不同浓度柠檬酸影响茶园土壤氟释放的动力学研究

为阐明茶树高富集土壤氟的化学机制,采用动力学方法研究了茶树根系分泌柠檬酸对茶园土壤氟形态及其在土壤固一液相分配的影响。结果表明,土壤溶出液的pH和电导率随溶出时间的增加而逐渐减小。土壤氟的释放存在快速释放和慢速释放两个阶段,呈现初始（0～6h）溶出浓度较高,而后（6～10h）逐渐减缓的趋势。一级动力学方程、Elovich方程、扩散方程、双常数方程均对土壤氟的溶出过程有较好的拟合,决定系数（R^2）均大于0．91。土壤溶出液中的游离态氟和总氟的释放量随柠檬酸浓度的升高而增加,反应开始前2h的高浓度柠檬酸溶出液中A1-F络合物的浓度较大,反应开始前1h的A1-F络合物主要以A1F3为主,占氟溶出总量的90％左右;随着溶出时间的延长,A1FI的溶出量逐渐增大,并逐渐超过A1F3。高浓度柠檬酸促进土壤氟的溶出释放,有利于A1-F络合物向AlP、AlE形态转化。     

土壤苯并[a]芘多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞抗氧化酶的毒性效应

苯并[a]芘(B[a]P)是具有典型"三致"效应的持久性有机污染物,在土壤中逐步累积,对土壤环境质量造成潜在的威胁。一次污染条件下,B[a]P进入土壤的过程与较低剂量逐步累积的污染过程存在一定差异,在一定程度上会高估B[a]P的环境风险。本试验采用一次污染和多次累积污染2种方法,模拟污染物在土壤中逐步累积的过程,研究土壤B[a]P叠加污染的有效性特征及其在蚯蚓(Eisenia foetida)体内的富集规律,分析蚯蚓体腔细胞超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的毒性效应。结果表明,随着土壤中B[a]P培养时间的延长,B[a]P有效含量、蚯蚓富集量和蚯蚓体腔细胞SOD、POD活性均呈逐渐下降的趋势。在多次叠加污染和一次污染条件下,土壤B[a]P有效含量在培养前期(1~28 d)下降速率分别为2.37μg·kg-1·d-1和3.35μg·kg-1·d-1,后期(28~56 d)下降速率逐步减缓为0.24μg·kg-1·d-1和0.53μg·kg-1·d-1;蚯蚓体内B[a]P富集量在培养前期(1~28 d)下降速率分别为6.94μg·kg-1·d-1和14.84μg·kg-1·d-1,后期(28~56 d)逐步减缓为0.73μg·kg-1·d-1和1.64μg·kg-1·d-1。蚯蚓体内B[a]P富集量与土壤B[a]P有效含量(Tenax吸附提取量)之间呈极显著正相关(P0.01),相关系数(R2)为0.914 7。蚯蚓体腔细胞SOD和POD活性与土壤B[a]P有效含量和蚯蚓体内B[a]P富集量之间分别呈极显著正相关(P0.01),相关系数(R2)分别为0.754 3(SOD)、0.829 6(POD)和0.704 0(SOD)、0.727 1(POD)。在叠加污染条件下,土壤B[a]P有效含量比一次污染低17.1%~38.6%(P0.05),蚯蚓富集量比一次污染低22.6%~46.8%(P0.05),蚯蚓体腔细胞SOD和POD活性分别为一次污染酶活性的49.6%~82.7%和75.5%~109.6%,差异达到显著水平(P0.05)。这表明土壤B[a]P多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞的毒性效应低于一次污染。     

长期施肥对典型潮土钙、镁形态转化及其环境行为的影响

研究了长期(1989—2009年)不同施肥处理下潮土钙、镁累积特征及形态转化规律,探讨了两种典型盐基阳离子及其碳酸盐在农田土壤酸碱缓冲性能、有机质累积等环境过程中的作用。田间试验设置7个处理:有机肥(OM)、OM+无机化肥氮磷钾(NPK)、NPK、NP、PK、NK和不施肥(CK), OM+NPK处理为有机肥和无机化肥氮磷钾各施一半。气量法结合BCR形态分析结果显示,不同施肥条件下潮土耕层(0～20cm)钙、镁元素均出现持续累积过程,不同处理的累积量表现为:NKOMOM+NPKNPKNPPKCK,与土壤晶格态和碳酸盐结合态钙、镁含量变化规律一致,而与金属氧化物和有机复合态钙、镁含量变化规律相反。OM处理下潮土pH及钙、镁元素含量较低,对土壤碳酸盐影响较小。潮土中碳酸盐以碳酸钙为主,碳酸镁次之,部分碳酸根离子与有机质复合,其构成了土壤复杂的酸碱缓冲体系。钙离子与镁离子相比,易于与金属氧化物复合,与有机质的复合能力相对较弱,抑制土壤黏土矿物-金属氧化物-有机碳复合体的形成。     

氨基酸增值尿素对水稻苗期生长及根际微生物菌群的影响

  【目的】   研究氨基酸增值尿素 (AU) 对不同稻作水稻生长、根际养分与微生物群落的影响机制，以期为水稻早期水氮合理调控及氨基酸增值尿素合理施用提供依据。   【方法】   以‘两优华6’水稻和氨基酸增值尿素 (AU) 为试材，开展了水作/旱作盆栽试验。试验共设旱作不施尿素 (GCK)、旱作施普通尿素 (GU)、旱作施氨基酸增值尿素 (GAU)、水作不施尿素 (SCK)、水作施普通尿素 (SU)、水作施氨基酸增值尿素 (SAU) 6个处理，除对照外，其余处理氮磷钾施用量相同。水稻生长30天后，采集水稻植株和根际土壤样品，分析水稻根系生物学性状和根系形态学特征，测定根际土壤养分状况和微生物菌群结构。   【结果】   氨基酸增值尿素 (AU) 较普通尿素 (U) 促进了根系生长，旱作和水作根系鲜重分别增加9.65%和7.56%；旱作模式下，GAU较GU水稻根长、根直径、根表面积和根尖数分别提高45.06%、25.93%、6.17%和90.52%，水作模式下，SAU较SU处理上述各指标同样有所提高，但增幅有所降低；施氮量相同条件下，旱作水稻根长、根直径、根表面积和根尖数均明显低于水作，其中GU较SU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低了26.20%、15.63%、2.52%和13.95%，GAU较SAU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低6.00%、6.42%、5.49%和13.28%，降幅明显减小。旱作GAU较GU处理根际有机碳、全氮和微生物氮含量分别增加了17.04%、18.18%和30.00%，水作SAU较SU处理根际铵态氮和微生物氮分别增加了39.70%、38.01%，而硝态氮下降幅度达 33.70%。旱作和水作条件下，氨基酸增值尿素、普通尿素处理的细菌总数分别为1.88 × 107、1.59 × 107 cfu/g和1.93 × 107、1.57 × 107 cfu/g，分别增加18.23%和22.93% (P < 0.05)，氨化细菌数量分别为1.62 × 107、8.14 × 106 cfu/g和2.26 × 107、8.46 × 106 cfu/g，硝化细菌数量分别为1.96 × 103、1.13 × 103 cfu/g和1.64 × 103、1.08 × 103 cfu/g，增加幅度在0.52～1.67倍。旱作优势种群为鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)，相对丰度为18.78%～22.59%；水作则以气单胞菌属 (Aeromonas) 和黄杆菌属 (Flavobacterium) 为优势种群，相对丰度分别为43.09%～52.72%和14.86%～18.87%。与普通尿素处理相比，SAU处理根际土壤Aeromonas和旱作根际土壤Sphingomonas显著降低，而GAU处理uncultured_bacterium_c_Subgroup_6显著增加；土壤全氮、铵态氮和有机碳含量与微生物群落结构显著相关。   【结论】   与普通尿素相比，氨基酸增值尿素可显著促进水稻生育早期根系生长和根系形态建成，增加根际生物量碳、氮，降低水作根际硝态氮含量，增加铵态氮含量，增加根际细菌总量，提升根际细菌群落多样性，有利于水稻氮素吸收。在旱作条件下，氨基酸增值尿素促进水稻根系生长发育和土壤细菌数量的效果优于水作条件下。     

长期秸秆还田对典型砂姜黑土胀缩特性的影响机制

易于胀缩是砂姜黑土最典型的属性障碍因子之一。该文依托长期定位试验(2007―2017年)研究了秸秆还田对砂姜黑土收缩的影响机制。田间试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规氮磷钾(F),及氮磷钾配施下的玉米秸秆还田(MSF)、小麦秸秆还田(WSF)和小麦-玉米双季秸秆还田(WMSF)。结果显示土壤容重(soil bulk density,SBD)呈现WMSFWSF≈MSF≈FCK,与土壤田间持水量(fieldmoisturecapacity,FC)的变化规律相反。WMSF处理土壤田间持水量为38%,高于CK处理7.38%。土壤比容积差值与土壤线性伸展系数(coefficient of linear extensibility,COLE)和有机质(soil organic matter,SOM)含量均呈显著正相关(P0.05)。土壤收缩主要集中于正常段和滞留段,而质量含水量下降则表现在结构段和滞留段较为明显。尽管秸秆还田,尤其MSF处理结构段土壤含水量较大,但土体未发生明显收缩行为。综上所述,SOM累积因自身胀缩造成土体更强烈收缩,但通过水养增容实现了土体易于胀缩属性障碍因子的消减。小麦秸秆还田可显著提升土壤SOM含量,而玉米秸秆还田因难以腐化对土壤大孔隙度影响较大,小麦-玉米双季秸秆还田更符合该类型土壤农业生产中有机质提升、结构改善,水养增容的实际需求。     

我国典型省份小麦和玉米农田化学氮肥施用与生产运输过程的温室气体排放量估算

基于相关统计数据,通过文献调研方法,估算了我国河南、河北和山东3个典型省份在小麦和玉米上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量,包括化学氮肥施用产生的土壤N_2O直接排放、通过挥发沉降和淋溶径流途径损失的氮素导致的N_2O间接排放以及不同种类化学氮肥在生产和运输过程中的温室气体排放。结果表明:河南、河北和山东3个典型省份在小麦上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量分别为1536万、847万、1153万t CO_2–eq·a–1,单位播种面积温室气体排放量分别为2.85、3.61、3.09 t CO_2–eq·hm–2·a–1,单位产量温室气体排放量分别为0.46、0.60、0.51 t CO_2–eq·t~(–1)·a~(–1);相应省份在玉米上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量分别为717万、720万、912万t CO_2–eq·a–1,单位播种面积温室气体排放量分别为2.19、2.27、2.92 t CO_2–eq·hm–2·a–1,单位产量温室气体排放量分别为0.40、0.43、0.46 t CO_2–eq·t~(–1)·a~(–1)。研究表明,化学氮肥消费带来的温室气体排放主要来自于化学氮肥在生产过程中的温室气体排放以及化学氮肥施用导致的土壤N_2O直接排放这两部分。     

ABC转运蛋白介导离子跨膜运输的研究进展

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白）是一类大量存在于原核生物及真核生物的跨膜转运蛋白,其种类繁多、家族庞大且功能多样,主要功能是利用ATP水解产生的能量将底物进行逆浓度梯度跨膜运输,同时还参与抗原传递、信号传导和细胞解毒等很多重要的生物生理过程。综述了ABC转运蛋白的结构特点、跨膜吸收机制及影响因素,为研究ABC转运蛋白跨膜吸收转运养分离子及其抵抗非生物逆境胁迫提供理论支撑和研究思路。     

蔬菜不同部位对DDTs的富集与分配作用

在可控条件下研究了人为污染土壤中DDT类污染物在蔬菜(菠菜和胡萝卜)不同部位的富集与分配规律.结果表明,DDT类污染物在菠菜和胡萝卜叶部和根部均有一定富集,其中菠菜叶面富集量占富集总量的68.6%～92.2%之间;而胡萝卜叶部富集占富集总量的34.9%～41.6%之间.不同DDTs在菠菜和胡萝卜体内的生物富集量呈:P,p'-DDE>p,p'-DDT>p,P'-DDD>o,p'-DDE>o,P'-DDT的规律.DDTs通过不同途径在菠菜和胡萝卜内的生物富集系数表现如下规律:BCF大气-菠菜>BCF大气-胡萝卜>BCF土壤-胡萝卜>BCF土壤-菠菜.不同DDTs在蔬菜体内的生物富集系数表现为:BCFp,p-DDE>BCFo,p'-DDE>BCFp,p'-DDD>BCFp,p'-DDT>BCFo,p'-DDT.由于DDTs在蔬菜体内富集后,可沿食物链传递和放大,对农产品质量和人体健康构成直接威胁.     

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

长期施肥下黑土有机肥替代率变化特征

探索长期施肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力提升的关系,可为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。对吉林省公主岭黑土32年的长期肥力试验定位观测数据进行系统分析,基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程探讨高产条件下施用不同量有机肥的黑土有机肥替代率的变化特征。研究表明,作物产量随着有机肥施用年限增加逐渐提高,32年的持续施肥,施用有机肥的作物产量趋同甚至高于NPK化肥处理的作物产量。基于作物氮素吸收量,高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关(P0.01),高量有机肥处理(M2)的有机肥替代率高于常量有机肥处理(M1);且有机肥施用29年后,高量有机肥处理(M2)的有机肥替代率达到100%,并保持稳定不变。基于土壤氮素供需方程估测的常量和高量有机肥处理(M1和M2)的有机肥替代率与基于作物氮素吸收量得到的有机肥替代率相关系数(R2)达到0.78和0.84(P0.01),相对均方根误差(RMSE)均小于15%(分别为10.4%和14.6%),表明土壤氮素供需方程可以较好地估测土壤有机肥替代率。基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程能够准确反映长期有机培肥下黑土有机肥替代率的变化规律。本研究结果表明,基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程两种方法验证,高产条件下有机肥替代率是土壤肥力的函数;随着有机肥施肥年限的增加,土壤肥力提升,有机肥替代率逐渐增加。