稻田土壤理化特性对CH4排放的影响

通过对8个稻田土壤的培养实验，研究了土壤特性在水分和小麦秸杆两因子两水平处理下对甲烷排放的影响，相关分析结果表明，各处理下的甲烷排放量均与土壤砂料含量成正比（P＜0．01）。逐步回归分析表明，在淹水条件下，无论施加小麦秸杆与否，甲烷排放量均可通过土壤砂粒含量和C／N比比的线性组合得以定量表述，其决定系数（R^2)分别为0．991***和0．985^***；在湿润条件下，对照土壤的甲烷排放量亦可通过这两个因子的线性组合得以定量表述（R^2=0.898^**），而施加小麦秸杆的甲烷排放量仅与砂粒含量线性相关（R^2＝0．776^**）。     

UV-A辐射对土壤-冬小麦系统呼吸速率和N2O排放的影响

为研究UV-A辐射增强对土壤-冬小麦系统微量气体释放的影响规律,通过室外盆栽试验,人工模拟UV-A辐射增强,UV-A辐射强度处理分别比自然光(CK)增加10%(T1)和20%(T2).采用静态箱-气相色谱法测定了不同UV-A辐射强度下裸土、土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N,2O排放通量.结果表明:T1和T2处理下裸土呼吸速率分别比CK高83%(P=0.022)和263%(P=0.038),T2处理比T1高99%(P=0.073);T1和12处理使裸土N,2O排放通量比CK分别增加了64%(P=0.019)和186%(P=0.059),但,12与T1处理间的N,2O排放通量差异不显著(P=0.123).UV-A辐射增强没有显著影响土壤-冬小麦系统的呼吸速率大小;T2处理下土壤-冬小麦系统的N,2O排放通量显著高于CK(P=0.012)和T1(P=0.010),分别比CK和T1高33%和40%,但T1和CK的N,2O排放通量无显著差异(P=0.352).UV-A辐射增强没有影响冬小麦生物量(P<0.05),但T2处理下土壤-冬小麦系统的土壤微生物碳和亚硝酸氧化菌的数量明显高于对照.     

环境因素和作物生长对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用大田试验方法,研究了常规灌溉和持续淹水条件以及不同水平有机质(小麦秸秆)投放量(0、2.25、4.5t@hm-2)条件下各环境因素(包括土壤温度、灌溉水层深度和土壤Eh)对CH4和N2O排放的影响以及水稻生长与CH4排放的关系.结果表明,在2种水分管理下,CH4的累积排放量均与水稻冠层高度呈显著正相关(P<0.001).连续淹水条件下,无论有无外源有机质投放,稻田CH4排放的季节性变化均与土壤温度呈指数相关(P<0.001),而N2O排放的季节性变化则仅取决于土壤水分条件.     

稻田灌溉和秸秆施用对后季麦田N_2O排放的影响

 选用水稻 冬小麦轮作试验田 ,采用裂区设计 ,研究水稻生长季灌溉方式 (常规灌溉和持续淹水 )和秸秆施用 (0、2 2 5、4 5 0g·m-2 共 3水平 )对后季冬小麦田N2 O排放的影响。结果表明 ,与常规灌溉 (淹水和烤田相结合 )相比 ,水稻生长季持续淹水处理促进了后季麦田N2 O的排放 ,方差分析达极显著水平 (P =0 .0 0 3)。在水稻生长季不同的灌溉方式下 ,秸秆施用处理对麦田N2 O排放的影响不同。在常规灌溉方式下 ,2 2 5和 4 5 0 g·m-2 施用水平间N2 O季节平均排放通量无明显差异 ,但显著低于无秸秆施用的处理 (P =0 .0 4 5 ) ,秸秆施用可减少后季麦田N2 O的排放 ;而在持续淹水方式下 ,施用秸秆 2 2 5、4 5 0 g·m-2 与无秸秆施用 3处理间N2 O在水稻生长季节平均排放量无显著差异 ,施用秸秆并不减少N2 O排放量 ;不同处理N2 O排放通量 (Y)的季节变化与土壤温度 (T)、湿度 (W )的相互关系 ,皆可用方程 :Y =A0 +A1T +A2 W +A3 W2 (n =2 3,R2 ≥ 0 .4 15 9 )和Y =C0 +C1W +C2 W2 (n =2 3,R2 ≥0 .4 0 74 )分别描述 ,与土壤温度相比 ,土壤湿度对N2 O排放量的影响更为明显。     

稻田土壤CH4排放及其关联微生物功能基因丰度对磺胺二甲嘧啶和铜污染的响应

为了研究畜禽粪便中磺胺类兽用抗生素磺胺二甲嘧啶(Sulfamethazine,SMZ)和典型重金属铜(Copper,Cu)复合污染对稻田土壤CH_4排放及其微生物相关功能基因丰度的影响,以猪粪为肥源,设置无污染、低、中、高4种SMZ和Cu不同污染水平的浓度,SMZ分别为0、0.1、1、5 mg·kg~(-1),Cu分别为0、100、500、1 500 mg·kg~(-1),两两组合共计16个处理,通过长时间室内模拟淹水培养实验,定期测定CH_4排放速率和相关土壤功能基因丰度,以期探索SMZ和Cu单一及复合污染影响CH_4排放和相关功能基因丰度的浓度效应及影响时长。结果表明:培养前期(0～12 d),不同浓度的SMZ和Cu未显著影响CH_4排放速率(P0.05);培养中后期(13～71 d),单一低浓度SMZ(0.1 mg·kg~(-1))处理对CH_4排放具有促进作用,高浓度SMZ(≥1 mg·kg~(-1))则反之,单一Cu污染及与不同浓度的SMZ复合污染处理均显著降低了CH_4排放速率(P0.05)。与对照(SMZ和Cu零添加)相比,除单一低浓度SMZ(0.1 mg·kg~(-1))处理的CH_4累积排放量增加了19.7%外,其他处理均显著降低了CH_4排放,尤其Cu和SMZ(≥1 mg·kg~(-1))复合污染处理显著降低了约77%(P0.05)。SMZ单一污染对16S rRNA-CH_4、mcr A和pmo A的基因丰度均有明显的浓度效应和输入时间效应,Cu单一污染则未有明显的浓度和时间效应,两者复合污染的联合作用比较复杂,主要取决于两污染物的起始浓度及SMZ输入土壤的时间。无论SMZ和Cu单一还是复合污染,中高浓度在培养的后期对三大基因丰度的影响均以降低为主,且pmo A基因丰度对Cu和SMZ单一及复合污染响应更敏感。研究表明,SMZ和Cu在一定程度上会降低稻田土壤CH_4排放及相关微生物基因丰度,有利于温室气体减排,但规模化养殖业畜禽粪便还田后导致抗生素和重金属高残留的环境风险仍不可忽视。     

磺胺二甲嘧啶对稻田土壤微生物的中长期效应

为了研究兽用抗生素磺胺二甲嘧啶(SMZ)对稻田土壤微生物的中长期效应,本文采用HPLC-MS和Illumina Miseq高通量测序技术,对比分析了磺胺二甲嘧啶(30 mg·kg-1)与不同基肥(猪粪和复合肥)同步输入稻田土壤47 d和61 d后,其在土壤中的降解情况和对土壤微生物的影响,并开展了磺胺二甲嘧啶单一降解产物相应室内纯培养验证研究。结果表明:无论基肥是猪粪还是复合肥,磺胺二甲嘧啶输入土壤47 d和61 d后均降解产生了2-氨基-4,6-二甲基嘧啶和4-[2-亚氨基-4,6-二甲基嘧啶-1(2H)-基]苯胺这两种降解产物,且以前者为主。在两个研究时间点,无论肥源是猪粪还是复合肥,磺胺二甲嘧啶对土壤微生物群落多样性和丰富度变化均无显著影响(P0.05)。但从微生物优势群落组成上来看,磺胺二甲嘧啶输入47 d后,相对于猪粪对照,猪粪+SMZ处理中芽单胞菌门和芽单胞菌属相对丰度显著降低了0.81%和0.70%(P0.05),Subgroup6_norank菌属相对丰度显著增加了0.54%(P0.05),表明此时猪粪+SMZ处理对芽单胞菌门和芽单胞菌属有显著抑制作用,对Subgroup6_norank菌属有显著促进作用,培养试验证实了此作用效果主要来自于磺胺二甲嘧啶的降解产物2-氨基-4,6-二甲基嘧啶;磺胺二甲嘧啶输入61 d后,猪粪+SMZ处理对放线菌门和厚壁菌门有显著促进作用(P0.05),对伯克氏菌属有极显著促进作用(P0.01),复合肥+SMZ处理对热脱硫杆菌属起显著抑制作用(P0.05),相对于同种肥源对照,猪粪+SMZ处理中放线菌门、厚壁菌门和伯克氏菌属相对丰度分别提高了2.66%、0.71%和0.25%,复合肥+SMZ处理中热脱硫杆菌属相对丰度降低了0.43%。因此,磺胺类兽用抗生素在土壤中的中长期效应不可忽视。     

基于web of science数据库近30年土壤石油污染研究的文献计量分析

为探究土壤石油污染这一领域国内外的研究进展和前沿动态,客观地反映相关国家在该领域的科学能力和影响,选用Web of Science引文数据库,选用高级检索下的主题词检索方式,对该库收录的1986~2016间的相关文献进行了计量分析。利用Ucinet进行可视化分析,对所有检索得到的文献进行关键词分析,根据分析结果显示:在土壤石油污染这一领域国内外的文献发文量整体呈现稳步增长的态势,检索得出的3966篇有效文献大约以1996年为间隔,1996年之前文献发表数量较少,年均发文量少于100,引文量以及所刊登的期刊质量均不高,表明1986年至1996年属于土壤石油污染的起步阶段。在1996~2006年,尤其是中国等发展中国家,发文数量开始明显增加,达到了1103篇,基金资助和研究机构以及论文刊登的刊物质量都有明显提高,该领域的论文引文数每年都呈现稳步增长,这一时期的计量分析图可以看出关键词繁多,各类研究方向大幅展开,各关键词之间关系错综复杂。2016年之后,总发文量2733篇,与上一时期相比依然增加,但增长的幅度有所缓解,关键词有所减少,各个关键词之间的关联度也有所降低,这一阶段属于成熟发展的阶段。将近三十年的研究分为:起步和积累期(1986~1996)、高速发展期(1997~2006)、成熟期(2007~2016)。在起步和积累期,研究者将矛头指向石油污染对土壤本身的危害及影响;在高速发展期,大部分学者注重于对土壤石油污染的治理和修复,包括物理化学修复、植物修复和微生物修复以及联合修复等;在成熟期,研究的方向已经从地上转向了地下,大量开展针对微生物群落组成和结构特征的研究。笔者认为高效降解石油菌的培养和菌群的构建仍是重点;其次需要成果化的野外试验示范工程。     

农业土壤N2O排放的研究进展

根据近几年国内外文献资料，综合分析介绍了农业土壤N     

UV-B辐射强度变化对冬小麦碳氮代谢的影响

采用室内盆栽实验的方法,研究了UV-B辐射强度改变对冬小麦拔节孕穗期、抽穗期碳氮代谢的影响.结果表明：（1）UV-B辐射增强显著减少小麦拔节孕穗期和抽穗期地上部分干重,以及小麦拔节孕穗期地上部分呼吸速率,而对小麦两个生育期的呼吸系数无显著影响.UV-B增强显著减少了小麦拔节孕穗期和抽穗期叶片中叶绿素a含量,增加类胡萝卜素含量,减少拔节孕穗期叶片中光合产物可溶性糖的含量;（2）UV-B增强对小麦叶片中N代谢过程的影响表现为促进作用,虽对小麦抽穗期叶片硝酸还原酶活性、硝态氮含量无显著影响,却促进谷氨酰胺合成酶活性,显著增加了拔节孕穗期和抽穗期叶片中可溶性蛋白质、游离氨基酸含量.     

农业土壤N_2O排放的研究进展

根据近几年国内外文献资料 ,综合分析介绍了农业土壤N2O排放的进展情况。提出农业土壤中N2O的产生是在微生物的参与下 ,通过硝化和反硝化作用完成。影响N2O产生与排放的主要因素包括土壤特性 (理化性质和水热条件 )、气候条件 (温度、降水、光照 )和农业技术措施 (肥水管理、作物类型 )。深入研究农业土壤N2O排放与这些因素间的数量关系 ,客观估计区域或全球农业土壤N2O的排放总量并提出切实可行的减排措施乃是未来的研究方向。