多样化种植对提升耕地质量的作用:进展与展望

多样化种植是现代生态农业的重要举措之一,对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下,多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样化种植的理解多集中在提高生物多样性和发挥生态功能等方面,对其提升耕地质量的作用关注较少,特别是多样化种植如何通过改善土壤物理、化学、生物多样性来提高耕地质量和维持土壤健康方面的理解还较为局限。本文在总结多样化种植的内涵及对促进耕地土壤健康和提高生态服务功能作用的基础上,系统梳理了多样化种植对改善土壤物理、化学、生物多样性等方面的作用研究进展,展望了未来以提升耕地质量为核心发展多样化种植亟需关注的方向和研究重点,以期为多样化种植在我国耕地质量提升策略中发挥更大作用提供参考。

基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析

为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态,基于Web of Science(WoS)核心合集数据库,利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明,在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长,我国相关研究起步较晚,但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院,发文量最高的期刊为Environmental Science&Technology,主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题,人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术,探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响,是未来的主要研究方向。

盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估:研究进展与展望

农田土壤重金属污染对食品安全和人体健康构成巨大的威胁。重金属主要通过经口摄入土壤、吸入土壤颗粒、皮肤接触和食物链摄取等暴露途径进入人体,其中经口摄入重金属污染土壤和农产品是主要的暴露途径。人体健康风险评估在农田土壤质量分类和风险管控中起着重要作用。因此,梳理了中国农田土壤重金属污染的人体健康风险评估的发展状况,介绍了人体健康风险评估的基本流程和评估技术,论述了影响人体健康风险评价准确性的主要因素及优化措施。在农田土壤重金属健康风险评估中,应加强耦合污染源识别技术、重视食物消费暴露途径、精准识别不同敏感受体、本土化敏感受体的暴露参数、纳入重金属的生物可给性,同时提高农田土壤重金属健康风险评估的准确性。未来可从加强应对健康风险评估过程不确定性的技术方法、考虑各种饮食的暴露途径和建立本土化的重金属毒性标准数据等多方面深化农田土壤重金属健康风险评估,以期推动中国农田土壤重金属人体健康风险评估的理论和技术发展。

土壤厚度演化模型理论方法研究进展

全球平均土壤厚度仅约为1 m,但土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性,基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息,亟待发展土壤厚度预测的过程机理模型。本文回顾了土壤厚度演化模型理论方法的研究进展,评价了不同土壤生成及输移模型的适用性。研究指出土壤化学风化成土等机理仍不清晰是制约模型发展的理论瓶颈。此外,模型的方法体系仍需完善,亟待进一步发展描述土壤生成和输移的函数形式及其参数的估计方法等,指出物理与随机结合的模拟方法以及基于数学物理途径的参数确定方法等有望解决模型应用中遇到的难题。最后,在土壤厚度演化模型基础上,提出发展基于流域协同演化理论的土壤发生学模型是定量预测土壤理化全要素发生所亟需突破的难点之一。

江苏水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价

系统分析水稻不同种植方式碳足迹及经济效益对水稻生产碳减排和发展低碳农业具有重要意义,目前在省级尺度上关于不同水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价的研究尚少见报道。基于江苏水稻农情调查数据,利用生命周期评价方法定量分析江苏水稻不同种植方式碳足迹及经济效益。结果表明,2016-2020年不同水稻种植方式单位面积碳足迹为11.28~14.39t·hm^(-2),单位产量碳足迹为1.30~1.52kg·kg^(-1),单位产值碳排放为0.49~0.58kg·yuan^(-1),单位面积碳足迹、单位产量碳足迹和单位产值碳足迹从大到小依次为抛秧水稻或手插水稻、机插水稻、直播水稻。机插水稻和手插水稻生产单位面积碳足迹随年份的增加呈下降趋势。机插水稻、手插水稻和直播水稻单位产量碳足迹随年份的变化呈下降趋势。不同水稻生产种植方式碳足迹中占比最大的是稻田甲烷排放,其次为氮肥施用导致的碳足迹、稻田氧化亚氮排放和灌溉用电导致的碳足迹。氮肥和灌溉用电是影响不同水稻种植方式碳足迹差异的主要驱动因素。不同水稻种植方式总收益为2.51×10^(3)~2.75×10^(3)yuan·hm^(-2),资源投入成本为1.88×10^(3)~1.99×10^(3)yuan·hm^(-2),碳排放成本为0.20×10^(3)~0.25×10^(3)yuan·hm^(-2),考虑碳排放的净收益(NI-CO_(2))为0.39×10^(3)~0.64×10^(3) yuan·hm^(-2)。机插水稻NI-CO_(2)低于其他三种水稻种植方式,这与机插水稻较高的总收益和较低的资源投入成本和较低的碳排放成本有关。综上所述,仅考虑碳排放,直播水稻是最为低碳的水稻种植方式,综合碳排放和经济效益,机插水稻优于手插、直播和抛秧水稻。

有机肥配施生物质炭对根际/非根际土壤氮赋存形态的影响

阐明化肥和有机肥配施生物质炭对根际/非根际土壤养分和氮赋存形态的影响,有助于农田氮的高效利用及科学管理。采用盆栽试验方法,设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、施有机肥(M)、化肥配施生物质炭(CFB)、有机肥配施生物质炭(MB)、新鲜有机肥配施生物质炭(FMB)6个处理,通过测定根际及非根际土壤养分含量和土壤氮赋存形态,阐明不同施肥处理对氮形态转化的影响。结果表明:与CK处理相比,MB处理提高非根际及根际土壤pH 0.32和0.28个单位,FMB处理提高根际土壤pH 0.63个单位;MB和FMB处理分别提高根际土壤有机质含量25.4%和84.9%,同时显著提高根际土壤全氮含量25.4%和50.9%,表现出明显的根际效应。施肥能显著提高土壤离子交换态氮(IEF-N)含量,以CF和CFB处理的效果最好。施用有机肥和生物质炭能显著提高土壤碳酸盐结合态氮(CF-N)含量,以M和MB处理效果最好,且CF-N存在根际富集效应。配施生物质炭(CFB、MB和FMB)处理能促进土壤非可转化态氮(NTF-N)向铁锰氧化物结合态氮(IMOF-N)和有机硫化物结合态氮(OSF-N)这两种活性更高的氮形态转化,其中IMOF-N和OSF-N分别占可转化态氮的35.9%~61.7%和26.7%~46.6%,是根际及非根际土壤可转化态氮(TF-N)的主要成分。因此,有机肥配施生物质炭是改善根际及非根际土壤养分和调控氮转化有效的方式。

森林土壤不同粒径颗粒的碳矿化研究

土壤是由不同粒径颗粒组成的,各粒径颗粒的性质差异大、在土壤中的空间位置不同。为了研究它们各自碳的变化差异,评估这些颗粒在土壤有机碳稳定和周转中的作用。选择亚热带阔叶林土壤,采用物理分组的方法,获得不同粒径土壤颗粒(>2000、2000~250、250~53、<53、53~20、20~2、<2μm),与全土等质量开展矿化试验,研究碳矿化量差异、主要碳形态变化及其相互关系,反向探究不同粒径颗粒在全土壤中的作用。结果表明,不同粒径颗粒按照质量比例作为权重计算的CO_(2)累积排放量、全碳、C/N、芳香性指数、游离氧化铁含量占全土的95.0%~101.8%。<2μm和20~2μm土壤颗粒CO_(2)累积排放量显著高于其他颗粒和全土。全土及各颗粒土壤CO_(2)累积排放量与比表面积、总孔隙体积、全碳、土壤可溶性有机碳(DOC,Dissolved organic carbon)、土壤微生物生物量碳(Soil microbial biomass carbon,MBC)、易氧化有机碳、游离氧化铁呈正相关性,而与C/N呈负相关性。通过对不同粒径颗粒16个指标降维分析,综合特征指数显示<2μm和20~2μm颗粒最高,即它们的综合作用最大。因此,全土壤的碳变化可追溯到土壤不同粒径颗粒碳的不同变化及关系,且土壤小粒径的团聚或被大粒径颗粒包闭可能是降低全土碳矿化的机理之一,有利于维持全土壤碳的稳定或增加保存。

纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭促进红壤性水稻土中六氯苯厌氧脱氯作用研究

为明确磁铁矿(Fe_(3)O_(4))与生物炭对厌氧土壤中六氯苯(HCB)还原脱氯降解的影响及其机理,首先制备并表征了纳米Fe_(3)O_(4)、生物炭及纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料,采用红壤性水稻土的泥浆进行厌氧培养试验,分析反应体系的pH、Eh、吸附态和溶解态Fe(Ⅱ)与HCB脱氯降解过程之间的内在关系。结果发现,灭菌对照处理的HCB脱氯降解作用很弱,表明HCB还原脱氯主要在微生物的作用下进行;添加生物炭可通过降低土壤的酸性、增强反应体系的还原性且促进生成吸附态Fe(Ⅱ)而加速HCB还原脱氯降解;纳米Fe_(3)O_(4)促进HCB还原脱氯的效果较生物炭更强,主要归因于添加纳米Fe_(3)O_(4)使反应体系中生成更多的吸附态Fe(Ⅱ);纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料促进HCB还原脱氯的效果较纳米Fe_(3)O_(4)更强,是因为Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料的比表面积更大且纳米Fe_(3)O_(4)的分散性更好,更有利于反应体系中的电子传递过程。因此,与纳米Fe_(3)O_(4)和生物炭相比,纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料是一种更加理想的HCB污染土壤的修复剂。

绿肥介导的土壤代谢物-微生物变化缓解草莓自毒并增产提质

为探讨禾本科绿肥对设施大棚草莓产量和品质的影响及机制,于2017—2021年选取玉米、高粱和高丹草绿肥进行还田试验,设置休闲农田-草莓、玉米-草莓、高粱-草莓和高丹草-草莓4个处理,测定草莓盛果期的植株生长及生理指标、果实产量及品质、土壤化学特征、细菌群落结构及代谢组。结果表明,不同绿肥处理均促进后茬草莓生长、产量形成及品质提高。其中,玉米绿肥的效果最为明显,该处理下草莓植株干重、根表面积、根长、根平均直径、根尖数、根系活力和叶片叶绿素含量分别较休闲对照显著增加53.4%、34.4%、40.0%、21.0%、94.7%、36.0%和7.8%。同时,玉米绿肥处理下果实单株产量、总糖含量、维生素C含量和可溶性固形物含量分别显著增加44.6%、13.9%、14.4%和12.8%。此外,玉米绿肥处理下土壤pH、阳离子交换量、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性均显著增加。绿肥介导了草莓根际土壤细菌群落多样性及丰富度增加,有益细菌如黄杆菌属(Flavobacterium)、贪噬菌属(Variovorax)和鞘氨醇杆菌属(Pedobacter)显著富集。绿肥对有益细菌的招募可能与之介导的土壤中糖类代谢物(如山梨糖、甘露糖和果糖)相对丰度显著增加有关,而脂类代谢物(如棕榈酸、硬脂酸和油酸)相对丰度的显著降低缓解了草莓自毒作用。因此,禾本科绿肥引起土壤特定代谢物变化通过招募有益菌并缓解自毒作用提高草莓产量和品质,以玉米为主的禾本科绿肥适用于设施大棚草莓生产。

中国优控多环芳烃土壤污染特征及国内外生物可给性研究进展

多环芳烃(PolycyclicAromaticHydrocarbons,PAHs)是一类持久性有机污染物,容易在土壤中累积并且毒性显著,但PAHs在土壤固相上的吸附性较强,基于土壤污染总量暴露会导致高估人群健康风险。本研究基于2000―2020年间发表的123篇文献,总结了我国土壤中16种优先控制多环芳烃(∑_(16)PAHs)的污染浓度分布和组成特征,介绍了11种常见的模拟PAHs生物可给性测试方法和主要影响因素,并总结了PAHs的生物可给性系数范围。调研表明土壤∑_(16)PAHs最高与平均浓度分别为23250和1314.7μg·kg^(–1),污染较为严重;近年来PAHs生物可给性测试方法主要基于生理原理提取法(PBET),在模拟消化过程和吸附剂等方面不断完善和改进,并且消化条件、土壤性质等因素对生物可给性结果影响较大。16种PAHs的生物可给性平均值范围为13.2%~72.4%,其中■和苯并[b]荧蒽的生物可给性较高,对∑_(16)PAHs暴露产生贡献较高。本调研结果为开展土壤PAHs污染精细化风险评估研究提供重要理论参考依据。

磷石膏改良滨海盐土效果及对小麦生长的影响

江苏滨海盐土(盐碱土)约66.22万公顷,大多未开发利用,主要因为含盐量很高,迫切需要进行改良。本试验采用田间试验方法,利用磷肥厂副产物磷石膏进行盐(碱)土改良试验。试验设置不施肥、不施用磷石膏、单施复合肥、施用复合肥+磷石膏不同用量等8个处理进行。结果表明,施用磷石膏可以降低盐碱土土壤pH,与不施用磷石膏的对照相比,施用磷石膏后表层0~20 cm土壤pH下降0.07~0.40个单位,碳酸氢根离子下降15.81%~43.53%;土壤钠离子浓度下降17.25%~89.83%,土壤钾离子含量增加8.17%~384.90%,土壤钙离子含量增加59.51%~1977.72%,土壤有机质增加4.51%~19.50%。施用磷石膏处理小区小麦叶片全氮含量较不施磷石膏处理增加7.85%~26.21%,叶片全磷含量增加5.02%~35.97%;小麦增产11.41%~45.26%。滨海盐土及盐碱土可以采用磷石膏进行改良,有较好的改良效果。综合考虑,以处理为30%复合肥1050 kg·hm^(-2)+磷石膏1125 kg·hm^(-2)和30%复合肥1050 kg·hm^(-2)+磷石膏2250 kg·hm^(-2)处理效果最好。

土壤有机氯污染风险与调控:基于多过程耦合的视角

传统和新兴有机氯污染物(Organochlorine pollutants,OCPs)在环境中易形成持久性污染源,可对人类健康和生态环境造成巨大影响。已有大量研究证实,厌氧条件下由土壤微生物胞外呼吸电子传递介导的生源要素循环对OCPs的生物地球化学过程具有重要影响,将进一步调控土壤健康演变方向。从多过程耦合角度厘清残留OCPs的潜在土壤健康风险,在全球“一体化健康”的需求下显得尤为必要。有鉴于此,本文先简明扼要梳理近42年关于土壤中残留OCPs的研究进展与现况,明确热点领域与学术前沿;再从微生物介导的土壤氧化还原多过程耦合角度,梳理OCPs还原脱氯与土壤中关键元素生物化学循环过程之间的潜在关系,深入认识OCPs残留土壤的地下生态环境与健康风险;最后对我国土壤OCPs污染调控的未来研究方向提出建议和展望,为实现OCPs残留土壤的污染治理提供研究思路,以支撑完善土壤健康理论。

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转,是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环,改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用,以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究,为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。

旱作农田覆膜和秸秆碳投入对土壤团聚特性及作物产量的影响

研究秸秆还田形式对旱作覆膜农田土壤团聚特性、有机碳含量及玉米产量的影响,为优化覆膜耕作措施,实现旱作覆膜农田可持续性生产提供理论依据。以长期定位旱作玉米覆膜农田(始于2012年)为研究对象,设置双垄沟覆膜(P)和传统平作(T),分别施加秸秆(S)和生物质炭(C),以不还田为对照(N),共形成6个处理:覆膜秸秆还田(PS)、覆膜生物质炭还田(PC)、覆膜不还田(PN)、平作秸秆还田(TS)、平作生物质炭还田(TC)和平作不还田(TN)。测定土壤团聚体组成及团聚体有机碳含量,并分析了双垄沟覆膜和不同秸秆碳投入对土壤有机碳含量、团聚体稳定性及玉米产量的影响。研究结果表明,各秸秆还田处理较不还田处理均可显著(P<0.05)改善各粒级团聚体分布及其稳定性,其中>0.25mm团聚体含量平均显著(P<0.05)提高47.32%,各双垄沟覆膜处理MWD和GMD较平作处理分别平均提高9.19%和4.15%;各还田处理可显著(P<0.05)提高0~60 cm土层土壤有机碳含量,其中PC和TC处理分别较对应PS和TS处理土壤有机碳含量提高2.60%和2.73%;各处理团聚体有机碳含量均随粒径增大而增大,秸秆碳投入可显著(P<0.05)提高各粒级团聚体有机碳含量,而双垄沟覆膜处理则降低了土壤有机碳及团聚体有机碳含量;还田方式、种植方式及土壤有机碳对玉米产量有促进作用,施加秸秆及生物质炭均能显著(P<0.05)提高旱作覆膜农田玉米产量,平均提高14.6%,而秸秆直接还田处理与生物质炭还田处理的增产效果无显著差异。综合分析,在双垄沟覆膜条件下投入秸秆碳能够明显提高土壤稳定性、土壤有机碳含量和作物产量,其中,双垄沟覆膜与生物质炭还田的耦合效应对改善农田土壤质量及地力提升有积极作用。

脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用

脱硫石膏溶解产生的Ca^(2+)会和土壤中含碳的阴离子(CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–))发生反应,最终将CO_(2)吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为研究对象,以脱硫石膏为钙源物对0~20 cm土层进行改良。探究不同时间0~40 t·hm^(-2)脱硫石膏施用量下土壤无机碳(SIC)和土壤无机碳密度(SICD)的变化,从而研究碱土改良中的无机固碳作用。结果表明:施用脱硫石膏能显著减轻土壤碱害(pH下降),增加土壤盐分,同时具有无机固碳作用(SIC和SICD上升)(P<0.05)。脱硫石膏最佳施用量为30 t·hm^(-2),此时改良土层pH降至最低(8.24)。改良后0~46 d SIC含量相较对照组增加0.93 g·kg^(–1),SICD增加0.29 kg·m^(-2)(即CO_(2)固定量为1.06 kg·m^(-2))。改良过程中,脱硫石膏施用量与SIC、SO_(4)^(2–)和Ca^(2+)呈显著正相关(P<0.05),与pH、CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–)和Na^(+)呈显著负相关(P<0.05)。气候因子对土壤无机固碳存在影响,增大相对湿度和降水量会抑制SIC含量和SICD增加,而增大风速、温度和太阳总辐射则有促进作用。研究结果为施用脱硫石膏改良碱土能增加土壤固碳潜力提供了直接证据。

中国北方碱性农田土壤镉污染修复:现状与挑战

中国土壤镉污染面积广、程度深,但针对于我国北方碱性农田土壤镉污染治理的理论研究及技术研发却较为薄弱。基于VOSviewer软件,分析了近20年来国内外关于碱性土壤镉防控领域的研究方向、主推技术与国际研究格局。在此基础上,系统梳理了碱性土壤中镉的转化过程及影响因素,结合原位化学钝化技术、植物修复和农艺调控措施,进一步总结了碱性土壤镉治理的科学与技术问题。我国碱性农田镉污染治理面临关注度不高、技术研发滞后以及转化困难、土壤-作物(小麦)镉吸收机制不清晰等诸多问题。因此,亟需提高碱性农田土壤镉污染防治的重视程度,研发、试点具有针对性的技术推广模式,构建土壤-作物(小麦)镉精准防控体系,以推动碱性土壤镉污染修复技术与理论的发展及粮食的安全生产。

地球关键带研究评述:现状与展望

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。

河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

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。

不同生物质炭的镉吸附特征及对云南土壤镉污染的调控效应

研究不同植物源生物质炭的性质,评价其对云南东川地区镉(Cd)污染应用效果。开展了稻秆炭(RBC)、麦秆炭(WBC)、玉米秆炭(MBC)、麻秆炭(HBC)、田菁炭(TBC)、花生壳炭(PBC)的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析、X射线衍射(XRD)分析;通过盆栽试验分析了上述生物质炭对东川Cd污染土壤的Cd赋存形态和油麦菜Cd吸收的影响。结果表明,Langmuir吸附等温线及准二级动力学曲线能较好模拟生物质炭对Cd的吸附,TBC饱和吸附量最大分别为37.1和27.9mg·g^(-1);WBC、RBC、TBC解吸率较低,各浓度梯度下均不超过10%;FTIR分析表明田菁炭含有较多的含氧官能团;XRD分析表明各生物质炭元素种类存在差异。与不添加生物质炭处理(CK)比较,TBC处理土壤有效Cd降幅最大为24.3%,且达显著水平(P<0.05);同时土壤Cd形态由酸溶态向稳定态转化。与CK相比,HBC处理油麦菜地上Cd含量降幅最大为26.4%,且达显著水平;WBC、HBC处理显著降低油麦菜体内Cd的转运系数,转运系数分别为0.6620、0.6928。聚合增强树分析(ABT)分析结果表明,土壤可溶性有机碳(DOC)与土壤pH是土壤有效Cd的主要影响因素,呈极显著负相关,贡献率分别为33.0%和21.9%。综上,供试各植物源生物质炭能降低东川Cd污染土壤中Cd的有效性,减少植物对Cd的吸收及转运,不同生物质炭间存在差异。综合材料性质及试验结果,TBC是东川地区修复Cd污染土壤的较优材料选择。