华北平原冬小麦-夏玉米农田生态系统土壤自养和异养呼吸模型构建

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程,准确估算土壤呼吸对估算陆地生态系统碳源汇具有重要意义。通过在华北平原典型农田内开展土壤呼吸及其组分的原位观测实验,构建了适用于华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的半经验半机理土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型。结果表明,冬小麦-夏玉米农田土壤异养呼吸模型可表达为土壤温度和土壤水分的函数,其中,土壤温度对土壤异养呼吸的影响适合用Arrhenius方程描述,而土壤水分的影响适合用对称的倒抛物线描述。验证表明,该模型的R^(2)和RMSE分别为0.68和0.52μmol m^(-2)s^(-1)。土壤自养呼吸模型包括维持呼吸和生长呼吸两个模块,其中,维持呼吸表达为土壤温度和叶面积指数的函数,其形式分别为Van′t Hoff指数方程和米氏方程;生长呼吸表达为总初级生产力与维持呼吸之差的线性函数。冬小麦季和夏玉米季土壤自养呼吸模型的结构相同,但是两种作物的模型参数差异较大。验证表明,冬小麦季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.64和0.50μmol m^(-2)s^(-1),夏玉米季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.67和0.37μmol m^(-2)s^(-1)。相比于不区分土壤异养呼吸和土壤自养呼吸的土壤总呼吸模型,本研究构建的土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型能够更加准确地模拟土壤呼吸的季节变化和年际变化过程,可为华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的土壤呼吸估算提供方法依据。

秸秆还田及蚯蚓活动对小麦-玉米轮作下土壤水分运移的影响

为探讨关中平原小麦-玉米水分高效利用的栽培技术方式,采用田间定点观测方法,研究秸秆还田+接种蚯蚓处理对土壤含水量的影响。设置CK(对照)、S_(1)(秸秆还田3000 kg·hm^(-2))、S_(2)(秸秆还田6000 kg·hm^(-2))、E(接种蚯蚓)、S_(1)E(秸秆还田3000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)、S_(2)E(秸秆还田6000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)共6个处理。结果表明:各处理较CK处理均提高了土壤含水量,S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别增加0.21%~27.47%、0.43%~32.85%、1.00%~15.53%、3.25%~36.52%、2.97%~51.24%。CK、S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别为15.51%、17.14%、17.66%、16.33%、17.94%、18.91%;S_(2)E处理土壤蓄水保水效果最佳,S_(2)、S_(1)处理次之,E处理效果最差。由小麦扬花期、收获期到玉米抽雄期、收获期,不同处理下0~100 cm土壤含水量整体呈增长趋势,最大均值在玉米收获期(20.60%),最小均值在玉米抽雄期(8.63%)。相比于CK处理,其余处理均扩大了高含水区范围,且接种蚯蚓处理下土壤高含水区范围大于未接种蚯蚓处理。对小麦-玉米生长期土壤含水量影响因素相关分析结果显示,土壤含水量与>0.25 mm的大团聚体、SOC含量、TN含量呈显著正相关关系(P<0.05),与0.053~0.25 mm、<0.053 mm的土壤团聚体、pH值、毛管孔隙呈显著负相关关系(P<0.05)。可见,秸秆还田与蚯蚓活动有利于增加土壤含水量,扩大深层高含水区,提高土壤蓄水能力,进而提高降水利用效率。

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。

麦季施磷量对小麦-玉米轮作产量及土壤有效磷的影响

为提高陕西关中地区小麦-玉米轮作体系磷素利用率和节本增效,以及筛选合理的磷肥施用方式,于2018-2021年进行连续3年的仅小麦季一次施磷的田间定位试验,通过设置0、75、150、225和300 kg·hm^(-2)5个施磷(P2O5)水平,分析了麦季施磷量对小麦-玉米轮作产量、生物量、植株磷积累转运及土壤有效磷含量的影响。结果表明,与不施磷处理相比,施磷处理下小麦和小麦-玉米周年籽粒产量分别提高29.38%~40.95%和15.72%~24.57%,成熟期生物产量分别提高18.56%~34.19%和12.84%~23.29%,花前干物质转运量分别提高31.65%~63.33%和27.79%~52.47%,成熟期磷积累量分别提高37.08%~54.67%和39.54%~44.38%,磷素转运量分别提高90.82%~165.63%和44.06%~58.27%。通过进一步回归分析发现,实现小麦季和小麦-玉米周年最高产量的施磷量分别为207和201 kg·hm^(-2);若综合考虑粮食安全、环境安全和肥料利用率,以95%的小麦最高产量为实际目标,小麦季施磷量仅为130 kg·hm^(-2),两个最高产量的施磷量分别降低37.20%和35.32%,磷肥利用率分别提高2.27和2.87个百分点,小麦成熟期和玉米成熟期土壤有效磷含量分别为17.96和12.31 mg·kg^(-1)。因此,陕西省关中小麦-玉米轮作区麦季一次施用磷肥可实现小麦和小麦玉米周年高产稳产,本试验条件下130 kg·hm^(-2)为满足较高的轮作产量和磷肥利用率的适宜麦季施磷水平。

不同品种玉米根-冠生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征

黄淮海地区农业集约化和机械化发展导致土壤紧实问题日益加重,限制玉米产量的进一步提升。明确不同品种玉米根系和地上部生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征,可为该区玉米高产栽培提供理论依据。本研究选用3个玉米品种,采用机械碾压的方法在同一田块模拟无紧实胁迫(NC:no compaction stress,容重1.0~1.3 g cm^(-3))、中度紧实胁迫(MC:moderate compaction stress,容重1.4~1.5 g cm^(-3))和重度紧实胁迫(HC:heavy compaction stress,容重>1.6 g cm^(-3))3个紧实程度处理,定量解析不同程度土壤紧实胁迫下不同品种玉米根冠生长各指标及产量的变化规律。结果表明,与NC相比,MC和HC处理导致玉米减产3.8%~10.3%和12.5%~33.3%。玉米根冠生长及产量形成对土壤紧实胁迫的响应存在基因型差异。MC处理下,DK517的根长、根干重及根冠比较ZD958和DH605分别提高6.0%和14.0%、15.7%和29.6%、18.8%和24.8%,但最大叶面积指数、植株总干物重和产量无显著差异;HC处理下,DK517的根长和根干重较ZD958和DH605分别提高8.4%和22.5%、29.6%和57.8%,且最大叶面积指数、植株总干物重和根冠比分别提高4.6%和15.5%、3.7%和20.9%、28.0%和32.1%,因此产量分别增加7.5%和27.2%。相关分析表明,土壤容重和贯穿阻力与玉米根冠生长各指标和产量呈显著负相关关系(P<0.01)。综上所述,土壤紧实胁迫会显著抑制玉米根系和地上部生长而造成减产,但不同品种玉米根冠生长对不同程度土壤紧实胁迫的响应存在着差异,重度土壤紧实胁迫下根冠生长均具有优势的品种能够维持较高的产量,研究结果可为玉米品种改良和土壤紧实下耕作措施优化提供理论依据。

小麦-玉米Ⅱ花生周年轮作对土壤理化性状和有机碳的影响

为探究小麦-玉米Ⅱ花生周年轮作模式对植株碳积累量、土壤理化性质、土壤有机碳储量的影响,通过大田试验研究了周年植株碳积累、土壤容重、土壤团聚体、0~100 cm土壤含水量、土壤有机碳变化特征。设置5种种植方式,小麦-单作花生(W-P)、小麦-单作玉米(W-M)、小麦-玉米Ⅱ花生(行比3∶4,W-MⅡP1)、小麦-玉米Ⅱ花生(行比3∶6,W-MⅡP2)、小麦-玉米Ⅱ花生(行比6∶8,W-MⅡP3)。结果表明:间作模式下,2018-2019年花生、玉米植株碳积累显著低于单作处理,但间作模式的碳当量比均大于1,其中以MⅡP2处理最大。与玉米茬小麦(W-M)相比,间作茬(W-MⅡP)、花生茬(W-P)小麦植株碳累积量增加了487.09~1148.08 kg/hm^(2)。间作茬口降低冬小麦季0~10 cm土层土壤容重,提高冬小麦季深层土壤小颗粒团聚体(0.25~2 mm)和冬小麦季表层土壤微团聚体(<0.25 mm)的比例。三种间作模式中,MⅡP2水分利用效率显著高于MⅡP1和MⅡP3,分别提高3.22%、8.29%。间作茬口增加冬小麦季0~60 cm土层中各粒级团聚体有机碳含量,同时增加小麦茬0~60 cm土层的土壤有机碳含量和储量,其中W-MⅡP2的有机碳储量与W-M和W-P相比分别增加2.55%和4.05%。总之,小麦-玉米Ⅱ花生周年轮作模式降低了表层土壤容重,改善了深层土壤小团聚体和表层微团聚体结构,提高了作物植株碳积累量和水分利用效率,增加了0~60 cm土层土壤有机碳储量。

玉米-大豆带状套作对土壤肥力的影响

【目的】明确玉米大豆带状套作对土壤肥力、酶活性、团聚体含量的影响以及作物产量的变化。【方法】以“登海605”为供试玉米品种,以“南豆12”为供试大豆品种,设置玉米-大豆带状套作、玉米单作和大豆单作3个处理,系统研究不同处理对土壤有机质、全氮、全磷和有效磷、全钾和速效钾含量,pH、容重,脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、硝酸还原酶活性、团聚体含量和作物产量的影响。【结果】玉米-大豆带状套作显著提高了玉米和大豆带土壤的有机质、有效磷、速效钾等养分含量,其中玉米带增幅分别为18.1%、14.9%和21.8%,大豆带有机质和速效钾增幅分别为17.7%和34.9%,而有效磷增幅较小且不显著,并保持了全氮、全磷、全钾含量和pH的稳定。玉米带土壤容重显著下降3.3%,大豆带则显著增加4.7%。带状套作显著提高了土壤蔗糖酶和脲酶的活性,玉米带增幅为16.3%和20.5%,大豆带增幅为133.7%和66.2%,酸性磷酸酶和硝酸还原酶活性保持稳定。带状套作促进了大粒径团聚体的形成,套作玉米和大豆带>2 mm团聚体分别显著提高18.8%和22.2%,其他各粒级的小团聚体不同程度下降。带状套作玉米较单作千粒重、穗粒数、有效株数和产量均无显著差异。带状套作大豆有效株数、单株粒数分别较单作显著下降12.9%、26.5%,百粒重无显著差异,最终使大豆产量达到单作的60.9%。【结论】玉米-大豆套作模式提高了土壤肥力,显著增加了有机质、速效钾、有效磷等的含量,维持了土壤中全氮、全磷、全钾含量和pH的稳定,并显著提高了土壤脲酶和蔗糖酶的活性,从而有利于土壤养分转化和植物吸收利用。带状套作还促进微小团聚体向稳定的大团聚体转化,从而提高了土壤的通透性和保水保肥能力,一定程度上影响土壤的化学性质,满足了玉米和大豆生长需要。因此,玉米-大豆带状套作可以改善土壤的化学性质和物理性质,提高土壤肥力,保持与单作相当的玉米产量,并能额外收获相当于单作产量60.9%的大豆。

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。

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。

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。

几种土壤封闭处理除草剂对大豆-玉米带状复合种植田杂草防效及安全性的影响

为了探明大豆-玉米带状复合种植模式下的有效化学除草技术,采用室内生测结合田间试验,通过土壤喷雾处理方法,调查除草剂720 g/L异丙甲草胺乳油、70%嗪草酮可湿性粉剂、75%噻吩磺隆水分散粒剂、80%唑嘧磺草胺水分散粒剂、41%氟噻草胺悬浮剂对大豆、玉米的安全性以及在田间的杂草防除效果。结果显示,唑嘧磺草胺、噻吩磺隆、嗪草酮与氟噻草胺、异丙甲草胺两两混用后,田间杂草药后30 d防效达87%以上,药后45 d防效达93%以上,持效期也相对较长。受环境影响,5种除草剂虽在室内试验表现出一定抑制作用,但田间各单剂混用后与对照的表现相差不大,说明对大豆、玉米安全。综上,异丙甲草胺、嗪草酮、噻吩磺隆、唑嘧磺草胺、氟噻草胺单用或混用,可在大豆-玉米带状复合种植田块中于大豆、玉米播种后1~2 d内进行土壤喷雾处理防除杂草。

优化管理对小麦-玉米轮作系统植株干物质积累、转运与产量的影响

针对小麦-玉米轮作种植系统中因秸秆处理不当、肥料施用不合理造成的农田土壤退化、作物减产等问题,本研究设置6种水肥结合秸秆优化管理模式,探究其对小麦、玉米干物质积累、转运和产量的影响,以期为改善小麦-玉米轮作系统田间管理提供科学依据。试验以农民常规管理模式(漫灌+常规施肥+秸秆还田)为对照(CK),设两种水肥优化方案———滴灌+增效复混肥+稳定尿素(水肥优化Ⅰ,SS)、水肥一体+增效复混肥(水肥优化Ⅱ,SF),每种水肥优化方案下设3种秸秆处理方式———秸秆还田、秸秆还田+腐解剂(D)、秸秆不还田+秸秆炭(C),共组合为6个处理,分别标记为SS、SSD、SSC、SF、SFD和SFC。研究发现,SSC处理可有效提升玉米干物质积累和转运,花前干物质转运量、转运效率和花前干物质对籽粒的贡献率较CK分别显著提高56.6%、7.14个百分点和10.93个百分点;SS处理下小麦干物质积累量最高,其花后干物质积累量较其他处理显著增加23.2%(SSD)~115.1%(SF);SFD处理可有效促进干物质转运,其花前干物质转运效率、对籽粒的贡献率分别较CK显著提高3.04个百分点和7.08个百分点。SSC、SFD处理的玉米、小麦产量均显著高于其他处理,分别较CK显著提升21.8%、16.2%(SSC)和14.2%、23.6%(SFD)。综上,各优化措施处理中,SSC和SFD模式均能有效提升植株干物质积累并协调其向籽粒转运,提高成熟期籽粒干物质分配比例,提升小麦-玉米轮作系统下作物产量,可在生产中推广应用。

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。

重金属-PAHs污染土壤植物微生物修复效果及机理

针对焦化厂等土壤中铬(Cr)、砷(As)重(类)金属和菲(Phe)、苯并[a]芘(BaP)等多环芳烃(PAHs)风险高、绿色低碳修复技术缺乏等突出问题,以黑麦草-玉米-食醚红球菌(Rhodococcus aetherivorans,BW2)开展植物微生物联合。结果表明,63 d后植物微生物联合修复组土壤中Cr、As、Phe和BaP浓度分别下降9.63%、5.28%、45.14%和26.87%,其中重金属的去除主要依赖于植物作用,而PAHs去除则在很大程度上取决于微生物与植物的共同作用;植物主要吸收可提取态重金属,63 d后不同修复组土壤中可交换态Cr平均下降2.19%,而As则由于降解作用使修复过程中可交换态增加;可交换态Cr和碳酸盐结合态Cr与土壤中放线菌门呈强正相关,2种形态As则与拟杆菌门、装甲菌门、FBP菌门和浮霉菌门呈正相关。污染物去除效率间存在明显的相互作用,同时受酶活性和不同功能微生物丰度的动态影响,反之土壤微生物群落结构和功能也在土壤污染物种类、浓度及理化性质等综合作用下发生改变。