养殖废水灌溉下施用生物质炭和果胶对土壤养分和重金属迁移的影响

【目的】 养殖废水中含有丰富的养分,但也含有一定的重金属。本文研究了生物质炭和果胶对养殖废水灌溉下的土壤–植物系统养分和重金属迁移规律的影响,以利用养殖废水中的养分,并对其重金属进行调控。 【方法】 选取新乡市郊区农田土壤为供试土壤,采用根箱试验方法种植玉米。设置根箱土壤中添加1%的生物质炭和果胶,分别灌溉蒸馏水和养殖废水发酵产生的沼液。测定了土壤中养分和重金属的含量,探讨了其在土壤–植物系统的迁移规律。 【结果】 沼液灌溉的植株地上部生长与蒸馏水灌溉无显著差异。果胶相比于生物质炭可以促进植株生长。沼液灌溉时,果胶处理的根系和地上部生物量分别比对照增加了25.38%和31.21%。沼液灌溉普遍降低了根际和非根际土壤的pH,生物质炭处理和果胶处理与对照根际和非根际土壤的pH均无显著差异。沼液灌溉增加了非根际土壤的电导,生物质炭相比于果胶增加了土壤的电导。沼液灌溉增加了土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量。果胶根际土壤的全磷、碱解氮、有效磷、有效Fe、有效Mn均高于生物质炭处理,生物质炭处理根际和非根际土壤的全钾和速效钾含量均高于果胶处理。沼液灌溉相比于蒸馏水灌溉,增加了植株根、茎中N含量和Ca含量。生物质炭处理植株根茎叶N含量、根茎P含量、茎K含量、根茎叶Ca含量、根茎Mg含量高于果胶处理,但果胶处理养分的转运系数较高。养殖废水灌溉增加了根际和非根际土壤中有效Cu和Zn尤其是Zn的含量。与对照相比,生物质炭降低了根际土壤Cu、Pb、Ni的含量,而果胶增加了它们的含量。沼液灌溉增加了植株根茎叶中Cu、Zn、Pb含量,果胶处理植株根系Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量最高,但向地上部转运较少。 【结论】 在北方碱性土壤灌溉养殖废水发酵产生的沼液时,施用生物质炭和果胶可以提高土壤肥力和植株养分含量,生物质炭通过减少土壤中有效态重金属含量以减少重金属在植物体内累积,果胶虽然增加土壤有效态重金属含量,但可以降低其向地上部的转运,避免了重金属在植物体内的累积。      

满江红对含卡马西平与吉非罗齐的生活污水的净化效果

药品和个人护理品（Pharmaceuticals and personal care products,PPCPs）的环境危害及修复治理日益受到重视,为揭示满江红对含PPCPs生活污水的净化效果,以典型PPCPs吉非罗齐、卡马西平及满江红为供试材料,采用室内模拟培养试验,研究满江红在不同培养时间（1、2、4、8 d）和不同PPCPs初始浓度（0、1、10、100、1 000 μg·L^-1）生活污水中的生长状况,以及对常规污染物[氨氮（NH₃-N）,硝态氮（NO3-N）,总磷（TP）,化学需氧量（COD）]和PPCPs的去除率。结果表明,随着生活污水中PPCPs初始浓度的增加,满江红相对生长率及其耐受指数呈先增加后降低的趋势,且满江红在100、1 000 μg·L^-1 PPCPs处理下生长受到抑制;与对照相比,1、10 μg·L^-1 PPCPs处理下满江红对氮、磷的去除效果显著增强（P<0.05）,但100、1 000 μg·L^-1PPCPs处理下对氮、磷的去除效果显著减弱（P<0.05）;在不同PPCPs初始浓度处理下,满江红对COD去除作用显著,且COD去除率随PPCPs初始浓度的增加而增加;满江红对吉非罗齐和卡马西平去除效果随培养时间的延长而增强,吉非罗齐去除率随PPCPs初始浓度的增加而增加（1 000μg·L^-1 PPCPs处理除外）,而卡马西平去除率随PPCPs初始浓度的增加而降低。满江红对PPCPs有良好的去除效果,对生活污水中NH₃-N以外的常规污染物也有很好的去除能力,可作为含典型PPCPs生活污水的修复治理植物。     

不同钾肥对再生水灌溉条件下土壤-作物系统Cd的影响

为了探明再生水灌溉条件下不同施钾肥处理对土壤-作物系统Cd的影响及差异性,通过田间微区试验研究了不同施钾肥处理对再生水灌溉番茄植株、果实以及根际土与非根际土Cd含量的影响。结果表明:再生水灌溉条件下,施钾肥处理可提高番茄果实产量,施加KCl较K2SO4增产效果明显,分别较不施肥处理可增产6.10%～24.00%和1.36%～13.16%;不施钾肥较不施肥处理番茄果实Cd含量降低,但降低幅度小于施加钾肥处理,施加KCl较K2SO4处理番茄果实Cd含量较低,Cd含量分别较不施钾肥处理分别减少58.33%和8.33%,且各处理均未超0.05mg/kg的限值标准;不施钾肥处理较不施肥处理土壤pH、Cd含量有所降低,降低幅度小于施钾肥处理,有效态Cd有所增加,施加KCl和K2SO4较不施肥处理有效态Cd降低,施加KCl和K2SO4较不施钾肥处理根际土和非根际土pH、Cd含量和有效态Cd含量均有所降低,其中施加KCl根际土和非根际土Cd含量分别降低2.96%～3.11%和5.75%～14.22%,施加K2SO4分别降低4.14%～5.90%和8.10%～8.29%;施加KCl根际土和非根际土有效态Cd含量分别降低10.75%～16.19%和13.98%～28.74%,施加K2SO4分别降低15.97%～20.55%和19.91%～24.70%。因此,再生水灌溉条件下,可通过选择施加适宜的钾肥种类,调控重金属Cd在土壤-作物系统的分布及其生物有效性,施加K2SO4较KCl相比,可一定程度降低土壤Cd全量及有效态Cd含量。     

生物质炭和果胶对再生水灌溉下玉米生长及养分、重金属迁移的影响

利用根箱试验方法比较了生物质炭和果胶对再生水灌溉下土壤—植物系统养分和重金属迁移特征的影响及差异性。结果表明,再生水灌溉不利于植物的生长,果胶和生物质炭两个处理相比,虽然植株生长无显著差异,但果胶处理植株的生长状况优于生物质炭处理;再生水灌溉时,果胶处理地上部生物量比对照增加了59.32%。与蒸馏水灌溉相比,再生水灌溉增加了根际土壤pH;灌溉水源相同时,果胶处理根际土壤pH略低于生物质炭处理。生物质炭和果胶都增加了土壤养分的含量,果胶对土壤碱解氮、有效磷和有机质的增加效果优于生物质炭,生物质炭对土壤有效钾的增加幅度大于果胶。生物质炭增加了植株的养分含量,果胶提高了养分的转运能力。生物质炭降低了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Ni的含量,果胶增加了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Pb、Ni的含量。果胶处理植株根系重金属含量普遍高于生物质炭处理,如蒸馏水灌溉下果胶处理根系Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量分别比生物质炭处理增加了165.29%,113.01%,21.16%,92.74%,14.61%,26.86%和53.43%,但Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等元素在果胶处理的转运系数最低。该研究可为再生水灌溉下生物质炭和果胶在北方碱性土壤的农业安全利用提供理论依据。     

再生水灌溉不同滴头布置方式下PPCPs在土壤和番茄中的累积

随着药品和个人护理品(Pharmaceuticals and Personal Care Products,PPCPs)生产和使用量的增加,PPCPs及其代谢产物在再生水中的检出种类、检出量不断增多,再生水灌溉可影响PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统中的分布及累积,但其规律及驱动机制尚不明确。为探明再生水滴灌条件下滴头布置方式对PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统累积的影响,该研究采用盆栽试验比较2种滴头布置方式(在番茄根部、在两番茄中间)对土壤剖面及番茄各器官中PPCPs累积量的影响,并进一步分析PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统累积的驱动机制。结果表明,再生水灌溉条件下不同滴头布置方式造成了PPCPs在土壤、作物(蔬菜)中累积规律的差异性,滴头布置在两番茄中间处理较其他处理而言增加了0～5cm土层吉非罗齐累积量(P0.05),降低了番茄叶部卡马西平和根部吉非罗齐的累积量(P0.05),较滴头布置在番茄根部处理降低了番茄叶部吉非罗齐和根部三氯生的累积量(P0.05);不同再生水灌溉方式通过影响土壤微环境指标导致了土壤中PPCPs分布规律的差异性,滴头布置在植株中间处理较其他处理增加了0～5 cm土层pH值,导致该土层下吉非罗齐的累积量高于其他处理(P0.05)。研究可为基于新兴污染物PPCPs防控的再生水农业安全利用提供理论依据。     

逆境条件下硅肥调控效应研究进展

硅(Si)元素被认为是N、P、K之后的第四大元素。硅肥有利于促进作物的生长和土壤环境的改善。为了给硅肥利用的研究提供一定参考,通过文献综述的方法,总结了逆境条件下硅肥对低温胁迫的调控作用、对植株病害的防效、对水分胁迫的调控作用以及对重金属胁迫的缓解效应。综合现有研究结果,认为增施硅肥具有提高植株的耐盐胁迫、耐重金属胁迫、抗低温、抗病害等能力。此外,不同硅肥的调控效果不同,而且配施其他肥料或者农艺措施等效果更佳。最后,对今后硅肥利用研究方面提出一些建议:(1)加强硅肥的相关机理研究,如硅是如何改善土壤微环境的,纳米硅材料在植物体内的运输、积累及其对植物抗逆性能的作用机理研究;(2)开展硅肥与非常规水资源安全利用的耦合研究,如何利用硅肥的特性来解决微咸水灌溉和再生水灌溉及其二者耦合灌溉的问题;(3)加强硅肥的提质效应研究。     

再生水和养殖废水灌溉下土壤-植物系统养分和重金属迁移特征

再生水和养殖废水作为农业替代水源对土壤-植物系统养分和重金属迁移规律影响的研究已有很多,但在同等试验条件下对比二者优劣的研究相对较少。【目的】研究再生水和养殖废水灌溉对土壤-植物系统重金属迁移特征。【方法】利用根箱试验比较了再生水和养殖废水灌溉下土壤-植物系统养分和重金属迁移规律的差异。【结果】养殖废水灌溉处理植物生长状况优于再生水灌溉处理;再生水和养殖废水灌溉都可以增加土壤养分和植株养分,养殖废水灌溉增加幅度更大。与对照相比,土壤全N、全P、全K、全Mg、有效Fe、有效Mn、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质量分别增加了4.78%、8.76%、4.33%、7.62%、19.04%、8.99%、3.55%、29.40%、14.14%、21.63%,植株根的N、P、K、Ca、Mg量分别增加了49.83%、23.90%、15.44%、4.09%、8.65%;同时,养殖废水比再生水向土壤和植物体中带入了更多的重金属,尤其是Cu和Zn,其中养殖废水处理植株根和茎Zn量显著增加了102.35%和244.49%;但再生水灌溉相比于养殖废水提高了土壤电导率。【结论】养殖废水灌溉增加土壤养分和植株养分量的幅度大于再生水灌溉,但再生水灌溉会增加土壤发生次生盐渍化的风险,而养殖废水灌溉会增加土壤和植物累积重金属的风险。     

再生水和养殖废水灌溉下生物质炭和果胶对土壤盐碱化的影响

再生水和养殖废水作为农业灌溉替代水源会对土壤盐碱性产生影响,而生物质炭和果胶由于其对土壤结构和性质的影响而有可能对2种水源灌溉下造成的土壤盐碱化产生调控作用。【目的】揭示再生水和养殖废水灌溉下生物质炭和果胶对土壤盐碱化的影响及其差异性。【方法】利用根箱试验的方法测定了土壤pH值、EC、盐分离子等指标,计算了土壤钠吸附比和碱化度。【结果】与养殖废水灌溉相比,再生水灌溉增加了土壤pH值、EC、盐分、钠吸附比和碱化度,有引发土壤次生盐渍化和碱化的风险。生物质炭和果胶的添加对土壤pH值无显著影响。在蒸馏水和再生水灌溉时生物质炭处理土壤的电导率和盐分与不添加处理无显著差异,但在养殖废水灌溉时生物质炭处理非根际土壤电导率和盐分分别比不添加处理显著增加了34.9%和40.4%。灌溉水源相同时,果胶处理土壤电导率和盐分与不添加处理无显著差异。果胶处理土壤的钠吸附比和碱化度高于生物质炭处理和不添加处理。【结论】生物质炭增加了养殖废水灌溉下土壤发生次生盐渍化的风险,而果胶增加了再生水和养殖废水灌溉下土壤发生碱化的风险。     

再生水利用对环境中抗生素抗性基因影响的研究进展

基于再生水利用对抗生素抗性基因的迁移转化规律及机制研究的大量文献,对当前再生水利用对环境中抗生素抗性基因影响的研究进行了较为系统的总结与分析,并对再生水利用过程中影响抗生素抗性基因传播扩散的再生水系统、环境污染物和环境因子等因素进行了简要分析。同时,在分析目前研究进展的基础上展望了今后的研究重点:灌溉技术、灌溉制度对土壤和作物体内抗生素抗性基因的影响;长期利用再生水对地下水中微生物群落结构和抗生素抗性基因的影响;抗生素抗性基因在再生水-土壤-作物系统中的迁移转化。