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石油污染土壤生物修复与多技术联合修复策略研究进展及工程化应用

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有色金属（冶炼部分） 2024年第4期 41-47,62页

作者：侯金玉王雄雄彭理杨鎏璘张芸王青玲刘五星中国科学院土壤与农业可持续发展重点实验室(南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学南京学院南京210008 南京工业大学环境科学与工程学院南京210008

在传统石油污染土壤修复方法的基础上,综述了生物修复联合多技术修复石油污染土壤的方法、原理、研究现状及应用。并对如何更好地将生物修复与多技术相结合,提高修复效率和改善修复产物提出了展望,对采用以生物修复为核心的多技术联合... 详细信息

在传统石油污染土壤修复方法的基础上,综述了生物修复联合多技术修复石油污染土壤的方法、原理、研究现状及应用。并对如何更好地将生物修复与多技术相结合,提高修复效率和改善修复产物提出了展望,对采用以生物修复为核心的多技术联合修复策略在油田污染治理和生态环境恢复方面具有指导意义,以期为提高石油污染土壤修复效果提供依据。

关键词：石油污染土壤生物修复联合修复

可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究

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土壤学报 2024年第3期61卷 687-698页

作者：李学兰李德成郑光辉曾荣蔡凯高维常潘文杰姜超英曾陨涛南京信息工程大学地理科学学院南京210044 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 贵州省烟草科学研究院烟草行业山地烤烟品质与生态重点实验室贵阳550081 中国烟草总公司贵州省公司贵阳550004

对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350~2500 nm)与中红外光谱(4000~650 cm^(–1))对土壤养分的预测能力,以贵州省500个土样为例,对光谱进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪处理,再用标准正态化(SNV)... 详细信息

对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350~2500 nm)与中红外光谱(4000~650 cm^(–1))对土壤养分的预测能力,以贵州省500个土样为例,对光谱进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪处理,再用标准正态化(SNV)方法进行基线校正,然后分别应用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)两种方法进行建模,探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)共六种土壤养分的预测效果。结果表明:(1)无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱,PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。(2)中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱,可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK(性能与四分位间隔距离的比率(RPIQ)大于2.10),中红外光谱可相对较可靠地预测AN(RPIQ=1.87);但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差(RPIQ土壤养分预测效果较好,可快速准确预测土壤TN和TK,可为指导适时施肥提供技术支撑。

关键词：可见-近红外光谱中红外光谱土壤养分偏最小二乘回归支持向量机

天然腐殖质材料对低品位磷矿粉水溶性磷的促释效果

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土壤学报 2024年第4期61卷 1088-1098页

作者：杨强张丛志张佳宝陈卓潘慧李健鹏张灿谭钧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 山西农业大学资源环境学院山西晋中030801 中向旭曜科技有限公司江苏江阴214400

低品位磷矿开发应用困难的关键问题在于其活化释放困难以及磷素在土壤中易被固定。将不同添加量的天然腐殖质材料及其衍生物作为促释材料,采用连续水浸提法、X-射线衍射以及红外光谱分析了促释材料对低品位磷矿粉的水溶性磷释放特性以... 详细信息

低品位磷矿开发应用困难的关键问题在于其活化释放困难以及磷素在土壤中易被固定。将不同添加量的天然腐殖质材料及其衍生物作为促释材料,采用连续水浸提法、X-射线衍射以及红外光谱分析了促释材料对低品位磷矿粉的水溶性磷释放特性以及磷矿粉的结构与成键变化的影响,并通过盆栽试验进一步验证磷矿粉与促释材料在最优配比下的生物肥效。结果表明:随着促释材料添加量的提高,水溶性磷的释放也呈现增加趋势,当天然腐殖质材料和HNO3处理天然腐殖质材料分别与低品位磷矿粉混合的质量比为20︰80时,5次水溶性磷释放总量分别为对照处理的1.54倍和1.72倍。X-射线衍射分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,P2O5和Ca(PO3)2对应的特征衍射峰出现显著下降。红外光谱分析结果表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料混合低品位磷矿粉经过5次浸提后,可明显看到位于966 cm^(-1)3-处PO_(4)对称伸缩振动v1吸收峰消失,同时位于1127、673和612 cm^(-1)3-处PO_(4)非对称伸缩振-2-动v3吸收峰、H2PO_(4)相关吸收峰和HPO_(4)相关吸收峰强度均显著下降。盆栽试验进一步表明,天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料作为一种优质有机物料按照6 g·kg^(-1)或9g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按照20︰80的质量比混合后可显著提升土壤的有效磷含量,同时可快速提升土壤有机质含量。天然腐殖质材料按9 g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按20︰80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较对照处理增加了29.86%、29.47%、36.48%,土壤有机质分别较CK增加34.16%、8.05%、47.40%。HNO3处理天然腐殖质材料按9 g·kg^(-1)的施用量同时与低品位磷矿粉按20︰80的质量比混合,在播种后第14、30、60天土壤有效磷分别较CK增加了36.97%、94.44%、34.51%,土壤有机质分别较CK增加27.29%、14.57%、45.41%。天然腐殖质材料或HNO3处理天然腐殖质材料呈酸性、高比表面积、腐殖质含量高、活性官能团数量多等特性是提升低品位磷矿粉的水溶性磷和土壤有效磷含量的主要原因。

关键词：天然腐殖质材料低品位磷矿粉水溶性磷有效磷扫描电子显微镜红外光谱 X-射线衍射

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锰氧化物对土壤中三氯生的化学氧化

土壤 2024年第1期56卷 155-162页

作者：葛昶田晓庆于福荣刘松韬王星皓高娟华北水利水电大学地球科学与工程学院郑州450046 土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 南京210008

本文选取江西鹰潭红壤、云南金墩红壤和河南封丘潮土,研究了农田土壤中三氯生(TCS)在有无锰氧化物下的降解过程,考察锰氧化物浓度和有机酸种类及浓度对TCS降解率的影响,并通过高效液相–飞行时间质谱仪分析TCS的降解产物,探讨TCS在土壤... 详细信息

本文选取江西鹰潭红壤、云南金墩红壤和河南封丘潮土,研究了农田土壤中三氯生(TCS)在有无锰氧化物下的降解过程,考察锰氧化物浓度和有机酸种类及浓度对TCS降解率的影响,并通过高效液相–飞行时间质谱仪分析TCS的降解产物,探讨TCS在土壤中被活性锰氧化物氧化降解的过程。结果表明:锰氧化物在3种不同类型土壤中均具有不同程度的TCS去除能力,水土比4︰1条件下,5 g/L的MnO_(2)在酸性土壤(江西鹰潭红壤)中对TCS的氧化能力最强,云南金墩红壤土壤次之,这说明锰氧化物的氧化能力与土壤pH呈负相关性。同时TCS的降解率随着土壤中锰氧化物的浓度增加而增加,当土壤中锰氧化物的浓度升高到50 g/L时,TCS在8 h内的降解率达到81%,其一级反应动力学常数与锰氧化物浓度之间具有线性相关性。土壤中小分子有机酸能够影响TCS的降解效率,其中高浓度草酸和柠檬酸对TCS的降解具有明显抑制作用;而酒石酸则相反。此外,在反应过程中检测到TCS聚合形成的二聚体产物,并在此基础上提出了氧化转化路径。以上结果为理解TCS在土壤中的衰减和转化提供了新的视野,也为氯酚类污染场地修复提供了理论支撑。

关键词：三氯生土壤环境锰氧化物转化机理降解产物

不同土壤改良措施对大棚菜地高度盐渍化土壤改良效果研究

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中国土壤与肥料 2024年第4期 9-16页

作者：程明琨闵炬巨昇容潘云枫赵冬青杨东平施卫明佛山科学技术学院国际膜生物学与环境研究中心广东佛山528000 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 宜兴市土肥站江苏宜兴214206

设施菜地土壤次生盐渍化现象普遍,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。以高度和超高度大棚次生盐渍化土壤为对象,研究不同土壤改良措施对大棚青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。在两种盐渍化程度的大棚土壤上分别开展田间试验,设置... 详细信息

设施菜地土壤次生盐渍化现象普遍,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。以高度和超高度大棚次生盐渍化土壤为对象,研究不同土壤改良措施对大棚青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。在两种盐渍化程度的大棚土壤上分别开展田间试验,设置相同的6个处理:不施氮肥(0%N)、常规施氮(100%N)、施石灰氮+常规施氮(Lime+100%N)、施石灰氮+减氮20%(Lime+80%N)、施石灰氮+填闲玉米+常规施氮(Lime+corn+100%N)和施石灰氮+填闲玉米+减氮20%(Lime+corn+80%N)。结果表明:与100%N处理相比,Lime+corn+80%N处理的青菜产量在高度、超高度次生盐渍化土壤上分别增产91.8%(11.3 t/hm^(2))和62.2%(5.6 t/hm^(2)),显著提高了氮肥利用率。在高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮可使土壤电导率降低16.0%~19.7%(P土壤pH无显著影响;与施石灰氮处理(Lime+100%N和Lime+80%N)相比,土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了49.4%和55.2%(P土壤pH升高3.4%和12.6%。在超高度盐渍化土壤上,与100%N处理相比,施石灰氮处理对土壤电导率无显著影响,可使土壤p H升高14.1%~16.0%(P土壤电导率在Lime+corn+100%N和Lime+corn+80%N处理下分别降低了43.7%和49.2%(P土壤改良措施在高度盐渍化土壤上显著提高了土壤孔隙度,降低了土壤有效磷和速效钾含量,而在超高度盐渍化土壤上影响不显著。

关键词：设施蔬菜次生盐渍化土壤酸化土壤pH 产量氮肥利用率

培养基和代次影响土壤可培养解磷菌多样性评估

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土壤学报 2024年

作者：夏围围张泽霖邹萌萌次仁拉姆陈晓芬孙祥鑫王玉芳贾仲君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) 南京信息工程大学生态与应用气象学院/江苏省农业气象重点实验室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中国科学院东北地理与农业生态研究所

利用高通量测序技术，研究连续传代微生物培养过程中土壤可培养解磷菌的群落变化。采用固体和液体无机磷（IPM）和有机磷培养基（OPM）分别对供试水稻土中解磷菌进行传代富集培养，获得第一代（1st-En）、第二代（2nd-En）和第三代（3rd... 详细信息

利用高通量测序技术，研究连续传代微生物培养过程中土壤可培养解磷菌的群落变化。采用固体和液体无机磷（IPM）和有机磷培养基（OPM）分别对供试水稻土中解磷菌进行传代富集培养，获得第一代（1st-En）、第二代（2nd-En）和第三代（3rd-En）可培养微生物集合，通过高通量测序技术分析富集物和土壤DNA中细菌16S rRNA基因，评估土壤可培养“潜在”解磷菌群落富集规律及其占本底土著细菌群落的比例。结果表明：供试土壤共检测到本底细菌群落58门、160纲、373目、575科和979属，而利用四种培养基连续传代三次共富集20门、35纲、80目、121科和223属“潜在”解磷菌。OPM富集“潜在”解磷菌分类单元数普遍高于IPM。可培养“潜在”解磷菌在土壤本底土著细菌群落中的比例在门水平最高（8.62%～25.9%），而在其他分类水平上仅为3.22%～12.5%。与本研究构建的已知解磷菌数据库进行比较，土壤本底包括已知解磷菌110属，而四种培养基连续传代三次共富集已知解磷菌83属，对土壤已知解磷菌属的培养比例为75.5%，亦表明土壤中至少约24.5%已知解磷菌属未被富集或遗漏。不同培养基和代次富集了优势解磷菌门，主要包括Proteobacteria、Actinobacteriota和Firmicutes，三者之和为97.20%～99.97%；而在属水平下，不同培养基和代次富集了具有明显生理代谢特征差异的解磷菌属。此外，培养基还富集到大量尚未被证实具有解磷功能或特征基因的细菌属140个，占可培养“潜在”解磷菌群落62.8%，其中绝大部分为数量弱势的稀有属，少数具生长富集优势，如Chelatococcus等。通过将传统微生物培养技术与高通量测序技术相结合，本研究揭示了培养基成分、培养基形态和传代次数均能强烈影响土壤可培养解磷菌多样性评估，为环境解磷菌资源的定向发掘和研究提供了参考。

关键词：解磷菌无机磷有机磷连续传代培养高通量测序

西南地质高背景区土壤镉释放动力学及辣椒安全阈值研究

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农业环境科学学报 2024年

作者：王东哲宋静黄贝童于泓李敏敏和丽萍骆永明中国科学院大学南京学院土壤与农业可持续发展国家重点实验室云南省重金属污染控制工程技术研究中心中国科学院大学云南省生态环境科学研究院中国科学院南京土壤研究所

为探究西南典型碳酸盐岩地质高背景区农田土壤Cd的释放动力学特征以及保护辣椒安全生产的土壤Cd阈值，通过梯度扩散薄膜技术(diffusive gradients in thin-films technique， DGT)技术和DIFS模型(DGT induced fluxes in soils and sedim... 详细信息

为探究西南典型碳酸盐岩地质高背景区农田土壤Cd的释放动力学特征以及保护辣椒安全生产的土壤Cd阈值，通过梯度扩散薄膜技术(diffusive gradients in thin-films technique， DGT)技术和DIFS模型(DGT induced fluxes in soils and sediments model)获取土壤Cd释放动力学参数，通过盆栽和大田试验建立了基于土壤总Cd和有效态Cd与辣椒Cd含量的关系，并推导出保护辣椒安全生产的土壤总Cd和有效态Cd阈值。结果表明：土壤Cd从固相向液相释放的能力处于中等到高的水平(R值范围为0.42～0.98)，较低的土壤pH有利于Cd的长期持续释放。DGT测定的土壤有效Cd对辣椒Cd的预测效果最佳(模型拟合优度R2=0.86)，土壤总Cd、0.43 mol·L-1HNO3提取态Cd(HNO3-Cd)和BCR连续提取法第一步提取态Cd(F1-Cd)结合土壤pH能够与辣椒Cd含量建立较好的多元线性回归模型，拟合优度R2均高于0.80。0.43 mol·L-1HNO3提取法具有简单快捷、便于检测的优点，其与土壤pH值结合可作为研究区碳酸盐岩地质高背景农田土壤有效态Cd的可靠评价方法。研究表明，基于总Cd和HNO3-Cd推导的土壤Cd安全阈值能够较好地保护当地辣椒的安全生产，可为区域土壤差异化标准的制定和安全利用区划提供科学依据。

关键词：地质高背景土壤镉释放动力学辣椒安全阈值

基于RUSLE模型的青藏高原土壤保持功能定量评价

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土壤 2024年第1期56卷 173-181页

作者：刘振坤刘峰郑光辉李德成徐胜祥张甘霖南京信息工程大学地理科学学院南京210044 土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008

土壤保持功能是青藏高原生态系统的主要调节功能之一,准确评估青藏高原土壤保持功能的时空变化规律,是确保该地区顺利开展水土保持和生态环境治理工作的前提。本研究通过收集气象、土壤、土地利用、DEM和NDVI等数据,利用RUSLE模型对1982... 详细信息

土壤保持功能是青藏高原生态系统的主要调节功能之一,准确评估青藏高原土壤保持功能的时空变化规律,是确保该地区顺利开展水土保持和生态环境治理工作的前提。本研究通过收集气象、土壤、土地利用、DEM和NDVI等数据,利用RUSLE模型对1982—2020年青藏高原土壤保持功能的时空特征进行动态评估。结果表明:1982—2020年青藏高原的土壤保持量呈波动增加趋势,土壤保持能力由南向北逐渐减弱,高值区主要集中在青藏高原东南部的川西和藏东的高山深谷;在过去的近40 a中,青藏高原土壤侵蚀强度发生明显转换,其主要特征是由高一级的中度侵蚀强度向低一级的轻度或微度侵蚀强度转换,说明青藏高原近40 a内土壤保持状况不断改善;不同地形条件下青藏高原土壤保持能力也有明显差异,主要表现为起伏度小的高海拔地区土壤保持能力普遍较弱;就不同的土地利用类型而言,林地区域的土壤保持能力最强,而未利用地土壤保持能力最弱。近40 a来,青藏高原土壤保持能力不断增强,但仍存在部分区域的土壤保持能力较弱。未来在重视和保护土壤保持能力较强的林地区域的同时,应加强起伏度小的高海拔地区水土治理工作,制定分级分区的土壤侵蚀防治措施,进一步增强青藏高原地区的土壤保持功能。

关键词： GIS RUSLE模型土壤保持功能青藏高原

基于恒电容表面络合模型预测土壤中As(Ⅴ)吸附行为研究

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 278-284页

作者：薛沁李焱郁何敏王玉军中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As(Ⅴ)在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型(CCM)模拟As(Ⅴ)在土壤中的吸附行为,获取As(Ⅴ)在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质(pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝... 详细信息

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As(Ⅴ)在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型(CCM)模拟As(Ⅴ)在土壤中的吸附行为,获取As(Ⅴ)在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质(pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝/锰、总铁)与As(Ⅴ)表面络合参数的线性回归模型,以阐明As在土壤中吸附的主控因子。结果显示,As(Ⅴ)在不同类型的土壤中表现出不同的吸附特征,恒电容模型能够很好地模拟As(Ⅴ)在不同pH下的吸附特性(R^(2)为0.71~0.96),通过CCM模型拟合得到As(Ⅴ)在土壤表面的3个表面络合常数,绝大部分土壤lg K_(1)比lg K_(2)和lg K_(3)的值要大,说明As(Ⅴ)在土壤中的吸附相较于单齿络合物更偏向于形成双齿双核的络合物。As(Ⅴ)表面络合常数与土壤性质间的回归分析结果表明,As(Ⅴ)表面络合常数主要受土壤pH和无定形铁、无定形锰含量的影响。为了进一步验证上述线性模型的普适性,利用文献数据中土壤性质数据预测不同土壤上As(Ⅴ)的表面络合常数,并结合CCM模型预测了As(Ⅴ)在文献土壤中的吸附量,预测值和实测值具有很好的相关性,说明该模型具有一定的普适性。

关键词：表面络合模型 As(Ⅴ) 吸附恒电容模型广义复合模式