外源抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)对土壤生态健康和农产品质量安全构成严重威胁,但ARGs在土壤-农作物系统中定殖机理不清、跨界迁移机制不明,直接制约了农业系统中细菌耐药污染的有效防控。本文简要论述农田系统ARGs目前赋存现状,系统综述外源ARGs在农田土壤和农作物中的动态演变特征及其与土壤特性的关联性,梳理了ARGs在土壤中侵入-持留-迁移的定殖分子机制以及揭示耐药菌与内生菌之间的交互过程及驱动因素,并提出关于未来农田ARGs环境行为和阻控研究的展望和建议。
汞是毒性最强的重金属污染物之一,自然界中的汞主要以零价汞(Hg0)、无机二价汞(Hg2+及其络合物)和烷基汞(甲基汞、乙基汞及其络合物)三类形式存在,其中有机形态的汞对生物体的毒性更高且备受关注,因此对水环境中不同形态的汞进行调查研究和分析测试具有十分重要的意义。本文梳理了国内外地表水、地下水以及污水中的不同形态汞的污染现状和污染特征,总结了各种不同类型自然水体中各形态汞的浓度范围,归纳了各个化学形态汞的常用分析测试方法并讨论了各类方法的预处理步骤、检出限、线性范围,讨论了各类分析测试方法的优缺点和适用性并对其进行了比较和分析,最后对总汞、无机汞和烷基汞的分析测试难点以及未来的研究趋势进行了总结与展望。
砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁(nZVI)在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式,阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制,并针对今后改性nZVI修复砷镉复合污染研究进行了展望。
为探究超积累植物特异内生菌对非宿主作物锌(Zn)营养的调控作用,采用水稻土(Paddy soil,PS)和潮土(Fluvo-aquicsoil,FAS)开展盆栽试验,设置10种不同内生细菌灌根处理,以探究内生菌对小麦幼苗Zn吸收转运的影响。结果表明:在Zn含量较为充足的PS中,接种SaPS1使地上部生物量增加了158.48%,接种SaPA1使地上部Zn含量提高了108.83%,而在Zn含量较为缺乏的FAS中,接种SaVA1使地上部生物量增加了60.16%,接种SaZR8和SaBR2使根部Zn含量提高了74.17%和73.02%。实时荧光定量分析结果显示,在PS中地上部TaZIP3、TaZIP6、TaZIP7 和TaZIP10 的表达水平在接种SaPA1和SaPS1后提高超过100%,而在FAS中,接种SaBR2后地上部和根部这4个基因的表达量均极显著增加。根际微生物群落16S rDNA测序结果发现,虽然SaPA1和SaPS1灌根处理对根际微生物群落多样性无显著影响,但改变了部分功能微生物的丰度。这些研究结果表明,在Zn含量不同的土壤中,东南景天特异内生菌可以调节小麦对Zn的吸收转运,可作为新型生物制剂用于小麦Zn营养生物强化。
为探讨纳米羟基磷灰石(nHAP)系列材料对水稻镉(Cd)吸收和转运的调控机制,本研究通过盆栽试验探讨施加nHAP、nHAP-Se和nHAP-Fe对水稻吸收、累积Cd的影响。结果表明,水稻土施加nHAP系列材料与空白对照相比,水稻糙米、谷壳、秸秆中Cd的含量显著下降,其中nHAP-Se、nHAP-Fe作用下水稻糙米Cd的含量下降了68.12%、64.18%,低于食品安全国家标准限定值0.2 mg·kg-1。本试验表明,nHAP系列材料通过降低土壤中Cd的水溶性和离子交换能力,实现了对土壤Cd 良好的吸附和固持作用,从而降低土壤Cd在土壤-植物之间的迁移活性。
关键词:深度学习;多层感知机神经网络;随机森林;小麦;锌;安全利用 中图分类号:TP18;S512.1 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2248-12 doi:10.11654/jaes.2024-0127
关键词:聚乙烯微塑料;四环素;老化;亲疏水性;植物毒性;子叶光合色素 中图分类号:X505;X173 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2260-09 doi:10.11654/jaes.2024-0123
为探究添加外源硅肥对铅镉胁迫下烟草生长及铅镉在烟株各器官的富集转移特性的影响,同时为硅肥缓解烟草铅镉胁迫提供理论依据,本研究以烟草品种K326为材料进行盆栽试验,设置2个不同铅镉处理组和4个不同的硅肥处理组,处理90 d后对烟株的各生长指标,叶片渗透调节物质含量和抗氧化酶活性及各器官铅镉富集转移特性进行测定分析。结果显示,外施硅肥均能提高铅镉胁迫下烟株的株高、叶片数、叶长、叶宽、总叶面积和干物质累积,显著降低铅镉胁迫下烟叶中丙二醛(MDA)含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)的活性,增加脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖的含量。其中施用外源有机硅肥2的效果最好,烟株的株高、总叶面积和总生物量分别增加了72.59%、59.36% 和44.34%,SOD、POD、CAT和APX活性分别显著升高了20.3%、112.95%、149.81%和125.88%,脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量分别增加了245.26%、112.51%、214.29%。铅镉胁迫下,铅主要富集在烟株的根部,镉主要富集在烟叶,施用外源硅肥可以降低烟株各部位铅镉含量和富集转移系数。其中添加外源有机硅肥2的烟株根部铅含量和铅富集系数分别降低了54.57%和54.62%,铅转移系数降低了7.78%;烟株叶片镉含量和镉富集系数分别降低了43.57%和13.58%,镉转移系数降低了19.77%。因此,外源硅肥能促进烟草的生长,减少烟株对铅和镉的吸收富集和转移,减轻铅镉胁迫对烟草的毒害,提高烟草对重金属的耐受性;其中有机硅肥作用效果优于无机硅肥,且以有效硅含量更高的外源有机硅肥2效果最佳。
为更科学评估大米和杂米中多种微量元素的摄入情况及其对人体的健康风险,采用生理原理提取法(PBET)研究烹饪前后大米和杂米中多元素(汞、砷、镉、铅、镍、铜、锌和硒)生物可给性,计算日均暴露量、危险商和癌症风险。结果表明,所有市售大米和杂米中有毒元素含量均未超过我国食品中污染物限量值;烹饪后大米和杂米中元素含量不同程度降低,平均降幅大小趋势为:汞(23%)>镍~硒(20%)>砷~铅(17%)>镉(11%)>铜(3%)>锌(2%),相对籼米和籼糯米,粳米影响更大;汞和铅生物可给性平均降幅最大(均下降23个百分点),锌最小(下降11个百分点)。研究表明,人体通过大米和杂米摄入有益元素低于推荐摄入量;烹饪利于降低大米和杂米中有毒有害元素健康风险,但部分样品中砷和镉对人体存在一定的致癌风险,需进一步跟踪和关注。
关键词:水稻;联合调控;Cd污染农田;安全利用;成本效益分析 中图分类号:S511; X53 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2288-08 doi:10.11654/jaes.2024-0254
为获得易于回收且对重金属吸附性能强的磁性材料,实验以牡蛎壳为原材料,磷酸铁和碳酸亚铁为铁源,通过共沉淀法制备磁性材料,并对其煅烧改性得到煅烧磷酸铁牡蛎壳(CPO)和煅烧碳酸亚铁牡蛎壳(CCO)磁性材料。通过不同初始pH值、吸附等温线及动力学等探究材料对Cd(Ⅱ)的吸附特性,采用SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征手段对材料吸附Cd(Ⅱ)的机理进行分析,同时在实际Cd污染土壤中进行实验研究,探究材料对土壤溶液中总Cd与各形态Cd的去除效果。结果表明:两种材料对Cd(Ⅱ)的最佳吸附pH值在4~6之间;在35 ℃时,CPO和CCO在水体中对Cd(Ⅱ)的最大理论吸附量可达214.20、116.04 mg·g-1,吸附过程均符合Langmuir模型,表明为单层吸附;CPO和CCO在100 min时达到吸附平衡,吸附过程均符合拟二级动力学,表明为化学吸附。表征结果表明,CPO和CCO对Cd(Ⅱ)的吸附机制以化学吸附为主,包括静电作用,材料表面的羧基、羟基与Cd(Ⅱ)的络合作用,以及磷酸根、碳酸根等与Cd(Ⅱ)的沉淀作用。在土壤实验中,CPO 和CCO 处理的土壤总Cd 去除率为28.67% 和22.05%,回收率为92.39%和89.72%,去除的Cd主要为酸提取态和可还原态,可氧化态和残渣态无显著变化。综上所述,本研究制备的煅烧磷酸铁牡蛎壳和煅烧碳酸亚铁牡蛎壳对Cd(Ⅱ)吸附量较大,且回收率高,具有较好的应用潜力。
为寻找修复重金属污染土壤的高效、绿色材料,本实验采用菠萝皮渣、哈密瓜皮渣等农业废弃物,并添加乳酸菌进行发酵制得富含有机酸的高效淋洗剂,并分析淋洗剂浓度、pH、淋洗时间以及淋洗次数等参数对土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)的去除效率、机理及生态风险。结果表明:与未发酵浸提液相比,乳酸菌发酵液可以提升土壤Cd、Pb、Zn的去除率14.27%~20.76%;且随着淋洗剂浓度增加、pH降低、淋洗时间延长及淋洗次数的增加,Cd、Pb、Zn的去除率显著提升;菠萝皮渣发酵液淋洗3次后,土壤中残留的Cd和Zn含量均低于国家土壤质量标准(GB 15618—2018)中农用地的限值,表明利用乳酸菌发酵制得的淋洗剂可作为一种绿色高效的土壤重金属修复材料。发酵液多次淋洗后,土壤中Cd、Zn的环境风险和生物有效性降低,移动性减弱,稳定性增强;而重金属Pb总量降低,但移动性增强,其安全性仍值得关注。
为解析土壤理化性质与生物炭添加效果之间的相关性,明确生物炭影响地带性土壤等温吸附丁草胺的特征及关键机制,本研究采用9种不同理化性质地带性土壤,加入系列用量稻壳生物炭,考察了丁草胺在生物炭-土壤混合体中的等温吸附特征。结果表明:在不同生物炭添加剂量条件下,丁草胺在土壤中的吸附等温线均遵循Freundlich吸附模型,生物炭添加显著增加了9种地带性土壤对丁草胺的吸附能力[模型平衡常数(Kf)增加],降低了线性吸附的程度[模型指数(1/n)降低]。生物炭添加剂量越高,丁草胺吸附容量越大。热力学计算结果显示,在0.5%~2% 生物炭添加条件下,丁草胺在地带性土壤中的吉布斯自由能为-16.30~-21.67 kJ·mol-1,表明吸附过程是自发且有利的。皮尔森相关性分析结果表明,土壤有机碳与Kf 增长率呈显著负相关,说明土壤可溶性有机质抑制生物炭对丁草胺的吸附。多元线性回归方程分析结果显示,当土壤未添加生物炭时,土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf 值的解释能力高达99%,而当生物炭添加为0.5%、1%、2%时,土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf 值的解释能力分别下降至83%、70%、90%。通径系数研究表明,生物炭添加剂量从0上升至1%时,土壤黏粒和土壤粉粒对丁草胺吸附的直接作用系数增大,而有机碳和pH对丁草胺吸附的直接作用系数减小。研究表明,生物炭输入改变了丁草胺的吸附特征,土壤黏粒和土壤粉粒等土壤质地因素对丁草胺吸附产生重要影响。
为探究膨润土与芽孢杆菌配施对沙地土壤氮磷钾养分释放与蓄持作用的影响,开展田间原位和室内淋溶试验,探究两种模式(膨润土单施、膨润土+芽孢杆菌混施)对沙地土壤基础理化特性、剖面养分状况及膨润土不同添加水平(0.50%、1.00%、3.00%)对沙地土壤养分淋溶的影响。结果表明:3种膨润土添加水平显著提升沙化土壤含水率,增幅为32.14%~99.41%;膨润土+芽孢杆菌混施稳步提升了土壤速效养分含量,尤其是3.00%的膨润土+芽孢杆菌处理组提升最显著,增幅为56.76%~87.24%;膨润土降低土壤速效养分淋溶并增强土壤保肥能力,3.00%膨润土处理显著降低土壤速效钾淋失量,降幅为46.38%。研究表明,膨润土配施芽孢杆菌能增强沙地土壤水分和养分有效性,其中,3.00%膨润土配施芽孢杆菌能显著提升沙化土壤有效磷和速效钾含量。
关键词:秸秆还田;优化施肥;小麦-玉米轮作;土壤有机碳含量;土壤有机碳矿化 中图分类号:S153.6 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2339-11 doi:10.11654/jaes.2024-0304
为探究施用不同微生物菌肥对长江中下游瘠薄稻田土壤养分和水稻生长的影响,通过盆栽试验,设置褐球固氮菌(Azotobacter chroococcum)+胶冻样类芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)(CM)、褐球固氮菌+枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)+解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)(ABP)和枯草芽孢杆菌+解淀粉芽孢杆菌(SAT)3种不同微生物组合,并设微生物菌肥推荐用量和1.2倍用量处理,再将其分别与化肥常规用量、减氮15%和减氮磷15%搭配施用,研究不同施肥处理对土壤基本理化性质、土壤酶活性和水稻生长的影响。结果表明:添加微生物菌肥可以有效降低土壤pH值,提高全氮含量,土壤碱解氮、有效磷、铵态氮含量随生长时期延长总体呈现降低趋势,硝态氮反之。菌种组合与其用量对土壤速效养分影响显著,其中ABP组合可提高全生育期土壤碱解氮、有效磷和铵态氮含量,常规化肥用量下,1.2倍微生物菌肥用量处理(1.2ABP+NPK)土壤养分含量低于推荐用量处理(ABP+NPK),当化肥用量减少后土壤养分含量也降低,CM组合各处理在灌浆期和收获期对碱解氮和有效磷的提升效果较小,SAT 组合未表现出显著的解磷优势。添加ABP 使土壤酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提高了26.79%~46.27% 和7.85%~15.81%,效果优于CM和SAT组合。SAT在一定程度上可以促进茎叶生长,但对根系的促生作用和增产效果不佳,添加CM的水稻株高和根干质量较单施化肥处理(NPK)无显著变化,而ABP组合在促进根系伸长和植株生长、提高产量方面有明显优势,其中ABP+NPK处理水稻产量是对照处理的1.25倍。研究表明,针对瘠薄稻田土壤,施用固氮解磷微生物菌肥可以显著提高土壤氮磷养分有效性,改善土壤酶活性,促进水稻生长和产量提升。
关键词:有机碳;耕地;土壤类型;用地类型;人类活动 中图分类号:S153.6 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2363-12 doi:10.11654/jaes.2023-0876
关键词:微囊藻水华;藻类群落结构;曝气扰动;遮光率;硅藻 中图分类号:X52;X173 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2375-09 doi:10.11654/jaes.2023-1091
关键词:微污染水;脱氮菌剂;苦草;协同修复;麦饭石 中图分类号:X524;X17 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2384-09 doi:10.11654/jaes.2023-0982
林果疫木枝条的无害化处理和资源化利用,是当前农林废弃物处理以及植物疫病防控的难点,也是农业环境科学与植物保护科学交叉研究的新方向。本试验以库尔勒香梨(Pyrus sinkiangensis Yu)梨火疫病疫木为靶标,采用菌-虫(白星花金龟,Protaetia brevitarsis)联合,开展菌剂、牛粪香梨枝条配比、酵化时间的三因素五水平正交试验,明确疫木发酵关键技术参数,以及白星花金龟最佳取食组合。试验结果表明,5种腐解菌+牛粪处理最高发酵温度均已超过55 ℃,其中EM菌剂腐解效果最好,LK菌剂次之。发酵产物经菌虫复合转化12d后,幼虫质量增加5.32~8.38 g,虫砂量可达36.93~83.55 g,虫砂转化率最高可达94.26%。综合考虑降低牛粪添加比例、酵化时间及物料处理成本,LK菌剂、添加40%的牛粪及酵化25 d为白星花金龟幼虫最佳取食组合方案,且发酵产物以及白星花金龟转化产物虫体和虫砂中均未检测出梨火疫病菌(Erwinia amylovora)。研究表明,微生物与白星花金龟相结合对香梨疫木枝条有较好的转化率,通过白星花金龟实现了疫木枝条的资源化利用,且阻断了疫木枝条传播病源的途径。
关键词:冬小麦;碳循环;CO2;WRF-VPRM 中图分类号:S512.11 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2401-15 doi:10.11654/jaes.2024-0173
关键词:水稻;秸秆碳组分;激发效应;土壤有机碳;土壤酶 中图分类号:S153.6 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2416-08 doi:10.11654/jaes.2024-0317
关键词:喀斯特湿地;稻田;N2O;硝化;反硝化;群落结构 中图分类号:X144 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2424-10 doi:10.11654/jaes.2023-1071
关键词:密闭室抽气法;大气背景氨;土壤氨挥发;华北平原;冬小麦-夏玉米轮作 中图分类号:S151.9 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)10-2434-09 doi:10.11654/jaes.2024-0370