培肥措施对复垦土壤微生物碳氮代谢功能多样性的影响

土壤复垦是矿区生态环境恢复和耕地总量平衡及质量提升的根本要求。本研究依托山西襄垣采煤塌陷区复垦定位试验基地，采用Biolog-ECO方法和荧光定量PCR技术，研究了不施肥（CK）、单施化肥（CF）、单施有机肥（M）和有机无机培肥（MCF）4种培肥措施下复垦4年和8年土壤微生物碳代谢功能多样性及氮代谢功能基因丰度的变化特征。结果表明，随复垦年限增加，单施有机肥较其他处理可显著提高复垦土壤微生物的总碳源利用能力；不同处理复垦土壤微生物碳源相对利用率总体表现为氨基酸类>糖类>聚合物类>羧酸类>双亲化合物类>胺类，其中单施有机肥更大程度上提高了羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用率；复垦年限和培肥措施没有改变复垦土壤微生物优势度指数，但有机无机配施较其他处理可显著提高香浓指数（H′）和Pielou均匀度指数；不同处理复垦土壤氮转化功能基因丰度总体表现为amoA（AOA）> amoA（AOB）>nisS、nirK> nifH，5种功能基因丰度均为以有机无机培肥处理最高，且随复垦时间增加而增加；复垦土壤有机质含量与nirS、nirK、nifH基因丰度以及AWCD值存在显著相关性，相关系数在0.707～0.807，同时5种氮转化功能基因丰度均与玉米产量存在显著或极显著的相关性，相关系数在0.824～0.949。综上所述，单施有机肥可提高土壤有机质含量，进而增强了复垦土壤碳代谢强度，有机无机培肥则更有利于复垦土壤碳氮代谢功能多样性的提升，并促进作物产量形成。     

采用全卷积神经网络与Stacking算法的湿地分类方法

高精度湿地制图对湿地生态保护与精细管理具有重要的支撑作用。针对传统湿地分类方法的精度不高和泛化能力弱等问题，提出了一种联合全卷积神经网路（fully convolutional neural network，FCN）与集成学习的湿地分类方法。首先利用全卷积神经网络（SegNet、UNet及RefineNet）对GF-6影像的语义特征进行提取与融合，然后利用Stacking集成算法对融合后的特征进行判别和分类。结果表明，联合全卷积神经网络与Stacking算法能有效提取湿地信息，总体分类精度为88.16%，Kappa系数为0.85。与联合全卷积神经网络与单一机器学习RF、SVM与kNN算法相比，该文提出的湿地分类方法在总体分类精度上分别提高了4.87%，5.31%和5.08%；与联合单一全卷积神经网络（RefineNet、SegNet、UNet）与Stacking算法下的湿地分类结果，该文提出的湿地分类方法在总体分类精度上分别提高了2.78%，4.48%与4.91%；该文方法一方面能通过卷积神经网络提取遥感影像深层的语义特征，另一方面通过集成学习根据各分类器的表征性能进行合理的选择并重组，从而提高分类精度及其泛化能力。该方法能为湿地信息提取及土地覆盖分类方法的研究提供参考。     

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014-2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R)和旋耕后再深松35 cm处理(S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田(3350 kg/hm^2,B)和秸秆全量还田(6700kg/hm^2,Q)两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0-100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理(P <0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著(P <0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9%(P <0.05)。在4年中深松耕作处理的0-100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。     

连续秸秆–紫云英协同还田对双季稻产量、养分积累及土壤肥力的影响

  【目的】  水稻秸秆和紫云英是稻田系统重要的原位有机肥源，明确长期连续秸秆–紫云英协同还田后水稻增产趋势、养分积累和土壤肥力变化特征，以便对秸秆和绿肥资源进行综合利用。  【方法】  本试验为3年连续大田试验 (2016―2018年)，以双季稻为研究对象，设置3个处理:1）早、晚稻秸秆不还田，冬季不种植紫云英 (CK)；2）早、晚稻秸秆全量还田，冬季不种植紫云英，即秸秆单独还田 (T1)；3）早、晚稻秸秆全量还田，冬季种植紫云英，即秸秆–紫云英协同还田 (T2)。各处理均施用等量化肥。  【结果】  相对于对照，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田周年轮作下水稻产量分别增加1.93%～9.15%和1.34%～12.48%，且连续秸秆–紫云英协同还田周年增产效果随着试验年份的增加而增加。不同年份间水稻产量变异系数和可持续性指数分析表明，连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田均有利于双季稻持续性高产稳产，其中秸秆–紫云英协同还田效果优于秸秆单独还田。连续3年6季还田后，秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田对水稻产量的贡献率分别为6.92%和11.10%，其中秸秆–紫云英协同还田处理比秸秆单独还田处理高76.47%。与产量变化趋势一致，连续秸秆–紫云英协同还田不仅有利于早稻氮、磷、钾养分积累，对晚稻养分积累也有一定的后效作用。与试验初始土壤养分含量相比，2018年晚稻收获后，对照土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别降低了9.03%、11.11%、3.87%和10.57%。而相对于对照，连续秸秆–紫云英协同还田处理土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加了20.51%、25.00%、24.16%和20.37%；相对于秸秆单独还田处理有机碳、全氮和有效磷含量分别增加了2.73%、7.14%和14.19%。  【结论】  在双季稻轮作系统中，连续秸秆–紫云英协同还田有利于早稻和晚稻获得高产和稳产，同时增加早稻氮、磷、钾养分积累，提高土壤有机碳、全氮和有效磷含量，是综合利用秸秆和绿肥资源较好的方式。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

Microbiological analysis of cadmium-contaminated sediments during biostabilization with indigenous sulfate-reducing bacteria

Purpose

Sulfate-reducing bacteria (SRB) have received particular attention in the bioremediation of sediments contaminated with heavy metals. In this study, indigenous SRB were used to stabilize Cd in sediments spiked with different Cd concentrations (≤ 600 mg kg^?1).

Materials and methods

The study investigated the Cd leaching efficiency from sediments after 166 days (d) of biotreatment and assessed the bacterial community and bacteria relationship in sediments during SRB biostabilization.

Results and discussion

The study found that the Cd leaching efficiency of sediments was reduced by 18.1–40.3% (29.4 ± 8.7%) after 166 days of biotreatment. During the biostabilization, the bacterial community in sediments significantly changed, particularly after 61 days of biotreatment. At the family level, the identified dominant bacteria (mean abundance > 3%) included Bacillaceae, norank Nitrospira, Anaerolineaceae, Nitrospinaceae, Streptococcaceae, and Hydrogenophilaceae. The study also speculated the complex relationships between these bacteria. The relative abundance of Desulfobacteraceae and Desulfobulbaceae in sediments was enhanced after biotreatment. Bacillaceae and Streptococcaceae may play a negative role in Cd biostabilization and inhibited SRB biological activity. However, Anaerolineaceae and Hydrogenophilaceae may have commensalism and mutualism relationships, respectively, with typical SRB. The presence of Nitrospinacea and norank Nitrospira may reduce the inhibitive effect of denitrifying bacteria on SRB, thereby exhibiting a positive effect on biologic sulfate reduction and Cd biostabilization.

Conclusions

Indigenous SRB treatment increased Cd stability in sediments and changed bacterial community. During SRB biostabilization, complex relationships between bacteria in sediments were speculated, including competition, syntrophism, and antagonism. These results provide insights for better regulating and controlling SRB biostabilization.

     

Mechanisms behind soil N dynamics following cover restoration in degraded land in subtropical China

Purpose

Nitrogen (N) is an important nutrient for re-vegetation during ecosystem restoration, but the effects of cover restoration on soil N transformations are not fully understood. This study was conducted to investigate N transformations in soils with different cover restoration ages in Eastern China.

Materials and methods

Soil samples were collected from four degraded and subsequently restored lands with restoration ages of 7, 17, 23, and 35 years along with an adjacent control of degraded land. A ¹⁵N tracing technique was used to quantify gross N transformation rates.

Results and discussion

Compared with degraded land, soil organic carbon (SOC) and total N (TN) increased by 1.60–3.97 and 2.49–5.36 times in restoration land. Cover restoration increased ammonium and nitrate immobilization, and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) by 0.56–0.96, 0.34–2.10, and 0.79–3.45 times, respectively, indicating that restoration was beneficial for N retention. There were positive correlations between SOC content and ammonium and nitrate immobilization and DNRA, indicating that the increase in soil N retention capacity may be ascribed to increasing SOC concentrations. The stimulating effect of SOC on ammonium immobilization was greater than its effect on organic N mineralization, so while SOC and TN increased, inorganic N supply did not increase. Autotrophic and heterotrophic nitrification increased with increasing SOC and TN concentrations. Notably, heterotrophic nitrification was an important source of NO₃^??N production, accounting for 47–67% of NO₃^??N production among all restoration ages.

Conclusions

The capacity of N retention was improved by cover restoration, leading to an increase in soil organic carbon and total N over time, but inorganic N supply capacity did not change with cover restoration age.

     

林木氮素吸收偏好性及其形成机制研究进展

森林土壤中可被林木吸收利用的氮（N）素主要以铵态氮（NH₄+-N）和硝态氮（NO₃--N）的形态存在。受全球气候变暖、氮沉降和人类活动等因素的影响，NH₄+和NO₃-的分布存在很大的时间波动性和空间异质性，且NH₄+-N和NO₃--N亏缺已成为限制林地生产力的主要因素。在森林土壤N亏缺和N异质分布的逆境中，在林木长期进化过程中形成了对不同形态N素的吸收偏好，且这种吸收偏好会随生长环境条件而发生改变。特别是对于NH₄+和NO₃-这2种主要形态的偏好选择性已被证明是决定林木生产力、竞争、共存和生态演替的重要因素之一。对不同树种在N异质分布环境下的N吸收偏好和形成机制的研究，是揭示林木N素营养遗传特性和提高林地N素利用效率的关键。文中从森林土壤中N的主要形态及其分布特征、林木对不同形态N素的吸收偏好和形成机制、林木N吸收偏好的影响因素3个方面进行总结阐述，并对未来研究方向进行展望，以期为我国人工林培育中不同树种的造林配置和合理N素施肥技术提供理论依据和参考。     

基于农村土地流转的山地土地增值模式调查与研究——以安康市镇坪县千山庄园为例

新时代农业进行集约化、专业化、组织化和社会化经营管理是农村经济发展的重要保障。其中，农村土地流转制度的创新是发展农村经济、脱贫攻坚以及提高土地生产效率的有效途径。以安康市镇坪县千山庄园为例，对土地流转模式、千山庄园土地流转的优势进行分析，并在此基础上提出集约化、产业化的千山庄园经营思路。      

不同青贮玉米大喇叭口期和成熟期耐盐碱性综合评价

以25个不同青贮玉米品种为试验材料，在宁夏银川北部盐碱地，通过测定不同品种大喇叭口期和成熟期的表型性状和光合气体交换参数进行耐盐碱性鉴定，并利用主成分分析和模糊隶属函数法对不同青贮玉米的耐盐碱强弱进行综合评价。结果表明：各青贮玉米品种处于不同生育期时对盐碱的敏感程度不同（发育阶段性），同一时期不同品种之间耐盐碱性也存在着差异（品种特异性）。根据综合评价值（D值）大小，将耐盐碱性分为三级：D值大于0.6为强耐盐碱性材料；D值在0.2~0.6之间为中耐盐碱性材料；D值低于0.2为对盐碱敏感的材料。其中，在大喇叭口期时具有强耐盐碱性的材料有：科多8号、桂青贮1号和133-2/1528，D值分别为0.770、0.705和0.614；在成熟期时具有强耐盐碱性的材料有：H14/A18和桂青贮1号，D值分别为0.761和0.728；而表现为敏盐性的材料为H14/1528，D值在大喇叭口期和成熟期时分别为0.140和0.155；其余品种均属于中度耐盐碱材料，D值处于0.2~0.6之间。