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赣南稀土尾矿山土体硝态氮累积特征研究

土壤学报 2024年第3期61卷 727-736页

作者：许哲杨金玲赵越张甘霖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 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

稀土开采会造成大量浸矿剂(硫酸铵)残留在土壤中,高浓度铵态氮(NH_(4)^(+)-N)可能在生物化学作用下转化为硝态氮(NO_(3)^(-)-N)。为探明NO_(3)^(-)-N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素,明确硝酸盐污染程度,本研究选择赣南地区一个离... 详细信息

稀土开采会造成大量浸矿剂(硫酸铵)残留在土壤中,高浓度铵态氮(NH_(4)^(+)-N)可能在生物化学作用下转化为硝态氮(NO_(3)^(-)-N)。为探明NO_(3)^(-)-N在稀土尾矿山土体内的含量及影响因素,明确硝酸盐污染程度,本研究选择赣南地区一个离子型稀土原地浸矿尾矿山,由表土分层采样至基岩面,并分析土壤NO_(3)^(-)-N及相关的理化性质。研究结果表明,尾矿山土体NO_(3)^(-)-N含量变异范围非常大(2.80~193.99 mg·kg^(–1)),其平均值为46.30±55.16 mg·kg^(–1),表层土壤NO_(3)^(-)-N含量范围为2.89~6.75 mg·kg^(–1),与自然土壤相近;表层以下土壤NO_(3)^(-)-N含量明显高于自然土壤。尾矿山土体深部含矿层土壤NO_(3)^(-)-N含量明显高于表层,NO_(3)^(-)-N含量随深度的分布规律与自然土壤相反,这是矿体部分残留大量浸矿剂造成的。土壤NH_(4)^(+)-N含量主导了NO_(3)^(-)-N的产生量,但NO_(3)^(-)-N在土体不同深度、山体不同部位的累积量还受降雨淋溶及NO_(3)^(-)-N迁移过程的控制。开采结束4年后,尾矿山内累积的NO_(3)^(-)-N仍不断向环境中释放。长期来看,尾矿山土壤中富集的NH_(4)^(+)-N将不断转化为NO_(3)^(-)-N并随水迁移,持续威胁生态环境及人类健康。本研究可为稀土原地浸矿场地土壤及下游水体污染的评价和治理提供理论基础与科学支撑。

关键词：氮转化硝态氮分布硝态氮迁移离子型稀土矿区土壤

长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响

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土壤学报 2024年第3期61卷 824-835页

作者：郭伟周云鹏陈美淇李丹丹王青霞马东豪赵炳梓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 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135

不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生,但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验(2005—2020年)为研究平台,其包含5个施氮水平:0(F0)、150 kg·hm^(–2)(F1)、19... 详细信息

不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生,但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验(2005—2020年)为研究平台,其包含5个施氮水平:0(F0)、150 kg·hm^(–2)(F1)、190 kg·hm^(–2)(F2)、230 kg·hm^(–2)(F3)和270 kg·hm^(–2)(F4),研究了不同施氮量对土壤团聚体组成(>2000μm、2000~250μm、250~53μm和土壤蛋白(GRSP)及微生物生物量碳(MBC))和土壤真菌之间的相关关系。结果表明,土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组,分别为F0、F1和F2以及F3和F4,其中,(1)F1和F2处理团聚体平均重量直径(MWD)最高,同时大于2000μm团聚体的质量比例显著增加,并与拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)富集有关;(2)F1和F2、F3和F4处理均表现为2000~250μm团聚体的质量比例增加,而小于53μm粉黏粒质量比例显著降低,2000~250μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值(EE-GRSP/T-GRSP)以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)显著正相关,而与亚隔孢壳属(Didymella)和被孢霉属(Mortierella)相对丰度显著负相关;小于53μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属(Mortierella)、白腐菌属(Phlebia)、黑孢壳属(Melanospora)、Fusicolla、柄孢壳属(Podospora)和亚隔孢壳属(Didymella)相对丰度显著正相关,而与EE-GRSP和/或支顶孢属(Acremonium)、柱霉属(Scytalidium)、外瓶霉属(Exophiala)、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此,土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下,150 kg·hm^(–2)和190 kg·hm^(–2)施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg·hm^(–2)和270 kg·hm^(–2)施氮水平,与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。

关键词：长期试验施氮水平团聚体稳定性生物胶结物质真菌群落

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青藏高原表土磁化率空间分布特征及影响因素

土壤学报 2024年第2期61卷 361-371页

作者：陈雅敏宋效东刘峰叶明亮张楚张甘霖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 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理科学重点实验室南京210008

土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标,对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前,区域尺度上土壤磁化率变化成因认识尚不清楚,限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青... 详细信息

土壤磁化率是古环境重建的常用代用指标,对表土磁化率与现代环境的关系研究有助于理解磁化率产生差异的原因。当前,区域尺度上土壤磁化率变化成因认识尚不清楚,限制了磁化率作为古环境重建重要代用指标的精准应用。本研究系统调查了青藏高原的254个样点表层(发生层A层)土样,测定土壤磁化率和其他土壤属性,结合母质、气候、地形和植被等数据,阐明青藏高原地区土壤磁化率空间变化特征及其主要影响因素。结果表明:(1)不同母质类型之间,表层土壤磁化率(χ_(lf))无显著差异,百分频率磁化率(χ_(fd)%)差异显著,表现为黄土和砂页岩风化物>冰碛物和结晶盐风化物,其他母质类型之间无显著差异;不同土地利用之间,表层土壤χ_(lf)无显著差异,χ_(fd)%差异显著:森林和旱地>草地>荒地。(2)各因子对土壤磁化率影响表现为植被>理化性质>地形>母质。(3)空间分布上,χ_(lf)与χ_(fd)%均呈现由东南向西北降低的趋势。此外,χ_(lf)和χ_(fd)%的空间分布规律与青藏高原植被分区相吻合。因此,磁化率能更好地指示植被空间分布。

关键词：青藏高原表土磁化率气候

化肥减量配施紫色光养细菌对花生的增产作用和土壤细菌群落的影响

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应用与环境生物学报 2024年第2期30卷 262-270页

作者：彭双王一明华清清巫攀邱崇文林先贵江苏开放大学环境生态学院南京210017 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

微生物肥料在现代农业生产中具有很大应用潜力,可在提高作物产量的同时减少化肥使用,从而创造环境友好型农业生产体系.通过田间长期试验对分离的一株紫色非硫细菌Rhodopseudomonas palustris ISP-1的5年花生增产效果进行研究,并探讨浇... 详细信息

微生物肥料在现代农业生产中具有很大应用潜力,可在提高作物产量的同时减少化肥使用,从而创造环境友好型农业生产体系.通过田间长期试验对分离的一株紫色非硫细菌Rhodopseudomonas palustris ISP-1的5年花生增产效果进行研究,并探讨浇灌菌液(R1)和叶面喷施(R2)两种追肥方式对花生产量、花生仁品质和土壤细菌群落的影响.经过5年的连续施用,R1和R2处理分别使花生产量平均增加12.5%和17.9%,追肥时喷施菌液在植株的叶面比直接浇灌在植株根部增产效果更好.R1和R2处理显著促进了花生植株的生长,提高了花生仁中的蛋白质含量.在施肥第5年花生收获期,R1和R2处理土壤中的残留养分与对照处理相比无显著差异.R2处理显著改善了土壤pH并增加了细菌生物多样性,但R1和R2处理对细菌的丰富度和群落结构均没有显著影响,仅Verrucomicrobia门细菌丰度显著增加.细菌基因功能预测分析发现R1和R2处理的土壤细菌群落中参与磷吸收和转运的基因总相对丰度显著降低,而无机磷溶解和有机磷矿化的基因分别增加了2.71%和3.20%.偏最小二乘路径建模(PLS-PM)分析表明,施用R.palustris ISP-1菌液对花生产量和花生仁养分含量有显著的直接影响,而施用菌液导致的土壤细菌多样性增加、部分细菌群落结构以及细菌磷代谢功能的变化对花生增产的作用相对较小.本研究表明施用R.palustris ISP-1可以促进花生植株生长,提高花生仁蛋白含量,并在长时序年的田间试验过程中维持较高的花生产量,展示了紫色光养细菌作为生物肥料的应用潜力.(图6表3参44)

关键词：化肥减量紫色光养细菌沼泽红假单胞菌土壤细菌群落花生产量

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 118-124页

作者：夏明明刘佳吴萌樊剑波刘晓利陈玲马昕伶李忠佩刘明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江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心江西南昌330200

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢... 详细信息

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢氧化钙[Ca(OH)_(2)]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明:(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM的C3组分比例显著高于氢氧化钙处理;秸秆腐解产物DOM中组分C1、 C2与组分C3呈显著负相关;组分C2含量与总碳含量呈显著负相关。(3)氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的腐殖化指数(HIX)明显高于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM生物源指数(BIX)明显高于氢氧化钙处理;高量草酸钙处理秸秆腐解产物DOM主要来自于微生物的转化,而其他处理DOM来自于微生物转化和陆生植物;不同添加量处理下秸秆腐解产物DOM的荧光指数没有明显变化规律;花生秸秆腐解产物DOM的HIX、 BIX和荧光指数(McKnight index)均高于水稻秸秆;秸秆腐解产物DOM中McKnight和HIX呈显著负相关,和BIX间呈极显著正相关,而秸秆腐解产物DOM中BIX和总碳含量呈显著正相关。上述结果表明,氢氧化钙可以促进秸秆腐解以及腐解产物的腐殖化,其中高量氢氧化钙处理的花生秸秆效果较好。

关键词：含钙添加剂秸秆可溶性有机物三维荧光平行因子分析

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砖红壤中铬的溶出和外源三价铬的氧化转化

土壤学报 2024年第4期61卷 1021-1030页

作者：施杨潇潇姜军李科伟徐仁扣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 中国科学院大学北京100049

砖红壤铬(Cr)的背景值和锰氧化物的含量均较高,当土壤中Cr溶出或者受到Cr(Ⅲ)污染,可能被氧化生成毒性较高的Cr(Ⅵ),从而对周围环境造成威胁。为考察砖红壤中Cr的环境风险,以云南、海南和广东采集的部分砖红壤为对象,研究土壤中Cr的溶... 详细信息

砖红壤铬(Cr)的背景值和锰氧化物的含量均较高,当土壤中Cr溶出或者受到Cr(Ⅲ)污染,可能被氧化生成毒性较高的Cr(Ⅵ),从而对周围环境造成威胁。为考察砖红壤中Cr的环境风险,以云南、海南和广东采集的部分砖红壤为对象,研究土壤中Cr的溶出和外源Cr(Ⅲ)的氧化。连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法提取和电子探针扫描分析的结果表明,砖红壤中的Cr主要与铁氧化物和硅酸盐矿物结合,呈非活性状态。盐酸和柠檬酸的酸化和络合作用促进了Cr的溶出,但即使1 mol·L^(-1)的盐酸也仅使海南3和广东9砖红壤中3.68%和3.54%的Cr溶出。向砖红壤中添加Cr(Ⅲ)并培养42d,发现少量添加的Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),但不同土壤中Cr(Ⅵ)的生成量与亚锰的净产生量不一致,说明土壤中Cr(Ⅲ)氧化生成的Cr(Ⅵ)可能会被土壤有机质重新还原为Cr(Ⅲ)。去除土壤有机质后,一次平衡实验中观察到外源添加的Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),氧化量与土壤易还原锰的含量一致。随着溶液pH的增加,Cr(Ⅲ)的氧化量呈先上升后降低的趋势,在pH4.5时Cr(Ⅲ)氧化量达最大值,但Cr(Ⅲ)的氧化转化量在Cr(Ⅲ)添加量中的占比很小,外源Cr(Ⅲ)在土壤中氧化转化的风险也很低。虽然砖红壤的背景Cr和易还原锰的含量较高,但自然条件下Cr的溶解和Cr(Ⅲ)的氧化反应很难发生,Cr(Ⅲ)不易转化为Cr(Ⅵ),因此无需过度担忧砖红壤中Cr的环境风险。

关键词：砖红壤背景铬土壤铬溶解 Cr(Ⅲ)氧化铁锰氧化物

典型水蚀区坡耕地黑土质量的空间分异特征及影响因素

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水土保持学报 2024年第3期38卷 382-390,399页

作者：李林源高磊彭新华钱芮王建茜杜豪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京210018 中国科学院大学北京100049

[目的]为明确侵蚀—沉积在黑土坡耕地土壤质量空间分异格局中的塑造作用。[方法]以东北典型水蚀区坡耕地为研究对象,利用110个样点的土壤属性,采用基于最小数据集的土壤质量指数(SQI)指标,评价坡面尺度土壤质量的空间分异特征,并利用广... 详细信息

[目的]为明确侵蚀—沉积在黑土坡耕地土壤质量空间分异格局中的塑造作用。[方法]以东北典型水蚀区坡耕地为研究对象,利用110个样点的土壤属性,采用基于最小数据集的土壤质量指数(SQI)指标,评价坡面尺度土壤质量的空间分异特征,并利用广义线性模型(GLM)明确坡度、坡位、土层深度等因子对土壤质量的贡献。[结果](1)坡耕地土壤养分含量和空间特征在耕作层和亚表层间呈相反规律。对于大部分养分指标,耕作层的含量显著高于亚表层,但是,其空间异质性及土壤养分含量间的相关性低于亚表层(p土壤质量的空间分布特征。SQI在强烈侵蚀的坡中显著低于轻度侵蚀的坡上和沉积区的坡下(p土壤质量,坡下和坡上耕作层的土壤质量无显著差异(p>0.05);(3)土层深度、坡位和坡度是坡耕地SQI变异的主要影响因素。GLM结果显示,对于同一个土壤层次,坡度、坡位及其交互作用对SQI变异的解释度达95%,其中,坡位和坡度的解释度分别为68%和22%;考虑土壤深度因素,在0—40 cm土层,土层深度、坡位和坡度对SQI变异的解释度分别为39%,31%和10%。[结论]采用SQI和GLM相结合的方法,明确侵蚀—沉积过程在坡耕地黑土质量空间分异中的塑造作用,研究成果可为典型水蚀区侵蚀退化黑土地质量评价和管理提供技术支撑。

关键词：土壤侵蚀沉积作用地形因子土壤质量指数广义线性模型

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大气CO_(2)浓度升高和温升对水稻纹枯病侵染后的相关蛋白和防御酶的影响

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土壤学报 2024年第4期61卷 1066-1076页

作者：沈敏蔡创宋练张继双陶冶王东明杨雄韦薇朱春梧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 中国科学院大学北京100049

纹枯病(sheath blight)作为一种土传病害,其发生和发展严重威胁到水稻(Oryza sativa L.)的生产。目前,大气CO_(2)浓度([CO_(2)])和温度升高如何影响感病植株内病程相关蛋白(pathogenesis related proteins,PR蛋白)和防御酶尚不清楚。本... 详细信息

纹枯病(sheath blight)作为一种土传病害,其发生和发展严重威胁到水稻(Oryza sativa L.)的生产。目前,大气CO_(2)浓度([CO_(2)])和温度升高如何影响感病植株内病程相关蛋白(pathogenesis related proteins,PR蛋白)和防御酶尚不清楚。本研究以纹枯病易感品种(Lemont)和抗性品种(YSBR1)为实验材料,利用田间开放式自由大气[CO_(2)]和温度升高(T-FACE)平台设置四个处理:对照、[CO_(2)]升高([CO_(2)]升高至590μmol·mol–1)、温升(冠层温度升高2℃)及[CO_(2)]升高和温升交互,通过人工接种Rhizoctonia.solani,探究不同抗性品种叶片和茎鞘PR蛋白与防御酶活性,以及土壤基本理化性状的响应。研究结果表明:高[CO_(2)]和温升下耕作土制成的土壤浸提液培养基中R.solani生长速率无显著差异,接种R.solani后病斑发展速率与土壤基本理化性状无关。水稻植株感病后,两个品种叶片和茎鞘中PR蛋白和相关防御酶表现出明显差异,且在高[CO_(2)]和温升条件下,该差异进一步增大。对于茎鞘中的PR蛋白和防御酶,高[CO_(2)]和温升交互处理明显增加Lemont和YSBR1茎鞘中过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1,3-葡聚糖酶(GLU)和超氧化物歧化酶(SOD)活性。对于两个水稻品种,当R.solani入侵后,在各处理下,YSBR1叶片中PR蛋白和相关防御酶以及茎鞘中SOD和CAT活性均显著高于Lemont,且YSBR1病斑发展速率显著低于Lemont。在整个发病过程中,温升处理及其与高[CO_(2)]互作处理均显著增加易感品种Lemont的病斑发展速率(增加了21%~45%),而对抗性品种YSBR1的病斑发展速率无显著影响。相关性分析结果表明,各处理下Lemont和YSBR1植株纹枯病病斑的发展速率均与其茎鞘中GLU活性存在显著正相关。因而,在R.solani侵染后,抗病品种中较高的PR蛋白和防御酶活性形成的防卫反应,能够有效减轻未来高[CO_(2)]和温升条件对纹枯病病斑发展速度的影响。研究结果对选育纹枯病抗性品种来适应未来气候变化背景下的水稻生产提供重要的借鉴意义。

关键词：水稻纹枯病病程相关蛋白防御酶大气CO_(2)浓度升高温升

参数优化方法对微生物模型预测土壤有机碳时空演变的影响

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土壤学报 2024年第1期61卷 39-51页

作者：张秀谢恩泽陈剑彭雨璇严国菁赵永存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 中国科学院大学北京100049

准确把握土壤有机碳(SOC)的时空演变规律对于土壤资源的高效持续利用、发挥土壤生态系统服务功能,以及应对气候变化等均具有重要意义。以江苏省南部为研究区,以明确表达微生物分解作用的微生物模型MIMICS为对象,以模型参数敏感性分析为... 详细信息

准确把握土壤有机碳(SOC)的时空演变规律对于土壤资源的高效持续利用、发挥土壤生态系统服务功能,以及应对气候变化等均具有重要意义。以江苏省南部为研究区,以明确表达微生物分解作用的微生物模型MIMICS为对象,以模型参数敏感性分析为切入点,分析了不同参数优化方法对MIMICS模型预测苏南农田表层(0~20 cm)SOC时空演变动态的影响。结果表明,批处理和点对点两种参数优化方法下,MIMICS模型均能较好地模拟1980-2015年苏南农田表层SOC密度先增加后减少的总体趋势;采用考虑模型参数空间异质性的点对点参数优化方法时,MIMICS模型预测精度最高,其预测误差(RMSE)较采用默认参数值时分别降低22.2%(2000年独立验证)和14.7%(2015年独立验证),但2015年SOC密度预测精度依然偏低(R^(2)=0.13,RMSE=1.22kg·m^(-2))。上述结果表明进一步改进微生物模型的结构、提高模型输入数据的精度及分辨率,将是微生物模型建模区域尺度SOC时空动态所面临的重要挑战。

关键词：土壤有机碳微生物模型敏感性分析参数优化