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环境科学 2025年第1期46卷 570-578页

作者：沈心涛涂保华刘朝阳赵远丁骥贤梁玉婷常州大学环境科学与工程学院常州213164 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008

红壤在我国农业耕地资源中占据重要地位,但其低pH值、铝含量高和磷素利用效率低等特性限制了酸性红壤的农田生产力.植物根系具有显著的可塑性,不仅能够吸收水分和养分,还能通过自身或根际微生物诱导调控根系构型,以应对生物和非生物胁迫... 详细信息

红壤在我国农业耕地资源中占据重要地位,但其低pH值、铝含量高和磷素利用效率低等特性限制了酸性红壤的农田生产力.植物根系具有显著的可塑性,不仅能够吸收水分和养分,还能通过自身或根际微生物诱导调控根系构型,以应对生物和非生物胁迫.根际益生微生物(包括丛枝菌根真菌、根瘤菌等植物根际促生菌和合成微生物群落)通过调控植物根系构型来促进植物耐逆性,其主要调控作用包括:产生激素、释放挥发性有机物、固氮、溶磷和改善根际土壤结构等机制.以上机制可以影响根系生物量、根系分支、侧根和根毛的生长.进一步探讨了植物根系构型及根际微生物的可视化新方法,为研究根际微生物调控根系构型提供了技术支持.在酸性土壤条件下,根际微生物作为重要的调控策略,可以通过调整植物根系构型提高酸性土壤生产力,是改善酸性土壤障碍因子的潜在解决途径.

关键词：酸性土壤铝毒根系构型(RSA) 根际微生物 X射线CT

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河套灌区盐渍土壤原核生物群落特征及其潜在功能研究

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土壤学报 2024年第2期61卷 527-538页

作者：张璐杨劲松姚荣江王相平谢文萍土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应,对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象,结合土壤基本理化性质分析... 详细信息

辨明盐渍土原核生物群落特征及潜在功能对盐渍化程度和土地利用类型的响应,对理解盐渍土壤元素循环与植物互馈效应、构建良性循环农田生态系统具有重要意义。以河套灌区不同盐渍化程度的农田和荒地为研究对象,结合土壤基本理化性质分析与原核生物高通量测序方法,探究盐渍化土壤中原核生物的群落组成特征、环境驱动要素及其潜在功能。结果表明,农田土壤盐渍化程度显著低于荒地,其原核生物多样性更高,尤其是富集了大量农田特有的ASV(扩增子序列变体,amplicon sequence variant);原核生物的群落组成在农田和荒地间差异最大,并主要受到土壤电导率(EC)、pH和有机质(SOM)等环境因子的驱动。基于群落组成和功能预测的差异分析结果表明,盐渍化农田中具有较高丰度的氮循环相关微生物以及潜在的植物促生菌,如亚硝化球菌(Nitrososphaeraceae)、亚硝化单胞菌(Nitrososmonadaceae)、诺卡氏菌(Nocardioidaceae)和鞘氨醇单胞菌(Sphingomonadaceae)等;而盐碱荒地富集了以盐杆菌(Halobacterota)为代表的古菌和具有烃类化合物分解功能的原核生物类群。本研究对于明晰北方灌区盐渍土原核生物群落特征与土壤微环境的互馈关系、揭示土壤养分周转对提升土壤-植物-微生物跨域有益协同具有指导意义。

关键词：盐渍土河套灌区原核生物土地利用类型盐杆菌门

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吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林土壤质量演变

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生态学杂志 2024年第2期43卷 433-444页

作者：蔺兴武朱建国谢祖彬土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

土壤质量演变与森林次生演替紧密关联,研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变,可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象,探讨了森林次生演替过程中土... 详细信息

土壤质量演变与森林次生演替紧密关联,研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变,可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据。本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象,探讨了森林次生演替过程中土壤指标变化趋势及土壤质量演变特征。研究发现,土壤全碳和全氮在森林次生演替过程中表现为协同演变,而其他土壤指标随森林演替并不存在统一的响应模式。主成分分析表明,成熟林和老龄林土壤特征逐渐远离中龄林和近熟林。0~10 cm土层土壤质量指数在不同演替阶段之间无显著性差异,而成熟林10~20 cm土层的土壤质量指数显著低于其他3个演替阶段。土壤质量指数具有随阔叶树种比例的增加而增加的趋势,阔叶树种比例可以解释10~20 cm土层63.3%的土壤质量指数变异(P<0.001)。可见,阔叶树种与针叶树种构成比例的改变可能是影响温带针阔混交林次生演替过程中土壤质量演变的重要因素之一。因此,长白山林区温带针阔混交林的森林恢复与经营时,适度增加阔叶树种比例可能有利于土壤质量的维持。

关键词：长白山林区次生演替土壤性质主成分分析土壤质量指数

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生物质炭负载硫化纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中典型恶臭苯系物的规律与机制

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土壤学报 2025年第1期62卷 127-140页

作者：李炎璐杨兴伦卞永荣马智勇谷成刚宋洋相雷雷王芳蒋新土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 中国科学院大学北京100049

纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物,实现BTEX的高效去除并探究其降解机理具有重要的环境... 详细信息

纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物,实现BTEX的高效去除并探究其降解机理具有重要的环境意义。本研究建立了以生物质炭负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@BC)为活化剂的过硫酸盐氧化体系,探究不同条件下BTEX的降解效果,并与其他材料催化PS降解体系的效果进行了比较。同时,基于化学探针实验、电子顺磁共振实验(EPR)及吹扫捕集–气质联用法(PT-GC-MS)测定的转化产物推测BTEX可能的降解途径。结果表明,S-nZVI@BC/PS体系在pH=3、S/Fe=1/4、Fe/C=1/2、材料投加量为0.01 g·g^(–1)、PS浓度为30 mmol·L^(-1)时对土壤中BTEX均有着95%以上的降解效果;S-nZVI@BC/PS体系下苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的降解率在2 h内分别可达到96.7%、98.5%、96.9%、98.4%;S-nZVI@BC催化体系在所研究的五种不同催化剂体系表现最佳,即催化效果表现为:PS研究可为土壤中恶臭污染物高效降解技术的建立提供理论支撑。

关键词：苯系物过硫酸盐硫化纳米零价铁生物质炭自由基降解机理

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东北黑土区旱地土壤剖面除草剂残留及其影响因素

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中国环境科学 2025年第1期45卷 243-252页

作者：刘汉强李睿菅乐胡文友谢恩泽黄标赵永存中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京211135 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学中丹学院北京101400

为探究除草剂在农田土壤中的纵向残留状况,以东北黑土区14个典型旱地土壤剖面(0~100cm)为研究对象,对不同深度土壤中57种除草剂残留进行测定,分析除草剂垂直分布特征及其影响因素.结果表明:不同土地利用方式的除草剂施用策略主导了其残... 详细信息

为探究除草剂在农田土壤中的纵向残留状况,以东北黑土区14个典型旱地土壤剖面(0~100cm)为研究对象,对不同深度土壤中57种除草剂残留进行测定,分析除草剂垂直分布特征及其影响因素.结果表明:不同土地利用方式的除草剂施用策略主导了其残留特征.玉米地常用的烟嘧磺隆在0~60cm土层中的残留水平明显高于其他除草剂;除草剂辛醇~水分配系数与其在表层土壤(0~20cm)中的分布比例负相关(P<0.001),除草剂降解周期与其在深层土壤(80~100cm)中的分布比例呈正相关(P<0.05);在表层土壤中,土壤pH值与除草剂分布比例呈负相关(P<0.05).深层土壤中,土壤容重与除草剂分布比例呈负相关(P<0.05);夏季降雨促进了土壤剖面中除草剂的纵向迁移.研究结果可为我国黑土地农田土壤除草剂残留阻控与风险管理提供数据支撑和科学依据.

关键词：黑土地除草剂土壤剖面残留特征影响因素

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有机物料还田对稻田土壤细菌群落和水稻产量的影响

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环境科学 2025年第1期46卷 543-550页

作者：卞清孙波李大明谢祖彬王晓玥中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 江西省红壤及种质资源研究所南昌330000

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响,依托于40 a红壤性水稻土有机肥定位试验,选择不施肥(CK)、施化肥(NPK)、施化肥+紫云英(NG)、施化肥+紫云英+猪粪(NGM)和施化肥+紫云英+稻草(NGS)这5个处理,开展... 详细信息

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响,依托于40 a红壤性水稻土有机肥定位试验,选择不施肥(CK)、施化肥(NPK)、施化肥+紫云英(NG)、施化肥+紫云英+猪粪(NGM)和施化肥+紫云英+稻草(NGS)这5个处理,开展相关研究.结果表明,有机物料还田显著提高了土壤SOC、TN和TP等养分含量和水稻产量,其中NGM处理影响最大.并且有机物料还田显著改变了微生物群落组成,主要表现为:变形菌门,特别是α-变形菌,以及放线菌门的相对丰度增加,而硝化螺旋菌门的相对丰度减少. PICRUSt2功能预测分析结果表明,有机物料还田增加了编码淀粉(amyA)、纤维素(bglX、bglB、endoglucanase)和半纤维素(xylA、xynA)等与易分解碳降解相关的功能基因的丰度,同时也增加了编码脲酶(ureA、ureB和ureC)、谷氨酸脱氢酶(gdhA)和谷氨酰胺酶(aspQ)等与有机氮矿化相关的功能基因的丰度.基于随机森林模型分析,影响水稻产量的理化和生物因子包括:TP、SOC、pH、TN、DON、细菌群落组成以及有机碳降解功能基因和有机氮矿化功能基因的相对丰度. PLS-PM结果进一步表明,有机物料还田下,SOC和TP含量的增加通过改变细菌群落结构,特别是增加了α-变形菌和放线菌等富营养型细菌的相对丰度,增加了土壤有机碳、氮分解相关功能基因的相对丰度,促进养分循环,从而提高水稻产量.

关键词：红壤性水稻土有机物料还田细菌群落结构功能基因水稻产量

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生物炭对上覆水光化学及吡虫啉转化的机制

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农业环境科学学报 2024年第8期43卷 1732-1742页

作者：李马波曾宇陈宁王玉军方国东中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049

为探究施用生物炭对稻田上覆水光化学过程及吡虫啉(IMD)转化的影响机制,本研究于2022年6月至9月开展大田实验,设置单施化肥(CK)、稻壳生物炭(25%RH)和玉米秸秆生物炭(25%CS)3种处理,检测各处理上覆水中光敏物质含量及性质、活性组分分布... 详细信息

为探究施用生物炭对稻田上覆水光化学过程及吡虫啉(IMD)转化的影响机制,本研究于2022年6月至9月开展大田实验,设置单施化肥(CK)、稻壳生物炭(25%RH)和玉米秸秆生物炭(25%CS)3种处理,检测各处理上覆水中光敏物质含量及性质、活性组分分布及IMD光解速率的变化。结果表明,相较于单施化肥处理,施用稻壳生物炭和玉米秸秆生物炭显著促进了活性组分的产生,羟基自由基(·OH)、三重激发态溶解性有机质(3 DOM*)和单线态氧(1 O_(2))的稳态浓度分别提高了0.92%~71.97%、21.29%~137.00%和10.42%~370.24%,且在育苗期上覆水光致活性组分的增加比分蘖期更为显著;进一步解析了生物炭促进活性组分产生的机制,紫外-可见及三维荧光光谱的结果表明,同化肥处理相比,施用生物炭显著增加了上覆水中类富里酸和类色氨酸等有机质生色团的含量,该组分的增加是生物炭促进上覆水光致活性组分产生的主要原因;此外,相较于化肥处理,生物炭的施用也显著促进了杀虫剂IMD的降解,其一级降解速率从1.72×10^(-2) h^(-1)提高到3.76×10^(-2) h^(-1),自由基淬灭实验证实了·OH、^(3)DOM*和1 O_(2)对吡虫啉降解的贡献分别为41.78%、62.70%和9.76%。施用生物炭有利于稻田上覆水中生色团和荧光物质的积累,从而促进了上覆水光化学过程,并提高RIs浓度,进而加速IMD降解,其中玉米秸秆生物炭对提高上覆水中光致活性组分稳态浓度和IMD降解速率效果更强。

关键词：生物炭光致活性组分自由基溶解性有机质吡虫啉

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凹凸棒石基钴钨水滑石吸附铅的性能及机理

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化工进展 2025年第1期44卷 596-606页

作者：张炜黄赳朱晓芳李鹏中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008

采用一步水热法将片状Co W-LDH锚定在凹凸棒石(ATP)表面,制备了具有微纳米花簇片状结构的Co W-LDH/ATP复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征其微观形貌与物相组成,并对实验室条件下模拟含铅... 详细信息

采用一步水热法将片状Co W-LDH锚定在凹凸棒石(ATP)表面,制备了具有微纳米花簇片状结构的Co W-LDH/ATP复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征其微观形貌与物相组成,并对实验室条件下模拟含铅废水中Pb^(2+)的吸附性能与机理进行了系统研究。废水中Pb^(2+)吸附处理实验结果表明,Pb^(2+)初始浓度为5.0mg/L、pH=6条件下,经20min吸附处理,Pb^(2+)去除效率达约99%;Co W-LDH/ATP复合材料对Pb^(2+)表现出显著的吸附选择性,分配系数Kd为938.51L/g,且水体共存阴离子对Pb^(2+)吸附干扰小。Co W-LDH/ATP复合材料Pb^(2+)饱和吸附容量为872.07mg/g,显著高于文献报道的凹凸棒石基材料。除此之外,经8次吸附-解吸后,Pb^(2+)去除效率仍保持在94%以上,表明Co W-LDH/ATP复合材料具有较好的循环稳定性。Pb^(2+)吸附机理研究表明,Co W-LDH/ATP复合材料对Pb^(2+)的去除主要通过含氧基团与Pb^(2+)之间的金属-氧键络合作用和配位截留作用。本研究制备的Co W-LDH/ATP复合材料,具有吸附速率快、选择性好、吸附容量高的优势,研究结果可为废水Pb^(2+)污染规模化治理提供理论依据和技术支撑。

关键词：钴钨水滑石凹凸棒石铅离子吸附剂吸附机理

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不同气候条件下土壤有机碳水热响应驱动机制研究

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土壤学报 2024年第5期61卷 1260-1270页

作者：黄伟根倪浩为黄瑞林王晓玥孙波梁玉婷土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 中国科学院大学北京100049

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统中最大的碳库,其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而,关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台,开展了一项8年的土壤移置试验,其中将寒温带... 详细信息

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统中最大的碳库,其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而,关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台,开展了一项8年的土壤移置试验,其中将寒温带地区(中国海伦)的黑土剖面移置到温带和中亚热带地区(即封丘和鹰潭)来模拟土壤水热条件增加。水热增加提高了植被生物量,地上部植株C/N与微生物酶活性;降低了土壤有机碳、全氮、微生物残体碳(MNC)和活性矿物的相对含量。并且,微生物残体碳对有机碳的贡献也随着水热条件的增加而降低。通过计算ΔMNC/ΔSOC以表征水热增加后微生物残体碳损失速率。结果发现,ΔMNC/ΔSOC随着水热条件的增加而显著增加,封丘地区为72.50%±9.35%,而在鹰潭达到了82.67%±2.37%。重要的是,土壤活性矿物的变化与ΔMNC/ΔSOC呈强烈的负相关关系,突出了矿物保护在调控ΔMNC/ΔSOC发挥的关键作用。这些结果表明,水热增加降低了土壤矿物对微生物残体碳的保护和/或刺激了土壤中微生物对微生物残体碳的利用,通过减少微生物残体碳促进了有机碳的显著损失。

关键词：水热增加土壤有机碳微生物残体碳微生物残体碳损失速率矿物保护

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铝氧化物对层状硅酸盐矿物和红壤酸化过程中铝活化的影响

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土壤学报 2024年第6期61卷 1557-1567页

作者：李科伟徐仁扣土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 中国科学院大学北京100049

层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源,二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物... 详细信息

层状硅酸盐矿物和铝氧化物是土壤酸化过程中铝活化的主要来源,二者也是土壤中化学反应较为活跃的部分。关于铝氧化物对层状硅酸盐矿物和土壤酸化过程中铝活化的影响及机制还有待深入研究。本文利用恒pH自动电位滴定仪精确控制模拟矿物和土壤悬液的pH,研究了三水铝石对高岭石、无定形铝氧化物对高岭石和蒙脱石酸化过程中铝活化的影响;此外,还研究了两种铝氧化物和两种层状硅酸盐矿物在不同pH条件下的铝活化动力学;最后,选择了一种第四纪红黏土发育的红壤进行了包铝处理,研究了包铝对土壤铝活化的影响。结果表明,三水铝石对高岭石酸化过程中铝活化有促进作用。而包铝处理对高岭石酸化过程中交换性铝的产生有抑制作用,对水溶性铝的产生有促进作用。对于蒙脱石,无定形铝氧化物主要对交换性铝的产生有明显的促进作用。4种矿物的铝活化动力学结果表明,矿物铝释放的难易程度为:无定形铝氧化物>蒙脱石>高岭石>三水铝石。土壤包铝处理后,在pH4.3条件下,土壤交换性铝和水溶性铝含量均明显增加,水溶性铝含量增加幅度更大。这与高岭石包铝处理后的结果一致,主要原因是该土壤中的主要黏土矿物为高岭石。因此,铝氧化物对不同层状硅酸盐矿物铝活化有不同影响,主要与矿物的本性有关(如1︰1或2︰1型矿物)。而对于土壤酸化过程中铝活化的影响主要与其所含黏土矿物类型有关。

关键词：土壤酸化高岭石蒙脱石三水铝石铝氧化物铝活化

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