中国设施土壤重金属累积特征与污染阻控技术研究进展

长期集约化耕作导致中国设施土壤重金属累积和面源污染风险增加的状况已引起广泛关注。该研究总结了中国设施土壤重金属累积状况及其来源,发现长期盲目投入肥料及农药是引发设施菜田土壤重金属累积问题的主要原因。目前,设施土壤重金属累积呈现出广泛性和中轻度污染特征,其中镉是主要的污染元素。遵循面源污染治理中“源头预控-过程阻断-末端修复”原则,基于国内外文献综述,该文总结归纳出适用于设施土壤重金属累积特征与污染的联合阻控技术及作用机制。首先在灌溉和肥药投入等源头环节减少重金属输入;其次在作物种植过程中,通过选用重金属低积累特性的蔬菜种类或品种,结合水肥一体化施用大分子有机水溶性肥料或叶面喷施具有阻控重金属作用的营养型阻控剂,抑制作物吸收重金属;最后在末端修复环节,利用具有多元功能的土壤改良剂或微生物菌剂进行土壤钝化修复,或采用具有超重金属富集能力且能提高设施土壤生物多样性的植物作为填闲作物,实现生物修复的目标。该联合阻控技术的原则在于协同考虑污染防治、土壤改良、减肥增效等农学和环境目标,集成土壤修复与改良、水肥一体化、填闲作物栽培等技术,并兼顾设施土壤重金属污染修复工程所面临的投入品成本较高、经济效益不明显、缺失可持续改良导致效果不稳定等问题,优推能够钝化重金属并改良土壤的多功能土壤改良剂以及具有阻控重金属吸收、提高作物抗逆性的多功能有机水溶性肥料。上述措施能解决设施土壤普遍存在的重金属累积问题,提升土壤的安全生产能力,可为设施农业可持续发展提供更有效的技术支撑。

微生物修复多环芳烃污染土壤的研究进展

以多环芳烃污染土壤的微生物修复为主体,总结了污染来源与危害,重点阐述了近年来的发展现状,讨论影响修复效果的因素,分析了研究和应用中存在的挑战,并对未来的发展提出展望。

基于文献计量的小麦玉米重金属污染农田修复治理技术及效果分析

利用中国知网期刊全文数据库(CNKI)和Web of Science核心合集英文数据库(WOS),通过对2000—2018年小麦、玉米重金属污染农田修复领域的相关文献进行计量分析并统计归类,了解国内外有关小麦、玉米重金属污染农田土壤修复治理领域的研究趋势及特点,深入分析田间试验条件下不同修复治理技术对小麦、玉米籽粒的降镉效果,为进一步的深入研究与应用提供依据。结果表明,国内外该领域研究起步发展较缓,在2010年之后增速加大,但关注度明显低于稻田;从重金属种类来看,对重金属镉污染的研究热度居首位;在小麦、玉米重金属污染农田修复领域占据重要影响地位的主要发文期刊包括:Journal of Hazardous Materials、Science of the Total Environment、Chemosphere、《农业环境科学学报》以及《生态环境学报》;施用钝化剂/改良剂在该研究领域的受关注度最高;从田间条件下修复效果来看,低积累镉品种的应用籽粒降镉效果最佳,降镉率达57.73%,其次是无机+有机复合类钝化材料。无机+有机复合修复材料和低积累品种应用是小麦、玉米重金属污染农田土壤修复利用的有效技术和研究发展方向。

泛种养结合视角下北京市养殖业土地承载力评估

种养结合是中国未来农业绿色发展的重要方向。其中,对畜禽粪污的土地承载力的准确估算是关键。针对北京市畜禽粪污消纳的土地没有充分利用及其氮磷需求取值不够准确的问题,该研究根据畜禽养殖数据计算了2018年北京畜禽养殖粪污产生量和氮磷养分资源量,以粮地、菜地、园地、部分林地、草地及未利用土地6种地类作为畜禽粪污的消纳场所,利用统计年鉴和ArcGIS估算了6种类型的土地资源量,根据文献综合分析了各地类单位面积的氮磷养分需求量,进而计算了北京市域内畜禽养殖业的土地承载力。结果表明:2018年北京市畜禽养殖总量为453.4万头猪当量,畜禽粪污产生总量为380.1万t,氮磷养分资源量分别为26118.2及5289.8 t。在有机肥全部替代化肥的情况下,仅以耕地(粮地、菜地)作为畜禽粪污的消纳场所,则全市种植业土地能够承载的最大养殖量为675.2万头猪当量;若以6种土地类型作为畜禽粪污的消纳场所,则为1089.1万头猪当量,是仅以耕地作为消纳场所的1.61倍。若有机肥50%替代化肥,仅以耕地为畜禽粪污消纳场所,土地承载力为337.6万头猪当量,则2018年的养殖规模已经超过耕地承载力。若以6种土地作为消纳场所,其土地承载力为544.5万头猪当量,与现养殖规模相比还有20.1%的养殖潜力。因此,在环境保护的前提下促进养殖业的发展,一是要扩大有机肥对化肥的替代比例,二是要将更多的可作为畜禽粪污消纳的土地类型加以充分利用。

我国羊养殖量及其粪尿资源化利用潜力分析

为了解我国各地区羊粪尿产量及其资源化利用潜力,本研究依据统计年鉴数据和粪尿产排污系数,估算了2021年我国各省份羊粪尿产生量、羊粪尿肥料化和能源化利用潜力,进一步测算了羊粪尿养分农田耕地负荷。结果表明,2021年全国羊粪尿总产生量达2.91亿t,其中总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)含量分别为91.08万、19.28万t和73.89万t,可有效替代氮肥(以尿素计)255.31万t、磷肥(以P_(2)O_(5)计)108.45万t、钾肥(以K_(2)O计)191.82万t,可产沼气165.95亿m^(3),具有较高的肥料化与能源化利用潜力。青海和西藏两省份农田耕地负荷居全国第一和第二,消纳羊粪尿时,应充分考虑耕地、农牧交错带、林地和草地等多种土地类型。

地膜对农业生产的影响及其污染控制

地膜覆盖具有显著的农业生产效益,可以增温保墒,防虫抑草,扩大作物种植适宜区,从而提高农作物产量和品质,因此在世界范围内尤其是在干旱半干旱地区农田中得到广泛应用。然而,塑料地膜降解速率极其缓慢,加上中国地膜回收工作的开展较为落后,导致大量的塑料碎片残留在农田中,从而造成土壤环境的残膜及微塑料污染。本文基于文献资料、调研和统计数据,就地膜对中国农业生产的影响及其污染防控进行了分析。残膜及微塑料污染会改变土壤理化性质,限制土壤水分和养分运移,并对土壤动植物的生长、发育和繁殖产生危害,改变土壤微生物的丰度和群落结构,损害土壤健康,长此以往会造成作物产量和品质下降,甚至威胁到粮食安全。微塑料存在被植物吸收的可能性,从而通过食物链进入人体,对人体健康产生威胁。此外,微塑料巨大的比表面积使其极容易通过吸附作用成为其他污染物(重金属、农药和抗生素等)的载体,增加污染物的转移富集风险,从而造成土壤生态环境复合污染。中国地膜生产、使用相关标准正在逐步完善,但同发达国家和地区相比仍有一定的差距。中国尚未形成完善可持续的地膜回收体系,农田土壤中的微塑料污染研究仍不够充分,同时针对残膜及微塑料污染防控的政策和法规也有待于进一步完善。因此应进一步借鉴发达国家和地区的经验,结合中国实际情况,因地制宜制定地膜生产、回收相关标准以及残膜和微塑料污染防治的政策法规。

冷凝水回流对堆肥腐熟度和污染气体排放影响

为探究堆肥过程中高温水蒸气携带的冷凝水回流对腐熟度及温室气体排放的影响,本文以猪粪和厨余垃圾为堆肥原料,在60L密闭好氧堆肥反应器中进行48d的高温好氧堆肥实验.结果表明,堆肥高温期产生的饱和水蒸汽因发酵罐封闭体系不能及时排出,会在发酵罐壁形成冷凝水回流入堆体中,整个堆肥过程冷凝水产率为物料湿重的18%.此外,回流冷凝水中主要成分为NH_(4)^(+)-N(11.40g/L)、溶解性有机碳(6.3g/L)以及无机盐离子,具有较高的EC值(41.05mS/cm)和pH值(9.22),而较高的NH_(4)^(+)-N含量使冷凝水回流处理的堆肥产品种子发芽指数(GI)略达到腐熟(71.4%),与排出处理相比GI下降了25.5%.同时,冷凝水回流使NH_(3)和CH_(4)排放量分别增加了55.2%的60.2%,但是CO_(2)和N_(2)O排放量分别降低了16.8%的34.8%.研究表明,冷凝水回流可降低17.8%总温室效应.本文建议堆肥过程将高温水蒸气冷凝排出,一方面可提高堆肥腐熟度,降低产品含水率,另一方面可以减少NH_(3)排放;进一步地若能将冷凝水进行收集,可对其中的氮素进行回收再利用.本文为封闭式好氧堆肥工艺水分去除和腐熟度调控提供理论依据和数据支撑.

稻田重金属污染修复治理技术及效果文献计量分析

为了解国内、外稻田重金属污染修复治理研究进展、研究趋势以及稻田镉污染修复治理效果,通过检索2006—2017年CNKI中国期刊全文数据库和Web of Science^(TM)核心合集数据库有关稻田重金属污染修复治理领域相关文献,利用软件对相关文献进行计量分析,并再次筛选出大田条件下稻田镉污染修复治理技术和效果。结果表明:国内、外本领域近12年中英文发文数量基本持平;近6年年发文数量迅速增长,但中文论文本地篇均被引次数较低;该领域发文主要期刊有《农业环境科学学报》《环境科学》《生态环境学报》《Environmental Pollution》《Journal of Hazardous Materials》和《Chemosphere》;主要研究的重金属是镉、铅、砷等;稻田重金属污染修复治理技术主要包括基施钝化类修复剂的固定/稳定化修复技术、重金属低积累水稻品种、叶面阻控剂以及农艺调控措施等;大田条件下对稻田镉污染修复治理的主要技术以及该技术稻米平均降镉率分别为低镉积累水稻品种74.50%,黏土矿物钝化剂46.85%,叶面阻控剂+基施改良剂44.52%,无机组配改良剂42.19%,水分管理+基施改良剂41.19%。

厨余堆肥污染气体减排的工艺参数优化

好氧堆肥处理厨余垃圾具有规模灵活、参数易调整、工艺适配性高等优点,但存在发酵周期长且易产生污染气体等问题,严重限制了就近就地处理利用的推广。污染气体产生与堆体内氧气供应与利用直接相关,为提高发酵速率、减少污染气体排放,优化厨余垃圾堆肥的工艺参数,该研究采用三因素三水平正交堆肥试验L_(9)(3^(4)),探究粒径、含水率和通风速率三大因素对堆体温度、O_(2)、pH值、电导率值、种子发芽指数值以及污染气体(H_(2)S、NH_(3)、N_(2)O及CH_(4))的影响。结果表明,当初始物料粒径为0.5~10 mm时能够显著加快堆肥进程,在第11天时GI值即可达80%以上,有效地缩短了堆肥周期。通过对污染气体做极差以及方差分析发现,物料粒径对H2S排放影响显著,含水率和通风速率对H2S和N2O排放影响显著。综合堆肥周期以及污染气体减排效果,厨余垃圾堆肥最优的工艺参数组合为:初始物料粒径为0.5~10 mm、初始含水率为60%、通风速率为0.2 L/(min·kg^(−1)),研究结果可为厨余垃圾利用提供参考。

集约农田管理措施对桓台县域土壤有机碳储量的影响

优化农田管理措施,在增加土壤肥力、确保粮食高产稳产的同时,也可以提升农田土壤有机碳(SOC)储量。本研究以华北第一吨粮县山东桓台县的集约化农田为对象,分析化肥、有机肥和秸秆还田等农田管理措施对全县土壤有机碳库的影响。研究分别在点位和区域尺度对生物地球化学模型DNDC进行了校验;进而设置未来5种农田管理情景,以2011年为基准年,对未来30 a桓台县农田耕层土壤(0~20 cm)的SOC变化进行了模拟预测。预测结果显示,在保持2011年农田管理措施不变情景下[化肥氮500 kg(N)∙hm^(−2)、秸秆还田比例90%],10 a、20 a和30 a后SOC含量分别增加28.1%、39.2%和44.9%,说明在当前气候条件下,以桓台县为代表的华北农田秸秆还田对增加土壤有机质仍有较大空间;另一方面,秸秆还田下土壤有机质不是线性增加,即呈现出土壤有机质的饱和趋势。在5种农田管理情景中,年均400 kg(N)∙hm^(−2)的氮肥施用量、90%的秸秆还田比例和40 kg(N)∙hm^(−2)的有机肥施用量情景,能够最大程度地提高农田耕层SOC含量,30 a后可达16.2 g∙kg^(−1)。研究结果可为评价华北平原农田土壤有机碳库的变化提供科学依据,并为农田管理措施优化及相应政策的制定提供参考。

华北小麦玉米轮作体系下土壤重金属污染研究进展

我国工业发展迅速,工业生产所产生的废气、废水、废渣的不达标排放以及交通运输和农业生产活动中各种农资的使用与污水灌溉等活动致使土壤中重金属含量明显增加。土壤中重金属通过食物链在人体内积累,对生态环境和人体健康造成严重威胁。华北地区粮食产量约占全国产量的1/3。调查分析华北地区农田小麦玉米轮作体系下土壤重金属来源及污染现状对农产品安全具有重要意义。该文综述了华北平原农田小麦玉米轮作体系下土壤重金属污染来源和污染现状,分析了重金属对农产品安全的影响,并对今后土壤重金属污染的防治研究进行了展望。

纳滤膜孔径对沼液超滤透过液养分富集与膜污染行为的影响

超滤(ultrafiltration,UF)能有效浓缩沼液,但透过液中仍含有大量养分,可进一步采用纳滤(nanofiltration,NF)等精密膜浓缩利用。NF膜的孔径会直接影响膜的截留特性和通量,从而影响浓缩性能。为了探究NF膜孔径对沼液浓缩过程养分富集效果和膜污染行为的影响,该研究以鸡粪沼液的UF透过液为研究对象,分别采用800 D、500 D、100 D的NF膜(平均膜孔径分别为2.0、1.0、0.5 nm)进行浓缩,重点分析养分截留效果和膜污染特征。结果表明:不同孔径的NF膜均能高效截留化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总磷(total phosphorus,TP),截留率可达68%以上,但对总氮(total nitrogen,TN)和总钾(total potassium,TK)的截留较低,仅为19%~35%。随着膜孔径降低,NF对COD、TN、TP、TK的截留效果略有提高,但整体差异不明显。不同孔径NF膜在沼液浓缩过程均出现了明显的水通量降低。与1.0 nm的NF膜相比,0.5 nm膜较小的孔径和2.0 nm膜较大的初始通量均会导致膜表面有机—无机致密污染层的形成,从而造成水通量快速降低;而1.0 nm膜表面形成的以无机晶体为主的污染层较为疏松,通量下降较为缓慢。综合养分截留效果和水通量变化规律,确定孔径为1.0 nm的NF膜更适用于浓缩沼液的UF透过液,研究结果可为推动沼液膜浓缩的发展与工程应用提供理论与技术支撑。

膜孔径对沼液超滤浓缩过程养分和污染物富集的调控作用

为确定适用于沼液浓缩的低污染高截留超滤(UF)膜孔径,选取鸡粪沼液为浓缩对象,采用膜孔径为500、100、50、30 KD的UF膜(平均膜孔径分别为20、6、4 nm和3 nm)进行浓缩处理,考察不同孔径UF膜对沼液浓缩过程中养分和风险污染物迁移的调控作用。结果表明:不同孔径UF膜的水通量均呈现快速降低-平稳-再降低的三段式现象,整体降低38%~49%,且低孔径膜下降更为明显。不同孔径UF膜对沼液中有机质的截留效果整体差异不显著,对TP、TN、TK等养分的截留率随孔径缩小而逐渐提高。同时,不同孔径UF膜对Ca、Mg、Fe和Zn 4种中微量元素的截留性能相似,对重金属和抗生素的截留性能也随孔径的缩小而逐步提升,对Cu和Pb的截留率均可达到100%。综合稳定水通量、养分截留和风险污染物富集,确定适用于沼液浓缩的UF膜孔径为100 KD。

生物质覆盖对沼液污染气体排放的影响及机制

为探究锯末、园林废弃物和玉米秸秆在相同覆盖质量(650g)下对奶牛场黑膜沼气池发酵产生的沼液贮存过程中污染气体排放的影响,采用动态箱法测试了3种材料覆盖下沼液的氨气(NH_(3))、硫化氢(H_(2)S)、氧化亚氮(N_(2)O)、甲烷(CH_(4))和二氧化碳(CO_(2))的排放量.结果表明,与不覆盖处理相比,覆盖对NH_(3)有明显的减排效果,但N_(2)O、CH_(4)、CO_(2)和H_(2)S的排放量有所增加,从而提高了综合温室效应.总CO_(2)排放当量增幅为:园林废弃物(26.0%)>玉米秸秆(24.7%)>锯末(12.9%).从微生物群落结构来看,覆盖处理抑制了具有化能异养、好氧化能异养、硝酸盐氨化、硝酸盐还原、亚硝酸盐呼吸和硝酸盐呼吸等功能的微生物活性,降低了沼液内部的碳、氮、硫循环强度.与园林废弃物和玉米秸秆相比,锯末覆盖明显降低了沼液内部拟杆菌科(Bacteroidaceae)和紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)等细菌的相对丰度,对沼液内部的碳、氮循环抑制作用最大,更好地减弱了沼液内部的有机质分解和污染气体产生.然而,覆盖下的沼液总CO_(2)排放当量却有所增加,这可能是由于材料覆盖厚度较小,导致覆盖的生物质材料腐解对气体排放的贡献大于覆盖材料对气体产生的抑制作用和对气体排放的阻挡、吸附作用.基于上述研究,锯末覆盖材料最难分解以致总CO_(2)当量增加最少,且形成的隔层对沼液内部碳、氮循环的抑制作用最强,表现出较好的温室气体减排潜力.因此,应进一步研究更高厚度的锯末材料覆盖沼液对气体排放的影响,确定合适的覆盖参数,以实现沼液贮存过程中的污染气体减排.

华北地区夏玉米生产中农田氮淋失的定量预测

华北地区是我国冬小麦和夏玉米主产区,过去40多年间,随着大水漫灌和过量施肥等现象发生,该地区农田氮淋失呈现加重趋势,已经对地下水水质产生了严重影响。为探明华北地区面源污染的成因,进而提出相应阻控措施,本研究收集了1980—2021年国内外发表的华北地区夏玉米氮淋失研究文献,选取环境条件和农田管理措施作为自变量,基于线性模型、指数模型、多项式模型和多元回归模型等对氮淋失量进行模拟预测。结果表明,氮淋失与水分和肥料氮之间存在较大关联性,与土壤全氮、有机质含量和黏粒含量呈正相关关系,与秸秆还田、土层深度、土壤pH、砂粒含量呈现负相关关系。在单变量预测模型中,氮淋失量与施氮量呈指数关系,说明在华北地区夏玉米生产中应特别注重优化肥料用量。本研究所获得的多元逐步回归模型(Y_(总氮淋失量)=-23.07+1.14X_(有机质含量)+0.34X_(黏粒含量)-0.13X_(砂粒含量)+0.06X_(总施氮量)+0.18X_(水分渗漏量),拟合优度R^(2)=0.414)优于指数模型、线性模型和多项式模型,具有较好的定量预测效果。考虑到水分渗漏测定过程复杂及方程的可应用性低,可以采用水分投入量替换水分渗漏量,但预测精度会受到影响。改善土壤物理条件(如质地)、秸秆还田和优化氮肥和灌溉,是今后华北地区夏玉米生产中降低氮淋失的关键措施。

施肥模式对设施土壤抗生素及抗性基因的影响

采集不同施肥模式下设施菜地表层土壤(0~20cm),对83种抗生素和203种抗性基因(ARGs)进行检测.结果表明,各处理组土壤中共检出14种抗生素、129种ARGs亚型和10种可移动遗传元件(MGEs).四环素类(TCs)是土壤中残留的主要抗生素,β-内酰胺类和多重耐药类抗性基因是主要的ARGs,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)是主要的细菌门.施肥增加了土壤中抗生素残留和ARGs的多样性及丰度,并且提高了土壤细菌群落α多样性.施用常量有机肥组抗生素、ARGs和MGEs相对丰度最大,有机肥减量可有效降低抗生素和ARGs污染程度,稻壳还田对控制抗生素和ARGs污染具有积极作用.设施菜地土壤中抗生素选择压力、细菌群落结构变化和MGEs是影响ARGs分布的驱动因素.

碳氮投入对4种不同土地利用方式土壤磷含量及胞外酶活性的影响

不同土地利用方式的土壤磷素循环特征存在差异性,土壤有机磷在酶解作用下的生物转化是磷素循环过程的重要环节。外源碳氮的投入可能改变土壤磷素的生物转化,对于提高土壤磷素生物活性具有关键作用。为研究外源C、N对不同土地利用方式土壤有机磷和胞外酶活性的影响,采用设施菜田、粮田、草地、森林4种不同土地利用方式的土壤,分别设置对照(CK)、葡萄糖(G,500 mg/kg土壤)、硝酸钾(N,300 mg/kg土壤)、葡萄糖和硝酸钾(GN,500 mg/kg葡萄糖土壤和300 mg/kg硝酸钾土壤)4个处理,进行室内培养试验,研究外源碳氮添加对土壤有机磷和速效磷含量及磷酸酶活性的影响。结果表明:与CK处理相比,添加碳源显著提高了菜田和森林土壤有机磷含量,分别提高了89.7%,40.6%;添加氮源,菜田土壤速效磷增加了14.2%,森林土壤速效磷降低了14.0%;与对照CK相比,添加碳源草地和森林土壤中碱性磷酸酶活性分别降低35.9%,25.5%,但其对菜田和粮田土壤中的碱性磷酸酶活性无显著影响;同时添加外源碳氮相较于CK处理增加了4种土壤的β-葡萄糖苷酶活性,且在菜田和草地土壤中差异显著;在添加碳源的基础上,氮源添加降低草地和森林土壤CO_(2)累积排放量分别达19.7%,16.5%,但对菜田和粮田土壤的CO_(2)累积排放量无显著影响。综上所述,在菜田、粮田土壤中,外源碳氮投入后土壤胞外酶活性提升,将有机磷更多地矿化为无机磷,土壤有机碳的含量为影响有机磷在土壤中矿化的主要因素;在草地、森林土壤中,外源碳氮的投入降低了碱性磷酸酶的活性,减缓了有机磷的矿化过程,因此,磷酸酶的活性为影响该土壤有机磷矿化的主要因素。

连续施用有机肥后重金属在土壤-作物系统中的积累与迁移特征

采用田间小区试验,定量研究连续7年施用不同有机肥后重金属在土壤和作物系统中的积累与迁移特征,为从源头上控制农田土壤重金属污染提供科学依据。研究结果表明,连续7年施用猪粪的处理均显著增加了0-15 cm土层土壤Cu、Zn、As和Cd的含量,且随猪粪施用量增加,耕层土壤(0-15 cm)中Cu、Zn、As和Cd含量也显著增加,增幅分别在77.57%-261.46%、40.41%-145.68%、41.74%-46.19%和14.53%-22.09%。猪粪施用量高时,Zn和Cd已迁移到15-30cm土层并在此层积累;随着鸡粪施用量增加,耕层土壤(0-15cm)Cu、Zn、Cr含量也均显著增加。与施化肥处理相比,连续7年施用鸡粪的处理均显著增加了耕层土壤Cu、Zn和Cr含量,增幅分别在16.81%-38.72%、133.93%-435.73%和33.45%-58.31%。鸡粪用量较高时,Cu、Zn、Cr向15-30 cm土层迁移并积累。该试验条件下,连续7年施用高量鸡粪后耕层土壤Zn含量已超过土壤污染风险筛选值。连续7年施用猪粪的处理均显著增加了小麦籽粒Cu和Zn含量,增幅分别在27.18%-49.87%和25.66%-98.81%;连续7年施用高量鸡粪的处理均显著增加了小麦籽粒Zn和Cd含量,分别增加64.74%和40.00%。连续7年施用猪粪的处理和高量鸡粪的处理小麦籽粒Zn含量超过相关的食品安全标准(NY 861-2004)。

化肥氮对冬小麦氮素吸收的贡献和土壤氮库的补偿

【目的】小麦对氮素的吸收消耗了土壤氮库,土壤中残留的化肥氮则可补偿土壤氮库的消耗,综合考虑这两方面的影响,核算施氮量和秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【方法】收集1980年以来国内报道的小麦15N示踪试验的研究结果,分析化肥氮和土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献,小麦当季氮吸收、化肥氮的去向、土壤氮库的盈亏分别与施氮量之间的关系,以及秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【结果】施氮量与化肥氮对小麦当季氮吸收的贡献之间呈显著正相关(P=0.029),而与土壤氮的贡献之间呈显著负相关(P=0.031)。小麦当季氮素吸收源于土壤的比例约为2/3,源于化肥的比例约为1/3,追施氮对小麦氮吸收的贡献约是基施氮的1.5倍。施氮量与氮肥有效率(氮肥利用率+氮肥残留率)之间呈极显著负相关(P=0.004),而与氮肥损失率之间呈极显著正相关(P<0.001)。在秸秆不还田和还田条件下,小麦季土壤氮库的盈亏均与施氮量之间呈极显著正相关(P≤0.001)。【结论】在施氮量为N 60~500 kg/hm^2时,小麦吸收的氮素1/3来自化肥,2/3来自土壤。冬小麦季化肥氮的3个去向为:地上部吸收、土壤残留和损失,其所占比例分别约为36%、33%和31%。在秸秆不还田和还田条件下,土壤氮库达到平衡的施氮量分别为N 308和233 kg/hm^2。

玉米生长对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的根际效应

利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO_(2)释放来源(根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放),研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响。在玉米拔节期(24~53 d)、抽穗期(54~66 d)和灌浆期(67~99 d)末分别破坏性取样,测定根系、土壤有机碳和无机碳的^(13)C含量等指标;自拔节期开始至生育期末,每隔3d测定种植玉米与不种玉米的土壤呼吸CO_(2)量以及^(13)C-CO_(2)含量。结果表明,利用IsoSource软件三源区分土壤CO_(2)的排放,土壤CO_(2)排放累计量以根源呼吸贡献为主(48.0%),其次为土壤有机碳(31.2%),最小为土壤无机碳(20.8%)。玉米对土壤无机碳与有机碳释放均表现为正根际效应,从拔节期至生育期末,种植玉米土壤有机碳与无机碳的释放分别较不种植土壤多65%和156%。土壤无机碳对于稳定全球碳库和调节大气CO_(2)浓度具有重要意义,若忽视石灰性土壤无机碳对土壤CO_(2)释放的贡献,有可能高估土壤有机碳的分解。