探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据.本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0～15cm 土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异.结果表明:风蚀区草地、林地和农田土壤＞2 mm团聚体均遭到破坏,＜0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少.农田上坡段＞2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加.土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降.综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低.在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径.

钝化剂可以使土壤重金属由活性态向稳定态转化,降低重金属的迁移和生物可利用性,实现重金属污染土壤的修复.有机碳是反映土壤质量和健康的重要指标,其转化过程对大气化学、全球碳循环起到决定性作用,受到利用方式、农艺措施和治理修复活动的影响.钝化剂的施用一方面会改变土壤结构、团聚体组成和pH、阳离子交换率(CEC)等理化性质,影响土壤有机碳的动态变化;另一方面可以调控土壤微生物群落结构、多样性,改变有机碳转化酶的活性,从而影响土壤有机碳的转化.上述影响受到钝化剂种类、施用量及施用时间等多方面因素的调控.本文论述了不同钝化剂施用条件下,土壤有机碳组分及其变化情况,并探讨了钝化剂对土壤有机碳转化影响的作用机制.未来应基于作用机制,开发兼具固碳增汇与重金属钝化功能的新型钝化剂,并揭示钝化剂施用后土壤有机碳周转及稳定性有机碳的时空分布规律.

有机磷(Po)是土壤磷库的重要组成部分.为探究马尾松人工林近自然化改造对土壤团聚体Po分布特征的影响,该研究以南亚热带的马尾松纯林(PP)和近自然化改造后的马尾松-阔叶树种混交林(CP)为对象,采集 0～10 cm土样后利用干筛法将其筛分为>2 mm、0.25～2 mm和<0.25 mm三部分粒径团聚体,并测定原土及各粒径团聚体中各Po组分、微生物生物量磷(MBP)含量和酸性磷酸酶(ACP)活性.结果表明:(1)CP的土壤Po组分与PP相比发生了变化,高稳定性有机磷(HRO-P)和中度活性有机磷(MLO-P)在原土以及各团聚体径级中均显著高于PP(P<0.05),而活性有机磷(LO-P)和中度稳定性有机磷(MRO-P)在CP和PP中并无显著差异,PP和CP各组分Po在原土和各团聚体径级中无明显变化规律.(2)各形态Po在PP中占比大小为HRO-P>MRO-P>MLO-P>LO-P,而在CP 中为HRO-P>MLO-P>MRO-P>LO-P.(3)CP中的MBP含量和ACP活性在原土及各团聚体径级中均显著高于PP,并且随着团聚体径级的减小,ACP 活性上升.(4)冗余分析发现,土壤有效磷(AP)、土壤团聚体平均重量直径(MWD)、MBP 和全氮(TN)为土壤Po组分的主要驱动因子.综上认为,近自然化改造有利于马尾松人工林土壤中磷的积累与转化,该研究结果为马尾松人工林土壤质量和生产力的提升提供了理论依据.

土壤团聚体稳定性是评价土壤结构和土壤肥力的重要指标.为探究固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,该文以 17 年生的巨尾桉纯林(PP)与巨尾桉/马占相思(固氮树种)混交林(MP)为研究对象,采用干筛法和湿筛法分别测定 0～10 cm和 10～20 cm土层团聚体粒径分布及平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(Dm)、水稳定性团聚体含量(WSA)、团聚体破坏率(PAD)和团聚体稳定性指数(ASI)等稳定性指标.结果表明:(1)与PP相比,MP的土壤理化性质有不同程度的提升,其中以土壤pH、有机碳(SOC)及全氮(TN)最为显著.(2)MP 的土壤团聚体粒径分布优于PP,差异主要体现在>2.00 mm和<0.25 mm粒径中,均以大团聚体(>0.25 mm)为主;相较于PP,MP的土壤团聚体机械稳定性仅在 0～10 cm土层显著提高,但其团聚体水稳定性在 0～10 cm和 10～20 cm土层均显著提高.(3)Mantel分析结果显示团聚体稳定性与TN相关性最强,通过RDA分析进一步说明TN是驱动其团聚体稳定性变异的最关键因子.综上认为,固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体稳定性具有明显改善作用,该研究结果为南亚热带桉树人工林水土保持、养分管理及可持续经营等提供了科学的理论依据.

探究厨余垃圾沼渣堆肥和化学改良剂对搬迁地不同粒径土壤团聚体组成及其稳定性和有机质分布的影响,可为土壤质量提升和沼渣堆肥土地利用提供理论依据.设置厨余垃圾沼渣堆肥不同施加量、化学改良剂(β-环糊精、硫酸钙和氧化铁按质量比1∶1∶1混合)及对照(100％土壤)处理,研究了不同处理土壤团聚体组成、团聚体稳定性及不同粒径团聚体有机质分布特征.结果表明:与对照相比,20％(土壤∶沼渣堆肥=8∶2)、30％(土壤∶沼渣堆肥=7∶3)沼渣堆肥处理显著降低了＜0.106 mm粒径的土壤微团聚体含量,增加了 0.5～1.0 mm粒径的土壤大团聚体含量;各处理均显著增加了 ≥2.0 mm粒径的土壤大团聚体、团粒结构体含量和平均重量直径,降低了团聚体破坏率,其中20％沼渣堆肥和化学改良剂混施处理效果最佳.沼渣堆肥显著影响各粒径土壤团聚体有机质分布,30％沼渣堆肥处理对土壤团聚体有机质分布的影响最大;沼渣堆肥显著增加了各粒径土壤有机质含量,其中0.106～0.25 mm粒径的土壤微团聚体有机质增幅最大.综上,沼渣堆肥有助于增加搬迁地各粒径土壤团聚体有机质含量,促进土壤大团聚体的形成和提高团聚体的稳定性,且沼渣堆肥和化学改良剂混施对搬迁地土壤的改良效果更佳.

融雪期的侵蚀外营力主要以冻融和融雪径流为主,该营力可能会影响土壤结构和团聚体稳定性,从而对融雪侵蚀过程产生影响.在融雪期,融雪径流过程会导致团聚体输移破碎,但是关于冻融对团聚体输移破碎的影响研究鲜有报道.本研究以东北典型黑土区5～7和3～5 mm团聚体为对象,分析了不同冻融次数(0、1、5、10、15和20次)下水稳性团聚体组成、平均重量直径(MWD)、标准化平均重量直径(NMWD)和不同冻融次数、不同输移距离(5、10、15、20、25和30 m)下团聚体输移破碎率(BR)及冻融和输移共同作用对BR的贡献度(CT),研究融雪期典型黑土团聚体输移破碎特征.结果表明:5～7和3～5 mm团聚体冻融循环后主要以0.5-1 mm粒径为主,随着冻融次数增加其MWD值总体呈下降趋势,并且在相同冻融次数下3～5 mm团聚体NMWD大于5～7 mm.5～7和3～5mm团聚体随着输移距离的增加BR逐渐增加,尤其是在1次冻融条件下,与未冻融组相比输移距离为5、10、15、20、25和30 m时BR分别显著增加59.7％、32.2％、13.7％、6.2％、13.4％、7.5％和 60.0％、39.0％、18.4％、13.0％、6.3％、6.1％;但随着冻融次数的增加,BR 增加相对缓慢.团聚体输移破碎主要受输移距离(CT=54.6％)和冻融循环(CT=26.2％)的影响,并且冻融循环主要改变团聚体稳定性,进而影响团聚体输移破碎率.可见,在融雪期,冻融循环降低了土壤团聚体稳定性,致使融雪径流过程中团聚体输移破碎严重,土壤更易随水流迁移引发水土流失,因此,应重视该时期的土壤侵蚀及其防治.

目的:比较真空干燥、热风干燥、喷雾干燥不同工艺粉末性质间差异,研究巴西人参提取物的最佳干燥方式.方法:以巴西人参为实验材料,通过对3 种干燥工艺所制粉末样品的粒径、干燥失重、松装密度、振实密度、休止角等多指标测定,表征其流动性、稳定性、可压性等粉体学性质;并对优选干燥方式放大验证.结果:各干燥方式与对照图谱的相关性系数分别为0.798,0.827,0.698;聚类分析将热风干燥与真空干燥归为Ⅰ类,表明二者性质较为相似;中试规模喷雾干燥粉与实验室喷雾干燥粉二级指标的Pearson相关系数达0.978.结论:喷雾干燥粉相比于其他2 种干燥方式粉体性质有明显差异,具有良好的流动性且不易团聚,而热风干燥与真空干燥的可压性较好;中试喷雾干燥粉末性质稳定,可实现巴西人参提取物粉末的大规模生产.

团聚体作为土壤基本结构单元,其各粒级全氮(TN)含量对土壤TN储量的贡献各不相同,而草地恢复过程中地上植被会影响土壤团聚体组成与各粒级TN的分布,这必然会对团聚体稳定性和土壤氮素累积产生影响.因此,以恢复10a、20a、30a、40a和50a草地和对照农田(CK)为研究对象,探究草地恢复过程中土壤团聚体氮素累积规律.结果表明:1)50年恢复过程中草地群落经历了茵陈蒿(Artemisia capillaries)茵陈蒿+铁杆蒿(Artemisia stechmanniana)铁杆蒿+兴安胡枝子(Lespedeza davurica)→铁杆蒿+本氏针茅(Stipa bungeanaTrin)→铁杆蒿+白羊草(Bothriochloa ischaemum)的演替过程,且草地群落物种多样性指数随恢复年限的增加呈先升后降的趋势,地上植物、细根和凋落物的碳和氮含量呈先上升后下降趋势.2)草地恢复过程中土壤pH和容重呈下降趋势,而土壤含水量呈先降后增趋势,土壤有机碳含量在恢复过程中显著增加(P＜0.05),土壤TN含量随恢复年限呈先增后降的趋势,而TN储量呈逐年增加趋势,恢复10-50a草地与CK相比增加了 8.10％-118.92％.3)不同恢复年限草地群落土壤微团聚体(0.053-0.25 mm)占比最大,但随恢复年限增加呈下降趋势,而大团聚体(＞2 mm)和中团聚体(0.25-2 mm)占比以及平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)呈上升趋势.4)不同恢复年限草地群落中团聚体TN含量最高,且各粒级团聚体TN含量随恢复年限呈先下降后上升趋势;草地群落微团聚体TN储量最高,大、中团聚体TN储量随恢复年限增加呈上升趋势,微、粘粉粒团聚体(＜0.053 mm)TN储量随恢复年限增加出现波动;各粒级团聚体TN储量与地上植物、细根和凋落物生物量以及碳氮含量显著相关(P＜0.05).5)草地恢复过程中大团聚体对土壤TN储量的贡献率达70％,且大团聚体占比增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总之,草地恢复有利于土壤稳定以及氮素累积.

背景:金纳米粒子在多功能经皮给药系统的开发中具有重要意义,较小尺寸的金纳米粒子可通过细胞间路径向真皮层渗透,然而由于易团聚和胶体形态的限制,金纳米粒子存在着难以局限发挥效应、递送效率低的问题.目的:通过结合相变纳米液滴与生物黏附性水凝胶开发一种超声优化的水凝胶支架,用于金纳米粒子的经皮递送.方法:利用乳剂溶剂挥发法制备包载金纳米粒子的超声相变纳米液滴,并将其装载到聚多巴胺修饰的甲基丙烯酰化明胶水凝胶内制备复合水凝胶支架,对超声响应性纳米金载体进行结构与化学组分的表征,对复合水凝胶支架的微观结构、孔隙率、渗透性、流变学、体外止血及抗菌性能等进行表征.通过Live/Dead染色评价复合水凝胶支架的细胞相容性,并评估低强度脉冲超声对支架材料渗透性、孔隙率和力学性能的优化效果.结果与结论:①透射电镜和紫外-可见光光谱证明纳米金载体的成功构建,粒径及电位检测结果显示超声响应性纳米金载体具有较好的稳定性;②Live/Dead染色证明,复合水凝胶支架具有一定的生物相容性;③扫描电镜下可见复合水凝胶支架具有多孔网状结构,且部分大孔内部可见纳泡受超声辐照后产生的直径约2 μm的微孔,结合渗透性实验说明强度脉冲超声可以优化水凝胶支架的孔隙和渗透性;复合水凝胶支架的止血性能优于止血海绵、聚多巴胺@甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架;在低强度脉冲超声辐照下,复合水凝胶支架具有良好的抗氧化效应与抗菌性能;④热成像结果显示金纳米粒子包载在超声响应的纳泡中,在受到超声激励下可以得到更均匀的播散;⑤力学性能测试结果表明,负载含金纳米粒子的相变纳米液滴后水凝胶支架的储能模量增加,表现出更强的力学性能,断裂伸长率为122%,延展性优于不含金纳米粒子的相变纳米液滴组(P<0.05);⑥结果表明,复合水凝胶支架具备良好的生物相容性、抗菌性、抗氧化性及止血作用.

水位脉动、干湿交替是影响消落区植物群落分布和土壤稳定性的关键环境驱动力,消落区植物群落是影响土壤团聚体稳定的重要因素,研究消落区植物群落结构和功能性状对土壤团聚体稳定性的影响有助于预测消落区植物演替过程和揭示其对岸带稳定的影响机制.本文总结了国内外相关研究,综述了植物群落对干湿交替环境的响应,同时基于植物功能性状对干湿交替的响应重点阐述了其对土壤团聚体粒径稳定性的影响.未来研究应该重点关注根系构型性状和根际微生物性状对土壤团聚体的影响,并加强消落区不同胁迫强度和演替阶段植物群落组成、地上-地下性状对土壤团聚体稳定性的研究,进而探究水位脉动条件下植物群落对土壤团聚体稳定的影响机制,为消落区生态调节、生态恢复提供理论支撑.