土壤温室气体产生与排放影响因素研究进展

土壤是温室气体(如CO2、CH4和N2O)产生的重要源,土壤温室气体主要来自于微生物呼吸,植物根呼吸和土壤动物呼吸。土壤温室气体排放机制及其影响因素是研究全球碳氮循环的重要组成部分。研究表明,影响土壤呼吸的因素很多,土壤理化性质如温度、含水量、有机质含量、pH值、氧化还原电位(Eh)、土壤质地等因素都可以直接影响土壤微生物量及其生理生化过程,从而影响温室气体排放。其中,土壤温度,湿度、有机质含量是关键性因素。此外,地域气候、土地利用以及土地覆盖变化也可以通过改变土壤理化性质及呼吸底物来影响温室气体排放。文章重点论述了土壤温室气体排放机制,排放影响因素以及排放的日变化和季节变化规律。认为今后的研究方向应该是土壤微环境碳氮循环机制,土壤呼吸模型在尺度上的推延,以及注重中国陆地与近海生态系统碳固定及减少碳排放的对策和应用技术研究,特别在人工林碳固定及农业固碳减排方面加大研究力度等。     

植物根圈微生物群落与功能特异性机制研究

植物-土壤微生物交互作用在土壤养分循环、碳固存和温室气体排放等生态过程中发挥着重要作用,而植物源有机物输入被认为是植物-微生物交互作用的纽带。根圈土壤微生物在群落结构和功能上与根圈外土壤差异显著,并存在一定的植物群落特异性。植物源有机物的高度可利用性对土壤微生物具有复杂的影响,改变着土壤生态过程。因此,揭示植物源有机物的输入对土壤微生物的影响有助于深化对植物-土壤微生物反馈作用的认识,同时为养分循环调控、肥料施用时效、作物增产和温室气体排放及生态平衡维持提供理论支持。基于国内外最新相关研究进展,综述了两大类植物源有机物(根际沉积和凋落物)的组成和输入时间对土壤微生物群落结构和特定功能(以氮循环为例)的影响机制;探讨了稳定性同位素示踪技术、分子探针技术和宏基因组学等研究方法在植物-土壤微生物交互作用中的综合应用;总结了植物生命周期内植物源有机物化学组成和输入时空差异对植物特异性土壤微生物群落的诱导机制。植物源有机物输入对微生物群落结构和功能具有重要影响,不但显著提高优势微生物群落生物量、改变微生物群落结构及相关功能、调控特定土壤微生物活性,并且其化学性质多样性决定了土壤微生物群落植物特异性。因此,植物源有机物输入是驱动植物根圈特异微生物群落结构演替与功能演变的重要因子。     

热带亚热带土壤氮素反硝化研究进展

热带亚热带独特的土壤性质可能使得反硝化机理有别于温带土壤.文章综述了热带亚热带地区土壤氮素生物反硝化的研究进展,试图更好地了解该地区土壤反硝化在全球氮（N）循环以及在全球环境变化和生态系统响应互作中的角色.热带亚热带土壤反硝化强度普遍较温带地区弱,且随着土地利用方式和耕作管理措施的不同而呈现较大的时空变异性.影响土壤水分状况和土壤碳（C）、N 转化特性和速率的因素即为区域和农田尺度上的反硝化影响因素.湿润型热带亚热带土壤由于含有丰富的氧化物而致使土壤氧化还原势较高,这也是导致该地区土壤反硝化势较温带地区较低的关键土壤因素之-.然而土壤pH 值不是该地区土壤反硝化势较低的主要限制因素.有机C 矿化过程较土壤全氮含量和土壤C/N 比在决定湿润型亚热带土壤反硝化势方面更为重要.愈来愈多的证据表明热带亚热带土壤反硝化的生态环境效应不同于温带地区,热带亚热带地区土壤反硝化对全球变暖的贡献应综合考虑其对其它温室气体（如CH4,CO2）排放和氮沉降的影响.热带亚热带土壤生态系统具有-些防止土壤氮素反硝化损失的机制和保氮策略.然而,热带亚热带生态系统对全球变化的响应机制及其生物地球化学调控机制仍然不清楚,这些研究对于反硝化和其它同时发生的氮转化过程模型的精确构建至关重要.     

生物炭对土壤硝化反硝化微生物群落的影响研究进展

生物炭因具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团和无机矿物等特性,在控制农业面源污染和温室气体排放方面有着良好的应用前景.生物炭对氮循环微生物群落特征的影响是生物炭能否有效控制面源污染和改良土壤的核心问题.围绕生物炭对土壤氮循环微生物群落特征的影响,从生物炭的多元性、添加量和环境条件3个方面综述生物炭对土壤硝化和反硝化微生物的影响研究进展.高温热解生物炭对土壤氮循环微生物的积极作用要比低温热解生物炭效果好;生物炭原料来源、添加量对土壤氮循环微生物群落的影响存在较大差异;添加有机肥料要比常规化肥更能提高氮循环微生物碳源的利用能力及其活性;环境中的污染物如多环芳烃(PAHs)、酚类化合物(PHCs)和重金属等的存在不利于氮循环微生物的生存.随着分子生物技术的进步,未来应结合多种分子生态学技术和稳定同位素探针技术等手段研究生物炭对土壤氮循环微生物的影响机制,生物炭热解温度和添加量对土壤氮循环微生物的影响不容忽视,在长期的田间试验中应注意老化生物炭对污染物和氮循环微生物的影响.     

自然湿地氮排放与气候变化关系研究进展

受外界环境因素的影响,自然湿地氮循环过程中排放的氮氧化物气体正在全球范围内不断累积,全球气候也正在经历着前所未有的变化,因此,氮氧化物排放和全球气候变化关系成为了近年来国际上重点关心的环境问题。为了厘清两者关系,该文从以下几个方面进行了综述研究,(1)对Web of Science核心数据库和中国知网有关氮排放和气候变化的关键词进行检索,结果表明:近年来关于自然湿地氮排放和气候变化关系的文献数量逐年增多,说明氮排放和气候变化关系已经引起相关学者的重视。(2)自然湿地氮排放对气候变化的影响有直接影响和间接影响。直接影响是通过湿地氮循环过程中排放的温室气体(以N_2O为主)产生的,N_2O的大量排放加速了气候变暖的趋势;间接影响是通过发生氮排放的氮循环与碳循环耦合关系影响产生的,自然湿地系统中不断增加的活性氮使得两大温室气体——二氧化碳和甲烷的吸收和排放发生了变化,从而对气候变化产生了影响。(3)气候变化主要包括温度、降雨、辐射、光照和风速等气候因子的变化,这些变化对湿地的主要氮循环过程——硝化和反硝化过程产生影响,使得氮排放的程度和速率发生变化。文章最后对湿地氮排放和气候变化关系的研究进行了展望,为更好地理解自然湿地氮排放和气候变化关系提供了一定的研究思路。     

冻融条件下土壤N_2O排放研究进展

随着全球气候变化以及突发性气候事件频繁发生,温室气体逐渐成为公众普遍关注的问题.作为温室气体的重要组成之一,土壤N_2O气体排放也一直都是研究的焦点.但长期以来开展的土壤N_2O监测大多在作物生长季节,随着研究的深入和领域的拓展,很多试验和数据证实冻融条件下土壤N_2O的排放不容忽视.冻融条件下土壤N_2O排放主要受土壤水分形态和分布,土壤团聚体形成或破碎,土壤微生物种群和数量,以及N_2O产生途径变化等因素影响.从以上几个方面综述了国内外冻融条件下土壤N_2O排放的研究进展.结合作者相关研究结果认为应加强以下重点领域研究:土壤团聚体形成或破碎导致微生物可利用的有机碳的包被或释放,冻融过程微生物种群变化引起对不同氮素形态的利用效率差异.解决这些问题将可以进一步丰富土壤温室气体产排领域的研究内容和理论体系.     

不同形态氮输入对湿地生态系统碳循环影响的研究进展

人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加,引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。外源氮输入对湿地生态系统土壤碳库稳定性的影响已成为当今国际研究的前沿问题之一。文章综述了不同形态氮素对湿地植物固碳潜势、土壤自养与异养呼吸速率的影响、土壤甲烷排放及不同形态氮与全球变暖对土壤有机碳及其组分矿化速率的交互作用的研究进展。研究表明,(1)植物对不同形态氮素的选择性吸收,会影响植物叶片的光合速率,改变植物的固碳潜势,影响植物根系的自养呼吸速率;同时,会影响凋落物归还量,改变植物对土壤的有机碳输入;此外,还可能影响凋落物的质量(如C/N),改变凋落物的分解速率,影响土壤异养呼吸速率。(2)各种形态氮输入对土壤p H产生不同的影响,改变土壤微生物及酶活性,影响有机碳的分解及土壤异养呼吸速率。(3)土壤有机碳组分对各种形态氮素的不同响应,也会改变土壤有机碳的矿化速率。(4)植物对不同形态氮素的选择性吸收,及各种形态氮输入对土壤p H产生的不同影响,会影响土壤中可利用C、N源的供应,改变土壤的酸碱环境及氧化还原电位,影响土壤CH4排放。(5)大气氮沉降与全球变暖同时影响土壤碳循环过程,但不同形态氮素与全球变暖对湿地土壤碳循环过程的交互作用研究仍较少见。迄今为止,氮沉降对湿地土壤碳库稳定性的影响效应仍存在很大的不确定性,仅有少量研究区分氮素形态对土壤碳库稳定性的影响,而关于湿地生态系统的研究鲜有报道。今后应着重区分不同形态氮素对湿地土壤碳库稳定性的影响机理研究,以便深入了解氮沉降与湿地土壤碳库稳定性之间的关系。     

大气CO2与植物氮素营养的关系

大气CO2浓度升高对植物吸收氮素,以及对植物和土壤中的氮浓度、C/N比和氮循环都存在着影响。大气CO2浓度与植物氮素营养之间存在着交互作用。大气CO2浓度升高对植物氮素营养影响的结果与氮浓度、氮形态等因素有关。     

杀虫剂对土壤温室气体排放的影响

在室内培养条件下,研究了在施用尿素的土壤（有效氮质量分数为200 mg·kg^-1）中分别添加不同剂量（在5、10和50 mg·kg^-1）的吡虫啉和毒死蜱2种杀虫剂时,杀虫剂对土壤温室气体CO2、N2O和CH4排放过程的影响。结果表明：和空白相比,施用尿素明显地增加了土壤中温室气体N2O和CO2的排放量,但对CH4的排放无明显影响。当施用5 mg·kg^-1吡虫啉时,土壤中N2O和CO2排放总量和尿素处理相比无明显差异,但吡虫啉用量上升至10和50 mg·kg^-1时则显著降低了温室气体N2O和CO2的排放量（P〈0.05）,N2O排放量分别降低了26.89%和53.10%,CO2排放量分别降低15.14%和13.79%。毒死蜱在5、10和50 mg·kg^-1三种用量时土壤的N2O排放量与尿素处理相比均无明显差异。毒死蜱在5和10 mg·kg^-1用量时则明显抑制了土壤CO2的排放（p〈0.05）,分别比尿素处理降低了19.88%和19.02%;用量上升到50 mg·kg^-1用量时,土壤的CO2排放量与尿素处理相比无差异。吡虫啉和毒死蜱对CH4排放量均没有明显影响。可见,杀虫剂施用明显影响到土壤温室气体的排放,但不同杀虫剂品种及其用量的效应也存在明显差异。     

除草剂对土壤微生物活性、土壤氨化作用和硝化作用的影响

本文研究了5种除草剂对两种土壤类型中微生物活性、土壤硝化和氨化作用的影响。结果表明;1.供试的5种除草剂在正常用量下,对土壤微生物总活性的影响不大,即使有影响也是暂时的,很快就会恢复。2.1000ppm时,几种除草剂对两种土壤的硝化作用有一定的抑制效果,对氨化作用有不同程度的促进作用。以上结果对于进一步研究如何筛选除草剂作硝化抑制剂,进而研制化肥—除草剂的混合剂型,提高化肥肥效,减少氮素损失与污染具有一定参考价值。     

Behaviour of pendimethalin and oxyfluorfen in peanut field soil: effects on soil biological and biochemical activities

A field experiment was conducted to study the dissipation kinetics of herbicides pendimethalin and oxyfluorfen in black soil of peanut field at half recommended rate (HRE), recommended rate and double recommended rate as well as to assess their effects on soil microbial parameters and enzymatic activities. In addition, their role in the transformations and availability of some plant nutrients like nitrogen transformation (through ammonification and nitrification processes) and availability of phosphorous were also studied. Incorporation of these herbicides was found to stimulate the activity of soil microbial biomass carbon, fluorescein diacetate hydrolysing activity, alkaline phosphatase and ammonification rates, while dehydrogenase activity, acid phosphatase, nitrification rate and available phosphorous was adversely affected. However, urease remains almost unchanged except for little stimulation at later stages. Dissipation of pendimethalin and oxy?uorfen followed first-order reaction kinetics with half-life (T_1/2) of 13.7–20.1 and 21.5–27.4 days, respectively. Residues of both herbicides persisted up to 60 days in the soil at all the doses except 45 days for pendimethalin at HRE.     

Processes Influencing Dissolved Organic Nitrogen, Phosphorus and Sulphur in Soils

The influence of different plant and soil processes on the concentrations of soluble organic forms of carbon, nitrogen, phosphorus and sulphur in soil and drainage waters is reviewed. Current knowledge about soluble organic matter is restricted mainly to dissolved organic carbon. Comparable information about soluble organic nitrogen, phosphorus and sulphur in processes such as eutrophication, plant uptake and decomposition is limited. Data are presented to highlight the potential sources of soluble organic components together with a discussion of their likely fate within the soil profile. the implications of changes in land use and management practices on dissolved organic matter are discussed.     

除草剂对尿素氮在土壤中转化的影响

在实验室培养条件下研究除草剂草甘膦和丁草胺对尿素氮在菜地土壤中转化的影响。实验设对照、尿素、尿素＋草甘膦和尿素＋丁草胺4个处理,尿素氮用量为200 mg.kg-1（以干土计）,除草剂用量为w（有效成分）=10 mg.kg-1（以干土计）。结果表明,草甘膦和丁草胺对尿素氨化作用不产生抑制作用,甚至出现促进效果。2种除草剂在培养的前2 d均显著抑制硝化作用,但到第4天时显著促进硝化作用（P〈0.05）。草甘膦对反硝化作用表现显著的抑制作用（P〈0.05）,而丁草胺对反硝化作用有极显著的促进作用（P〈0.01）;丁草胺＋尿素、尿素、草甘膦＋尿素处理的反硝化损失量分别占施氮量的16.90%、6.34%和3.66%。可见,除草剂对土壤氮素转化有一定影响,但不同除草剂对氮素各个转化途径的影响有明显差异,不同除草剂品种间影响程度也不同。     

一株除草剂氰氟草酯降解菌的分离鉴定与降解特性

氰氟草酯(Calofop-buty1)是一种芳氧苯氧羧酸酯类除草剂,其迁移、转化和分解等行为对环境及人类健康具有潜在危害.为了解其微生物代谢机制,从长期使用氰氟草酯的稻田土壤中分离到1株氰氟草酯降解菌株,命名为QDZ-B.菌株QDZ-B的16S rDNA基因序列长度为1 400 bp,在RDP数据库比对结果表明其与寡养食单胞菌属菌株的同源性最近,与模式菌株嗜麦寡养食单胞菌Stenotrophomonas maltophilia(AB008509)的同源性为99.8%.根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析,将菌株QDZ-B鉴定为寡养单胞菌属(Stenotrophomonas sp.).接种量为5%时,菌株QDZ-B在基础盐液体培养基中5 d对100 mg L-1氰氟草酯的降解率约为88.2%.菌株QDZ-B的降解效果与接种量成正相关,但接种量大于5%时,降解效率趋于平稳.菌株QDZ-B降解氰氟草酯的最适温度为30℃,最适pH为7.0.通过质谱分析鉴定了3个菌株QDZ-B降解氰氟草酯的代谢产物,分别为氰氟草酸、氰氟草酰胺和2-氟-3-对-乙氧基苯氧基苯酰胺.     

施用城市污泥对土壤生态系统影响的研究进展

城市污泥的合理处置已成为目前环境科学研究领域中的重要课题。因污泥富含有机质和有效营养成分,对土壤改良有积极的促进作用,所以污泥的土地利用普遍被认为是一种积极、有效的处置方式。鉴于此,本文就国内外施用城市污泥对土壤生态系统的．影响及相关的过程和机理进行了综述。结果显示,施用污泥可改善土壤理化性质,提高土壤有机质和氮、磷等养分元素的含量,其改良作用因污泥类型而异。污泥对土壤重金属的积累有所影响,特别是在酸雨频发地区或者长期施用污泥,可能会带来重金属Gu污染的环境风险。污泥普遍有利于提高土壤酶活性,譬如土壤淀粉酶、脲酶和蔗糖酶活性,但污泥施用过量或时间延长,则会抑制多酚氧化酶和磷酸酶的活性,而污泥对过氧化氢酶的影响则不大。污泥对土壤微生物特性短期内有积极的影响,但长期则有负面作用。施用污泥可导致土壤动物活性的增加,但也会对一些土壤动物产生毒性,譬如异壳介虫属和弹尾目昆虫,而且污泥毒性不仅取决于污泥用量,土壤类型也起着重要作用。基于上述分析和评述,提出了未来研究展望如下：（1）针对污泥施用后土壤生态系统生物、物理和化学过程和机理进行系统、综合的基础研究;（2）对污泥土地利用进行长期的系统定位试验和环境监测,并对之进行环境风险评价;（3）对污泥稳定化处理技术的创新及其应用研究。     

Recent advances in research on cyclic volatile methylsiloxanes in sediment,soil and biosolid: a review

Three cyclic volatile methylsiloxanes (cVMS) were widely used in various processes of production and industrials and frequently added to consumer products. cVMS are continuously released into the environment, causing increasing environmental and human exposing risks. cVMS were investigated in air, water, biogas, soil, sediment, biosolid and organism. Many scholars focused on the occurrence, behaviours, fate and effects of cVMS in environmental matrices all over the world. However, few studies paid attention to the environmental behaviour of cVMS in the solid phase. We assessed their environmental behaviour and fate in soil, biosolid and sediment. High concentrations of cVMS were detected in biosolids. Volatilisation, adsorption and degradation were the major environmental behaviours for cVMS in the solid phase. Although some aquatic organisms showed an appropriate level of bioaccumulation and bioconcentration, there were no obvious evidence of trophic biomagnification in aquatic food webs for octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5). In addition, cVMS in the environment have not impacted for natural organisms because the concentrations in soil and sediment have not exceeded the maximum no-observed-effect-concentration threshold. Finally, regarding the major environmental behaviour in soil and sediment, suggestions for further study are proposed.     

川西亚高山、高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态特征

为深入了解川西亚高山/高山森林冬季生态学过程,于2008年11月─2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔岷江冷杉林（Abies faxoniana）土壤微生物生物量和酶活性动态。各海拔森林土壤在冬季维持着较高的微生物生物量含量和酶活性,并随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层和矿质土壤层冬季微生物生物量碳和氮含量及转化酶和尿酶活性均表现出受冻结初期土壤冻融循环影响显著降低,在冻结期变化不明显,在融化期急剧增加至融化后显著降低的趋势,且土壤有机层微生物生物量含量和酶活性在融化期具有一个明显的年高峰值。海拔变化显著影响了土壤酶活性,但对土壤微生物生物量不显著。土壤温度与土壤微生物生物量含量相关显著。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山/高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态。     

气候变暖背景下森林土壤碳循环研究进展

由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林牛态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地牛物嘲表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面(土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库),综述了近10 a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点.参70     

22种常用除草剂对蚯蚓(Eisenia fetida)的急性毒性

为评价农药对土壤动物的影响,采用滤纸法和人工土壤法测定了22种常用除草剂对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的急性毒性.滤纸法染毒48 h,特丁净、丙草胺、精异丙甲草胺、乙草胺和莎稗磷对蚯蚓为中等毒性,其LC50值为10.32(8310～12.23)～34.69(29.16～43.99) μg·cm-2;其次为...     

模拟氮沉降对森林土壤化学性质的影响

大气氮沉降的增加对森林土壤的影响是近来生态学研究的重要课题。以鼎湖山季风常绿阔叶林（以下简称为“阔叶林”）、马尾松（Pinus massoniana）林、针阔叶混交林（以下简称为“混交林”）和增城木荷（Schima superba）人工幼林等4种林型土壤为研究对象,采用野外原位模拟大气氮沉降的方法,设置3种模拟氮沉降量,即N0（对照,N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）、N10（N：10 g·m-2·a-1）,在模拟氮沉降时间分别为42个月（阔叶林）、31个月（马尾松林）、50个月（混交林）、20个月（人工幼林）后,采集0~20 cm土层的林地土壤,分析土壤的化学性质,探讨不同氮沉降量对不同林型土壤化学性质的影响。结果表明,（1）模拟氮沉降对鼎湖山阔叶林、马尾松林、混交林土壤pH值的影响基本一致,均使pH值下降。其中,当氮沉降量达到N10时,阔叶林土壤pH值降为3.97,与对照相比下降了0.11 pH单位,差异达显著性水平（p〈0.05）。而人工幼林土壤pH值未随着氮沉降量的不同而有明显的变化。（2）模拟氮沉降在近2年至4年的时间内,对阔叶林、混交林、人工幼林的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解性氮、速效磷、速效钾含量的影响均不明显,马尾松林土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾含量也没有明显变化,但模拟氮沉降导致了马尾松林土壤水解性氮含量明显下降,从95.12 mg·kg-1降至84.39 mg·kg-1,差异达显著性水平（p〈0.05）。（3）模拟氮沉降对鼎湖山阔叶林、马尾松林、混交林等3种林型土壤盐基饱和度、盐基离子Ca2＋、Mg2＋、K＋含量的影响未达显著水平,而对这3种林型土壤交换性Na＋含量的影响则较明显且影响趋势基本一致,即氮沉降的增加导致了土壤交换性Na＋含量明显下降。在N10处理下,与对照相比,这3种林型的土壤交换性Na＋含量分别下降了40.0%、68.4%、50.0%,差异达显著性水平（p〈0.05）。氮沉降对人工幼林土壤盐基离子含量无明显的影响。由此可得出结论：在近2年至4年的时间内,氮沉降的增加能引起鼎湖山3种林型土壤尤其是阔叶林土壤加速酸化,引起交换性Na＋明显淋失,以及马尾松林土壤水解性氮含量明显下降;但氮沉降的增加对木荷人工幼林土壤化学性质暂无明显的影响。后者可能与该林型模拟氮沉降时间较短、林龄较轻而处于快速生长期等因素有关。