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【1111ss】「研究动态」近期4则土壤科研进展,建议仔细看!

2021-11-06 19:31:27 鹿先生小编

土壤观测

指导自学

最近四项土壤科学研究进展。

资料来源:根据中科院南京土壤研究所、中科院东北地理农业生态研究所、中科院城市环境研究所、中科院、水利部成都山地灾害与环境研究所等单位网站整理了最近的相关报道信息

南京土壤所在地区重金属多介质分配及来源分析研究方面取得了进展。

近年来,由于强有力的人为活动,我国部分地区重金属污染日益严重,严重威胁着土壤环境质量和农产品安全。

区域土壤、作物乃至大气重金属污染已经成为我国当前面临的重大环境问题。目前在区域农田重金属污染识别与污染形成机制方面,虽然初步揭示了土壤重金属污染特征、迁移转化机制和环境风险,但针对区域土壤、作物、大气等多介质系统及复合污染条件下重金属的多介质分配规律、污染成因及健康风险的研究明显滞后。

中科院南京土壤研究所黄标研究员团队近年来通过对南京沿江流域土壤、沉积物、作物、大气沉降等不同环境介质中重金属的富集特征、多介质分配、来源和健康风险进行研究,明确了施肥、大气沉降等因素对农田Cd和Pb等重金属的输入通量,结合正定矩阵因子分析(PMF)模型、Pb稳定同位素示踪、GIS空间分析等多种技术手段,建立了区域农田重金属的定量源解析方法,揭示了农田土壤重金属的主要来源及其贡献。通过评价该区域土壤、沉积物中重金属的潜在风险,作物重金属的健康风险,明确了重金属多介质风险的分配状况,结合地理探测器(Geodetector )模型揭示了影响重金属健康风险的关键驱动因子。通过对苏南典型工业区周边土壤和水稻中Hg污染状况与来源的研究发现,尽管部分Hg污染较重的工业企业已经搬迁或进行产业结构调整,农田土壤和稻米中Hg的污染状况仍然不容乐观,并且土壤Hg污染呈现明显的带状分布特征,且与当地的工业布局与主导风向有关。结合Hg稳定同位素组成特征分析,发现大气沉降是该区域农田土壤Hg的重要来源之一。这些研究结果将有效丰富和拓展区域农田重金属的定量源解析方法,对农田重金属污染防控、农业安全生产及农田环境质量综合管理具有重要指导意义和参考价值。相关成果近期在Environmental Pollution (2018, 237: 650-661; 2018, 243: 1047-1056) 和Ecotoxicology and Environmental Safety(2018, 163: 230-237)上发表。

以上研究得到了国家自然科学基金、科技部国家科技支撑计划和江苏省科技厅重大科技示范项目的资助。围绕上述研究方向与成果,研究团队胡文友副研究员和张艳霞博士后近期分别获得了国家自然科学基金面上项目(41877512)和青年基金项目(41807497)资助。

文章链接





区域农田重金属的多介质富集特征、来源及贡献





区域重金属的多介质风险及关键驱动因子





工业区周边Hg的空间分布及Hg稳定同位素组成


东北地理所在高光效交替休闲种植模式提高土壤质量研究取得进展


农业管理措施影响土壤质量、作物生产力和农业生态系统功能。传统耕作习惯造成土壤有机质下降,生物多样性降低,增加土壤侵蚀和温室气体排放等。玉米高光效交替休闲种植模式是东北地理所自主研发的一种新型种植模式,通过改变行向和垄距,实施免耕和秸秆全量还田等管理措施,使得耕地轮作休耕,实现休闲种植、培肥地力和防风保水的目的。经过多年的大面积示范推广,证明该模式既能增产,又能很好的保护耕地,具有显著的经济、社会和环境效益。

为了探究玉米高光效交替休闲种植模式对土壤质量的影响,作物生理与栽培学科组利用设置12年的玉米高光效交替休闲种植模式大田小区试验,研究了该种植模式对土壤细菌和真菌群落结构和活性以及土壤理化和生化性质的影响。结果表明,玉米高光效交替休闲种植模式显著增加了土壤有机质和微生物生物量碳含量,提高了土壤脲酶、转化酶和酸性磷酸酶活性;土壤脲酶、转化酶、蛋白酶、β-葡糖苷酶和磷酸酶活性以及微生物生物量具有明显的季节性波动和垂直分布特征。同时,对土壤细菌和真菌进行MiSeq测序,表明玉米高光效交替休闲种植模式增加了细菌的丰富度和多样性。该种植模式改变了12门、24纲、32目和75科的细菌群落及1门、4纲、12目和18科的真菌群落。在优势门水平上,玉米高光效交替休闲种植模式增加了Actinobacteria、Gemmatimonadetes、Verrucomicrobia和Ascomycota相对丰度,但是降低了Bacteroidetes、Firmicutes和Basidiomycota相对丰度。同时,玉米高光效交替休闲种植模式中土壤假单孢菌、根瘤菌等一些有益菌的相对丰度要高于传统种植模式。并且土壤细菌和真菌群落结构与土壤pH、有机质、N、P、微生物生物量和土壤酶活性呈显著性相关。这些结果说明玉米高光效交替休闲种植模式通过改变土壤细菌和真菌群落结构、增加土壤酶活性和有机质含量,提高了土壤质量;同时也说明玉米高光效交替休闲种植模式是一种科学合理的保护耕地的管理措施,可为农田土壤培肥和农业可持续发展提供理论借鉴,也为加快转变农业发展方式和调整优化农业结构提供技术支撑和示范样板。

相关研究结果发表在European Journal of Soil Science和Archives of Agronomy and Soil Science上。研究得到了中国科学院青年创新促进会(2018264)、中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-TZ-16)、吉林省科技发展计划项目(20150101096JC)以及东北地理所特色研究所“一三五”规划项目重点培育1“松嫩平原资源高效型作物生产模式研发与应用” 的联合资助。

1.Zhu X, Sun L, Song F, Liu S, Liu F, Li X. Soil microbial community and activity are affected by integrated agricultural practices in China. European Journal of Soil Science, 2018, 69:924-935.

论文链接:

2.Sun L, Song F, Liu S, Cao Q, Liu F, Zhu X. Integrated agricultural management practice improves soil quality in Northeast China. Archives of Agronomy and Soil Science, 2018, doi: 10.1080

论文链接:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080




图1 种植模式对细菌(a)和真菌(b)群落结构的影响



图2 细菌(a)和真菌(b)群落结构与土壤性质的RDA分析


城市环境所在食物链初级生产阶段温室气体排放研究方面取得进展


文、图/高兵

作为食物链初级生产系统的农田种植过程是农业温室气体排放的重要过程。21世纪初以来,我国在国家尺度和不同区域农田土壤有机碳变化方面开展了大量的研究,发现除东北地区外,平均土壤有机碳均呈不同程度的增加趋势,农田起到了固碳减排的作用。然而,在我国农业生产过程中,投入了大量的化肥、农药、灌溉能源,这些投入在生产和运输过程中产生了大量的温室气体排放,同时在农田种植阶段也会伴随大量的温室气体排放。从生命周期分析的角度出发,农田投入带来的隐含碳排放和土壤温室气体排放在很大程度上抵消了土壤固碳减排效应。国内在该方面也做了较多研究,但不难发现不同区域作物体系间核算口径不统一,参数多样化和非本地化,使国内众多研究存在很大的不确定性,缺乏可比性。

鉴于此,中国科学院城市环境研究所城市生态过程与调控研究组(崔胜辉团队),联合中国农业大学等单位,通过收集2000-2017年期间,文献发表的不同作物体系土壤有机碳变化,定量了各体系的碳固定速率。同时收集农业种植过程中化肥投入、灌溉用电、农药和机械燃油等实物消费量及相关的生产上游温室气体排放和农田种植阶段的温室气体排放。采用统一的口径和参数核算不同作物体系的综合温室气体排放。结果发现,农业投入和种植过程中产生的温室气体排放平均量是对应体系土壤固碳减排量的12倍,农田表现为较大的温室气体排放源。文章进一步分析了我国不同农作体系温室气体排放的主要来源,提出了进一步削减措施,该结果可为我国低碳农业的发展提供理论指导,也为后续食物贸易角度碳排放权分配等研究奠定了数据基础。

研究结果以“Chinese cropping systems are a net source of greenhouse gases despite soil carbon sequestration”为题发表于Global Change Biology,高兵为第一作者,崔胜辉研究员和巨晓棠教授为通讯作者。该研究得到了国家重大科学研究计划(973项目)、中科院城市环境研究所青年人才领域前沿项目及国家自然科学基金等项目的资助。


成都山地所在横断山地土壤可蚀性研究方面取得新进展


K值(土壤可蚀性)大小表示土壤被侵蚀的难易程度,反映土壤对侵蚀外营力剥蚀和搬运的敏感性,是进行土壤侵蚀定量评价的重要参数,是一种土壤的内在属性。在土壤侵蚀预测模型中,降雨侵蚀力、地形因子、植被覆盖与经营管理因子、水土保持措施因子等相对较为容易被准确计算,但土壤可蚀性难以被准确测定,因此,如何准确估算土壤可蚀性K值已成为水土保持领域的研究难点。日前,成都山地所苏正安副研究员在横断山地土壤可蚀性研究方面取得新的研究进展。

根据次降雨过程中土壤细沟可蚀性可能会发生相应变化,结合自由排水、饱和与渗流等三种土壤水文状态,可以近似地模拟次降雨过程中土壤所处的近地表水文状态。该研究以元谋干热河谷燥红土为基带的横断山地土壤作为研究对象,采用细沟模拟装置测量了燥红土、紫色土、黄棕壤等三种土壤处于排水、饱和、渗流三种近地表水文状态下的细沟可蚀性。

结果发现,不同近地表水文状态下土壤细沟可蚀性会发生显著变化,且均表现为:K渗流> K饱和> K排水。这表明,土壤在附加了垂直向上的水动力作用之后,细沟可蚀性会显著增加。此外,土地利用类型变化和海拔变化也会显著影响土壤细沟可蚀性。

该研究得到了973计划(2015CB452704)、国家重点研发计划(2017YFC0505102)和国家自然科学基金(41401313)等的资助,相关成果发表在国际知名学术期刊Earth Surface Processes and Landforms上。

论文链接





不同近地表水文状态下a)耕地,b)林地燥红土、紫色土和黄棕壤细沟可蚀性

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