再生水回灌的农业环境风险及对策

随着我国城市化进程加快和经济的快速发展,需水量大幅增加,造成局部缺水严重,与此同时城市污水处理厂的数量和规模不断增大,而这些污水处理厂出水(再生水)直接排入河流而没有被再次利用造成资源浪费,再生水回用后对土壤环境的不确定性影响是造成再生水利用率较低的重要原因。本文系统总结了再生水回用对土壤环境的盐分、有机质组分、微生物、重金属、难降解有机污染物的国内外的研究成果,指出:(1)再生水回用于灌溉在提高肥力的同时,能够引起土壤盐分的累积;(2)再生水回用于灌溉能够导致土壤微生物菌群的变化,也有引起环境卫生的风险,但是风险极低;(3)再生水灌溉能够引起部分重金属元素的累积;(4)再生水灌溉对土壤难降解有机污染物的影响是未来研究的热点。     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

干湿交替灌溉与施氮耦合对水稻根际环境的影响

为了探讨不同水氮耦合对水稻根际土壤环境及根系分泌有机酸总量的影响,以新稻20号为材料,进行盆栽试验,设置浅水层、轻度(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm~2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm~2)3种氮肥水平9个处理。结果表明:轻度干湿交替灌溉及中氮增加了土壤酶活性,提高土壤中微生物数量,根系分泌有机酸总量显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉及重施氮肥则降低土壤酶活性及微生物的数量,显著(P0.05)减少根系分泌有机酸的总量;相关分析表明:根际土壤酶活性及微生物数量与不同生育期根系分泌有机酸总量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系。土壤酶活性、微生物数量及有机酸总量的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。研究可为通过水氮耦合调控水稻良好的根际环境提供依据。     

生物有机肥对连作马铃薯及土壤生化性状的影响

生物有机肥是一种集有益微生物和有机肥优点为一体的新型肥料,能更好地让有益微生物在土壤中定植和生长。本研究针对马铃薯连作障碍问题,探索几种生物有机肥对马铃薯连作土壤生物性状、产量及品质的影响。试验以威芋5号原种为材料,在同等化肥用量的基础上,增施等量不同品种的生物有机肥,测定其出苗率、农艺性状、产量及品质、土壤生物性状等。结果表明:施用生物有机肥对马铃薯的农艺性状、出苗率、土壤养分及微生物群落结构、产量以及薯块品质均有改善作用。其中GZ-I处理增产效果最明显,增产率为52.26%,并且GZ-I处理可以明显地提高细菌与真菌的比值(B/F),其B/F较对照提高5.67倍。GZ-III处理提质效果最明显,马铃薯薯块中淀粉、还原性糖以及Vc含量最高,分别较对照提高0.68倍、1.64倍、0.41倍。施用不同生物有机肥均可提高马铃薯土壤的养分含量,改善土壤肥力水平,其中GZ-III处理的改土效果最明显,可以明显增加土壤中的有效养分含量。因此,生物有机肥可以提高连作区马铃薯的产量和品质,并对土壤有明显的改良作用,其中GZ-I处理的增产效果最好,GZ-III处理的提质和改土效果最好。     

玉米秸秆腐解规律及土壤微生物功能多样性研究

试验以玉米长期连作和玉米—小麦轮作土壤为研究对象,采用网袋法设定秸秆覆盖和深埋2个还田处理,间隔不同时间取样,分析秸秆腐解特征及土壤微生物群落功能多样性。结果表明,针对不同土壤来说,玉米—小麦轮作土壤中2种秸秆还田方式下(T1和T2),玉米秸秆腐解速率、养分(N、P和K)释放率均高于玉米长期连作土壤(CT1和CT2);不同秸秆腐解时间下,土壤微生物群落功能多样性各处理表现不同。总的来说,T1和T2处理的微生物群落平均颜色变化率、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数均高于CT1和CT2。在玉米长期连作种植区,秸秆深埋比秸秆覆盖能更有效提高玉米秸秆腐解率和改善土壤微生物群落结构的功能多样性。     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。     

不同措施对滨海盐渍土壤呼吸、电导率和有机碳的影响

在苏北滩涂围垦区的轻度和中度盐渍土上,通过田间试验,研究了不同农田管理措施(传统耕作、施用有机肥、氮肥增施、秸秆还田和免耕)对土壤盐分、呼吸和有机碳等的影响。结果表明,0~40cm土层平均电导率在玉米种植季明显升高,小麦种植季出现小幅降低,轻度盐渍土的电导率为4.57~8.20 d S m~(~(-1)) ,中度盐渍土为4.89~10.13 d S m~(~(-1)) ,处理之间秸秆还田最低,免耕最高,秸秆还田和施用有机肥有效减少了土壤盐分含量。与中度盐渍土相比,轻度盐渍土的呼吸强度较高,在夏玉米和冬小麦种植季节分别高约16%和18%。有机肥、氮肥增施、秸秆还田处理的土壤呼吸均高于对照,而免耕较低。两组试验的土壤有机碳和微生物生物量碳均有缓慢增加,其中施用有机肥和秸秆还田可以大幅提高其含量。轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土,总体上对照最高,免耕最低。     

玉米栽培模式对暗棕壤微生物学特性及养分状况的影响

玉米栽培模式的改变通过对暗棕壤形成不同程度的扰动,能够引发微生物学特性及养分状况的变化;反之,亦可通过两者的数量变化来定量评估玉米栽培模式对地力培肥的效果。以实施3a的定位栽培试验为供试对象,分别研究玉米高光效休耕轮作栽培(HPE)、地膜覆盖下的高光效休耕轮作栽培(PM-HPE)、宽窄行交替休闲栽培(WNR)以及农民等垄宽常规栽培(CC)4种模式对暗棕壤养分状况、酶活性及微生物量碳氮(SMBC、SMBN)的影响,并在此基础上进行种植带与休耕带的分类讨论,相关结果表明:(1)高光效栽培对暗棕壤全氮含量利用程度较高,栽培措施改变对全磷含量影响较小,休闲栽培能够显著提升暗棕壤全钾含量水平,但对有效磷及有机质含量有着明显的消耗作用;(2)常规栽培具有改善暗棕壤脲酶及碱性磷酸酶活性的双重作用,但对过氧化氢酶活性则表现为抑制作用。无论覆膜与否,高光效栽培对蛋白酶活性皆有所抑制。基于休闲栽培,密植玉米的种植带更有利于蛋白酶及碱性磷酸酶活性的增高,而过氧化氢酶活性在此过程中遭受抑制。高光效栽培下的休耕带,其脲酶活性略高于种植带,而宽窄行交替休闲栽培所表现的规律相反;(3)常规栽培更有利于暗棕壤SMBC成分的累积以及SMBN含量的消耗,休闲栽培下的种植带,其SMBC含量明显高于休耕带的结果;休闲栽培有利于土壤细菌的繁衍,而覆膜能够在同等栽培条件下增加真菌在微生物区系中的存在比例。     

侵蚀红壤区植被恢复对表层与深层土壤有机碳矿化的影响

试验研究了典型红壤侵蚀区不同植被恢复年限(0,11,31a)的表层(0—10cm)和深层(60—80cm)土壤有机碳矿化特征。结果表明:深层土壤有机碳84d累积矿化量或潜在矿化量显著低于表层土壤,植被恢复则显著增加了表层和深层土壤累积矿化量或潜在矿化量(P0.05),相关分析显示土壤有机碳累积矿化量或潜在矿化量与WSOC、MBC和SOC显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关,表明碳矿化底物数量是决定土壤碳累积矿化量或潜在矿化量的主导因子;对照表层土壤的矿化速率常数(k)高于深层土壤的,植被恢复降低了表层土壤的k值(P0.05),对深层土壤的k值却没有显著影响;而深层土壤矿化率显著高于表层土壤,且植被恢复后均显著降低(P0.05),相关分析显示土壤有机碳矿化率与微生物代谢熵呈极显著的正相关(P0.01),表明微生物碳利用效率是影响土壤碳矿化率的重要因素,而深层土壤微生物碳利用效率显著低于表层土壤,但植被恢复可以改善侵蚀红壤的环境条件,提高土壤微生物的碳利用效率,从而增强土壤固碳能力。     

类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力

以贵阳市花溪区麦坪废弃煤矿区为研究区域,选择在受酸性矿山废水(AMD)污染的土壤上经类芦植被恢复的土壤为研究对象,研究自然恢复类芦植被后对AMD污染土壤的养分、酶活性及微生物数量的改善作用,探讨类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力。结果表明:AMD污染土壤呈养分极贫瘠、土壤酶活性和微生物活性极低的特征,污染土壤经自然恢复类芦植被后,污染土壤的理化性质及生物化学特性有显著改善,具体表现为:经类芦植被恢复的土壤的有机质、全氮、有效氮、有效磷、速效钾含量较对照(无类芦植被恢复)的污染土壤分别平均增加了48.95%,133.71%,46.23%,23.10%,29.83%,土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶、纤维素酶和脲酶活性得到极显著(p0.01)提高,土壤主要微生物类群(细菌、真菌、放线菌)数量和生物量极显著(p0.01)增加。相关性分析表明,土壤养分、酶活性和微生物数量之间呈正相关关系,表明土壤酶活性和微生物数量可作为评价AMD污染土壤修复前后质量改善状况的重要生物学指标。另外,主成分分析表明,在类芦植被对AMD污染土壤修复过程中土壤酶(脲酶)、土壤养分(全磷、全氮、有效磷、有效氮、有机质、速效钾)、土壤微生物(细菌)是主要控制因素。基于类芦植被能显著地提高AMD污染土壤有效养分含量、土壤酶活性和微生物数量,使AMD污染土壤朝着良性方向发展,并表现出对AMD污染土壤修复具有较大的潜力,因此类芦植被可作为AMD污染土壤植物修复和生态恢复的先锋物种或优势植物。