土壤微生物—腐殖质—矿物间的胞外电子传递机制研究进展
摘要：微生物胞外电子传递是地球表层系统元素循环与能量交换的重要驱动力。近年来,以微生物—腐殖质—矿物之间电子转移为核心的生物地球化学过程得到重视,拓展了以带电的土壤胶体与离子之间的相互作用为重心的土壤界面过程的内涵,成为地球表层系统物质间相互作用新的关注点,启示我们从化学与生物两个角度重新认识地球表层系统过程。本文从微生物、腐殖质和矿物等要素入手,综述了其地球化学角色与功能,讨论了它们之间的相互关系以及胞外电子传递的途径与方式;从热力学的角度探讨了胞外电子传递过程的能量变化,从动力学的角度探讨了胞外电子传递的传质与速率;介绍了若干胞外电子传递的研究方法;并提出了今后需要重点关注的重要科学问题。长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响
摘要：当前,如何合理施肥、提高作物产量、维持土壤肥力、并兼顾生态环境效应是农业研究的主要挑战之一。本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响,主要从土壤氮转化过程的初级转化速率角度综述肥料（有机肥和化学氮肥）对土壤氮素关键转化过程的影响。土壤氮素矿化-同化循环是自然界氮循环过程中两个至关重要的环节,是决定土壤供氮能力的重要因素。总体而言,长期施用氮肥,尤其是有机肥能显著提高初级矿化-同化周转速率;长期施肥可以刺激自养硝化作用,且有机肥的刺激作用更明显;施用化学氮肥和有机肥均能提高反硝化速率,且有机肥的刺激作用高于化学氮肥。有机肥一直被提倡和实践用来改善土壤肥力和提高土壤固碳能力,无论是单施有机肥还是有机-无机配施,均能有效地减轻硝酸盐污染,改善土壤肥力并提高作物产量。但是有机肥的施用并不是多多益善,有机肥过多施用也会增加氮损失的风险。因此,本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程初级转化速率的影响,讨论了各个氮转化过程之间的联系,以期增强人们对长期施肥措施影响农田土壤氮素循环的理解,并为合理施用氮肥、提高氮肥利用率、减少与氮相关的环境污染提供理论依据。土壤学不应忽视对作物土传病原微生物的研究
摘要：随着集约化种植程度的提高,管理不善、单一作物连续种植、秸秆还田等因素导致的土传病害日益严重,使作物高产对农药的依赖程度不断提高,对我国农业可持续发展、环境和农产品安全构成了很大的威胁。但是,我国当前土壤学几乎忽视了这一土壤学范畴的研究领域。土传植物病原微生物功能明确,是研究土壤微生物区系和生物多样性与功能、土壤微生物与植物生长、土传病原微生物与拮抗微生物等关系的理想研究对象。土壤学在揭示土传病原微生物的生长规律、控制土传病原微生物数量、发挥拮抗微生物的作用、防治作物土传病害等方面具有独特的优势。深入认识土传病原微生物适宜生长的土壤环境是防控作物土传病原微生物生长,实现农药使用量零增长的基础。解决当前严重的作物土传病害不仅是土壤学的责任和义务,而且可以极大地推动土壤学的发展。基于盲源分离的稀疏植被区土壤含盐量反演
摘要：植被对土壤光谱的干扰是目前土壤盐渍化遥感监测的重要限制因素之一,探索消除稀疏植被覆盖区植被对光谱影响的方法,对提高土壤含盐量遥感反演精度具有重要意义。本文通过对189组不同植被覆盖度且不同盐渍化程度种植微区野外实测地表可见-近红外反射光谱进行分析,比较并评价了基于原始光谱和盲源分离（blind source separation,BSS）后光谱预测土壤含盐量的结果。结果表明：地表植被覆盖严重影响基于可见-近红外反射光谱的土壤含盐量反演精度。盲源分离方法,尤其是基于方程z=tanh（y）的独立分量分析（independent components analysis,ICA）算法,可有效分解植被和土壤的混合光谱,并提高植被覆盖下基于可见-近红外反射光谱的土壤含盐量反演精度。该方法为植被覆盖区大尺度土壤盐渍化遥感监测提供了方法指导。基于多分辨率遥感数据与随机森林算法的土壤有机质预测研究
摘要：遥感数据已经在数字土壤制图中得到广泛应用,并且可以一定程度上提高土壤属性预测的精度。本文以榆阳区的黄土丘陵和风沙滩地两种地貌区为例,利用不同分辨率的专题制图仪（thematic mapper,TM）、先进宽视场传感器（advanced wide field sensor,AWIFS）和中等分辨率成像仪（Moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS）的遥感影像数据（分辨率分别为30 m、56 m和250 m）和基于高级热量散射和反射辐射仪全球数字高程模型（advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model,ASTER GDEM）的地形衍生数据,结合其他影响土壤有机质分布的辅助因子,用随机森林算法（random forest,RF）对表层土壤有机质进行模拟预测,并通过实测数据的百分比抽样对预测结果进行了验证。结果表明,在榆阳区的黄土丘陵区,基于TM数据的土壤有机质预测结果较好;在风沙滩地区,基于AWIFS数据的土壤有机质预测结果较好。基于RF的土壤有机质预测在榆阳区的黄土丘陵区结果较好,三个分辨率下的平均绝对误差在1.27～1.57 g kg-1之间,在风沙滩地区预测精度较低,平均绝对误差在1.46～2.08 g kg-1之间。高程、地理位置和植被是影响黄土丘陵区土壤有机质预测的主要因素,在风沙滩地区,植被、高程和离水源地的距离是影响有机质预测的主要因素。可见,在地貌相对简单的地区进行土壤有机质含量的预测时可以使用较低分辨率的数据代替较高分辨率的数据,同时,RF算法在复杂地貌区的土壤有机质预测更有效。鄂东南崩岗剖面土壤水分特征曲线及模拟
摘要：崩岗是我国南方花岗岩地区破坏性极强的水土流失类型。以鄂东南地区两个典型的崩岗剖面为对象,探讨崩岗剖面包括表土层、红土层、斑纹层和碎屑层的土壤水分特征及方程拟合过程,明确崩岗发生的水分运动机理。结果表明：崩岗土壤释水量伴随吸力呈规律性变化,其中斑纹层和砂土层低吸力时脱水能力大于表土层和红土层,高吸力时各个层次土壤水分特征曲线趋于平缓。利用当量孔隙的计算发现不同土层的孔隙变化也存在变化规律,均体现为由表土层至碎屑层土壤大孔隙比例增加而毛管孔隙减少。选取van Genuchten方程和Gardner方程对崩岗剖面土壤实测数据进行了曲线拟合,同时进行了两个方程的拟合评价,R2基本在0.9以上,同时残差平方和的数量级在10-3和10-5之间。研究表明,van Genuchten方程参数能够较好地拟合崩岗表土层和红土层土壤水分特征曲线的实测数据,误差相对较小,而Gardner方程适用于斑纹层和碎屑层土壤。放水冲刷对红壤坡面侵蚀过程及溶质迁移特征的影响
摘要：坡面薄层水流侵蚀不仅造成土壤养分流失,土壤质量恶化,同时对水体污染等环境问题造成一定影响。为了分析上方来水流量对红壤坡面径流侵蚀过程中泥沙的迁移规律及土壤溶质运移特征的影响,本试验利用室内放水冲刷试验,采用3个不同上方来水流量（10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1）对第四纪黏土发育红壤坡面径流侵蚀过程中坡面径流泥沙和径流中非吸附性离子（Br-）迁移过程进行了研究。结果表明：不同上方来水条件下,放水初期产流量迅速增大,后期趋于稳定,累积径流量与产流时间成显著的线性关系,10 L min-1、15 L min-1、20 L min-1三种上方来水流量下累积径流量分别为263.2 L、295.1 L、291.04 L;上方来水流量越大,薄层径流冲刷作用越强烈,径流含沙量随时间变化波动越剧烈,累积泥沙量随产流时间呈幂函数变化,15 L min-1、20 L min-1流量下累积泥沙量分别为10 L min-1流量下累积泥沙量的1.42倍、4.25倍;径流Br-浓度随产流时间呈幂函数衰减,反映了土壤溶质随径流迁移量变化主要受水流与土壤接触时间和作用程度的影响。研究表明放水冲刷对土壤侵蚀及溶质运移有重要作用,试验结果对有效预测与控制红壤坡面侵蚀及养分流失具有重要实际意义。汶川震区滑坡堆积体坡面土壤侵蚀率及水动力学参数研究
摘要：汶川震区滑坡堆积体土石结构松散,在降雨径流作用下易产生剧烈沟蚀,导致严重的水土流失,研究堆积体水流泥沙输移运动规律具有重要意义。根据野外调查结果,采用4种石土比（质量比分别为0∶1、1∶3、1∶2和1∶1）,3级流量（4、8、12 L min-1）,在近临界休止角34°和36°条件下进行放水冲刷试验,研究汶川震区滑坡堆积体土壤侵蚀率和水动力学参数的变化特征及其关系。结果表明：随着冲刷时间的推延,土壤侵蚀率、水流功率和单位水流功率逐渐减小,水流剪切力先增加后减小,过水断面单位能量先减后增再减小。全土以及石土比分别为1∶3和1∶1条件下,土壤侵蚀率、水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量随流量的增加而增大;在石土比1∶2条件下,土壤侵蚀率随流量的增加而增大,水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量随流量的增加,变化规律不稳定。水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量对土壤侵蚀率的影响均可用幂函数方程描述,而单位水流功率的影响不显著。该结果可为汶川震区滑坡堆积体坡面土壤侵蚀模型的建立奠定基础。咸水冻融灌溉对重度盐渍土壤水盐分布的影响
摘要：室内咸水冰融化试验设置2个处理：7.5 g L-1咸水冰（SIW（7.5））、15 g L-1咸水冰（SIW（15））,探究了咸水冰融化过程中的水量、水质以及离子组成的变化;土柱模拟试验设置同一灌水量（150mm）,4个处理：淡水直接灌溉（FW）、7.5 g L-1咸水直接灌溉（SW）、7.5 g L-1咸水冻融灌溉（SIW（7.5））、15 g L-1咸水冻融灌溉（SIW（15））,对比分析两种灌溉水质（淡水、咸水）和两种灌水方式（直接灌溉、结冰灌溉）对土壤（粉砂壤土）水盐动态的影响。结果表明：咸水冰融化过程中,初期融出水量较大,但含盐量和钠吸附比（SAR）较高,后期融出水量较小,含盐量和SAR很低;融出水的离子含量变化与电导率（EC）变化表现相同的趋势;小于3 g L-1的水的融出率分别是SIW（7.5）=25.46%和SIW（15）=32.78%。FW处理下,土壤中水盐运动持续时间较其他3个处理长,土壤导水率降低最快,灌溉水入渗完成时表层土壤含水量达到33.88%,显著高于其他处理。四种处理下,0～15 cm土层土壤的含盐量平均值分别为FW=2.32 g kg-1、SIW（7.5）=2.80 g kg-1、SIW（15）=3.87 g kg-1、SW=4.31 g kg-1。同等灌水量下,SIW（15）处理下土壤脱盐深度最浅。离子分析表明：FW和SIW（7.5）处理下,0～25 cm土壤的钠吸附比（SAR）下降明显,显著小于SW、SIW（15）;然而FW处理下,土壤碱化特征最为明显。综合而言,在淡水资源缺乏而咸水资源相对丰富的地区,中度矿化度咸水结冰融水灌溉可以有效降低根层土壤盐分,满足农业生产的要求。砂土和黏土的颗粒差异对土壤斥水性的影响
摘要：斥水性土壤广泛存在于自然界中,并且对土壤环境和作物生长等有重要影响。建立理想化的土壤颗粒模型对砂土和黏土的斥水特性进行计算分析。结果表明：当接触角很小时,砂土中不存在斥水现象。随着接触角的增大,砂土斥水性与含水率密切相关,砂土的密实度对其斥水性也有重要影响,当砂土比较密实时,土壤的＂亲水＂与＂斥水＂特性对含水率特别敏感,随着含水率的变化,砂土可能由亲水性较好的土壤转变为斥水性土壤;当砂土比较松散时,土壤颗粒的斥水性对含水率并不敏感。当黏土接触角略小于90°且湿润半径b也较小时,黏土也存在斥水现象。如果黏土颗粒的接触角较小或接触角小于90°且湿润半径b较大,黏土总是亲水的。黏土含水率较大时,斥水特性由土壤颗粒的接触角决定。AQDS加速红壤性水稻土中DDT厌氧脱氯效应研究
摘要：电子供体基质和电子穿梭体对电子转移过程有重要影响,进而可能影响厌氧反应体系中2,2-双（4-氯苯基）-1,1,1-三氯乙烷（DDT）还原脱氯降解。为了阐明电子供体基质正丁酸与电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸盐（AQDS）对红壤性水稻土中DDT还原脱氯效果的影响,本研究采用厌氧土壤培养试验并设定以下5个处理：1灭菌对照,2对照,3正丁酸,4AQDS,5正丁酸＋AQDS。结果表明,厌氧培养20 d后,土壤中DDT可提取态残留量减少了85.2%～96.3%。DDT厌氧脱氯降解的主要产物为2,2-双（4-氯苯基）-1,1-二氯乙烷DDD。添加正丁酸在培养前8d显著提高产CH4速率,而对DDT脱氯降解无显著促进作用,第8天之后,随着产CH4速率降低,添加正丁酸处理的DDT脱氯速率逐渐升高。添加AQDS显著增强土壤还原性并加速三价铁氧化物还原生成电子供体二价铁,进而显著促进DDT还原脱氯降解。同时添加正丁酸和AQDS对促进DDT还原脱氯的效果最佳,但是正丁酸和AQDS对加速DDT还原脱氯无显著交互作用。本研究结果对于制定DDT污染土壤的高效原位修复技术方案具有指导意义。激发式秸秆深还对土壤养分和冬小麦产量的影响
摘要：针对目前黄淮海平原潮土区普遍实施的覆盖式秸秆还田所存在的主要问题,本研究提出了基于氮肥激发的秸秆深埋还田技术,并通过连续4年（2011—2014）的大田定位试验进行检验。系统比较了秸秆移除、秸秆覆盖还田、激发式秸秆深还（秸秆与无机氮肥或有机氮肥配施进行深埋,并于行间种植作物）的3种秸秆还田方式对土壤养分和冬小麦产量的影响。结果表明：激发式秸秆深还在各项土壤养分指标和冬小麦产量方面均有显著优势,该处理能够显著增加土壤有机质、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤全氮和土壤硝态氮含量,并显著提升冬小麦产量。其中无机氮肥激发秸秆深还处理能显著增加土壤硝态氮含量和冬小麦有效穗数,从而显著提升冬小麦产量。而有机氮肥激发的秸秆深还处理主要通过提升土壤有机质,增加冬小麦千粒重来增加产量。所有处理中16%无机氮肥激发的秸秆深还冬小麦产量最高。黑土区水稻土有机氮组分及其对可矿化氮的贡献
摘要：采用Bremner法和长期淹水密闭培养法,研究了黑土区不同有机碳水平水稻土有机氮组分及其与可矿化氮的关系。结果表明,土壤酸解氮含量大于非酸解氮。土壤酸解各组分氮含量及其占全氮比例大小的顺序相同,即均为未知态氮〉氨基酸态氮〉氨态氮〉氨基糖态氮。土壤氮素矿化潜力（N0）为38～175.3 mg kg-1,矿化速率常数（k0）为0.022～0.041 d-1。土壤有机碳、全氮含量与氮矿化潜力（N0）之间均呈显著正相关（p〈0.01或p〈0.05）;土壤C/N、p H与氮素矿化潜力（N0）之间均呈显著正相关（p〈0.01）,而与矿化速率常数（k0）之间则均呈显著负相关（p〈0.05或p〈0.01）,因此,土壤有机碳（氮）、C/N和p H是影响土壤有机氮素矿化的重要因素。相关分析表明,在各组分有机氮中,酸解氨态氮、酸解氨基酸态氮和非酸解氮均与氮矿化势（N0）关系密切（p〈0.01）,但进一步通过多元回归分析和通径分析表明,酸解氨态氮是对可矿化氮具有直接重要贡献的组分,是土壤可矿化氮的主要来源。水土保持措施对红壤缓坡地土壤活性有机碳及酶活性的影响
摘要：基于植物篱和稻草覆盖控制红壤坡耕地水土流失的长期定位试验,以花生常规等高种植为对照（CK）,研究红壤缓坡地香根草篱（H）、稻草覆盖（M）、稻草覆盖＋香根草篱（HM）3种水保措施下旱、雨季土壤活性有机碳含量及土壤酶活性变化特征,探讨不同水保措施对土壤活性有机碳含量及土壤酶活性的影响。结果表明∶（1）稻草覆盖、香根草篱处理均能显著提高土壤微生物生物量碳含量（p〈0.05）,其中稻草覆盖和香根草篱相结合效果最佳,且在旱季提升效果优于雨季;而稻草覆盖是提高土壤可溶性有机碳含量的主要影响因素;（2）稻草覆盖和稻草覆盖＋香根草篱2种水土保持措施均能显著提高雨季土壤酶活性（p〈0.05）,其中稻草覆盖起决定作用;各水土保持措施对旱季土壤酶活性的影响较小。（3）相关性分析表明,土壤β-葡（萄）糖苷酶和纤维素酶活性与土壤活性有机碳含量呈现良好的相关性（p〈0.05）,对于评价红壤缓坡地水土保持措施土壤环境质量功能、指导实际生产等方面具有重要意义。祁连山青海云杉林叶片—枯落物—土壤的碳氮磷生态化学计量特征
摘要：以祁连山排露沟流域青海云杉（Picea crassifolia）林为研究对象,研究其不同海拔梯度叶片—枯落物—土壤间的碳、氮、磷生态化学计量学特征,并对其相关性进行分析。结果表明,在不同海拔梯度上,叶片、枯落物和土壤C∶N比的变化范围分别为22.95-36.72、21.41-41.61、12.41-20.70,均值大小依次为枯落物〉叶片〉土壤,C∶P和N∶P比的变化范围分别为510.2-739.8、398.6-698.1、134.1-219.7和18.13-26.86、6.71-26.28、7.96-16.56,均值大小依次均为叶片〉枯落物〉土壤。随海拔梯度的增加,除土壤C∶N比差异性不显著外（p〉0.05）,叶片和枯落物的碳、氮、磷化学计量比在不同海拔间的差异显著性各不相同。叶片、枯落物和土壤C∶N比两两均具有显著正相关（p〈0.05）,叶片与枯落物及土壤与枯落物C∶P比均具有显著负相关（p〈0.05）,叶片与土壤C∶P比及不同组分N∶P比之间相关性均不显著（p〉0.05）。该研究结果有助于进一步了解青海云杉林碳、氮、磷在不同组分间的相互作用规律与机制。基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究
摘要：稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明：甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。旱地红壤线虫群落对不同耕作年限的响应及指示意义
摘要：我国热带和亚热带地区的红壤农田肥力水平低,严重制约着农业生产力的提升。不同农业管理措施会对土壤理化性质和生物群落产生不同的影响。本文研究了不同耕作年限条件下的旱地土壤,选取耕作10 a、20 a、50 a的花生地和菜地,并以未开垦的原始荒地作为对照。结果显示,与荒地相比,各年限花生地的土壤肥力等指标表现出下降的趋势,菜地土壤的各项性质则呈现提升的趋势。耕作20 a的花生地土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、有效磷等指标均最低,同时耕作50 a的菜地各项性质相对于10 a有显著的提升（p〈0.05）。花生地中植食性线虫比例伴随耕作年限延长而下降,而菜地中食细菌线虫比例伴随耕作年限延长而逐渐上升。从线虫生态指标数据显示,花生地相对于频繁施肥和耕作的菜地表现出更为稳定的土壤食物网。因此,线虫群落对不同耕作年限下旱地红壤生态系统的变化表现出一定的指示潜力。西藏“玉米田养鹅”模式下养分吸收与养分平衡特征
摘要：农田生态系统养分吸收与养分平衡是影响系统生产力和环境质量的关键因素之一。本研究通过分析玉米田养鹅和常规玉米种植生产方式下玉米植株与籽粒的养分分配状况,以及系统中养分的输入和输出状况,对比评价各处理下养分的吸收和利用效率以及养分盈余和亏缺状态。结果表明,玉米田养鹅处理下玉米籽粒和秸秆的氮（N）、磷（P）和钾（K）含量与对照相比无显著差异;玉米田养鹅处理各养分的吸收量与产量的相关性大小依次为P〉K〉N,其中P和K养分与产量的相关性显著（p〈0.05）;对照为P〉N〉K,其中P和N养分与产量的相关性显著（p〈0.05）;玉米田养鹅处理和对照的N、P2O5和K2O养分收获指数、吸收效率和利用效率之间均无明显差异;不同处理均存在较低的养分投入和较高的养分产出的情况,系统养分失衡,尤其是N和K元素在产出后严重亏缺,与玉米田养鹅处理相比,对照的N和K养分亏缺量分别高出39.0%和34.90%,处理间差异显著（p〈0.05）,对照P素的亏缺较小,但玉米田养鹅处理P素出现少量盈余,处理间差异极显著（p〈0.01）;从经济效益来看,玉米田养鹅处理虽存在玉米减产的问题,但其经济产量损失的部分可由肉鹅的经济产出得以补偿并获得了更高的经济效益。总体而言,玉米田养鹅处理对养分吸收和利用无明显影响,养分平衡状况较好,经济效益较高。
