氟喹诺酮类抗生素在我国农田土壤中 残留及其风险研究进展

氟喹诺酮类抗生素由于其广谱性而被广泛使用,已在河流、沉积物和土壤等环境基质中普遍检出。而农田作为兽用抗生素的主要归宿,其在土壤中的残留与风险引起普遍关注。对我国农田土壤中氟喹诺酮类抗生素的检测方法、残留现状、主要来源以及潜在的生态风险进行了综合归纳,并在此基础上提出了对农田土壤中氟喹诺酮类抗生素残留的消减对策,以及今后的研究重点和方向。     

长期不同施肥对红壤性水稻土磷素及水稻磷营养的影响

【目的】合理的土壤磷素管理对作物生产和环境保护具有重要意义。南方双季稻田土壤磷素特征及磷素吸收信息相对缺乏，本文利用江西省稻田土壤质量演变定位监测试验为平台，系统分析长期不同施肥措施下土壤全磷、磷活化系数及水稻磷素吸收量的变化特征和全磷与磷盈亏的响应关系等，为指导磷肥合理施用提供重要科学依据。【方法】从1984年开始在江西省南昌市进行长期定位试验，设置8个处理，分别为不施肥对照 (CK)，PK、NP、NK、NPK、70%化肥氮+30%有机肥氮 (70F + 30M)、50%化肥氮+50%有机肥氮 (50F + 50M)、30%化肥氮+70%有机肥氮 (30F + 70M)。早稻施用纯N、P₂O₅和K₂O量分别为150、60和150 kg/hm2，晚稻分别为180、60和150 kg/hm2。早、晚稻施用的氮、磷、钾化肥均分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，有机肥分别为紫云英 (N、P₂O₅、K₂O含量分别为0.30%、0.08%、0.23%) 和腐熟猪粪 (N、P₂O₅、K₂O含量分别为0.45%、0.19%、0.60%)。除30F + 70M处理，其余处理均为等氮磷钾设计。于1984—2012年每年早、晚稻收获期采集秸秆和稻谷计产，并于晚稻收获后，测定土壤全磷和有效磷含量。分析土壤全磷、磷活化系数 (PAC) 及早、晚稻磷素吸收量随种植年限的变化规律，研究土壤全磷含量与磷累积盈亏的响应关系。【结果】经29年连续试验，NK处理土壤全磷含量以每年4.6 mg/kg的速度下降，而含磷化肥处理土壤全磷含量升高速率为3.3～19.4 mg/(kg·a)。有机无机配施处理 (70F + 30M、50F + 50M和30F + 70M) 升高速率平均为16.1 mg/(kg·a)，是施NPK肥处理的4.89倍。施磷土壤全磷含量平均增至1.07 g/kg (2010—2012平均值)，较初始值提高了1.18倍。不施磷肥处理土壤磷活化系数 (PCA) 由试验初始的4.24%下降至2.5%左右，施磷肥处理则均显著升高，其中有机无机配施处理平均升高至8.51%，平均年升高速率是施NPK处理的2.89倍。早、晚稻磷素吸收量，施磷肥 (PK、NP和NPK) 和化肥配施有机肥处理 (70F + 30M、50F + 50M和30F + 70M) 均显著高于CK，提高幅度分别为29.9%～124%和28.6%～103%，均衡施肥 (NPK、70F + 30M、50F + 50M和30F + 70M) 磷素吸收量显著高于不均衡施肥 (PK和NP) 处理，前者平均分别较后两者提高了38.7%和32.9%。早、晚稻产量与磷素吸收量呈极显著线性正相关关系，每吸收磷 (P) 1 kg，早稻和晚稻产量分别可提高115和106 kg/hm2。不施肥 (CK) 条件下，土壤全磷变化与累积磷盈亏间无显著相关关系，施NK肥处理土壤中每亏缺磷100 kg/hm2，土壤全磷含量降低6.0 mg/kg，施化学磷肥的3个处理，土壤中每盈余磷100 kg/hm2，平均提高9.3 mg/kg，而3个有机–无机配施处理，土壤中每盈余磷100 kg/hm2，平均增加63.3 mg/kg，是无机磷肥的6.78倍。【结论】无论是单施化学磷肥，还是有机无机配施均有效提高土壤全磷含量及磷活化系数，且在等磷量投入条件下，有机无机配施较单施化肥的效果更优。建议减少中国南部红壤性稻田土壤的总磷输入量和提高有机肥施用比例，以改善粮食生产和保护环境。     

不同比例有机肥替代化肥对水稻产量和氮素利用率的影响

在江西双季稻区进行30 a的田间定位试验,比较不施氮肥(CK)、施用化肥(NPK)、等养分条件下70%化肥配合施用30%有机肥(70F+30M)、50%化肥配合施用50%有机肥(50F+50M)、30%化肥配合施用70%有机肥(30F+70M)施肥条件下水稻产量、氮素吸收、氮素利用率的变化。结果表明:与等养分量NPK处理相比,有机无机肥配施处理能显著提高30 a双季稻平均产量(P0.05),增产幅度在2.47%～5.73%,其中30F+70M处理产量最高,且不同比例有机无机肥配施处理之间有显著差异,30F+70M处理显著高于50F+50M处理(P0.05)。在不同时间段,不同有机无机肥配施处理产量表现不同,低量有机肥配施处理在试验前期具有明显的增产优势,高量有机肥配施处理在试验中后期增产效果明显。与等养分量NPK处理相比,有机无机肥配施处理30 a平均吸氮量无显著差异,不同施肥处理每生产1 t籽粒对氮素的需求不同,有机无机肥配施处理(20.57～20.94 kg)低于NPK处理(21.77 kg),其中30F+70M、70F+30M处理具有较高的氮素生产效率。有机无机肥配施处理30 a平均氮肥吸收利用率与等养分条件下NPK处理无显著差异,但氮肥生理利用率显著提高。有机无机肥配施能提高双季稻产量、氮素利用效率,不同肥力水平稻田应选择适合的比例,中低肥力水平稻田以30%有机肥配施较为合适,而高肥力水平稻田宜选择50%、70%有机肥配施较为合适。     

长期不同比例有机肥-化肥配施下红壤性水稻土氮素矿化特征

土壤有机氮的矿化是土壤氮素肥力的重要指标之一,也是影响作物产量至关重要的因素。以33年长期定位试验为依托,对红壤性双季稻田土壤氮累积、矿化动力学特征等进行系统研究。定位试验始于1984年,选取其中5个施肥处理:不施肥(CK),施氮磷钾肥(NPK),施50%化肥+50%有机肥(50F+50M),施30%化肥+70%有机肥(30F+70M),施70%化肥+30%有机肥(70F+30M),于2017年早稻种植前采集耕层(0～20 cm)土壤样品,采用淹水密闭间歇淋洗法,对土壤氮矿化量和速率进行测定,并采用一级动力学方程拟合土壤氮矿化势(N_0)、矿化速率常数(k)等。结果表明,长期施肥显著提高土壤有机碳、全氮、碱解氮含量,以有机无机肥配施提升效果最为显著,且随有机肥投入量增加而递增,30F+70M处理较NPK处理显著提高铵态氮、硝态氮及总矿质氮含量,分别提高了47.0%、64.6%和49.7%。连续施肥33年后,施肥显著提高了土壤净矿化速率和土壤矿化氮释放量,排序为30F+70M50F+50M70F+30MNPKCK,配施有机肥较施化肥处理显著提高了土壤矿化氮累积释放量和土壤氮素矿化率,分别是化肥处理的2.70和1.41倍。长期施肥均显著提高了土壤氮素矿化势(N_0),提高幅度为65.9%～196.0%,配施30%有机肥(70F+30M)较施化肥处理(NPK)可显著增加水稻土氮素矿化势,降低氮矿化速率常数。土壤有机质、全氮、碱解氮及铵态氮含量显著影响N_0、N_0/N、累积矿化量及矿化率,土壤氮矿化速率常数(k)与C/N呈现极显著负相关。长期化学氮肥与低比例有机肥配施,使水稻土供氮缓慢而持久,在水稻的生长发育过程中能够不断地补充氮素。     

硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放特征研究

通过土壤培养法和饱和盐溶液蒸汽压法,研究硅基膜材缓控释肥在不同土壤温度、含水量和水蒸汽压条件下的氮素释放特性,探讨土壤温度、含水量和水蒸汽压因素对其氮素释放的影响,阐述其在红壤中的控释机制。结果表明:硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放速率均随土壤温度、水分含量和水蒸汽压升高而明显提高,其中温度是主要影响因素。不同条件下,包膜肥料的氮素释放率随培养时间的变化均符合一级动力学方程。包膜尿素在15、25、40 和60℃的红壤中,氮素累积释放率达80% 所需要的时间分别为140、110、25 和10 d。土壤含水量为10% 时,养分释放受抑制;当土壤含水量由20% 上升至40%,养分释放速率加快,释放期缩短20 d。养分释放速率常数k 随水蒸汽压差的增大而增加;相同培养时间内,氮素累积释放率H2O>KH2PO4 饱和溶液>KCl 饱和溶液。土壤温度和含水量均通过改变包膜内外水蒸汽压而影响养分释放速率。在实际应用过程中,致使硅基膜材缓控释肥膜内外水蒸汽压变化的因素,均对其养分释放速率产生影响。     

长期有机无机肥配施对红壤性水稻土微生物生物量和有机质结构的影响

为研究长期有机无机肥配施对红壤性水稻田作物产量、土壤微生物生物量及有机碳分子结构的影响,以始于1984年的江西红壤性水稻田长期定位试验为平台,选取的试验处理包括：不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和等养分条件下70%化肥配施30%有机肥（NPKM1）、50%化肥配施50%有机肥（NPKM2）、30%化肥配施70%有机肥（NPKM3）,采用固体¹³C核磁共振测定了土壤有机碳组分含量,分析了土壤化学指标和土壤微生物生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）和微生物生物量氮（Microbial biomass nitrogen,MBN）。结果表明,连续34年的不同施肥处理显著影响了水稻产量、土壤微生物生物量及土壤有机碳（SOC）分子结构。与NPK处理相比,有机肥配施（NPKM1、NPKM2、NPKM3）提高了水稻产量,增幅为6.5%~7.7%（P>0.05）,中低有机肥配施比例（30%和50%）稳产效果更优。长期单施化肥使土壤严重酸化,而配施有机肥可减缓土壤酸化。长期施肥处理MBC和MBN较CK处理分别显著提高17.0%~71.1%和104.1%~267.0%,但MBC/MBN下降,有机无机肥配施处理较NPK处理提高了微生物熵。长期单施化肥主要提高了烷基碳的相对含量,而配施有机肥同时提高烷基碳和烷氧碳（甲氧基/含氮烷基碳）含量,有利于土壤活性有机质累积。Pearson相关性分析表明土壤微生物生物量与SOC、氮磷养分指标及甲氧基/含氮烷基碳呈显著或极显著正相关,与芳基碳和羧基碳呈显著负相关。冗余分析显示SOC、有效磷、速效钾及烷基碳等对水稻产量的影响较大。研究表明,在供试条件下,长期实行中低比例有机肥配施化肥有利于提高土壤养分和土壤微生物生物量,并改善土壤有机质结构,是维持作物高产和提升土壤质量的有效施肥措施。     

硅钙钾镁肥对南方稻田土壤酸度的改良作用

为明确硅钙钾镁肥阻控土壤酸化的效果和作用,采用连续4a的硅钙钾镁肥田间定位试验,以农民习惯施肥处理为对照(CK),分析在农民习惯施肥基础上增施750、1125、1500和1875kg·hm~(-2)硅钙钾镁肥对稻田土壤剖面pH、电导率(EC)、交换性酸、交换性盐基离子、酸碱缓冲容量和碱产生量的影响。结果表明:农民习惯施肥降低了0～30 cm土壤pH,导致土壤酸化,酸化率为2.88kmol·hm~(-2)·a~(-1);与之相反,硅钙钾镁肥能显著提高土壤pH,较CK处理在0～15 cm和15～30 cm分别提高了1.22～1.58和0.35～0.64个pH单位,并产生大量碱,在0～30 cm达到了9.93～13.82 kmol·hm~(-2)·a~(-1),其中0～15 cm占80%。与CK处理相比,硅钙钾镁肥能显著增加0～30 cm土壤EC、交换性Ca~(2+)、交换性Mg~(2+)、盐基饱和度及0～15 cm交换性K+,减少0～30 cm交换性酸,特别是交换性Al3+。土壤交换性酸消耗量中硅钙钾镁肥释放的交换性盐基和相应碱贡献了104.3%,是交换性酸减少的主要途径。总之,多次大量施用硅钙钾镁肥在显著提高0～30 cm交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)和0～15 cm交换性K+含量的同时,有效改良了表层(0～15 cm)和亚表层(15～30 cm)稻田土壤酸性,用量越大,效果越明显,释放的Ca~(2+)、Mg~(2+)盐基离子和碱是土壤酸化阻控的主要作用机制。     

长期施肥对红壤性水稻土颗粒有机质和矿物结合态有机质含量与化学组成的影响

以江西红壤地区双季稻田肥料定位试验为依托,研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及3种不同比例有机无机肥配施(LM、MM、HM)对红壤性水稻土全土、颗粒有机质(POM)和矿物结合态有机质(MinOM)组分碳、氮含量及其化学结构的影响。结果表明:施肥处理全土、POM和MinOM组分中有机碳、全氮含量均显著高于CK处理(P<0.05);与CK处理相比,施肥提高了POM组分质量分布,其中中、高量有机肥配施(MM、HM)分别显著提高POM组分质量分数15.7%和25.1%;施肥处理POM有机碳对土壤有机碳贡献率显著增加13.4%~42.6%;施肥处理未显著影响全土和MinOM组分碳氮比,但显著降低了POM组分碳氮比,降低量为16.8%~25.0%。与NPK处理相比,有机无机配施处理显著提高POM-C/MinOM-C值27.7%~70.2%,提高了土壤有机质活性。红外光谱分析显示,施肥处理较CK处理分别提高全土烷基碳和芳香碳相对含量5.4%~33.2%和0~12.2%;而施肥处理提高了POM烷基碳含量并降低了其芳香碳含量,但几乎不影响POM羧基碳含量,其中MM、HM处理POM烷基碳含量分别较CK处理显著提高12.4%和40.6%;除NPK处理降低了MinOM烷基碳含量外,施肥均提高了MinOM烷基碳和羧基碳含量并降低了其芳香碳含量,其中NPK处理较CK处理显著提高MinOM羧基碳含量70.8%。研究结果说明施肥能提高供试土壤全土及各土壤组分有机碳、全氮含量,与单施化肥相比,有机无机配施更有利于提高土壤POM数量及其结构活性,改善稻田土壤质量。