不同氮肥类型及配施壳聚糖对八宝景天修复镉污染土壤的强化效果

  【目的】  八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 是研究最多的修复Cd污染土壤的植物之一，但还需进一步提高其修复效率以增加其实际应用价值。本研究比较分析了不同氮肥类型以及螯合剂对污染土壤上八宝景天Cd吸收转运的影响及其作用机制，以期为强化八宝景天Cd修复效率提供科学依据和技术支持。  【方法】  采用八宝景天进行了盆栽试验，供试土壤为采自四川绵竹的潴育水稻土和广西阳朔的棕色石灰土，两个土壤Cd含量均超过我国农田土壤污染风险筛选值。在氮磷钾肥料施用量一致的条件下，设置生理中性的碳酸氢铵 (NH₄HCO₃)、生理酸性氯化铵 (NH₄Cl)、生理碱性氨水 (NH₃·H₂O) 以及NH₄HCO₃配施壳聚糖4个处理。八宝景天生长20天后，测定根、茎、叶生物量和Cd含量，并测定了根际土壤pH、有效态Cd含量以及不同形态Cd含量。  【结果】  NH₄Cl较NH₄HCO₃处理降低了两种土壤根际pH，提高了有效态Cd含量。NH₄HCO₃配施壳聚糖处理对根际土壤酸化效果强于NH₄Cl处理，潴育水稻土和棕色石灰土两种土壤根际有效态Cd含量分别较NH₄Cl处理提高18.6%和15.5%。此外，与施用NH₄HCO₃相比，NH₄Cl提高了两种土壤水溶态和弱酸提取态Cd含量，而NH₄HCO₃配施壳聚糖处理虽使水溶态Cd含量增加，但由于壳聚糖与土壤中Cd形成稳定性较强的络合物，同时促进了八宝景天对弱酸提取态Cd的吸收，因此其根际弱酸提取态Cd含量无显著差异。NH₄HCO₃、NH₄Cl和NH₃·H₂O 3种氮肥类型对八宝景天生长和Cd吸收转运的促进作用无显著差别，而NH₄HCO₃配施壳聚糖则使八宝景天生物量较其他施氮处理显著提高了29.6%～79.8%，同时NH₄HCO₃配施壳聚糖对八宝景天Cd吸收转运的促进作用受土壤类型、理化性质和污染程度的影响，对棕色石灰土上八宝景天各部位Cd含量、生物富集系数和转运系数分别提高了16.0%～143.4%、45.8%～137.5%和25.3%～81.6%，而在潴育水稻土上促进作用均较小。  【结论】  在施氮量一致的情况下，施用生理酸性氮肥有利于促进八宝景天Cd吸收，肥料和壳聚糖配施可能是强化八宝景天Cd修复效率的有效措施。其强化效果在中性偏碱性土壤上好于在酸性土壤上。     

不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响

选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。     

设施菜地土壤中速效磷是镉生物有效性的关键调控因子

通过田间实地调查与取样分析,运用简单相关、回归方程拟合和主成分分析等方法,研究了关中设施蔬菜种植区土壤中镉(Cd)的生物有效性及其与土壤速效磷含量(AP)、有机质含量(OM)和pH值等土壤基本理化性质的相关性,并研究了各基本理化因子对其的调控作用。结果表明:(1)研究区内设施菜地土壤中镉的有效态含量(DTPA浸提,CdA)与设施菜地土壤中速效磷含量、有机质含量和pH值均存在显著相关关系(P0.05),与土壤阳离子交换量、电导率不相关。(2)通过对土壤有效镉含量和与其呈显著相关关系的土壤基本理化性质指标分别进行回归方程拟合得出:y1[CdA]=0.501 5x1[AP]+0.010 6(R2=0.345 2,P0.01)、y2[CdA]=0.370 7x2[OM]+0.028 6(R2=0.139 0,P0.01)、y3[CdA]=-0.055 2x3[pH]+0.564 1(R2=0.050 9,P0.05),土壤中有效镉含量主要受以上三个因子的影响;通过多元回归方程拟合,土壤有效态镉含量的表达式为y4[CdA]=0.174 8+0.435 2x1[AP]+0.049 0lgx2[OM]-0.013 2x3[pH](R2=0.368 6,P0.01);主成分分析发现,土壤速效磷含量是设施菜地土壤中镉的生物有效性的关键调控因子。(3)研究区蔬菜果实中镉含量与土壤镉有效态含量的相关系数为0.464,高于其与土壤镉全量(CdT)的相关系数(0.387),从食品安全和健康风险控制的角度考虑,在设施菜地土壤污染风险评价中,认为以土壤镉有效态含量替代土壤镉全量可以更准确地表征土壤镉的安全风险。因此,设施蔬菜生产过程中,应严格控制土壤速效磷含量,以降低土壤有效镉含量,从而保证设施蔬菜产品的食品安全。     

湿地植物铅的富集特征及根际铅移动性的影响因素研究

【目的】 揭示湿地植物铅的富集特征及根际铅移动性影响因素的作用机理，为人工湿地修复重金属污染水体提供理论指导和依据。 【方法】 通过根箱法研究了五种挺水湿地植物 (大叶皇冠草、黑籽荸荠、圆币草、草龙、小婆婆纳) 根际 pH、氧化还原电位 (Eh)、Fe2+ 和 Fe3+ 浓度、铅 (Pb) 的化学形态及移动性的变化。 【结果】 与非根际相比，五种植物根际pH下降，Fe2+ 和 Fe3+ 浓度显著下降，Eh显著升高，Pb的移动性显著降低 (P<0.05)。与非根际相比，根际pH下降幅度为 0.1～0.4个单位，根际Fe2+和 Fe3+浓度下降幅度为0.6～2.7 mmol/kg。土壤中铅的存在形态主要以残渣态为主 (36.39%～47.54%)，其次是铁锰氧化物结合态 (30.16%～41.64%)、有机质结合态 (8.85%～15.08%) 和碳酸盐结合态 (6.89%～12.46%)。五种湿地植物根际Pb的移动性降低的主要原因是根际碳酸盐结合态Pb含量显著下降，其中大叶皇冠草受根际pH、Eh、Fe3+和Fe2+的影响导致其根际Pb移动性降低效应最为显著。 【结论】 五种供试植物Pb主要分布在根部；根表富集的铁膜数量显著高于锰膜数量；供试植物根际Fe3+含量与Pb的移动性因子呈极显著正相关，湿地植物根系铁氧化能力对降低其根际重金属的移动性有重要作用。本研究为人工湿地修复重金属污染水体提供了有力的理论依据。      

不同来源氮素配合施用提高东北春玉米氮素利用与改善土壤肥力的可持续性研究

【目的】研究不同氮素形态对东北春玉米氮素利用和土壤肥效的影响，为氮素养分持续高效利用和培肥土壤提供理论依据。 【方法】2013～2015 年连续三年在东北典型春玉米种植区开展田间定位试验，在相同磷钾肥施用前提下，试验设 4 个处理:1) 50% 玉米秸秆氮 (N0)；2) 100% 速效氮 165 kg/hm2 (N1)；3) 60% 速效氮 + 20% 有机肥氮 + 20% 缓释氮，施氮量 165 kg/hm2 (N2)；4) N2 + 生物炭，生物炭量相当于 50% 玉米秸秆 (N3)。收获期测定耕层土壤基本理化指标、作物产量及氮素利用率、基肥和追肥后土壤 N₂O 排放量。 【结果】1) 三年玉米平均产量 N1、N2 和 N3 处理分别比 N0 处理显著增加了 62.7%、67.7% 和 80.1% (P < 0.05)；N2 和 N3 处理分别比 N1 处理增产 3.0% 和 10.7%；N3 处理玉米产量可持续性指数 (SYI) 最高，产量可持续性最好。2) 与 N1 处理相比，2013 年和 2014 年累计化肥氮利用率 N2 和 N3 处理分别增加了 8.4% 和 12.7%、10.2% 和 15.5%，2015 年分别显著增加了 8.4% 和 12.7% (P < 0.05)。N2 和 N3 处理累计化肥氮利用率呈现逐年增加的趋势，且 N3 处理增加幅度大于 N2 处理，说明 N3 处理氮肥的后效更加明显。3) 施氮处理显著提高了土壤 N₂O 累积排放量 (P < 0.05)，N3 处理较 N1 处理显著降低了 53.2%；4) N3 处理的综合土壤肥力指数 (IFI) 最高，N3 处理在农学、土壤肥力和环境效应评价中最优。 【结论】在总氮施用量不变的前提下，以添加适宜比例生物炭、有机肥和缓释氮肥替代部分速效化肥氮，可协同实现东北春玉米持续稳产、氮素养分持续高效利用和土壤肥力的可持续改善。     

八宝景天–柑橘间作降低柑橘根际土壤镉含量以减少对镉的吸收

  【目的】  超富集植物与经济作物间作是实现重金属污染农田边生产边修复的有效措施。为此，研究八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 和柑橘间作对柑橘重金属吸收累积的影响，为柑橘生产提供安全、经济有效的栽培措施。  【方法】  以早熟和晚熟柑橘、八宝景天为试材进行盆栽试验，以全Cd含量为0.92 mg/kg的污染土壤和0.06 mg/kg的清洁土壤为供试土壤。分别设置早熟和晚熟柑橘单作、八宝景天单作、早熟和晚熟柑橘–八宝景天间作和柑橘–八宝景天限制性间作，共7个处理，限制性间作采用半透膜根际袋将八宝景天和柑橘根系分开。在植株生长74天 (7月) 和218天 (12月)时采样，调查植株生物量和Cd含量，分别测定根际土壤全Cd和有效态Cd含量。  【结果】  与柑橘单作相比，与八宝景天间作柑橘的叶片Cd含量降低了26.7%，与清洁土壤种植的柑橘叶片Cd含量 (0.011 mg/kg) 相近。间作条件下，柑橘根际土壤中全Cd含量由0.92 mg/kg降低至0.75 mg/kg，有效态Cd含量由单作处理的0.82 mg/kg降低至0.78 mg/kg，低于柑橘单作处理；柑橘–八宝景天间作柑橘根际土壤中全Cd的减少量是柑橘–八宝景天限制性间作柑橘根际土壤全Cd减少量 (6.52%) 的2.83倍。柑橘–八宝景天间作中八宝景天对土壤Cd的年提取量、年去除率分别达1.40 mg/pot、3.34%，与其单作 (1.50 mg/pot、3.73%) 相比，去除效率降低了10.6%，其主要原因是间作降低了八宝景天的生物量。  【结论】  尽管柑橘–八宝景天间作影响八宝景天对镉的去除效率，但显著降低了柑橘根际全Cd和有效态Cd含量，进而将柑橘叶片Cd含量降低到与清洁土壤下近似的水平，实现了边修复边安全生产的目标，因此，柑橘–八宝景天间作可作为中低度Cd污染农田土壤修复的重要生物措施。     

氮磷钾配施促进向日葵铅吸收转运的机制

【目的】向日葵 (Helianthns annuus L.) 具有修复土壤铅 (Pb) 污染的潜力。研究施肥措施对不同向日葵品种Pb吸收转运的影响机理，有助于探明提高向日葵Pb修复效率的合理施肥措施，为向日葵合理修复我国大面积中轻度Pb污染农田土壤提供理论依据和技术支撑。【方法】以我国北方典型Pb污染农田土壤 (全Pb含量174 mg/kg) 为介质进行了盆栽试验。供试材料为三个向日葵品种:LD5009(食用葵)、T562(油葵) 和欢乐火炮竹 (观赏葵)，均设置CK、N、NP、NPK四个施肥处理。待向日葵生长40天后收获，调查分析了植株地上部和根部生物量、Pb含量、亚细胞区隔化，根际土壤pH和各Pb形态含量。【结果】供试三种向日葵的Pb富集能力具有显著差异，LD5009地上部Pb富集量最高，是欢乐火炮竹和T562的1.6倍和1.7倍。施肥处理显著促进了供试三种向日葵生长和对Pb的吸收转运，其中氮磷钾肥料配施条件下LD5009、欢乐火炮竹和T562地上部Pb富集量分别达184.2、112.5和108.5 μg/株，显著高于CK、N和NP处理 (P < 0.05)。对向日葵叶片中Pb亚细胞区隔化的研究结果表明，向日葵叶中的Pb主要区隔在金属富集颗粒组分 (56.1%～86.4%) 和细胞碎屑组分 (8.1%～38.3%)，为Pb胁迫下向日葵在亚细胞水平上的重要富集机制，施肥处理显著提高了Pb在细胞碎屑和金属富集颗粒组分的含量 (P < 0.05)。对向日葵根际土壤Pb形态的研究结果表明，NP和NPK处理虽然降低了向日葵弱酸提取态Pb含量，但其对向日葵根系和地上部生长的促进作用远大于对土壤Pb有效性的降低效果，促进了向日葵根系对土壤中Pb的吸收转运。【结论】食用葵品种 LD5009 是修复中轻度Pb污染土壤的良好材料。氮磷钾配施可显著促进向日葵的生长和对土壤Pb的吸收转运，进而提高向日葵对Pb的修复效率。     

有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响，为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 【方法】 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验，所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥，磷肥为磷酸氢二铵 (P₅O₂ 60 kg/hm2)，钾肥为硫酸钾 (K₂O 75 kg/hm2)，在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下，设置:1) 不施尿素氮 (N0)；2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2，N1)；3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外，处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外，其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量，收获期测定作物产量和地上部生物量。 【结果】 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下，N1、N2、N3处理生态系统CO₂排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2，N2和N3处理降低CO₂排放的效果显著好于N1，N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05)，N1、N2、N3处理N ₂O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2，N3降低N₂O累积排放的效果显著好于N1和N2处理；N1、N2、N3处理CH₄累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2，N3处理降低CH₄累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB，除土壤固碳外，作物?土壤系统产生的碳收支，如作物光合、呼吸和产量移出等)，N2处理为C 766.5 kg/hm2，是碳汇，而N1和N3处理是碳源 (C ?621.3 kg/hm 2和?673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C ?142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2，N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面，化肥氮是农业投入的主要碳源，分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放，化学品投入带来的碳排放，以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支，综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO₂ eq. kg/hm2，只有N3处理是碳汇。 【结论】 在供试黑土条件下，用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入；用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N₂O排放；从综合净温室效应看，有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。      

玉米秸秆炭还田对黑土土壤肥力特性和氮素农学效应的影响

【目的】探索玉米秸秆炭对东北黑土土壤肥力特性和氮素农学效应的影响,可为东北玉米集约化生产区秸秆资源利用和培肥土壤提供理论和实际应用基础。【方法】本研究以东北典型黑土区春玉米种植体系为研究对象,通过连续两年的田间原位试验,研究了添加500℃厌氧条件热解的玉米秸秆炭对土壤养分含量、 微生物和酶活性的影响及玉米秸秆炭对作物产量和氮素农学效应的影响。试验设三个处理: 1)PK+4 t/hm2秸秆还田(CK); 2)NPK+4 t/hm2秸秆还田; 3)NPK+4 t/hm2秸秆还田+2 t/hm2秸秆生产秸秆碳,在玉米成熟期取020 cm土壤样品和植株样品,采用常规方法进行相关项目的测定。【结果】 1)土壤养分分析结果。与秸秆还田相比,秸秆炭处理在2013和2014年土壤碱解氮含量(AN)分别提高了10.1%和9.7%,均达到显著水平(P0.05); 土壤速效磷含量(AP)分别提高了13.7%和27.3%,在2014年达到显著水平(P0.05); 土壤微生物量碳含量(SMBC)分别提高了13.5%和26.9%,土壤脲酶活性(URE)分别提高了22.3%和31.8%,2014年SMBC和URE升高均达显著(P0.05)。秸秆炭对土壤有机质(OM)、 全氮(TN)、 速效钾(AK)、 土壤微生物量氮(SMBN)和蔗糖酶活性(SUC)的提升效果在两年试验中均没有达到显著水平, 2)氮素农学效应影响结果。与处理2相比,处理3肥料氮偏因子生产力(PFPN)分别提高了3.3%和9.6%,肥料氮经济效益(EBN)分别提高了12.9%和27.5%,均在2014年表现出显著提高(P0.05); 而两年间处理3的玉米产量分别提高3.3%和9.5%、 肥料氮利用率(UEN)分别提高了3.9%和14.0%、 肥料氮农学效率(AEN)分别提高了11.6%和23.9%,但均未达显著水平。【结论】2年试验初步表明施用玉米秸秆炭可以提高土壤微生物活性和土壤酶活性,调节土壤与作物之间的养分供需,改善土壤养分状况,对提升氮素农学效应有作用。因此,玉米秸秆炭可作为秸秆资源高效利用的有效形式,其长期效果还需进一步试验。     

无害化污泥施用对土壤有机质、微生物量碳和氮含量的影响

合理施用无害化处理后的城市污泥是废弃物资源化利用的重要途径之一。本文采用小麦、玉米轮作的田间连续定位试验,研究了不同施用量的无害化污泥对华北沙化潮土土壤中有机质、微生物量碳和氮含量的影响。结果表明:施用无害化污泥0 t·hm-2(CK)、15 t·hm-2(A1)、30 t·hm-2(A2)和45 t·hm-2(A3)4种处理下,与CK相比,A3处理在小麦季和玉米季土壤有机质含量均得到显著提高(p0.05),其中小麦季土壤中有机质含量为17.45 g·kg-1,增加了30.91%;玉米季土壤有机质含量为26.52 g·kg-1,增加了80.53%。A2和A3处理对土壤微生物量碳和氮的提升也分别达到显著水平(p0.05),小麦季A2和A3处理土壤微生物量碳含量分别达到225.91 mg·kg-1和321.18 mg·kg-1,比CK处理分别增加144.20%和247.18%;玉米季A2和A3处理土壤微生物量碳含量分别达到154.41 mg·kg-1和190.75 mg·kg-1,分别增加29.19%和59.60%;小麦季A2和A3处理土壤微生物量氮含量分别达13.53 mg·kg-1和23.92 mg·kg-1,比CK处理分别增加95.52%和245.66%;玉米季A2和A3处理土壤微生物量氮含量分别达29.50 mg·kg-1和30.71 mg·kg-1,比CK处理分别增加40.08%和45.82%。在小麦和玉米轮作周期,随无害化污泥施用量的增加,土壤有机质含量、土壤微生物量碳和氮的含量均得到有效提高;土壤有机质、微生物量碳和氮的含量分别与无害化污泥的不同施用量呈正相关关系。