中国北方碱性农田土壤镉污染修复:现状与挑战

中国土壤镉污染面积广、程度深,但针对于我国北方碱性农田土壤镉污染治理的理论研究及技术研发却较为薄弱。基于VOSviewer软件,分析了近20年来国内外关于碱性土壤镉防控领域的研究方向、主推技术与国际研究格局。在此基础上,系统梳理了碱性土壤中镉的转化过程及影响因素,结合原位化学钝化技术、植物修复和农艺调控措施,进一步总结了碱性土壤镉治理的科学与技术问题。我国碱性农田镉污染治理面临关注度不高、技术研发滞后以及转化困难、土壤-作物(小麦)镉吸收机制不清晰等诸多问题。因此,亟需提高碱性农田土壤镉污染防治的重视程度,研发、试点具有针对性的技术推广模式,构建土壤-作物(小麦)镉精准防控体系,以推动碱性土壤镉污染修复技术与理论的发展及粮食的安全生产。

典型高原湖泊人类活动净氮磷输入时空变化及其影响因素——以云南星云湖为例

星云湖作为人类农业生产活动影响下环境问题突出的代表性高原湖泊,其水体健康与生态平衡对于区域可持续发展至关重要。因此,量化解析星云湖流域人类活动净氮磷输入时空来源变化及影响因素对于流域管理和湖泊恢复具有重要意义。基于社会经济统计数据,采用人类活动净氮输入(NANI)、人类活动净磷输入(NAPI)模型量化星云湖流域NANI、NAPI强度。结果表明,19892020年研究区NANI、NAPI均值分别为(14614±2196)和(3135±452)kg/(km^(2)·a),时间上呈现先上升后下降的变化趋势,且峰值出现在2015年,分别达到18076和3889 kg/(km^(2)·a);空间分布上,除东部NANI、NAPI较低外,其余区域均较高;化肥和食物/饲料输入分别是NANI和NAPI的最大来源,占比分别为58.2%~63.8%和30.5%~59.5%。此外,基于模型选择和变量重要性分析发现,经济作物产量和畜禽密度是影响NANI、NAPI变化的最主要因素。因此,星云湖流域氮磷管控应从调整种植结构和模式等控源措施入手,加快经济模式转型。本研究结果可为星云湖流域建立有效的氮磷综合管理措施提供科学依据。

缓释包膜尿素配施对土壤性质和夏玉米生长的影响

缓释肥料根据作物需肥特征可达到养分释放与作物吸收同步的目的.缓释包膜尿素与普通尿素混施既可以降低肥料成本,又能够满足作物生长需求,实现氮肥的合理运筹.研究通过在黄淮海平原豫北地区连续两年(2017—2018年)开展不同施氮剂量下包膜尿素与普通尿素配施试验,于收获季收集0-20 cm表层土壤和植物样品,进行土壤基本理化性质和植株生长指标测定.试验共设置2个施氮水平(L,低氮施用量;H,高氮施用量)和3个配施比例(CU1,包膜尿素∶普通尿素=40∶60;CU2,包膜尿素∶普通尿素=49∶51;CU3,包膜尿素∶普通尿素=57∶43),并设置常规高施氮量全普通尿素处理对照(CK),共计7个处理.研究结果表明,土壤含全氮、速效磷和有效钾量分别较对照增加37.1%~142.0%、16.5%~33.6%和22.0%~73.1%,含有机质量提高7.0%~42.5%,碳氮比降低33.7%~48.8%.各配施处理连续两年夏玉米的株高、基径、千粒质量和产量较对照增加21.4%~31.2%、10.4%~18.7%、6.18%~11.2%和15.2%~32.7%.综合考虑作物产量和土壤肥力等指标,建议采用低氮水平下高包膜尿素配施比例NPK混合方案(包膜缓释尿素148.2 kg/hm^(2),普通尿素111.8 kg/hm^(2),过磷酸钙833 kg/hm^(2)和硫酸钾180.0 kg/hm^(2))既能满足夏玉米高产对养分的需求,又能保证土地持续的生产力.

城市近郊土地利用变化对土壤团聚体及其结合有机碳的影响

通过采集河南省新乡市近郊区域传统耕地、设施菜地以及景观绿化林地和草地0~20 cm表层土壤,利用湿筛法进行水稳性团聚体的分离及团聚体结合有机碳的测定,分析和比较了土壤团聚体稳定性及其结合有机碳变化特征。结果表明:城市化进程中土地利用类型变化对水稳性团聚体粒径组成和稳定性产生显著影响。相较于传统耕地,进行6年设施蔬菜种植显著降低土壤水稳性大团聚体质量占比(WR0.25)、团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降幅分别为42.40%、54.84%和129.41%。而进行相同年限景观林、草地建设均能显著提高WR0.25,提升幅度分别为33.65%和23.63%。景观绿化林地和草地团聚体MWD、GMD较耕地分别增加0.64%和26.92%、83.87%和77.42%。此外,虽然设施菜地和林草地各粒径团聚体结合有机碳含量较传统耕地均有不同程度提高,但是其结合有机碳贡献率变化情况与团聚体各粒径质量占比有关。其中,0.25~2 mm粒径团聚体结合有机碳含量在设施菜地土壤中取得最大值,为35.02 g/kg,但是其>0.25 mm各粒径团聚体结合有机碳贡献率均显著降低。草地建设显著降低<0.053 mm粒径黏粉粒结合有机碳贡献率,但是显著增加>0.25 mm粒径大团聚体结合有机碳贡献率。因此,城市化进程中近郊传统耕地转变为景观绿化林草地初期能促进水稳性大团聚体的形成及结合有机碳的积累,并提高团聚体的稳定性,在土壤有机碳固持方面表现出巨大潜力。

凋落物输入量对森林土壤化学计量特征的影响

为了阐明凋落物输入量变化对马尾松-麻栎混交林土壤理化性质及碳氮磷生态化学计量特征的影响,在河南大别山森林生态系统观测站内开展5年的凋落物梯度控制试验,测定0-10 cm表层土壤的理化性质及养分含量,探讨它们随凋落物输入量的变化及其与C∶N∶P化学计量比之间的关系,为亚热带-暖温带气候过渡区人工林持续经营管理提供科学依据。结果表明:(1)凋落物输入量的增加显著提高土壤含水量、铵态氮、硝态氮、以及碳氮磷含量,但是显著降低土壤pH值。(2)凋落物输入量对土壤C:N影响不显著,随着凋落物输入量的增加土壤C∶P、N∶P显著增加。(3)土壤总碳是影响C∶N的主要因素;土壤pH、含水量、铵态氮和硝态氮、总碳、总氮是影响土壤C∶P和N∶P的主要因素。因此,未来环境变化和人类干扰引起的地上凋落物输入的变异会对该地区的林木生长造成养分限制,在马尾松、麻栎速生阶段适当增施氮肥、磷肥,以保证林木的良好生长,促进土壤与植物的良性养分循环。

我国重金属污染土壤的利用研究

检测了重金属污染地区粮食、蔬菜、水果等不同作物的重金属含量。结果表明,这3类作物对高背景值耕地土壤中有害元素吸收能力的顺序为:蔬菜>粮食>水果。同一地区不同地块采样点土样中重的金属含量有所差异,同一有害元素在不同作物中的积累特性不同,不同作物种类对高背景值元素的吸收差异较大,为合理开发利用被重金属污染的土地资源提供了理论依据。

沼渣沼液混施对潮土团聚体结合有机碳的影响

为实现畜禽粪污资源化利用和土壤肥力提升提供数据支撑,沼渣沼液混施对黄淮海平原潮土团聚体结合有机碳的影响成为重要研究课题.根据等碳量原则,设置不同沼渣沼液混施比例(100%沼渣,90%沼渣+10%沼液,80%沼渣+20%沼液,70%沼渣+30%沼液和60%沼渣+40%沼液)及对照不施肥处理进行6个月的盆栽试验,测定土壤团聚体组成及结合有机碳变化.结果表明:不同沼渣沼液混施比例对水稳性团聚体粒径组成和结合有机碳含量产生显著影响.相较于对照,各混施处理大团聚体质量组成比例(WR0.25)均有不同程度的提高,其中90%沼渣与10%沼液混施处理占比最大,为57.40%.此外,团聚体结合总有机碳含量随沼渣配施比例的增加呈现先增加后降低的趋势,其中80%沼渣与20%沼液混施处理下达到最高值,为16.5 g/kg.各配施处理均提高>0.25 mm粒径大团聚体结合有机碳的贡献率.因此,可通过80%~90%沼渣与10%~20%沼液混施促进潮土水稳性大团聚体的形成,提高团聚体稳定性和结合有机碳含量,从而达到改善土壤结构,促进土壤有机碳固持的目的.

麦玉两熟区施氮对地下水硝酸盐含量的影响

对黄淮海平原小麦玉米一年两熟农作制下氮肥施用与地下水硝酸盐污染关系进行调查和分析。以问卷调查法对河北省景县和河南省新乡县各30个农户进行走访并获取水样。同时在山东省桓台县和河南省温县各取水样6个和9个。水样分析结果表明,在以小麦玉米一年两熟种植模式下,景县和新乡县地下水硝酸盐含量未超标;温县和桓台县超标3个,其中温县1个,桓台2个。根据氮肥用量和地下水硝酸盐含量的关系,黄淮海平原麦玉两熟种植条件下,氮肥用量不超过273.6 kg/hm2时,硝酸盐不会在地下水中积累;氮肥用量不超过861.1 kg/hm2,地下水中硝酸盐含量就不会达到50 mg/L。此时,景县麦玉周年产量分别是9 293.7 kg/hm2和15 208.1 kg/hm2;新乡县麦玉周年产量分别是10 724.1 kg/hm2和12 279.0 kg/hm2。

农业集约化对生物多样性的影响

在农业集约化过程中,生物多样性受到影响。生物多样性的减少在于化肥、农药的使用、农用地的扩大、单一种植和农业环境的破坏。但是农业集约化增加了农产品的数量,减少了垦荒,秸秆还田增加了土壤生物多样性。本文针对生物多样性的减少提出了相应对策。

微生物絮凝剂的生产工艺及絮凝效果研究

从化工厂及其周围环境的土壤样本中分离出110株细菌菌株,并以这些细菌发酵液对高岭土悬浮液絮凝效果为指标,筛选出1株产絮凝剂最高的菌株。该菌株在实验室培养条件下,以10 mL培养基接种0.2 mL细菌的接种量,6 h种龄的种子液接种,pH7,30℃的摇床培养60 h可达最高絮凝活性,其最佳培养基配方为:葡萄糖20 g、尿素0.5 g、酵母膏0.6 g、NaCl 0.6 g、K2HPO4.3H2O 6 g、KH2PO4 3 g,pH值为7。微生物絮凝剂与化学絮凝剂比较试验结果表明,该微生物絮凝剂对水中悬浮物的去除能力较强,对高浓度染料废水的脱色能力有一定作用。

重金属污染土壤的植物修复对“环保育种”的呼唤

因人类活动诸如采矿、冶炼、电镀、电源和燃料生产、垃圾堆积过程和农业集约化中化肥、农药、除草剂等大量和超量使用等排入到环境中,导致重金属污染土壤,带来了严重的后果。而植物对重金属的抗性、避性和富集性及超富集性,使得污染土壤的植物修复和利用成为可能。由于自然的超富集植物具有地域性、植物种类的差异性,且忍耐重金属浓度的有限性,因此,超富集植物具有修复时间长的特点。现针对重金属污染土壤的修复和利用提出了"环保育种"的概念,以及开展"环保育种"的基础和广阔的应用前景。为加快修复和利用被重金属污染的土壤,"环保育种"迫在眉睫。

金银花净光合速率日变化及其对光合有效辐射响应的数学模型

[目的]为生产实践提供理论依据。[方法]以金银花为材料,采用便携式光合测定系统,研究其净光合速率日变化及其对光合有效辐射响应的数学模型。[结果]与多数其他C3植物一样,金银花净光合速率日变化曲线呈双峰型,但在具体达到峰值的时间上与前人的结果有差异;金银花净光合速率对光合有效辐射的响应可用对数、线性、二项式3种数学函数来描述,但以二项式描述更确切;根据前面得到的二项式方程,计算出了金银花的光饱和点为1 086.3μmol/(m2.s)。[结论]金银花净光合速率日变化曲线呈双峰型,其净光合速率对光合有效辐射的响应以二项式描述较准确。

温室滴灌配施尿素下土壤微域内pH值的时空分布研究

在农业生产实际中,温室滴灌并配合施用尿素的做法较为广泛。研究番茄定额施用尿素,试验结果表明,尿素在土壤脲酶的作用下迅速水解转化,生成大量NH4+而造成土壤pH值升高;在48～72h内在一定的土壤微域内形成一个相对较高的pH值区域;同时,土壤pH值经历了低—高—低的变化过程;随着施肥量的增加,其高值出现相对较早而平缓,维持时间较长。

我国农业集约化与持续化关系研究

农业集约化是我国农业发展趋势,持续化是我国农业发展战略,高产和持续都是我国农业追求的基本目标。针对两者关系问题进行了深入研究,结果表明两者既不是对立的,也不是完全一致的,而是对立统一关系。其协调的基础在于自然生态与人工生态相容互补;对立性主要表现在农业集约化带来资源过度消耗和环境污染等负面影响;统一性在于集约高产对生态环境的影响双向反馈作用。

镉在土壤-植物系统中迁移积累的研究进展

环境镉污染对植物、动物和人体均可产生较大的危害。食物链是镉对人类健康造成危害或潜在危害的主要途径之一。污染土壤中的镉通过植物根系吸收与体内运转最终在植物可食部分中积累,主要影响因子有土壤性质、植物种或品种等。研究镉的积累和迁移规律,目的在于探讨减少镉污染的途径。

我国红壤丘岗区不同生态农业模式的可持续性比较研究

利用问卷调查方法,对江西省余江县121个农户进行逐户调查。根据农业可持续发展原理,采用主成分分析法和综合评价法对纯粮、农牧林、农牧果、农牧加、农牧蔬、农果、农牧药材和农牧等8种生态农业模式的可持续指数进行分析。结果表明,8种生态农业模式可持续指数在0.200 0-0.596 2间;其中以纯粮模式可持续指数最小,农牧加模式可持续指数最大。纯粮农业模式可持续性指数为0.200 0;农牧药材、农牧、农果、农牧蔬和农牧林等模式可持续性指数处于0.31-0.47之间;农牧加和农牧果模式可持续性指数分别为0.596 2和0.513 3。为促进生态农业可持续性增长,必须拉长生态链条,增加农业生态系统组成,强化生态农业的稳定性。

粮食作物不同种植模式对地下水硝酸盐含量的影响

作者以华北平原麦玉两熟和南方红壤地区双季稻两种种植模式为研究对象,在麦玉两熟区,通过50个农户的调查,周年产量10347.5—14211.0kgh/m 2,氮肥用量499.5—670.5kgh/m 2,氮肥利用效率51.79%—54.44%;河北景县水体硝酸盐含量测定未发现超标;对不同产量地块水样测定,高产地块硝酸盐含量高于中产地块;对桓台和温县水体调查中发现,有3个水样硝酸盐含量超标,占调查总数的15.8%;对同一井水多年硝酸盐含量的测定,水体中硝酸盐含量逐年增加。双季稻作区117个农户调查,氮肥用量为436.3—594.3kgh/m 2,产量为6273.1—9278.2kgh/m 2,氮肥利用效率为28.76%—32.09%;双季稻不同时期水体硝酸盐含量测定未超标。为减少硝酸盐污染的发生,减少氮肥的投入,合理施用氮肥,加大有机肥的投入;提高氮肥利用效率。

氮肥集约度对小白菜硝酸盐积累的影响

利用盆栽试验,研究了氮肥集约度对小白菜中硝酸盐含量的影响。结果表明,氮肥是小白菜硝态氮累积的主要来源,随着氮肥施用量的增加,小白菜茎叶中硝酸盐含量也随着增加。为减少硝酸盐含量的累积,应适当控制氮肥用量。