激光诱导击穿原子光谱在土壤分析中的应用

土壤分析是土壤学研究及应用的前提和基础,传统化学土壤分析方法逐渐不能适应现代土壤学海量信息数据快速获取的需求。激光诱导击穿光谱作为一种全新的、反映土壤组成元素原子信息的光谱技术,其无需对样品进行复杂前处理,可实现原位、快速、多元素连续在线检测,每条光谱记录土壤样本独一无二的特征,可以视为土壤“指纹”,成为现代土壤分析的有效技术之一。首先介绍和分析了激光诱导击穿原子光谱的原理、光谱获取的主要影响因素、光谱数据处理的化学计量学方法等;然后阐述和梳理了基于激光诱导击穿光谱技术在土壤分析方面的应用成果和进展,包括土壤鉴定、土壤养分评估、土壤重金属测定、微观/介观尺度土壤原位表征等;最后讨论和总结了激光诱导击穿光谱技术在土壤分析中所面临的挑战及其应用展望。     

羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90％～15.17％、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%～604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%～3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。     

磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环中的应用

磷是土壤生态系统中的重要组成元素,开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷酸盐氧同位素技术已经被证明是一种示踪环境中磷生物地球化学行为的有效方法。本文系统综述了磷酸盐氧同位素技术的研究进展和未来发展方向。详细介绍了磷酸盐氧同位素的技术原理、样品处理和测定方法;阐述了无机磷和有机磷的氧同位素特征及时空分布特征;从评估土壤磷微生物利用状况和示踪土壤磷循环两个方面探讨了磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环研究中的应用前景,分析了磷来源、环境条件、生物活动和样品前处理过程对土壤磷酸盐氧同位素特征的影响,最后展望了该技术未来的研究方向。以期为磷酸盐氧同位素技术在土壤学和环境科学领域的发展和应用提供新的视角和科学指导。     

秸秆还田种类对稻田N2O排放及硝化反硝化微生物的影响

以太湖流域典型单季稻田的原状土柱为研究对象,通过设置温室土柱试验,同步监测3种秸秆(水稻秸秆RS、小麦秸秆WS、玉米秸秆MS)施用下水稻各生长期N₂O排放、水稻产量和土壤理化因子,同时定量化分析多个N₂O排放相关菌群及功能基因的丰度,以阐明N₂O排放对不同种类秸秆施用引发的微生物响应机制,筛选控制单季稻田N₂O减排增效最佳的秸秆种类。结果表明：与对照相比,RS、WS和MS处理下水稻生长期N₂O排放量分别增加162.32%、107.11%和9.48%,其中RS处理显著高于MS处理。水稻生育期内,土壤氨氧化菌(AOA、AOB)和反硝化菌群落(nir S、nos Z)丰度均呈现先上升后下降的变化趋势。与对照相比,拔节期RS处理显著增加AOA、AOB、nirS和nosZ拷贝数,MS和WS处理对上述功能基因丰度均无显著影响。各生育期土壤NH₄⁺-N含量整体高于NO₃^–-N含量,二者均在水稻分蘖期达到峰...     

基于铅稳定同位素的多金属复合污染土壤源解析新思路——以西南地区某矿区农田为例

本文以我国西南某矿区典型多金属复合污染农田土壤为例,基于铅(Pb)稳定同位素分析,结合矿物学分析,对土壤Pb来源进行定量解析,并针对其他重金属来源进行外推。同位素源解析结果表明,人为源对于土壤重金属的贡献率高达61%～89%,矿渣浸沥与矿区道路扬尘为主要的污染途径。矿物学分析能够辅助印证Pb稳定同位素分析结果,在一定程度上克服由于污染源信号重叠造成的源解析困难。通过相关分析,可以将Pb同位素源解析的结果合理外推,在一定程度上解释其他重金属元素的来源。本文提出的源解析新思路能够高效、准确地解析多金属复合污染土壤中重金属元素的来源,尤其适用于我国土壤多金属复合污染集中连片存在、成因复杂的现状,具有很强的现实意义。     

田间烤烟叶片缺钾症状与钾积累及土壤供钾水平关系

基于田间正常施肥烟株生长中期中、上部叶通常出现缺钾症状的现象,以烤烟品种K326为材料在砂质壤土上进行了田间试验,定期观察无钾(即K0,仅按常规施用氮磷肥,K_2O用量为0 kg·hm~(–2))、常规施肥但中后期出现缺钾症状(即CF,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期仍有缺钾症状)、常规施肥且正常生长(即CK,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期无缺钾症状)3处理烟株移栽后生长情况(特别是叶片缺钾症状的出现情况),并及时采集和测定了相应烟株的干物质、钾含量及根区土壤速效钾含量,以阐明正常施肥烤烟中、上部叶出现缺钾症状的可能原因。结果表明:(1)CF和K0烟株在移栽后33 d前叶片均未出现缺钾症状;但根区土壤速效钾含量移栽后42 d低于99.86 mg·kg~(–1)时,K0烟株第8～第15叶陆续表现缺钾;CF烟株根区土壤速效钾含量移栽后57 d低于131.1mg·kg~(–1)时,第12～第16叶也相继缺钾,而其他叶位叶片正常。(2)从移栽至42 d,CK和K0烟株干物质和钾素累积量虽皆明显增加,但K0烟株总量偏低趋势愈发显著;至移栽后57 d期间,CK和K0烟株前述两个指标继续增加,但此期CF干物质累积有相似的增加趋势,而钾素累积与出现缺钾症状前相比(即移栽后42 d时CK)则略有减少;(3)移栽后42 d至57 d,CF烟株上、中部叶和K0烟株上部叶钾净输出明显,而茎中净输入显著,其他器官或部位总体持平或略有增加;CK烟株上部叶钾素输入、输出维持平衡,其他器官有净增加。(4)生长期间,CK烟叶钾含量皆表现出随叶位上升而呈总体下降,K0烟叶前期有相似规律,但移栽后42 d、57 d呈"上升-下降-上升",CF于移栽后57 d为"下降-上升"趋势。上述结果说明,K0烟株移栽后42 d中部叶开始缺钾是钾整体吸收不足所致,后期则兼有上部叶钾净输出原因;CF烟株出现中、上部叶缺钾而下部叶正常则有3个原因,一是后期体内干物质累积持续增加导致的稀释;二是此期整株钾累积不仅未增加,且有下降;三是CF烟株中、上部叶钾净输出增加。     

林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响

为研究不同林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响,以38 a生5种密度杉木人工林为研究对象,调查林下植被,测定土壤理化性质及酶活性,对物种多样性指数和土壤指标进行单因素方差、相关性及主成分分析。结果显示:杉木人工林下物种种类多达121种,灌木层以杜茎山(Maesa japonica)为主,草本层以双盖蕨(Diplazium)、黑足鳞毛蕨(Dryopteris fuscipes)等蕨类为主。灌木层和草本层物种多样性各指数大多在初植密度为5 000 hm~(–2)时最高。不同土层间各种土壤养分变化趋势基本一致,不同密度间土壤养分变化趋势不同,更多的土壤养分在高密度或低密度林)分下达到最大。除了p H、有机碳以及纤维素酶外,其他土壤养分受林分密度变化响应均显著(P0.05)。0～20 cm土层的土壤养分与草本层物种多样性关系更为密切,而20～40 cm土层的土壤养分与灌木层物种多样性关系更为密切。p H、全氮、碱解氮、有效磷与灌草层多样性指数的相关性最为密切。主成分分析综合得分显示,初植密度为6 667 hm~(–2)时最高(1.17),第二为3 333 hm~(–2)(0.93),其次为5 000 hm~(–2)(0.28)、1 667 hm~(–2)(0.12)和10 000 hm~(–2)(–2.49),得分前两名显著大于其他得分。以上结果表明,初植密度在5 000 hm~(–2)更有利于林下物种多样性的稳定,但不利于土壤养分的累积;密度过低或过高皆不利于土壤理化性质和植物多样性的发展,特别是密度过高时,对林地伤害巨大;基于土壤理化性质和植物多样性的主成分分析结果出现"驼峰模式",杉木人工林初植密度6 667 hm~(–2)和3 333 hm~(–2)更适合土壤理化性质和植物多样性的发展。     

黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg~(–1)、40.67～61.71 m~2·g~(–1)和0.22～0.31 c·m~(–2),平均值分别为16.18 cmol·kg~(–1)、54.88 m2·g~(–1)和0.28 c·m~(–2),土壤表面电场强度达108 V·m~(–1)数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、砂粒、全氮、C/N、粉粒、碳酸钙、pH。研究结果对于进一步认识黄土高原土壤颗粒表面性质,加深理解土壤中发生的一系列物理化学过程具有重要意义。     

猪粪施用量对红壤旱地理化性质及酶活性的影响

为研究猪粪的合理施用及其对红壤旱地地力提升的效应,利用在第四纪红壤旱地中连续3年分别施用0、7.5、15、30、45 t·hm~(-2)猪粪的小区定位试验,比较不同处理下菠菜和玉米地上部生物量、土壤相关理化性质、碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明:菠菜和玉米地上部生物量、土壤有机质、土壤全量和速效态氮磷钾含量均随猪粪施用量的增加呈线性增加。当猪粪施用量达45 t·hm~(-2)时菠菜、玉米平均地上部生物量分别达到11.48、20.84 t·hm~(-2),土壤有机质和全氮、全磷含量分别达14.6、1.07、0.73 g·kg~(-1),土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别达85.47、106.9、411.7 mg·kg~(-1),但与猪粪施用量为15和30t·hm~(-2)时土壤养分含量的差异不显著,而土壤中与碳氮磷循环相关的6种酶活性则与猪粪施用量呈线性相关,且在施用量为30或45t·hm~(-2)时出现显著差异;6种酶活性与土壤有机质、养分含量间均具有显著或极显著正相关关系。研究结果显示,第四纪红壤旱地在本试验猪粪施用量范围内,土壤有机质和养分含量、酶活性等指标均随施用量的增加而相应提高,作物地上部生物量亦呈线性增加,但同时须注意土壤速效态养分含量过高可能带来的氮磷流失加剧等问题。     

土壤微生物生物地理学：国内进展与国际前沿

土壤微生物生物地理学是研究土壤中微生物空间分布格局及其随时间变化的一门科学,是土壤微生物学和微生物生态学等领域的研究前沿。近年来,尽管土壤微生物生物地理学研究取得了巨大进展,目前仍面临诸多难题与挑战。本文简要回顾了土壤微生物生物地理学的发展历程,重点介绍近年来我国在森林、草地和农田生态系统中土壤微生物生物地理学研究的主要进展。同时进一步阐述了目前土壤微生物生物地理学研究的国际前沿方向,包括微生物群落空间分布及其驱动机制、群落构建过程与共存网络、微生物地理分布与生态系统功能的关联以及预测微生物群落对全球变化的响应。最后,对土壤微生物生物地理学未来的研究方向进行了展望,强调了清晰的微生物物种定义、微生物群落的时间动态、多组学与合成生物学技术以及高精度的预测模型在土壤微生物生物地理学研究中的重要性。