南方典型稻区稻米镉累积量的预测模型研究

为了更好地指导镉污染稻田土壤修复、管控稻米镉风险,本文以我国镉污染风险较大的南方稻田为研究对象,基于土壤与稻米配对样品,分析稻米镉含量与土壤理化因子的相关关系,并通过逐步回归分析,建立稻米镉累积量的预测模型。结果表明,我国南方稻区稻米镉累积量主要取决于土壤有效态镉含量而非全镉含量,有效铁、有效锰及有机质含量也是影响稻米镉含量的重要因素;在不考虑水稻品种条件下,采用土壤有效态镉含量、有效锰、有效铁及有机质可较好预测稻米镉积累量,模型的预测能力达到极显著水平(P0.001),决定系数(R2)为0.52;针对常规稻和杂交稻,以上述4个土壤因子分别建立的模型也可实现较好预测(P0.001),R2分别为0.47和0.67。     

镉污染稻草还田对土壤镉形态转化的影响

采用模拟培养实验,研究了镉污染稻草还田后清洁土壤(pH=4.72)和镉污染土壤(pH=7.90)中有效态镉含量及镉形态分布的变化特征。结果表明:添加稻草和淹水培养使土壤pH值向6.0~7.5的区间转变,并显著提高了土壤可溶性有机碳(DOC)含量。清洁土壤添加镉污染稻草后,土壤DTPA(Diethylene triamine pentacetate acid)提取态Cd含量增加23.5%~225.0%,土壤酸提取态和可还原态镉的相对比例显著提高,而残渣态和可氧化态镉的比例则相对降低,其效果随稻草添加量的增加显著增强;镉污染土壤添加镉污染稻草后,DTPA提取态镉仅在培养初期(2 d)略有提高,随培养时间的延长,DTPA提取态镉含量显著降低(28.6%~41.1%),且添加稻草促使酸提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转化。研究表明,镉污染稻草进入清洁土壤会带来镉污染的扩散风险,而进入供试污染土壤后则能在一定程度上降低污染土壤中镉的有效性。     

亚热带典型农业流域碳平衡估算研究—以金井河流域为例

度量流域碳中和程度的年度温室气体净排放量,是二氧化碳（CO2）、甲烷、氧化亚氮等温室气体净排放量的CO2当量总和,其中的CO2净排放量大小由流域碳平衡计量。因此,为实现在2030年之前碳排放量达到峰值和2060年前“碳中和”的宏伟目标（即“双碳”目标）,以流域为尺度单元全面了解其碳平衡情况至关重要。本研究基于走访调查数据、MODIS数据集以及前人研究结果,利用政府间气候变化专门委员会（IPCC）温室气体清单指南提供的参考方法,对湖南省长沙县农业小流域——金井河流域的碳平衡进行估算研究。结果显示,2011—2020年该流域的碳吸收量（以纯碳计）范围为1.289~1.982万t C/a,其中森林、茶园和农田生态系统碳吸收量分别占总吸收量的83.4%、2.6%和14.0%。流域的碳排放量范围为0.373~1.342万t/a,主要排放贡献源是交通运输和工业生产,分别占总碳排放量的57.1%和28.8%。金井河流域碳平衡指数小于1,表明该流域为碳汇。本研究为以流域尺度的碳源汇清查提供了典型案例,并为研究区域制定“双碳”目标的实施路径提供了有益参考。     

亚洲食品和生物质生产未来可持续生态设计学术研讨会在长沙召开

2010年1月7-14日,由中国科学院国际合作局和日本学术振兴会共同发起和主办,国家自然科学基金委员会协办,中国科学院亚热带农业生态研究所和日本北海道大学联合承办的亚洲食品和生物质生产未来可持续生态设计学术研讨会在长沙召开。     

重金属污染耕地农业安全利用研究进展与展望

日益加剧的土壤重金属污染问题是目前严重制约我国农业可持续稳健发展的重要因子。如何实现区域性大面积的重金属污染耕地农业安全利用,已成为全球农业环境科学研究领域的难题与热点。中国科学院亚热带农业生态研究所自2006年起,将其该领域的研究重点聚焦在以镉为代表的重金属污染耕地农业安全利用方面,按照"摸清家底、因地制宜、分区治理、科学施策"的总体思路和"边生产、边治理、边修复"的技术路径,系统地开展了重金属污染动态长期定位监测与典型重金属污染地区详查、重金属低积累型与强耐性的农作物主栽品种筛选、削减农作物重金属积累的农艺调控、阻控农作物重金属吸收的原位钝化,以及替代种植作物的耐受性及其修复潜力等研究,初步探明了湖南耕地环境和其主要农产品重金属污染的现状、成因与发展趋势,筛选出了一批适于不同污染程度耕地种植的农作物主栽品种供应急性应用,明确了肥水管理、叶面阻控、秸秆离田等农艺调控措施削减农作物重金属积累,和施用炉渣、生石灰、海泡石、农作废弃物生物质炭、腐植酸矿粉等单一物料及其复配制剂钝化土壤重金属的效果,阐明了以苎麻为代表的麻类作物对镉等重金属的耐受性及其修复潜力与机理,确立了南方稻田土壤有效态镉及镉污染稻田钝化效果评价的提取方法,构建了一套较完整的以"轻度污染农艺调控-中度污染钝化降活-重度污染断链改制"为核心的重金属污染耕地农业安全利用综合技术与多种实用模式,并在典型污染地区建成了"重金属污染耕地农业安全利用技术研究开放平台"和多处新技术新产品的中试基地,产生了巨大的社会反响。     

落干过程对土壤-水稻系统镉和砷形态及有效性的影响

通过盆栽试验,在水稻分蘖盛期土壤水分落干过程的第0、3、5、7天进行连续性取样,研究干湿交替的落干（“氧化”）过程中镉、砷在土壤-水稻系统中的迁移转化动态规律。结果表明：落干过程中水稻各部位镉含量随着落干天数的延长而增加,落干后第5天水稻根内和茎叶镉含量较落干0 d处理分别提高了109%和183%(P<0.05);而水稻根内砷含量随着落干天数的延长先减少后增加,与落干0d处理相比,落干后第3天减少了41.96mg·kg–1(P<0.05);茎叶砷含量则随着落干天数的延长而降低,落干后第5天和第7天茎叶砷含量较落干0 d处理分别减少了12%和18%(P<0.05)。落干后第5天处理根表铁膜镉、砷和铁含量分别较落干0 d提高了97%、16%和16%(P<0.05)。随着土壤含水量的降低,土壤Eh逐渐升高、pH逐渐降低、土壤可溶性有机碳增高和有效铁含量降低,促进了土壤中残渣态镉向酸提取态和可还原态镉转化,有效态镉（DTPA法）含量升高,土壤中砷向可氧化态转化,降低有效砷的含量。通过拟合分析可知,当土壤含水率为33.6%左右时,生物可利用的镉和砷含量可同步保持在相对较低...     

石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究

研究了稻作和旱作两种种植制度下,施用石灰、海泡石及两种改良剂配施对镉污染土壤pH值、土壤镉形态变化及作物对镉的吸收等的影响.结果表明,施用改良剂使稻作条件下的土壤pH提高0.3～1.8个单位,旱作条件下土壤pH提高幅度为0.3～2.0个单位:两种种植制度下,作物有效性较高的酸提取态镉含量显著减少,而作物有效性较低的可还原态和残渣态镉含量显著增加,进而引起了水稻和萝卜对镉的吸收量降低.其中以石灰和海泡石配施的效果最好,单施海泡石次之,单施石灰效果最差,且各处理均随改良剂用量的增加效果增强,虽然,施用改良剂可以有效降低土壤中镉的作物有效性,但对水稻产量和生物量及镉在水稻和萝卜两种作物地上部分的分配规律均没有明显的影响.     

海泡石对典型水稻土镉吸附能力的影响

通过吸附解吸实验研究了添加海泡石后典型水稻土对Cd的吸附解吸特性及其对吸附溶液pH值变化的响应.结果表明,Freundlich方程可以较好地拟合红黄泥、黄泥田和红沙泥3种典型水稻土对Cd的等温吸附过程(R2>0.962).在溶液初始Cd浓度相同的情况下,添加海泡石可使3种水稻土对Cd的吸附量增加20%以上,增强土壤对Cd的吸附强度,有效降低吸附Cd的解吸率.其效果随海泡石添加量的增大而增强.3种水稻十吸附Cd的解吸率均高于70%,而且都随吸附量的增加而上升.溶液的pH值是影响土壤吸附Cd的一个重要因素,在低pH值的条件下(pH<4),随着溶液pH值的降低,土壤对Cd的吸附量迅速降低,当溶液pH值高于5时,pH值的变化对吸附量的影响较小.在溶液初始pH值2～8范围内,添加海泡石均能有效提高3种水稻土对Cd的吸附能力.     

南方稻田土壤有效态镉提取方法研究

土壤有效态镉是评估土壤镉污染风险和指导镉污染土壤修复的重要指标,但适用于我国南方稻田土壤的有效态镉提取方法尚未明确。为此,采集典型南方稻田土壤与早晚稻"一对二"样品90组,采用0.1 mol/L Ca Cl2(T1)、0.01 mol/L Ca Cl2(T2)、DTPA(T3)、NH4OAc(T4)、TCLP(T5)、HCl(T6)、Mehlich III(T7)、Na NO3(T8)、Mehlich I(T9)9种方法,分析了其提取能力及提取态镉与稻米镉含量的相关关系。与土壤全镉相比,9种方法分别能够提取土壤全镉的4.7%~74.4%,而提取态镉与稻米镉含量呈现更好的相关性;其中T1的提取能力适中(提取率为41.9%),其提取态镉含量与早稻、晚稻以及早晚稻米镉含量均达到极显著相关(P0.01),相关系数(r)分别为0.618、0.338和0.363,且与大多数供试水稻品种稻米镉含量的相关性也达到显著水平(P0.05),相关系数(r)为0.376~0.793。研究表明,0.1 mol/L Ca Cl2法可推荐为我国南方稻田土壤有效态镉的提取方法。     

环境条件对麻纤维地膜降解及其土壤微生物量和酶活性的影响

通过设置不同土壤pH、施氮量、季节和作物种植的土壤环境条件,采用盆栽埋袋试验方法研究麻纤维地膜的降解规律变化,并分析其与土壤微生物生物量及酶活性的关系。结果表明:麻纤维地膜的降解过程均服从Olson衰减模型(R~2=0.689～0.996,P0.05)。施氮量和使用季节对麻纤维地膜的降解产生显著影响,在秋冬季节施氮量增加和种植小白菜呈抑制地膜降解的趋势,夏季地膜降解速率显著高于秋冬季,但土壤pH(5.80～8.34)对地膜的降解速率影响较弱。不同土壤环境条件下,试验末期麻纤维地膜的降解率与土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)、纤维素酶及过氧化氢酶活性呈显著正相关关系(P0.05)。因此,土壤环境条件改变导致的土壤微生物生物量及酶活性变化可能是其影响麻纤维地膜降解速率的重要原因。