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2024年 第43卷 第9期    刊出日期：2024-09-10

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2024, 43(9):  0. 

摘要 ( 35 )   PDF (509KB) ( 60 )  

导语

2024, 43(9):  1. 

摘要 ( 25 )   PDF (142KB) ( 27 )  

森林与林业生态

气候变暖对森林生态系统碳汇功能的影响：机制、方法和主要进展

方运霆, 刘冬伟, 段伊行, 黄凯, 王文超, 秦玉婧, 王盎, 王超, 刘娱齐, 图影

2024, 43(9):  2551-2565.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.043

摘要 ( 303 )   PDF (1745KB) ( 217 )  

森林是重要的碳汇，每年吸收化石燃料燃烧释放二氧化碳量的33%。自1850年来全球气温已经增加了1.1 ℃，未来全球气温可能会增加到2.7～4.8 ℃。但全球变暖对森林碳汇功能影响方向、程度及其机制存在激烈的争议，严重影响对全球未来气候变化的预测和政府碳排放控制政策的制定。本文综述了全球变暖对森林生态系统碳汇功能影响的机制、研究方法和主要结论。在此基础上，分析现有研究的不确定性，并提出未来的研究方向。





植物功能性状对森林土壤有机质积累影响的研究进展

张乾, 杨凯, 周长剑, 张金鑫, 苏颖佳, 高添, 卢德亮

2024, 43(9):  2566-2573.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.027

摘要 ( 107 )   PDF (937KB) ( 90 )  

植物功能性状是植物为适应外界环境而表现出的个体特征和属性，影响植物的存活、生长与繁殖，并且对土壤功能也产生影响。本文通过汇总已有研究，进行了如下总结：1)分析了植物功能性状的分类及其与土壤肥力的关系；2)明确了植物功能性状对土壤有机质积累的影响，以及影响方向和强度受土壤氮磷循环与碳饱和状态的作用。此外，从植物功能性状与土壤有机质组分和稳定性的关系方面探讨了植物功能性状对土壤有机质长期积累存留的影响；3)探讨了森林生态系统植物功能性状影响土壤有机质的凋落物和微生物作用机制。在此基础上，提出未来植物功能性状与土壤有机质研究重点，包括：通过先进的技术和方法，明确植物功能性状与土壤有机质积累的植物微生物互作过程和机理，阐明全球变化背景下植物功能性状对土壤有机质积累影响的生态过程和机理。





森林-草原生态系统交错带植物与微生物多样性研究进展

韩佳欣, 王汝振, 张玉革, 姜勇

2024, 43(9):  2574-2586.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.031

摘要 ( 91 )   PDF (1103KB) ( 89 )  

森林-草原生态系统交错带是森林和草原两种地带性植物群落之间的交接地带，景观类型多样，环境异质性强，边缘效应明显，对全球气候变化敏感，是生物多样性保护的重要地带。林草交错带特殊的生境导致地上与地下生物多样性及其生态关联比森林、草原、农田等生态系统复杂。本文综合评述了地形、生态系统养分内循环、全球变化以及人类活动干扰等因素对林草交错带植物多样性的影响，分析了土地利用类型、氮沉降和大气CO₂浓度升高、植物凋落物、土壤有机质及土层深度等对土壤微生物多样性的影响。今后，应当加强局域尺度控制实验与跨环境梯度调查相结合的研究手段，以揭示林草交错带生物多样性形成的地理格局与生态学机制。具体包括林草交错带复合系统物种多样性对土壤酸化、火灾、凋落物组成、围封和放牧及多因子交互作用的响应规律，以及地上-地下生物多样性的生态关联、退化生境修复与植被恢复等方面的研究，为林草交错带土地利用和生物多样性保护提供科学依据和数据参考。



森林生态系统中木腐真菌功能性状研究进展

薛健斌, 陈丽婷, 魏玉莲

2024, 43(9):  2587-2595.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.008

摘要 ( 57 )   PDF (566KB) ( 45 )  

木腐真菌作为木材分解的主要类群，物种极为丰富，影响和调节着全球森林生态系统中的养分循环、土壤形成和碳收支等关键生态过程。功能性状能够反映生物对生境的响应和适应，能有效联系物种个体特征与环境变化，提高对物种功能性状的认识有助于揭示物种共存的机制。本文回顾了木腐真菌功能性状研究的发展历程，总结了近年来基于木腐真菌功能性状研究的科学问题，包括木腐真菌在传播、扩散和定殖的性状特征，菌丝生长与获取营养物质的功能性状，真菌群落多样性的形成机制及其功能类群，木腐真菌降解倒木过程中的多种酶及相关酶基因特征，并介绍了目前木腐真菌研究通用的功能性状指标与测定方法。尽管上述研究对于了解木腐真菌的功能性状已有了长足进步，但由于真菌种类繁多、性状多样，目前对真菌功能性状的研究并不系统深入。提高对木腐真菌物种功能性状作用的认识，包括木腐真菌物种共存、群落构建及生物多样性维持等，可以加深对真菌群落功能机制性的了解。





气候变暖对长白山自然保护区森林碳库的影响

王丹, 王文娟, 武海涛, 姜明, 吕云峰, 薛振山

2024, 43(9):  2596-2606.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.021

摘要 ( 90 )   PDF (3183KB) ( 87 )  

气候变化会影响森林生态系统结构和功能，进而给森林固碳潜力的估算带来许多不确定性。为明晰气候变暖下长白山森林碳库的动态特征，本研究利用空间直观景观模型LANDIS-Ⅱ，模拟了2000—2100年间长白山自然保护区在3种未来气候情景（SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5）和现行气候情景（SSP0-1.0）下森林固碳潜力和碳储量的变化。结果表明：（1）未来森林净初级生产力（net primary productivity，NPP）会不断提高，到2100年，3种未来气候情景下的森林NPP均高于SSP0-1.0气候情景下的NPP值（1010 g C·m^-2·a^-1），但不同气候情景下森林NPP时空差异不显著。（2）4种气候情景下森林总碳储量均呈逐年增加趋势，但与SSP0-1.0情景相比，SSP1-2.6情景下植物碳库增加，土壤碳库和碎屑碳库减少，总碳储量降低了2.1%；SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下植物碳库、碎屑碳库和土壤碳库均减少，总碳储量分别降低了3.4%和4.2%。（3）相较于中、高海拔地区，低海拔区域森林碳库对气候变暖更加敏感；森林植物碳库对气候变暖的响应存在海拔梯度规律，在3种未来气候情景下，植物碳库在低海拔处显著减少，在高海拔区域植物固碳增加。研究结果可为长白山长期森林管理和提高森林固碳潜力提供参考。





不同密度下樟子松非结构性碳水化合物变化规律

王凯, 邢仕奇, 张日升, 刘建华

2024, 43(9):  2607-2614.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.019

摘要 ( 43 )   PDF (1588KB) ( 35 )  

为了解林分密度对樟子松非结构性碳水化合物（NSC）分布的影响，以39年生不同密度（490、750、1110、1550、1800、1930、2560和3520株·hm^-2）樟子松人工林为研究对象，分析樟子松不同器官中NSC及其组分（可溶性糖和淀粉）浓度，探讨不同密度下樟子松NSC变化规律。结果表明：樟子松叶、枝和根中NSC浓度变化范围分别为50.51～82.12、58.24～76.28和13.90～56.82 mg·g^-1。随着樟子松林分密度增加，在490～1550株·hm^-2范围，新叶可溶性糖浓度降低，淀粉浓度增加，NSC浓度保持稳定；在1550～3520株·hm^-2范围，新叶可溶性糖、淀粉和NSC浓度均呈下降趋势。随着林分密度增加，老叶可溶性糖、淀粉和NSC浓度先增加后减少；新枝和老枝可溶性糖及NSC浓度呈先升高后下降再升高的趋势；根系可溶性糖、淀粉和NSC浓度呈先下降后上升的趋势。在林分密度为1110株·hm^-2时，可溶性糖及NSC浓度在新叶和新枝较高，在老叶和老枝达到最大。该密度有利于生产更多碳水化合物，促进枝条快速生长，为成年樟子松人工林的适宜经营密度。





自然干旱下彰武小钻杨幼苗生态化学计量变化规律

邢仕奇, 王凯, 逄迎迎, 吕林有

2024, 43(9):  2615-2622.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.004

摘要 ( 44 )   PDF (1544KB) ( 24 )  

为了解干旱胁迫下彰武小钻杨（Populus × xiaozhuanica W. Y. Hsu et L. cv. Zhangwu）幼苗不同元素的变化规律及计量比特征，本研究通过盆栽实验，测定自然干旱0、6、12、18和24天幼苗各器官（叶、茎和根）中碳（C）、氮（N）、磷（P）和钾（K）含量，分析不同器官间各元素的相关性。结果表明：与干旱0天相比，干旱第6天，各器官N和K含量及C∶P和N∶P降低，P含量及C∶N和C∶K增加；干旱持续6～12天，各器官N含量及C∶P和N∶P增加，P含量下降；干旱持续12～24天，根C含量及C∶N、C∶P和C∶K呈下降趋势；持续干旱下幼苗叶、茎、根间的N和P含量、叶与茎间C含量及叶与根间K含量呈显著正相关；自然干旱过程中，彰武小钻杨幼苗会调整各器官C、N、P、K化学计量适应逐渐加剧的干旱胁迫，首先根系C供给增加、茎中K向叶和根转移，各器官N含量提升以抵御干旱胁迫，最后根系C供应减少，N消耗增加，P和K在体内积累。



红松幼苗光合特性对低温和光照变化的响应

陈庆达, 刁思月, 胡菁格, 肇同斌, 祝成瑶, 李秀芬

2024, 43(9):  2623-2631. 

摘要 ( 54 )   PDF (1829KB) ( 32 )  

在全球气候变暖背景下，提早萌发生长的红松幼苗极易遭受春季低温的危害，进而影响其更新。为探究春季极端低温对红松幼苗早期生长的影响，本研究从光合特性方面探讨了一年生红松幼苗对不同低温（T1：10 ℃、T2：6 ℃、T3：2 ℃、T4：-2 ℃、T5：-6 ℃）和不同光照（L1：150 μmol·m^-2·s^-1、L2：750 μmol·m^-2·s^-1、L3：1500 μmol·m^-2·s^-1）胁迫的生理响应机制。结果表明：（1）随温度降低，各光合指标基本呈现逐渐降低的趋势。6 ℃和10 ℃时，红松幼苗的光合能力（净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）、蒸腾速率（T_r））在中等光强（750 μmol·m^-2·s^-1）处理下显著高于低光强处理（150 μmol·m^-2·s^-1）和高光强处理（1500 μmol·m^-2·s^-1）；（2）最大光化学效率（F_v/F_m）、实际光化学效率（Φ_PSⅡ）、光化学淬灭系数（qP）和电子传递速率（ETR）均随胁迫温度的降低而显著降低，初始荧光（F_o）和非光化学淬灭系数（NPQ）则逐渐升高。在光照750 μmol·m^-2·s^-1下的PSⅡ光合系统受损最小，在温度低于2 ℃时以L3（1500 μmol·m^-2·s^-1）光强对PSⅡ光合系统的伤害最大；（3）低温胁迫下，低光和高光环境均加剧了红松幼苗光合系统的破坏程度，由气孔和非气孔限制因素共同造成了净光合速率的下降，且以高光下的损害降低最为严重。基于上述研究结果，我们提出了遮荫保温、营造针阔混交林、抚育间伐等早期预防低温灾害的经营管理措施，旨在为红松幼苗的早期生长更新提供科学参考。





林分类型和分解位置对亚热带人工林凋落叶养分动态的影响

吴盼盼, 张艳, 江灵昕, 李睿, 毛瑢

2024, 43(9):  2632-2640.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.032

摘要 ( 50 )   PDF (3031KB) ( 38 )  

凋落物分解释放的养分是土壤养分的主要来源，因此凋落物养分动态变化对于森林土壤肥力和林分生产力的维持具有重要的意义。然而，以往关于森林凋落物养分释放的研究均集中在地表分解的凋落物，基本忽略了空中分解的凋落物，而且所关注的养分元素均为氮、磷等大量营养元素，很少涉及钙、镁等中量营养元素。本研究以马尾松（Pinus massoniana）、湿地松（Pinus elliottii）、枫香（Liquidambar formosana）和木荷（Schima superba）4种亚热带地区常见造林树种的凋落叶作为对象，采用分解袋法调查了凋落叶在不同林分类型（马尾松、湿地松、枫香和木荷人工林）和分解位置（空中和地表）的氮、磷、钙和镁动态变化特征。结果表明，在360天的分解期内，凋落叶氮在所有人工林中均表现出先富集、后释放的格局；凋落叶磷在马尾松和湿地松人工林中呈现出先富集、后释放的模式，而在枫香和木荷人工林均出现净释放趋势；在所有人工林中，凋落叶钙和镁均呈现出净释放现象。在空中分解的枫香和木荷凋落叶养分残留量均高于地表分解的凋落叶，但马尾松和湿地松凋落叶养分残留量随着分解位置的变化没有一致性的变化趋势。本研究表明，林分类型和分解位置是凋落物养分释放的重要影响因素，而且凋落物分解过程中大量和中量营养元素的释放格局存在较大的差异。这为理解亚热带人工林养分循环过程和制定合理的养分管理措施提供数据支撑。





凋落物管理对杉木林土壤有机碳化学结构和热稳定性的影响

陈春宇, 陈伏生, 郑志宇, 彭亦童, 刘俏, 王晟楠, 王方超

2024, 43(9):  2641-2649.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.024

摘要 ( 48 )   PDF (2505KB) ( 41 )  

土壤有机碳（SOC）与森林地力维持和碳汇功能密切相关，土壤SOC的微小波动就能引起大气二氧化碳浓度的显著变化。凋落物管理作为人工林主要经营措施，如何影响SOC化学结构和稳定性及其机制尚不清楚。本研究以杉木（Cunninghamia lanceolata）林为对象，采用完全随机区组设置凋落物添加、凋落物移除和对照3种处理的野外控制试验。处理6年后，0～10、10～20和20～40 cm三层采集土壤样品，采用透射傅里叶红外光谱法（T-FTIR）测定SOC化学结构，热重法（TG）和差示扫描量热法（DSC）分析SOC热稳定性，并测定土壤其他理化性质。结果表明：（1）凋落物移除显著降低0～10、20～40 cm土层铵态氮（NH₄⁺-N）和10～20 cm土层硝态氮（NO₃^--N）含量；（2）凋落物添加显著降低SOC的醇酚相对占比，提高芳香族的相对占比；（3）凋落物添加显著降低热稳定系数（H），凋落物移除处理下SOC燃烧过程中质量损失50%所对应的温度显著提高（Tg-T₅₀）；（4）NH₄⁺-N、NO₃^--N与Tg-T₅₀呈显著负相关；醇酚和芳香族分别与H呈显著正相关和负相关。综上所述，凋落物移除通过降低氮有效性提高SOC热稳定性；凋落物添加通过降低SOC化学分子结构中易分解碳，增加难分解碳的形成从而提高SOC热稳定性。研究结果可为亚热带人工林通过凋落物管理措施提升土壤碳汇功能来实现“碳中和”提供科学依据。





杉木-火力楠混交林降低表层土壤细菌残体积累

井艳丽, 王清奎

2024, 43(9):  2650-2657.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.036

摘要 ( 39 )   PDF (748KB) ( 22 )  

微生物残体是土壤有机碳的主要组分，其对人工混交林的响应目前尚不清楚。以我国亚热带杉木（Cunninghamia lanceolata）纯林和杉木-火力楠（Michelia macclurei）混交林0～20 cm土壤为研究对象，以氨基糖为微生物残体标识物，采用基于革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比值确定的细菌残体转换系数，研究了长期杉木火力楠混交对土壤微生物残体积累的影响。结果表明，与杉木纯林相比，杉木-火力楠混交林0～10 cm土壤细菌残体含量降低了25.3%，进而导致土壤有机碳含量降低了11%。混交林中细菌残体的降低主要归因于大团聚体内细菌残体含量的降低。林木混交并未影响0～20 cm土壤微生物残体含量以及微生物残体对土壤有机碳的贡献。以上结果表明，火力楠引入杉木林35年后降低0～10 cm土壤细菌残体和土壤有机碳的固持，可能不利于维持长期土壤肥力。





基于高分辨率卫星影像的农田防护林林带保存率遥感识别

邓荣鑫, 幸泽峰, 李颖, 张兴, 杨高, 李世明, 贾孟豪

2024, 43(9):  2658-2666.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.011

摘要 ( 52 )   PDF (3355KB) ( 34 )  

农田防护林林带保存率反映了林带结构的完整性，对林带防护效应的发挥有重要影响。传统的基于野外调查获取的林带保存率数据准确，但无法满足快速、大面积监测的需求。利用遥感手段获取农田防护林保存率信息，有利于农田防护林结构和功能的相关研究，并可为农田防护林精准经营和管理提供依据。本文基于我国吉林一号高分辨率多光谱遥感影像，利用遥感信息提取方法获取农田防护林矢量和植被覆盖度数据，并将每条农田防护林林带视为二维矩阵，有序提取林带走向和林带宽度方向的植被覆盖度值，通过分析林带波形特征确定林带边界，并通过阈值方法提取边界内部林带像元，完成林带保存率的遥感识别，最后按林带走向和不同保存率范围共获取160个验证点的参考数据对遥感识别结果进行验证。结果显示：（1）林带保存率遥感识别结果与参考数据的相关性较强（R²=0.936），平均绝对误差为5.4%，总体精度较高；（2）林带保存率在不同林带走向的识别效果均较好，相对而言，南北走向的相关性相对低，其可能是受到林带阴影的影响；（3）林带保存率遥感识别的绝对误差随保存率的增加呈现出先增加后减小的趋势，即对高保存率林带（>80%）和低保存率林带（<20%）的绝对误差最小，监测精度最高，在保存率处于中间状态，尤其是在50%~60%区间内的绝对误差最大，其可能与该部分林带较为破碎、林隙小而多有关。基于高分辨率多光谱卫星影像能够较为准确地识别农田防护林林带保存率，该方法提高了农田防护林结构的遥感监测能力，并可为农田防护林结构与功能的准确监测和评价提供技术支撑。





长白山阔叶红松林主要物种冠层叶片功能性状的空间变异特征

康惠雯, 苏宝玲, 李亚楠, 周莉, 于大炮, 王庆伟

2024, 43(9):  2667-2676.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.025

摘要 ( 37 )   PDF (3424KB) ( 37 )  

物种间功能性状差异是生态系统物种共存的核心问题之一，但功能性状种内变异对物种共存和分布的影响仍有待研究。本研究基于林冠塔吊平台，以长白山阔叶红松林10种主要组成树种为研究对象，分析叶片形态、生理生化功能性状沿林冠垂直梯度的变化规律。结果发现：随着林冠垂直高度的增加，叶厚、比叶重、类黄酮、有效光化学量子产量、叶片碳氮比呈增加趋势。不同树种间叶片功能性状差异显著，种间变异显著影响形态和化学性状，而种内变异对生理性状变异贡献较大，且上冠层性状种内变异高于下冠层，而种间变异在垂直梯度上变化不明显。阔叶红松林叶片功能性状在林冠垂直梯度上存在显著差异，表明种间变异对阔叶红松林物种共存具有重要的意义，但种内变异亦不可忽视。





尖喙牻牛儿苗夏萌植株性状与生物量分配

沙亚古丽·及格尔, 买买提明·苏来曼, 臧永新, 尹本丰, 陆永兴, 张元明

2024, 43(9):  2677-2683.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.020

摘要 ( 32 )   PDF (1754KB) ( 18 )  

荒漠短命植物具有异时萌发现象，除在春天萌发外，秋天偶尔也会萌发，但在夏季萌发的植株十分罕见。降水格局的改变使得短命植物夏萌植株出现的概率增加，然而，夏萌植株的生活史策略仍不清楚。选择古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个不同坡位、坡向（西坡底部、西坡中部、东坡中部、东坡底部），以短命植物层片中的优势物种尖喙牻牛儿苗夏萌植株为研究对象，解析尖喙牻牛儿苗夏萌植株在不同生长时期关键性状和生物量分配的动态变化，并探讨沙垄不同坡位、坡向的协同效应。结果表明：（1）尖喙牻牛儿苗夏萌植株跨过冬季后在早春完成生活史，生活周期为281.95±3.55 d。（2）在不同生长时期尖喙牻牛儿苗夏萌植株根冠比存在差异，在越冬前根冠比呈现出显著增加趋势（P<0.05），而越冬后呈现显著递减的趋势（P<0.05）。（3）沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株关键性状存在显著差异，表现为西坡的株高、叶片数量和单株生物量均显著大于东坡，但不同坡位、坡向间根冠比无显著差异。探究沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株生活史策略对评估气候变化背景下的荒漠生态系统植被动态具有重要意义。





不同情景下松花江上游碳储量动态变化及碳汇潜力

张锦, 张新艳, 张文广, 黄义强, 李育虹, 冯明铭, 孙泽宇, 李蕊, 邹元春, 姜明

2024, 43(9):  2684-2693.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.001

摘要 ( 59 )   PDF (2638KB) ( 34 )  

陆地生态系统碳储量变化与区域土地利用变化密切相关，预测未来不同情景下区域碳源/汇变化对土地利用管理决策及发掘碳汇潜力具有重要意义。本研究基于松花江流域上游2000—2020年土地利用数据，采用CA-Markov模型预测了现状发展情景、经济发展情景和生态保护情景下土地利用空间格局；采用修正后的碳密度数据，运用InVEST模型Carbon模块评估松花江上游流域2000—2050年5期碳储量及碳源、碳汇变化。结果表明：2000—2020年松花江上游流域碳储量整体呈下降趋势，共减少168.4×10⁸ kg；2000—2020年，松花江上游流域林地面积减少以及建设用地和耕地扩张是促使碳储量减少的主要原因；2030年和2050年在现状发展情景和经济发展情景模式下，碳储量减幅较大；生态保护情景下碳储量明显增加，较2020年分别增加441.5×10⁸和658.1×10⁸ kg，说明该情景下土地利用格局固碳能力较强。该研究结果可为松花江上游流域土地利用格局优化以及碳储生态服务功能可持续发展提供科学依据。





商洛市生态系统服务与人类福祉耦合关系的时空演变

李晨璐, 谢文芳, 王倩, 鱼斐, 郝占庆, 原作强

2024, 43(9):  2694-2701.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.022

摘要 ( 52 )   PDF (1764KB) ( 42 )  

生态系统服务与人类福祉的关系是当今人地系统耦合及可持续发展研究的关键命题。已有研究大多围绕级联框架刻画生态系统服务向人类福祉的传导作用，但难以直接揭示服务与福祉的相互作用。本文考虑到秦岭区位的独特性，选取秦岭商洛市为研究区，使用耦合协调度模型和相对发展模型分析生态系统服务与人类福祉的耦合关系。结果表明：2000—2020年，生态系统服务价值呈波动上升，山阳县和镇安县的服务价值较高，商南县、洛南县和柞水县服务价值较低；人类福祉增长显著，且存在明显的空间异质性；生态系统服务与人类福祉的耦合关系明显改善，在发展初期，两者关系以生态系统服务滞后的严重失调状态为主，随着一系列生态保护政策的实施，两者关系逐渐趋于均衡，部分区县出现了人类福祉滞后的局面。现阶段商洛市生态系统服务与人类福祉的耦合关系以人类福祉为刚性指导，生态系统服务起到弹性的促进或约束作用。因此，现阶段商洛市应注重生态空间规划，提升人类福祉系统的发展内涵，加强生态系统服务与人类福祉的良性耦合关系，推动区域高质量发展。





土壤与农业生态

我国生物质资源能源开发利用潜力评估

周彦名, 王娇月, 王诗云, 郗凤明, 邴龙飞, 尹岩, 胡琴琴, 张丽霞

2024, 43(9):  2702-2713.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.029

摘要 ( 114 )   PDF (4238KB) ( 50 )  

生物质作为可再生的碳源，其有效开发利用对我国碳达峰与碳中和目标的实现至关重要。我国生物质资源丰富多样，然而生物质能资源的定量评估研究较少，存在较大不确定性。我国生物质资源到底有多大，未来能源利用开发潜力有多少，一直是人们关注的焦点。本文构建了基于不同类别的生物质资源量综合核算模型，基于2001—2019年数据，分析了我国生物质资源量时空分布特征，并采用ARIMA模型模拟预测了我国未来生物质资源量及能源开发利用潜力。结果表明，我国生物质资源量和能源开发利用潜力，以年均约3%的增长率，从2001年的17.64和10.91 EJ，分别增加至2019年的30.59和18.08 EJ。我国生物质资源主要来自农林业废弃物和粪便（78.5%），且大西南、黄河中游、长江中游综合经济区的生物质资源量占比较高（50.3%）。具体到各省份，河南、山东、广西、四川省生物质资源尤为丰富，占总生物质资源量的25.8%。未来伴随我国人口、粮食产量、畜牧业发展和造林面积的增加以及城镇化的推进，我国生物质资源量和能源开发利用潜力将不断增加，到2030年我国生物质资源量与能源开发利用潜力将增至38.17与22.46 EJ，到2060年将增至66.19与38.85 EJ，转化为生物质清洁能源产品的开发潜力巨大。本研究成果可推动我国生物质能源可持续发展，为我国清洁低碳能源资源普查和信息平台建立提供数据支撑。





典型草地土壤反硝化过程同位素分馏效应

刘德泽, 王盎, 王莹莹, 杨秀森, 宿晨霞, 宋琳琳, 段伊行, 于浩明, 刘东, 赵鹏武, 李英华, 方运霆

2024, 43(9):  2714-2728.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.034

摘要 ( 48 )   PDF (2763KB) ( 28 )  

反硝化过程是生态系统气态氮损失的主要途径，然而其速率一直难以量化。¹⁵N同位素自然丰度法是量化陆地生态系统尺度反硝化速率的有效方法，但是该方法需要考虑反硝化过程中的氮氧同位素分馏效应。目前关于陆地土壤反硝化作用分馏系数的研究主要集中在森林和农田，对于草地土壤的研究十分有限。基于此，本研究以我国不同地区的4种典型草地土壤（大兴安岭、多伦、额尔古纳和刚察）为对象，通过室内厌氧培养实验测定土壤微生物群落反硝化作用的硝酸盐消耗速率，并借助瑞利分馏模型拟合出N和O同位素分馏效应（ε）及其比值（Δδ¹⁸O∶Δδ¹⁵N）。结果显示，草地土壤¹⁵ε为21.6‰～32.0‰（27.1‰±2.1‰），¹⁸ε为10.4‰～15.7‰（12.9‰±1.1‰）。研究发现，不同环境之间¹⁵ε存在一定差异，可能归因于不同类型土壤理化性质和反硝化微生物群落组成的差异。此外，不同研究所用计算方法的差异、底物硝酸盐浓度、硝酸盐异化还原反应以及开放环境中可能发生的硝化作用等都会在不同程度上影响¹⁵ε的计算。对于¹⁸ε来说，年均温和年均降水是影响¹⁸ε的重要因素。草地土壤Δδ¹⁸O∶Δδ¹⁵N比值为0.38～0.49（0.46±0.03），低于以往陆地和水体生态系统以及微生物纯培养的研究。亚硝酸盐的再氧化和与水之间的氧同位素交换可能是造成Δδ¹⁸O∶Δδ¹⁵N差异的重要原因。综上所述，不同草地生态系统土壤反硝化分馏效应存在一定差异，在定量评估陆地生态系统反硝化作用速率时需综合考虑气候类型和生态系统等变量。





秸秆源有机物料长期还田对土壤水分动态及孔隙结构的影响

肖俊瑶, 许龄井, 王馨仪, 孙彩霞, 张玉兰, 蒋正德

2024, 43(9):  2729-2736.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.010

摘要 ( 70 )   PDF (2712KB) ( 36 )  

土壤水分库容量与旱地农田土壤地力密切相关，研究秸秆源有机物料还田条件下土壤水分动态特征，有助于揭示秸秆源有机物料还田保水核心与土壤地力提升的效应关系。基于长期玉米田间定位试验，以无秸秆添加为对照（CK），设置玉米秸秆炭化还田（BC）和玉米秸秆粉碎直接还田（SD）处理，采用土壤温湿度记录仪连续定位监测不同秸秆源有机物料还田方式下玉米土壤湿度，分析土壤湿度与土壤孔隙结构等土壤理化因子之间的关系。结果表明：与CK相比，BC和SD处理条件下玉米全生育期内平均土壤湿度分别提高了19.8%（P<0.05）和9.7%；5月土壤持续干旱数日发生降水后，BC处理土壤湿度快速上升且增幅高于SD；7—9月伴随较大降水事件土壤湿度急剧上升达到峰值后，BC土壤湿度比SD处理下降缓慢。与CK相比，BC和SD处理的土壤总孔隙度分别增加18.9%和7.0%，土壤孔隙含水率分别增加8.2%和2.5%。BC处理土壤水分与土壤有效磷、全磷含量等指标密切相关（P<0.05），SD处理土壤孔隙结构与碱解氮含量等指标密切相关（P<0.05）。上述研究结果可为秸秆资源肥料化利用提供科学依据。





通气策略对不同有机物料腐殖化进程和微生物群落结构的影响

牛明芬, 胡丹丹, 吴天木, 石莹, 宋俏博, 马建

2024, 43(9):  2737-2749.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.040

摘要 ( 40 )   PDF (4687KB) ( 17 )  

基于通气量影响好氧堆肥微生物呼吸强度并影响腐殖化进程的预判，设计不同通气策略下玉米秸秆+尿素、玉米秸秆+牛粪、玉米秸秆+鸡粪等不同有机物料的堆肥腐殖化进程实验，进行反应器方式堆肥。结果表明，经40天堆肥，分阶段通气调节策略能使尿素、鸡粪氮源有机物料组合干物质损失率分别减少12.4%和16.2%，并分别提高腐殖质聚合度至17.9%和18.1%；牛粪氮源有机物料对分阶段通气调节策略堆肥的反馈主要是胡富比的增加。对堆肥后各处理微生物群落结构的分析表明，通气量和堆肥物料共同作用于堆肥物料的微生物群落，且较易分解物质的堆体有着相似的微生物物种组成。研究发现，分阶段通气调节策略对不同有机物料腐殖化进程的影响效果不同，更适用于较易分解有机物料腐殖化进程的调控。





田菁对农田氯嘧磺隆去除及土壤微生物群落的影响

律泽, 苏澳, 胡芳雨, 丁子明, 王宝玉, 徐明恺, 张惠文, 安婧

2024, 43(9):  2750-2757.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.012

摘要 ( 39 )   PDF (1792KB) ( 20 )  

氯嘧磺隆被广泛应用于农业生产活动中，长期大量使用会导致其残留在土壤中，对生态系统造成潜在危害。本文以绿肥植物田菁为对象，通过发芽实验和盆栽实验，测定田菁种子发芽率、植株生长指标、土壤氯嘧磺隆含量和微生物群落结构，研究了田菁对除草剂氯嘧磺隆的耐受性，对氯嘧磺隆污染土壤的修复效果，以及对土壤微生物群落的影响。结果表明：田菁对氯嘧磺隆（≤1 mg·L^-1）具有较高的耐受性并且能显著降低土壤中氯嘧磺隆的残留量。0.4 mg·kg^-1氯嘧磺隆处理下，田菁提高了土壤微生物群落的丰富度和多样性。1 mg·kg^-1氯嘧磺隆处理下，田菁根际土壤中微生物群落的丰富度与多样性减少。此外，田菁提高了根际土壤中变形菌和酸杆菌的数量，其中变形菌效果最为明显。





山东典型设施大棚土壤微量元素累积特点及风险评估

张佳琪, 史明易, 廉梅花, 曾祥峰

2024, 43(9):  2758-2768.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.016

摘要 ( 46 )   PDF (4130KB) ( 22 )  

明确设施大棚土壤微量元素累积特点及污染风险是进行设施农业土壤风险管控的重要前提。本研究通过测定山东典型设施土壤中铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）总量和各形态含量，采用地积累指数法（I_geo）、风险编码法（RAC）和潜在生态危害指数法（PERI）评价土壤微量元素的污染特征，结合正定矩阵因子分解（PMF）模型和健康风险评估模型鉴定微量元素的潜在来源并计算其风险水平。结果表明：研究区域土壤Fe、Mn、Zn、Cu、Cd、Cr全量均呈累积趋势，Cd含量最大值超出土壤污染风险管制值。随种植年限增加，Mn、Zn、Cd和Cr元素有效态含量均呈增加趋势；PMF模型确定研究区域土壤主要受农业源、工业源的影响，贡献率分别为31.49%和24.07%；I_geo、RAC和PERI评价结果显示，土壤Cd、Pb、Cu、Zn全量均有超标，Pb和Zn有效态含量超标，Cd元素单项生态危害指数（E_i）高，综合潜在生态危害指数（RI）均无风险。研究区土壤中微量元素对成人构成非致癌风险和致癌风险的概率分别为36.78%和0.03%，Cr元素是非致癌和致癌风险优先控制元素。





辽宁省农田土壤有机碳含量特征与影响因素

陈思宇, 律泽, 张仰, 王健, 李国琛, 王超

2024, 43(9):  2769-2776.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.007

摘要 ( 45 )   PDF (2839KB) ( 45 )  

作为中国重要粮食生产基地的东北农田，由于不合理利用，土壤有机碳含量出现逐年下降的趋势。本研究以辽宁省典型作物玉米和水稻土壤为对象，共采集444份土壤样品，分析土壤有机碳及其组分（微生物生物量碳、死亡残体碳和可溶性有机碳）的含量，并解析影响有机碳的关键因素。结果表明：水稻田土壤有机碳（SOC）、微生物生物量碳（MBC）含量和MBC/SOC值均高于玉米田土壤，而水稻田土壤可溶性有机碳含量、细菌残体碳、真菌残体碳和土壤残体碳总量低于玉米田土壤；相关分析显示，玉米田和水稻田的SOC与MBC和微生物残体碳具有显著正相关性；回归分析显示，水稻田SOC与MBC和微生物残体碳的斜率较低；随机森林模型分析显示，土壤C/N和真菌残体碳是玉米田和水稻田土壤SOC的关键影响因素，但两者对玉米田土壤SOC的解释度更高；玉米田和水稻田SOC组分及关键影响因素存在显著差异，微生物周转过程对玉米田SOC影响更大，土壤性质对水稻田SOC含量起到主要影响。本研究为科学调控东北农田土壤有机碳提供基础数据和理论基础。





缺磷环境下黑磷纳米片对大豆生长性状的影响

安琪乐, 赵青, 张思玉, 张雪娇, 李海波

2024, 43(9):  2777-2783.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.002

摘要 ( 36 )   PDF (2345KB) ( 15 )  

黑磷纳米片（BPNSs）作为一种潜在纳米肥能够为农业领域发展带来新的机遇。为验证BPNSs及其降解产物磷酸根在植物中的富集过程，探索BPNSs对大豆生长性状的影响，本研究开展了BPNSs大豆共培养实验。结果表明：BPNSs可显著提升大豆植株尤其是根部的磷含量，缺磷霍格兰（Hoagland）培养条件下，BPNSs处理组根部磷含量提升45.8%，地上部磷含量提升8%，从而减缓了叶片褪绿过程，延缓了大豆缺磷症状的产生，促进了地上部与根部生长速率回归正常。透射电镜观察结果表明，大量BPNSs富集于根部尤其是根中髓内，这解释了BPNSs处理组大豆根磷含量远超对照组的原因。本研究结果为BPNSs在未来纳米农业中应用提供了基础数据。





辽西半干旱区青贮作物的营养品质及养分利用特征

井国雁, 武辰冉, 梁志鹏, 王树强, 姜东奇, 张玉兰, 陈振华

2024, 43(9):  2784-2791.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.042

摘要 ( 30 )   PDF (2088KB) ( 27 )  

为探明辽西半干旱区青贮作物的营养品质和养分需求特征，本研究在辽宁阜新蒙古族自治县设置青贮玉米、甜高粱和高丹草种植试验，对其产量、营养品质、饲用价值、矿质养分进行比较分析。结果表明：（1）同等栽培管理条件下，高丹草鲜产和干产都显著高于青贮玉米和甜高粱，干物质产量达到34.22 t·hm^-2。（2）青贮发酵能够提高青贮作物的粗蛋白、粗脂肪，降低粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素含量；相较于甜高粱和高丹草，青贮玉米的营养品质更好。（3）青贮发酵提高了青贮作物的饲用价值，青贮玉米的消化性干物质、干物质采食量、相对饲用价值显著高于甜高粱和高丹草。（4）3种青贮作物植株的氮（N）、磷（P）、钾（K）含量无显著差异，3种青贮作物的N、P、K需求大约在200～300、60～90、320～580 kg·hm^-2，高丹草的N、P、K吸收量显著高于青贮玉米和甜高粱，对K的需求量大。综合分析表明，青贮发酵能有效改善青贮作物的营养品质，青贮玉米是当地较为适宜种植的青贮作物类型，研究结果为辽西地区青贮作物的高产栽培和推广应用提供了重要支撑。





柑橘黄龙病株根际原生生物群落特征及与土壤化学性质的关系

张天宇, 刘秋梅, 李德军, 杨钙仁, 何寻阳

2024, 43(9):  2792-2801.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.013

摘要 ( 73 )  

柑橘黄龙病（citrus Huanglongbing，HLB）是柑橘产业健康长久发展的重大威胁。原生生物是微生物家庭的重要一员，在维护植物健康中起着不可估量的作用。本研究分析了健康与患黄龙病柑橘根际土原生生物多样性和群落结构，探究了影响原生生物群落的关键土壤化学因子。结果表明，纤毛虫门（Ciliophora）、绿藻门（Chlorophyta）、丝足虫门（Cercozoa）是健康与患黄龙病柑橘根际土的优势类群。黄龙病的发生不仅造成根际土壤中原生生物群落多样性显著降低，还导致土壤化学指标中总氮、总磷、碱解氮、速效磷和有机质含量及pH值均有所降低。RDA分析表明，Protosteliida、硅藻门（Diatomea）、隐藻门（Cryptophyceae）和叶足亚门（Heterolobosea）与速效磷呈正相关；Protalveolata与碱解氮和pH呈正相关；丝足虫门、MAST-12、顶复门（Apicomplexa）和Schizoplasmodiida与各项化学指标均呈显著负相关。相关性分析表明，黄龙病菌与捕食型和光营养型原生生物呈显著负相关。总体而言，柑橘黄龙病菌侵染引发土壤化学特性变化，显著改变了根际区域原生生物的多样性与结构，土壤有机质、总氮和pH是影响原生生物结构的关键因子。本研究有助于了解患黄龙病对柑橘根际土原生生物群落结构、多样性和土壤化学性质的影响，为柑橘黄龙病的绿色防控提供参考。



气候变化对广东省香蕉种植气候适宜性的影响

张柳红, 杜尧东, 杜家铭

2024, 43(9):  2802-2812.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.003

摘要 ( 55 )   PDF (6396KB) ( 25 )  




为探讨气候变化对广东省香蕉种植气候适宜性的影响，分析了1961—2022年广东86个国家气象站年平均气温（T_y）、≥10 ℃年积温（T_a）、1月平均最低气温（T₁）、年极端最低气温（T_min）和日最低气温≤5 ℃天数（D≤5 ℃），以此为评价指标分析了1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、1991—2020年、年平均气温突变前(1961—1997年)及突变后(1998—2022年)等6个气候时段广东省香蕉种植气候适宜性的变化。结果表明：1961—2022年，广东T_y、T_a、T₁和T_min分别以0.2 ℃·10 a^-1、80.7 ℃·d·10 a^-1、0.4 ℃·10 a^-1和0.4 ℃·10 a^-1的速率显著上升，T_y于1997年发生了突变，D≤5 ℃以1.5 d·10 a^-1的速率显著下降；T_y、T_a和T_min呈南高北低、平原高山区低的特点，D≤5 ℃呈南部沿海少、北部山区多的空间分布，T₁除粤北高寒山区外大多满足香蕉越冬的热量要求。广东省香蕉种植气候区划分为最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区：最适宜区集中在粤西，适宜区主要分布在粤东和珠三角南部，次适宜区主要位于珠三角北部和粤北的南部地区，不适宜区主要分布在粤北的北部。受气候变化影响，广东省香蕉种植气候最适宜区明显北扩东移，适宜区、次适宜区和不适宜区面积有所缩减；与1961—1990年相比，1991—2020年广东省香蕉种植气候最适宜区面积增加了3.45×10⁶ hm²，适宜区、次适宜区、不适宜区面积分别减小了1.83×10⁶、1.10×10⁶、0.52×10⁶ hm²；与年平均气温突变前(1961—1997年)相比，突变后(1998—2022年)香蕉种植气候最适宜区面积占比增加了19.04个百分点，适宜区、次适宜区、不适宜区面积占比分别减小了8.29、7.77、3.00个百分点。


污染与环境生态

表面活性剂强化生物修复重金属和多环芳烃污染土壤研究进展

廉梅花, 曾祥峰, 马阳阳, 王鹏, 李晓军

2024, 43(9):  2813-2823.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.030

摘要 ( 56 )   PDF (609KB) ( 30 )  

随着工农业的迅速发展，土壤重金属和多环芳烃等无机、有机物污染问题日益突出，对作物安全和人体健康造成威胁。相对其他技术，生物修复具有经济成本低和环境友好等优点而颇具潜力。但土壤是无机黏土矿物、有机质及有机-无机胶体等组成的复合体系，对进入其中的污染物质具有较强的吸附作用，因而限制了污染物的生物有效性，不利于生物修复的开展。向污染土壤施加表面活性剂可以改变土壤的表面电荷、吸收位能及污染物的赋存形态或溶解度，对提高生物修复效率具有积极作用，因此，围绕表面活性剂强化生物修复的相关研究成为当前热点。本文综述了土壤中重金属和多环芳烃的污染现状、表面活性剂类型以及不同因素对表面活性剂强化生物修复效果的影响，最后对该技术存在的问题进行了总结和展望，以期为表面活性剂筛选及其强化生物修复污染土壤提供理论基础。





混合生命周期方法的发展、应用与挑战

刘祚希, 魏莹莹, 李彦龙, 于菲菲, 王姗姗, 薛冰

2024, 43(9):  2824-2833.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.038

摘要 ( 74 )   PDF (1910KB) ( 32 )  

混合生命周期评价方法（hybrid life cycle assessment, HLCA）是过程生命周期评价(process-based LCA, PLCA)和投入产出生命周期评价(economic input-output LCA, EIO-LCA)相结合的产物。该方法扩展了系统边界，补充了废弃和使用阶段的环境影响，从而解决了单独使用其中一种方法而造成的局限性。本文介绍了不同HLCA方法的优缺点及应用案例。首先，分层混合生命周期评价方法(tiered hybrid LCA, TH LCA)易于使用和掌握，其结果覆盖范围广，但容易出现重复计算；其次，基于投入产出混合生命周期评价方法(I-O based hybrid LCA, IOH LCA)通过清单对投入产出表进行改进，完善了系统的边界，但由于投入产出表是基于部门层面的计算，缺少针对同一部门中不同产品的差异性评价；再次，路径交换混合生命周期评价方法(path exchange hybrid, PXC)通过过程数据对部分路径进行替换，减少了重复计算，但常因计算过程复杂而不易进行操作；最后，集成混合生命周期评价方法(integrated hybrid LCA, IH LCA)包含四部分矩阵和九部分矩阵集成混合两种形式。四部分矩阵最早提出集成混合生命周期方法，将投入产出表和过程数据集成在一个矩阵中，虽计算难度增加但结果更为精确，九部分矩阵在四部分矩阵的基础上增加了全区域产业链数据库，在不同区域和不同情景下分析全生命周期环境影响。通过对TH LCA、IOH LCA、PXC、IH LCA四种生命周期评价进行总结和分析，为未来HLCA方法的发展和应用提供参考。





铁锰氧化物和黏土矿物对正构烃非生物自然衰减过程的影响与作用机制

张燕子, 刘长风, 闫秀秀, 安婧

2024, 43(9):  2834-2841.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.028

摘要 ( 37 )   PDF (1329KB) ( 16 )  

土壤组分中铁锰氧化物和黏土矿物（FeMn-Clay minerals, FM-C）在有机污染物的非生物转化中发挥着重要的作用，而有关黑暗环境下FM-C对正构烃的非生物自然衰减过程和作用机制鲜有报道。本研究以正构烃中长链C₁₆~C₃₁为对象，探讨无机矿物磁铁矿（Fe₃O₄）、赤铁矿（Fe₂O₃）、针铁矿（FeO(OH)）、软锰矿（MnO₂）、蒙脱石和高岭石在黑暗环境下对正构烃的非生物自然衰减的影响和作用机制。通过人工合成土壤，剔除自然土壤中所含的复杂元素，设置FM-C的浓度梯度（1%、2%、3%）来考察FM-C含量对正构烃降解的影响。结果表明，在黏土矿物表面上的铁锰氧化物会加速正构烃的降解和转化，且降解率随着FM-C的浓度增加而增加。采用X射线光电子能谱技术对反应前后黏土矿物上铁锰离子进行了半定量研究，结果显示，Fe（Ⅱ）和Mn（Ⅲ）的作用效果尤为明显，这是因为Fe（Ⅱ）和Mn（Ⅲ）可以直接与矿物上所吸附的氧气反应生成超氧自由基（O₂^-_·）。通过电子顺磁共振技术检测发现，在正构烃转化降解过程中O₂^-_·反应前后具有明显的变化，并且在正构烃的降解转化过程中起到了促进作用，从而提出了FM-C对正构烃降解转化的反应机理。本研究对在黑暗条件下土壤中无机矿物对正构烃类有机污染物的非生物自然衰减作用提供了有价值的见解。





砷输入对河口沉积物微生物厌氧发酵的影响

高孟姗, 李永斌, 王少锋, 席一梅, 曾祥峰, 贾永锋

2024, 43(9):  2842-2849.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.035

摘要 ( 51 )   PDF (3100KB) ( 20 )  

为探究外源五价砷（arsenate, As(Ⅴ)）输入对砷污染环境沉积物原位微生物厌氧发酵和群落结构影响，阐释As(Ⅴ)与砷污染河口沉积物微生物群落结构互作效应，本研究以辽宁省葫芦岛市某锌厂排污口下游高砷污染的五里河河口沉积物为对象，通过外源添加As(Ⅴ)（1、10、60 mg·L^-1）进行富集培养，测定产氢产酸、pH与碳源消耗等理化参数，结合高通量测序技术检测沉积物中微生物群落组成变化；同时采用平板稀释涂布方法筛选高浓度As(Ⅴ)富集菌液中优势菌株。结果表明，富集培养过程中，所有处理组的砷形态都发生了转化，其中在60 mg·L^-1外源As(Ⅴ)投加下，约43%的As(Ⅴ)转化为三价砷（tarsenite, As(Ⅲ)）；微生物群落组成自原始沉积物的11个门转为单一厚壁菌门(Firmicutes)，优势菌属狭义梭菌属1（Clostridium_sensu_stricto_1）占据优势生态位。自60 mg·L^-1的As(Ⅴ)输入的富集菌群中，筛选分离出一株厌氧发酵丁酸梭菌（Clostridium butyricum CXL-1），该菌株具有较高的As(Ⅲ)耐受性（≥200 mg·L^-1），并能利用葡萄糖发酵代谢产生有机酸和H₂等发酵产物，为硫酸盐还原菌、产甲烷古菌等提供氢气和碳源。本研究结果可为砷污染环境微生物厌氧矿化修复提供参考。





工农业废料在养殖废水处理中的应用

孙娜, 刘长风, 石亚楠, 陈希娟

2024, 43(9):  2850-2858.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.033

摘要 ( 46 )   PDF (2230KB) ( 15 )  

工农业废料在去除养殖废水中污染物方面有一定的应用潜力。本研究以养殖废水为对象，选用镁矿渣、铁矿渣和生物炭3种工农业废料，按体积比1∶1∶1混匀制成混合材料，然后将其与表层土壤按体积比0.75%、2%、5%和10%混合后填装柱体，在室内稳态饱和条件下进行土柱迁移实验。试验结果显示：养殖废水中污染物质的去除率与混合材料添加量呈正相关，总体上以5%～10%混合材料掺入量最佳。此时对总氮的去除率为29.89%，累计去除量达到21.95 mg·kg^-1；对总磷的去除率为57.49%，累计去除量为15.03 mg·kg^-1；化学需氧量的去除率为18.08%，累计去除量为363.11 mg·kg^-1；生化需氧量的去除率为38.52%，累计去除量为6.59 mg·kg^-1；浊度的去除率达到19.22%，累计去除量为210.78 NTU。研究表明，以5%～10%混合材料与土壤混合，可有效去除污水中20%以上的污染物质，本研究可为养殖废水为主的面源污染拦截阻控策略提供科学依据。





钙基胡敏酸改性生物炭的制备及其对镉污染的修复

谭慧, 王少锋, 廉梅花, 曾祥峰, 贾永锋

2024, 43(9):  2859-2870.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.039

摘要 ( 35 )   PDF (6466KB) ( 17 )  

生物炭是修复Cd污染土壤的常用材料，但效率总体不高。为提高生物炭对Cd²⁺的吸附性能，采用稻杆生物炭作为原材料，通过负载Ca²⁺和胡敏酸氧化浸渍对其进行活化改性，制备钙基胡敏酸改性生物炭材料。采用扫描电镜及能谱（SEM-EDS）、红外光谱（FTIR）、光电子能谱（XPS）对材料进行表征，并通过吸附实验和盆栽实验，探究钙基胡敏酸改性生物炭对Cd²⁺的吸附固定性能和机理。结果表明：（1）生物炭与胡敏酸质量比为1∶1，碱性石灰水中Ca²⁺浓度为1.5 g·L^-1的改性生物炭（RHB1-1）对Cd²⁺的吸附性能最佳，最大吸附容量为74.46 mg·g^-1，较改性前提高了61%；（2）钙基胡敏酸改性生物炭的表面酸性含氧官能团显著增加，并且新生成了游离态羟基，通过配位螯合、络合共离子交换作用，从而高效吸附Cd²⁺，吸附过程以化学吸附为主，符合Freundlich吸附等温模型；（3）钙基胡敏酸改性生物炭能够吸附固定土壤中Cd²⁺，促进Cd²⁺由酸可提取态转化为残渣态，降低了土壤Cd²⁺的生物有效性。





活化铁尾砂硅-纳米硒复合营养液对水稻幼苗生长的影响

赵祥, 张晓蓉, 巩宗强, 苏丹, 贾艳杰, 罗春峰, 刘凤飞

2024, 43(9):  2871-2880.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.041

摘要 ( 26 )   PDF (2564KB) ( 12 )  

本研究旨在制备一种铁尾砂硅-纳米硒复合营养液，为促进水稻生长和硒吸收利用措施提供理论依据。以稻花香2号为研究对象，开展两因素实验，设置4个硅水平（0、300、600、900 g·hm^-2）和4个纳米硒水平（0、18.75、37.5、56.25 g·hm^-2），另设亚硒酸钠组（硒37.5 g·hm^-2+硅600 g·hm^-2）作为对照组，探究营养液中硅、纳米硒水平对水稻幼苗生长及富硒的影响，明确最优硅-硒配比，阐明硅对水稻幼苗富硒的影响及其生理机制。结果表明：相较于单硒或单硅的处理组，硅-硒配施对水稻生长有一定协同作用，硅元素通过提高水稻幼苗超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化氢酶（CAT）活性，进而影响水稻幼苗生长。响应曲面法结果表明，营养液中硅水平600 g·hm^-2、纳米硒水平37.5 g·hm^-2时，水稻幼苗生长显著优于其他处理组，株高、根冠比分别较施用亚硒酸钠处理组增长了9.9%和5.3%；根、茎、叶硒含量分别增加了41.4%、32.4%和42.3%。





不同选冶固废材料对土壤重金属稳定化效果的影响

白旭琴, 贾春云, 刘长风, 韩秀云, 丁悦, 王诗伟

2024, 43(9):  2881-2891.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.014

摘要 ( 46 )   PDF (4815KB) ( 22 )  

碱性工业废渣已经广泛应用于土壤重金属修复，经复配、加工、改性后可稳定化土壤中的重金属，从而降低重金属的毒性。本文探究了高炉渣（FG）和铁尾砂（T）对重金属污染土壤的稳定化效果，并结合SEM-EDS和XRD等手段揭示土壤中重金属的钝化机制。高炉渣材料水洗和高温煅烧后获得产品WFG和HFG；铁尾砂高温煅烧后获得产品HT。结果表明：稳定化材料施加显著提高土壤pH，电导率值变化不显著，稳定40 d后，土壤pH有所下降；土壤DTPA提取态Cd、Pb、Zn含量均下降，HFG-10%处理对Cd和Zn的稳定化效果最佳，稳定化率分别为66.04%和92.21%，HT-10%对Pb的稳定化效果最佳，稳定化率为69.67%；施加稳定化材料导致土壤重金属残渣态和可还原态含量随时间的增加先增大后减小；生态风险指数表明，施加10%高炉渣材料（FG、WFG、HFG）后土壤中Cd、Pb、Zn的风险指数下降了一个等级。总的来说，HFG-10%处理对土壤中Cd、Pb、Zn的稳定化效果最好，重金属钝化机制主要包括表面吸附和络合反应。





互花米草治理工程对大型底栖动物群落结构的影响：以上海南汇边滩为例

龚吕, 胡阳, 李贲, 宋远昊, 李泽渊, 李天佑, 李秀珍

2024, 43(9):  2892-2900.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.006

摘要 ( 62 )   PDF (1091KB) ( 47 )  

互花米草是中国海岸带典型的入侵植物，清除互花米草已成为中国重要的海岸带生态修复任务。刈割+翻耕是当前互花米草治理的主要方法之一。为评估该方法对滨海盐沼生态系统大型底栖动物的影响，本研究于2021—2022年9—12月，即南汇边滩生态修复工程开展互花米草物理治理前后的两年间对工程区域内12个采样点的大型底栖动物与沉积物理化指标进行调查。结果表明：两年间共鉴定出22种大型底栖动物，隶属于3门5纲12目19科；工程后大型底栖动物的物种数、密度、生物量、Shannon多样性指数与Chao1指数较工程前均显著增加；在群落组成方面，多毛纲、双壳纲与软甲纲动物占比提升，腹足纲与昆虫纲动物的占比则呈减少趋势；非度量多维尺度分析（NMDS）与相似性分析（Anosim）结果显示，工程前后大型底栖动物群落结构差异显著，优势种由工程前的绯拟沼螺、尖锥拟蟹守螺和背蚓虫，变为工程后的拟沼螺、绯拟沼螺、背蚓虫、中国绿螂和尖锥拟蟹守螺；冗余分析（RDA）结果显示，互花米草治理工程之后沉积物盐度、含水率等理化因子的改变影响大型底栖动物群落结构。





铜绿假单胞菌SQ6开放式发酵生产鼠李糖

马信, 张阳, 修建龙, 白雪, 韩斯琴, 梁小龙, 张颖

2024, 43(9):  2901-2907.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.037

摘要 ( 48 )   PDF (2634KB) ( 20 )  

为降低发酵成本，提高微生物采油效率，本研究开展了采油功能菌SQ6（鼠李糖脂产生菌）的开放式发酵探索研究。考察了菌株SQ6在常规发酵和开放式发酵方式不同温度下的生长、鼠李糖脂产量、表面张力及乳化指数等参数，采用液相色谱高分辨质谱联用仪分析了鼠李糖脂产物同系物组成，高通量测序分析了开放式发酵的细菌群落结构和杂菌率。结果表明：菌株SQ6最高生长温度是45 ℃，能够合成大量鼠李糖脂的最高温度是40 ℃；开放式发酵产量最高、杂菌率最低的发酵温度是37 ℃，鼠李糖脂产量达到7050.1 mg·L^-1，仅比常规发酵的10513.2 mg·L^-1降低了33%，杂菌率最低，达到3.13%；针对SQ6菌株，高温发酵并没有更好的杂菌抑制效果并且降低了鼠李糖脂产量，发酵产物结构显示产物以单鼠李糖脂为主，占比达到96.1%。高浓度单鼠李糖脂的合成可能是中温条件下开放式发酵具有较好杂菌抑制率的主要原因。菌株SQ6是一株具有较大开放式发酵潜力的采油功能菌。





细菌残体对趋触效应介导的细菌迁移行为的影响

卢恩, 陈希娟, 石亚楠, 杨新瑶, 杨立琼

2024, 43(9):  2908-2916.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.009

摘要 ( 28 )   PDF (1782KB) ( 16 )  

细菌能够沿着液相中和固相上污染物的浓度梯度进行运动，进而达到降解污染物的目的，其中细菌在固相上的运动称为趋触效应，对污染土壤的生物修复至关重要。而土壤胶体则会通过影响有机污染物的固液分配比例影响趋触效应。本研究选取对萘具有化学响应的假单胞菌5RL（Pf_5RL）为目标细菌，以其残体为土壤胶体代表，通过迁移实验探究细菌残体对趋触效应作用下Pf_5RL迁移行为的影响。结果表明：细菌残体在石英砂中可稳定存在，Pf_5RL及萘均对其迁移行为无影响，其最大穿出相对浓度（max C/C₀）均约为0.6；细菌残体的存在却会阻碍Pf_5RL迁移，使max C/C₀由0.97±0.02降低至0.75±0.01；主要是因为细菌残体提高了静电引力，增加了Pf_5RL在细菌残体上的附着；萘也会阻碍Pf_5RL迁移，主要是因为石英砂对萘的吸附产生了近表面趋化性及趋触性，使max C/C₀由0.97±0.02降低至0.75±0.04；在萘存在的情况下，细菌残体则会通过增加萘的吸附位点增强近表面趋化性及趋触性，从而进一步阻碍Pf_5RL迁移，使max C/C₀由0.75±0.04进一步降低至0.50±0.03。细菌残体在有机污染物介导的趋触和趋化效应上有很重要的作用，是影响原位细菌降解动物粪便和再生水带来的土壤有机污染物的重要影响因素。





阿莫西林对厚壁菌门微生物生长及代谢的影响

陈文悦, 李伟明, 李波涛, 廉梅花, 李莉霞, 王少锋, 曾祥峰, 贾永锋

2024, 43(9):  2917-2922.  doi:10.13292/j.1000-4890.202409.017

摘要 ( 60 )   PDF (1628KB) ( 23 )  

抗生素污染对微生物生态造成严重影响。发酵是厌氧条件下的重要生物过程，但其对于抗生素污染的响应仍有待研究。本研究以典型β-内酰胺类抗生素阿莫西林为例，探究了不同浓度抗生素对两种厚壁菌门产芽孢微生物——丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌发酵代谢的影响，主要关注两株菌发酵过程中生长曲线、碳源消耗、有机酸产量和pH的变化。结果表明：阿莫西林对丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌的生长和碳源消耗均有抑制作用，对细菌形态的影响较小，50 mg·L^-1阿莫西林使丁酸梭菌停止生长，而凝结芽孢杆菌在培养24 h后可继续生长。在有机酸代谢方面，阿莫西林对凝结芽孢杆菌影响更为显著。两株菌的丁酸、甲酸、乳酸和乙酸生产均受到抑制，但在添加低浓度（1 mg·L^-1）阿莫西林时，凝结芽孢杆菌的乳酸产量显著提高。