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吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林土壤质量演变

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生态学杂志 2023年

作者：蔺兴武朱建国谢祖彬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)

土壤质量演变与森林次生演替紧密关联，研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变，可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象，探讨了森林次生演替过程中... 详细信息

土壤质量演变与森林次生演替紧密关联，研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变，可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象，探讨了森林次生演替过程中不同土壤指标的变化趋势及土壤质量演变特征。研究发现，土壤全碳和全氮在森林次生演替过程中表现为协同演变，而其他土壤指标随森林演替并不存在统一的响应模式。主成分分析表明，随着次生演替成熟林和老龄林的土壤特征逐渐远离中龄林和近熟林。0～10 cm土层土壤质量指数在不同演替阶段之间无显著性差异，而成熟林10～20 cm土层的土壤质量指数显著低于其他3个演替阶段。土壤质量指数具有随阔叶树种比例的增加而增加的趋势，阔叶树种比例可以解释10～20 cm土层63.3%的土壤质量指数变异（P土壤质量演变的重要因素之一。因此，长白山林区温带针阔混交林的森林恢复与经营时，适度增加阔叶树种比例可能有利于土壤质量的维持。

关键词：长白山林区次生演替土壤性质主成分分析土壤质量指数

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中国盐渍土研究:历程、现状与展望

土壤学报 2022年第1期59卷 10-27页

作者：杨劲松姚荣江王相平谢文萍张新朱伟张璐孙瑞娟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

盐渍土研究是以盐渍土和盐渍生境作为主要研究对象,以盐渍土和盐渍化的发生与演变过程、环境要素和人类活动对盐渍化的影响与作用机制、盐渍土的治理、改良和利用的理论与技术为主体的研究领域。我国盐渍土面积巨大、种类繁多,盐渍化问... 详细信息

盐渍土研究是以盐渍土和盐渍生境作为主要研究对象,以盐渍土和盐渍化的发生与演变过程、环境要素和人类活动对盐渍化的影响与作用机制、盐渍土的治理、改良和利用的理论与技术为主体的研究领域。我国盐渍土面积巨大、种类繁多,盐渍化问题突出,对农业生产和生态环境造成不同程度的影响。我国科学家提出的盐渍土"水盐调控""水盐平衡","淡化肥沃层"和"障碍消减"等理论与技术方法,为发展农业生产、提高土地产能、保障粮食安全、拓展耕地资源等发挥了积极作用。近期我国在土壤盐渍化演变过程的监测与多源数据融合、土壤水盐运移过程模拟与尺度转换、盐渍农田养分循环与减损增效、盐渍障碍的生态消减、盐渍障碍微生物修复、盐渍农田灌排优化管理与边际水安全利用等方面取得了积极的进展和成果。建议今后深入开展盐渍土精准控盐的高效和安全用水、土壤盐渍障碍的绿色消减与健康保育、盐渍农田养分库容扩增与增碳减排、土壤盐渍化与区域生态的耦合响应和协同适应等方面的理论与技术研究。应面向农业、资源、生态、环境等领域和行业,致力于拓展理论和新技术的研究,为国家农业升级、粮食安全、耕地保护、生态安全、高质量发展发挥重要作用。本文回顾了我国盐渍土研究工作的发展历程以及国内外研究之间的联系,系统阐述了近期盐渍土相关研究工作的特色进展,结合目前国内外相关研究的前沿热点和国家需求,提出了我国盐渍土研究的展望。

关键词：盐渍土盐渍化防控障碍消减生态治理水盐调控盐碱地

不同稻作系统土壤的CH4产生潜力与产生途径

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环境科学 2022年第7期43卷 3835-3843页

作者：沈皖豫黄琼马静张广斌徐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南京210008 中国科学院大学北京100049

不同稻作系统土壤的CH_(4)产生潜力,特别是CH_(4)产生途径(主要为乙酸发酵和CO_(2)/H_(2)还原)间的差异尚不明确.通过添加与不添加氟甲烷(CH_(3)F)抑制剂(添加比例分别为2%和0%)的土壤厌氧培养试验,并采用稳定性碳同位素等方法,对我国3... 详细信息

不同稻作系统土壤的CH_(4)产生潜力,特别是CH_(4)产生途径(主要为乙酸发酵和CO_(2)/H_(2)还原)间的差异尚不明确.通过添加与不添加氟甲烷(CH_(3)F)抑制剂(添加比例分别为2%和0%)的土壤厌氧培养试验,并采用稳定性碳同位素等方法,对我国3类典型稻田生态系统(稻-麦轮作,RW;稻-休闲,RF;双季稻,DR)土壤CH_(4)产生累积浓度、CH_(4)产生潜力、溶解性有机碳(DOC)含量、乙酸含量和乙酸产CH_(4)的相对贡献率(f_(ac)值)进行了对比研究.结果表明,RF的CH_(4)产生潜力为7.18μg·(g·d)^(-1),显著低于RW[10.33μg·(g·d)^(-1)]和DR[13.42μg·(g·d)^(-1)](P土壤阳离子交换量及pH呈显著负相关(P<0.01);添加CH_(3)F显著抑制CH_(4)产生(P<0.05).DR的ω(DOC)和ω(乙酸)分别为255 mg·kg^(-1)和7.34 mg·kg^(-1),较RW和RF分别高17%~51%和22%~23%(P<0.05).δ_(13)CH_(4)和δ_(13)CO_(2)值受稻作系统的影响显著,其中,RF的δ_(13)CH_(4)值最大(-43.89‰),较RW和DR分别偏正11.06‰和8.33‰(P<0.05);而其δ_(13)CO_(2)值最小(-26.30‰),较RW和DR分别偏负7.63‰和5.14‰(P<0.05).RW和RF的α(CO_(2)/CH_(4))值分别为1.057和1.058,显著低于DR的1.062(P<0.05).RF的f_(ac)值为84%~98%,较RW和DR分别高34%~38%和20%~23%(P<0.05).

关键词：乙酸产CH_(4)途径土壤性质稻田生态系统氟甲烷稳定性碳同位素组成

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生物硝化抑制剂的研究进展及其农业应用前景

土壤学报 2021年第3期58卷 545-557页

作者：陆玉芳施卫明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

在我国农业集约化以及高投入的生产模式下,氮肥利用率较低。相当部分的氮肥以氨(NH_(3))、硝酸盐(NO_(3)^(-))以及温室气体氧化亚氮(N_(2)O)等形式损失至环境中,造成生产成本增加,并加剧了生态环境污染。硝化作用是土壤氮循环的关键转... 详细信息

在我国农业集约化以及高投入的生产模式下,氮肥利用率较低。相当部分的氮肥以氨(NH_(3))、硝酸盐(NO_(3)^(-))以及温室气体氧化亚氮(N_(2)O)等形式损失至环境中,造成生产成本增加,并加剧了生态环境污染。硝化作用是土壤氮循环的关键转化过程,与农田氮素损失密切相关。一些植物的根系能产生和分泌抑制硝化作用的物质,被称为生物硝化抑制剂(BNIs),如果加以利用,是一种高效且环境友好的氮素管理对策。系统总结了国内外生物硝化抑制剂研究领域的重要进展,探讨了根系分泌生物硝化抑制剂的意义、物质种类和功能、分泌及作用机制。以往研究仅认为BNIs是自然生态系统中植物适应低氮环境的一种保氮生存机制,主要关注热带牧草和高粱,本文提出了BNIs在高氮投入的农业生态系统中同样重要,以及相当的粮食作物品种具有高BNI活性的观点,并讨论了其在农业中提高氮素利用率和减少环境污染方面的应用前景,为未来BNIs技术及产品的开发、提升农产品品质、及推动现代农业绿色发展提供借鉴。

关键词：生物硝化抑制剂硝化作用根系分泌物氮素利用率农业绿色发展

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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 2023年

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) 中国科学院大学

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C... 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42 d，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pH 4.5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

大气CO浓度升高和海平面上升对滨海湿地植物地下生物量的影响

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土壤 2023年

作者：韦薇陶冶王东明王晓茜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) 中国科学院大学

大气CO2浓度升高和海平面上升会通过影响植物的分布和生长状况，继而影响湿地的稳定性。地下生物量是调节潮汐湿地生态系统功能的关键因素，包括土壤有机质的积累和湿地海拔高程的维持。本文通过设置开顶式生长箱(OTC:open top chamber... 详细信息

大气CO2浓度升高和海平面上升会通过影响植物的分布和生长状况，继而影响湿地的稳定性。地下生物量是调节潮汐湿地生态系统功能的关键因素，包括土壤有机质的积累和湿地海拔高程的维持。本文通过设置开顶式生长箱(OTC:open top chamber)试验探究不同海拔的3个典型植物群落(SC群落：C3植物为主的群落；MX群落：C3、C4植物混合群落；SP群落：C4植物为主的群落)对CO2浓度升高和海平面上升的响应差异。研究结果显示：CO2浓度升高能够显著增加SC、MX和SP群落的根茎、根和总地下生物量，但年际差异较大。海平面上升显著降低了3个群落植物的根生物量和SC群落高CO2浓度处理下及SP群落对照处理下的总地下生物量，但对根茎却无显著影响。在高盐的条件下，高CO2浓度一定程度上能够缓解高盐分对植物的胁迫，但高CO2浓度的施肥作用下降。对照条件下的SC和MX群落总地下生物量随试验年份延长呈下降趋势，其下降主要是由于海平面的快速上升导致的，而高CO2浓度能减缓其下降趋势，一定程度上抵消胁迫。因此，海平面上升正严重威胁未来湿地的稳定性，而CO2浓度升高能一定程度上缓解海平面上升的危害。

关键词：滨海湿地 CO 浓度升高海平面上升总地下生物量

淡水养殖系统温室气体CH4和N2O排放量研究进展

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农业环境科学学报 2020年第4期39卷 749-761页

作者：丁维新袁俊吉刘德燕陈增明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

2016年全球鱼类产量达到1.71亿t,对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源,贡献率为30%,大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征,稻田转变为具有曝气增氧系统的... 详细信息

2016年全球鱼类产量达到1.71亿t,对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源,贡献率为30%,大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征,稻田转变为具有曝气增氧系统的养殖塘降低了CH4排放,而转变为普通(粗放型)养殖塘则显著提高了CH4排放。稻鱼共作改变了稻田系统CH4和N2O排放,促进了深水层(>11.5 cm)稻田CH4和N2O排放,相反却降低了浅水层(室气体排放的重要途径。与粗放型养殖相比,集约化淡水养殖系统虽然N2O排放系数较高,但是CH4排放量和综合温室效应很低,是淡水养殖发展的方向。全球淡水养殖系统CH4排放量初步估计为6.04 Tg,N2O排放量为36.7 Gg。提升淡水养殖系统集约化水平是提高饲料转化系数、减缓温室气体排放和削减对水体环境负荷的重要途径,是实现可持续发展的关键。

关键词：淡水养殖系统温室气体排放系数土地利用类型

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 2023年

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) 中国科学院大学

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... 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(R2=0.13,RMSE=1.22 kg·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

三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

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环境科学 2023年第3期44卷 1562-1571页

作者：李柏键申聪聪刘四义吴华勇王继琛赵冬辉葛源中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 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

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间... 详细信息

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.

关键词：三江源地区土壤剖面发生层土壤功能环境因子