不同轮灌模式对污灌农田冬小麦-夏玉米轮作系统重金属镉阻断效应

为探讨不同轮灌模式对华北粮食核心区污灌农田重金属镉阻断效应,通过典型污灌区田间试验,对土壤重金属镉在冬小麦-夏玉米轮作系统中的迁移、累积进行了研究。结果表明,苗期微污染水灌溉对籽粒中镉累积影响并不明显,返青拔节期、孕穗期微污染水灌溉可显著增加籽粒中镉累积及食品安全风险。同时,返青拔节期、孕穗期微污染水灌溉抑制了籽粒灌浆及籽粒均匀度,降低冬小麦产量,但对夏玉米产量影响并不明显。因此,苗期采用微污染水灌溉,返青拔节期和孕穗期采用清水灌溉可以有效阻断镉在籽粒中的累积;在确保夏玉米籽粒安全的前提下,中度污灌农田土壤10-20cm土层有效镉含量可以作为夏玉米籽粒中镉含量以及是否符合粮食卫生标准的评价指标,其评价模型近似为y=0.0853x-0.0036,估算有效镉临界值为1.21mg/kg。     

长期施肥对作物铜、铅、铬、镉含量的影响

为了弄清长期施肥对作物重金属含量的影响,利用长期定位试验,研究了不同施肥措施对小麦、水稻铜、铅、铬、镉含量的影响,并对其籽粒中重金属的含量进行了安全性评价,结果表明,长期施肥影响了小麦和水稻中铜、铅、铬、镉的含量,小麦、水稻籽粒中铅、铬、镉含量长期施肥处理均明显增加,其中铅、铬含量都超过了国家食品卫生标准,施磷处理水稻籽粒中镉含量也严重超标.小麦、水稻对土壤铜和铬的富集能力较强,对铅、镉的富集能力较小;小麦对铬和铜的富集能力大于水稻,其富集系数分别是水稻的2.5倍和2.8倍.而水稻对镉的富集能力大于小麦,富集系数是小麦的2.1倍.     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染2种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆3种,石灰用量设对照(0 kg·hm-2)和石灰处理(750 kg·hm-2)2个处理;田间小区试验设对照(不施秸秆和石灰)、秸秆还田及秸秆还田+石灰3个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期(前20 d)秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期(60 d后)秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

丹江口库区坡耕地不同轮作模式作物生产力及农田养分流失比较

在丹江口库区习惯施肥条件下,比较坡耕地不同轮作系统的作物生产力及农田水土和养分流失的差异。结果表明,在5种轮作模式中,作物生产力水平以＂小麦-玉米＂轮作最高,生产效益以＂油菜-玉米＂轮作最高;农田产流量、土壤侵蚀量和磷钾养分流失量均以＂小麦-玉米＂轮作最小,＂小麦-芝麻＂轮作最大;而氮流失量以＂油菜-玉米＂轮作最小,以＂小麦-芝麻＂轮作最大。因此,＂小麦-玉米＂轮作为丹江口库区坡耕地适宜的环保型作物复种模式。     

再生水灌溉对玉米和大豆品质影响的试验研究

为了合理利用城市污水处理后的再生水资源，研究再生水灌溉对作物品质的影响，该文采用北京高碑店污水处理厂的两种再生水(二级再生水、三级再生水)，以清水为对照进行玉米和大豆盆栽种植试验。通过对籽粒常规养分、微量元素和重金属含量等项目的测定分析，对再生水灌溉情况下的作物品质进行研究。研究结果表明：再生水灌溉对玉米和大豆籽粒粗蛋白、粗淀粉含量无显著影响；在微量元素方面，对大豆籽粒的影响同对照差异不显著，而对玉米籽粒的影响同水质有关；玉米和大豆籽粒中的重金属铅、镉含量虽均低于国家卫生标准(GB 2715-1981)规定，但二级再生水灌溉的玉米镉含量相对对照增加显著。因此认为三级再生水相对二级再生水应用于作物灌溉更具安全性，对二级再生水中重金属镉含量应严格控制。     

秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究了重金属镉污染水稻土和人为模拟镉污染土壤上不同种类和不同量的作物秸秆还田后,土壤中可提取态镉的动态变化规律以及对白菜生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,秸秆还田显著提高了2种镉污染土壤的pH值。镉污染水稻土上还田玉米和菜豆秸秆显著提高了土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量,秸秆还田后2周时醋酸铵提取态镉含量增加了17%~33%,随时间延长,土壤中可提取态镉增加变的不明显。模拟镉污染土壤上还田玉米和菜豆秸秆对土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量影响不明显。镉污染水稻土上秸秆还田量2%时显著降低了白菜体内镉含量,还田菜豆秸秆和玉米秸秆白菜体内镉含量分别降低了18%和27%。还田玉米秸秆影响了白菜生长,降低了白菜的产量;模拟镉污染土壤上还田菜豆秸秆对白菜生长和镉含量影响不明显,但还田2%玉米秸秆降低了白菜生物量,增加了白菜镉含量。     

不同间种模式对作物富集重金属的效率及风险评估

环江县是广西粮食主产区,该地区重金属污染严重,但国内对于重金属复合污染的修复技术缺乏。为了降低复合污染土壤上种植的农作物体内重金属的含量,越来越多的人开始研究不同种植模式对作物吸收重金属的影响,间种模式可以调节田间养分利用,减少植物对重金属的吸收,对土壤修复及产品改良有效。以矿区污染农田为背景,供试土壤为铅锌硫铁矿山的尾砂坝坍塌污染的土壤,进行了蜈蚣草- 玉米、蜈蚣草- 大豆、大豆- 玉米、甘蔗- 大豆的间种试验,试验采用随机区组设计,试验时间1 年,用原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法测定重金属含量,通过对比分析单种与间种作物各部位中的Zn、As、Cd、Pb 的含量,探究间种模式对作物重金属的富集量和作物安全性的影响。结果表明,作物重金属含量变化受间种影响明显,玉米- 大豆间种模式比玉米单种籽粒中Pb 的含量下降38%。作物不同部位对重金属的富集能力也不同,As 在大豆体内的分布规律为叶> 茎> 根,而Pb 则为根> 叶> 茎。综上所述,在复合污染土壤中,间种可明显改善重金属对植物的污染,这些结果肯定了间作是重金属污染土壤修复的一个可能切入点。但在试验区种植粮食作物存在较大的健康风险,污染土壤还需进一步治理。     

前茬作物秸秆还田下轮作模式和施肥对大豆产量的影响

探讨不同轮作模式下作物秸秆还田和施肥对大豆产量形成的影响,可为多元化轮作模式下大豆增产增效提供理论基础和实践依据。于2018—2020年在江苏省农业科学院大豆试验基地,以前茬作物秸秆还田下轮作模式为主区,设置小麦、大蒜、芥菜型油菜和空白(冬闲) 4个轮作模式;肥料施用水平为副区,设置不施肥和施三元复合肥(15∶15∶15) 225 kg·hm~(-2) 2个施肥水平,研究秸秆还田下不同轮作模式和施肥对大豆养分利用及产量形成的影响。结果表明,轮作模式与施肥对大豆产量及产量构成影响显著,且两因素对产量及产量构成、植株形态指标和病株率、土壤全氮和速效氮含量、生物量和氮素累积与分配等指标均存在极显著的互作效应。与冬闲-大豆模式相比,其他轮作模式降低了土壤容重和速效氮含量,提高了土壤有机质和全氮含量;大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式下株高、茎粗、底荚高度、分枝数、总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量最高,利于产量形成,最终产量较冬闲-大豆模式增加4.40%～10.30%和5.66%～7.09%(施肥处理)、4.88%～8.23%和2.19%～8.78%(不施肥)。小麦-大豆轮作模式抑制植株生长,总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量均最低,尽管生物量、氮素收获指数和氮素生产效率最高,但产量最低,较冬闲-大豆模式分别降低2.80%～7.30%(施肥处理)和7.45%～11.18%(不施肥)。此外,小麦秸秆还田增加了大豆病株率,而芥菜-大豆和大蒜-大豆轮作模式则降低了大豆病株率。施肥可以显著促进大豆生长,降低病株率,提高土壤全氮和速效氮含量、生物量及氮素累积量和收获密度,尽管氮素收获指数和氮素利用效率较低,但是显著提高了产量。与不施肥相比,施肥使大蒜-大豆、芥菜-大豆和小麦-大豆轮作模式下大豆产量提高9.21%～13.01%、7.97%～14.02%和15.00%～15.91%。因此,在生产中建议推广大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式。小麦-大豆轮作模式中在小麦秸秆还田后必须增施肥料才能达到高产。     

秸秆炭化后还田对不同镉污染农田土壤中镉生物有效性和赋存形态的影响

通过土壤培养试验和生物盆栽试验,研究不同镉污染土壤上作物秸秆炭化后还田对不同镉污染土壤中镉的赋存形态和生物有效性影响,结果表明：在碱性的镉污染土壤上,秸秆炭化后还田降低了玉米地上部生物量,但对玉米地上部镉含量和镉吸收量无显著影响;在酸性的模拟镉污染土壤上秸秆炭化后还田对玉米生长无影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了玉米地上部镉含量和镉吸收量;还田不含镉的玉米秸秆黑炭对镉污染土壤中DTPA提取态镉含量没有明显影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了镉污染土壤中DTPA提取态镉含量;施用含镉的油菜秸秆黑炭增加了镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;施用玉米和油菜秸秆黑炭均显著降低了模拟镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;增加了松有机结合态、碳酸盐结合态和紧有机结合态镉含量;模拟镉污染土壤施用玉米和油菜秸秆黑炭6个月后土壤中水溶和交换态镉仍然是土壤镉的主要赋存形态,水溶和交换态镉占土壤全镉的70%以上。综合以上结果可知,秸秆黑炭不能降低污染土壤中镉的生物有效性和植物对土壤镉的吸收量。     

东北地区不同轮作方式下大豆产量对施钾的响应

东北黑土区是我国重要的优质大豆主产区之一,因其大豆的商品率高,在保障我国粮油供应方面起到了重要作用。本研究以中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内轮作试验为依托,分析了钾肥投入量和降水格局对大豆产量的影响。研究结果表明,在研究区域内,大豆产量取决于轮作方式、钾肥投入量及降水格局的共同调控作用。大豆连作显著降低了大豆的产量,与大豆-玉米轮作和大豆-玉米-小麦轮作相比分别降低了5.5%和29.6%;钾肥的施用能够显著缓解大豆连作对大豆产量的限制,并随着钾肥投入量的增加而呈增加的趋势。但是在大豆-玉米-小麦轮作条件下,当钾肥投入量增加到149.0 kg·hm-2后,大豆产量并没有表现出相应的增加趋势,说明在延长大豆与禾本科作物轮作周期的情况下,可以适当地减少钾肥施用量。与此同时,钾肥还能够缓解研究区域内湿润年份大气降水过多对大豆籽粒产量的限制作用。因此,在研究区域内钾肥的施用能够显著增加大豆连作对大豆产量的限制。     

不同轮作体系土壤残留硒锌对小麦产量与营养品质的影响

采用盆栽试验,通过玉米-小麦和大豆-小麦轮作,探讨了不同种植模式中,土壤残留硒锌对小麦产量与营养品质的影响。结果表明,土壤中残留硒锌对小麦生物量和产量的影响与作物轮作体系有关。玉米-小麦轮作,土壤残留硒锌并没有表现出增加小麦产量的趋势,而大豆-小麦轮作,土壤残留硒锌对小麦生物量和产量呈增加趋势。土壤残留硒锌可改变作物体内元素组成。玉米-小麦轮作,土壤残留硒锌有利于小麦籽粒对氮、钾、硫、钙、铁、锌、硒、铜元素的吸收累积。大豆-小麦轮作,土壤残留硒锌促进小麦对钾、硫、镁、铁、锌、硒、铜、锰、硼的吸收,而氮、磷、钙吸收减少。     

受污农田中农作物对重金属镉的富集特征研究

采用湿法消化法研究了浙江省不同地区农田污水灌溉后水体、土壤和多种农作物各器官的镉含量,分析了土壤污染状况及农作物对重金属镉的富集特征。结果表明：污水和受污土壤镉含量极显著相关（R^2=0．617,P〈0．01）。不同农作物对镉的吸收程度不同,富集系数为紫云英〉水稻〉大豆〉大麦〉玉米〉小麦。未受污染农作物和受污农作物根系及地上部镉含量差异明显,但镉富集系数差异不明显。同一农作物不同器官对镉的累积规律为根系〉茎叶〉果实。不同农作物果实的富集系数为紫云英〉大麦〉大豆〉水稻〉小麦〉玉米。对几种农作物富集系数和吸收系数的比较发现,玉米和小麦根系及茎叶等营养器官富集镉的能力较强,但果实富集量却很低。6种农作物对镉的转移系数为玉米〉大麦〉紫云英〉小麦〉大豆〉水稻,且转移系数介于0．50～0．95之间,说明这几种农作物均对镉有很好的耐性。     

油菜连作及施用堆肥对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响

通过温室土培盆栽试验,研究了重金属镉污染土壤上连作油菜及施用堆肥对土壤中镉赋存形态及生物有效性的影响。结果表明：（1）在油菜连作体系下,施用堆肥显著降低油菜地上部镉含量。施用堆肥改变了土壤镉赋存形态,显著降低土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量而增加土壤铁锰氧化物结合态镉含量,从而降低土壤镉的生物有效性。（2）在相同堆肥处理下,种植两茬油菜后的土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量与不种植油菜的处理相比显著降低;而土壤硫化物及有机结合态镉含量较对照有所上升,种植油菜对土壤铁锰氧化物结合态镉和残渣态含量影响不显著,但是不同积累镉能力油菜朱苍花籽和川油Ⅱ-93之间对土壤镉形态的影响差异不显著。     

我国油菜镉污染及菜籽油质量安全性评估

为探明中国油菜镉污染分布,评估国产菜籽油镉污染消费风险,2015年,从贵州、湖北等9大油菜主产地抽取代表性样品436份,在贵州、湖南、湖北等6个典型地区设置定点观测点,抽取土壤、油菜根、茎、角果皮、籽粒等样品89组,从青海、湖北、江苏等菜籽油主要消费城市不同规模油脂加工企业抽取油菜籽、菜籽饼粕及菜籽油样品9组,分析我国油菜镉污染分布及其在油菜不间器官分布与转移规律,并采用非参数概率评估方法评估了国产菜籽油镉污染的消费风险。结果表明,我国油菜籽镉污染较轻,镉含量均值为0.051(±0.057)mg/kg;不同地区和不同品种油莱籽镉含量差异显著;镉主要富集于油荣根部,其次是茎和角果皮,油菜籽中镉含量最低:油菜籽中的镉转移到菜籽油中的比例为2%~10%,转移率与油菜籽蛋白含量负相关;菜籽油重金属镉高暴露量仅占JECFA推荐的暂定每月耐受摄入量(PTMI)的1%,不存在消费风险,可放心食用。     

重工业城市农田生态系统中Hg污染及防治

在太原市三大农业区皮点采集成熟的农作物籽粒（玉米、高效、水稻、小麦、谷子）和相应的农田土壤进行Ｈｇ含量的测定,分析Ｈｇ在土壤和作物中的迁移转化的关系。结果表明,土壤和作物中的Ｈｇ含量有显著相关,尤以水稻对Ｈｇ的吸收富集最强,玉米和谷子次之,小麦和高梁较弱,对太原市农田生态系统中的Ｈｇ含量进行评价,得出土壤Ｈｇ有较微超标其含分别为水稻土〉高梁上〉玉米土〉谷子土〉小麦土,作物中Ｈｇ含量不超标。     

镉、铅复合污染耕地主要作物安全生产阈值初探

为探明经济作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、结球甘蓝、西蓝花在镉、铅复合污染耕地中的安全生产阈值,开展田间试验。结果表明,一定范围内,农产品中重金属累积量随土壤重金属含量增高而递增;重度污染条件下,玉米、大豆、蒜苗、结球甘蓝和西蓝花可实现安全生产,且安全生产风险玉米大豆西蓝花结球甘蓝蒜苗;紫菜苔于轻微污染条件下综合超标指数为0.67,可安全生产,但中度及重度条件下综合超标指数分别达到1.31、2.02,超标较严重,需规避种植。     

不同有机物料与石灰对小麦吸收镉的影响

采用盆栽试验,研究了在镉污染土壤上不同有机物料、石灰及有机物料与石灰配合施用对小麦生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,施用猪粪能显著增加小麦产量,小麦产量随猪粪用量的增加而增加;石灰用量超过一定数值后则显著降低小麦产量;而其他处理对小麦产量的增、减作用不显著。施用高量猪粪(Z4)或石灰+低量猪粪(Z2)能显著降低小麦对镉的吸收,使籽粒的镉浓度降至国家食品镉污染限量标准(GB2762-2005)以下。所有石灰+机物料处理都比对照处理明显降低小麦籽粒和秸秆中的镉,但籽粒中的镉浓度都未达到国家食品镉污染限量标准。在受重金属Cd污染土壤上施用高量猪粪或猪粪配施石灰,表现为显著的负交互作用,对控制小麦对镉的吸收以及从秸秆向籽粒的转移,都有显著的效果。石灰与泥炭或活性炭配合施用表现为正的交互作用,会在一定程度上促进小麦对镉的吸收。     

生物炭对复合污染土壤—作物中镉砷累积和转运的影响

针对镉砷复合污染土壤中小麦籽粒重金属积累问题,采用生物模拟方法,以镉砷复合污染区土壤为研究对象,探究杏核生物炭(C1和C2分别表示3%和6%生物炭添加量)对复合污染土壤—小麦/玉米系统中镉砷累积和转运的影响。结果表明:添加生物炭(C1、C2)显著降低了小麦季根际/非根际土壤Cd、As有效性,并且小麦籽粒中Cd、As含量分别比CK平均降低19.25%和50.70%,但前者差异不显著。对玉米而言,生物炭C1、C2处理显著降低穗中Cd和As含量,降幅分别为85.67%,61.28%和98.36%,96.48%;此外,施用生物炭显著降低了小麦—玉米体系中镉砷的转运和累积,但对小麦镉由秸秆向籽粒转运及籽粒中镉累积的影响未达显著水平。总之,添加3%生物炭可降低小麦籽粒和玉米穗中镉、砷含量,且对玉米穗中重金属镉、砷降低效果更明显,综合分析生物炭对镉、砷在复合污染石灰性土壤—小麦/玉米体系中迁移和累积的阻控效应,推荐施用3%生物炭为宜。     

叶面喷硒对不同作物籽粒硒含量及产量的影响

分析了黑龙江省主栽作物(水稻、大豆、玉米和小麦)叶面喷硒的效果。结果表明:原始籽粒含硒量以大豆最高,玉米最低,顺序为大豆小麦水稻玉米;而施入等量的硒后,4种作物籽粒硒含量都有明显的提升,提升幅度与喷硒量呈正相关,其中以小麦和水稻增加最高,大豆次之,玉米最少,且硒含量均在安全补硒值的范围之内。叶面喷硒后作物增产效果不明显。确定了叶面喷硒的浓度范围为11.25~22.50 g·hm~(-2),即可使水稻、大豆、玉米和小麦籽粒中硒含量满足低硒区居民补硒的需要;施硒时期综合比较,水稻的最佳喷硒时期是在扬花后期,玉米的最佳喷硒时期是在抽雄期,大豆是在初花期,小麦是在孕穗期。腐植酸硒降低了高浓度硒对作物的毒害作用,在生产实际中更具有安全性。     

洱海流域不同轮作与施肥方式对农田氮磷径流损失的影响

为了探讨洱海流域不同轮作与施肥方式对农田土壤径流氮磷损失的影响,在洱海地区利用田间小区试验,研究了7种轮作模式(大蒜-玉米、大麦-水稻、油菜-水稻、蚕豆-烤烟、大蒜-烤烟、蚕豆-水稻、大蒜-水稻)和3种施肥方式(速效肥、缓释掺混肥、不施肥)下的作物产量以及地表径流氮磷损失特征。与习惯施肥处理(CF)相比,施用缓释掺混肥(BB)能够减少肥料使用量,氮、磷肥减少量分别为9.85%～47.49%和10.81%～63.33%;同时部分作物产量有明显提高,大麦-水稻轮作下水稻产量提高19.69%,蚕豆-水稻轮作下蚕豆产量提高16.99%,大蒜-水稻轮作下大蒜产量提高24.32%,油菜-水稻轮作下油菜产量提高35.79%。7种轮作模式下施用BB肥均能降低土壤径流中氮磷损失,BB处理较CF处理土壤径流总氮和总磷流失量分别降低10.72%～28.80%和17.13%～47.87%。种植烤烟施肥量偏高,易造成土壤径流氮磷流失,总氮和总磷流失量分别达到5 907.00g·hm-2和821.25 g·hm-2;油菜-水稻轮作易造成土壤径流磷损失,总磷损失量达到1 045.77 g·hm-2。研究表明,在洱海地区,施用相应作物专用BB肥能够有效降低土壤径流氮磷损失,蚕豆-水稻轮作是一种较好的减少氮磷面源污染的种植模式。