模拟氮沉降对干旱半干旱温带草原土壤细菌群落结构的影响

随着社会经济发展,活性氮源随人为活动逐年递增,导致氮沉降相应增加,由此带来的生态环境问题也日益严重.本研究基于细菌16S rRNA基因高通量测序技术,分析长期人工模拟氮沉降氮输入量为0、1、4、8、32 g·(m~2·a)~(-1)对干旱半干旱区草原土壤微生物群落结构的影响.结果表明,模拟氮沉降7 a增加了土壤中可利用氮含量,引起草原土壤酸化.高通量测序结果表明,细菌OTU(operational taxonomy unit)数量随氮输入量的增加呈现增加的趋势,高氮处理[8 g·(m~2·a)~(-1)和32g·(m~2·a)~(-1)]显著高于低氮和对照处理;细菌α多样性指数呈现先增加后降低的趋势.不同氮输入水平下土壤细菌群落结构差异显著,且与土壤p H和氮的有效性显著相关.不同细菌相对丰度在纲的水平对氮输入的响应趋势不同.氮的长期大量输入可直接或间接通过改变土壤性状而影响草地土壤细菌群落结构和多样性.     

福建省杉木人工林土壤亚硝酸盐还原基因丰度及其主要环境驱动因子

杉木在我国南方亚热带地区被大面积种植,导致土壤性质发生巨大变化.为揭示福建省杉木人工林土壤中亚硝酸盐还原基因(nirS和nirK)的分布特征及其主要环境驱动因子,本研究选取福建省9个主要林场的杉木人工林土壤为研究对象,使用荧光定量PCR分析了nirS和nirK基因丰度,同时测定反硝化潜势.结果表明:福建省杉木人工林土壤理化性质呈较大的变异特征,其中,pH值为4.02～5.05,为典型的酸性森林土壤.各采样点杉木人工林土壤nirS丰度均显著高于nirK,表明nirS在酸性杉木人工林土壤中占主导.随机森林和逐步回归分析均表明,土壤含水率是影响nirS基因丰度最主要的环境因子,而nirK基因丰度则主要受土壤pH值调控.相关性分析表明,nirS和nirK基因丰度分别与土壤含水率和pH值呈显著正相关.此外,土壤反硝化潜势与SOC、DOC、TN、NO₃^-、MC等环境因子呈显著相关,同时与nirK丰度呈显著正相关,但与nirS丰度无显著相关.综上,福建省杉木人工林土壤nirS和nirK基因丰度存在较大空间变异,土壤含水率和pH值分别是其主要环境驱动因子.     

锰氧化物与环境中有机物的作用及其在环境修复中的应用

锰氧化物在陆地和海洋环境中含量丰富.作为天然强氧化剂之一,广泛地参与自然界中有机和无机化合物的氧化还原反应,锰氧化物通过吸附、氧化偶合或氧化分解等方式与多种有机物,如酚及取代酚、芳香胺、腐殖酸、氨基酸.甚至多环芳烃、多氯联苯、内分泌干扰物等相互作用,本文对锰氧化物与多种有机物的反应机理、影响锰氧化物对有机物吸附性能和反应活性的因素进行了综述.同时介绍了天然矿物锰氧化物、化学合成锰氧化物及生物氧化锰的特点及其在环境修复中的应用前景.     

新型保水剂应用于土壤-小白菜系统的环境安全评价

保水剂作为一种抗旱节水材料,有广泛应用于农业生产的潜在价值.以基于植物萃取物合成的新型保水剂为对象,通过设置不同给水条件(超量、正常及缺水3个条件)和保水剂施用方法(底施和喷施2种方法),研究了保水剂使用对土壤水分、团粒结构、小白菜生长、土壤微生物生物量及微生物呼吸的影响.结果表明,与对照相比,保水剂的施用可显著提高土壤含水率,促进土壤大团聚体(>0.25 mm)的形成,有利于土壤微生物活性的提高(P<0.05).特别是在缺水条件下,保水剂对土壤环境的改善效果更为明显.此外,保水剂的使用方式是影响其节水效果的重要因素.与正常水分条件下的空白相比,在不影响小白菜产量的前提下,喷施Jaguar C(JC)可减少灌溉用水量约25%;而与缺水条件的空白相比,喷施JC处理则可提高小白菜产量2倍以上.综合以上结果表明,该类保水剂的使用对土壤生态系统有较明显的改善,是环境安全的农业节水技术.     

模拟酸雨对不同土层酸度和K+淋失规律的影响

在江西表土施用KCl肥料后,用室内模拟酸雨的土柱实验,研究酸雨对不同土层酸度及K+淋失的影响.其结果表明,不同土层淋出液pH值的变化先下降后上升,但起始pH值存在明显差异,pH2.5酸雨在A层和AB层淋溶的中后期又下降;淋出液电导变化有一个峰值,其出现在淋溶的起始阶段,表明土壤中养分迅速向下迁移.K+的淋失与降雨的酸度有关,pH2.5酸雨会加速K+在土体内向下迁移,在A层土壤中K+的释放可分为2个阶段:快速释放过程和中速释放过程;至于pH4.5酸雨淋溶下,K+淋失分为快速释放过程和慢速释放过程.     

武当山土壤的粘粒矿物与表面电荷性质

本文研究了湖北省武当山风景区石英云母片岩发育的７个土样的粘土矿物组成、粘粒氧化物含量。土壤电荷量及电荷零点．结果表明：（１）供试土壤粘土矿物均以２∶１型矿物占优势，在海拔４４０ｍ以下的土壤中主要是水云母和蛭石，在海拔６７０ｍ以上的土壤中主要是１．４ｎｍ过渡矿物、绿泥石和水云母；（２）土液粘粘中氧化铁和氧化铝的含量、粘粒硅铝率及氧化铁的游离度随海拔的变化而变化的趋势不甚明显，但非晶形铝铁氧化物的含量及氧化铝和铁的活化度随海拔升高而趋于增加；（３）土壤可变负电荷量、阴离子吸附量和电荷零点随海拔升高而趋于增加。     

几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性(Ⅰ)--氧化锰矿物类型与吸附态离子的影响

用X射线光电子能谱、氧化还原平衡等技术，研究了我国几种土壤铁锰结核对Cr（Ⅲ）的氧化特性，结果表明：供试土壤铁锰结核中的锰为＋3、＋4价态，黄棕壤（N2－1）、黄褐土（N4－1）、砂姜黑土（5-1)铁锰结核中氧化锰矿物对Cr（Ⅲ）的最大氧化量分别为627．1、723．6、478．6mmol/kg(MnO2），其中水钠锰矿／锂硬锰矿组合对Cr（Ⅲ）的氧化量化钙锰矿／锂硬锰矿组合的大；对Cr（Ⅲ）的是分率随Pb吸附量的增加而降低至稳定，随Cd、离子吸附量增大的变幅较小，土壤铁锰结核中的氧化锰矿物对Cr （Ⅲ）的氧化量与氧化锰矿物类型、锰的价态、吸附态阳离子种类及表面位点亲和性等因素有关。     

土壤环境微界面过程与污染控制

土壤环境微界面是土壤组分(矿物和有机质)、植物根系、微生物等微界面的集合体和动态变化的连续体.土壤胶体微界面可理解为土壤固/液界面的双电层结构.这些动态变化的异质微界面,按其表面结构特点可分为硅氧烷型表面、水合氧化物型表面和有机物表面.环境污染物在土壤胶体微界面的迁移转化是污染物在土壤固-液界面反应的动态平衡过程,包括吸附/解吸、沉淀/溶解、络合/螯合、氧化/还原等反应.植物根际是植物与土壤组分和微生物相互作用的活跃区域,根际微界面决定着污染物向植物根系的运输、植物吸收及转运,为污染物经土壤向食物链传递的主要通道.根际微生物在重金属离子的吸附和氧化、还原、转化,以及有机污染物的降解和转化中起重要作用.这些异质微界面相互关联、相互作用,在土壤环境中构成微界面的连续体,决定着污染物在土壤环境中的赋存形态、生物有效性和向其它环境介质(如水体和植物)的迁移,因而在土壤污染控制和污染土壤修复中具有特别重要的意义.土壤环境微界面过程的研究已成为环境科学的研究前沿,值得引起土壤环境科学工作者的重视,并进行系统而深入的研究.     

稻田土壤不同水分条件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的变化特征

以湖南桃源县一长期种植水稻的酸性土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了4个水分梯度处理,分别为田间持水量(water holding capacity,WHC)的30%、60%、90%和淹水2 cm深.考察了水分条件变化对硝化和反硝化作用影响,并结合定量PCR和限制性末端片段长度多态性(T-RFLP)技术研究了硝化-反硝化微生物的响应特征.结果表明,30%WHC处理土壤无明显的硝化和反硝化作用发生,硝化作用主要发生于60%WHC和90%WHC处理土壤,90%WHC处理土壤硝化作用明显强于60%WHC,并检测到明显的N2O释放,表明该水分条件可能发生了硝化-反硝化耦合作用.淹水处理土壤氧化还原势Eh显著低于非淹水处理土壤,无明显的硝化作用发生,但能检测到N2O释放且释放量小于90%WHC处理土壤.除培养初期(7 d)外,反硝化功能基因nirS和nirK,以及氨氧化细菌(AOB)amoA基因的丰度先随着水分增加而增加,并在淹水处理中小幅下降,三者之间呈明显的正相关关系,且AOB amoA、nirS和nirK基因丰度均在90%WHC处理中最高,与该处理中硝化和反硝化活性最高相一致.T-RFLP结果表明,培养2周后,nirS基因为代表的反硝化微生物群落组成对水分梯度变化产生明显响应,Eh和含水率Cw是影响其群落组成的主要因子.