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微塑料参与下的土壤碳循环过程评述

中国生态农业学报（中英文） 2024年第2期32卷 252-261页

作者：朱芷宏张琎高晓丹陶招马南徐英德沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866

土壤有机碳固定是驱动土壤肥力演变和陆地生态系统碳平衡的关键过程。鉴于微塑料在土壤生态系统中的持久性和生态环境风险,其对土壤性质和过程的影响日益受到关注,但基于土壤碳循环视角关注微塑料介导作用的研究仍相对匮乏。赋存于土壤... 详细信息

土壤有机碳固定是驱动土壤肥力演变和陆地生态系统碳平衡的关键过程。鉴于微塑料在土壤生态系统中的持久性和生态环境风险,其对土壤性质和过程的影响日益受到关注,但基于土壤碳循环视角关注微塑料介导作用的研究仍相对匮乏。赋存于土壤中的微塑料能够通过间接影响土壤理化性质和直接参与碳循环的方式影响土壤有机碳固存、矿化与消长,这进一步加剧了土壤有机碳循环过程的不确定性,也突出了相关研究的迫切性。以此为背景,本文概述了土壤有机碳固定途径的理论发展,总结了土壤中微塑料的来源特征,阐述了微塑料对不同土壤碳库的影响,并深入探讨了微塑料调控土壤碳循环的可能机制,最后对微塑料参与下的土壤有机碳循环相关研究进行了展望。结果表明微塑料能够通过影响土壤物理结构、微生物群落结构多样性、酶活性与功能基因、生物膜的形成、动物的繁殖与生长、植物的生长和根系沉积等对土壤碳的平衡起到介导作用,同时通过自身参与到土壤全链条生物地球化学循环中而直接影响土壤有机碳循环。但相关研究仍处于起步阶段,如何选取科学方法将微塑料周转与有机碳循环过程进行区分与耦合是未来研究的难点。因此,在现有研究基础上,通过先进土壤学研究手段的嵌套与改良,以及研究思路的革新与交叉,可进一步精准区分微塑料源碳在不同有机碳库中的贡献潜力,探明微塑料直接和间接影响土壤有机碳循环的耦合作用机制,并推进多因素影响下微塑料参与土壤碳循环过程的研究。

关键词：微塑料土壤有机碳土壤碳循环土壤微生物微生物残体

长白山-辽东黑土区耕地土壤有机质时空变异及影响因素

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农业环境科学学报 2024年

作者：何孟霓孙继光徐英德汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院

明晰区域尺度耕地土壤有机质的时空动态变化对促进农田生态系统绿色可持续发展具有重要意义。本研究以长白山-辽东黑土区为研究对象，利用地统计学与GIS等技术相结合的方法，探究自第二次全国土壤普查以来该地区耕地土壤有机质时空变异... 详细信息

明晰区域尺度耕地土壤有机质的时空动态变化对促进农田生态系统绿色可持续发展具有重要意义。本研究以长白山-辽东黑土区为研究对象，利用地统计学与GIS等技术相结合的方法，探究自第二次全国土壤普查以来该地区耕地土壤有机质时空变异特征及其影响因素。结果表明：研究区“二普”时期和2015年耕地土壤有机质平均含量分别为31.75 g·kg-1和27.07 g·kg-1，平均降低了4.68 g·kg-1；下降较为明显的区域主要分布在辽东丘陵区、吉林中部地区以及黑龙江中南部地区。土壤有机质半方差函数的最佳理论模型为线性模型，制图结果显示长白山-辽东黑土区耕地土壤有机质含量存在较大空间变异性，呈现出由西南向东北逐级递增的趋势；其中，该区域中部和北部地区耕地土壤有机质含量相对较高(大部分处于20 g·kg-1以上)。此外，耕地土壤有机质含量受海拔、年降水量、土壤类型、土壤母质的影响。其中，在“二普”时期平均有机质含量越高的土壤类型（如泥炭土）中，其有机质含量下降幅度越大；同时，低海拔和低积温条件更易造成耕地土壤有机质含量随时间的下降。总体来看，研究区耕地土壤有机质含量等级属于中等水平，且不同区县耕地土壤有机质含量差异较为明显，实际农业生产活动中需分区进行差异化培肥管理。

关键词：土壤有机质东北黑土区时空变化驱动因素

通过zeta电位快速评估土壤胶体的临界聚沉浓度

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土壤学报 2024年

作者：袁雷徐英德任凯璐左研李少博张昀张广才汪景宽高晓丹沈阳农业大学土地与环境学院

土壤胶体的聚沉特征与土壤肥力和抗蚀能力密切相关，临界聚沉浓度是评判颗粒凝聚和分散的关键参数。快速准确测定土壤胶体的临界聚沉浓度对于评估土壤质量具有重要意义。通过测定蒙脱石、棕壤和胡敏酸胶体3种颗粒表面zeta电位随离子浓... 详细信息

土壤胶体的聚沉特征与土壤肥力和抗蚀能力密切相关，临界聚沉浓度是评判颗粒凝聚和分散的关键参数。快速准确测定土壤胶体的临界聚沉浓度对于评估土壤质量具有重要意义。通过测定蒙脱石、棕壤和胡敏酸胶体3种颗粒表面zeta电位随离子浓度的变化趋势，结合分段线性拟合，进而评估其临界聚沉浓度；同时，用动态激光光散射法验证zeta电位法测定临界聚沉浓度的可行性。结果表明：（1）各体系中颗粒zeta电位绝对值均随电解质浓度的升高而降低，且在相对较低的电解质浓度范围内降低迅速，相对较高浓度范围内变化趋缓。（2）通过zeta电位法评估得到恒电荷表面为主的蒙脱石和棕壤胶体在钾和钙离子体系中的临界聚沉浓度与动态激光光散射法所测结果基本一致。（3）通过zeta电位法评估得到可变电荷表面为主的胡敏酸在钾和钙离子体系中的临界聚沉浓度与动态激光光散射法所测结果差别较大。因此，可利用zeta电位法快速准确地测定以恒电荷为主的蒙脱石、棕壤胶体颗粒的临界聚沉浓度。相较于光散射法，zeta电位法操作简便，所需样品量小、效率高。而对于以可变电荷为主的胡敏酸胶体颗粒，无法通过zeta电位法精确评估得到其临界聚沉浓度。

关键词：土壤胶体 zeta电位临界聚沉浓度动态激光光散射

下辽河平原区耕地非农化时空演变特征及驱动机制

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第8期32卷 1420-1431页

作者：刘洪彬王红红金子位潘春玲沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866 沈阳农业大学经济管理学院沈阳110866

探索耕地非农化的时空演变特征及其驱动机制是耕地保护的前提,分析下辽河平原区2000—2020年耕地非农化的时空演变特征及驱动机制,可以为该地区耕地保护政策的制定与防止耕地非农化提供理论依据。本文基于2000年、2005年、2010年、2015... 详细信息

探索耕地非农化的时空演变特征及其驱动机制是耕地保护的前提,分析下辽河平原区2000—2020年耕地非农化的时空演变特征及驱动机制,可以为该地区耕地保护政策的制定与防止耕地非农化提供理论依据。本文基于2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5个时期的土地利用数据,以下辽河平原区为研究区域,结合社会经济数据,运用ArcGIS 10.2空间叠加分析,计算耕地非农化面积,采用重心迁移模型、核密度分析、地理探测器等统计学和地理信息系统的空间分析方法,揭示下辽河平原区耕地非农化特征及其演变趋势,并探讨其耕地非农化的驱动因素。研究结果表明:1)在时间上,下辽河平原区耕地非农化面积和非农化率呈现周期性波动,耕地非农化总面积为2201.52 km^(2),耕地非农化率为7.11%。2)在空间分布上,耕地非农化的重心主要从辽中区向东北方向迁移至于洪区,下辽河平原区耕地非农化东部地区高于西部地区,核密度最大值1657.3,主要在于洪区、浑南区、沈北新区、苏家屯区附近;耕地非农化的次集中区域为新民市和昌图县,其核密度最大值分别为1033.18和1018.49。3)在驱动因素上,耕地非农化驱动因素影响依次为农业机械总动力>户籍人口>城镇人口>固定资产投资>第三产业增加值>GDP>粮食产量>第二产业增加值,交互作用探测器表现为双因子增强或非线性增强关系。综合来看,耕地非农化是社会、经济因素综合作用的复杂结果。鉴于此,本文建议通过严格控制城市建设用地占用耕地的规模、挖掘农村居民点利用潜力、转变经济发展方式、推动农业产业结构调整等措施治理耕地非农化。

关键词：耕地非农化重心迁移模型核密度分析地理探测器下辽河平原区

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辽宁海洋生态价值核算及可持续发展

生态学杂志 2024年

作者：李金妮于晓曼刘鸣达张志斌宝玉宁仲弘历沈阳农业大学土地与环境学院

海洋是海洋生物赖以生存的栖息地，是人类生存发展不可分割的一部分。海洋生态系统的可持续发展是中国可持续发展的重要组成部分，为了解海洋生态系统的可持续性，本文采用能值分析方法从海洋自身价值和对人类的效用两方面，对海洋自然... 详细信息

海洋是海洋生物赖以生存的栖息地，是人类生存发展不可分割的一部分。海洋生态系统的可持续发展是中国可持续发展的重要组成部分，为了解海洋生态系统的可持续性，本文采用能值分析方法从海洋自身价值和对人类的效用两方面，对海洋自然资本存量、海洋生态系统服务功能价值、海洋生态系统可持续发展进行研究，构建一套全方位、多角度、立体交互式的海洋生态系统评价指标体系，并以2018年辽宁省为例，探讨该地区海洋生态系统可持续发展现状。结果表明：（1）辽宁省海洋生态系统自然资本总量为1.30E+25sej，单位海域自然资本存量为2.03E+14 sej·m-2，其中环境资产存量最大，占自然资本总量的58.63%；能值货币总值为3.67E+12 Em$，单位海域能值货币价值为57.29 Em$·m-2。（2）辽宁省海洋生态系统服务功能能值货币价值为1.42E+10 Em$，是市场总体价格（5.50E+09 RDSCHARDOLLAR）的2.58倍。（3）对比修正前后（修正后考虑生态经济损失）的可持续发展指标发现：能值产出率（EYR）为107，环境负荷率（ELR）为2.97，可持续发展指数（ESI）为36.10；修正后的能值产出率（EYR'）为38.30，环境负荷率（ELR'）为3.04，可持续发展指数（ESI'）为12.60；可见EYR'和ESI'偏低，ELR'则偏高，说明海洋生态污染及产业发展对海洋生态系统可持续性会造成显著影响，在海洋产业飞速发展的同时，海洋生态环境问题不容忽视。从优化海洋空间开发格局，提升海洋生态经济发展效益，加强海洋生态系统服务功能保护，关注海洋服务功能的生态价值，促进海洋经济-社会-生态协调发展等角度，提出相关政策建议。

关键词：生态系统价值核算可持续发展海洋能值分析

连续周年轮作休耕对土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

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环境科学 2024年第3期45卷 1644-1654页

作者：鲁泽让李永梅杨春怀夏梓泰程伟威王自林赵吉霞范茂攀云南农业大学资源与环境学院昆明650201

为探究连续周年轮作休耕对红壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响,以坡耕地红壤为研究对象,采用湿筛法和重铬酸钾-浓硫酸外加热法分别测定水稳性团聚体和有机碳含量,分析了2020~2022年玉米-苕子-玉米轮作(M-V-M)、玉米-豌豆-玉米轮作(M-P... 详细信息

为探究连续周年轮作休耕对红壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响,以坡耕地红壤为研究对象,采用湿筛法和重铬酸钾-浓硫酸外加热法分别测定水稳性团聚体和有机碳含量,分析了2020~2022年玉米-苕子-玉米轮作(M-V-M)、玉米-豌豆-玉米轮作(M-P-M)、玉米-冬闲-玉米(M-F-M)和周年休耕(F-F-F)这4个处理下土壤团聚体稳定性及有机碳含量变化特征以及两者间的相互关系.结果表明,在2021年和2022年中,F-F-F、M-V-M和M-P-M处理的>2 mm团聚体含量较M-F-M分别显著提高了67.01%~100.92%、29.71%~33.67%和29.68%~38.07%;2021年和2022年中F-F-F、M-V-M的团聚体稳定性参数显著高于M-F-M(P2 mm团聚体含量、GMD(几何平均直径)和MWD(平均重量直径)及F-F-F处理的R_(0.25)(>0.25mm团聚体含量)、MWD和>2 mm团聚体含量随着轮作休耕年限的延长而增加,而F-F-F处理下1~2 mm和<0.25 mm团聚体含量随着休耕年限的增加而降低.绿肥轮作和休耕处理均能够提高SOC含量,且F-F-F和M-V-M处理的SOC含量随年限的延长而增加.相关性分析表明,所有处理下SOC含量与R_(0.25)呈极显著正相关,与GMD呈显著正相关;F-F-F处理下的R_(0.25)和GMD及M-V-M处理下的GMD和MWD均与SOC含量显著正相关.结果表明,连续周年轮作休耕有利于提高土壤大团聚体含量、团聚体稳定性和SOC含量,可为我国南方坡耕地红壤区推行合理的连续周年轮作休耕模式和水土流失防治提供理论依据.

关键词：绿肥轮作休耕团聚体稳定性土壤有机碳

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河南省氮素农业面源污染风险评价与关键管控区识别

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农业机械学报 2024年第3期55卷 311-320页

作者：高林林吴用杨书涵刘雪珂李玲李栋浩河南农业大学资源与环境学院郑州450002

农业面源污染是我国水环境保护面临的重要问题,风险评价对于农业面源污染防治具有重要意义。本研究以河南省为研究区域,采用层次分析法的分级赋值方法,基于熵值法和专家打分确定各影响因子权重,构建河南省氮素农业面源污染风险多因子综... 详细信息

农业面源污染是我国水环境保护面临的重要问题,风险评价对于农业面源污染防治具有重要意义。本研究以河南省为研究区域,采用层次分析法的分级赋值方法,基于熵值法和专家打分确定各影响因子权重,构建河南省氮素农业面源污染风险多因子综合评价模型,计算河南省氮素农业面源污染风险指数并在流域尺度上进行验证,划分氮素农业面源污染的风险等级并识别关键管控区。结果表明:种植源、养殖源和生活源分别贡献河南省31.52%、38.47%和30.01%的氮素流失负荷,流失负荷呈现为西低,中、东部高的特点。河南省有39 429 km^(2)的区域存在中风险,约占河南省总面积的23.61%,有17 318 km^(2)的区域存在高风险,约占总面积的10.37%;划定距河流2 km以内的中、高风险区为一般管控区和重点管控区,面积分别为10 982 km^(2)和9 285 km^(2)。通过与同期水质自动监测数据进行相关分析,决定系数为0.82,表明模型模拟结果具有较高的精准度。综合结果表明,建立的多因子综合评价模型具有科学性和准确性,可用于氮素农业面源污染风险的识别。

关键词：氮素农业面源污染多因子综合评价风险识别管控区河南省

有机肥配施荧光假单胞菌肥对玉米产量与复垦土壤磷素有效性的影响

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农业工程学报 2024年第9期40卷 79-87页

作者：焦金铖安晓虎徐晨曦李廷亮孟会生张杰郝鲜俊山西农业大学资源环境学院太谷030801

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定... 详细信息

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定位培肥试验,共设置7个处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥配施荧光假单胞菌(CFB)、单施有机肥(M)、有机肥配施荧光假单胞菌(MB)、化肥配施有机肥(MCF)、化肥有机肥配施荧光假单胞菌(MCFB)。采集各处理土壤样品测定相关指标,并通过相关性分析和结构方程模型来探究各形态磷与有效磷以及土壤磷酸酶之间的关系。结果表明:1)在整个试验周期(2021—2022年),与CK相比,不同施肥处理均能显著提高玉米产量以及各形态磷素。其中,以MB处理下的玉米产量、有效磷、磷活化系数、不稳定态磷以及部分不稳定态磷含量最高,与CK处理相比,玉米产量显著提高2.40倍,有效磷含量、磷活化系数值、不稳定态磷含量、部分不稳定态磷含量分别显著提高4.50倍、4.67倍、0.98倍、1.16倍。2)与CK处理相比,化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够显著提高土壤微生物量磷以及酸性和碱性磷酸酶活性,配施荧光假单胞菌后,微生物量磷水平和碱性磷酸酶活性均以MB较M处理提升效果最佳,分别显著提高27.08%和9.56%。3)结合相关性分析以及结构方程模型,随着荧光假单胞菌和化肥有机肥的施入,在提高不稳定态磷素含量的同时也提高有效磷的供应能力,促进磷素在农田生态系统中的循环转化,产生积极的正向影响。化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够一定程度上影响复垦土壤玉米产量及产量性状、各形态磷素及有效性和微生物活性,对复垦土壤脆弱的农田生态系统产生积极影响。

关键词：复垦土壤磷玉米产量有机肥土壤磷酸酶活性

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长期秸秆还田褐土有机碳矿化特征及其驱动力

环境科学 2024年第4期45卷 2353-2362页

作者：赵宇航殷浩凯胡雪纯解文艳刘志平周怀平杨振兴山西农业大学资源环境学院太原030031

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳... 详细信息

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳库管理指数、酶活性和土壤有机碳矿化的影响,揭示春玉米连作体系褐土有机碳矿化特征及其主要驱动因子,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据.结果表明:(1)秸秆还田处理均提高了褐土土壤有机碳含量,CM处理提高幅度最大,且碳库管理指数提升效果最显著.(2)SC和CM处理的活性碳组分含量均上升,而SM处理的易氧化有机碳含量显著降低.(3)温度每升高10℃,矿化速率约提升7.99 mg·(kg·d)^(-1).不同秸秆还田处理土壤有机碳矿化速率顺序为:CM> SC>SM> CK.(4)低温(15~25℃)条件下,CM处理的温度敏感性最低,最有利于碳库的积累,能有效提高土壤有机碳库周转速率,缩短周转时间,可作为褐土管理的最佳秸秆还田模式.(5)温度、土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶活性和DOC是褐土土壤有机碳矿化的主要驱动力.有机碳组分和温度可以通过影响土壤酶活性,进而影响土壤有机碳的矿化.

关键词：秸秆还田土壤有机碳(SOC) 碳库管理指数(CPMI) 有机碳矿化玉米

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