铜在狐尾藻中的积累及亚细胞分布和化学形态

为探索狐尾藻对重金属铜的积累和耐性机制,本研究通过水培试验,研究不同浓度铜处理（0、20、50 mg·L^-1）对狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.）生长生理特性以及叶片表皮细胞形态的影响,分析各器官中铜吸收转运及铜在各组织器官亚细胞中的分布和化学形态。结果表明：各浓度铜处理下狐尾藻均能存活,但铜浓度高于50 mg·L^-1时,狐尾藻根、茎、叶生物量相比对照（铜 0 mg·L^-1）处理降低53.48%、36.99%和32.22%。铜处理后,狐尾藻根、茎和叶铜含量分别为11.81~186.34、1.32~7.89、2.11~11.99 mg·kg^-1,根系中铜含量均高于叶片和茎部。铜在狐尾藻中的亚细胞分布主要位于根、茎、叶的细胞壁部分（36.49%~49.61%、45.44%~49.92%、41.45%~55.92%）,其次是可溶性组分（21.65%~25.99%、23.03%~27.65%、18.01%~34.63%）。狐尾藻中铜的赋存化学形态以盐酸提取态、醋酸提取态和乙醇提取态为主,所占比例为76.34%~86.67%,均是活性较低的形态。因此,狐尾藻是铜富集较好的植物,其根部的耐性大于茎、叶。铜以吸附态或蛋白质、果胶酸盐等低活性形态赋存于细胞壁或可溶性组分（液泡）中是狐尾藻积累和耐受铜的重要机制。     

不同氮肥形态对李氏禾铬富集能力的影响

为了优化李氏禾（Leersia hexandra Swartz）铬修复时的施氮效率,通过盆栽试验,研究了5种氮肥形态（硝酸钙、尿素、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵）对李氏禾铬修复性能、生长指标和根系指标的影响。结果表明：与对照（不施氮肥）相比,施加的5种形态氮肥均促进了李氏禾生长,提高了根系活力,改变了根系形态特征,有利于提高李氏禾铬含量、铬累积量、富集系数和土壤铬去除率。施加硫酸铵的李氏禾生物量和根平均直径最大,分别为对照的5.54倍和1.51倍,其根系活力比对照增加108%;施加硝酸铵的李氏禾总根表面积和总根体积最大,分别为对照的2.17倍和1.99倍（P<0.05）。相关性分析结果表明,李氏禾的生物量、根平均直径、总根表面积、总根体积和根系活力均与土壤铬修复效率有关。其中,施加硫酸铵处理的富集系数和土壤铬去除率最高,分别为对照的1.45倍和5.56倍。研究表明,施加硫酸铵比其他氮肥形态更有利于提高李氏禾铬污染土壤修复效率。     

添加剂对堆肥过程中挥发性有机物（VOCs）的减排效果

为明确添加剂对堆肥挥发性有机物（Volatile organic compounds,VOCs）排放的减排效果和影响因素,通过文献筛选出吸附类添加剂（活性炭和沸石）与有机酸类添加剂（柠檬酸和草酸）开展实验研究。在鸡粪-玉米秸秆堆肥实验中,设置5个处理,分别为对照（CK）、添加活性炭、添加沸石、添加柠檬酸和添加草酸处理。研究对象包括115种VOCs、三甲胺和6种含硫有机挥发气体（二甲硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、甲硫醇、乙硫醇、乙硫醚）。结果表明：在28 d的好氧发酵中,所有处理均达到50 ℃并维持7 d,满足无害化标准。检出110种VOCs、三甲胺和3种含硫有机挥发气体（二甲硫醚、二甲基二硫醚,二甲基三硫醚）。VOCs的排放集中在前9 d,在第3天时VOCs达到峰值。5个处理在堆肥第3天检测到的VOCs浓度范围为169.22~548.26 mg·m^-3。4种添加剂对各类VOCs均有减排效果。在第3天,活性炭、沸石、柠檬酸和草酸对烷烃类的减排效率分别为79%、26%、77%和46%,对卤烃类的减排效率分别为96%、38%、93%和97%,对芳香烃类的减排效率分别为28%、11%、24%和53%。从堆肥第6天开始只有沸石对各类VOCs有减排效果,最高减排效率为30%。针对含硫有机挥发气体减排,减排效果依次是草酸>柠檬酸>沸石>活性炭。4种添加剂对含硫有机挥发气体均有减排效果,但是对三甲胺没有减排效果。综合堆肥前9 d VOCs的减排情况,4种添加剂中沸石对各类VOCs减排效果最好。堆肥过程中添加沸石有利于VOCs和其他气体的协同减排,并且对土壤和农作物不存在风险,所以沸石在堆肥工程中有广阔的应用前景。     

不同水稻种植模式下淹水及排干期土壤性质和微生物的变化

为揭示不同水稻种植模式、不同水分管理时期对稻田土壤性质和微生物的作用效应,利用长期定位监测试验比较分析单季稻不施肥、单季稻单施化肥、烟稻轮作 3种种植模式和淹水期、排干期 2种水分管理条件下稻田土壤理化性质和微生物群落结构的变化。结果表明：烟稻轮作模式稻田土壤有机质、全氮质量分数分别比单季稻模式提高了 32.88%~34.79%和 38.22%~44.39%。淹水期稻田土壤可溶性总氮以可溶性有机氮为主,占 56.06%~62.54%;排干期以硝态氮为主,占 62.34%~74.05%。烟稻轮作模式可显著提高淹水和排干条件下稻田土壤中可溶性有机氮和铵态氮质量分数,但对硝态氮质量分数的影响不明显。相较单季稻处理,烟稻轮作模式提高了稻田细菌Sobs、Shannon和Ace指数。好氧或兼性厌氧的酸杆菌属、黄色杆菌属均是3种水稻种植模式的优势菌属。3种种植模式淹水条件下稻田脱硫弧菌属、互营杆菌属等硫酸盐还原菌类存在显著差异,排干条件下硝化螺旋菌属也存在显著差异。淹水条件下烟稻轮作模式稻田土壤甲烷氧化菌相关的甲烷氧化单加氧酶基因α-亚基（pomA）的绝对丰度比单季稻处理降低了18.45%~18.54%。可见,水稻种植的淹水期和排干期的土壤可溶性氮组成和细菌群落结构存在显著差异;而烟稻轮作模式较单季稻模式可提高土壤肥力,改善微生物群落结构,增加硫酸盐还原菌类细菌丰度,降低产甲烷菌相关的甲基辅酶M还原酶基因丰度。     

热解温度对玉米芯生物炭碳结构、灰分与吸附四环素的影响

生物炭灰分和碳结构在抗生素吸附过程中的影响尚不明确。本文以玉米芯为原料,在300~800 ℃下热解制备生物炭（CBCs）及除灰分生物炭（CBCs_AW）,研究热解温度对生物炭灰分和碳结构的影响,探究灰分和碳形态与四环素（TC）吸附行为之间的关系。结果表明,随着热解温度升高,生物炭的碳结构由未完全碳化有机质（300 ℃）逐渐转化为石墨碳结构（800 ℃）,吸附实验结果显示CBC800_AW的吸附量最大,证实石墨碳结构是促进TC吸附量增加的重要因素。CBCs_AW对TC吸附量高于CBCs,说明灰分对TC吸附有一定抑制作用。分析TC吸附性能与生物炭理化性质的相关性,结果显示吸附量与生物炭比表面积、孔体积、芳香性和石墨化程度相关性较高,推测TC的主要吸附机理为孔隙填充作用和π-π电子供体-受体相互作用。研究结果可为生物质资源化利用和抗生素污染修复提供科学依据。     

减氮对麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性的影响

探究减氮对华北地区麦玉轮作农田土壤反硝化细菌群落结构和多样性影响,为华北地区麦玉轮作农田氮肥管理提供技术支持,本研究以不施氮为对照（CK）,设置 2个施氮量,分别为常规施氮量（纯氮 300 kg·hm^-2,N2）、减氮 20%（纯氮 240 kg·hm^-2,N1）,提取土壤DNA,用nirS（细胞色素cd1-亚硝酸还原酶）、nirK（Cu-亚硝酸还原酶）引物扩增后采用MiSeq PE300测序技术,研究施氮量对麦玉轮作农田土壤性状及nirS、nirK反硝化细菌群落结构及多样性的影响。结果表明,3个处理nirS、nirK反硝化细菌α-多样性指数无显著差异,nirS反硝化细菌α-多样性高于nirK。减氮显著影响nirS、nirK反硝化细菌物种组成。减氮对nirS、nirK反硝化细菌门水平及nirK纲水平物种组成无显著影响,但显著降低了nirS反硝化细菌Deltaproteobacteria（δ-变形菌纲）相对丰度;减氮显著影响nirS、nirK属水平物种组成。硝态氮、速效磷、pH值是影响土壤nirS反硝化细菌属水平群落结构主要环境因子;pH值是影响土壤nirK反硝化细菌属水平群落结构的主要环境因子。研究表明,适量减氮不影响反硝化细菌α-多样性,但显著影响反硝化细菌属水平群落组成和群落结构,减氮主要是通过影响土壤性状及微生物群落结构进而影响农田土壤N₂O排放。     

磷指数模型在美国的应用和发展

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点源磷的流失风险关键区,成为面源污染亟待解决的关键问题。磷指数模型起源于20世纪90年代,是评估农田磷流失潜力和指导磷管理决策的重要工具之一。根据研究区特点,美国众多学者在各州设立了不同的磷指数指标体系,优化了磷指数的组成因子、计算方法和分级标准。本文对美国各州磷指数模型评价体系进行了综述和评价,指出了磷指数模型的局限性,提出了改进方向,以期为我国磷素管理方法提供借鉴。     

农村水环境政策与污染的时空迁移特征及关系

为了揭示农村水污染与政策治理的时空演化关系,在测算政策力度与污染强度的基础上,绘制两指标的重心迁移轨迹,并结合夏普利值分解法确定各省份所属的“政策-污染”类型,进一步采用格兰杰因果检验法深入剖析各类型下政策与污染的因果关系。结果表明：政策与污染的重心均位于我国东南部,但两者的迁移轨迹联动性较差,前者呈现“偏南-偏西-偏北-偏东”的迁移趋势,而后者整体向南迁移;从政策与污染的关系来看,“增长-降低”型省份的污染降低导致政策力度增长,且东、西部省份增长的动因有所不同;“降低-降低”型省份的污染降低会导致政策力度下降,但在具体污染维度上存在政策关注失衡现象;所有“污染增长”型省份在两指标上不存在格兰杰因果关系。建议在未来政策制定中考虑政策与污染结果的联动性,加强政策的精准性、协同性和前瞻性,这将有助于提升政策规制的效率和效果。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。