地表臭氧对中国主要粮食作物产量与品质的影响：现状与展望

目前,中国地表臭氧污染水平已位列世界前列,对国内粮食安全造成了严重威胁。针对当前严重的大气污染,并且基于该领域的研究热点,本文综述了地表臭氧在农业生态风险方面的研究现状与展望。主要包括地表臭氧对作物产量和品质的影响与机制及其区域风险评估的方法与结果。提出了未来研究应着重关注臭氧区域风险评估的精准性和全面性,开发作物多品种的臭氧气孔通量模型以及建立科学的评估指标体系。此外,要探求高效减缓臭氧损伤的农艺管理措施,以及加强多因子复合实验的开展与无人机生态遥感监测技术的应用。     

臭氧浓度升高对小白菜叶片生理特性的影响随暴露时间的变化研究

为探究近地面臭氧（O₃）浓度升高对植物的不良影响随暴露时间延长的变化情况,本研究以小白菜（Brassica pekinensis）为研究对象,采用开顶式气室（OTC）,设置4种O₃浓度水平,即环境浓度（NF）,环境浓度+40 nmol·mol^-1（ NF40）,环境浓度+80 nmol·mol^-1（ NF80）,环境浓度+120 nmol·mol^-1（ NF120）。根据小白菜叶绿素（Chl）、类胡萝卜素（Car）、可溶性蛋白（SP）、可溶性糖（SS）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性（PEPC）、丙二醛（MDA）、抗坏血酸（AsA）、谷胱甘肽（GSH）、总抗氧化能力（T-AOC）与O₃暴露剂量（AOT40）的线性模型截距与模型斜率在不同测定时间的关系,明确 O₃浓度升高对小白菜叶片生理特征的影响随暴露时间的变化规律。研究发现,累积熏蒸28 d时,随着O₃浓度升高,与NF组相比,NF40、NF80、NF120组小白菜叶片Chl,Car和SP含量分别减少19.09%、30.45%、33.66%,12.85%、24.69%、27.78%和26.30%、37.89%、38.16%（P<0.05）,而叶片MDA,SS,GSH,AsA,T-AOC含量分别 增 加 31.11%、33.42%、75.23%,165.61%、207.08%、306.00%,78.30%、89.08%、162.09%,14.47%、15.11%、92.35%,27.87%、32.84%、42.61%。结果表明,O₃浓度升高会造成小白菜叶片光合色素下降和生理伤害增加,并诱使小白菜抵御O₃胁迫的抗氧化能力增强。随着 O₃暴露时间延长,叶片中 Chl、Car、SP、MDA 对 O₃的敏感性（即指标对单位 O₃暴露剂量变化的响应大小）减弱（P<0.05）,而SS、GSH、AsA、T-AOC对O₃敏感性无显著变化,说明随着暴露时间延长O₃胁迫对小白菜叶片生理特征的影响强度呈下降趋势,小白菜对O₃胁迫的敏感性降低。研究表明,长时间高浓度O₃熏蒸降低了小白菜的光合作用,提高了抗氧化能力,最终导致生物量降低,同时降低了小白菜对O₃胁迫的敏感性。     

施用沼液和接种丛枝菌根真菌对甘草生长及重金属累积的影响

甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)是一种重要的补益中草药。由于野生甘草面临过度采撷和资源耗竭,人工种植甘草规模日益扩大,发展低耗高效的甘草种植技术成为迫切需要。通过盆栽试验考查了不同沼液添加水平(沼液/去离子水体积比:10/0、9/1、5/5、1/9及0/10)下,接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌Rhizophagus intraradices对甘草生长及重金属累积的影响。试验结果表明,AM真菌能够对甘草根系形成良好侵染,菌根侵染率在25.0%~48.4%之间。AM真菌对甘草表现出显著促生作用,接种处理使植株生物量、磷浓度及叶片叶绿素含量分别提高了171%~271%、64%~143%和98%~127%。施用沼液显著提高了植株磷浓度和叶片叶绿素含量,在提高土壤有机质含量和土壤全磷的同时,也增加了植物及土壤铬、铜和铅浓度。在沼液稀释比为10/0和9/1水平下,植物铬、铜和铅浓度超标,而接种AM真菌显著降低了植株重金属浓度至安全阈值以内。施用沼液同时接种AM真菌可在促进甘草生长的同时保障甘草品质,因而在甘草人工种植中具有潜在应用价值。     

添加秸秆碳源对土壤微生物生物量和原生动物丰富度的影响

为了研究引入秸秆碳源对根结线虫(Meloidogyne spp.)病害严重土壤中微生物生物量和原生动物的影响, 以番茄为供试作物, 设置4个梯度的小麦秸秆添加量[CK(0 g·kg^-1), 1N(2.08 g·kg^-1)、2N(4.16 g·kg^-1)和4N(8.32 g·kg^-1)], 研究不同种植时间(6个月和4个月)下土壤微生物生物量碳、氮和原生动物丰度的变化。研究结果表明: 添加秸秆对微生物生物量碳、氮和原生动物丰富度有明显促进作用, 添加的秸秆量越多, 这种促进作用越明显。不同秸秆添加量处理中, 微生物生物量碳、氮和原生动物丰度为: 4N>2N>1N>CK。秸秆对原生动物的群落结构也有显著影响, 在各处理中, 鞭毛虫和肉足虫占有绝大比例, 分别占总丰度的29.44%和66.19%, 纤毛虫仅占4.37%。在相同添加秸秆量条件下, 土壤原生动物丰度随种植时间的延长而提高, 而微生物生物量碳、氮量随种植时间的延长而降低。而在种植时间相同条件下, 随着秸秆量的增加土壤微生物生物量碳、氮量和微生物生物量碳氮比和原生动物总丰度相应增加。     

典型城市化地区蔬菜重金属的累积特征与健康风险研究

工业化和城市化带来的重金属污染对环境质量、食品安全、人体健康及社会经济可持续发展构成严重威胁和挑战。为了掌握典型城市化区域蔬菜生产的重金属污染特征与食用健康风险,从而为快速城市化区域的农业实践提供依据,本研究选取珠三角电镀、染织等工业密集典型城市化区域的蔬菜和土壤为研究对象,通过采集蔬菜和表层土壤样品,使用单因子污染评价和内梅罗综合污染指数法对蔬菜样品中Cd、Ni、Cr、As、Pb 5种重金属进行污染评价,使用目标危害商数法进行健康风险评价。研究发现,该地区菜地土壤存在Cd污染。研究区蔬菜中重金属的富集吸收能力为Cd > Ni > Cr > As > Pb,叶菜类对Cd的富集最多,豆角类对Ni的富集较多。单因子污染评价结果显示蔬菜中重金属超标率按大小排序为Ni > Cr > Cd > Pb=As,Ni、Cr和Cd超标率分别为10.53%、2.63%和1.32%,Pb和As均未超标;综合污染指数的评价显示叶菜类样品处于轻度污染水平,豆角类处于中度污染水平,瓜类尚未受到重金属污染。健康风险评价结果表明,叶菜类和豆角类的综合目标危害商数（TTHQ）均大于1,长期食用叶菜类和豆角类会对健康造成影响,成人和儿童的综合目标危害商数排序均为叶菜类 > 豆角类 > 瓜类,儿童摄食蔬菜的重金属健康风险高于成人。总体来说,研究区蔬菜重金属健康风险基本处于可接受范围,但叶菜类Cd和豆角类Ni造成的健康风险需引起重视。     

城市化对城区和郊区森林土壤氮循环的影响

氮循环是陆地生态系统重要的物质循环过程之一。快速城市化改变了生态系统的氮输入和输出,从而影响了城市生态系统的氮循环规律,但目前有关研究还很少。选取北京城区和郊区的油松林、侧柏林和毛白杨林三种森林植被类型,比较研究了不同季节(春季、夏季、秋季)的土壤无机氮库和净潜在矿化和硝化速率的城郊差异。结果表明,(1)城区与郊区硝态氮、氨态氮含量均有明显的季节动态,夏季显著高于春季和秋季。(2)3个季节城区硝态氮含量均显著高于郊区(春季28.41 mg kg-1和19.66 mg kg-1;夏季99.35 mg kg-1和59.51 mg kg-1;秋季9.61 mg kg-1和5.63 mg kg-1)。(3)城区净潜在矿化速率也高于郊区。(4)夏、秋两季,城区和郊区的土壤硝态氮含量不同树种间存在差异,夏季城区的净潜在矿化和硝化也呈现出树种间的差异(P<0.05)。(5)影响城区与郊区无机氮库的环境因子也存在差异,城区土壤无机氮库的变化主要与土壤有机碳和容重相关,而郊区主要与土壤水分相关。因此,城市化能够对森林土壤的氮循环产生一定影响,但其影响程度因研究指标、季节和树种而有所差异。     

城市绿地生态服务功能价值评估——以北京林业大学为例

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分,具有巨大的生态价值。以北京林业大学校园绿地为研究对象,选取涵养水源、保育土壤(固土、减淤、保肥)、固碳释氧(固碳、释氧)、净化大气环境(吸收SO2、滞尘)、生物多样性保护、温度调节等指标,应用影子工程法、机会成本法、等效替代法、碳税法、生产成本法、恢复费用法估算其生态服务功能价值。研究结果表明:北京林业大学校园绿地生态服务功能价值总量为755.830 78×104元/a;按价值排序依次为:温度调节固碳释氧(固碳释氧)水源涵养生物多样性保护净化大气环境(滞尘吸收SO2)保育土壤(减少泥沙淤积减少土壤侵蚀保持土壤肥力)。绿地生态服务功能价值货币化使城市绿地的生态经济价值更加明确,体现途径更加直观,有助于提高绿化规划建设的合理性,增强居民保护绿地的意识。     

臭氧胁迫对水稻光合作用与产量的影响

采用开顶式气室（OTC）,对水稻“3694繁”（Oryza sativa L.3694 Fan）进行田间原位臭氧（O3）熏气实验,研究了不同O3浓度熏气处理下水稻光合色素、气体交换参数以及产量的响应。实验设置分4个水平：过滤大气组（CF,10 nL.L^-1）、自然大气组（NF,40nL.L^-1）和两个不同浓度的O3处理组（O1：100 nL.L^-1;O2：150 nL.L^-1）。结果表明：（1）与CF组相比,两个不同浓度的O3处理均导致水稻叶片光合色素含量大幅度下降,加速水稻的衰老过程;（2）在实验进程中,O3处理导致水稻叶片气体交换参数发生显著变化,饱和CO2浓度的净光合速率（Psa）t、气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、气孔限制值（Ls）和羧化效率（CE）均呈现下降趋势,表明O3浓度的升高使水稻光合作用对CO2的利用效率降低,水稻在灌浆期对O3最为敏感;（3）O3处理使水稻产量损失明显,当AOT40值达到2.32μL.L^-1h时,就能导致水稻产量10%的减产。