为评价生物炭添加对土壤理化性质、腐殖质及其腐殖化程度的改良效果,以生物炭田间定位试验为基础,设置4个处理:空白对照(CK)、常规施肥(NPK)、单施生物炭(B1)和化肥配施生物炭(NPK+B1),通过连续2年的田间试验,研究了生物炭添加对土壤理化性质和土壤胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)以及大豆产量的影响.结果表明:施用生物炭可短期内有效提高土壤养分,增加土壤中腐殖物质含量,提高稳定性,并改善土壤质地,提高大豆产量.其中与CK相比,B1和NPK+B1处理的土壤理化性质提升效果较为明显,电导率(EC)提高3.50％-98.99％、有机碳(OC)含量提高18.01％-23.18％、碱解氮(AN)含量提高23.48％-37.15％、全氮(TN)含量提高14.93％-25.37％、有效磷(AP)含量提高8.33％-110.16％、全磷(TP)含量提高10.00％-45.00％、速效钾(AK)含量提高6.61％-20.76％、全钾(TK)含量提高13.24％-30.74％、大豆产量提高了54.34％-90.36％.与NPK处理相比,NPK+B1处理土壤HA、FA和HM含量分别提高了 38.62％、26.76％和16.45％.且通过相关性分析和主成分分析表明,土壤pH、EC、AK、TK、TP、AN、TN、OC和大豆产量与腐殖质存在显著的正相关关系.因此,化肥配施生物炭处理可有效改善土壤理化特性,提高土壤腐殖质组分含量,为克服大豆连作障碍,提高大豆生产能力提供理论和技术支撑.

植物凋落物在土壤有机质形成过程中扮演重要角色,在局域尺度上其分解速率与土壤生境密切相关.不同土壤基质下的凋落物分解快慢不同,进而影响土壤碳周转及养分利用效率.与叶凋落物分解密切相关的微生物群落主要来源于叶凋落物际,这些微生物群落在土壤养分循环和有机物分解过程中发挥着至关重要的作用,然而目前关于叶凋落物际中微生物群落动态变化的研究还相对较少.研究以喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的叶凋落物为研究对象,通过高通量测序研究不同土壤(有机土、铁铝土、冲积土)和分解阶段(30％、60％、90％)下叶凋落物际细菌群落的动态变化及其对凋落物分解的影响.结果表明:随着分解的进行,叶凋落物际细菌群落多样性逐渐升高,并且群落多样性水平越高(Alpha多样性:有机土＞冲积土＞铁铝土),其分解速率越快(k:有机土＞冲积土＞铁铝土).研究进一步发现,叶凋落物际细菌群落组成变化受土壤类型和分解阶段显著影响(P＜0.001),但前者作用效应更大.具体而言,不同土壤基质下的叶凋落物际优势菌不同,有机土和冲积土基质中均由变形菌门(Proteobacteria)主导(分别占55.33％和53.10％),铁铝土基质中则以放线菌门(Actinobacteriota)为主(占比为63.95％).受分解阶段影响,不同土壤基质下叶凋落物际各优势菌门的平均相对丰度在分解后期均有所下降,而以绿弯菌门(Chloroflexi)为代表的寡营养菌(oligotrophic taxa)在分解后期显著增加(P＜0.05),与分解前期相比增加了 5.66-413.80倍.此外,在不同土壤中,叶凋落物际细菌群落构建均受确定性过程影响,其共现网络复杂度在冲积土、有机土、铁铝土中依次降低,变形菌门和放线菌门在整个叶凋落物际细菌群落的构建和维持中扮演着关键角色.研究揭示了不同土壤基质调控叶凋落物际细菌群落组成及多样性进而影响凋落物分解过程,这为深入理解叶凋落物际细菌群落在生态系统养分循环过程中的关键作用提供了数据支撑.

有蹄类动物的采食、践踏、排泄等行为会影响森林土壤理化特性与植物群落特征.选取浙江清凉峰国家级自然保护区典型亚热带针阔混交林地,设置4个华南梅花鹿干扰处理(禁养,圈养10、15、20 a),以探讨华南梅花鹿圈养对亚热带林地土壤和植被功能的影响.结果表明:(1)随着华南梅花鹿圈养年限的增加,土壤pH、含水率、毛管孔隙度、有机质和阳离子交换量呈现降低的趋势,土壤容重、碱解氮、有效磷和速效钾呈现升高的趋势.(2)华南梅花鹿圈养对0-40 cm 土层土壤容重、含水率、毛管孔隙度、有机质、阳离子交换量以及0-20 cm 土层碱解氮和有效磷的影响显著,均为圈养20 a处理与对照处理之间差异性达到显著水平(P＜0.05).(3)华南梅花鹿干扰能显著降低林下植被的地上生物量(P＜0.05).研究结果揭示亚热带森林土壤-植被对梅花鹿干扰的响应特征,为探讨森林蹄类动物栖息地退化机制和优化区域生态恢复模式提供科学的数据与理论基础.

氮沉降通常会加剧土壤磷限制,微生物和植物将采取策略抵消这种负面影响.然而,氮添加下土壤微生物和/或植物如何影响土壤生物有效磷尚不明确.基于野外氮添加实验,测定了生长季(4月)和非生长季(10月)罗浮栲林根际和非根际土壤理化性质,微生物生物量,磷酸酶活性以及根系形态和养分,并通过生物学方法量化了四种形式的生物有效磷,包括氯化钙-磷(CaCl2-P),柠檬酸-磷(CA-P),盐酸-磷(HCl-P)和酶-磷(Enz-P).研究结果表明,非生长季大多数生物有效磷表现为根际含量高于非根际,而生长季根际土壤CaCl2-P和CA-P含量显著低于非根际土壤.氮添加显著增加了生长季非根际土壤CA-P含量,同时显著降低了非生长季根际土壤CaCl2-P和Enz-P含量和显著增加了非生长季根际土壤HCl-P含量,但两个季节的总生物有效磷含量均保持不变.两个季节中,氮添加下植物细根比根长、比表面积和组织密度均存在不同程度的降低,但菌根侵染率显著增加,这说明氮添加下植物倾向于通过与菌根真菌合作而非改变根系形态来截留土壤中可直接获取的有效磷.从非生长季生物有效磷含量的动态来看,氮添加下植物根系和/或微生物通过释放质子活化矿质结合态无机磷对维持罗浮栲林土壤生物磷至关重要.总之,短期氮添加下维持了土壤有效磷的潜在供应.研究有助于进一步理解微生物和植物对低磷亚热带地区氮负荷的适应机制,可为制定缓解土壤磷限制的可持续策略提供理论依据.

藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型,在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用.研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳(SOC)组分的影响,有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系及其调控因子.为此,研究依托古尔班通古特沙漠野外长期(13a)氮添加实验,以齿肋赤藓形成的藓结皮为研究对象,选取0(N0)、1.0(N1)、3.0 g N m-2 a-1(N3)三种氮处理,阐明长期氮添加对藓结皮光合生理活性和SOC组分的影响.结果表明:(1)相比对照,长期氮添加对结皮层颗粒有机碳(POC)与矿物结合态有机碳(MAOC)含量无显著影响,但显著减少了 0-5 cm 土层POC和MAOC含量的积累;(2)N1处理显著提高了叶绿素和非结构性碳水化合物(NSC)含量,而N3处理叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及NSC的含量分别显著降低了 50.94％、42.49％、46.71％和50.85％;(3)可溶性糖的含量在N1处理下显著增加,N3处理则显著抑制了其积累,脯氨酸的含量随氮浓度呈显著下降的趋势,长期氮添加对可溶性蛋白含量无显著影响;(4)相关性分析表明,长期氮添加、光合生理活性与POC和MAOC含量无显著相关性,酸碱度、微生物量碳氮、电导率、硝态氮和铵态氮皆显著影响POC和MAOC的含量积累.研究揭示了长期氮添加对藓结皮的光合生理活性和SOC组分的影响,且光合生理活性的响应无法有效反映SOC组分变化,为理解荒漠生态系统中氮沉降对生物土壤结皮的影响提供数据支持.

土壤酸化已成为全球农业系统中最严重的土地退化问题之一.综述了土壤酸化的自然和人为驱动因素及过程,土壤酸化对土壤无机碳和有机碳的影响;比较了有机、无机、生物和复合改良剂改良土壤酸性、培育基础肥力和增加有机碳库的优缺点.基于此,为推进土壤酸性改良、基础肥力培育与有机碳库协同提升,经过总结分析提出:(1)建立土壤酸性与碱酸离子组成关系的量化模型,构建土壤酸性-基础肥力-有机碳库相互作用机制模型,形成以"离子平衡"和"多功能协同"改良酸性土壤的理论框架;(2)基于酸碱离子平衡的土壤酸性分级指标、土壤-作物系统酸碱离子平衡计量方法,明确土壤酸碱离子平衡、养分离子活化、含碳组分稳固的协同路径和降酸、培肥、固碳、减污协同提升的土壤功能技术,构建化肥配施无机改良剂的离子平衡精准改良土壤酸性技术体系和有机-无机-生物联合的多功能协同提升绿色改良酸性土壤技术体系.研究旨在为我国农业的绿色可持续发展提供借鉴.

土壤消毒是一种防治土传病害的有效措施.化学熏蒸和生物熏蒸是目前常用的土壤消毒技术.然而,关于化学熏蒸和生物熏蒸对土壤微生物群落影响异同性的研究仍鲜有报道.研究以未熏蒸土壤为对照,向土壤中添加0.1％、0.2％和0.5％(质量分数)芥菜籽粕和0.1％(质量分数)威百亩,探究芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸下土壤微生物群落的变化及二者之间的差异.结果表明:芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸对土壤微生物群落的影响具有相似性也有差异性.芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸会显著改变土壤细菌及真菌群落结构(P＜0.01),熏蒸材料的种类和用量而不是熏蒸时间对土壤细菌和真菌群落结构产生了显著影响(P＜0.01).在杀灭有害微生物方面,0.5％芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸能够降低土壤中镰刀菌属(Fusarium)的相对丰度.在富集有益微生物方面,芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸能够富集土壤中芽孢杆菌属(Bacillus)和马杜拉放线菌属(Actinomadura),其中0.5％芥菜籽粕熏蒸能够富集藤黄色单胞菌属(Luteimonas)和野野村氏菌属(Nonomuraea),威百亩熏蒸能够富集小单胞菌属(Micromonospora)和青霉菌属(Peniclillium).在微生物功能方面,0.5％芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸增强了土壤细菌化能异养和需氧化能异养功能,减弱了土壤真菌病害相关功能,0.5％芥菜籽粕熏蒸还增强了土壤细菌硝酸盐还原和碳氢化合物降解功能.综上,芥菜籽粕熏蒸和威百亩熏蒸能够通过富集芽孢杆菌属和马杜拉放线菌属等有益微生物和消减镰刀菌属有害微生物来调控土壤微生物群落,使土壤具有预防土传真菌病害和促进作物生长的潜力.

土壤组分中铁锰氧化物和黏土矿物(FeMn-Clay minerals,FM-C)在有机污染物的非生物转化中发挥着重要的作用,而有关黑暗环境下FM-C对正构烃的非生物自然衰减过程和作用机制鲜有报道.本研究以正构烃中长链C16～C31为对象,探讨无机矿物磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、针铁矿(FeO(OH))、软锰矿(MnO2)、蒙脱石和高岭石在黑暗环境下对正构烃的非生物自然衰减的影响和作用机制.通过人工合成土壤,剔除自然土壤中所含的复杂元素,设置FM-C的浓度梯度(1％、2％、3％)来考察FM-C含量对正构烃降解的影响.结果表明,在黏土矿物表面上的铁锰氧化物会加速正构烃的降解和转化,且降解率随着FM-C的浓度增加而增加.采用X射线光电子能谱技术对反应前后黏土矿物上铁锰离子进行了半定量研究,结果显示,Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)的作用效果尤为明显,这是因为Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)可以直接与矿物上所吸附的氧气反应生成超氧自由基(O2·-).通过电子顺磁共振技术检测发现,在正构烃转化降解过程中O2·-反应前后具有明显的变化,并且在正构烃的降解转化过程中起到了促进作用,从而提出了 FM-C对正构烃降解转化的反应机理.本研究对在黑暗条件下土壤中无机矿物对正构烃类有机污染物的非生物自然衰减作用提供了有价值的见解.

土壤水分库容量与旱地农田土壤地力密切相关,研究秸秆源有机物料还田条件下土壤水分动态特征,有助于揭示秸秆源有机物料还田保水核心与土壤地力提升的效应关系.基于长期玉米田间定位试验,以无秸秆添加为对照(CK),设置玉米秸秆炭化还田(BC)和玉米秸秆粉碎直接还田(SD)处理,采用土壤温湿度记录仪连续定位监测不同秸秆源有机物料还田方式下玉米土壤湿度,分析土壤湿度与土壤孔隙结构等土壤理化因子之间的关系.结果表明:与CK相比,BC和SD处理条件下玉米全生育期内平均土壤湿度分别提高了 19.8％(P＜0.05)和9.7％;5月土壤持续干旱数日发生降水后,BC处理土壤湿度快速上升且增幅高于SD;7-9月伴随较大降水事件土壤湿度急剧上升达到峰值后,BC 土壤湿度比SD处理下降缓慢.与CK相比,BC和SD处理的土壤总孔隙度分别增加18.9％和7.0％,土壤孔隙含水率分别增加8.2％和2.5％.BC处理土壤水分与土壤有效磷、全磷含量等指标密切相关(P＜0.05),SD处理土壤孔隙结构与碱解氮含量等指标密切相关(P＜0.05).上述研究结果可为秸秆资源肥料化利用提供科学依据.

氯嘧磺隆被广泛应用于农业生产活动中,长期大量使用会导致其残留在土壤中,对生态系统造成潜在危害.本文以绿肥植物田菁为对象,通过发芽实验和盆栽实验,测定田菁种子发芽率、植株生长指标、土壤氯嘧磺隆含量和微生物群落结构,研究了田菁对除草剂氯嘧磺隆的耐受性,对氯嘧磺隆污染土壤的修复效果,以及对土壤微生物群落的影响.结果表明:田菁对氯嘧磺隆(≤1 mg·L-1)具有较高的耐受性并且能显著降低土壤中氯嘧磺隆的残留量.0.4 mg·kg-1氯嘧磺隆处理下,田菁提高了土壤微生物群落的丰富度和多样性.1mg·kg-1氯嘧磺隆处理下,田菁根际土壤中微生物群落的丰富度与多样性减少.此外,田菁提高了根际土壤中变形菌和酸杆菌的数量,其中变形菌效果最为明显.