土壤–根系–微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展

根际是养分进入作物系统的门户,也是土壤-根系-微生物相互作用的微域。根际界面过程决定了氮磷养分的供应强度和有效性,最终影响了氮磷养分的利用效率和作物生产力。近年来,国内外在揭示农田土壤-根系-微生物系统中不同界面的养分转化、吸收和运输机制方面取得了一些新进展。在不同时空尺度上分析了影响土壤氮磷转化微生物组成的影响因子;研究了丛枝菌根系统形成的信号机制及其对氮磷吸收的基因调控机制;从信号网络、根系质子分泌和根构型的角度系统揭示了作物根系应对根际环境氮磷养分供应的形态和生理响应机制。未来针对根际氮磷高效利用问题,需要深入研究土壤-根系-微生物不同界面的协同机制和调控原理,在根际微域和土壤团聚体尺度开展微生物食物网及其关键功能微生物分布格局和演替规律的研究;揭示根构型对根系–微生物协同结构和功能的影响,研究养分缺乏条件下根内质子分泌和关键转运蛋白对根系生长和养分吸收的调控机制;针对粮食作物,研究根系-微生物对话中已知信号物质(如独脚金内酯和N-酰基高丝氨酸内酯)和新的信号物质(小RNA)的网络作用机制及其对多养分协同代谢的影响;最后,针对不同气候、土壤、作物类型区,提出提高氮磷利用效率的根际生物调控途径和措施。     

炭化生活污水污泥对酸化红壤的改良效果

从南京市、马鞍山市和丹阳市的3个污水处理厂采集污泥,在500℃下热解制备炭化污泥,测定了污泥和炭化污泥的性质和重金属含量,研究了污泥和炭化污泥对酸性红壤改良效果,并探讨了炭化污泥中重金属的环境风险。结果表明,污泥和炭化污泥中含有一定量的碱,添加炭化污泥可提高红壤的p H和交换性钙、镁和钾含量,降低土壤交换性铝和交换性H+含量。但污泥中大量铵态氮的硝化作用释放质子,抵消了污泥对红壤酸度的改良作用。添加污泥和炭化污泥提高了土壤有机碳、有效磷和速效钾的含量,提高了土壤肥力。污泥炭化后重金属含量有所增加,但大部分重金属的有效态含量下降,说明热解过程可以降低部分有毒重金属的活性。与对照相比,添加炭化污泥会增加土壤中部分重金属有效态含量,特别是有效态锌含量显著增加,因此炭化污泥农业利用存在一定的环境风险。建议将炭化污泥用于酸化的森林红壤的改良。     

亚热带花岗岩地区土壤矿物风化过程中盐基离子的释放特征

矿物风化过程中盐基离子释放遵从一定的化学计量关系,这种化学计量关系一般只能通过模拟实验来获取。本研究采用pH 7.0的EDTA-乙酸铵溶液将土壤中的交换性盐基离子完全洗脱出来,然后用Batch方法模拟不同pH溶液淋溶洗脱盐基和未洗脱盐基土壤,旨在消除土壤中交换性盐基离子的影响后更为准确地判断土壤矿物风化的盐基离子释放特征。结果表明:未洗脱盐基土壤的淋出液pH由3.73±0.14逐渐上升到4.23±0.06,主要原因是淋溶液中有高浓度的NH_4~+;洗脱盐基土壤矿物风化后淋出液pH从7.39±0.02逐渐下降到5.39±0.17,主要是由于土壤中可风化矿物减少。土壤交换性盐基离子会改变盐基离子释放特征、释放总量:未洗脱盐基土壤经酸雨淋溶后,各盐基离子释放均呈现急速下降后逐渐平缓的趋势,洗脱盐基土壤矿物风化后,K~+及盐基离子释放总量呈波动上升趋势,且盐基离子释放总量比未洗脱盐基土壤低。土壤交换性盐基离子的存在还会改变淋出液中的盐基离子化学计量关系:未洗脱盐基土壤的K~+︰Ca~(2+)︰Mg~(2+)︰Na+化学计量关系为11︰13︰4︰1(当量比),而洗脱盐基土壤为7︰2︰2︰1。K~+是盐基离子中风化释放量最多的,大部分K~+来自于土壤中云母的风化。因此,只有利用洗脱盐基土壤的盐基离子释放量才能准确计算矿物风化速率并获得准确的化学计量关系。土壤矿物风化作用随着淋溶液酸度增大而增强,但模拟一年降雨量的情况下,p H 3.5、4.5和5.5三种不同p H溶液对矿物风化后盐基离子的释放在实验期间没有显著性影响,较长时间后的差异性有待观察。本研究表明,可以通过预洗脱盐基土壤然后模拟酸雨淋溶的方法,观察矿物风化特征,特别是盐基离子释放的化学计量特征。     

转基因棉花对土壤生态环境的影响

总结了转基因棉花在生态安全性方面的研究进展,重点介绍了转基因棉花对土壤生态环境的影响,包括：外源基因表达产物在土壤中的富集;外源基因表达产物对土壤生物的影响：外源基因在土壤生态系统中的水平转移。认为目前对转基因棉花的土壤生态学过程的研究较少,尚难以确定转基因棉花对土壤生态环境的影响程度。并由此介绍了Biolog系统和DNA指纹技术在土壤生态安全性研究中的应用。     

NH4+对K+在土壤肥际微域中迁移和转化的影响

NH4^＋和K^＋共施在农田施肥中是很普遍的现象,研究它们共施后二者在土壤中的交互作用对指导施肥具有重要意义。采用室内土柱实验研究了共施条件下NH4^＋对K^＋在红壤和潮土肥际微域中的迁移和形态转化的影响,供试肥料为NH4Cl和KCl。试验结果表明,与单施K^＋相比,共施NH4^＋没有改变肥料钾在红壤和潮土中的迁移距离,但提高了肥际微域中的水溶性钾含量;在靠近施肥点附近,NH4^＋的施用减少了土壤交换性钾含量,这种作用在潮土中的表现不如在红壤中明显;与单施KCl相比,共施NH4Cl明显降低了施肥点附近土壤微域内的非交换性钾含量。研究结果表明,共施NH4Cl减少了土壤晶格对钾离子的固定,增加了钾的淋溶风险。     

基于1:5万数据库研究土壤空间分异及其影响因素——以江苏省无锡和常州市为例

土壤数据库在土壤学研究工作中作为一种存储、分析工具的重要性是不言而喻的.本研究利用ArcGIS和Visual FoxPro建立了包括8 830个图斑、269个土壤剖面数据的无锡和常州市1：5万土壤数据库,根据“土壤质量演变规律与持续利用‘973＇项目”的土壤肥力质量指标（pH、速效磷和速效钾）和全国养分分级标准（全氮）编制出土壤表层（0～15 cm）pH、全氮、速效磷和速效钾的空间分异图,从中表明pH 1～2级的土壤占整个研究区面积90%左右;土壤养分全氮、速效磷和速效钾的空间分布有明显共同特征-太滆平田区养分含量要显著高于其他地区.对不同母质和不同土壤类型（亚类级别）间的土壤表层容重、粘粒、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾进行了方差分析,结果显示,除全氮之外,其他属性均有显著差异.在1：5万尺度范围内,成土母质对pH、容重、全磷、有机质和速效钾起到主导作用,土壤类型对pH起到主导作用,成土母质对土壤属性的影响程度要大于土壤类型.     

CO2与养分交互作用对番茄幼苗叶片碳、氮积累及碳、氮比动态的影响

营养液栽培条件下,以番茄(品种,合作906)为材料,研究CO2施肥与4种不同养分供应强度的交互作用对番茄幼苗生长及其叶片中的碳、氮浓度与碳、氮比动态变化的影响。结果表明,在不同营养液养分浓度下,CO2施肥能增加番茄幼苗生物量的积累,提高生长速度;增加番茄幼苗叶片中氮、碳积累量与吸收速率;而且对CO2作用效果的响应随营养液养分浓度的提高而增加。在所有处理中碳、氮积累量与吸收速率随生育期的延长呈上升趋势。说明在番茄育苗后期要增加施肥量,而且在CO2施肥的情况下施肥量增加的量要大。CO2施肥对生长在不同营养液中番茄叶片中的碳、氮比在不同生长阶段的影响是不同的,但在同一CO2浓度条件下,番茄幼苗各个取样阶段均表现为碳、氮比随营养液浓度的降低而增加。对番茄幼苗碳、氮积累量、总干生物量与生长时间的关系研究表明,氮积累量、总干生物量与生长时间均符合二次曲线变化。     

基于模糊集理论提取土壤—地形定量关系及制图应用

通过对研究区地形因子的模糊聚类,提取了地形因子组合与特定土壤属性的定量隶属度关系,然后对隶属度高值区土壤进行目的性采样为隶属度函数赋值,制作研究区土层厚度连续分布图。通过野外实地验证,将观测值与图中预测值比较,结果显示该方法制图精度在82%左右,具有一定的可靠性。进一步考察认为该模型在地形部位较低,地势较为平坦,土壤发育较好,土层较厚,成土环境相对稳定的地区预测效果更好,适用性更强。该方法能提高土壤制图效率,降低制图成本,提高制图精度,对土壤微域变异的表现更为详细,图面信息负载量更高。应用该方法制作大比例尺土壤详图不失为土壤调查与制图领域一种可行的新方法。     

重金属复合污染下红壤微生物活性及其群落结构的变化

在室内培养条件下,应用4因素5水平二次正交回归旋转组合设计方案,对重金属复合污染红壤的微生物活性及群落功能多样性进行了研究。结果表明,在Cu、Zn、Pb、Cd复合污染生境中重金属的微生物毒性效应发挥主要由Cd、Cu两元素决定,其生物毒性顺序表现为:Cd>Cu>Zn>Ph,红砂泥中表现较为突出。与单一镉、单一铅污染处理相比,重金属复合污染对供试红壤微生物生物活性及其群落功能多样性的影响并非仅仅表现出简单的加和作用,同时还存在协同作用和拮抗作用。典型相关分析显示,红壤微生物活性与重金属含量之间关系密切,第一对典型变量的相关系数r达0.885 8、0.932 8,均达极显著水平(p<0.001), 说明重金属复合污染与红壤微生物间存在较为稳定的数量反馈机制,红壤总体微生物活性指标能较好地反映供试红壤重金属复合污染状况,可作为重金属污染红壤环境质量评价及量化分类的有效指标。     

DDTs在土壤中的老化规律及生物有效性

用室内模拟培养的方法研究了DDTs在土壤中的老化行为及其在蚯蚓体内的生物富集规律。结果表明。DDTs在土壤中存在老化现象。此类物质在土壤中的可提取态含量随着老化时间延长逐渐降低，并呈现初始老化速率较快，而后老化速率减慢的趋势。在开始的0—30d，其老化的速率较快，o，p’-DDT、p，p’-DDT、o．p’-DDE、p，p’-DDE和p，p’-DDD在土壤中的老化减少量分别是其添加量的53．5％、52．1％、31．4％、36．0％和38．3％。DDTs在蚯蚓体内的生物富集量和生物富集系数也表现出随时间而逐渐降低的趋势，并呈如下规律：p，p＇-DDE〉p，p’-DDD〉o，p’-DDE〉o，p＇-DDT〉p，p＇-DDT。老化虽然可使DDTs的可提取态含量降低。但仍可以在蚯蚓体内有一定的生物富集，潜在的生态风险依然存在。