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秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响

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植物营养与肥料学报 2023年第1期29卷 31-44页

作者：张旸高燕张延黄丹丹陈学文张士秀梁爱珍中国科学院东北地理与农业生态研究所/黑土区农业生态重点实验室吉林长春130102 中国科学院大学北京100049

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东... 详细信息

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东北黑土区建立的秸秆还田长期定位试验,选取秸秆移除(CK)、秸秆混合还入0—20 cm耕层(RI)和秸秆覆盖还田(RC)3个处理,测定了处理实施1年(2013)、3年(2015)、5年(2017)和8年(2020)后,不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及玉米产量,计算了土壤化学计量特征(C∶N、C∶P、N∶P),并分析了各指标之间的相关性。【结果】随试验年限的增加,在0—20 cm土层,CK处理SOC含量有所下降,TN含量基本保持不变,而RI和RC处理的SOC和TN含量均有所增加,RC处理下均为最高;RI处理的SOC和TN含量在0—20 cm土层分布相对均匀,RC处理SOC和TN含量在0—5 cm土层中明显增加,尤其在试验5~8年间的增幅明显升高。CK、RI和RC 3个处理的TP和TK含量均随试验年限的增加缓慢升高,处理间无显著差异(P>0.05)。各处理土壤C∶N介于9.87~12.56,与土壤TN含量显著负相关(P0.05);土壤C∶P变化范围为31.15~39.87,也与秸秆还田方式无显著相关(P>0.05);土壤N∶P在2.81~3.72,各处理表层土壤N∶P始终无显著差异(P>0.05)。随试验时间延长,CK处理的C∶N、C∶P和N∶P均显著降低(P0.05)。【结论】连续8年的定位试验表明,玉米连作下不论是否秸秆还田,都显著加快土壤有机质分解速率,长期秸秆不还田提升了黑土磷的有效性,加深了土壤氮限制;秸秆还田增加了土壤中碳氮磷钾的积累量,但没有显著改变土壤磷的有效性和氮限制程度,也没有显著增加玉米产量。秸秆混合还田中土壤碳氮磷钾在0—20 cm耕层中分布均匀,但土壤碳氮磷钾含量在秸秆覆盖还田下最高。

关键词：黑土秸秆还田土壤有机碳 C∶N C∶P N∶P 玉米产量

农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及机制研究进展

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植物营养与肥料学报 2023年第9期29卷 1713-1724页

作者：刘立名陈学文梁爱珍张延黄丹丹李双翼李锦秀黄文智中国科学院东北地理与农业生态研究所/黑土区农业生态重点实验室吉林长春130102 中国科学院大学北京100049

【目的】土壤胶体因具备巨大比表面积、较小粒径、携带大量电荷的特性,在吸附微塑料颗粒、影响微塑料颗粒迁移过程中发挥着重要作用。但是有关土壤尤其是农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及其协同迁移机制尚不清晰。土壤胶体与微塑... 详细信息

【目的】土壤胶体因具备巨大比表面积、较小粒径、携带大量电荷的特性,在吸附微塑料颗粒、影响微塑料颗粒迁移过程中发挥着重要作用。但是有关土壤尤其是农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及其协同迁移机制尚不清晰。土壤胶体与微塑料颗粒定义模糊、分类标准各异等问题形成的认知误区也阻碍了对两者更为深入的研究。梳理国内外关于农田土壤胶体与微塑料颗粒的相关研究,旨在厘清农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移过程中两者间的相互作用过程,为制定微塑料污染防治政策和措施提供理论依据。【主要进展】农业活动改变了土壤胶体颗粒的组成,影响了微塑料颗粒的迁移行为。土壤胶体、微塑料颗粒自身与多孔介质特性、土壤理化性质以及环境条件,通过协同促进和抑制两种机制影响着农田土壤胶体与微塑料颗粒的协同迁移。在此过程中,土壤胶体组成处于主导地位,土壤胶体颗粒的稳定性大小决定着其与微塑料颗粒的协同迁移状态。土壤胶体颗粒的吸附行为改变了微塑料颗粒的迁移路径和速率;微塑料颗粒的存在反过来也能影响土壤胶体颗粒的稳定性,改变其聚集态势,进而影响胶体颗粒的迁移能力。【展望】今后应细化不同性质农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移机制研究,定量分析深入评估微塑料颗粒迁移的环境效应,探索土壤微生物−胶体−微塑料三者之间交互作用过程,从土壤物理、化学和生物学角度为修复微塑料污染土壤,守护土壤健康提供新的思路和借鉴。

关键词：农田土壤土壤胶体颗粒土壤微塑料颗粒 HA胶体颗粒桥接效应

大气CO浓度升高对大豆根际微生物代谢功能的影响

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中国生态农业学报(中英文) 2022年

作者：高志颖李彦生于镇华金剑王光华刘晓冰中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室东北农业大学资源与环境学院

作为全球气候变化主要因子，大气CO浓度升高以植物为媒介间接影响土壤微生物代谢功能，进而影响由土壤微生物参与的土壤养分循环过程和土壤碳库的平衡。本研究以不同年代培育的大豆品种: ‘小黄金’(XHJ)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14...

作为全球气候变化主要因子，大气CO浓度升高以植物为媒介间接影响土壤微生物代谢功能，进而影响由土壤微生物参与的土壤养分循环过程和土壤碳库的平衡。本研究以不同年代培育的大豆品种: ‘小黄金’(XHJ)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14号’ (SN)和‘东生1号’ (DS)为试验材料，采用开顶室气室(Open Top Chamber， OTC)模拟21世纪中叶大气CO浓度(550 mol·L)升高条件(Elevated CO， EC)，并以正常大气CO浓度为对照(CK)。通过BIOLOG方法，解析了大气CO浓度升高条件下大豆根际土壤微生物对不同碳源利用的特征。结果表明，不同大豆品种根际土壤微生物群落碳源代谢特征不同，单孔平均颜色变化率(AWCD)总体趋势表现为MF>SN>DS>XHJ; 微生物功能多样性指数和主成分分析结果显示，大气CO浓度升高对不同大豆品种根际微生物碳源代谢特征的影响不一致，其中XHJ、MF和DS的根际微生物功能受大气CO浓度升高影响不显著，而SN的根际微生物功能受大气CO浓度升高影响显著;主成分贡献率结果表明， SN的EC碳源变化与主成分1中正相关的碳源种类相关性较强，而CK的碳源变化与主成分1中负相关的碳源种类相关性较强，其中A4 (L-精氨酸)和C3 (2-羟基苯甲酸)为不利于植物生长的碳源类型，未来大气CO浓度升高是否会增加有害/有益根系分泌物的释放有待通过田间原位试验进一步佐证。综上，未来大气CO浓度升高对大豆根际微生物碳源代谢功能的影响与大豆品种有关，同时，大豆品种和大气CO升高及其交互作用显著影响部分碳源的代谢。

关键词：

泥炭沼泽无脊椎动物多样性特征及其对环境变化的响应

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生态学杂志 2023年

作者：林奕伶武海涛芦康乐管强张仲胜王文锋中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生物与环境重点实验室

泥炭沼泽具有极高的生物多样性，且其生物区系组成与环境条件密切相关。因此，探究泥炭沼泽的生物多样性特征，对于理解泥炭沼泽生态系统的完整性具有重要意义。无脊椎动物是泥炭沼泽动物区系的重要组成部分，是泥炭沼泽物质循环和能量... 详细信息

泥炭沼泽具有极高的生物多样性，且其生物区系组成与环境条件密切相关。因此，探究泥炭沼泽的生物多样性特征，对于理解泥炭沼泽生态系统的完整性具有重要意义。无脊椎动物是泥炭沼泽动物区系的重要组成部分，是泥炭沼泽物质循环和能量流动的参与者。大量研究报道了无脊椎动物在泥炭沼泽中的分布特征、群落结构特征及其对环境变化的响应特征，主要类群包括线虫、跳虫、甲螨、蚂蚁、蜘蛛、甲虫、摇蚊幼虫等，热点地区为欧洲、美洲、中国、东南亚等。本文总结了泥炭沼泽无脊椎动物的主要类群组成特征及无脊椎动物群落对环境变化的响应特征，并对未来研究进行了展望，建议：（1）对泥炭沼泽无脊椎动物区系进行系统调查，完善相关名录；（2）进行全球气候变化背景下的泥炭沼泽无脊椎动物的反馈效应及生态功能研究；（3）重视泥炭沼泽无脊椎动物的环境指示作用。

关键词：泥炭沼泽无脊椎动物生物多样性环境变化

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水土流失防控是黑土地保护的重点

科学通报 2024年第11期69卷 1401-1405页

作者：张兴义胡伟李建业郭明明刘晓冰中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨150081

黑土地耕地面积和年粮食总产量分别占全国的1/4,而商品粮调出量却占全国的1/3,是国家粮食安全的“压舱石”[1].然而,由于高强度掠夺式经营,种植结构的变化,加之漫川漫岗地貌和春季多风、夏季集中降雨、冬春冻融等自然因素,开垦只有百余... 详细信息

黑土地耕地面积和年粮食总产量分别占全国的1/4,而商品粮调出量却占全国的1/3,是国家粮食安全的“压舱石”[1].然而,由于高强度掠夺式经营,种植结构的变化,加之漫川漫岗地貌和春季多风、夏季集中降雨、冬春冻融等自然因素,开垦只有百余年的黑土坡耕地侵蚀退化和水土流失严重,致使富含有机质的黑土层变薄,表层有机质含量显著降低,容重增加,严重者部分母质裸露,形成沟道,损毁耕地.

关键词：水土流失有机质含量掠夺式经营粮食总产量种植结构黑土地保护损毁耕地国家粮食安全

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侵染3株模式豆科根瘤菌的噬菌体生物学特性

应用生态学报 2019年第8期30卷 2775-2782页

作者：刘俊杰刘株秀于浩姚钦于镇华王光华中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049

豆科作物根瘤菌被噬菌体浸染后,在一定程度上会引起根瘤菌数目和结瘤量的降低,进而导致共生固氮作用弱化和作物产量的显著下降.然而,目前关于根瘤菌噬菌体的相关研究报道较少.本研究以3株模式根瘤菌,即慢生型大豆根瘤菌、中华大豆根瘤... 详细信息

豆科作物根瘤菌被噬菌体浸染后,在一定程度上会引起根瘤菌数目和结瘤量的降低,进而导致共生固氮作用弱化和作物产量的显著下降.然而,目前关于根瘤菌噬菌体的相关研究报道较少.本研究以3株模式根瘤菌,即慢生型大豆根瘤菌、中华大豆根瘤菌和中华苜蓿根瘤菌为宿主,于黑土农田土壤中采用双层平板培养法从每个宿主细菌分离3株噬菌体,共分离获得9株根瘤菌噬菌体,对其形态结构及生物学特征进行综合分析.结果表明:侵染苜蓿根瘤菌噬菌体(SMM)和慢生型根瘤菌噬菌体(BDM)属于肌尾噬菌体科,而侵染中华根瘤菌噬菌体(SSS)隶属于长尾噬菌体科.9株噬菌体的最佳感染复数均在0.001~1.0的变化范围内.一步生长曲线结果显示,BDM的潜伏期和爆发期明显长于SMM和SSS,但获得的裂解量最小.根瘤菌噬菌体在30~40℃和中性pH条件下侵染活性最大.对比发现,侵染同一宿主的噬菌体生物学特征虽存在一定差异,但分异度远小于不同宿主噬菌体间的差异.

关键词：根瘤菌噬菌体生物学特性豆科

东北黑土线虫群落对长期免耕后土壤扰动的响应

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中国农业科学 2021年第22期54卷 4840-4851页

作者：张梦亭刘萍黄丹丹贾淑霞张晓珂张士秀梁文举陈学文张延梁爱珍中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室中国科学院大学中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室

【目的】目前对长期免耕土壤实施扰动后土壤生态系统稳定性的响应情况尚不了解。本研究选择土壤线虫作为指示生物,研究土壤线虫群落结构对长期免耕扰动前和扰动后的响应情况,为东北黑土区合理选择耕作措施提供科学依据和参考。【方法】... 详细信息

【目的】目前对长期免耕土壤实施扰动后土壤生态系统稳定性的响应情况尚不了解。本研究选择土壤线虫作为指示生物,研究土壤线虫群落结构对长期免耕扰动前和扰动后的响应情况,为东北黑土区合理选择耕作措施提供科学依据和参考。【方法】以吉林省德惠市中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土长期保护性耕作实验站为依托平台,分别设置长期免耕(NT)及长期免耕后扰动(DNT)两种不同免耕耕作方式;在作物播种前,采集耕层(0—15 cm)土壤,进行线虫的分离鉴定。使用效应值(ln R),以常规耕作(CT)为对照,度量不同轮作方式下(玉米-大豆轮作,CS;玉米连作,CC)长期免耕及长期免耕后扰动对土壤线虫的属数、多度和生态指数的影响效应。利用主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)进行土壤线虫群落组成及其驱动因子的分析。【结果】与CT相比,NT处理促进了各轮作方式下杂食/捕食线虫的多度,DNT处理显著(P所有线虫营养类群的属数及多度具有抑制效应。NT、DNT处理的线虫群落组成与CT处理截然不同,其主要的土壤驱动因子分别是全氮含量和容重,可以解释线虫群落组成差异的10.5%和11.4%。此外,与CT相比,NT处理显著(P所有生态指数(除自由生活线虫与植物寄生线虫成熟度指数比率(MI/PPI)之外)。DNT处理对土壤线虫生态指数的抑制程度因轮作方式而异,与玉米连作相比,玉米-大豆轮作仍能维持对MI/PPI的促进效应。【结论】长期免耕能够在各轮作方式下形成较为稳定的土壤线虫群落结构;深翻和移除秸秆等土壤扰动会破坏长期免耕下土壤线虫群落结构的稳定性,但破坏程度因轮作方式而异。

关键词：耕作方式轮作方式土壤扰动线虫群落生态指数黑土

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保护性耕作增强了真菌群落生态网络稳定性

微生物学报 2023年第7期63卷 2835-2847页

作者：雷进田刘俊杰刘株秀梁爱珍胡晓婧于镇华金剑刘晓冰王光华中国科学院东北地理与农业生态研究所、黑土区农业生态重点实验室黑龙江哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049

【目的】解析不同耕作措施下的土壤真菌群落组成以及病原真菌生态网络特征,为了解真菌在维持和改善农业生态系统稳定性方面提供科学依据。【方法】通过高通量测序技术,对传统犁耕(moldboard plow,MP)和保护性耕作[少耕(reduced tillage,... 详细信息

【目的】解析不同耕作措施下的土壤真菌群落组成以及病原真菌生态网络特征,为了解真菌在维持和改善农业生态系统稳定性方面提供科学依据。【方法】通过高通量测序技术,对传统犁耕(moldboard plow,MP)和保护性耕作[少耕(reduced tillage,RT)、免耕(no-tillage,NT)]下根际和非根际土壤中真菌群落的组成、多样性和真菌病原菌的关联网络特征进行了综合分析。【结果】与NT对比,MP和RT显著增加了土壤全碳(total carbon,TC)、全氮(total nitrogen,TN)和速效钾(available potassium,AK)的含量。根际效应对真菌群落的影响显著高于耕作措施。根际土壤中,RT处理的Shannon指数显著高于MP和NT。NT和RT处理显著降低了根际土壤中镰孢菌(Fusarium)和链格孢菌(Alternaria)的相对丰度。此外,RT降低了病原真菌的网络复杂性、减少了病原菌与其他真菌间的交互作用,增强了网络稳定性。【结论】保护性耕作RT是具有增加土壤养分、提升真菌网络稳定性且具有减轻病原菌有效传播作用的最佳耕作模式,为东北地区的耕作应用提供了新的视角。

关键词：保护性耕作土壤微生物微生物群落结构病原真菌

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根际微生物组中细菌趋化系统的生态功能

生态学报 2021年第24期41卷 9963-9969页

作者：孙雨常晶晶田春杰中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室长春130102

在根际微环境中,特定的土壤微生物能够利用自身独特的趋化系统感应根系分泌物,响应植物的选择性招募。细菌的趋化系统介导了植物-微生物以及微生物间相互作用,在植物对根际微生物组的选择中发挥着关键的生态学功能。综述了根际微生物组... 详细信息

在根际微环境中,特定的土壤微生物能够利用自身独特的趋化系统感应根系分泌物,响应植物的选择性招募。细菌的趋化系统介导了植物-微生物以及微生物间相互作用,在植物对根际微生物组的选择中发挥着关键的生态学功能。综述了根际微生物组中细菌趋化系统的研究进展,从生态学的角度提出了未来针对根际细菌趋化系统的研究方向,旨在阐明根际细菌趋化系统的生态学功能,为增进理解作物根际微生物组的募集过程,以及未来农业中根际微生物组的重组构建奠定理论基础。

关键词：细菌趋化系统根际微生物组生态功能