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土壤学报 2019年第04期杂志 文档列表

土壤学报杂志新视角与前沿

土壤中砷的生物转化及砷与抗生素抗性的关联763-772

摘要：砷是一种广泛存在于自然环境中毒性较强的类金属元素,农田生态系统中的植物(尤其水稻)很容易吸收积累土壤环境中的砷。植物中的砷沿食物链向高等动物传递,威胁人类健康。除土壤本身的理化性质外,土壤中砷的生物转化也强烈影响砷的生物有效性。目前研究发现异化砷酸盐(As(Ⅴ))呼吸性还原、细胞质As(Ⅴ)还原、亚砷酸盐(As(Ⅲ))氧化、As(Ⅲ)甲基化和有机砷的去甲基化在土壤砷的生物地球化学过程中起重要作用。随着分析化学和分子生物学技术的进步,最新研究发现土壤生物也参与了砷糖、砷糖磷脂、砷甜菜碱、砷代草丁膦、硫代砷等有机砷的合成,其中三价一甲基砷和砷代草丁膦可作为新型抗生素,但其合成机制及生态学功能有待进一步研究。本文还详细介绍了为适应复合污染环境微生物通过自身的进化对抗生素和重金属形成的四种共选择抗性机制:共抗性,交叉抗性、共调控和生物膜感应,特别提出了土壤中砷污染与抗生素抗性相关联这一新的研究方向。最后对砷生物转化和砷与抗生素共抗机制的未来研究方向做了展望。

土壤学报杂志综述与评论

无人机遥感在农田信息监测中的应用进展773-784

摘要：快速实时地掌握农田信息是实施精准农作的基础。以无人机为平台的低空遥感探测技术,具有空间分辨率高、时效性强和成本低等特点,可填补地面监测和高空遥感间的测量尺度空缺,因此在农田信息精准监测领域具有广泛的应用前景。近年来,随着无人机飞行平台稳定性增强、操作难度降低,机载遥感设备的轻量化和多样化,以及遥感数据处理技术的进步,无人机遥感在农田信息监测领域得到了快速发展。本文对国内外相关研究成果进行了总结,对常用遥感技术类型和数据处理方法以及具体应用方向和实施效果进行了综述,并提出了当前存在的突出问题和未来的发展方向,以期为推动无人机遥感在农田信息监测和精准农业中更广泛的应用提供依据。

超富集植物对稀土元素吸收转运解毒与分异的研究进展785-795

摘要：稀土是重要的战略资源,在现代高科技行业和农业生产中发挥着重要的作用。随着稀土需求量的与日俱增,稀土矿山开发加剧,产生了大面积的稀土废弃尾砂地进而污染农田,对当地生态环境和居民健康构成威胁。植物采矿是指在金属污染地上种植超富集植物,在恢复植被和修复污染土壤的同时,还可通过收割地上部实现金属回收利用,是一种原位和低成本的污染土壤修复手段。探究超富集植物重金属富集机理是实现植物采矿的基础,但相对于Ni、Zn、As等超富集植物的研究,稀土超富集植物吸收转运和耐受稀土机制的研究仍然缺乏。本文结合近年国内外研究,从植物富集稀土的四个关键过程综述超富集植物对稀土的吸收、转运和分布解毒机制以及与稀土分异之间的关系,并提出超富集植物中稀土分异的概念模型。

应用13C核磁共振技术研究土壤有机质化学结构进展796-812

摘要：土壤有机质化学结构对准确评价土壤有机质的稳定性及其在土壤中的功能具有重要意义。土壤有机质化学结构的研究方法中,固态13C核磁共振波谱技术(Solid-state 13C-NMR spectroscopy)具有独特优势,对土壤有机质化学结构的解析更贴近真实状态,近年来已取得诸多新进展和新突破。综述了近年来应用13C-NMR测定土壤全土、团聚体和密度组分、腐殖质组分的有机碳化学结构特征,分析了影响化学结构变化的因素。不同气候条件、植被类型、土地利用管理方式、土壤类型、土壤有机碳含量的全土中有机碳化学结构比较相似,均表现为烷氧碳比例最高,其次为烷基碳和芳香碳,羧基羰基碳比例最低。土壤有机碳主要来源于外源植物残体,植物残体化学结构的相似性可能是导致土壤有机碳化学结构相似的主要原因,环境条件、土壤自身属性和微生物活性的差异使土壤有机碳化学结构产生微小差异。土壤颗粒及化学组分间的有机碳分子结构差异较大,大颗粒有机碳中烷氧碳比例最高,小粒径及与矿物颗粒结合的有机碳中烷基碳和羧基羰基碳比例更高,粉黏粒和腐殖酸组分的有机碳化学结构在土壤类型间差异较大。今后的研究重点应更多地关注土壤有机质来源的定量化分析、土壤微生物对土壤有机碳组分和结构稳定性的贡献及调控机制、土壤有机碳稳定性的生物物理化学保护机制、空间大尺度环境因子/土壤生态过程与微观尺度的有机碳化学分子结构的耦合作用机制、跨学科的多种土壤有机碳化学分子结构测定辨识技术等方面的研究。

土壤学报杂志研究论文

基于探地雷达的典型红壤区网纹红土层识别813-824

摘要：网纹红土层的识别对于土壤学和第四纪环境等研究均具有重要意义。以位于南方红壤区的江西省鹰潭市孙家流域为例,通过多频率探地雷达图像解译、钻井探测和土壤含水量分析等方法相结合,研究使用不同天线频率雷达对网纹红土层的识别效果及最佳的雷达探测方法。结果表明:共中心点法(CMP)能够准确地计算出电磁波在不同土地利用类型、不同深度的传播速度,电磁波在网纹红土层的传播速度在0.052 m·ns^-1~0.065 m·ns^-1之间,平均速度为0.058 m·ns^-1;剖面深度上的含水量变化特征与土壤层次的分布具有协同性,网纹红土层内土壤含水量逐渐递增,至网纹红土层下界面出现最大值,风化层以下土壤含水量随着深度的增加不断减小;应用60 MHz和120 MHz天线的雷达均可识别网纹红土层的上、下界面,深度拟合结果的R~2分别为0.93和0.86;相比较于60 MHz单天线探测网纹红土层厚度的结果,采用组合天线的方法,即200 MHz和60 MHz天线分别获得网纹红土层上、下界面的深度,能够提高探测准确度,试验平均相对误差由16.2%缩小至6.8%;探地雷达技术不仅可以提高野外调查效率,还有利于推进土壤三维制图的发展。

喀斯特槽谷区的顺/逆层坡面对水动力学参数的影响825-837

摘要：喀斯特槽谷区不仅存在地上/地下双层空间结构,还存在典型顺/逆层坡两种特殊的地质构造,因此研究喀斯特槽谷区两翼坡面水流移动规律具有重要意义。根据野外调查结果,在喀斯特槽谷区临界坡度25°条件下进行人工模拟降雨试验,采用顺/逆层坡岩层倾角(30°、60°和90°)和3种雨强(30、60和90 mm·h^-1)作为变量因子,并以裸坡作为对照因子,研究喀斯特槽谷区顺/逆层坡面水动力参数特征。结果表明:喀斯特槽谷区顺/逆层坡主要以薄层浅流为主,顺层坡的岩层倾角越大则坡面流速越小,逆层坡则以岩层倾角60°为临界点,裸坡的流速均大于顺/逆层坡。对于喀斯特槽谷区顺层坡而言,其雷诺数Re和佛汝德数Fr均大于逆层坡而小于裸坡,阻力系数f均小于逆层坡而大于裸坡。雷诺数Re和阻力系数f两个参数呈显著的幂函数正相关关系。地表累积径流量分配比例大小排序为裸坡>顺层坡>逆层坡,地下累积径流量分配比例为逆层坡>裸坡>顺层坡。本研究可为喀斯特槽谷区顺/逆层坡的坡面的土壤侵蚀预报模型提供科学依据。

土壤水汽吸附曲线的模拟及其滞后效应838-846

摘要：准确模拟土壤水汽吸附曲线对于研究土壤与水分子之间的相互作用机理及预测土壤中挥发性有机气体的运移有重要意义。选择了中国不同地区七种典型土壤,评价了Guggenheim Anderson-de Boer(GAB)模型对水汽吸附和解吸曲线的模拟效果,并就水汽吸附行为的影响因素、水分子与土壤颗粒的相互作用机制进行了讨论。结果表明,对于七种供试土壤的水汽吸附和解吸曲线,GAB模型均方根误差小于0.000 7,决定系数大于0.995。相比土壤水汽解吸附过程,水汽吸附过程土壤的单层吸附水含量较低,而纯液态和单层吸附的水分子自由焓差较高。水汽吸附与解吸附过程中土壤单层水含量和滞后指数与有机碳含量呈极显著的正相关关系,而与黏粒含量的相关性受矿物类型的影响。

含砾石风沙土堆积体坡面径流产沙特征847-859

摘要：为明确砾石含量对风沙土工程堆积体坡面径流产沙特征的影响,以土质坡面为对照,采用室内模拟降雨试验方法,研究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0和2.5 mm·min^-1)条件下不同砾石质量含量(10%、20%、30%)的风沙土堆积体坡面径流特性及侵蚀产沙规律。结果表明:(1)1.0、1.5、2.5mm·min^-1雨强下,10%砾石含量坡面径流率较土质坡面减少5.03%~39.99%,而20%、30%砾石含量坡面径流率则分别增加7.48%~74.56%、19.51%~84.31%;各砾石含量坡面径流率均与雨强呈显著递增的指数函数关系;(2)土质和含砾石坡面径流型态基本以层流为主;土质坡面径流流态多为急流,而含砾石坡面径流则以缓流为主;各雨强条件下,10%、20%、30%砾石含量坡面径流阻力系数较对照分别增加24.07%~114.10%、51.84%~141.57%、89.04%~288.16%;(3)1.0、1.5 mm·min^-1雨强下土质和10%砾石含量坡面侵蚀速率随降雨历时呈减小—稳定—增大趋势,2.0、2.5 mm·min^-1雨强下,则呈波动式逐渐增大趋势;4种雨强下,20%、30%砾石含量坡面侵蚀速率呈缓慢、平稳增加趋势;(4)雨强为1.0 mm·min^-1时土质坡面侵蚀量最小,雨强≥1.5 mm·min^-1时,含砾石坡面侵蚀量较土质分别减少41.08%~63.27%、22.80%~67.80%、28.89%~68.50%;(5)侵蚀量与径流率、雷诺数、弗汝德数均呈显著正相关关系,与阻力系数则呈显著负相关关系;结果可为陕北风沙土区生产建设项目工程堆积体水土流失量估算模型的建立提供科学参考。

基于地理加权回归的小麦测土配方施肥效果空间分析860-872

摘要：测土配方施肥增产、增收效果的空间分异状况,是因地制宜校正配方施肥技术参数、优化肥料配方的科学依据。收集整理南阳市296个小麦测土配方施肥"三区示范"田间试验点数据,在施肥量空间化估算和小麦产量—施肥量地理加权回归(GWR)模型构建的基础上,分析评价不同空间位置测土配方施肥相较于传统施肥模式的增产、增收效果。结果显示,两种施肥模式下研究区小麦产量空间分布格局相似,测土配方施肥将小麦产量由传统施肥模式的5970kg·hm^-2提升至6672kg·hm^-2,平均增产率为11.76%(各县区市增产率幅度为7.04~17.91%),平均增收1 232 Yuan·hm^-2(各县区市增收幅度为713~1 672 Yuan·hm^-2)。研究结果表明,测土配方施肥效果空间分异明显,增产、增收较高的区域分布在南召县、西峡县、镇平县、新野县和社旗县,内乡县、唐河县和桐柏县的某些区域存在减产、减收现象;测土配方施肥虽然可以在总体上提高研究区小麦产量,但本区小麦产量的空间分布格局主要受立地条件、土壤条件和管理水平等区域性耕地基础地力要素制约。

三氯生和三氯卡班对水稻土好氧氮转化及N2O排放的影响873-882

摘要：三氯生(Triclosan,TCS)和三氯卡班(Triclocarban,TCC)是典型的药品与个人护理用品,在土壤生态系统中被广泛检出,且存在增加土壤微生物抗药性及抑制土壤呼吸的潜在风险,但目前有关TCS和TCC对土壤氮转化过程及氧化亚氮(N_2O)排放的影响尚不清楚。基于此,采用室内培养实验和15N稀释-富集法,结合氮转化数值模型,研究了不同浓度梯度下TCS(2和5mg·kg^-1)和TCC(1和2 mg·kg^-1)的单独及联合存在对水稻土氮初级转化速率以及N_2O排放的影响。结果表明,1mg·kg^-1TCC及5mg·kg^-1TCS+2mg·kg^-1TCC处理对水稻土氮素的矿化-同化无显著影响,其余TCS和TCC处理均显著促进了氮的矿化-同化循环。此外,TCS和TCC处理显著降低了自养硝化速率、硝态氮的微生物固定速率以及硝酸盐异化还原成铵(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)速率(2 mg·kg^-1TCS处理及5mg·kg^-1TCS+2mg·kg^-1TCC对DNRA速率无显著影响)。值得关注的是,TCS和TCC单一和联合处理均显著增加了N2O的累积排放量,其累积排放量为对照的1.13倍~1.44倍。本研究表明,TCS和TCC改变了水稻土好氧氮转化过程,可能对稻田生态系统氮循环产生不利影响;TCC和TCS对水稻土N2O排放的促进作用也增加了稻田生态系统对温室效应和臭氧层破坏的潜在贡献,因此,未来评价TCS和TCC土壤生态风险时,应考虑其对氮转化过程和N2O排放的潜在影响。

不同钝化剂组合对水稻各部位吸收积累Cd及产量的影响883-894

摘要：为筛选出能有效抑制水稻各部位吸收积累Cd及提高产量的有机和无机材料钝化剂组合,选取贵州存在稻米镉超标的水稻土,以水稻盆栽试验研究15种钝化剂组合对土壤中可交换态Cd、水稻各部位吸收积累Cd及稻谷产量的影响。结果表明:施用15种钝化剂组合使土壤pH上升0.25~1.04,土壤阳离子交换量增加2.65%~50.96%,土壤有机质上升0.22%~17.20%,土壤可交换态Cd含量降低5.21%~20.56%;水稻根系、秸秆、稻壳和糙米中Cd含量分别降低6.66%~45.58%、12.88%~49.76%、27.15%~59.79%和12.85%~68.62%,稻谷产量增加20.59%~62.14%,水稻根、秸秆、稻壳和糙米富集系数范围分别为1.01~1.67、0.16~0.28、0.12~0.22和0.09~0.24,根系对Cd的富集能力最大。施用生石灰+钝化剂1+鸡粪、生石灰+钝化剂2+鸡粪、生石灰+钝化剂3+鸡粪和生石灰+钝化剂4+鸡粪4种钝化剂具有较好的降Cd效果,均使糙米中Cd含量低于0.2 mg·kg^-1,符合国家食品污染物限量标准,且其增产作用又明显。该结果可为贵州山区稻田Cd污染土壤改良及安全利用提供科学依据。

硅钙钾镁肥对南方稻田土壤酸度的改良作用895-906

摘要：为明确硅钙钾镁肥阻控土壤酸化的效果和作用,采用连续4 a的硅钙钾镁肥田间定位试验,以农民习惯施肥处理为对照(CK),分析在农民习惯施肥基础上增施750、1 125、1 500和1 875 kg·hm^-2硅钙钾镁肥对稻田土壤剖面pH、电导率(EC)、交换性酸、交换性盐基离子、酸碱缓冲容量和碱产生量的影响。结果表明:农民习惯施肥降低了0~30 cm土壤pH,导致土壤酸化,酸化率为2.88 kmol·hm^-2·a^-1;与之相反,硅钙钾镁肥能显著提高土壤pH,较CK处理在0~15 cm和15~30 cm分别提高了1.22~1.58和0.35~0.64个pH单位,并产生大量碱,在0~30 cm达到了9.93~13.82 kmol·hm^-2·a^-1,其中0~15 cm占80%。与CK处理相比,硅钙钾镁肥能显著增加0~30 cm土壤EC、交换性Ca^2+、交换性Mg^2+、盐基饱和度及0~15 cm交换性K^+,减少0~30 cm交换性酸,特别是交换性Al^3+。土壤交换性酸消耗量中硅钙钾镁肥释放的交换性盐基和相应碱贡献了104.3%,是交换性酸减少的主要途径。总之,多次大量施用硅钙钾镁肥在显著提高0~30 cm交换性Ca^2+、Mg^2+和0~15 cm交换性K^+含量的同时,有效改良了表层(0~15 cm)和亚表层(15~30 cm)稻田土壤酸性,用量越大,效果越明显,释放的Ca^2+、Mg^2+盐基离子和碱是土壤酸化阻控的主要作用机制。

二元非结构肥效模型构建及其田间试验验证907-918

摘要：二次多项式肥效模型假设单位养分增产量与施肥量之间为线性模型,结果导致最高施肥量之前和最高施肥量之后的施肥效应是对称关系。这种模型设定偏误以及模型存在的强烈多重共线性和异方差是建模成功率明显偏低的重要原因。本研究研发二元非结构肥效模型,旨在提高二元肥效模型的适用性。在一元非结构肥效模型基础上,根据植物营养元素功能不可相互替代原理,构建二元非结构肥效模型,并通过氮、磷、钾二元组合的田间肥效试验结果检验新模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。结果表明,在水稻、花生、马铃薯、毛豆、冬小麦和夏玉米的17个氮磷、氮钾、磷钾二因素肥效田间试验结果中,二元二次多项式肥效模型均能通过统计显著性检验,但典型肥效模型仅占试验点总数的58.8%,模型一次项系数或二次项系数代数符号不合理以及推荐施肥量属于外推的非典型式占41.2%。基于二元非结构肥效模型拟合上述试验结果,同样均能通过统计显著性检验,典型肥效模型的比例占试验点总数的88.2%,非典型式模型(均属于推荐施肥量外推)比例仅占11.8%,建模成功率较二元二次多项式肥效模型提高了29.4个百分点。两种模型的最高产量施肥量之间、经济产量施肥量之间存在显著的线性正相关,但线性回归方程的一次项系数分别仅有0.9153和0.9161,表明当二元二次多项式模型推荐的最高施肥量或经济施肥量每增加1 kg时,二元非结构肥效模型的相应推荐施肥分别仅增加0.915 3 kg和0.916 1 kg,较好地克服了二次多项式模型推荐施肥量偏高的问题。分析表明,二元二次多项式肥效模型是二元非结构肥效模型的简化式和特例,新模型具有更广的适用范围。

中国优质烤烟产区耕层土壤腐殖质组分特征919-928

摘要：土壤腐殖质含量和组成影响烤烟的产量和质量。中国烤烟种植空间分布广泛,植烟土壤的成土因素和土壤类型复杂多样,但有关全国尺度的植烟土壤腐殖质组分特征的研究报道甚少。采集了中国12个优质烟叶产区47个代表性县市425个典型烟田的耕层(0~30 cm)土样,测定和比较分析了土壤腐殖质组分,并进行了聚类分区。结果表明:(1)腐殖质总碳量介于6.04~23.18 g·kg^-1,平均为13.91g·kg^-1;腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量以及胡富比的范围分别为3.66~12.23g·kg^-1、1.41~6.17 g·kg^-1、2.38~10.95 g·kg^-1、2.24~6.99 g·kg^-1和0.45~1.03,平均分别为8.10 g·kg^-1、3.22 g·kg^-1、5.81 g·kg^-1、4.88 g·kg^-1和0.72。(2)腐殖质全碳量南岭山区显著高于其他地区,中原产区与鲁中山区显著低于其他地区;腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量均以南岭山区为最高,鲁中山区均为最低;胡敏素含量攀西山区较高,但其他组分偏低。(3)依据腐殖质组分(6项指标)将47个县市产区分为四类地区,各类地区之间腐殖质含量和组分差异显著。

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响929-939

氮肥与有机肥配施对设施土壤腐殖质组分的影响940-952

根际过程和高底物浓度促进黑土有机磷矿化953-963

摘要：土壤有机磷是植物吸收磷素的重要来源之一。大量研究表明,植物根际过程能够促进土壤有机磷矿化,提高土壤有机磷的生物有效性。以高有机质含量的黑土为研究对象,通过温室根垫培养和大田原位测定相结合的方法,旨在揭示玉米和蚕豆根际过程和土壤有机磷浓度对有机磷矿化的影响。结果表明:温室条件下,不施肥(CK)处理的蚕豆根际pH未变化,玉米根际pH上升了0.09个单位;施氮磷钾肥和有机肥(NPKM)处理的蚕豆根际酸性磷酸酶活性较玉米高93.4%;CK处理的玉米、蚕豆根际土与空白土(相同装置下不种作物的土壤)有机磷含量无差异,NPKM处理有机磷在玉米和蚕豆根际分别耗竭了138和86 mg·kg^-1。根际有机磷浓度是驱动有机磷矿化的主要因素。田间玉米的根际pH与非根际相比下降了0.3~0.51个单位,酸性磷酸酶活性提高了10倍以上,施肥处理的根际苹果酸分泌量较不施肥处理高357%;根际过程与有机磷浓度可能共同调控了根际有机磷的矿化过程。因此,构建土壤高有机磷库,选择高效利用有机磷的作物品种,是维持黑土供磷能力、实现减磷增效的措施之一。

秸秆生物质炭对根际土壤细菌-真菌群落分子生态网络的影响964-974