甘南地区土壤-牧草-牦牛系统部分微量元素的 季节变化和盈缺分析

微量元素是动物维持机体活动不可或缺的营养成分之一。为探究甘肃省甘南地区土壤-牧草-牦牛系统中部分微量元素的不同季节变化规律和盈缺状况,试验通过采集甘肃省甘南地区春、夏、秋3个季节中的土壤、牧草和牦牛血液样品,测量并分析系统中微量元素的变化状况。结果表明:春季、夏季、秋季3个季节中,甘南地区土壤、牧草和牦牛血清中的Cu和Se含量均处于缺乏状态。该研究明晰了甘南地区土壤-牧草-牦牛系统微量元素的盈缺现状,为甘南地区牧场管理、草地保护以及畜牧生产力的提高提供了理论依据。

土壤-植物系统中硒的生物有效性及其影响因素研究进展

硒的生物有效性是决定硒在土壤-植物系统中转运、积累的关键因素,然而目前关于该方面研究进展还缺乏系统的总结和论述。本文结合赣南富硒脐橙调查研究结果,以硒在土壤-植物系统中的运移为切入点,系统总结和论述了硒在土壤-植物系统中的氧化-还原、吸收、转运过程,探讨了土壤理化性质、微生物、施肥、农艺管理和植物生长阶段等对硒生物有效性和迁移的影响,并提出未来硒的研究热点:土壤微生物活性与硒生物地球化学循环的耦合关系;植物生长、果实品质与硒代谢相关的分子机制;结合同位素示踪技术和薄膜扩散梯度(DGT)技术原位探究硒在生物地球化学中的归趋。本综述可为土壤硒生物有效性调控、植物体系中硒的有效积累和农艺生物强化富硒措施方面的研究提供理论参考。

氮负荷增强对闽江口短叶茳芏湿地植物-土壤系统氮累积与分配的影响

选择闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷水平下(NNT对照处理,0 g N m^(-2)a^(-1);LNT低氮处理,12.5 g N m^(-2)a^(-1);MNT中氮处理,25.0 g N m^(-2)a^(-1);HNT高氮处理,75.0 g N m^(-2)a^(-1))湿地植物-土壤系统的氮累积与分配特征。结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤(TN)、NH+4-N和NO-3-N含量均发生了明显改变。相较于NNT,LNT和MNT的TN、NH+4-N和NO-3-N含量均明显增加,增幅分别为9.44%、3.57%、11.99%(LNT)和6.71%、9.37%、46.50%(MNT)。与之不同,HNT的TN含量相比NNT增幅不大,而其NH+4-N、NO-3-N含量均显著降低,降幅分别为9.26%和40.77%。不同氮负荷处理下土壤氮含量的垂直分布特征亦发生了明显变化。除HNT外,LNT和MNT的TN、NH+4-N和NO-3-N含量均以表层土壤最高。不同氮负荷处理下的TN和NH+4-N含量分布主要受SOM的影响,而NO-3-N含量分布主要受植物吸收和垂直淋失的影响。氮负荷增强条件下植物不同器官的TN含量整体表现为叶>茎>根。不同氮负荷处理下植物-土壤系统的氮储量整体以LNT和MNT较高,而HNT最低。研究发现,短叶茳芏在中低氮负荷条件下可能将更多的氮优先分配给根系,进而以拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应环境;而在高氮负荷条件下,其可能通过增强“自疏效应”,并通过拓展地上空间的方式来适应环境。

微纳米塑料在土壤-植物系统中的迁移机制及毒性效应研究进展

微塑料是指粒径小于5 mm的塑料碎屑和颗粒,其中粒径小于100 nm为纳米塑料。微纳米塑料作为一种新型污染物,具有难以降解、容易发生积累和可长距离迁移等特点,进而对生态环境产生影响。但是,与其他环境中的微纳米塑料相比,人们对土壤环境中的微纳米塑料的认识与了解还比较少。所以,本文详细阐明了微纳米塑料在土壤环境中的生物和非生物迁移过程与机制,系统总结了微纳米塑料从土壤到植物的转运过程,并探讨了微纳米塑料对植物种子萌发和根系发育产生的直接毒性效应,通过改变土壤理化性质和吸附重金属、有机污染物进而成为污染物传输载体而对植物产生的间接毒性作用。最后,提出了土壤-植物系统中微纳米塑料污染目前还需要进一步研究和处理的问题。本文可为土壤-植物系统中微纳米塑料污染的生态风险评估提供科学参考。

有机肥施用土壤-蔬菜系统中潜在人畜病原菌及其耐药性分析

畜禽粪便类有机肥中含有大量的人畜病原菌和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),施入农田后部分病原菌仍能继续存活并繁殖,且可能污染所种植的蔬菜,尤其是一些具有耐药性的人畜病原菌经食物链传递后将对人体健康造成巨大威胁。然而,当前大量的研究仅基于单纯的分离培养或高通量测序技术,对有机肥施用土壤-蔬菜系统中的人畜病原菌及其携带的毒力因子基因(virulence factor genes,VFGs)与ARGs认识有限。因此,本研究针对典型的长期施用有机肥的土壤-蔬菜系统,采集有机肥、施肥土及该土壤上种植的叶类蔬菜,如鸡毛菜、菜心、油麦菜和白菜等,结合传统分离培养及全基因组测序(whole genome sequencing,WGS)技术,利用生物信息学方法对分离菌株进行分类学及基因组注释,探究人畜病原菌的分布以及VFGs和ARGs的携带情况。结果表明在该施用有机肥的土壤-蔬菜系统中分离检测到42株人畜病原菌,其中37株属于肠杆菌科,5株属于假单孢菌科,主要的菌株包括大肠杆菌、克雷伯氏菌、假单胞菌和柠檬酸杆菌等,其中,大肠杆菌在土壤环境中显著富集,假单胞菌和柠檬酸杆菌主要分布在蔬菜根际及叶际。此外,全基因组测序提供了病原菌遗传信息,表明了人畜病原菌可能具有潜在的攻击性和代谢活性,携带有效应子、粘附性、生物膜、免疫调节性、侵袭性及毒素相关的VFGs。更重要的是,这些人畜病原菌均携带多种ARGs,这些ARGs编码了对多重耐药类、β-内酰胺类、氨基糖苷类、磷霉素类和多黏菌素类等抗生素的抗性。综上,本研究揭示了有机肥施用导致的土壤-蔬菜系统中人畜病原菌的分布情况,详细解析了病原菌携带的VFGs与ARGs类型,指明了食用叶类蔬菜存在的潜在健康风险,为加强畜禽粪便有机肥中重要人畜病原菌的风险防控提供了理论依据。

粪肥还田对土壤-植物系统中抗生素和抗性基因分布特征的影响研究综述

粪肥还田对土壤-植物系统造成了抗生素和抗性基因(ARGs)的污染,具有潜在环境风险。本文系统总结了粪肥、土壤、植物中抗生素和ARGs的分布特征,分析了土壤-植物系统中的关键影响因素。通过分析发现,微生物长时间处于低抑制浓度的抗生素和重金属环境中容易诱导ARGs的产生,粪肥还田和改良土壤中抗生素浓度和ARGs丰度存在明显的地理分区和粪肥种类差异。总体来看猪粪和鸡粪肥及对应土壤中的抗生素和ARGs残留高于牛粪肥,叶类与茄科类蔬菜容易富集抗生素及ARGs。粪肥类型、植物种类、土壤理化性质、重金属以及微生物群落等均影响土壤-植物系统中的抗生素和ARGs的分布规律;粪肥中抗生素向土壤和植物的迁移受抗生素特性的影响较大,且其浓度随跨介质迁移过程不断降低;细菌群落显著影响ARGs的迁移,ARGs在从土壤到植物的迁移过程中可被稀释100~1000倍。未来需加强有机肥产品中抗生素及ARGs的浓度控制标准以及环境中ARGs的产生与迁移机制等研究。本综述旨在全面揭示土壤-植物系统中抗生素及抗性基因的分布特征及影响因素,为科学有效应对微生物耐药性的跨介质迁移提供基础。

土壤-水稻系统中硫代砷的研究进展

硫代砷是土壤-水稻系统中砷的重要形态之一,其形态转化对砷的生物地球化学循环具有重要意义,同时也对环境和人类健康构成潜在威胁.总结了近年来国内外有关水稻土中硫代砷的定量检测方法、存在形态、影响因素、生物地球化学过程与水稻吸收机制方面的研究进展,旨在为后续研究提供方法参考与理论依据.为减少在环境样品分析之前硫代砷的形态转化,可向样品中加入二乙基三胺五乙酸(DTPA),将样品快速冷冻后低温避光保存.离子色谱串联电感耦合等离子体质谱法(IC-ICP-MS)适用于环境样品中硫代砷的分离与定量检测.无机硫代砷与甲基硫代砷在形成条件、环境行为以及水稻吸收方面存在显著差异.水稻土中硫代砷的含量受pH、氧化还原环境以及还原态硫等因素的影响,环境条件的变化会驱使不同形态硫代砷之间以及硫代砷与非硫代砷之间的相互转化.相较于(亚)砷酸盐,硫代砷在铁矿物表面的吸附能力通常较弱,且在土壤氧化还原条件变化时表现出更高的不稳定性.硫代砷可被水稻吸收并在籽粒中积累,其中二甲基一硫代砷酸盐(DMMTA)具有高吸收、高转运和高毒性,广泛存在于全球水稻籽粒与商品大米中.目前尚未明确水稻对硫代砷的吸收、转运与解毒机制,值得进一步深入探索以准确评估硫代砷对水稻生长、食品安全与人类健康所带来的潜在风险.

严寒地区太阳能-土壤源热泵复合系统运行特性研究

在极端寒冷区域通过增加辅助供热手段即引入太阳能,巧妙利用过渡季节的太阳能资源对土壤进行预热储存,进而在冬季时增强系统整体的运行效率与能源利用率,从而应对土壤源热泵系统在极端寒冷区域因为面临冷热负荷显著失衡导致系统的能效直接被削弱的问题。负荷模拟研究案例选定沈阳市一幢典型3层办公建筑,采用瞬态系统模拟软件计算15年全生命周期内太阳能-土壤源热泵复合系统的运行特性。该系统会有效提升土壤温度,冬季系统COP增幅6.7%,全年增幅3.8%,验证了通过蓄热方式减少地埋管数量的可行性。为降低系统总成本,对太阳能集热器面积和地埋管数量进行匹配及优化,提出了不同集热器和地埋管成本的最优组合,给出适用于严寒地区的土壤源热泵系统并应用于严寒地区土壤源热泵系统的方法与策略。

山东沂南东部土壤-玉米系统重金属元素与其他元素间相互作用及其生物有效性研究

在沂南县东部地区重金属元素高的背景状态下,为研究土壤-玉米系统中重金属元素和与人体健康关系密切的微量元素间的相互作用及其生物有效性,在研究区采集了50件玉米籽实及其根系土土壤样品。通过样品中重金属元素和微量元素含量分析,统计其含量及富集特征,探讨了玉米籽实及其根系土土壤中各元素间的相互关系。通过玉米根、茎、叶、籽实中重金属元素含量及根系土土壤中重金属元素形态分析,总结了玉米根、茎、叶、籽实以及根系土土壤中重金属元素的分布规律并对玉米籽实进行了安全性评价。结果显示:①各元素含量在玉米根系土土壤和玉米籽实中差异明显,玉米籽实中元素富集系数间多呈显著-极显著正相关;②玉米籽实中As、Ni、Se含量与土壤中元素含量多呈拮抗作用,玉米籽实中元素含量间多呈协同作用;③Cu、Zn、Cd、Hg主要富集于叶中,Cr、Pb、Ni、As主要富集于根中,除1件玉米籽实样品外,其他样品均符合绿色、无公害等相关标准,研究区玉米籽实安全性较好。研究成果可为农业高质量发展、土壤污染综合治理提供支撑。

碘在土壤-植物系统中的行为及其毒理学研究进展

碘作为一种亲生物元素,是甲状腺激素的重要组成部分,但人为核活动产生的放射性碘是潜在致癌物。碘在土壤中主要以有机碘、碘化物、碘酸盐的形式存在。土壤和植物也是碘进行全球化学循环的重要一环。碘元素的毒理学主要表现为,环境中的放射性碘对动植物的危害以及不同剂量和形态的碘对植物生长的影响。

南渡河流域农田土壤-水稻系统硒与镉富集特征及其相互关系

测定南渡河流域农田表土和水稻共80份样品的硒(Se)和镉(Cd)含量,采用生物富集系数分析土壤-水稻系统中Se与Cd的富集特征,并结合Pearson系数分析表土与稻米Se含量、Cd含量、pH以及有机碳含量的相互关系。结果表明,研究区农田土壤达到了足硒-富硒标准,且有40%稻米样品达到富Se大米标准;土壤中Cd含量均未超出国家农用地土壤污染风险筛选值(0.300 mg/kg),稻米Cd含量均小于食品安全国家标准限值(0.200 mg/kg),未发现有Cd污染。研究区土壤-水稻系统中Se含量呈正态分布,有明显的分段现象;Cd含量受外源干扰强,空间分布较不均衡。Se与Cd在水稻中都达到中等富集,其中稻米对Cd的富集能力强于对Se的富集能力。研究区的富Se土壤与当地酸性土壤环境以及高有机碳含量有着密切联系。综上,南渡河流域农田土壤Se资源丰富,不存在“富硒镉米”现象,可加以开发利用生产绿色富Se农产品。

胡敏素对土壤-水稻系统砷镉迁移转化的影响效应与机制

砷(As)和镉(Cd)在稻米中积累导致人体健康风险的问题已经引起全球范围的广泛关注。水稻生长过程中不同的水分管理和有机质的添加对水稻吸收砷和镉有重要的影响,但其中的机制还未被系统阐述。因此,本文主要探究了不同水管理条件下添加腐殖质对水-土-铁膜界面砷和镉含量及形态变化的影响,结果发现淹水还原条件下胡敏素的添加能进一步促进砷的还原,增加水稻各部分对砷的积累。然而,加入胡敏素后能促进镉的固定,进一步减少水稻各部分对镉的积累。

水-土壤-牧草之间矿物质转化耦合系统研究概况

牧草对矿物质的吸收和转化主要与水和土壤中可吸收矿物质有关。矿物质的缺乏或过量会引起土壤有机质含量和酸碱度变化、水源成分差异以及牧草生长发育受阻和饲用品质下降,而土壤和水源的改变直接影响牧草对矿物质的利用。本文综述了常量矿物元素和微量矿物元素在水-土壤-牧草间发生转化耦合及其含量变化对牧草产量及品质的影响,旨在为优质牧草的生产提供理论依据。

3种改良剂对不同土壤-水稻系统中Cd行为的影响

通过水稻盆栽试验,研究了钙镁磷肥、石灰和硅肥作为土壤改良剂对几种中度污染水稻土中Cd的赋存形态以及对水稻生长的影响和改善糙米品质安全性的作用。结果表明,由于各种改良剂的性质和改良机理上存在差异,改良效果各不相同,其中硅肥的改良效果最好,其次是钙镁磷肥,然后是石灰。虽然3种改良剂均能降低土壤中有效态Cd以及糙米和秸秆中Cd的含量,使稻米质量符合国家食品卫生安全标准,但土壤性质的不同会影响改良剂的效果。同一改良剂施用在红壤上的效果最为明显,其次是黄泥土,而呈碱性的潮黄土由于土壤有效态Cd的含量明显低于前两种土壤,施用改良剂后糙米和秸秆中的Cd含量虽有所降低,但改善效果不太明显。

流沙固定过程中土壤-植被系统演变对水环境的影响

横穿腾格里沙漠的防风固沙体系始建于 1 95 6年 ,确保了包兰铁路近半个世纪的畅通无阻。在几十年的土壤 -植被系统演变中 ,花棒 +柠条 +油蒿 -干旱砂质新成土的人工系统演变为油蒿 +雾冰藜 +小画眉草 -简育正常干旱土的半天然、天然系统 ;生物结皮发育、结皮层形成改变了降水的再分配过程 ;在 2 0～ 5 0 0cm深度的干旱层因灌木的排水作用而形成 ,低等植物也开始与草本和灌木竞争水分 ,深根系的灌木很难得到降水的补给 ,逐渐退出了防护体系 ;土壤 -植被系统趋于更薄的活动层。

玉米-线辣椒套作系统中土壤养分与根际土壤微生物、酶活性的关系

采用玉米单作、线辣椒单作、玉米-线辣椒套作3种栽培模式,并在玉米-线辣椒套作的种间根部设3种不同隔离处理(膜隔、网隔和无隔),研究了玉米-线辣椒套作系统中土壤生物因子与土壤养分的关系.结果表明:玉米-线辣椒套作具有明显优势;与两作物单作和玉米-线辣椒套作种间根区膜隔处理相比,玉米-线辣椒根区无隔和网隔处理复合群体中两作物根际土壤酶活性、微生物数量、土壤养分均显著提高;除有效镁与真菌种群数量、过氧化氢酶活性呈负相关外,其余速效养分与各生物因子均呈显著或极显著正相关.通径分析表明,该系统中促进有机质累积的主要生物因素是脲酶、过氧化氢酶、细菌和蛋白酶,蔗糖酶是影响碱解氮的最主要因子,脲酶是影响有效磷的最主要因子,细菌是影响有效钾的最主要因子,碱性磷酸酶、真菌只是选择性地对有机质的累积和氮、磷、钾有效养分的形成起作用,放线菌对土壤养分的直接作用系数为负,对土壤养分形成的作用较小.

若尔盖高原湿地土壤-植物系统有机碳的分布与流动

湿地碳素变化对全球气候变化的影响一直是国内外湿地研究的热点。国内对沼泽湿地碳循环的研究主要集中在三江平原,其它地区则鲜见报道。若尔盖高原位于全球气候变化最敏感的区域之———青藏高原的东北部,冷湿的气候条件下沼泽十分发育,泥炭贮量丰富,沼泽面积和泥炭资源贮量均居中国首位。为了评估该区湿地;在全球气候变化中的作用,作者以该区分布最为广泛的 3种沼泽植物群落——木里苔草(Carex muliensis)群落、乌拉苔草(Carex meyeriana)群落和藏嵩草(Kobresia tibetica)群落以及最为典型的3种湿地土壤——泥炭土、泥炭沼泽土和草甸沼泽土为对象,采用田间腐解试验方法,系统研究了高原湿地植物——土壤系统中有机碳的分布与流动,其目的在于:1)探明该区湿地土壤有机碳的数量与分布状况;2)了解植物碳在向土壤流动过程中的消失与残留情况。结果表明,若尔盖高原湿地土壤的有机碳含量一般较高且随土层加深而降低;在植物由活体—立枯—残落物的不同阶段,植物不同化学组分中碳的消失率各异,其中易分解组分碳的消失率最大(3种群落分别为61.37％、69.59％和66.34％),木质素碳的消失率(44.53％～52.98％)略大于纤维素碳的消失率(38.23％～43.86％),3种群落植物碳的总消失率分别为53.8％、60.03％和55.18％;3种群?

苏北地区土壤-水稻系统重金属分布及其食物安全风险评价

2004年在对苏北地区6个县市(丰县、沛县、铜山、睢宁、楚州和东海)采用网格法采样的基础上,随机选择了该区域2种主要土壤类型上98个土样及其上所产水稻籽粒样品,采用原子吸收分光光谱仪和原子荧光光谱仪分别测定了其中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、N i、As和Hg 8种重金属的全量。分别以国家绿色食品生产基地标准、无公害农产品生产基地标准以及20世纪80年代的地区背景值为参照依据,分析评价了所研究土壤的重金属污染程度和大米的重金属安全水平,并进一步依据USEPA和WHO推荐的RfD值,结合我国居民平均食物消费结构评估了该地区土壤所产大米对人体的重金属暴露风险。结果显示,该地区的土壤重金属环境质量总体上符合建设绿色食品生产基地的要求,属于总体未明显污染土壤;不过,黄潮土上所产大米中N i以及砂礓黑土上所产大米中N i、Pb含量存在超出国家食品卫生安全标准的现象。依据USEPA的RfD值计算所得结果表明,供试地区所有土壤上所产大米中As、Cr具有明显的食物安全风险,部分地区的大米中Cd存在风险,由于Cd/Zn比值较低,因此基本上仍属安全。为了进一步保障农产品食用安全,一方面需要制订更严格的土壤环境质量标准,控制土壤污染,另一方面可能还需要着力改善大气环境质量。

铅锌矿区土壤-植物系统中植物吸收铅的研究

基于野外现场系统采样,结合室内全量、形态含量检测技术,分析了湘西铅锌矿区几类粮食中铅等元素的质量状况以及水稻植株中铅的吸收和分配.结果表明,湘西铅锌矿区粮食中存在高铅污染风险,与对照相比,矿区稻米、玉米、黄豆等粮食中铅的平均含量分别增加2.4倍1、.2倍和3.3倍.粮食铅含量因品种不同、采集部位不同而异,铅含量由高到低依次为:黄豆>稻米>玉米(粮食品种间),根>茎叶>籽粒(植株部位间),稻根对铅表现出极强的束缚力和耐受性.相关分析显示稻根中的铅主要来自土壤,而水稻地上部分的铅则可能主要源自大气.矿区粮食中汞、镉、铅等多种重金属共同富集,亟需开展矿区粮食中重金属复合污染的机理及其健康风险研究.

凤凰铅锌矿区土壤-水稻系统中重金属的行为特征分析

基于野外田间采样和室内分析，研究了凤凰铅锌矿区耕层土壤中Pb、Cd、Hg、As等重金属的质量状况及其在水稻不同部位的迁移富集情况。结果表明，该地区的土壤和稻米均受到多种重金属不同程度的污染：耕层土壤中Ph、Cd、Hg、As的平均含量分别达到875、10．70、4．25租62．24mg·kg^-1，与国家规定的土壤环境质量二级标准（GB15618--1995）相比，分别超标2．9、35．7、8．5、2．5倍；稻米中Pb、As污染严重，与国家粮食卫生标准（GB2715--2005）相比，Pb、As分别超标2．0～7．7倍和0．9～2．9倍，而稻米№、Cd污染相对较轻。植株各部位重金属的含量顺序除Cd为稻根〉茎秆〉稻叶〉稻米外，Pb、Hg、As均表现为稻根〉稻叶〉茎秆〉稻米。土壤重金属含量与土壤有机质含量和砂粒含量正相关，与硅铝铁率、粉砂粒和粘粒含量负相关，并显著影响其在稻根中的含量水平。相较土壤而言，稻叶与稻米中重金属含量间的相关性更强，且大多达到显著性水平，表明在凤凰铅锌矿区，除从土壤摄取外，叶面传输也是稻米中重金属累积的重要途径。