紫外-可见及三维荧光光谱的结果表明，同化肥处理相比，施用生物炭显著增加了上覆水中类富里酸和类色氨酸等有机质生色团的含量，该组分的增加是生物炭促进上覆水光致活性组分产生的主要原因；此外，相较于化肥处理，生物炭的施用也显著地促进了杀虫剂IMD的降解，其一级降解速率从1.72ⅹ10-2h-1提高到3.76ⅹ10-2h-1，自由基淬灭实验证实了·OH、3DOM*和1O2对吡虫啉降解的贡献分别为41.78%，62.70%和9.76%。施用生物炭有利于稻田上覆水中生色团和荧光物质的积累，从而促进了上覆水光化学过程，并提高RIs浓度，进而加速IMD降解，其中草本原料的玉米秸秆生物炭对提高上覆水中RIs稳态浓度和IMD降解速率效果更强。

关键词：生物炭光致活性组分溶解性有机质吡虫啉

共价三嗪框架的制备及其对气态苯系物的吸附性能研究

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环境科学学报 2024年

作者：江煜檀顶田坤马瑞张玥付兴佳刘云董元华中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院大学

苯系物来源广，在室内外空气中广泛存在，对人体健康具有巨大危害.吸附法由于成本低、操作简单而被广泛用于空气中挥发性有机污染物的去除.本文以4,4’-联苯二腈(DCBP)为单体，在ZnCl2催化下合成了共价三嗪多孔材料CTF-DCBP，并采用SEM... 详细信息

苯系物来源广，在室内外空气中广泛存在，对人体健康具有巨大危害.吸附法由于成本低、操作简单而被广泛用于空气中挥发性有机污染物的去除.本文以4,4’-联苯二腈(DCBP)为单体，在ZnCl2催化下合成了共价三嗪多孔材料CTF-DCBP，并采用SEM、BET、XRD、FTIR对其进行表征，研究了其对气态甲苯、氯苯和对二甲苯的吸附性能.结果表明，CTF-DCBP具有粗糙颗粒表面及层状堆积结构，主要为微孔和介孔的孔道分布.在25℃下，CTF-DCBP对气态甲苯、氯苯和对二甲苯的吸附在60 min即可达到平衡，其吸附等温过程符合微孔填充Dubinin-Astakhov(D-A)模型，最大饱和吸附量分别达到118.72、176.13、121.98 mg·g-1，并建立了吸附能与苯系物分子描述符之间的关系式，得到CTF-DCBP与苯系物的作用力主要是π-π共轭和氢键结合作用.CTF-DCBP对苯系物的吸附快且吸附量高，可为苯系物的新型吸附材料设计合成提供重要参考与借鉴.

关键词：共价三嗪框架吸附苯系物吸附机理

铝氧化物对层状硅酸盐矿物和红壤酸化过程中铝活化的影响

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土壤学报 2024年

作者：李科伟徐仁扣中国科学院大学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)

层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源，二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物... 详细信息

层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源，二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物和土壤悬液的pH，研究了三水铝石对高岭石、无定型铝氧化物对高岭石和蒙脱石酸化过程中铝活化的影响；此外，还研究了两种铝氧化物和两种层状硅酸盐矿物在不同pH条件下的铝活化动力学；最后，选择了一种第四纪红黏土发育的红壤进行了包铝处理，研究了包铝对土壤铝活化的影响。结果表明，三水铝石对高岭石酸化过程中铝活化有促进作用。而包铝处理对高岭石酸化过程中交换性铝的产生有抑制作用，对水溶性铝的产生有促进作用。对于蒙脱石，无定型铝氧化物主要对交换性铝的产生有明显的促进作用。四种矿物的铝活化动力学结果表明，矿物铝释放的难易程度为：无定型铝氧化物>蒙脱石>高岭石>三水铝石。土壤包铝处理后，在pH4.3条件下，土壤交换性铝和水溶性铝含量均明显增加，水溶性铝含量增加幅度更大。这与高岭石包铝处理后的结果一致，主要原因是该土壤中的主要黏土矿物为高岭石。因此，铝氧化物对不同层状硅酸盐矿物铝活化有不同影响，主要与矿物的本性有关（如1:1或2:1型矿物）。而对于土壤酸化过程中铝活化的影响主要与其所含黏土矿物类型有关。

关键词：土壤酸化高岭石蒙脱石三水铝石铝氧化物铝活化

松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度数字制图方法比较

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1452-1468页

作者：郭俊辉刘峰徐胜祥高璐璐赵治东胡文友于东升赵玉国中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室南京210008 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院淮南232001

黑土层厚度与农田土壤肥力和质量密切相关,准确刻画东北松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度的空间分布对黑土地保护和农业可持续发展具有重要意义。然而,常用的预测模型在平原漫岗地区进行数字制图具有较大的难度,如何准确预测黑土层厚度的... 详细信息

黑土层厚度与农田土壤肥力和质量密切相关,准确刻画东北松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度的空间分布对黑土地保护和农业可持续发展具有重要意义。然而,常用的预测模型在平原漫岗地区进行数字制图具有较大的难度,如何准确预测黑土层厚度的空间分布特征是亟待解决的问题。选取东北地区松嫩典型黑土区作为研究区,以研究区内106个剖面点和45个环境因子为基础数据,通过因子重要性排序和相关性剔除法筛选变量,利用多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)、随机森林(Random Forest,RF)、梯度提升树(Gradient Boosting Decsion Tree,GBDT)、极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)、随机森林回归克里格(Random Forest-Regression Kriging,RF-RK)和堆叠泛化模型(Stacking)对黑土层厚度进行空间预测制图,评估不同模型预测精度并研究影响黑土层厚度空间分布的最优协变量,并基于较优模型绘制东北黑土区耕地黑土层厚度分级图。结果表明:①Stacking组合多种模型的优点,预测性能表现最佳(R^(2)=0.47,MAE=21.02 cm,RMSE=27.12 cm),其次是RF-RK和RF;②通过变量筛选剔除低贡献度的环境变量后,不同模型的R^(2)平均提高0.11,其中MLR提升幅度最大为0.32;③不同模型预测的松嫩典型黑土区黑土层厚度空间分布趋势基本一致,60 cm以上的黑土层主要分布在研究区的东北部和东南部,而30 cm以下的黑土层主要分布在研究区的西南部。在平原漫岗地区,RF-RK和Stacking可以作为黑土层厚度预测的有效方法,总初级生产力(GPP)、坡度坡长因子(LS)和地表温度最大值合成(LSTm)是模型中最重要的解释变量,且黑土层厚度的空间分布信息能为黑土区耕地黑土保护和农业可持续发展提供数据支持。

关键词：黑土层厚度数字土壤制图变量筛选机器学习随机森林回归克里格堆叠泛化模型空间分异特征最优协变量

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