为控制氮磷面源污染提供理论基础,研究了秸秆粉构建隔离层方式对土壤氮磷淋溶阻控效应.通过盆栽辣椒试验,设置空白对照(T1)、单层深埋(T2)、双层深埋(T3)、单层深埋+土壤混合(T4)、土壤混合(T5)五种处理,构建秸秆隔离层,在不同时间点取淋溶水,测试淋溶水中氮磷含量,明确不同秸秆构建隔离层方式对土壤氮磷淋溶的阻控效应.结果表明,T4 明显比其他处理和对照表现出阻截氮磷淋溶效应的优势,全氮、总磷、有效磷、氨氮、硝态氮、亚硝态氮累积淋溶量分别比对照减少了50.6%、42.64%、25.8%、11.4%、65.6%、46.9%,同时增加辣椒生物量10.54%.四种处理均表现出阻截氮磷淋溶效应的趋势,但程度各有不同,具体应用到实际农业生产中还需进一步研究.

微塑料(microplastics,MPs)作为一种新兴污染物,广泛存在于土壤中,并不断迁移转化,对土壤生态系统和生物多样性产生潜在风险.为了全面评估土壤MPs的环境风险,加强MPs污染的风险管控,讨论了土壤环境中MPs的类型,系统阐述了土壤MPs的载体效应和迁移行为,并从微生物、植物、动物以及人类四个方面综述了土壤MPs的潜在风险.土壤中MPs并不是单独存在的,MPs的潜在风险一方面来自其本身(颗粒和添加剂)的生物毒性,另一方面是其对共存污染物(有机污染物、重金属和致病菌等)的载体效应.在非生物(淋溶、重力)和生物等作用下,土壤中的MPs时刻都在经历着复杂的迁移过程,从而加剧了其对土壤生态系统的影响.由于粒径小,MPs很容易进入食物链并层层传递,从而对不同营养级生物的正常生理活动产生不利影响,包括影响土壤动植物的新陈代谢,生长,发育和繁殖.此外,MPs不仅在环境中存在,而且也在人体中被发现.MPs可通过饮食、呼吸或皮肤接触等途径进入人体,从而对人体可能产生一系列不良反应.虽然目前仍没有足够的证据证明MPs对人体的直接危害,但其潜在风险仍不容忽视.探讨了土壤MPs污染治理的策略,并对未来土壤微塑料污染的研究方向和重点进行了展望.研究将有助于加深入们对土壤微塑料污染的认识,并为更好地开展微塑料的毒理效应研究和风险评估提供科学线索和理论参考.

在掌握典型荒漠植物油蒿化学计量学特征沿随降水量变化的响应特征,并从叶片间的养分协调分配的角度阐明油蒿维持生产力的生物学机制,为气候变化背景下荒漠植被的演变预测提供依据.通过野外降水控制实验的方法,设置 6 个降水量梯度(减雨 70%、减雨 50%、减雨 30%、自然降水、增雨 30%和增雨 50%),分别测定不同降水量下油蒿群落生产力及叶片、土壤的化学计量参数.结果表明:1)降水量增加的情况下,油蒿群落土壤TP含量由于淋溶作用而显著降低;降水量减少情况下,油蒿林地土壤SOC、TN、TP含量并未改变.油蒿叶片的SOC、TN含量在降水增加时无显著变化、降水减少时含量增加,降水过多或过少都会降低叶片TP含量.2)不同成熟度的叶片养分元素含量对降水变化具有差异响应.成熟叶片养分含量容易受到环境的影响,幼叶养分元素含量较为稳定,在降水减少的情况下,油蒿优先将C、P分配给了幼叶,选择牺牲成熟叶以维持幼叶的生长.3)油蒿的生产力随降水量的增加而升高,油蒿ANPP在增雨 30%处理组达到最大值,但在增雨 50%时ANPP降低,这与过量的降水引发土壤养分流失有关.ANPP与幼叶TP含量相关性极显著,与成熟叶各元素含量相关性均不显著,由此可以推测,在降水变化的情境下,油蒿存在养分内在生物学调节机制以实现植株最优生产效率.

马尾松是西南地区的主要造林树种之一,对酸沉降比较敏感,在生产实践中常常在受酸沉降影响严重的针叶林地进行林分改造来应对酸沉降.为了解酸雨区马尾松纯林改造对土壤性质的影响及科学指导经营管理,本研究以重庆铁山坪马尾松纯林及改造后的马尾松-香樟混交林以及香樟纯林为对象,分不同季节采集腐殖质层(Ah层)和淋溶层(E层)的样品进行分析,探讨林分改造对土壤酸化及养分的影响.结果表明:(1)林型对Ah层土壤性质影响显著(P＜0.05),且Ah层土壤养分显著高于E层,季节对两个土层的土壤性质影响均显著(P＜0.05).(2)当马尾松纯林改造后,Ah层土壤各季节平均pH表现为马尾松纯林＜马尾松-香樟混交林＜香樟纯林;马尾松纯林改造后显著降低了土壤NH4+∶N(3-,可缓解土壤酸化.(3)虽然马尾松林改造后显著降低了土壤有机碳和全氮含量,但明显增加了土壤全磷和全钾含量(P＜0.05),可以为缺磷缺钾的铁山坪酸性土壤提供更多的磷和钾,从而缓解磷、钾限制对植物生长的抑制作用.(4)通过模糊综合法评价3种林型的土壤综合肥力指数,在0.585～0.664,马尾松纯林改造成马尾松-香樟混交林、香樟纯林,可以提高土壤肥力水平.

在亚热带人工林中,凋落物经常经历干湿交替的现象.本研究选取我国亚热带典型人工林中常见的6种落叶阔叶树、4种常绿阔叶树和2种常绿针叶树的凋落叶作为研究对象,采用40天室内培养试验设置了干旱(维持凋落叶∶水的重量比小于20∶1)、湿润(维持凋落叶∶水的重量比为1∶1)和干湿交替(干旱4天湿润4天共计5个循环)3个处理,测定了凋落叶源溶解有机碳(DOC)数量和光谱特性(SUVA254、SUVA280和SUVA350值)的变化以及凋落叶质量损失,探究干湿交替对凋落物源DOC数量和特性的影响.结果表明:(1)湿润和干湿交替处理的凋落叶质量损失均显著高于干旱处理,且干湿交替处理凋落叶的质量损失与湿润处理相当;(2)对于落叶和常绿阔叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量高于干旱处理,但低于湿润处理;对于常绿针叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量均低于干旱处理和湿润处理;(3)在培养期间,干湿交替处理凋落叶源DOC的SUVA254、SUVA280和SUVA350值均高于干旱处理,即芳香化程度更高.综上,干湿交替是亚热带人工林中凋落物源溶解有机碳数量和质量的重要影响因素.

高碱环境和土壤养分的匮乏严重限制了我国热带珊瑚岛土壤环境下植物的生长适应能力,因此,珊瑚砂改良对促进珊瑚岛植被恢复,维持珊瑚岛生态环境可持续健康发展具有重要意义.该研究通过室内土柱模拟试验,对比了同一梯度下 4 种常用土壤改良材料(蛭石、珍珠岩、生物炭和钙基膨润土)对珊瑚砂理化性质、氮素淋溶以及总氮含量的影响.结果表明,与对照(CK)相比,施用生物炭使珊瑚砂pH显著降低1.4%,钙基膨润土、生物炭和蛭石能够显著提高珊瑚砂的阳离子交换量至CK的24.21、10.43和9.43倍.同时,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石并不能降低以硝态氮形式为主的氮素淋失,但是能显著减少其他途径的氮素损失,从而达到促进珊瑚砂氮素固持的效果,3 种改良剂施用下的珊瑚砂总氮损失相较于CK分别降低了 40.92%、27.32%和 25.09%.因此,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石均能有效提高珊瑚砂土壤质量,对改良珊瑚砂和热带珊瑚岛植被恢复具有重要意义,其中生物炭的改良效果最为显著,是改良珊瑚砂的理想材料.

在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义.青藏高原灌丛面积分布广泛,地形和气候条件复杂,但目前对灌丛分布地区土壤碳氮含量、矿化作用强度及其影响因素等的认识较少.研究结合土壤理化分析和高通量定量PCR(quantitative microbial element cycling,QMEC)技术研究了青藏高原喜马拉雅山-冈底斯山地区不同类型灌丛土壤碳氮含量、碳氮矿化速率和相关功能基因的分布特征及其与植被、气候和土壤因子间的耦联关系.结果表明,不同类型灌丛土壤的有机碳、全氮含量、CO2释放速率、净氮矿化速率、碳氮矿化基因的丰度有显著差异.其中,位于青藏高原东南部的雪层杜鹃和香柏灌丛分布区土壤有机碳和全氮含量、CO2释放速率、净氮矿化速率显著高于位于中西部的变色锦鸡儿、金露梅和砂生槐灌丛地区,并与年平均降雨量显著正相关.然而,碳、氮矿化基因丰度分布趋势与之相反,在雪层杜鹃和香柏灌丛分布区丰度显著低于中西部的三类灌丛,且与年平均降雨量呈显著负相关,但与土壤pH呈显著正相关.同时pH与年平均降水量、湿润指数和土壤含水率均为显著负相关.这些结果表明降水可通过增加盐基离子淋溶,使土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加,引起土壤酸化,进而影响碳氮循环过程,导致不同类型灌丛土壤碳氮元素的赋存及其周转速率差异.同时,碳、氮矿化相关功能基因丰度各类群间呈现显著的正相关关系,表明土壤碳氮循环过程间紧密的耦联关系.这些结果为准确评估青藏高原土壤碳、氮库及其动态平衡提供了重要信息和参考依据.

我国甘蔗种植中存在过量施用氮肥现象.研究不同施氮量对甘蔗生物量和土壤无机氮含量的影响,对于制定合理的施氮量从而降低因氮素淋失而引起的环境污染风险具有重要意义.本研究采用田间试验,设置4个施氮处理为0(N0)、300(N300)、400(N400)和500 kg N·hm-2(N500,为当地常规施氮量),分别于2021年5月9日、5月19日、6月19日、7月20日、8月19日、9月21日、10月20日和11月19日采集土壤(0～10、10～20、20～40 cm)及测定甘蔗生物量,目的是研究不同施氮量对甘蔗苗期、分蘖期和伸长期生物量和土壤无机氮含量的影响.结果表明:6-11月,N400和N500处理中的甘蔗株高、茎生物量和根生物量显著高于N0处理;9月、10月和11月,N400和N500处理之间甘蔗株高和茎生物量没有显著性差异.甘蔗生长月份显著影响甘蔗株高及生物量,而氮肥施用量仅显著影响株高和根生物量.各施氮处理下的土壤硝态氮和铵态氮含量随土层深度增加而降低.0～10 cm 土层的硝态氮和铵态氮累积量普遍较低,20～40 cm土层的硝态氮和铵态氮累积量普遍较高.生长月份和氮肥施用量显著影响土壤铵态氮和硝态氮含量及累积量.在不同生长月份,N500处理中硝态氮和铵态氮累积量普遍高于其他施氮处理.因此,施肥量越高,无机氮淋溶损失风险越大.与常规施氮相比,适当减少氮肥用量不会显著影响甘蔗产量,但有利于降低土壤无机氮淋失风险.

为研究广西地区主要类型土壤对Pb的吸附解吸特征及其影响因素,采集湿润铁铝土、常湿富铁土、湿润富铁土、潮湿变性土、湿润淋溶土、湿润雏形土、潮湿变性土等7个亚纲9个土类表层土壤,通过等温吸附-解吸实验研究其对Pb的等温吸附与解吸特征及其影响因素.结果表明,供试土壤Pb的等温吸附曲线均可用Langmuir和Freundlich方程进行拟合,拟合相关系数分别为0.926-0.998和0.845-0.998,相关性均达到极显著水平.土壤铅的吸附量在不同铅浓度之间存在显著差异,钙积潮湿变性土在不同原始铅浓度下的吸附量显著高于其他类型土壤.不同类型土壤对铅最大吸附量介于(2776±23)-(19447±4)mg·L-1之间,钙质湿润富铁土＞铁质湿润淋溶土＞钙积潮湿变性土＞简育潮湿变性土＞黏化湿润富铁土＞铝质湿润雏形土＞黄色湿润铁铝土(花岗岩发育)＞简育常湿富铁土＞黄色湿润铁铝土(浅海沉积物发育).土壤Pb最大吸附量与pH、CEC、游离氧化铁、黏粒、粉粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关,土壤pH和CEC是影响Pb最大吸附量的主要因素.土壤铅的解吸率呈现出随原始铅浓度增加而增加的趋势.

不同林型土壤的酸化缓冲能力不同,真菌在土壤系统中扮演着重要的角色,而对土壤真菌群落结构和组成与土壤酸化的关系缺乏深入研究.以重庆铁山坪林场的马尾松纯林(Pi)和经马尾松纯林改造后的香樟纯林(Ci)、木荷纯林(Sc)、马尾松-香樟混交林(Pi_Ci)以及马尾松-木荷混交林(Pi_Sc)为研究对象,每个林型分别设置4个20 mx20 m的样地,分别采集腐殖质层(O层)和淋溶层(A层)土壤进行土壤性质及真菌群落分析,以探讨酸雨区森林土壤真菌群落与缓解土壤酸化的关系.研究表明:(1)与Pi相比,Ci 土壤酸化明显缓解(高pH低NH4:NO3),且能有效提高土壤全磷(TP)含量;而Sc虽然土壤pH值与Pi没有显著差异,但显著(P＜0.05)提高了 NH4:NO3,且显著降低土壤TP和全钾(TK)含量(P＜0.05);(2)不同林型土壤真菌群落多样性以Ci最为丰富,且表征土壤酸化的指标pH值、阳离子交换量(CEC)与真菌多样性显著正相关(P＜0.05),NH4:NO3与多样性显著负相关(P＜0.05);(3)林型和土层都对真菌群落结构有显著影响(P＜0.001),且林型的影响大于土层的影响;而土壤酸化程度将五个林型的土壤真菌群落区分成两个大类:Ci和Pi_Ci;Pi,Se以及Pi_Sc.(4)Ci中有益菌(如Mortierella)更多,Pi以外生菌根真菌占优势(Russulaceae、Russula、Tomentella 以及 Sebacina);Sc 以及 Pi_Sc 则含有更多的植物病原菌(Cladophialophora,Paecilomyces,Venturiales)、嗜酸菌及产酸菌(Paecilomyces,Penicillium).在酸雨区受损马尾松林地种植香樟促进土壤真菌多样性提高,且产酸真菌、嗜酸菌丰度降低,而有益真菌丰度增加,可有效缓解土壤酸化;而种植木荷后土壤中的病原菌、嗜酸菌和产酸菌相对丰度增加,导致土壤进一步酸化.因此,通过将受酸雨损害严重的马尾松纯林改造成香樟纯林或马尾松-香樟混交林,有助于缓解土壤的酸化,实现酸雨区森林生态系统的可持续发展.