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.

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.

降雨是影响黄土高原地区植被生长的主要限制因子,但植被群落结构间存在的差异使其对凋落物和土壤养分的影响存在较大的不确定性.以黄土区油松人工纯林、刺槐人工纯林、油松-刺槐人工混交林、山杨-辽东栎天然次生林为对象,研究了林冠对降雨的再分配特征、凋落物储量、土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)含量随林型的变化,分析了不同降雨分配特征对凋落物、土壤养分的影响.结果表明:(1)4种林分类型间降雨再分配特征具有一定差异性,油松林、刺槐林、油松刺槐林、次生林累计穿透雨率分别为86.43％、85.37％、71.68％、64.77％,树干径流率为1.0％、1.6％、1.3％、3.2％,树冠截流率为12.48％、13.01％、27.00％、31.93％.(2)不同林分类型SOC、STN、STP以及凋落物养分释放效率表现出显著差异性,天然次生林养分含量整体上高于人工林.(3)4种林分类型中,刺槐林的土壤C∶N最低,其它3种林分的土壤C∶N无显著差异;天然次生林的土壤N∶P和C∶P最高,油松林和刺槐林的土壤N:P无显著差异.(4)穿透雨和林冠截流的变化能够影响土壤N、P组分和凋落物C、N、P元素释放率,但对土壤C组分影响较小.综上所述,黄土高原地区植被恢复过程中,降雨能够提高土壤养分含量,促进凋落物养分归还.天然次生林对改变降雨分配特征和土壤养分特征的潜力更大,自然恢复更有利于土壤养分积累.

植物功能性状是植物为适应外界环境而表现出的个体特征和属性,影响植物的存活、生长与繁殖,并且对土壤功能也产生影响.本文通过汇总已有研究,进行了如下总结:1)分析了植物功能性状的分类及其与土壤肥力的关系;2)明确了植物功能性状对土壤有机质积累的影响,以及影响方向和强度受土壤氮磷循环与碳饱和状态的作用.此外,从植物功能性状与土壤有机质组分和稳定性的关系方面探讨了植物功能性状对土壤有机质长期积累存留的影响;3)探讨了森林生态系统植物功能性状影响土壤有机质的凋落物和微生物作用机制.在此基础上,提出未来植物功能性状与土壤有机质研究重点,包括:通过先进的技术和方法,明确植物功能性状与土壤有机质积累的植物-微生物互作过程和机理,阐明全球变化背景下植物功能性状对土壤有机质积累影响的生态过程和机理.

微生物残体是土壤有机碳的主要组分,其对人工混交林的响应目前尚不清楚.以我国亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)纯林和杉木-火力楠(Michelia macclurei)混交林0～20 cm 土壤为研究对象,以氨基糖为微生物残体标识物,采用基于革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比值确定的细菌残体转换系数,研究了长期杉木-火力楠混交对土壤微生物残体积累的影响.结果表明,与杉木纯林相比,杉木-火力楠混交林0～10cm土壤细菌残体含量降低了 25.3％,进而导致土壤有机碳含量降低了 11％.混交林中细菌残体的降低主要归因于大团聚体内细菌残体含量的降低.林木混交并未影响0～20 cm 土壤微生物残体含量以及微生物残体对土壤有机碳的贡献.以上结果表明,火力楠引入杉木林35年后降低0～10 cm 土壤细菌残体和土壤有机碳的固持,可能不利于维持长期土壤肥力.

作为中国重要粮食生产基地的东北农田,由于不合理利用,土壤有机碳含量出现逐年下降的趋势.本研究以辽宁省典型作物玉米和水稻土壤为对象,共采集444份土壤样品,分析土壤有机碳及其组分(微生物生物量碳、死亡残体碳和可溶性有机碳)的含量,并解析影响有机碳的关键因素.结果表明:水稻田土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)含量和MBC/SOC值均高于玉米田土壤,而水稻田土壤可溶性有机碳含量、细菌残体碳、真菌残体碳和土壤残体碳总量低于玉米田土壤;相关分析显示,玉米田和水稻田的SOC与MBC和微生物残体碳具有显著正相关性;回归分析显示,水稻田SOC与MBC和微生物残体碳的斜率较低;随机森林模型分析显示,土壤C/N和真菌残体碳是玉米田和水稻田土壤SOC的关键影响因素,但两者对玉米田土壤SOC的解释度更高;玉米田和水稻田SOC组分及关键影响因素存在显著差异,微生物周转过程对玉米田SOC影响更大,土壤性质对水稻田SOC含量起到主要影响.本研究为科学调控东北农田土壤有机碳提供基础数据和理论基础.

目的:探讨妊娠期PM 2.5及其组分暴露对胎儿生长的影响，并进一步识别暴露效应窗口。 方法:选取江苏出生队列2016年1月至2019年10月招募的4 089对母子对，收集其基线信息、妊娠期诊疗信息、妊娠期PM 2.5及其组分暴露信息、妊娠满20周后的胎儿B超检查（头围、腹围、股骨长和估计体重）信息。利用广义线性混合模型进行暴露效应的估计，利用分布滞后非线性模型探讨暴露效应窗口。 结果:妊娠期PM 2.5暴露浓度每升高10 μg/m 3，胎儿头围、腹围和估计体重Z评分分别减小0.025（ β=-0.025，95% CI：-0.048~-0.001）、0.026（ β=-0.026，95% CI：-0.049~-0.003）和0.028（ β=-0.028，95% CI：-0.052~-0.004），头围和估计体重生长受限风险分别增加8.5%（ RR=1.085，95% CI：1.010~1.165）和13.5%（ RR=1.135，95% CI：1.016~1.268）。PM 2.5组分中黑碳、有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐暴露浓度升高均与头围Z评分减小显著相关，同时硫酸盐暴露的增加还与股骨长的Z评分减小有关。妊娠期PM 2.5暴露影响胎儿头围生长效应窗口为第2~5周，腹围为第4~13周以及第19~40周，股骨长为第4~13周以及第23~37周，估计体重为第4~12周以及第20~40周。 结论:妊娠期PM 2.5及其组分暴露可能对胎儿生长产生不利影响，影响胎儿不同生长指标的效应窗口不完全一致。

目的:分析我国南北两城市深圳和太原市大气细颗粒物（PM 2.5）主要成分及其污染来源。 方法:采集2017至2018年深圳和太原市空气中PM 2.5样品，用电感耦合等离子体质谱法测定铅（Pb）、铝（Al）、砷（As）等10种金属元素浓度，用离子色谱法测定氟化物（F -）、氯化物（Cl -）、硫酸盐（SO 42-）等10种水溶性离子浓度，用高效液相色谱法测定萘、苊烯、苊等16种多环芳烃（PAHs）浓度，用碳质分析仪测定有机碳（OC）与元素碳（EC）含量；采用因子分析法分析PM 2.5的污染来源。 结果:太原市PM 2.5样品中Pb、锰（Mn）、As、镍（Ni）、F -、OC、EC浓度明显高于深圳市，钠盐（Na +）、Cl -、磷酸盐（PO 43-）浓度低于深圳市（ P<0.05）；除萘外，太原市PM 2.5样品中其余PAHs浓度均高于深圳市（ P<0.05）。深圳市PM 2.5样品中金属元素与水溶性离子污染来源由工业排放/机动车尾气因子（42.64%）、建筑/土壤因子（34.22%）和海洋因子（17.93%）构成，PAHs主要来源于燃油与机动车尾气因子（38.58%）、燃煤因子（30.78%）、生物质燃烧因子（24.38%）。太原市PM 2.5样品中金属元素与水溶性离子来自建筑因子（30.26%）、燃油燃煤因子（24.58%）、二次粒子/土壤因子（22.03%）及工业因子（18.89%），PAHs主要来自燃油与机动车尾气因子（54.71%）、燃煤因子（43.54%）。 结论:深圳和太原市PM 2.5成分存在较大差异，需要进一步加强企业的环境健康管理，根据各地污染来源有针对性进行治理。

目的:分析中国9~18岁在校儿童青少年暴露于大气污染物PM 2.5及其组分［硫酸盐（SO 42-）、硝酸盐（NO 3-）、铵盐（NH 4+）、有机物（OM）、黑碳（BC）］与心理困扰的关联。 方法:基于2019年全国学生体质与健康调研数据，纳入130 808名9~18岁儿童青少年，根据凯斯勒心理困扰量表（K10）进行评分和判定高心理困扰，根据调查地点和时间匹配污染物年均暴露数据，采用基于logistic回归的限制性立方样条方法对PM 2.5、SO 42-、NO 3-、NH 4+、OM及BC组分浓度和心理困扰关联进行拟合；采用多因素logistic回归模型对不同年龄、性别、BMI和身体活动亚组进行分析，估计不同亚组暴露于高污染浓度污染物和高心理困扰的关联。 结果:我国儿童青少年高心理困扰率为30.4%，女生高心理困扰率高于男生，分别为31.6%和29.1%，差异有统计学意义（ P<0.05）。暴露于PM 2.5、SO 42-、NO 3-、OM和中国9~18岁儿童青少年高心理困扰存在非线性正向关联，当PM 2.5、NO 3-、NH 4+、OM和BC浓度较高时，随着浓度继续上升，高心理困扰发生风险的增加有所减缓甚至达到平台期；而SO 42-则表现为较低浓度时，心理困扰风险变化不大，但浓度较高时，风险持续上升。PM 2.5及其组分暴露和体力活动不足组心理困扰有统计学关联，和体力活动充足组无统计学关联；与13~15岁、16~18岁学生相比，9~12岁学生中，高浓度污染物和高心理困扰关联更强。 结论:大气污染物PM 2.5及其组分与我国9~18岁儿童青少年心理困扰相关，在体力活动不足的儿童青少年中，高污染物暴露是高心理困扰的危险因素，且PM 2.5及其组分和心理困扰的关联存在年龄差异。