生物炭调控农业废弃物堆肥过程的研究进展

生物炭以其富碳多孔的功能性结构而被应用于农业生态环境。总结生物炭的酸碱性、比表面积和孔隙体积、灰分含量和阳离子交换量等主要性质,为其在农业领域的应用提供研究基础。基于此,从生物炭调控堆肥过程、促进物料中有机质的降解及腐熟、减少堆肥过程中的碳损失和氮损失、降低堆肥中重金属的生物有效性以及提高堆肥肥效等6个方面综述了生物炭改善农业废弃物堆肥过程的研究进展,为生物炭在农业废弃物堆肥中的应用提供思路和参考,并对其在堆肥系统中的应用进行了展望。

“双碳”背景下生物炭基肥的研究现状及展望

炭基肥是以生物炭为载体,通过添加化肥或者有机肥,采用化学方法和物理方法混合制成的肥料。本文首先总结了炭基肥主要包括炭基无机肥、炭基有机肥和炭基有机无机复合肥,其次汇总了炭基肥的作用。炭基肥由于兼具了生物炭和肥料的双重优势,在田间应用过程中主要表现为提高作物产量、减少温室气体排放、提高土壤有机质、改良土壤以及污染土壤修复等方面。然后列举了影响炭基肥性质的因素,生物炭的制备及其与肥料的制备工艺。最后展望了炭基肥在我国农业领域的应用前景。本文通过生物炭的优选、炭基肥的制备工艺优化及其应用体系的完善等方面展开综述,为构建炭基肥的规模化应用提供指导意义。

覆盖作物土壤固碳效应和影响因素研究进展

近年来,农田土壤固碳技术逐渐成为农业低碳领域的研究热点,作为受人类活动影响最深刻的陆地生态系统,农田土壤碳库的积累与释放易受各类耕作和农艺措施的影响,从而改变土壤碳库平衡。覆盖作物(cover crop)作为基于自然的解决方案(nature-based solution,NbS)之一,其在农田土壤固碳中的应用开始受到人们的关注。国内外在覆盖作物减少农田土壤侵蚀、提升耕地质量以及增加土壤碳汇方面已进行了大量研究,但覆盖作物的固碳机制研究仍处在起步阶段。本文综述了国内外覆盖作物在农田土壤固碳研究的进展,针对覆盖作物在实现农田土壤固碳的途径及其影响因素进行了总结与梳理,并对未来我国覆盖作物固碳研究进行了展望。

上海新村乡土壤养分时空变异研究与耕地质量评价

以崇明区新村乡为调查区域,基于高密度采样数据,对研究区土壤有机质、水解氮、有效磷和速效钾等土壤养分进行了时空变异特征和影响因素分析。结果表明:新村乡土壤有机质、水解氮、有效磷和速效钾的平均含量分别为19.1 g∕kg、100.6 mg∕kg、14.0 mg∕kg和136.6 mg∕kg。土壤有机质和有效磷含量偏低,土壤有机质含量大于30 g∕kg的土壤仅占2.8%,土壤有效磷含量在5—10 mg∕kg的缺磷土壤占23.3%,不同点位土壤养分的时空变化差异较大。为有效推进新村乡优质米绿色生产和土壤健康,建议推行绿肥轮作休耕、养分精准管理与根际土壤调控等技术,实现新村乡农业高质量发展。

稻鳝种养模式对土壤氨氧化微生物群落多样性和结构的影响

为深入了解稻鳝种养模式对土壤氮循环关键微生物的影响,本研究采用Illumina MiSeq高通量测序系统,分析了稻鳝种养模式下氨氧化微生物[氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和完全氨氧化微生物(Comammox)]的群落结构和多样性,以明确该模式对土壤氨氧化微生物群落的影响机制。试验设置两个处理(常规稻田处理和稻鳝种养处理),分别在处理小区的中心区域和沟渠边缘区域取样,即:常规稻田中心区域(CCS)、常规稻田沟渠边缘区域(CMS)、稻鳝种养处理中心区域(ICS)和稻鳝种养处理沟渠边缘区域(IMS)。结果表明:与常规稻田处理相比,稻鳝种养模式显著降低了土壤pH,减少了稻田中心区域和边缘区域间有机质和总氮的含量差异,增加了土壤硝化势;相较于常规稻田处理,稻鳝种养模式显著提高了AOA、Comammox Clade-A和Comammox Clade-B的丰富度,显著降低了AOB的丰富度;同时,IMS显著提高了AOA的群落多样性,但降低了AOB的群落多样性;土壤pH、有机质和速效氮是影响氨氧化微生物的关键环境因子(P<0.05);AOA和Comammox促进了土壤硝化速率,而AOB反之;稻鳝种养模式改变了氨氧化微生物群落的结构,并增强了氨氧化微生物之间的信息交流,使其内部连接更加紧密。研究表明,稻鳝种养模式通过改变土壤环境因子,特别是土壤pH、有机质和速效氮,显著影响了土壤氨氧化微生物群落的组成、结构和多样性,增强了氨氧化微生物之间的相互作用,对土壤氮循环关键微生物产生了重要影响。

不同浓度和表面修饰的聚苯乙烯微塑料对水稻种子萌发、生长和氧化应激的影响

为揭示微塑料对陆生植物的影响,本研究探究了不同表面修饰(原始、羧基化和氨基化)的聚苯乙烯微球(PS、PSC、PSN)暴露下水稻种子萌发、生长和氧化应激状况,暴露浓度分别为0.2、1、5 mg·L^(-1)和30 mg·L^(-1)。结果表明,3种微塑料对水稻种子发芽率和幼苗根质量的抑制程度表现为PSN>PSC>PS,对水稻根系形态(根长、根表面积和根投影面积)的抑制程度总体表现为两种经表面修饰的微球强于原始微球。PS在较低浓度(0.2、1 mg·L^(-1))下通过刺激水稻根部提高抗氧化系统的应激水平,避免了氧化损伤;随着浓度的升高,根部抗氧化防御能力逐渐减弱,在30 mg·L^(-1)时引发了脂质过氧化。两种经表面修饰的微塑料在较低浓度(0.2、1 mg·L^(-1))下即可抑制根部抗氧化系统。PSC仅在最高浓度(30 mg·L^(-1))下诱导了根部氧化损伤,而PSN在1 mg·L^(-1)时就引发了氧化损伤,且随着PSN浓度的升高,氧化损伤进一步加剧。随着微塑料浓度的升高,水稻根表洗脱物明显增多,可能与根部的抗氧化反应有关。最高浓度(30 mg·L^(-1))PSC和PSN的根表洗脱液中可观察到微塑料,根表吸附可能是导致氧化损伤和生长发育受阻的原因。水稻的芽对微塑料的敏感性远低于根部,芽质量和叶绿素含量受到了一定程度的抑制;3种微塑料均在最高浓度(30 mg·L^(-1))时引发了芽的氧化损伤,但各处理组间的差异不大。研究表明,与原始聚苯乙烯微塑料相比,经表面修饰的微塑料,尤其是氨基化微塑料对水稻种子萌发、根系生长和抗氧化系统的负面影响更强。

不同盐度滨海盐渍土壤N_(2)O排放特征

[目的]滨海盐渍土壤作为耕地的后备资源,具有强大的生产潜力,科学改良应用盐渍土壤的同时综合考量温室气体的排放,有利于实现经济-环境的双赢。探究不同盐度滨海盐渍土N_(2)O排放规律特征,可为后续盐渍土壤盐度管控和温室效应的应对提供科学依据。[方法]采集自然形成的不同盐度梯度的滨海盐渍土壤进行室内培养试验,土壤盐度分别为0.96、2.57、4.04和15.23 mS·cm^(-1),并依次命名为Y1、Y2、Y3、Y4,采用气相色谱动态监测土壤N_(2)O的排放特征。[结果]不同盐分浓度影响下盐渍土壤N_(2)O累积排放量存在显著差异,当土壤盐度为0.96~4.04 mS·cm^(-1)时,随着盐度上升,土壤N_(2)O排放量下降;当盐度达到15.23 mS·cm^(-1)时,N_(2)O再次被刺激产生,排放量(2598.94μg·kg^(-1))仅次于轻度盐渍土(5384.17μg·kg^(-1))。盐度的增加给土壤微生物生存带来压力,氨氧化细菌AOB相较于古菌AOA更易受到盐分的影响,在轻、重度盐渍化土壤(Y1、Y2、Y3)中AOA仍能保持较高丰度;而在高盐分土壤(Y4)中,AOA和AOB的相对丰度受到抑制,阻碍了硝化作用的进行。盐度梯度影响下N_(2)O累积排放量还与反硝化潜势(PDR)呈显著正相关。当盐度持续增加,土壤类型划分为盐土(Y4)时,nosZ基因丰度显著降低,N_(2)O还原作用减弱,使得Y4盐渍土中的氮素最终以N_(2)O的形式排放。[结论]盐度梯度影响滨海盐渍土壤硝化和反硝化进程,二者共同促进了土壤氮素的转化,造成N_(2)O排放的差异。当EC_(2.5∶1)为0.96~4.04 mS·cm^(-1)时,盐度的提高限制硝化、反硝化作用的速率,表现出N_(2)O的减排;当盐分分类达到盐土标准时,由硝化作用产生的N_(2)O减少,由反硝化作用(异养反硝化和硝化细菌反硝化)产生的N_(2)O成为盐土土壤的主要温室气体排放来源。

崇明岛农林土壤养分分布特征及其影响因素研究

科学评价崇明岛农林土壤养分储存状况,阐述其空间分布特征,对于崇明岛农林生态可持续发展具有重要意义。针对上海崇明岛4种主要农林种植方式(粮田、菜田、果园和生态林)及3种代表性土壤类型(水稻土、潮土和滨海盐土),采集0~20 cm土壤样点100个,分析崇明岛农林土壤养分分布特征及其影响因素。结果表明:崇明岛农林土壤pH均值为7.99,电导率(EC)均值为0.56 mS/cm;有机质平均含量为17.29 g/kg,属于中下水平;全氮平均含量为1.91 g/kg,属于丰富水平;全磷平均含量为1.33g/kg,属于中上水平。崇明岛的农林土壤基本呈碱性,中部的EC较低;土壤有机质含量在南部和中部较高,在东部偏低;全氮含量整体处于较高水平,中部偏高,西部偏低;全磷含量呈现出中部偏高,从南部向东北、东南方向逐步降低的分布格局。不同种植方式下各土壤养分指标均有显著性差异,粮田有机质含量最高,为19.20 g/kg;粮田与菜田全氮含量均较高,分别为2.09、2.17g/kg;土壤EC与全磷含量表现为菜田>果园>粮田>生态林。不同类型土壤的全氮、全磷含量表现为水稻土>潮土>滨海盐土;潮土的有机质含量最高,为18.00 g/kg,EC最低。崇明岛农林土壤养分分布受种植方式的影响显著,选择粮田种植方式有助于崇明岛农林土壤养分提升。

含腐植酸水溶肥对空心菜生长及土壤养分性状的影响

为研究不同含腐植酸水溶肥施用量及施肥方式对空心菜品质、土壤含碳量、养分含量、土壤酶活性的影响,设置8个处理,分别为空白(CK)、常规化肥(CF)、根施腐植酸水溶肥全量替代(RT_(1))、根施腐植酸水溶肥50%替代(RT_(0.5))、根施腐植酸水溶肥25%替代(RT_(0.25))、叶施腐植酸水溶肥全量替代(LT_(1))、叶施腐植酸水溶肥50%替代(LT_(0.5))、叶施腐植酸水溶肥25%替代(LT_(0.25)),测定收获后土壤理化性质以及空心菜产量品质指标,采用主成分分析法对施肥效果进行综合评价。结果表明,RT_(1)较CF产量、土壤有机碳(SOC)含量和可溶性固形物含量分别提升了11.5%、8.7%和8.8%;LT_(1)较CF可溶性固形物、粗蛋白和维生素C含量分别提升了17.6%、15.5%和11.0%,但产量和土壤SOC含量分别下降了2.9%和11.3%。空心菜产量与土壤速效氮和SOC含量呈显著正相关(P<0.05),与pH和速效钾、速效磷含量呈显著负相关(P<0.05),表明速效氮养分和有机质的添加对于促进空心菜的生长和增加产量起重要作用。根据主成分分析结果,施加含腐植酸水溶肥有利于高品质蔬菜生产及提高土壤质量,根部施用全量含腐植酸水溶肥替代化肥(RT_(1))效果最佳。研究结果可为提高作物产量品质和土壤质量,实现化肥减施并增加土壤固碳能力提供参考。

微塑料与苯并[a]芘对水稻种子发芽的联合影响

随着全球工业化的加速,微塑料和苯并[a]芘(BaP)的环境污染问题日益凸显,给公众健康和生态安全带来挑战。针对微塑料和BaP,深入探讨其对水稻种子发芽及幼苗生长的影响。选择3种主要微塑料类型〔聚乙烯(mPE)、聚苯乙烯(mPS)和聚氯乙烯(mPVC)〕并结合BaP,在不同浓度和时间条件下,研究其对水稻生长的作用机制。结果显示,单独的微塑料暴露会对水稻种子的多个生长指标造成显著影响(P<0.05),其中包括抑制发芽率、活力指数和发芽速度,而对于发芽势和含水率则有所促进。值得注意的是,mPVC和mPS对水稻种子和幼苗生长表现出浓度依赖效应。而BaP的存在对水稻种子的一些生长指标,如活力指数、根长、芽长和含水率,表现出促进效应,但其对发芽势的影响却较为复杂。微塑料与BaP的共同存在对水稻种子的影响表现出交互效应。综上所述,该文探究了微塑料和BaP在农业生产中的潜在风险,为未来实现更为精准的环境治理提供了重要的科学参考,同时也对农业生产和环境保护具有实际意义。

酞酸酯在农田土壤中的迁移转化行为和毒性效应

酞酸酯又称邻苯二甲酸酯(phthalic acid esters,PAEs),是环境激素类有机污染物,作为添加剂被广泛应用于各种塑料、橡胶和树脂制品中。随着生产和使用量的大幅增加,PAEs已成为我国农田土壤中残留最多且关注度最高的有机污染物,对农业生态环境和人类健康构成潜在威胁。根据现有研究,在系统梳理我国农田土壤中PAEs的主要来源与分布情况的基础上,综述了PAEs在农田土壤中的吸附、生物降解、迁移和挥发等环境行为的研究进展,并分别评述了PAEs对土壤生物(包括微生物、动物和农作物)和人体的毒性效应。农膜覆盖及其残留物是引起我国农田土壤PAEs污染的最主要原因。其中,约58.5%的PAEs主要分布在农田土壤表层0~20 cm处,并且具有显著的地域性差异。正辛醇-水分配系数对数值(lg K_(ow))大、脂溶性强的PAEs主要吸附在土壤表层,而lg K_(ow)小、水溶性高的PAEs具有极高的迁移潜力;有机质是阻滞PAEs向下迁移的主要原因;微生物降解是去除农田土壤中PAEs的主要途径,受化合物结构和土壤特性的影响。高浓度PAEs的短期暴露会对土壤生物产生不同程度的生理生化毒性乃至遗传毒性影响,最终可通过饮食摄入危害人体(特别是儿童)健康。目前有关农田土壤PAEs的研究仍局限于土壤污染分布和赋存特征的调查性研究,今后可在真实土壤环境中PAEs迁移转化过程、联合毒性效应以及代谢产物的行为和毒性等方面加强研究,以期为农田土壤环境中PAEs控制标准制定和生态风险评估提供理论依据。

γ-聚谷氨酸生物有机肥制备及其对土壤营养和青菜品质的影响

为提高农业资源利用价值,发展可持续农业,本研究基于产γ-聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌A-5制备一种γ-聚谷氨酸生物有机肥。制备过程为:(1)将秸秆风干粉碎后与畜禽粪便、豆粕、味精废液混匀,得到发酵基质,所述畜禽粪便、秸秆、豆粕和味精废液的质量比为4~8∶4~8∶1~4∶0~1;(2)将枯草芽孢杆菌A-5种子接种液接入所述发酵基质中,混匀发酵,得到所述γ-聚谷氨酸生物有机肥。采用大田小区试验研究其对小青菜的促生作用及在降低作物热害中的应用。结果显示,本研究的γ-聚谷氨酸生物有机肥利用农业废弃物作为发酵基质,成本低廉,能够促进作物养分吸收、增产提质、改善土壤理化性质,并提高作物的对高温天气的抗逆性。

不同稻田冬茬绿肥对土壤养分、酶活性和微生物数量的影响

本研究通过分析上海青浦地区不同稻田冬茬绿肥翻压后的土壤养分性质、酶活性和微生物数量等指标,采用灰色关联度分析,综合筛选出最有利于土壤培肥的、适宜当地种植的稻田冬茬绿肥轮作模式。本试验设置3个稻田冬茬绿肥处理:紫云英处理(ZY)、蚕豆处理(CD)、油菜处理(YC)。结果表明:(1)不同绿肥轮作模式对于土壤pH、土壤全氮和全磷含量影响均未达到显著性水平,CD和ZY处理土壤全钾含量无显著差异,但均显著高于YC处理;土壤有机质含量顺序为CD>YC>ZY;ZY处理土壤有效磷含量比CD和YC分别高出12.60%和28.70%,YC处理则速效氮和有效钾含量均为最高水平。(2)各绿肥处理的过氧化氢酶和纤维素酶活性无显著性差异,CD处理和YC处理下土壤脲酶活性均显著高于ZY处理,CD处理土壤蔗糖酶活性分别比ZY和YC高出22.10%和55.17%。(3)CD处理土壤细菌、真菌和放线菌数量均处于最高水平,均显著高于ZY处理。(4)绿肥产量与土壤有机质含量、土壤脲酶活性、土壤真菌数量和放线菌数量均呈现显著正相关,其中与土壤脲酶活性的相关性较高(P<0.001);水稻产量与土壤有机质含量和土壤放线菌数量存在显著正相关(P<0.01)。(5)采用灰色关联度分析对16个指标进行综合评价,加权关联度顺序为CD>YC>ZY。综合比较,水稻蚕豆轮作是最适宜试验地区的稻田冬茬绿肥轮作模式。

我国蔬菜地重金属污染现状及其调控技术

我国蔬菜地土壤重金属污染以中轻度为主,蔬菜作物重金属超标现象时有发生,土壤修复应采取“边生产边修复”的安全生产模式。在查阅国内最新发表文献的基础上,综合分析我国蔬菜地土壤重金属的污染来源、现状、目前的治理技术,提出从源头减少重金属的投入、通过钝化剂等降低土壤中重金属的有效态和活性、种植低积累蔬菜品种减少对重金属的吸收,以保障重金属污染蔬菜地的安全利用。这种具有针对性地确保重金属稳定性的联合修复技术体系在实施过程中,应规避钝化材料在土壤中的积累风险;选择优质高效的、易于推广应用的重金属低积累蔬菜种类及品种,最终建立蔬菜地土壤修复的可持续评价体系,实现蔬菜地生态效益、社会效益和经济效益的统一。

环境友好型中药肥对水稻产量品质及病虫害防治效果的影响研究

为探寻环境友好型中药肥在水稻生产上的减施增效效果,采用大田试验,选择5个水稻品种为研究对象,研究了中药肥处理(相比常规化学农药减量20%)下水稻品种生育进程、产量及相关农艺性状、稻米品质性状和病虫防治表现。结果表明,与对照相比,中药肥可以显著缩短水稻的生育进程,增加颖花数、每穗总粒数和千粒重,提高水稻产量3.8%~6.7%;中药肥处理下各品种整精米率提升1.4%~7.3%,垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量分别降低13.2%~62.2%、11.6%~59.5%和1.0%~6.5%;中药肥处理下各品种稻瘟病发病率降低0.9%~17.7%,稻蓟马和稻纵卷叶螟防效则分别提高2.2%~15.8%和1.0%~8.2%。

不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响初探

为评价茭白秸秆生物炭作为生物炭基肥的潜力,以及为茭白秸秆生物炭在农业土壤中的应用提供理论基础,现以茭白秸秆为原料,探索了不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响。结果表明,随着热解温度从300℃升至700℃,茭白秸秆生物炭的生产效率从39.8%降至24.1%;茭白秸秆生物炭的炭化程度和极性增加,其在土壤中的残留时间为308.5~1204.2年;茭白秸秆生物炭的总碳和总养分(N+P2O5+K2O)含量(wt)分别为61.6%~71.4%和9.7%~10.9%,pH为9.4~10.3,总砷、总铅、总铬的含量分别为9.0~12.7、0~1.5、7.9~74.8 mg/kg,总汞和总镉未检出。参照NY/T 3618-2020的行业标准,热解温度300~500℃条件下的茭白秸秆生物炭性质满足其行业标准要求。

我国稻米食味品质的研究进展及其影响因素

随着水稻产业体系的飞速发展,稻米的食味品质引起广泛关注。研究对比了国内外稻米食味品质的研究现状,简述了我国近年来稻米食味品质的研究历程,细化和列举了影响稻米食味品质的主要指标:蛋白质含量、淀粉含量、淀粉的糊化特性和胶稠度,并分别阐述了这四个指标的检测方法和检测标准。同时,分析了现有的稻米食味品质的综合检测方法,如感官评价法、理化指标检测评价法和无损检测评价法及其对应的评价标准。最后,对今后的发展方向进行了展望,认为应通过精准评价构建科学规范、本国化的稻米食味品质评价标准∕系统,实现食味型水稻真正的本地化和产业化。

旱管种植节水抗旱稻的温室气体减排效应研究

以节水抗旱稻‘旱优73’和常规栽培稻‘H优518’为研究对象,在水直播基础上采用持续淹灌和旱管种植两种水分管理模式,对旱管种植节水抗旱稻的温室气体减排效应开展了3年田间原位试验。结果表明:年际间稻季降水量与平均气温变动较大,旱管种植条件下,稻田CH_(4)排放降低70%—95%,综合温室效应(GWP)降低65%—95%。旱管种植在一定程度上会降低水稻产量,但由于节水抗旱稻具有较强的抗旱性,在旱管种植条件下产量较常规栽培稻相对稳定。与常规的杂交稻淹灌栽培相比,旱管种植节水抗旱稻的温室气体排放强度(GHGI)降低了75%,仅为0.26 kg CO_(2)-eq∕kg yield。因此,优化水分管理模式,选育抗旱性强的水稻品种,可在保证相对稳产的前提下,大幅减少温室气体排放,节约水资源投入,有利于实现水稻生产绿色低碳转型。

3种赤眼蜂对甜菜夜蛾和小菜蛾卵的寄生功能反应

为评估稻螟赤眼蜂Trichogramma japonicum Ashmead、螟黄赤眼蜂Trichogramma chilonis Ishii和玉米螟赤眼蜂Trichogramma ostriniae Pang et Chen对甜菜夜蛾Spodoptera exigua Hübner卵和小菜蛾Plutella xylostella Linnaeus卵的寄生潜能,本研究在室内条件下测试了3种赤眼蜂对不同密度甜菜夜蛾卵和小菜蛾卵的寄生率、寄生功能反应和搜寻效应。结果表明,稻螟赤眼蜂、螟黄赤眼蜂和玉米螟赤眼蜂对甜菜夜蛾卵和小菜蛾卵均有一定的寄生效应。螟黄赤眼蜂对甜菜夜蛾卵的寄生率、瞬间攻击率、寄生效能和搜寻效应均高于稻螟赤眼蜂和玉米螟赤眼蜂;3种赤眼蜂对小菜蛾卵的寄生率、瞬间攻击率、寄生效能和搜寻效应则表现为:稻螟赤眼蜂>螟黄赤眼蜂>玉米螟赤眼蜂。3种赤眼蜂对两种寄主的寄生功能反应均符合HollingⅡ型模型方程,表现为寄生量均随寄主卵密度的增加而升高,达到一定水平后趋于平稳。赤眼蜂的搜寻效应随寄主卵密度的增加而降低。综合分析可知,螟黄赤眼蜂对于甜菜夜蛾的控害能力优于稻螟赤眼蜂螟和玉米螟赤眼蜂,而稻螟赤眼蜂比螟黄赤眼蜂和玉米螟赤眼蜂更适合用于防控小菜蛾。

微纳米塑料对陆生植物的影响研究进展

当前有关微纳米塑料生物效应的研究主要集中在海洋和淡水水生生物中,其对陆生植物影响的研究在近几年才陆续展开。本文主要从微纳米塑料的植物吸收传输和分布、微纳米塑料对植物不同生物学水平的毒性效应,以及微纳米塑料与其他污染物共存时对植物的联合毒性效应进行综述,并对未来微纳米塑料对植物的毒性效应研究方向提出展望。