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玉米秸秆中7种游离单糖的高效液相色谱测定方法

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动物营养学报 2024年第5期36卷 3274-3283页

作者：许丽卫耿梅梅陈闻王久荣张秀敏孙德慧中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

本研究旨在建立一种测定玉米秸秆中7种游离单糖[D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖]的高效液相色谱测定方法。将玉米秸秆在60℃干燥后粉碎,以水作为提取溶剂,98℃水浴提取1 h,冷却后... 详细信息

本研究旨在建立一种测定玉米秸秆中7种游离单糖[D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖]的高效液相色谱测定方法。将玉米秸秆在60℃干燥后粉碎,以水作为提取溶剂,98℃水浴提取1 h,冷却后离心取上清液;利用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)衍生化处理,上清液过0.22μm滤膜,以Agilent Zorbax SB-C_(18)色谱柱进行高效液相色谱分析,7种组分在56 min内达到分离。结果表明:D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖的保留时间和峰面积的日内相对标准偏差均分别小于1.0%和5.0%,日间相对标准偏差均分别小于1.0%和7.5%;线性范围分别为0.31~2 000μg/mL、 0.31~200μg/mL、 0.50~200μg/mL、0.75~200μg/mL、0.31~200μg/mL、0.75~200μg/mL和0.31~200μg/mL,线性关系良好,相关系数均达到0.999以上;检出限为0.10~0.25μg/mL,加标回收率为79.9%~114.8%。由此可见,本研究建立的方法不仅操作简单,还可以对玉米秸秆中的7种游离单糖准确定量,为研究玉米秸秆中糖类物质含量以及在动物体内的消化吸收提供技术支撑。

关键词：玉米秸秆单糖 PMP衍生高效液相色谱

2015~2020年洞庭湖水质变化及驱动因子分析

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长江流域资源与环境 2024年第7期33卷 1576-1588页

作者：原丽格耿明明李峰谢永宏中国科学院亚热带农业生态研究所中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125 中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态系统观测研究站湖南长沙410125 中国科学院大学北京100049

为了分析2015~2020年(即湖南省政府开展了《洞庭湖生态环境专项整治三年行动计划(2018-2020年)》前后)洞庭湖水质变化趋势及其关键驱动因子,选取总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)、高锰酸盐指数(chemical oxygen dem... 详细信息

为了分析2015~2020年(即湖南省政府开展了《洞庭湖生态环境专项整治三年行动计划(2018-2020年)》前后)洞庭湖水质变化趋势及其关键驱动因子,选取总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)、高锰酸盐指数(chemical oxygen demand,CODMn)和氨氮(NH3-N)4项水质指标,分析了洞庭湖水质年际变化趋势及行动计划前后的水质特征;并通过水体污染指数w和综合污染指数γ评估了洞庭湖水质污染水平;最后结合水位、入湖径流等水文指标和污水处理率、畜禽排泄量等人为指标,深入揭示不同时期影响湖泊水质的关键驱动因子。结果表明:(1)研究期间,TN、TP和NH3-N浓度均呈显著下降趋势(显著性水平p<0.05),且在行动计划后期间3个水质指标浓度均显著降低。洞庭湖水质污染程度在空间上表现为东高西低的空间分布特点,东、南和西洞庭湖的综合污染指数分别为0.86、0.78、0.78。(2)水位、入湖流量、入湖泥沙量呈年际波动趋势;泥沙沉积量显著增加,由-1528.2×10^(4) t/a增至1211.7×10^(4) t/a。(3)畜禽排泄量、施肥量、污水处理率、水位和泥沙沉积量是影响洞庭湖水质变化的关键驱动因子。建议后续湖泊管理中继续加强外源污染物管控,同时合理改善洞庭湖水文条件,加强水文连通性。

关键词：洞庭湖水质驱动因子三年行动计划

基于模糊c-均值聚类的亚热带丘陵区土壤肥力空间分异与管理分区

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 702-716页

作者：赖佳鑫李康祺周萍戴玉婷郭晓彬吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所/亚热带农业生态过程重点实验室/长沙农业环境观测研究站湖南长沙410125 中国科学院大学北京100049

[目的]亚热带丘陵区地形复杂,土壤肥力空间变异大,科学地将土壤按照相似地力进行分区,是实现丘陵区土壤精确管理,优化土壤培肥技术的理论基础。[方法]研究对象位于亚热带丘陵区的典型小流域-湖南省长沙县金井镇,2009年在全镇范围内(112 ... 详细信息

[目的]亚热带丘陵区地形复杂,土壤肥力空间变异大,科学地将土壤按照相似地力进行分区,是实现丘陵区土壤精确管理,优化土壤培肥技术的理论基础。[方法]研究对象位于亚热带丘陵区的典型小流域-湖南省长沙县金井镇,2009年在全镇范围内(112 km~2)密集布置946个样点采集土壤样品,以测定的土壤肥力指标为数据源,包括土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、有效磷(AP)和pH,采用地统计学和模糊c-均值聚类算法,分析流域土壤肥力的空间异质性;采用主成分分析法进行土壤肥力分区,并根据数据的差异显著性和变异系数对分区结果进行验证。[结果]除pH外,流域内土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮和有效磷均存在中等至强的空间变异,变异系数(CV)介于36%~125%。基于主成分分析和模糊c-均值聚类可将研究区划分为3个肥力管理分区:MZ1、MZ2和MZ3,分区后各土壤肥力指标的变异系数(CV)不同程度地降低,以pH变异系数降幅最小(6%),AP变异系数降幅最大(96%)。同一分区内主要土壤肥力指标趋于同质化,分区间则异质化显著(P亚热带丘陵区地形地貌复杂,是土壤肥力空间变异较大的主要影响因素。通过土壤肥力管理分区,可有效降低区域内肥力指标的变异程度,优化复杂丘陵区耕地管理措施。本研究区域中MZ1、MZ2和MZ3区均应着重改良土壤酸化现象,提高肥料氮素利用率,避免过量施用化学氮肥;MZ1区可适当减施磷肥,避免关键生育期过量施用磷肥;MZ2和MZ3区可以考虑适量施用生物酶活化磷肥或增施有机肥,以提高作物对磷素的利用效率。

关键词：土壤肥力分区空间分异模糊聚类主成分分析养分管理措施

水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应

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植物营养与肥料学报 2024年第1期30卷 63-73页

作者：刘鑫尹泽润盛浩肖华翠张丽娜周萍湖南农业大学资源学院湖南长沙410128 中国科学院亚热带农业生态研究所/亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125

【目的】探究水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应规律,为培育健康水稻土提供理论依据。【方法】于2014年冬季,选取湘东双季稻区典型酸紫泥田,分别进行了连续施用鸡粪发酵商品有机肥、生石灰的大田试验。... 详细信息

【目的】探究水稻土微生物群落、酶活性及理化性质对有机肥、石灰连续施用的响应规律,为培育健康水稻土提供理论依据。【方法】于2014年冬季,选取湘东双季稻区典型酸紫泥田,分别进行了连续施用鸡粪发酵商品有机肥、生石灰的大田试验。每年早、晚稻翻耕前各撒施一次有机肥、石灰,施用量均为2.25 t/hm^(2),分别以不施有机肥、石灰的处理为对照。在处理后第3年(2017年)和第7年(2021年)晚稻黄熟期,采集表层(0—15 cm)混合土壤样品,测定土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)含量、酶活性及理化性质,筛选指示性强、响应敏感的土壤指标。基于土壤理化性质与生物学性质间的相互关系,构建结构方程模型,解析土壤PLFAs含量与酶活性对有机肥、石灰处理的响应机理。【结果】与对照相比,有机肥连施3年后,土壤革兰氏阴性菌(G^(-))PLFAs含量提高23%,革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌值(G^(+)/G^(-))因而降低29%;连施7年后,总PLFAs、细菌、革兰氏阳性菌(G^(+))和放线菌PLFAs含量分别提高16%、13%、28%和38%,腐生真菌PLFAs含量降低19%,而G^(-)菌PLFAs含量、G^(+)/G^(-)均与对照无显著差异。石灰连施3年后,土壤微生物类群PLFAs含量平均降低30%,连施7年后,平均降幅增至36%。有机肥施用3年后,土壤脲酶活性提高了29%;施用7年后,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性分别显著提高了63%、82%和39%。连施石灰3年,脲酶活性显著提高25%,连续施用7年则显著降低39%,对其他酶活性无显著影响。有机肥连施3、7年,土壤通气孔隙度分别增加了14%、33%,有机质总量分别增加了12%、7%,3个活性有机碳组分平均分别提高29%、69%;pH和碱解氮、有效磷、速效钾含量无显著变化;连续施用石灰3、7年,土壤pH分别提高0.6、0.6个单位,而通气孔隙度分别显著降低了47%、28%,总有机质和易氧化有机碳含量无显著变化,细颗粒有机碳含量分别提高了24%、9%,粗颗粒有机碳含量分别提高了100%、21%,施用石灰3年对速效养分含量无显著影响,施用石灰7年土壤碱解氮含量显著降低而有效磷含量显著增加。土壤物理、化学、生物学指标对连续施用有机肥的响应比值以正值为主,对连续施用石灰的响应比值以负值为主,土壤生物、化学指标对连续施用有机肥7年的响应比值较3年趋向更高正值,而对施用石灰趋向更高负值,达到17%~149%。结构方程分析结果表明,连续施用有机肥主要通过增加粗颗粒有机碳含量提升土壤易氧化有机碳,提升微生物总PLFAs含量和脲酶活性,而随着石灰累积用量的增加,降低土壤通气孔隙度、粗颗粒有机碳和碱解氮含量,降低土壤微生物总PLFAs、脲酶活性。【结论】长期连续施用有机肥可持续改善土壤通气性,增加有机质积累,提高土壤物理、化学和生物学性质,短期施用石灰有利于改善土壤物理、化学和生物学性状,但长期连续施用则降低石灰的正向效果。粗颗粒有机碳对土壤生物和化学性状响应有机肥、石灰连续施用的影响最为关键,具有预测土壤健康的潜能。

关键词：酸紫泥田土壤微生物磷脂脂肪酸土壤活性有机碳组分酶活性土壤健康

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西南喀斯特关键带结构及其水文过程研究进展

应用生态学报 2024年第4期35卷 985-996页

作者：张君陈洪松聂云鹏付智勇连晋姣王发罗紫东王克林中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过... 详细信息

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过程最活跃的因子。本文从关键带结构刻画、土壤-表层岩溶带系统水文过程以及模型模拟3方面回顾和总结了西南喀斯特地区开展的相关研究以及存在的问题,并对潜在的研究热点进行了展望。多尺度、多方法综合观测以及多学科交叉是开展系列研究的主要途径,精准刻画植被-土壤-表层岩溶带耦合系统的生态水文过程是未来研究的主要趋势和重点。本文旨在为深化喀斯特关键带水文过程研究和区域水文水资源管理提供科学参考。

关键词：喀斯特关键带表层岩溶带氢氧稳定同位素基岩水分降雨-径流阈值行为渗透系数

连续11年不同秸秆还田量下稻田甲烷增排效应变化研究

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土壤学报 2024年

作者：杨正宇李宗明李言言沈健林吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境观测研究站中国科学院大学资源与环境学院

探究长期秸秆还田下稻田甲烷(CH4)增排效应变化及影响机制，可为长期秸秆还田模式下CH4排放准确评估提供依据。以亚热带地区典型双季稻田为对象，设置仅施化肥处理（CON）、低量秸秆还田处理(3.0 t·hm-2，LS)和高量秸秆还田处理(6.0 t... 详细信息

探究长期秸秆还田下稻田甲烷(CH4)增排效应变化及影响机制，可为长期秸秆还田模式下CH4排放准确评估提供依据。以亚热带地区典型双季稻田为对象，设置仅施化肥处理（CON）、低量秸秆还田处理(3.0 t·hm-2，LS)和高量秸秆还田处理(6.0 t·hm-2，HS)，进行为期11年（2012—2022）的定位试验，观测了秸秆还田初期和后期CH4排放及相关土壤环境因子变化。结果表明：LS和HS的CH4排放显著大于CON（HS＞LS＞CON）(P＜0.05)，但在第11年增幅相比第1年分别减弱了75.1%和83.5%。在第11年，LS和HS相对CON的土壤有机碳（SOC）、铵态氮(NH4+-N)和溶解性有机碳（DOC）整体分别显著提升7.90%和20.8%（LS和HS，下同）、15.0%和25.7%、19.5%和31.3%（P＜0.05）；氧化还原电位（Eh）和土壤容重（BD）分别显著降低14.1%和21.7%、10.3%和11.2%（P＜0.05）；LS和HS处理的mcrA、pmoA基因丰度和mcrA/pmoA丰度比值相对CON分别显著增加96.0%和152%、12.7%和34.8%、73.9%和85.8%（P＜0.05）。通过分析发现在秸秆还田第11年，稻田CH4排放与土壤中微生物mcrA丰度和mcrA/pmoA显著正相关（P＜0.05），其中SOC含量增加导致的BD降低和Eh的上升促进了pmoA丰度的上升，可能是导致秸秆还田11年后CH4排放增幅降低的主要原因。综上，与CON相比，在亚热带地区长期秸秆还田相较短期所产生的CH4增排幅度，会受SOC、BD和Eh改变的影响而显著减弱80%左右（P＜0.05），因此，针对秸秆还田模式下稻田CH4排放的评估需要根据还田持续时间进行动态调整。

关键词：秸秆还田稻田甲烷长期效应土壤环境因子

三种湿地植物在高负荷养猪废水脱氮过程中的根际效应

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农业环境科学学报 2024年第4期43卷 896-905页

作者：夏梦华刘铭羽叶磊李希李裕元吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院大学北京100049 湖南农业大学工学院长沙410128

为了探究不同湿地植物在处理高负荷养猪废水时的根际效应,本研究通过野外小区控制试验,以3种常见的挺水植物美人蕉(Canna indica)、梭鱼草(Pontederia cordata)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)为研究对象构建表流人工湿地,研究人工湿地植物... 详细信息

为了探究不同湿地植物在处理高负荷养猪废水时的根际效应,本研究通过野外小区控制试验,以3种常见的挺水植物美人蕉(Canna indica)、梭鱼草(Pontederia cordata)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)为研究对象构建表流人工湿地,研究人工湿地植物根系分泌物与根际氮循环微生物之间的关系。结果显示,梭鱼草对养猪废水的处理效果最好,氨氮、硝氮和总氮的去除率分别为78.3%、93.4%和81.2%。与试验前相比,梭鱼草和黄菖蒲根系可溶性有机碳(DOC)分泌速率在试验后分别增加了44.9%和13.5%;根系总有机酸(TOA)分泌速率分别增加了125.1%和147.5%。在处理养猪废水后,3种植物根际硝化过程氨氧化细菌(AOB)占主导地位,AOB-amoA基因丰度在黄菖蒲根际土中最高,为2.6×10^(8) copies·g^(-1);反硝化过程nirK基因占主导地位,nirK基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为4.3×10^(8) copies·g^(-1)。同时,3种植物根际均存在较明显的厌氧氨氧化过程,hzsB基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为2.6×10^(7) copies·g^(-1)。研究表明,根系分泌DOC和TOA可促进根际氮循环微生物的生长繁殖,进而提高人工湿地系统的脱氮能力。3种植物中梭鱼草生物量较大,根系分泌能力较强,在养猪废水的生态修复方面具有更高的应用潜力。

关键词：养猪废水人工湿地氮根系分泌物根际微生物

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液相色谱-质谱法测定土壤中的溴敌隆

分析科学学报 2024年第1期40卷 117-120页

作者：孙德慧张琛耿梅梅陈闻王久荣许丽卫中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125

本研究建立了乙醇超声提取后直接上机测定土壤中溴敌隆的液相色谱-串联质谱法。基于多反应监测离子对信息以及保留时间完成目标物的定性分析,根据定量离子对的峰面积采用外标法进行定量分析。结果表明,溴敌隆在0.5~100 ng/mL范围内线性... 详细信息

本研究建立了乙醇超声提取后直接上机测定土壤中溴敌隆的液相色谱-串联质谱法。基于多反应监测离子对信息以及保留时间完成目标物的定性分析,根据定量离子对的峰面积采用外标法进行定量分析。结果表明,溴敌隆在0.5~100 ng/mL范围内线性关系良好,相关系数大于0.99;方法的检出限为0.795 ng/g,定量限为2.55 ng/g;平均回收率为88.4%~93.9%,相对标准偏差为3.1%~6.7%。本方法灵敏度高、准确性好、样品用量少且操作简单,适用于土壤中溴敌隆的定性定量分析,可为评估环境土壤中的溴敌隆残留提供技术支持。

关键词：溴敌隆土壤液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)

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湘西北土壤物理健康对土地利用转换的响应

水土保持研究 2024年第6期31卷 336-343页

作者：王俊肖华翠盛浩周萍湖南农业大学资源学院长沙410128 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

[目的]揭示原始林转换为其他土地利用方式对土壤物理健康的影响,以期为中亚热带山区土地资源合理开发利用提供科学依据。[方法]选取湘西北典型原始林及其转换而来的人工林、园地、坡耕地和水田表土作为研究对象,通过野外调查采样和室内... 详细信息

[目的]揭示原始林转换为其他土地利用方式对土壤物理健康的影响,以期为中亚热带山区土地资源合理开发利用提供科学依据。[方法]选取湘西北典型原始林及其转换而来的人工林、园地、坡耕地和水田表土作为研究对象,通过野外调查采样和室内分析,研究了主要土壤物理特性对原始林转换的响应规律。[结果](1)原始林转换为园地、耕地,土壤砂粒含量增加,颗粒组成呈粗骨化趋势。原始林转换为果园、坡耕地,表土明显压实,容重和紧实度分别增加24%~28%和27%~76%(p<0.05)。(2)与原始林相比,果园、坡耕地和水田土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量分别降低15%~30%,15%~32%和13%~21%;土壤大团聚体含量、平均重量直径、几何平均直径和团聚体稳定性指数也分别降低34%~59%,27%~52%,36%~73%和49%~61%,分形维数增加31%~80%(p<0.05),小团聚体、微团聚体和粉-黏颗粒含量也呈增加趋势。[结论]原始林转换导致土壤持水能力下降、结构劣化和物理健康退化。原始林转换为杉木人工林,土壤物理指标响应敏感性一般低于原始林转为园地、耕地,相对有利于保持水土和维持土壤物理健康。土壤团聚体稳定性指数响应敏感、测试简单且成本低,推荐应用于土壤健康评价。

关键词：土地利用方式土壤物理性质土壤持水性能团聚体稳定性