土壤-植物系统中硒的生物有效性及其影响因素研究进展

硒的生物有效性是决定硒在土壤-植物系统中转运、积累的关键因素,然而目前关于该方面研究进展还缺乏系统的总结和论述。本文结合赣南富硒脐橙调查研究结果,以硒在土壤-植物系统中的运移为切入点,系统总结和论述了硒在土壤-植物系统中的氧化-还原、吸收、转运过程,探讨了土壤理化性质、微生物、施肥、农艺管理和植物生长阶段等对硒生物有效性和迁移的影响,并提出未来硒的研究热点:土壤微生物活性与硒生物地球化学循环的耦合关系;植物生长、果实品质与硒代谢相关的分子机制;结合同位素示踪技术和薄膜扩散梯度(DGT)技术原位探究硒在生物地球化学中的归趋。本综述可为土壤硒生物有效性调控、植物体系中硒的有效积累和农艺生物强化富硒措施方面的研究提供理论参考。

山东沂南东部土壤-玉米系统重金属元素与其他元素间相互作用及其生物有效性研究

在沂南县东部地区重金属元素高的背景状态下,为研究土壤-玉米系统中重金属元素和与人体健康关系密切的微量元素间的相互作用及其生物有效性,在研究区采集了50件玉米籽实及其根系土土壤样品。通过样品中重金属元素和微量元素含量分析,统计其含量及富集特征,探讨了玉米籽实及其根系土土壤中各元素间的相互关系。通过玉米根、茎、叶、籽实中重金属元素含量及根系土土壤中重金属元素形态分析,总结了玉米根、茎、叶、籽实以及根系土土壤中重金属元素的分布规律并对玉米籽实进行了安全性评价。结果显示:①各元素含量在玉米根系土土壤和玉米籽实中差异明显,玉米籽实中元素富集系数间多呈显著-极显著正相关;②玉米籽实中As、Ni、Se含量与土壤中元素含量多呈拮抗作用,玉米籽实中元素含量间多呈协同作用;③Cu、Zn、Cd、Hg主要富集于叶中,Cr、Pb、Ni、As主要富集于根中,除1件玉米籽实样品外,其他样品均符合绿色、无公害等相关标准,研究区玉米籽实安全性较好。研究成果可为农业高质量发展、土壤污染综合治理提供支撑。

沙坡头地区生物土壤结皮-土壤系统生长季氮矿化动态

以腾格里沙漠东南缘沙坡头天然植被区藻地衣混生结皮和无结皮土壤为对象,采用野外原状土柱封顶埋管法,研究土壤硝态氮、无机氮、净硝化速率和净氮矿化速率的季节动态特征。结果表明:藻地衣混生结皮和无结皮土壤有效氮含量和净氮转化速率存在明显的季节动态,表现为生长季高峰期>生长季初期,夏季7月和8月土壤有效氮和净氮转化速率最大;两个样地土壤在生长季不同时期有效氮和净氮转化速率也存在差异。生长季初期,藻地衣混生结皮和无结皮土壤硝态氮和无机氮含量无显著差异,且温度是影响土壤氮素转化的关键环境因子。生长季高峰期,两个样地土壤有效氮含量和净硝化速率均表现为无结皮>藻地衣混生结皮,且水分和温度分别是影响土壤氮硝化和矿化过程的关键环境因子。由此可见,藻地衣结皮的繁衍在一定程度上抑制了土壤氮的硝化过程,因而可以减少养分的散失,是养分贮存的重要机制。

草地和荒漠生态系统生物土壤结皮对土壤养分及酶活性的影响

为探讨在草地和荒漠生态系统中生物土壤结皮(Biological soli crusts,BSCs)对土壤养分及酶活性的影响,本研究选取国内外30篇中英文文献当中11个指标进行Meta分析,通过亚组分析对草地与荒漠两种生态系统下不同类型BSCs对土壤养分及酶活性的影响,并通过土壤养分恢复指数(NRI)和随机森林分析对其影响程度做出统一评价。结果表明:在荒漠生态系统中BSCs对NRI的作用大于在草地生态系统中;地衣结皮>混合结皮>苔藓结皮>藻结皮。并且通过随机森林分析和对年平均降雨量(MAP)与年平均温度(MAT)的拟合回归分析发现磷酸酶、脲酶和蔗糖酶对NRI贡献显著高于其余所选指标,其中磷酸酶与MAP、蔗糖酶与MAT均呈极显著正相关关系,而脲酶与MAP,磷酸酶与MAT均呈显著负相关关系。在今后的研究中,可以考虑将不同生态系统与BSCs类型匹配,从而更有效的利用BSCs进行土地退化和荒漠化的治理。

生物炭-土壤结皮覆盖垄沟种植对土壤水肥、紫花苜蓿品质和产量的影响

垄沟集雨种植是我国半干旱黄土高原丘陵区缓解干旱和控制水土流失的有效节水耕作措施,耐久环保覆盖材料缺乏是限制垄沟集雨种植技术发展的关键因素。为探寻适宜覆盖材料,本研究以生物炭-土壤结皮作为垄沟集雨种植覆盖材料,采用裂区试验设计,主区为2种生物炭类型(玉米秸秆炭和牛粪炭),副区为3种生物炭施加量[0(土垄)、3×10^(4)(单倍炭)和6×10^(4) kg·hm^(−2)(双倍炭)],研究生物炭-土壤结皮覆盖垄沟集雨种植对径流、土壤水分、养分、紫花苜蓿(Medicago sativa)营养成分和产量的影响。结果表明,与牛粪炭-土壤结皮覆盖集雨垄相比,玉米秸秆炭-土壤结皮覆盖集雨垄提高径流系数、土壤水分、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率,玉米秸秆炭-土壤结皮覆盖集雨垄的紫花苜蓿全生育期干草产量和水分利用效率分别提高3.34%和0.82 kg·(hm^(2)·mm)^(−1)。径流系数和土壤贮水量随生物炭施加量的增加而降低,土壤养分、pH、紫花苜蓿品质和相对饲喂价值随生物炭施加量的增加而升高;与土垄相比,单倍炭垄和双倍炭垄的紫花苜蓿干草产量分别增加3.96%~11.05%和3.33%~6.43%,水分利用效率分别增加0.96~1.88和0.98~1.38 kg·(hm^(2)·mm)^(−1)。综合紫花苜蓿干草产量和水分利用效率结果分析,单倍(3×10^(4) kg·hm^(−2))玉米秸秆炭-土壤结皮适宜于垄沟集雨种植模式。

有机无机肥配施对麦-稻轮作系统土壤微生物学特性的影响

采用盆栽试验研究了不同比例有机无机肥配施对连续4茬麦-稻轮作后土壤微生物学特性的影响。结果表明,与对照相比,单施化肥处理促进了土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的增加,提高了土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性,降低了过氧化氢酶活性,提高了放线菌的数量,但对土壤细菌、真菌数量的影响不明显;有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵、土壤酶活性及3大类土壤微生物数量显著高于单施化肥及对照处理;土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵和3大类微生物数量随着有机肥配施比例的提高而增加,以配施30%有机肥处理的最高;土壤酶活性综合指数以配施20%有机肥处理的最高。可见,化肥配施有机肥特别是配施中高量有机肥更有利于改善土壤微生物学特性,提高土壤生产能力。

玉米-线辣椒套作系统中土壤养分与根际土壤微生物、酶活性的关系

采用玉米单作、线辣椒单作、玉米-线辣椒套作3种栽培模式,并在玉米-线辣椒套作的种间根部设3种不同隔离处理(膜隔、网隔和无隔),研究了玉米-线辣椒套作系统中土壤生物因子与土壤养分的关系.结果表明:玉米-线辣椒套作具有明显优势;与两作物单作和玉米-线辣椒套作种间根区膜隔处理相比,玉米-线辣椒根区无隔和网隔处理复合群体中两作物根际土壤酶活性、微生物数量、土壤养分均显著提高;除有效镁与真菌种群数量、过氧化氢酶活性呈负相关外,其余速效养分与各生物因子均呈显著或极显著正相关.通径分析表明,该系统中促进有机质累积的主要生物因素是脲酶、过氧化氢酶、细菌和蛋白酶,蔗糖酶是影响碱解氮的最主要因子,脲酶是影响有效磷的最主要因子,细菌是影响有效钾的最主要因子,碱性磷酸酶、真菌只是选择性地对有机质的累积和氮、磷、钾有效养分的形成起作用,放线菌对土壤养分的直接作用系数为负,对土壤养分形成的作用较小.

土壤-作物系统中农药残留生物降解去除研究

采用水稻小区及大田试验方法,研究了将人工分离筛选培养的农药降解菌(DLL-1)应用于水稻作物的田间试验。试验结果表明,将降解菌喷施应用于土壤和作物系统,能加速和强化作物表面残留农药的降解作用,最终能减少土壤和农产品中农药残留量。

中国土壤模式-作物系统重金属生物富集模型建立

针对土壤模式建立土壤和作物重金属含量关系模型,旨在消除土壤属性对作物重金属吸收量的影响。当作物类型或品种确定后,作物重金属吸收量只与土壤重金属含量有关。提出了农田作物重金属生物富集的"土壤重金属含量-作物特性-土壤属性"关系理论,定义了土壤模式、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型图谱等概念,确定了土壤模式的划分方法和使用方法,在此基础上以最近30年来中文期刊发表的土壤镉含量与水稻和小麦镉含量关系作为案例验证了以上方法。结果表明:水稻和小麦同一部位镉吸收量随土壤镉含量增加而增加,水稻和小麦吸收镉能力顺序为根>茎>叶>籽粒,水稻和小麦籽粒镉吸收量在同一范围内。

坡耕地-桑树系统土壤微生物群落结构的PLFA分析

土壤微生物群落对土壤生态环境敏感,能够指示土壤质量变化,决定土壤的生态功能。利用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析了不同配置模式的坡耕地-桑树系统对旱坡地紫色土土壤生态系统微生物群落结构的影响。结果表明,种植桑树篱能显著提高土壤Phospholipid-derived fatty acids(PLFA)含量,改善微生物群落结构:T1处理(两带等高桑)土壤微生物的PLFA总量(20.54nmol/g)显著高于CK处理(常规农作);T1处理显著提高了土壤细菌含量,T5处理(两带纵坡桑)土壤中真菌的丰富度相对较高。T1的多样性指数(H')和均匀度指数(J)最高,T2(三带等高桑)的丰富度指数(R)最高。主成分分析表明,第一主成分(PCI)主要包括a17:0、16:1ω5c和17:0等直链饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸,占PC1的58.15%;第二主成分(PC2)包括i12:0 3OH、20:1ω9c和cy19:0ω8c等直链单不饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸,占PC2的77.50%;T1与T2微生物群落结构相似,与CK差别较大。冗余分析(RDA)表明:微生物群落结构主要受全磷、p H、全氮、有机质、硝态氮含量影响;全磷、全氮对支链饱和脂肪酸、G+、细菌等影响较大,p H对G-影响较大。相关性分析表明,径流量与i16:0、10Me17:0、a17:0、18:3ω6c(6,9,12)呈显著正相关,与20:1ω9c呈极显著正相关;泥沙量与i16:0、i17:0呈显著正相关,与18:3ω6c(6,9,12)呈显著负相关,与20:1ω9c呈极显著正相关。

不同种类微生物及其碳酸酐酶对土壤-灰岩系统钙镁锌元素迁移作用的土柱模拟实验研究

通过土柱模拟实验研究了筛选自西南岩溶区的典型细菌、真菌、放线菌对石灰岩的溶蚀动态及作用效果,并研究了这3种类群微生物及其碳酸酐酶(CA)对土壤-灰岩系统Ca、Mg、Zn元素迁移的影响。结果表明:①实验所用的典型细菌、真菌、放线菌均对石灰岩有较强的溶蚀作用,但是不同类群的微生物对石灰岩的溶蚀效果不同,溶蚀后石灰岩的表面形貌变化不同,其中,真菌的溶蚀效果最显著,放线菌和细菌次之;②典型细菌、真菌、放线菌对不同元素迁移的影响不同,对于Zn2+、Ca2+的迁移影响而言,真菌>放线菌>细菌>无菌对照组;对于Mg2+的迁移影响而言,细菌>真菌>放线菌>无菌对照组;③一定范围内温度增加对Ca、Mg、Zn3种元素的迁移有不同程度的促进作用;④土柱淋出液中CA平均活性与Ca、Mg、Zn3种元素的总淋失量之间存在一定的正相关关系,说明CA对这3种元素的迁移具有一定的影响,且因不同元素而异。本研究结果对于评价不同类群微生物在生物岩溶及岩溶系统元素迁移中的作用和地位提供了一定的科学依据。

土壤-植物系统中重金属迁移性的影响因素及其生物有效性评价方法

土壤-植物系统中重金属迁移性取决于其在土壤中的化学形态、赋存状态和土壤环境,反映土壤重金属的污染程度和对生态环境及人体健康的危害;土壤重金属生物有效性的评价方法研究,可为认识土壤重金属污染危害,修复重金属污染土壤提供理论基础。本文系统综述了土壤理化性质、重金属特性、植物种类与根际效应、人为活动及其它因素对土壤-植物系统中重金属迁移性的影响机理;阐明了总量预测法、化学形态提取法、自由离子活度法和生物学评价等方法的应用及其优缺点,并对今后研究进行了展望。

土壤-植物系统重金属形态分析和生物有效性研究进展

介绍了土壤 -植物系统中重金属连续提取的形态分析方法研究进展 ,同时归纳了影响重金属生物有效性的主要因素 ,如土壤性质、复合污染及根际环境等 ,并指出了需要解决的问题与今后的发展方向。

土壤-植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制

磷对植物吸收重金属元素的影响作用属于植物营养和重金属污染生态研究的前沿。污染土壤中施入磷是否能够降低重金属离子的生物有效性 ,除了与重金属离子本身特性有关外 ,还与含磷化合物的性质及土壤环境条件有关。在分析中 ,就土壤中磷与重金属离子间交互作用机制、土壤中影响磷降低重金属离子生物有效性的环境因子及磷与重金属交互作用的国内外研究进展作了简要综述 ,并对今后的研究提出了展望。

生物质炭对土壤-植物系统重金属迁移转化的影响机制

中国土壤重金属污染严重,给人居环境和人体健康带来严重威胁,如何修复被重金属污染的农田土壤,实现农业安全生产成为当前农学和环境科学领域关注的焦点问题。近年来,生物质炭改善农田环境质量,减缓农业温室气体排放方面的报道不断涌现,生物质炭也常被用于重金属污染农田土壤的生态修复。结合生物质炭的理化特性,综述了生物质炭影响土壤-作物系统重金属迁移转化的可能理论机制,分析了生物质炭修复重金属污染土壤效果的影响因素,并从生物质炭应用的环境风险和效益评价、制备技术和装备研发、修复重金属污染土壤理论和技术等方面提出了未来该领域应该加强的研究方面。

农田重金属对“土壤-植物-微生物”系统的生态效应

以农田"土壤-植物-微生物"系统为对象,综述了重金属在农田生态系统中的生态效应。认为重金属对"土壤-植物-微生物"系统的影响表现在以下3个方面:影响土壤的生化特性,抑制土壤有机质的分解及矿化过程;被农作物吸收富集,并影响农作物的生长发育;影响微生物种群结构及生物活性,从而影响有机质矿化过程。

南极苔原植物-土壤系统中HCH,DDT的生物富集特征

对南极乔治王岛无冰区典型的苔原生态系统中 3种苔原植物及其下覆土壤中六氯环己烷(HCH)、二氯二苯基三氯乙烷 (DDT)含量进行了系统分析 ,探讨了HCH ,DDT在南极苔原植物 土壤系统中的富集特征及迁移规律 .结果表明 ,南极苔原植物体与下覆土壤相比 ,除南极石萝(Usneaantarctica)对HCH的富集较明显 (富集因子BCF石萝 /土壤 =2 .74 )外 ,金发藓 (Polytrichumalpinum )、发草 (Deschampsiaantarctica)样品中HCH ,DDT含量均低于下覆土壤 ;3种植物的富集系数还表明 ,它们对水溶性农药HCH的吸收高于对脂溶性农药DDT的吸收 .同时 ,对比 3种苔原植物及其下覆土壤中HCH含量发现 ,在大气沉降HCH可以忽略的情况下 ,植物体的HCH主要来源于下覆土壤 .因此 ,植物体及其下覆土壤中HCH含量呈现此消彼长的动态变化 ;3种苔原植物及其下覆土壤中DDT的含量总体上也具有类似特征 .此外 ,对苔原生态系统中DDT各种异构体的分析发现 ,1980年以后随着各主要农药使用国对DDT的相继禁用 ,DDT的有效组分 pp’ DDT降低 ,并且低于代谢产物 pp’ DDD和 pp’ DDE含量之和 ,可见 ,各国对DDT的禁用已经有效地抑制了农药污染对南极苔原生态环境的影响 .

稻-鱼复合生态系统对水田土壤微生物生理群的影响

通过田间试验、采用平板表面涂抹法和稀释法对稻-鱼(泥鳅)复合体系的水田土壤微生物生理群进行了定位定量研究。结果表明,底栖鱼类对水田土壤特殊微生物生理群具有重要影响,促进了土壤固氮菌、纤维素分解菌、硝化细菌、硫化细菌和氨化细菌的生长,抑制了反硝化细菌和反硫化细菌的繁殖,有助于增加土壤N、P、S等养分元素的供给能力、土壤肥力和生化活性,提高水田的养分利用效率。

生物炭-土壤结皮对土壤水分入渗和蒸发特征的影响

为提高降水资源利用效率和选择适宜生物炭覆盖量,采用垂直一维定水头入渗法,研究土壤结皮(生物炭覆盖量为0×104 kg/hm 2)、单倍炭-土壤结皮(生物炭覆盖量为3×104 kg/hm 2)和双倍炭-土壤结皮(生物炭覆盖量为6×104 kg/hm 2)对土壤入渗和蒸发特征的影响。结果表明:生物炭-土壤结皮的累计入渗量、初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率随生物炭覆盖量增加而增加,与土壤结皮相比,单倍炭-土壤结皮的累计入渗量、初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别增加16.9%、30.8%、2.6%和16.9%,双倍炭-土壤结皮分别增加32.1%、59.5%、3.7%和32.1%。经过3种模型(Philip、Kostiakov和Horton)模拟精度比较,Horton入渗模型适用于生物炭-土壤结皮的土壤水分入渗特征的模拟。生物炭-土壤结皮的累计蒸发量随生物炭覆盖量增加而减少,与土壤结皮相比,单倍炭-土壤结皮和双倍炭-土壤结皮的0~60 d累计蒸发量分别减少7.4%和12.3%。生物炭-土壤结皮的研究将关注于持水力、疏水性等方面研究。

蚓粪及其生物炭农用对土壤-蔬菜系统中Cu/Zn阻控效应差异

为开发蚓粪资源化利用新途径和有效防控土壤重金属迁移风险,以牛粪源蚓粪(CV)为原材料制备蚓粪基生物炭(CVC),并将其施用于种植油麦菜的Cu/Zn污染土壤,研究蚓粪及其生物炭对油麦菜生长、Cu/Zn含量及土壤中Cu/Zn有效性变化的影响.结果表明:蚓粪及其生物炭施用均可有效促进油麦菜的生长并降低其可食部位和根系中的Cu/Zn含量,且以蚓粪生物炭5%添加水平下的阻控效果最佳;同时,蚓粪生物炭较之蚓粪可以更为有效降低土壤有效态Cu、Zn含量及其生物有效性系数,且5%蚓粪生物炭添加水平下对土壤中Cu/Zn有效性的降低效应更加明显.因此,可以利用蚓粪生产生物炭用于菜地土壤重金属污染迁移风险的有效阻控.