新时代土壤化学前沿进展与展望

土壤化学是重要的土壤学基础分支学科。在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点。土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑。新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展。同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步。新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现"0到1"的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的"三多"交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持。     

当前部分有机肥料中的持久性有机污染问题

持久性有机污染物是目前已知对人类生存威胁最大的一类污染物,已经证实有些畜禽粪便等有机肥中存在持久性有机污染物,特别是一些抗生素类污染物。这些污染物通过施肥进入农业土壤,进而进入食物链,危害人类身体健康。然而人们并没有意识到有机肥料中的相关污染问题。我国国内尚没有关于农田环境、有机肥料、农作物的抗生素类等有机污染的研究报道,国内外文献也少见报道抗生素类等有机污染物对作物生长发育的影响。开展有机肥料中持久性有机污染物的环境安全、演变趋势和控制原理研究,是我国环境安全、履行斯德哥尔摩公约、应对WTO绿色贸易壁垒、促进可持续发展的重大需求。本文概述了持久性有机污染物的内涵、与有机肥料的关系,介绍了抗生素类有机污染物的研究现状,提出了未来的应对策略。     

土壤微生物铁循环及其环境意义

铁是土壤中重要的高活性高丰度元素。铁的生物地球化学循环包括铁还原与亚铁氧化两个过程,需要微生物提供基本驱动力,已经成为陆地表层系统研究的国际热点。铁循环控制着土壤有机物矿化、反硝化、甲烷产生、重金属固定等环境过程,是连结土壤养分循环与污染物转化的纽带。从生物地球化学循环的角度,综述了微生物作用下的铁还原、亚铁氧化过程及其主要微生物类群,重点论述了厌氧条件铁还原与亚铁氧化的环境效应及其地球化学机理,以及铁还原与亚铁氧化两个过程的协调及其调控因子。本文将有助于深入理解地球表层的关键环境过程与驱动机制。     

铁改性木本泥炭对镉砷复合污染稻田的修复效果研究

铁改性木本泥炭是一种新型环保有机类土壤调理剂,在稻田镉砷复合污染治理方面具有很大的应用潜力。为研究铁改性木本泥炭对稻田镉砷同步钝化效果的稳定性,在珠三角地区开展了三年的田间定位试验。结果表明:施加铁改性木本泥炭可显著降低稻米镉砷含量,下降率分别达到了41.3% ～ 57.6%和40.1%～55.8%;;可显著促进水稻增产,水稻单季撒施2 250 kg/hm~2铁改性木本泥炭,水稻增产810 ～1 125 kg/hm~2,增产率为14.3% ～18.4%;土壤的有效态镉和有效态砷含量同步降低,下降率分别为25.8% ～ 46.4%和42.6%～ 56.1%。而单施木本泥炭仅对稻米镉的吸收积累表现出较好的抑制作用,单施铁粉仅抑制了稻米砷的积累。此外,施加铁改性木本泥炭后,土壤pH提高了0.33 ～ 0.44个单位,有机质增加了2.1 ～ 3.3 g/kg,阳离子交换能力(CEC)提高了1.0～2.6 cmol/kg。这表明铁改性木本泥炭可以有效改善土壤的理化性质。对比2016—2018三年(六季)铁改性木本泥炭修复稻田镉砷复合污染效果发现,3年间早稻稻米镉砷含量下降率、产量增幅的年际差异均较小,晚稻亦然,表明铁改性木本泥炭可以稳定地抑制稻米镉砷积累、提高稻米产量。     

试论我国有机无机肥料的配合施用

有机肥是我国肥料结构中的重要组成部分，是我国肥料中磷钾和微量元素的主要来源。有机无机肥料配合施用对于提高作物产量和农业持续发展具有重要意义。传统有机肥的生产和投入方式难以适应现代农业的需求。商品有机无机复肥是有机无机肥料配合施用的有力措施，它将推进有机农业现代化的发展，本文还讨论了有机无机肥料配合施用的一些基本原理。     

不同填充料对猪粪堆肥腐熟过程的影响

采用稻草、木屑、粉煤灰、树叶为猪粪堆肥的填充料，研究了不同填充料与猪粪混合堆肥的温度、总氮、NH4^ —N、NO3^-—N、水溶性有机碳(DOC)和种子发芽系数随时间的变化规律。结果发现，稻草在堆肥过程中很容易腐烂和结块，不宜单独用作猪粪堆肥的填充料；稻草 粉煤灰或树叶 木屑作为填充料加入猪粪混合堆肥中可改善堆肥物料的物理性质，减少物料的结块现象，促进NH4^-—N向NO3^-——N转化，有利于水溶有机碳的分解，提高种子发芽率，促进堆肥的腐熟。     

絮凝—光催化处理实际染料废水的研究

采用絮凝－光催化氧化工艺成功地处理了实际染料废水;研究了ＣＯＤ光催化降解动力学。ＣＯＤ和ＢＯＤ５浓度分别为２１７９ｍｇ／Ｌ、２９５ｍｇ／Ｌ染料废水,经絮凝－光催化处理后,出水ＣＯＤ和ＢＯＤ５分别为２１４ｍｇ／Ｌ、１８．５ｍｇ／ｌ,ＦＣＵ Ｂ去除率分别为９０．１％、９３．７％。     

广东集约化养猪业的环境影响及其防治对策

分析和评价广东省的养猪场粪尿废水排放总量、污染物排放强度和废水治理现状,指出集约化养猪业对地表水、地下水、空气污染的严重性。养猪业排放的固体废弃物总量超过生活垃圾与工业固体废物总量：ＣＯＤ排放总量与生活废水及工业废水排放ＣＯＤ总量接近,并且排放量的Ｎ、Ｐ、Ｋ等营养盐。养猪业已成为主要的有机污染源和Ｎ等营养盐污染源。分析了养猪业污染防治中存在的问题,提出采用综合的防治的方法解决广东省集约化养猪场污染     

新丰江水库富营养化现状及其综合防治对策

新丰江水库水质可满足ＧＢ３８３８－８８Ⅱ类水质要求,基耒平为贫中营养状态;磷为主要污染物;氮磷负荷均略大于可接受的纳污负荷。本文还提出了有效控制新丰江水库富营养化进程的若干建议和措施。     

水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制

砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，和菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移基因(arsM)丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA)，菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌(例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。