根系互作对谷子和花生间作体系根际微生物碳代谢的影响

间作系统因其产量优势及生态功能在全世界都广泛应用,尤其是禾本科与豆科作物的优势组合,但该间作体系中作物根系互作对碳代谢特性的影响尚不明确。通过2年田间试验结合盆栽模拟根系分隔(根系无互作;根系部分互作;根系完全互作)方法,采用Biolog技术研究了不同种植模式对谷子和花生籽粒产量、土地生产力及土壤微生物碳源利用特征的影响。2017~2018年田间试验结果表明,2种间作模式下土地当量比(LER)均大于1,尤其是谷子-花生2∶2模式LER于2018年达到1.36,表明禾本科作物谷子与豆科作物花生体系是具有产量优势的间作系统。室内盆栽研究结果表明,间作模式下谷子的生物量与产量分别增加了49.0%和92.6%,花生则增加了11.1%和44.6%,谷子与花生的收获指数(HI)也显著增加。与完全分隔无根系互作相比,根系互作促进了根际微生物碳源利用效率,谷子与花生根际微生物对31种碳源平均利用率分别增加了19.6%和72.2%。土壤微生物对6大碳源种类的平均利用以糖类和氨基酸类为主,对酚酸类利用率最低。主成分分析结果表明,间作与部分间作花生对根际土壤碳源利用率显著高于谷子与花生单作,而单作花生对碳源利用率最低。Shannon指数和Simpson指数研究结果表明,间作提高了土壤群落微生物多样性和均匀度。禾本科作物谷子与豆科作物花生间作体系通过根系互作提高了生物量积累,促进了地下部根际微生物对底物碳源利用,增强了微生物群落结构多样性,这对深入解读地下根系互作驱动的间作体系优势互补机理具有重要意义。

辽宁省水稻田固碳减排潜力分析

水稻生产是碳排放的主要来源,辽宁省是中国重要的优质水稻主产区,探明稻田减排固碳潜力对实现碳达峰碳中和具有重要意义。遵循《IPCC国家温室气体清单指南2019修订版》的基本框架和要求,按照《省级温室气体清单编制指南》规定,估算分析了辽宁省稻田减排固碳潜力。结果表明,辽宁省稻田CH4排放量(CO_(2)-eqv)为2.13-3.39 Tg·a^(−1),N_(2)O直接和间接排放量(CO_(2)-eqv)分别为0.37-0.40 Tg·a^(−1)和0.08-0.09 Tg·a^(−1)。常规施肥碳排放总量(CO_(2)-eqv)为2.61 Tg·a^(−1),优化施肥可减少碳排放(CO_(2)-eqv)0.03 Tg·a^(−1),有机培肥和秸秆还田碳排放(CO_(2)-eqv)分别增加0.42 Tg·a^(−1)和1.36 Tg·a^(−1),具有明显的增排效应,稻田单位面积碳排放强度和单位产量碳排放强度均以秸秆还田最高,较常规施肥分别增加了49.96%-52.68%和50.30%-52.46%。稻田单位面积碳排放强度(CO_(2))以辽河三角洲稻区最高,达到5.17-8.08 t·hm^(−2)·a^(−1)。单位产量碳排放强度(CO_(2))则以东南部山地丘陵稻区最高,达到0.66-1.01 t·t−1·a^(−1)。不同水稻主产区以辽河三角洲稻区碳(CO_(2)-eqv)减排空间最大,达5.50×10^(4)-1.42×10^(5) t·a^(−1),不同化学肥料以氮肥减施带来的碳(CO_(2)-eqv)减排潜力最大,达0.18×10^(4)-1.20×10^(5) t·a^(−1),不同养分管理措施以有机无机配施碳(CO_(2)-eqv)减排空间最大,达3.78×10^(4)-1.42×10^(5) t·a^(−1)。有机无机配施和秸秆还田土壤固碳量(CO_(2)-eqv)分别为0.10-0.28 Tg·a^(−1)和0.22-0.65 Tg·a^(−1),其碳增排对土壤固碳抵消率分别为56.68%-82.52%和89.34%-99.03%,均能通过土壤固碳抵消其增加的碳排放。有机无机配施是辽宁省水稻生产碳减排最优养分管理措施。

辽宁省主要粮食作物秸秆还田对化肥替代潜力分析

为明确辽宁省主要粮食作物秸秆养分资源量及其还田对化肥的替代潜力,推进全省秸秆资源化利用及化肥减施,基于统计数据和文献资料,对辽宁省水稻和玉米2种主要粮食作物的秸秆产量,秸秆N、P_(2)O_(5)、K_(2)O养分资源量,以及还田条件下的养分带入量进行估算,评估其对化肥替代减施的潜力。结果表明,2018—2020年辽宁省玉米和水稻秸秆年均产量分别为2130万、440万t。2种作物秸秆养分资源总量年均67.6万t,其中,N、P_(2)O_(5)、K_(2)O分别为22.2万、7.8万、37.6万t;玉米和水稻秸秆养分资源量分别占秸秆养分资源总量的79.4%、20.6%。单位面积水稻秸秆还田的养分当季归还量为N 23.7~40.1 kg/hm^(2)、P_(2)O_(5)5.3~9.0 kg/hm^(2)、K_(2)O 98.8~167.0 kg/hm^(2);玉米秸秆还田的养分当季归还量为N 26.2~50.6 kg/hm^(2)、P_(2)O_(5)4.4~8.4 kg/hm^(2)、K_(2)O 45.5~87.8 kg/hm^(2)。水稻秸秆全量还田对氮肥(N)、磷肥(P_(2)O_(5))替代潜力分别为13.2%~17.6%、6.3%~9.6%,可全部替代钾肥(K_(2)O);玉米秸秆全量还田对氮肥(N)、磷肥(P_(2)O_(5))、钾肥(K_(2)O)替代潜力分别为12.7%~23.7%、4.80%~9.0%、46.7%~87.3%。

广东大宝山复合污染土壤的改良及植物复垦

选取广东省大宝山农耕废弃污染土壤及尾矿坝土壤,采用豌豆盆栽实验,研究了施用石灰石、沸石、粉煤灰对豌豆生物量、豌豆植株内Cd、Cu、Pb和Zn含量、土壤中各重金属的有效态及土壤pH值的影响.结果表明,对于农耕废弃污染土壤,3种改良剂均能显著提高豌豆的生物量,经改良处理后,豌豆生物量为对照的2.4-2.9倍.对于尾矿坝土壤,未改良处理时豌豆不能发芽;沸石处理时豌豆发芽后1周后萎蔫死亡;石灰石和粉煤灰有一定的改良效果.改良处理能明显降低豌豆对Cd、Cu、Zn和Pb的吸收.粉煤灰与石灰石混剂处理对豌豆重金属吸收降低效果最显著,Cd、Cu、Pb和Zn降低率分别为94.6%,69.3%,80.6%,87.3%,混剂处理优于单剂处理.豌豆重金属含量与土壤中重金属有效态含量呈极显著相关,改良剂促进植株生长的主要原因可能是提高了土壤pH值并释放出植物营养元素（K、Ca和Mg等）,从而改善了土壤理化性质,同时降低了复合污染土壤重金属的生物有效性.

大宝山矿区重金属污染对人体健康风险的研究

以广东省大宝山重金属污染矿区癌症高发村上坝为研究区域,测定了上坝村31户饮用井水,13种58个蔬菜样品,26户大米样品中Pb、Zn、Cd、Cu的含量以及人体尿样、血样中Cd的含量.系统地评价了通过饮食途径(井水、蔬菜和大米)重金属暴露接触对人体的健康风险.研究结果表明,上坝污染区31户井水中分别有12口井水的Zn和14口井水的Cd含量超过生活饮用水水质标准;Pb、Zn、Cd在蔬菜中的含量分别为国家蔬菜卫生标准限值的4.0、1.1、5.6倍,在大米中的含量为国家粮食卫生标准限值的7.0、3.4、2.9倍.重金属暴露接触对人体健康风险评价结果表明,通过大米摄入的Pb、Zn、Cd、Cu的THQ(Target hazard quotients)靶标危害系数均大于1,饮食摄入重金属途径中大米对人体健康已构成巨大的潜在风险,蔬菜中Cd和Pb也具有潜在风险;饮用井水中几种重金属的THQ值均小于1,说明井水中重金属对污染区居民健康风险很低,因而Pb、Cd和Zn通过大米的摄入是造成当地居民健康风险的主要原因.重金属暴露接触对儿童的健康风险高于成年人.上坝村居民血Pb负荷水平远低于国家卫生部Pb接触限值,但尿Cd和血Cd含量平均值分别为3.41μg·g-1(肌酐Creatine,Cr)和4.69μg·L-1,略高于国内外其它非污染地区的平均水平.

氮肥减量后移对玉米产量和氮素吸收利用及农田氮素平衡的影响

田间试验研究了不同土壤氮素供应水平和底追比例对玉米籽粒产量、土壤硝态氮和农田氮素平衡的影响。与农民习惯施肥(N 240 kg.hm-2,基肥和大喇叭口追肥为1∶2)相比,氮肥减量10%(N 216 kg.hm-2)和20%(N 192 kg.hm-2)处理的玉米产量并没有降低,而氮肥利用效率显著增加。氮肥减量后移可使耕层无机氮供应较好地与作物吸收同步,降低收获期0～100 cm土层的硝态氮积累,减少氮素的田间表观损失,提高氮肥利用效率。在本试验条件下,氮肥减量20%(N 192 kg.hm-2),基追比例1∶3∶1处理的植株产量、地上部植株氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率均较高,0～100 cm土层未出现硝态氮明显累积,氮素表观损失量最少,是最佳施氮运筹模式。

蔬菜重金属暴露接触对大宝山矿区及周边居民的健康风险

通过36个土壤样品,32个灌溉水及120个蔬菜样品的调查研究,结果表明,广东韶关翁源县大宝山及周边的四个地区土壤、灌溉水及蔬菜中重金属含量都表现为:上坝>下坝>蓑衣坑>何屋。下坝、蓑衣坑及何屋通过食用蔬菜日均Pb、Zn、Cd、Cu摄入量均未超过FAO/WHO人均日摄入可允许限量标准。但上坝居民通过蔬菜摄入Pb和Cd的DI分别为PTDI的1.40和1.35倍。靶标危害系数(Target hazard quotients)THQ研究结果表明,何屋和蓑衣坑的蔬菜中几种重金属的THQ值均小于1,说明蔬菜途径摄入重金属对其居民健康风险很低。上坝居民通过蔬菜摄入的Pb和Cd的THQ均大于1,蔬菜途径重金属暴露接触对上坝居民健康具有潜在风险。居住在污染河流横石河下游的上坝居民面临严重的重金属接触暴露风险,显著高于对太平河上游及下游居民的健康风险。

玉米田除草剂磺草酮的生物活性及安全性

在温室条件下研究了磺草酮的除草活性、对玉米的安全性以及温度和降雨对磺草酮除草活性的影响。结果表明,磺草酮在300～600ga.i./hm2剂量下于温室苗前及苗后茎叶处理对大多数阔叶杂草、禾本科杂草均具有较高的防除活性,温度高有利于磺草酮药效发挥,并且具有较强的抗雨水冲刷能力,且对不同品种的玉米安全,是一种有广阔开发前景的玉米田除草剂品种。

大宝山矿区重金属污染对作物的生态毒性研究

由重金属污染引起的生态风险及对人类健康的潜在影响可以通过重金属对植物毒性来反应。本研究选取了矿区三种典型的污染土壤(农耕废弃土壤,尾矿坝污染土壤及矿山剥离土),研究了污染土壤及土壤浸提液对植物的毒性影响。研究结果表明,几种污染土壤对植物毒性表现为:矿山剥离土壤>尾矿坝土壤>农耕废弃土壤。单一金属对豌豆根伸长的毒性实验结果显示,Pb、Cd、Cu、Zn的EC50(半数有效浓度)分别为35.7、4.4、11.6、33.5 mg.kg-1。大宝山复合污染重金属类型中对植物毒性Cu起到了决定性的作用,其次是Zn。重金属对植物根伸长抑制作用显著于对芽的抑制。几种作物对污染土壤毒性敏感度不同,供试作物中甜玉米耐性最强,豌豆居中,水稻和黄瓜比较敏感。

磺草酮对不同品种玉米的安全性研究

在温室条件下研究了磺草酮的除草活性及安全性,磺草酮茎叶处理对多数玉米品种的选择性指数大于4,说明其对玉米的安全性比较好。高剂量下处理,对玉米的药害症状表现为叶片局部白化现象,不同类型玉米的敏感程度基本相同。沈单16和新铁单10号比较敏感。

花生与豇豆间作体系节肥增效试验初报

间作因具有产量优势而在我国有悠久的种植历史。为探索矮秆作物花生与高秆豆科作物豇豆间作体系节肥增产效果,采用田间试验调查了不同耕作模式下作物产量与经济效益。研究结果表明,花生豇豆间作与单作相比,豇豆产量提高30%,花生增产8.75%;氮肥每公顷节约32 kg,花生间作豇豆比花生单作体系每公顷增加收入1.08万元。因此,间作体系对于优化资源配置和节氮增产具有重要实践意义。

风沙土有机无机配施培肥地力与玉米增产效果研究

为探索有机粪肥肥料化利用对东北农区风沙土培肥地力效果,本研究采用养殖业废弃物鸡粪配施无机化肥减量20%、50%和全量替代100%处理,研究了有机培肥对土壤养分和玉米产量的影响。结果表明,与常规施肥相比,配施有机肥处理3a后土壤有机质提升了16.8%~46.4%,土壤全氮、全磷、全钾分别增加了9.22%~27.6%、23.7%~42.4%和4.16%~9.68%,土壤碱解氮、速效磷和速效钾分别增加了12.2%~29.3%、13.5%~30.4%、12.8%~17.4%。土壤施用有机粪肥替代无机化肥后,玉米植株净光合速率提高了27.9~38.3%,产量增加了8.24~31.8%,有机肥替代无机化肥减量在东北生态脆弱区风沙土上可有效起到培肥地力和作物增产效果,但用量不宜超过50%。

秸秆还田条件下减量施磷对玉米产量、磷素利用率及土壤磷含量的影响

为了探明秸秆还田条件下磷肥的合适用量,在2013—2016年通过田间定位试验,研究了秸秆还田条件下减量施磷对玉米产量、磷素利用率及土壤磷含量的影响。结果表明,与常规施肥处理相比,除秸秆还田初期(2013年)外,其余年份秸秆还田配施化肥处理均提高了玉米产量,且秸秆还田配施磷肥减量20%处理与秸秆还田磷全量处理之间的差异不显著,其中2016年秸秆还田配施磷肥减量20%处理的玉米籽粒产量增加8.08%;总体上,2013—2016年秸秆还田配施化肥处理提高了玉米植株氮、磷、钾吸收量及磷素利用率,其中秸秆还田配施磷肥减量20%处理在秸秆还田初期降低了对磷的吸收量,但随着秸秆还田时间的增加,其不再影响植株对磷素的吸收,磷素利用率为28.32%,提高了5.73个百分点;秸秆还田配施化肥处理土壤有机质含量平均提高了13.49%,有效磷含量平均提高了6.76%,但对土壤全磷含量影响不大。对于上述所有指标,秸秆还田配施磷肥减量20%处理与秸秆还田磷全量处理之间的差异均不显著。因此,玉米生产上采用秸秆还田的方式,能够降低磷肥用量,提高磷素利用率和产量,即使磷肥减量20%也不影响上述指标的提高。

大宝山矿周边污染土壤重金属生物有效性评估

分析了6种单一提取剂HCl、DTPA、CaCl2、NH4NO3、MgCl2、去离子水对大宝山矿周边上坝村受污染菜地(生菜、芥菜、蕹菜)土壤中Pb、Zn、Cu和Cd生物可利用性的指示能力。结果表明:3种菜地的HCl、DTPA提取态的Pb,CaCl2、NH4NO3和MgCl2提取态的Zn,CaCl2提取态的Cd可以比较好地反映金属的生物有效性;而3种蔬菜中的Cu与土壤6种提取态的Cu均没有显著的相关性。土壤样品中铁锰氧化物对Pb、Zn、Cu和Cd的固定作用直接影响该4种重金属的析出,并且Cu、Cd和Pb所受的影响要强于Zn。结果还表明,与地上部分相比蔬菜地下部分的重金属含量能更准确地反映重金属从土壤向植物中的转移。

广州市蔬菜重金属污染现状及对人体健康风险分析

通过测定3个不同采样时期广州市主要蔬菜市场的12种蔬菜共36个样品,分析其中的Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn重金属含量水平,对经蔬菜途径摄入的重金属暴露接触人体的健康风险进行了评估。结果显示,Pb、Cr、Cd为广州市蔬菜的主要污染元素,其超标率分别达到22.2%、38.9%和13.9%。根茎类蔬菜的污染程度大于叶菜类和瓜果类。利用单因子污染指数法进行了评价,发现广州市蔬菜的污染比例在50%以上,其中28.9%为轻度污染。广州市居民经食用蔬菜日均Pb、Zn、Cd、Cu、Cr、Ni摄入量(Daily intake,DI)均未超过FAO/WHO人均日摄入可允许限量标准(Provisional tolerable daily intake,PTDI)。THQ(Target hazard quotients)靶标危害系数结果表明几种重金属的THQ值均小于1,其中Pb的THQ为0.447,说明经蔬菜途径摄入重金属对广州市居民健康风险很低,但是与其他几种元素相比,Pb在一定程度上具有潜在风险。

锌对长柔毛委陵菜体内镉的亚细胞分布和化学形态的影响

为了解Zn对长柔毛委陵菜耐受Cd的影响,通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了Zn对长柔毛委陵菜(Potentilla griffithiivar.velutina)体内Cd的亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明,长柔毛委陵菜体内72%～95%的Cd分布在细胞壁和可溶组分中,这表明Cd主要分布在长柔毛委陵菜体内的细胞壁和可溶组分中,而在叶绿体、细胞核和线粒体中分布较少。同时,随Cd或Zn处理浓度的增加,细胞壁对Cd的固持作用增强。长柔毛委陵菜体内的Cd以不同化学形态存在:对照中73%～93%的Cd以水提取态和乙醇提取态存在,在其他处理中主要以氯化钠提取态、水提取态和乙醇提取态为主,三者占总量的86%～96%;其中在Zn/Cd复合处理中氯化钠提取态是含量最高的形态,所占比例为42%～78%;而醋酸提取态、盐酸提取态和残留态的含量在所有处理中分布都较低,只占总量的3%～14%。另外,随Cd或Zn处理浓度的增加,活性较强的水提取态和乙醇提取态的分配比例总和减少,而氯化钠提取态所占比例却增加,这表明Cd向活性较弱的化学形态转移。因此,细胞壁固持、可溶组分的液泡区隔化和向活性较弱的结合形态转移可能是长柔毛委陵菜耐Cd的主要机制。

不同施肥模式对玉米产量及土壤硝态氮的影响

研究了大田条件下习惯施肥、施缓控释肥、优化施肥和秸秆还田4种不同施肥模式对玉米产量及土壤硝态氮的影响。结果表明,一次性施入缓控释肥的玉米产量比习惯施肥增产2.67%。氮肥用量与收获后土壤剖面硝态氮累积量呈正相关,施氮量越多,土壤硝态氮在100cm土层范围内的累积量也越大。0～100cm土壤剖面硝态氮的累积量,不同处理表现为:缓控释肥<优化施肥<秸秆还田<习惯施肥;与习惯施肥相比,缓控释肥、优化施肥、秸秆还田处理0～100cm土层中硝态氮积累量分别下降了48.0%、46.5%、40.7%,从而降低了农田地下水硝态氮污染的风险。综合玉米产量、硝态氮积累量,认为在施氮192kg/hm2条件下,施用缓释肥料既可保证产量又能降低浅层地下水硝态氮污染的风险。

不同氮肥条件对水稻田面水不同形态氮素动态变化和氮素利用率的影响

研究不同氮肥用量和不同施肥比例对水稻田面水不同形态氮素动态变化、水稻产量和氮素利用率的影响。结果表明,稻田田面水总氮含量在施肥后第1天达到最大,然后迅速下降;铵态氮含量在施肥后第2天至第4天达到峰值,1周后大幅度下降;随着施肥量的增加,氮肥表观利用率和农学利用率先升高后降低。在中氮施肥(N210)水平下,水稻产量最高,不同施肥比例间差异不显著;采用氮肥后移(基肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶3∶4)的施肥方式能显著降低水稻田面水中总氮和铵态氮的含量。说明氮施肥水平在保证产量的前提下能有效地减少氮素流失,降低水环境的污染负荷。

不同中微量元素对黄瓜黑星病菌的抑制作用及其对酶活性的影响

[目的]探索中微量元素对黄瓜黑星病的防治效果及其对黄瓜植株酶活性的影响。[方法]通过室内抑菌试验及盆栽试验,研究不同中微量元素对黄瓜黑星病的防治效果;同时检测喷施中微量元素化合物后7 d黄瓜苗期叶片的可溶性蛋白、丙二醛含量,及过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性。[结果]3种微量元素对黑星病菌均有一定抑制作用,以氯化钙处理效果最为显著,防效达到66.9%;硼酸和硫酸锌处理的防效分别为54.6%和24.1%。黄瓜植株遭受黑星病原菌侵害后,几种不同中微量元素的施用均能有效降低黄瓜叶片中MDA含量,锌和硼处理能显著提高黄瓜植株体内蛋白质含量,锌和钙处理均可诱导黄瓜植株中POD和SOD活性上升,从而通过减缓细胞膜质的受损程度来提高黄瓜植株对黑星病菌的抵抗能力。[结论]该研究结果为中微量元素防治黄瓜黑星病的实际应用及其抗病机理研究提供了理论基础。

稻蟹联合种养对稻田生态环境的影响

在稻蟹种养模式下,采用田间试验方法系统研究了稻蟹联合种养对水稻田生态环境和经济效益的影响。结果表明,与常规施肥(FP)相比,氮肥减量配合环保型聚天门冬氨酸肥料可显著降低水稻田面水中NH_4^+-N和NO_3^--N含量,对稻田阔叶杂草具有很好的控草效果,水稻产量略有提高。稻蟹联合种养生态模式可减少无机化肥和农药的施用量,因此实施扶持稻田联合种养结合循环农业模式策略,是改善稻区农业生态环境的重要途径,具有显著的经济效益和生态效益。