RZWQM2模型模拟牛场肥水施用夏玉米土壤硝态氮迁移特征

为研究华北平原种养结合中养殖肥水的合理施用,减少典型农田水肥施用后土壤氮淋溶对地下水的影响。该研究以河北省徐水区夏玉米为研究对象,应用RZWQM2模型验证牛场肥水施用玉米农田的可行性,对2014—2016年玉米种植前后数据进行模型参数率定与验证。验证结果表明,土壤体积含水率的均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 6～0.070 7 cm~3/cm~3和0.21%～21.44%之间变化,土壤硝态氮均方根误差和平均相对误差值分别在0.000 8～2.617 3 mg/kg和0.03%～18.58%之间变化,其中牛场肥水施用土壤中硝态氮主要在0～120 cm土层发生变化,说明RZWQM2模型可以用来模拟华北平原牛场肥水施用对土壤水分、硝态氮含量及玉米产量的动态变化。利用率定和验证后的模型进行了夏玉米农田硝态氮淋溶的验证与预测,表明硝态氮淋溶浓度随肥水氮量的增加而增加。RZWQM2模型可以应用于牛场肥水施用农田的模拟,为预测和评估土壤适宜的肥水施用提供更合适的方法。     

氧化石墨烯和五价砷在改性多孔介质中的共迁移特征

砷是农田土壤重金属污染的主要元素之一,在砷污染农田土壤的修复过程中往往忽视纳米颗粒能够使结合态的砷重新释放,导致有效态砷浓度升高,探究土壤中黏土矿物对氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)和五价砷(As(V))在多孔介质中迁移行为的影响,对进一步完善农田土壤砷修复理论以及提高农作物产量、保护人体健康具有重要意义。该研究利用蒙脱石和高岭石改性石英砂,通过砂柱迁移试验系统地研究了GO、As(V)和GO-As(V)在填加0%、10%、30%和50%的蒙脱石和高岭石改性石英砂柱中的迁移行为。研究结果表明,随着高岭石和蒙脱石改性石英砂填加比例的增加,GO和As(V)的迁移能力均呈降低趋势,且GO和As(V)在不同条件下的迁移曲线均存在显著差异(P0.05);GO在50%高岭石和蒙脱石改性石英砂柱中的回收率相对于石英砂柱分别下降了14%和17%,As(V)分别下降了15%和12%;在共迁移试验中,GO和As(V)在石英砂柱中回收率分别上升至99%和100%。分析表明,As(V)在蒙脱石改性石英砂柱中的迁移能力大于高岭石改性石英砂,而GO与之相反;当GO和与As(V)共迁移时,二者在介质中的迁移能力均大于其单独迁移。本研究表明GO、As(V)释放到土壤后,能够加速As(V)的迁移,造成土壤砷污染的扩大化。     

Two-year fluctuation of Cd bioavailability in a remediated rice field under different water managements

Purpose

Based on two consecutive years of field-scale trials, under different water managements, we illustrated the persistence of remediation effect of palygorskite on a Cd-polluted rice field.

Materials and methods

The Cd uptake by a plant, pH and Cd chemical extractability, available P/K, and extractable Zn/Cu in paddy soils were used to evaluate the influence of palygorskite on Cd immobilization and soil fertility index.

Results and discussion

In contrast to the 1st year, at 0–1.5% palygorskite applied dose in soils, 0.025 M HCl–extractable Cd in continuous flooding reduced by 12.1–19.0%, and that in wetting irrigation increased by 10.9–18.9% in the 2nd year (p?<?0.05). The toxicity characteristic leaching procedure Cd reduction of 3.0–11.4% and increase of 8.9–12.0% were obtained under above-mentioned water managements (p?<?0.05). Compared with the 1st year, at different clay additional concentrations, grain Cd in continuous flooding reduced by 7.0–11.3%, and that in wetting irrigation increased by 6.5–10.8% in the 2nd year (p?<?0.05). Although trace elements in clay treated soils declined, they had no influence on the grain yield due to a minimum value higher than the critical value of 1.5 mg kg^?1 for Zn and 2.0 mg kg^?1 for Cu. The available P in continuous flooding took on a maximum increase of 8.2% in the 2nd year (p?<?0.05).

Conclusions

Two consecutive years of field-scale in situ demonstration tests revealed that continuous flooding was a preferable water management regime for Cd immobilization using palygorskite in the rice field. There were no remarkable differences in extractable Zn/Cu between 2 years.

     

不同混施钝化剂对水稻吸收累积Cd的影响

将石灰、赤泥和高岭土按不同比例混合(施用总量为4500kg hm-2)施加于Cd污染稻田土壤,根据混合比例不同设置CK(常规种植)、T1(1∶7∶4)、T2(3∶5∶4)、T3(4∶4∶4)和T4(6∶2∶4)共5个处理,探究不同混施钝化剂对水稻吸收累积Cd的影响。结果表明:4种混施处理能够显著降低土壤有效态Cd含量,较CK相比依次降低了28.0%、40.9%、43.4%和57.4%。4种混施处理能够不同程度地降低水稻各部位对Cd的吸收累积,籽粒的Cd含量依次降低47.1%、49.2%、55.5%和81.6%,T2、T3和T4处理水稻籽粒中Cd含量达到了食品安全国家标准(G B27622017,Cd≤0.2mg kg-1)。土壤有效态Cd含量与水稻根、茎、叶和籽粒中Cd含量的Pearson相关系数分别为0.826、0.709、0.778和0.532,均达到显著相关。不同处理根系富集系数依次为5.03、1.83、2.22、1.32和0.90,钝化处理显著降低了水稻根系对Cd的富集能力。各处理水稻产量以及籽粒K、Mg元素含量没有显著差异,T1到T4处理Ca元素含量依次增加。综合分析,T4处理对于降低土壤中有效态Cd含量以及水稻籽粒中Cd含量效果最佳,且没有降低水稻产量和与稻米品质密切相关的K、Mg和Ca元素含量。     

覆盖作物多样性对猕猴桃园土壤微生物群落功能的影响

以丹江口水源涵养区猕猴桃园为研究对象,运用Biolog微平板技术,研究不同种类覆盖作物处理(2、4、8种和清耕对照)下土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明,覆盖作物处理土壤微生物群落对碳源的利用程度、功能多样性指数和丰富度指数均高于清耕对照。覆盖作物及清耕对照处理土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数与土壤含水量、有机碳、pH、微生物量碳氮呈显著正相关关系。主成分分析与碳代谢图谱分析表明,猕猴桃园增加覆盖作物种类提高了土壤微生物对碳源的利用能力,且对D-甘露醇、L-精氨酸、L-天门冬酰胺、L-苯丙氨酸、γ-羟丁酸、α-丁酮酸、4-羟基苯甲酸、吐温40的利用能力显著高于清耕对照。此外,4种覆盖作物处理对猕猴桃园土壤生态环境的影响优于2种和8种。研究表明,猕猴桃园增加覆盖作物多样性改变了土壤环境因子,影响了土壤微生物群落的代谢活性和功能多样性。     

魔芋绿色防病高效栽培技术

魔芋是高经济价值作物，种植魔芋是我国秦巴、云贵区域的特色，是山区农民增收、脱贫致富的有效途径。由于良种缺乏、种植水平不高，魔芋病害重、产量低等这些问题，导致魔芋效益并不理想。本文首先分析魔芋生长环境的需求特性、生长面临的重大病害以及适宜的种植方式；进而总结魔芋生产各环节相关种植技术要点，形成一套魔芋绿色防病高效栽培技术体系；最后从品种、防病和栽培三个角度对魔芋研究与产业发展趋势进行展望。     

天津郊区农田降雨径流重金属的污染特征及来源分析

降雨条件下形成的农田径流是土壤与水体间物质交换的一种重要形式,是农业非点源污染的重要组成部分.2007-2008年,在强降雨条件下,定点采集了天津市郊农田降雨径流样品64个,并对其重金属含量进行了分析测定.结果显示:研究区农田降雨径流中Cr、Ni、Cd、Zn等4项重金属含量服从对数正态分布,Cu、As、Pb为偏态分布....     

丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范——模式设计、技术集成与机制创新

2017年5月，中国农业科学院科技创新工程协同创新任务“丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范”正式启动。项目在农业绿色高效生产、种养耦合、生态循环、面源污染控制、多功能田园生态系统构建等方面开展协同创新。按照单一技术规范化、复合技术集成化、体系技术系统化的思路，任务创新集成水源涵养区生物多样性利用与农业种植结构调整、主要农产品全产业链绿色高效生产、种养循环新模式、生态型高效设施农业、农村生活污染物控制等环节的十大关键技术，总结形成一套水源涵养区绿色高效农业全域综合性的技术解决方案，可为其他同类地区提供可复制、可推广的经验、模式和示范样板，为保障南水北调水质安全，推动水源涵养区农业绿色发展、农民增收及区域脱贫攻坚提供有效的科技支撑。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

Decreasing of methanogenic activity in paddy fields via lowering ponding water temperature: A modeling investigation

Methane (CH₄) is a potent greenhouse gas and the huge CH₄ fluxes emitted from paddy fields can prejudice the eco-compatibility of rice cultivation. CH₄ production in submerged rice crops is known to be highly influenced by water temperature. Hence, lowering ponding water temperature (LPWT) could be an option to mitigate CH₄ emissions from paddy environments when it is possible either to irrigate with slightly colder water or to increase ponding water depth. However, paddy soil is a complex environment in which many processes are simultaneously influenced by temperature, leading to a difficult prediction of LPWT effects. For this reason, LPWT efficiency is here theoretically investigated with a one-dimensional process-based model that simulates the vertical and temporal dynamics of water temperature in soil and the fate of chemical compounds that influence CH₄ emissions. The model is validated with literature measured data of CH₄ emissions from a paddy field under time-variable temperature regime. Based on modeling results, LPWT appears promising since the simulated reduction of CH₄ emissions reaches about −12% and −49% for an LPWT equal to −5 °C during the ripening stage only (last 30 days of growing season, when rice is less sensitive to temperature variations) and −2 °C over the whole growing season, respectively. LPWT affects CH₄ emissions either directly (decreasing methanogenic activity), indirectly (decreasing activity of bacteria using alternative electron acceptors), or both. The encouraging results provide the theoretical ground for further laboratory and field studies aimed to investigate the LPWT feasibility in paddy environments.