人类活动对土壤环境的影响及对策

人类不合理的开发行为给土壤环境带来了沉重的负面影响，主要表现为土壤沙化、土壤侵蚀、土壤盐渍化、土壤污染等。本文以此为出发点展开讨论，分析各种现象的成因，并提出相应对策。     

Sustainability: a Dissent

Abstract:  Broadly conceived and considered in its many usages, sustainability has grave defects as a planning goal, particularly when used by conservationists: it confuses means and ends; it is vague about what is being sustained and who or what is doing the sustaining; it is uninspiring; it is little more than Pinchot-era conservation (and thus ignores the many lessons learned since then); it need not be linked to land, to the land's functioning, or to any ecological science; it need not include a moral component; it is consistent with the view of humans as all-powerful manipulators of the planet; and, in general, it is such a malleable term that its popularity provides only a facade of consensus. When sustainability is defined broadly to include the full range of economic and social aspirations, it poses the particular risk that ecological and biodiversity concerns will be cast aside in favor of more pressing human wants. Given these many defects, the conservation movement should discard the term in favor of a more alluring goal, attentive to nature and its ecological functioning. A sound goal would incorporate and distill the considerable ecological and moral wisdom accumulated since Pinchot's day while giving conservationists the rhetorical tools needed to defend the land against competing pressures. In our view, conservation would be well served by an updated variant of "land health," Aldo Leopold's ecologically grounded goal from the 1940s. Land health as an independent understanding should set the essential terms of how we live and enjoy the earth, providing the framework within which we pursue our many social and economic aims.     

亚热带稻田土壤碳氮磷生态化学计量学特征

为了解稻田土壤中是否存在稳定的土壤有机碳(C)、氮(N)和磷(P)比值,基于亚热带区110个水稻土剖面和587个发生层的土壤调查数据库,在区域尺度上分析了典型水稻土C∶N∶P比值的生态化学计量学特征,并应用相关分析和冗余分析,研究水稻土C∶N∶P比值与土壤-环境因子(地形和母质、土壤发生层、土壤类型和土壤理化性质)的关系.结果显示,亚热带区稻田土壤C∶N、C∶P和N∶P的剖面加权平均值分别为12. 6、49和3. 9,C∶N∶P为38∶3. 2∶1.不同母质起源、不同土壤亚类和不同发生层的水稻土C∶N变异相对较小;但C∶P和N∶P的变异很大,两者均值也远低于全球(186和13. 1)和中国土壤(136和9. 3)的C∶P和N∶P的平均水平.尽管稻田土壤剖面的C∶N∶P相对不稳定,但由于稻田表土生物与环境相互作用强烈,表土C∶N相对稳定(14. 2).这反映长期水耕熟化作用下,稻田表土中C和N仍存在紧密的耦合作用.然而,在稻田土壤剖面上,C∶P和N∶P并不稳定,SOC与全P含量、全N与全P含量也无显著相关性,表明环境变化可能导致土壤C∶N∶P解耦.地形、土壤质地、氧化铁和容重是调控稻田土壤剖面C∶N∶P的关键土壤环境因子.     

铁铜双金属有机骨架MIL-101(Fe,Cu)活化双氧水降解染料性能

针对非均相芬顿传质效率低和Fe（Ⅲ）Fe（Ⅱ）转化慢导致活性低等问题,采用溶剂热法制备铁铜双金属有机骨架材料[MIL-101（Fe,Cu）],并研究了材料界面性质、催化降解染料（亚甲基蓝）性能以及活化催化机制.结果表明,MIL-101（Fe,Cu）晶体结构完整且呈三维八面体形状;比表面积和平均孔径分别为667.2 m² ·g^-1和1.9 nm,可充分暴露反应活性位点.MIL-101（Fe,Cu）在广谱pH范围可活化H₂ O₂高效降解亚甲基蓝.当pH=5、反应20 min,MIL-101（Fe,Cu）/H₂ O₂对20 mg ·L^-1亚甲基蓝的去除率为100%,较MIL-101（Fe）/H₂O₂和单独H₂ O₂分别提高43.1%和88.9%.自由基猝灭实验与反应前后铁和铜价态变化结果表明,羟基自由基（·OH）是MIL-101（Fe,Cu）/H₂ O₂催化降解亚甲基蓝的主要活性物种;Cu（Ⅱ）掺杂引入新的活性位点,且Cu（Ⅱ）/Cu（Ⅰ）循环和Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）循环可协同产生·OH,进而提高催化效率.MIL-101（Fe,Cu）作为新型非均相类芬顿催化剂,无需复杂pH调节即可获得良好催化效果,在工业废水处理上具有较好地应用前景.     

潮土细菌及真菌群落对化肥减量配施有机肥和秸秆的响应

为了研究化肥减量配施有机肥和秸秆对华北麦玉轮作田潮土细菌和真菌群落的影响,在天津市宁河区试验基地开展田间定位施肥试验,采用Illumina高通量测序技术比较了5种施肥模式（单施化肥处理,F;化肥减施处理,FR;化肥减量与秸秆配施处理,FRS;化肥减量与有机肥配施处理,FRO;化肥减量与有机肥和秸秆配施处理,FROS）下土壤细菌及真菌群落的组成、多样性和结构差异,并结合土壤理化性质分析,探究不同施肥处理下驱动细菌和真菌群落变化的关键土壤环境因子.结果表明,FRO处理显著提高了土壤SOM含量.FROS处理的TP含量显著高于FRS处理,增加了13.33%.FRO和FROS处理AP含量较其它处理显著增加,NH₄⁺-N含量显著高于化肥处理（F和FR）.各施肥处理土壤中优势细菌门类均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）,优势真菌门类均为子囊菌门（Ascomycota）.在化肥减量配施有机肥（FRO）的基础上添加秸秆（FROS）显著降低了放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度.FRS和FROS处理均显著降低了芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度.FROS处理显著提高了浮霉菌门（Planctomycetes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的相对丰度.对于真菌群落而言,有机肥（FRO和FROS）的施入显著提高了子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度.与FR处理相比,FROS处理显著降低了被孢菌门（Mortierellomycota）和油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度,且FRS处理同样显著降低了油壶菌门（Olpidiomycota）的相对丰度.FROS处理的细菌群落Shannon多样性指数显著高于F和FR处理,分别增加了1.26%和1.25%,Chao1指数较F处理显著增加了4.51%,细菌Shannon多样性指数与AP和NH₄⁺-N含量显著正相关（P<0.05）.与FR处理相比,FRS、FRO和FROS处理显著降低了真菌群落Shannon多样性指数,分别达到29.85%、24.94%和25.73%,真菌Shannon多样性指数与AP含量显著负相关（P<0.05）.细菌群落结构在FROS处理下显著区别于F、FR和FRO处理,土壤SM、TP、pH和AP是导致细菌群落结构变化的主要驱动因子;真菌群落结构在FRO和FROS处理下显著区别于F和FR处理,真菌群落结构变化主要受土壤TN、AP和TP的驱动.综上所述,添加有机肥和秸秆改变了土壤理化性质,进而改变了土壤细菌和真菌群落组成,土壤真菌对有机物料的敏感程度高于细菌,细菌和真菌群落结构均受到土壤P的调控,在潮土农业耕作中应引起充分重视.     

不同轮作模式下作物根际土壤养分及真菌群落组成特征

为研究宁夏中部干旱带不同轮作模式下土壤养分及真菌群落组成的特征,以谷子轮作大豆（MRG）、轮作籽粒苋（MRA）、轮作藜麦（MRQ）及谷子连作（CK）为对象,测定了土壤养分含量,并利用Illumina MiSeq高通量测序平台测定了土壤真菌的ITS变异区序列.结果表明,不同轮作模式对土壤养分的影响存在差异.3种轮作模式下土壤pH和电导率均有所下降,土壤全氮、全钾、全磷和有机质含量均上升,OTUs数和α多样性指数均高于连作.真菌群落组成研究结果显示,子囊菌门（Ascomycota）为4种模式下的优势菌群.聚类分析显示MRA和MRG的真菌属组成最为相似,其次是MRQ,CK与3种轮作模式相差较大.相关性分析显示,土壤养分与几种优势真菌属呈显著相关性（P<0.05或P<0.01）,土壤全氮、全钾、硝态氮和有机质含量是影响土壤真菌群落最主要的因子.主成分分析（PCA）表明,MRG轮作模式优于MRA和MRQ模式.综上所述,轮作提高了真菌群落多样性指数,改变了土壤真菌群落结构,改善了土壤肥力状况,其中以谷子与大豆轮作效果最佳,建议将谷豆轮作作为中部干旱带杂粮产业中主要的轮作模式之一进行推广.     

羽序灯心草作为酸性矿山废弃地先锋植物潜力

生态复垦是当前世界各国酸性矿山废弃地修复的主要方法.通过研究云南来利山锡矿区废弃地土壤pH值、肥力特征及重金属含量,以及矿区生长的羽序灯心草形态特征和植株体内重金属的分布特征,分析植株耐酸性、对废弃地土壤肥力的适应性及对Zn和Cu等重金属污染的耐性,探讨其作为酸性矿山废弃地先锋植物的潜力.结果表明,研究区域根际土壤pH值均值范围为3.46～4.01,呈酸性;土壤中有机质、全钾、全磷和速效磷含量分别为10.28～25.75g·kg~(-1)、 8.84～9.32g·kg~(-1)、 0.56～0.63g·kg~(-1)和1.82～5.72mg·kg~(-1),处于较低水平;土壤中Zn、Cu和Fe含量均值范围分别为54.93～114.49、 92.53～127.59和47 133.60～112 259.63 mg·kg~(-1),其中重金属Cu含量超出风险筛选值1.85～2.55倍;研究区域羽序灯心草株高均值范围为43.77～55.42 cm,对照组植株高度为51.38～57.66 cm,无显著差异,表明羽序灯心草具有耐酸性及对重金属污染具有耐性.进一步分析对重金属Cu和Zn的富集能力和转移特征,发现对Cu和Zn都具有富集能力,且对Zn具有运转能力,具有一定的富集吸收潜力.株高与根际土壤中速效磷的含量显著相关,后期羽序灯心草作为先锋植物在矿山废弃地进行种植时,可针对性地补充含速效磷的肥料改善土壤肥力条件.综合分析结果表明,羽序灯心草作为先锋植物修复酸性矿山废弃地具有巨大潜力.     

土地整治对工业区周边土壤微生物多样性和群落结构影响分析

为探究土地整治对重金属污染环境下土壤理化性质及其中微生物的影响,本文基于Illumina高通量测序技术,对比分析了工业区周边土地整治区内外的土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:①从土壤性质来看,土地整治区重金属污染状况和土壤质量均优于非整治区.②从土壤微生物群落结构来看,水田土壤微生物群落主要的菌门为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,而土地整治可能降低了变形菌门相对丰度,提高了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度,同时在属水平上也提高了鞘脂单胞菌属、地杆菌属的相对丰度.③从土壤微生物多样性来看,土地整治区中土壤微生物多样性和功能性明显得到改善,但随着重金属污染程度的升高,改善效果逐渐减弱.④Spearman相关性分析表明,Cd、Hg、Pb、pH、AP是影响微生物群落的主要环境因子,而硫杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属与多种重金属元素表现出显著的正相关关系.本研究证实了土地整治有助于改善土壤微生物多样性和功能性,并提升土壤质量.     

氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(VI)

以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@PEI-HBC）,并利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr（VI）的影响及其去除机理.结果表明：在投加量为0.5 g·L^-1,温度为20℃,pH值为5,Cr（VI）初始浓度为20 mg·L^-1条件下,各材料对Cr（VI）的去除率大小为nZVI@PEI-HBC > nZVI > PEI-HBC > HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr（VI）效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr（VI）去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr（VI）的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe（II）的释放,促进Cr（VI）还原为Cr（III）,然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.     

漓江流域δD和δ18O对蒸发的指示作用

以漓江流域为例查明不同水体之间氢氧稳定同位素组成特征,并探讨氢氧稳定同位素对漓江流域的蒸发过程指示作用.结果表明：流域内不同水体之间,氢氧稳定同位素表现出不同的组成特征,地表水和地下水,在丰水期δD值和δ¹⁸O值要比枯水期更容易富集,地下水的δD值和δ¹⁸O值分布范围较地表水小;随着水温的升高,δ¹⁸O的变化趋势比d-excess明显.从漓江上游到下游高程逐渐下降,河水线的斜率和截距也在逐渐减小,其中漓江下游河水线的斜率和截距要低于当地大气降水线,表明下游受到蒸发作用较强烈;地下河水线、地表河水线在一定程度上偏离当地大气降水线,但偏离程度较小,表明三者之间有很好的水力联系.受温度和湿度的共同影响,漓江干流丰水期河水的蒸发量占最初水体总量的0.7%~9.1%,枯水期河水的蒸发量占最初水体总量的2.6%~9.7%,丰水期的蒸发比例低于枯水期,从上游到下游蒸发比例在逐渐上升.研究区蒸发量估算值为959.40mm,与多年实测值少43.11mm,相对误差4.70%.氢氧稳定同位素对研究区降水、地表水、地下水之间的转换规律具有重要的实际意义,在今后的漓江流域水文研究中有着更加广阔的空间.