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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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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

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秸秆与有机无机肥配施对潮土关键微生物及小麦产量的影响

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土壤学报 2024年第4期61卷 1134-1146页

作者：郭伟周云鹏陈美淇李丹丹王青霞周谈坛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

秸秆与化肥和鸡粪配施改变了土壤微生物群落结构及微生物间的相互作用关系,但这种变化与小麦产量间的关系尚不清楚。依托7年长期定位试验,选取5个施肥处理:不施化肥+秸秆离田(N0S0)、不施化肥+秸秆还田(N0S)、常规施化肥+秸秆离田(NS0)... 详细信息

秸秆与化肥和鸡粪配施改变了土壤微生物群落结构及微生物间的相互作用关系,但这种变化与小麦产量间的关系尚不清楚。依托7年长期定位试验,选取5个施肥处理:不施化肥+秸秆离田(N0S0)、不施化肥+秸秆还田(N0S)、常规施化肥+秸秆离田(NS0)、常规施化肥+秸秆还田(NS)和施化肥+秸秆还田+鸡粪替代20%氮肥(NSM),研究不同施肥方式对细菌-真菌共现网络中微生物组成的影响,以及关键微生物与小麦产量间的相关关系。结果表明,与N0S0处理相比,NS0、NS和NSM处理的小麦籽粒产量分别提升539.20%、611.56%和676.56%,而N0S处理无显著变化。细菌和真菌群落组成均可分成显著不同的3组,分别为N0S0+N0S、NS0以及NS+NSM,即微生物群落组成在是否施用化肥之间显著不同;相同施用化肥情况下,在是否有施用有机物料之间显著不同。将重要性由高到低排序,导致不同处理细菌群落结构变化的主要土壤理化性质是有效磷(AP)、电导率(EC)、微生物生物量氮(MBN)、土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC)和颗粒有机碳(POC),导致不同处理真菌群落结构变化的主要土壤理化性质是EC、MBN、ROC、POC、AP和SOC。细菌-真菌共现网络中,两个关键模块(模块1和模块4)与小麦产量变化显著相关。NS+NSM处理提升了模块4中与小麦产量正相关的类诺卡氏菌属(Nocardioides)、纤维单胞菌属(Cellulomonas)、Pir4_lineage、金孢子菌属(Chrysosporium)、无茎真菌属(Acaulium)和裂壳菌属(Schizothecium)等有益菌的相对丰度,它们可降解纤维素和木质素、促进养分转化和循环或抑制病原菌生长;并显著降低了模块1中与小麦产量负相关的葡萄穗霉属(Stachybotrys)、无色穗孢属(Achroiostachys)和Fusicolla的相对丰度,它们为不利于土壤健康和作物生长的植物病原真菌。因此,化肥配施秸秆及化肥配施秸秆和鸡粪利于关键有益微生物增加及病原真菌减少,关键微生物的功能和相对丰度对小麦产量具有影响。

关键词：秸秆还田有机肥细菌-真菌共现网络关键微生物小麦产量

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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***,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***生长速率无显著差异,接种***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***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***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

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

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

薄层黑土土壤剖面微生物对外源碳氮添加的响应特征研究

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土壤学报 2024年

作者：胡耀华蔡元锋曹伟伟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) 中国科学院大学

剖面是研究土壤发生发育的模式体系，然而，剖面微生物的群落生理代谢及其碳固持潜力尚不清楚。针对典型黑土表层（0～10 cm）、中层（30～40 cm）和深层（90～100 cm），利用13C标记葡萄糖与硝酸铵培养土壤，研究微生物生长繁殖合成的... 详细信息

剖面是研究土壤发生发育的模式体系，然而，剖面微生物的群落生理代谢及其碳固持潜力尚不清楚。针对典型黑土表层（0～10 cm）、中层（30～40 cm）和深层（90～100 cm），利用13C标记葡萄糖与硝酸铵培养土壤，研究微生物生长繁殖合成的难溶解性有机碳(13C-SOC)、异化代谢产生的13C-CO2、激发效应、13C-碳利用效率及其氮素约束特征。结果表明：与对照水处理相比，外源13C-葡萄糖添加后，表层和中层土壤微生物数量增幅约为85.0%，深层增幅为184.9%；土壤呼吸强度增幅由低到高依次为表层（3.2倍）、中层（11.3倍）、深层（14.5倍）；相对激发效应分别为43.5%、150.5%、267.0%；碳利用效率分别为34.9%、37.3%和32.9%，大约44%～50%的葡萄糖被异化代谢为13CO2。同时，微生物利用葡萄糖合成的难溶解性细胞生物质13C-SOC分别为（111.6±11.7）mg·kg-1（表层）、（119.5±13.4）mg·kg-1（中层）、（105.2±21.6）mg·kg-1（深层），但其占土壤有机碳总量的比例为：0.98%（表层）、1.70%（中层）、4.76%（深层）。氮素添加后13C-SOC呈增加趋势但未有统计差异性，且显著抑制了土壤相对激发效应。高通量测序发现，无论何种碳氮处理，表层、中层和深层土壤微生物群落分别独立聚类；葡萄糖添加条件下，表层土壤微球菌科显著增加，可能是难溶解性微生物源有机碳的主要贡献者，而类诺卡氏菌属则是中层和深层土壤微生物源有机碳的主要贡献者。尽管深层土壤微生物多样性和数量均较低，但可利用外源易利用碳快速繁殖并产生难溶解新碳，其输入总量与表层土壤几乎一致。黑土剖面土壤微生物群落差异显著但功能可塑性较强，维系了土壤生态系统稳定性。

关键词：微生物源有机碳合成有机碳转化碳氮输入微生物群落变化

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典型黑土区坡耕地土壤碳、氮垂直迁移通量

矿物岩石地球化学通报 2024年

作者：杜豪高磊钱芮汪亚及王建茜彭新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

土壤碳、氮垂直迁移对深层地球化学过程具有重要意义。本文以典型黑土区坡耕地为研究对象，选取2023年生长季水文气象原位监测数据，采用Hydrus-2D模型模拟土壤水深层渗漏过程，研究土壤水深层渗漏过程及其驱动的碳、氮通量。结果表明... 详细信息

土壤碳、氮垂直迁移对深层地球化学过程具有重要意义。本文以典型黑土区坡耕地为研究对象，选取2023年生长季水文气象原位监测数据，采用Hydrus-2D模型模拟土壤水深层渗漏过程，研究土壤水深层渗漏过程及其驱动的碳、氮通量。结果表明，极端降水是深层渗漏的“热时”，坡下是渗漏的“热区”，极端降水驱动的日渗漏量占渗漏总量的10%，坡下、坡中和坡上的累计渗漏量分别占同期降水量的49.2%、35.3%和40.3%；土壤碳、氮垂直迁移存在显著的空间异质性，均表现为坡下最高、坡中最低，可溶性有机碳（DOC）在坡下、坡中和坡上的累计渗漏通量分别为34.3、18.8和26.6 kg/ha，全氮（TN）分别为16.8、4.5和8.1 kg/ha，硝态氮（NO3–-N）分别为12.8、2.8和5.2 kg/ha。本研究可为典型黑土区坡耕地土壤碳、氮垂直迁移提供直接数据。

关键词：坡面水文深层渗漏模型模拟碳、氮迁移坡位

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