思政与科研融入土壤肥料学教学的改革探索

为在土壤肥料学课程中实现思政、教学和科研的有机融合,以提升“三全育人”效果,需采取一系列创新性的改革措施。首先,要加强思政元素的融入,培养学生高尚的思想品德。其次,建立高质量课程思政案例库,优化思想引导和教育。此外,整合最新的相关科研成果和前沿科技,确保学生紧跟行业趋势,培养实践能力和创新意识。同时,变革考核评价模式,激发学生学习兴趣,培养创新思维和实践能力。这些改革实践的核心在于促进思政、教学和科研的有机融合、相互支持。这种培养模式更符合国家对新时代农林学科人才的需求,通过实现土壤肥料学思政育人的目标,为社会可持续发展培养专业素养全面、思想道德良好的人才作出积极贡献。

不同形态秸秆还田下乌栅土耕层土壤有机质含量与组成变化

【目的】基于田间试验,探讨不同形态秸秆还于稻田后耕层土壤有机质含量及其分子组成的动态变化,为秸秆资源化利用和稻田土壤固碳提供依据。【方法】选择江苏省常熟市某村的乌栅土稻田,选用新鲜未处理(CS)、过腹处理(CM)和炭化处理(CB)的玉米秸秆,于2015年6月以等碳量(10 t C·hm^(-2))一次性还田,并以未还田处理作为对照(CK),分别于2015、2017和2019年水稻收获时采集耕层(0—15 cm)土样测定有机碳含量,并采用13C同位素丰度和生物标志物提取-GC/MS鉴定探析有机质组成变化。【结果】与CK相比,还田当年和2年后所有还田处理都显著提高了耕层土壤有机碳含量(8%—36%),但还田4年后,仅CB处理有机碳含量显著增加(24%),且增加的碳来源于施入的生物质炭。还田2年后,CS和CM处理土壤有机质中木质素酚丰度达到峰值,分别比CK增加了115%和66%;还田4年后,所有还田处理的植物源脂类的丰度均显著提高,相应地,植物源与微生物源脂类的丰度比(PL/ML)和生物标志物组分的多样性指数(H’)也显著提升。【结论】分子组成的变化可以用来判明不同形式秸秆还田下土壤有机质质量的变化;秸秆炭化还田比直接还田和过腹还田有利于稻田土壤固碳,且增强了植物源有机组分在土壤中的持留,提升了土壤有机质的分子多样性。

土壤有机质与土壤固碳

全球地表以下至1米深的土层储存碳约25000亿吨(15500亿吨有机碳和9500亿吨的无机碳)^([1])。其中有机碳库为大气碳库(7500亿吨)的2倍,接近陆地植被生物量碳的1.8倍。土壤有机碳库是地球表层系统中最大、最具有活性的生态系统碳库,其微小变化将对大气二氧化碳浓度产生巨大影响,据统计,全球每年因土壤呼吸(包括土壤生物呼吸和土壤中植物根系呼吸)释放的二氧化碳为500亿〜760亿吨.

乡村小流域不同土壤景观表土有机质团聚体分布与分子组成变化

【目的】探讨丘陵山区乡村不同土壤景观表土有机质积累的团聚体分布及其化学组成的变化,为认识自然条件和人为利用下土壤有机质的空间变化特点提供新视角。【方法】选取江苏省南京市溧水区芳山小流域内保护林地、园地、旱地和稻田等景观样地,采集0—20 cm土壤样品,分析有机碳(SOC)总量。将土壤样品通过湿筛法分出宏团聚体(2000~250μm)、微团聚体(250~53μm)和粉黏粒(<53μm) 3个粒径组,测定其中有机碳含量,计算土壤中各团聚体结合态碳的比例。再者,对土壤样品依次进行总溶剂(TSE)提取,碱水解(BHY)提取和氧化铜氧化(CUO)提取,分别主要得到游离脂、结合态脂和木质素酚,采用气相色谱–质谱联用仪(GCMS)测定各组分中生物标志物有机分子丰度,计算分子多样性指数。【结果】与林地相比,园地、旱地和稻田表土本体有机碳含量分别降低70%、57%和51%,其中宏团聚体结合有机碳的含量分别降低了85%、81%和71%,微团聚体结合有机碳分别降低了74%、79%和67%,粉黏粒结合有机碳则分别降低了48%、18%和3%。表土中提取得到游离态脂类、结合态脂类和木质素酚类的有机分子丰度分别介于2.24~6.74、4.81~14.87和3.51~6.16 mg/g SOC;不同土壤景观间,这些提取态生物标志物分子丰度的变化趋势均表现为林地>稻田>园地>旱地。而木质素酚类丰度表现为林地和稻田相近。相对于林地,园地、旱地和稻田的脂肪酸丰度、烷醇、甾类及萜类等生物标志物分子丰度显著降低,但烷烃分子丰度明显增加,同时微生物来源有机质对土壤有机质的贡献提高;林地及园地土壤中结合态脂类组分以羟基酸丰度较高,而旱地和稻田则以烷酸为主。通过计算的生物标志物分子多样性指数的变化,发现游离态脂类和结合态脂类是林地和稻田高于旱地和园地,而木质素酚是稻田高于旱地,旱地又高于园地和林地。【结论】自然林地和农用地土壤的有机碳含量和团聚体结构具有较大差异,在提取态有机分子的组成上也具有不同的组成特征。林地土壤有机碳含量高,宏团聚体、微团聚体和粉黏粒比例均衡,有机碳的团聚体分配也均衡,而且有机质主要以植物源有机碳为主,具有碳链长、分子多样性高等特点。因之,稳定性也高。相反,园地、旱地的有机碳总量低,宏团聚体和微团聚体趋于分解,团聚体结合态有机碳显著减少,而且结合态和游离态脂类有机分子的多样性均显著降低,微生物来源有机碳对土壤有机碳的贡献更高。而稻田土壤有机碳和分子多样性均高于旱地及园地。因此,合理的土壤管理特别是有机物料的投入是提高农地土壤健康程度的重要途径。

从土壤腐殖质分组到分子有机质组学认识土壤有机质本质

梳理了与土壤生态系统功能相联系的,特别是对固碳减排的土壤有机质本质认识的研究进展及路径,探讨了经典腐殖质学说存在的问题,概述了新近的有机质保护稳定学说及腐殖质组学学说,并追溯了生物标志物有机质分子研究,最后从土壤学的基本理念和理论出发讨论和重新认识土壤有机质的本质及其价值。从形成条件、分离条件和分子鉴定等多方面分析,土壤腐殖质形成和稳定学说越来越显示出局限性;而面向气候变化的碳固定研究可以深入探析土壤有机质的复杂存在状态。越来越认识到土壤有机质是投入土壤的有机物质经不同程度生物利用或降解的产物残留,只是被土壤不同程度地区隔和封闭,本质上仍是分子量变化极大的生命源有机物的集合。因此,可通过生物标志物分子作为靶标在土壤中提取和识别,该技术的发展将孕育萌生土壤有机质分子组学。后者可以用于判读土壤有机质的结构支撑、反应活性和促生功能等方面的本质差别,这些差别可能是由有机分子组成结构及存在状态所决定而不是由有机分子稳定性决定的。从这个概念出发,类似于土壤微生物分子生态,土壤有机质的丰度、组成、结构与功能间的联系可能是土壤有机质本质的核心问题。对这种关系的量化和参数化表征可用以探索土壤有机质永续固定,且可以保持生命活性的土壤有机质的管理策略及技术,并配合土壤的团聚体理论诠释土壤的本质和生态系统功能服务,这将是未来土壤学服务人类可持续发展的理论立足点。