黄土高原旱区绿肥定位试验土壤化学性质及酶活性特征研究

【目的】研究绿肥和施氮对黄土高原土壤化学性质和酶活性的影响,以期从酶学角度筛选最佳绿肥品种和施氮量。【方法】样地位于2008年开始的黄土高原长武绿肥长期定位试验站,于2012年6月和9月采集土样,研究不同绿肥品种(大豆、绿豆、怀豆和休闲)及不同施氮量(不施氮肥和施氮量为当地常规施氮量135kg/hm2的80%,100%,120%)条件下,土壤化学性质(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)和5种酶(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶)活性的变化。【结果】种植和翻压绿肥显著提高了土壤有机质、碱解氮和速效磷含量,对速效钾含量提升效果不明显。除大豆降低了土壤脱氢酶活性外,绿肥均显著提高了5种土壤酶活性,其中怀豆处理土壤总体酶活性增幅最大,绿豆、大豆处理次之,且均显著高于休闲处理。随着施氮量的增加,土壤蔗糖酶、脲酶(6月除外)、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性总体降低,碱性磷酸酶活性变化幅度较小;绿肥和施氮量对土壤酶活性具有较强的交互作用。种植和翻压绿肥后,土壤酶活性和土壤化学性质之间有一定相关关系,且大多达显著或极显著水平。【结论】在黄土高原旱地怀豆是一种可推广的优质豆科绿肥;种植和翻压绿肥后可减少氮肥施用量,氮肥最佳用量以108kg/hm2为宜。     

不同pH下碱性磷酸酶对As(Ⅴ)污染的响应

【目的】分析不同pH下砷(As(Ⅴ))对碱性磷酸酶活性的影响,为砷污染监测提供理论依据。【方法】采用室内模拟方法,研究不同pH条件下不同状态(游离态、固定态、土壤)碱性磷酸酶活性与砷污染之间的关系。【结果】同一As(Ⅴ)质量浓度下,pH为7.0~10.0时,碱性磷酸酶活性逐渐增大。As(Ⅴ)明显抑制碱性磷酸酶活性,其对游离态碱性磷酸酶的抑制幅度最大,对土壤碱性磷酸酶抑制幅度最小。砷对碱性磷酸酶的毒性随pH升高而增强。砷质量浓度(C)与碱性磷酸酶活性(E)之间的关系可以用模型E=A/(1+B×C)(A,B为系数)较好表征,揭示出在供试pH范围内碱性磷酸酶在一定程度上均可作为砷污染程度评价指标,且砷对碱性磷酸酶的作用机理为完全抑制作用。与游离态碱性磷酸酶相比,固定态及土壤碱性磷酸酶对砷敏感度降低,pH 10.0条件下游离态、固定态及土壤碱性磷酸酶临界生态剂量值分别为2.60,13.48和20.40mg/kg,远低于国家《土壤环境质量标准》(1995年)中砷的三级污染临界值。【结论】碱性磷酸酶可作为砷污染的监测指标,其对砷污染程度的反应更加灵敏;砷污染条件下,酶载体土壤起到了缓冲作用和保护作用,最终改变了砷的生物毒性。     

岩溶石漠化区人工植被类型对土壤团聚体生态化学计量特征的影响

围绕人工植被类型对土壤理化性质的影响,采集了4种人工植被类型(云南松+银木荷人工混交林、柏木+银木荷人工混交林、干香柏人工纯林、云南松人工纯林)恢复18 a的石漠化区土壤,探究不同植被类型土壤团聚体分布特征、碳氮磷质量分数及其生态化学计量特征,为科学构建岩溶石漠区生态恢复措施提供理论依据.结果显示:各人工植被类型土壤团聚体质量百分比从高到低为0.25～2.00 mm(41.69％)、>2.00 mm(33.91％)、<0.25 mm(24.40％).4种人工植被类型土壤团聚体有机碳、全氮、全磷平均质量分数分别为16.32、1.16、0.30 g·kg-1,土壤碳、氮、磷质量分数由大到小均为干香柏人工纯林、柏木+银木荷人工混交林、云南松+银木荷人工混交林、云南松人工纯林.团聚体粒径、林型以及粒径与林型的交互作用均对土壤碳氮磷质量分数有显著影响,但对土壤(C):w(N)无显著影响,粒径、林型对土壤w(C):w(P)、w(N):w(P)有显著影响.各粒径土壤团聚体碳氮磷质量分数主要集中于0.25～2.00 mm粒径,各粒径土壤团聚体碳、氮、磷比值差异不显著.相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和全磷质量分数具有极显著正相关关系(P<0.01).w(C):w(P)与有机碳、全氮质量分数呈显著正相关关系(P<0.05),w(N):w(P)与有机碳、全氮质量分数呈极显著正相关关系(P<0.01),说明氮素是该地区主要的限制营养元素.本研究表明团聚体粒径、林型均会影响土壤碳氮磷质量分数及其化学计量比,且干香柏人工纯林土壤碳氮磷质量分数显著高于其它人工植被类型,是该岩溶石漠化区较为适宜的人工林类型.     

土壤酶对重金属污染的响应及指示研究进展

土壤酶在关键元素生物地球化学循环、动植物健康维持、环境污染净化等方面起着不可替代的重要作用,同时还是土壤污染程度评价的辅助指标之一。然而,由于土壤物理、化学和生物学性质的差异,以及研究方法的多样化,导致重金属与土壤酶活性之间的关系十分复杂,阻碍了土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用。系统阐述了重金属污染对土壤酶的生态毒理效应,及其对土壤酶催化动力学特征的影响,构建了土壤-重金属-微生物对土壤酶作用的概念模型,并探讨未来的研究趋势和方向。土壤酶活性测定高效、便宜,且对重金属污染敏感,是极具潜力的土壤重金属污染评价的生物学指标,但仅采用土壤酶活性可能高估或低估重金属的生态毒性,加之当前对土壤酶的选择、活性的测定均缺乏统一的标准,致使难以建立重金属毒性阈值与土壤理化性质或土壤重金属有效性之间的定量关系,最终导致土壤酶在土壤污染生态风险评价中存在争议。未来亟需通过新技术和数学模型,深入揭示不同类型土壤中酶对重金属胁迫的响应机理,构建土壤性质与毒性阈值关系的经验模型,可为加强土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用提供重要的理论依据。     

土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其他环境介质（水、植物）传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“大健康（One Health）”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。     

不同载体材料固定Sphingobium sp. PHE3对溶液中菲的降解研究

以蒙脱石、针铁矿、玉米秸秆炭为载体,采用吸附挂膜法对菲降解菌株（革兰氏阴性菌鞘脂菌PHE3）进行固定化,并应用固定化微生物降解溶液中的菲。根据扫描电镜结果,该菌株在玉米秸秆炭载体表面附着生长数量最多,形态最优。添加蒙脱石和玉米秸秆炭显著（P<0.05）提高了微生物对菲的降解率,加快了菲的微生物降解速率,同时促进了细菌胞外聚合物（EPS）中多糖和蛋白质产量的增加,但添加针铁矿对菲的微生物降解和EPS的产生促进作用较弱。此外,鞘脂菌PHE3在形成生物膜的过程中可能有群体感应现象发生,能够分泌信号分子C8-HSL和C12-HSL,可能在一定程度上调控EPS的生成和污染物的降解。     

滇中岩溶高原不同石漠化程度土壤团聚体养分及酶活性特征

  目的  探究岩溶石漠化区土壤团聚体养分及酶活性特征,可为该地区土壤改良和植被恢复提供理论依据。  方法  以滇中高原4种不同石漠化程度(潜在、轻度、中度和重度石漠化)土壤为研究对象,对其表层土壤3种团聚体(粒径＜0.25 mm、粒径0.25~2.00 mm、粒径＞2.00 mm)分布特征,团聚体4种水解酶(淀粉酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶)活性和3种养分(有机碳、全氮、全磷)质量分数特征进行分析。  结果  ①不同石漠化程度土壤团聚体组成比例随粒径的增大而增大,由高到低依次为粒径＞2.00 mm(51.31%)、粒径0.25~2.00 mm(36.53%)、粒径＜0.25 mm(12.04%)的团聚体。②不同团聚体土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、土壤酶活性几何平均数及有机碳、全氮质量分数均随粒径的增大而减小,对有机碳、全氮、全磷及酶活性的贡献率均为粒径＞2.00 mm的团聚体最高,其次为粒径0.25~2.00 mm,粒径＜0.25 mm的团聚体最低。③不同石漠化程度土壤团聚体淀粉酶活性均值为5.70 mg·g?1·h?1,石漠化土壤的石漠化程度从大到小依次为潜在、轻度、重度、中度,石漠化土壤有机碳、全氮、脲酶和β-葡萄糖苷酶活性从大到小依次为重度、轻度、潜在、中度。团聚体粒径及石漠化程度均对土壤有机碳、全氮和酶活性有显著影响(P＜0.05),但粒径和石漠化程度的交互作用对土壤养分及酶活性没有显著影响(P＞0.05)。  结论  在岩溶石漠化地区,较大粒径的土壤团聚体在土壤组成上占优势,对土壤养分和酶活性的贡献率也相对较高,而较小粒径的土壤团聚体更有利于土壤养分和酶活性的积累,其相应的含量也更高。图2表6参45     

不同价态砷的土壤碱性磷酸酶效应研究

【目的】砷是土壤污染的主要元素之一,研究As5+、As3+单一和复合污染对土壤碱性磷酸酶活性的影响,揭示其对土壤碱性磷酸酶的作用机理,为砷污染监测提供理论依据。【方法】采集江西鹰潭红壤、陕西榆林风沙土、陕西杨凌土娄土各2个肥力水平的土样为供试土壤,采用室内模拟法,研究不同含量As5+、As3+以及二者复合污染下供试土壤碱性磷酸酶活性的变化。【结果】As5+和As5++As3+均能抑制土壤碱性磷酸酶活性,随As5+和As5++As3+含量的增加,相对碱性磷酸酶活性持续减小;采用模型E=A/(1+B×C)可较好表征相对碱性磷酸酶活性(E)与砷含量(C)间的关系(A、B为参数),揭示出土壤碱性磷酸酶活性可作为表征土壤As5+和As5++As3+污染程度的监测指标,且As5+和As5++As3+对碱性磷酸酶活性的作用机理为完全抑制作用(包括竞争性抑制和非竞争性抑制)。As3+对土壤相对碱性磷酸酶活性影响较小。As5+与As3+之间存在一定的交互作用,除了低肥力水平红壤及土娄土中As5+和As3+含量均小于50mg/kg时二者表现为协同作用外,在其他供试土壤中均为拮抗作用。不同供试土壤As5+的生态剂量ED10和ED50差异较大,砷对土壤造成轻度污染的含量为25mg/kg。【结论】土壤碱性磷酸酶可作为土壤As5+及As5+与As3+复合污染程度的监测指标。     

豆科绿肥对渭北旱塬土壤养分及生态化学计量学特征影响

渭北旱塬是我国重要的农业生态区,但土壤贫瘠、水土流失严重,亟需培肥土壤、改善生态环境。为探究渭北旱塬地区夏闲期种植并翻压豆科绿肥后土壤养分及其生态化学计量学特征的变化规律,采用田间定位试验,分别设置了3种豆科绿肥(绿豆、大豆和长武怀豆)和4个施氮水平,连续6年种植并翻压绿肥后,分析了土壤中养分含量,采用生态化学计量学方法计算了不同条件下的生态化学计量比值。结果表明:与对照(休闲)处理相比,长期种植并翻压豆科绿肥能显著提高土壤有机碳、全氮和碱解氮等养分指标含量,3种养分分别提高了4.47%~15.35%、5.21%~6.25%和11.00%~14.35%,且均以怀豆处理提升效果最佳。翻压绿肥短期内(2周后),土壤全氮含量的提升幅度大于有机碳和碱解氮。怀豆处理的有机碳、全氮、碱解氮、全磷和有效磷含量在短期和长期内均显著升高,培肥效果最为明显。翻压绿肥后,短期内土壤C∶N降低,但从长期效应来看,翻压绿肥提高了土壤C∶N,有利于土壤有机质的积累,能有效改善土壤养分平衡状态。土壤C∶P和N∶P与土壤C、N含量变化关系较为密切。夏闲期长期种植并翻压绿肥明显改善了土壤碳、氮养分状况,是渭北旱塬地区土壤培肥的有效措施。     

基于生态化学计量学的秦岭林地养分特征初探

以秦岭典型林地土壤为对象,分析了夏、秋两季锐齿栎、油松、华山松、云杉4种典型林分下林地不同土层土壤的生态化学计量学特征。结果表明:5个林地腐殖质层(O层)、表层(A层)土壤有机碳含量分别在76.23~260.70,26.60~44.81g/kg之间;全氮含量在4.19~8.76,1.46~3.29g/kg之间;全磷含量分别在0.38~0.61,0.33~0.63g/kg之间。5个林地O层、A层C/N范围分别为16.48~29.76,12.31~19.39;C/P范围分别为144.93~465.52,44.63~107.42;N/P范围分别为7.97~18.37,2.58~6.23。土壤有机碳和全氮及C/N,C/P,N/P均表现为O层大于A层,且O层碳氮含量动态变化较大。阔叶林地土层间差异小于针叶林地。华山松林地土壤碳氮磷含量及C/N、C/P均高于其他林地。土壤C/P和N/P的空间变异性较大,C/N相对稳定。土壤碳氮磷含量及化学计量比值大多表现为夏季高于秋季。