本文立足于我国农业面源污染监测评估现状,结合生态环境部监管职能,以水生态环境持续改善为监管目标,结合现代化高质量发展的国家战略要求,构建了以“天地协同监测、模型评估核算”为主要技术路线的农业面源污染立体监测评估业务体系,形成了嵌套式点面结合“一张网”、遥感驱动式“一平台”的全覆盖立体监测评估核算系统。目前,本体系构建方法已应用到生态环境部全国农业面源污染监测评估业务工作中,2022年形成了国家250m、省级30 m及区域2 m遥感多尺度监测和175个监测区及1 936个监测点位地面传统监测相结合的监测网络。本文将从农业面源污染监测评价体系顶层设计、“一张网”监测评估业务体系构建和全国多级业务平台建设应用等方面具体阐述体系构成和应用情况,并进一步总结目前监测体系建设中存在的问题和未来建设方向,以期推动以水生态环境改善为核心的我国农业面源污染立体监测评估业务体系不断发展完善。
为了研究长江经济带的总磷时空分布特征及自然因子与总磷排放的驱动关系,探明总磷排放与自然因素的变化规律。本文基于DPeRS模型,对长江经济带2016—2022年间农业面源总磷污染进行遥感像元尺度时空评估,结合降水和植被覆盖度两类关键自然因子,定量分析自然因子对总磷排放强度的相关性。结果表明:长江经济带的总磷排放从1.21×105 t下降至4.69×104t,减少比例为61.3%,总磷排放强度呈降低趋势的区域面积是呈增加趋势区域面积的4倍;总磷排放强度与降水的平均相关系数为0.27,与植被覆盖度的平均相关系数为-0.32,偏相关性统计结果表明7年间植被覆盖度对总磷排放强度的响应程度高于降水;自然因子驱动分析结果表明,总磷排放受降水因子主导的区域分布在江苏南部、安徽中部、湖北东部和江西南部等中东部地区,受植被覆盖度因子主导的区域分布在四川东部,其余地区为其他因素主导,表明人为因素对农业面源总磷排放可能产生更大影响。研究表明,2016—2022年间长江经济带农业面源总磷排放整体呈下降趋势,贵州、安徽和江西等省份下降速率较快,且长江经济带总磷排放强度与植被覆盖度的相关性大于降水。
为探究长江中下游地区农业面源污染特征,本研究采用遥感分布式面源污染评估模型(DPeRS)核算了长江中下游地区农业面源污染入河量,耦合地表水污染物受纳阈值构建了农业面源污染风险评价方法,识别了农业面源污染高风险区,并探讨分析了农业面源污染影响因子。结果表明:2023年长江中下游地区农业面源总氮和总磷平均流失负荷分别为10.70 kg·hm-2和0.50kg·hm-2,农业面源污染高负荷区域主要分布在湖南省、湖北省、江西省和江苏省;农业面源污染为微度、轻度、中度、强度、重度和极重污染风险的占比分别为30.33%、43.66%、15.96%、4.70%、2.25%和3.10%;降雨量和植被覆盖度是长江中下游地区农业面源污染的关键影响因素,安徽省、湖南省和江苏省的降雨量与农业面源总氮流失负荷相关系数均超过0.18(P<0.05),江西省植被覆盖度与农业面源总磷流失负荷相关系数为-0.21(P<0.01)。研究表明,高强度农业活动和高降雨量增加了长江中下游地区农业面源污染风险,考虑地表水纳污能力的农业面源污染风险评价方法更有利于高风险区的精准识别,可为农业面源污染的精准防控提供技术支撑。
为明确渭河流域(陕西段)面源污染总磷时空分布特征,本研究采用面源污染负荷空间精细化程度较高的DPeRS模型,对2016—2020年研究区面源污染总磷排放与入河负荷的时空分布特征进行遥感像元尺度评估分析。结果表明:研究区总磷面源污染负荷的时空变化特征与降水特征有较强的相关性,也与区域土地利用分布特征有关,面源污染总磷排放和入河负荷高值区主要集中分布在流域北部的草地分布地带,污染类型以水土流失型为主,关中平原的渭南市西部和咸阳市中部地区排放负荷高值区以农田径流型为其主要污染类型。2016—2020年研究区面源污染总磷入河负荷表现为先上升后下降的趋势(2018年为折点),与流域西北部负荷高值区因降水量变化引发的草地水土流失面源污染有关,每年6—8 月是研究区面源污染总磷防治的关键期。流域内3个重点断面所在的汇水区中,临河入渭断面所在汇水区面源污染总磷主导类型为农田径流型,岔口和新河入渭断面所在汇水区主导类型为水土流失型,其中岔口断面所在汇水区2017—2019 年总磷面源污染对水质总磷指标的平均贡献率达到77.38%,建议该汇水区上中游地区主要关注林地水土保持、下游地区重点从农田养分管理加强面源污染防控。
为了解和掌握农业面源污染对监测断面超标的贡献,研究河北省2023年农业面源总磷污染情况,并深入探究其与典型超标断面之间的关系,为河北省农业面源总磷污染的精准防治和水环境改善提供科学的数据支撑。基于遥感分布式面源污染估算模型(DPeRS模型),构建2023年河北省农业面源污染30 m空间分辨率数据库,解析河北省农业面源污染排放和入河负荷的空间特征,识别农业面源污染优控单元结果,同时基于水质监测数据提取省内典型总磷超标断面,结合优控单元分析农业面源总磷污染对总磷超标断面的影响。结果表明:全省2023年农业面源总磷污染排放量为1.33万t,入河量为0.15万t,整体呈现南高北低的趋势,其评估精度高于80%;总磷农业面源污染优控单元面积占优控单元总面积的40.6%,需重点针对邯郸市、保定市和秦皇岛市等区域开展源头和入河过程协同优先控制措施;2023年总磷浓度超标频次较多的3个典型断面中,码头李断面总磷超标主要受农田径流型农业面源总磷污染的排放和入河过程协同影响,南刘庄断面总磷超标主要受农田径流型和畜禽养殖型农业面源总磷污染的入河过程影响,南大港湿地入口断面受农业面源影响很小,该断面邻近渤海湾,需重点排查渤海湾附近水产养殖等点源的影响。研究表明,河北省典型超标断面总磷浓度超Ⅲ类水体标准频次与汛期农业面源污染易发有显著协同关系。
为评估鸭、鹅、鸽子等小品种家禽的产排污特性与污染负荷,通过定位栏与代谢笼试验,研究并率定了广东省肉鸭、肉鹅、鸽子3种家禽的产排污量,并对其污染负荷特征进行了评估。结果表明:水养白羽鸭排污量分别为0.9 g·羽-1(氨氮)、7.6 g·羽-1(总氮)、3.4 g·羽-1(总磷)和297.1 g·羽-1(化学需氧量);棚养番鸭排污量分别为3.1 g·羽-1(氨氮)、10.3 g·羽-1(总氮)、3.9 g·羽-1(总磷)和390.5 g·羽-1(化学需氧量);肉鹅排污量分别为8.8 g·羽-1(氨氮)、38.3 g·羽-1(总氮)、15.0 g·羽-1(总磷)、1617.2 g·羽-1(化学需氧量);鸽子年均排污量分别为3.6 g·羽-1(氨氮)、37.4 g·羽-1(总氮)、11.9 g·羽-1(总磷)、683.7 g·羽-1(化学需氧量)。全省3种小品种家禽的4种主要污染物排放量占主要畜禽品种排放量的比值为10.6%~24.9%。肇庆市、茂名市、江门市等地区3种小品种家禽养殖污染物产排负荷总量较大,汕头市、中山市、潮州市等地区3种小品种家禽的污染物污染负荷与主要畜禽品种污染物负荷的比值较高。研究表明,广东省小品种家禽养殖带来的污染影响应当引起重视。
为明确陕西省总氮(TN)面源污染时空分布特征、污染类型和污染优控区,本文采用遥感分布式面源污染评估模型(DPeRS模型)对2016—2020年陕西省TN面源污染的时空分布特征进行遥感像元尺度(30m)评估分析,识别了面源污染主要类型和优控单元,并探讨分析了面源污染对地表水污染的贡献率。结果表明:污染量上,2016—2020年陕西省TN面源污染平均排放负荷为1.25 t·km-2,平均入河量为8.31万t;时间尺度上,TN面源污染排放负荷表现为先降后升的变化趋势,入河量表现为随年际变化上下波动的趋势;空间分布上,TN面源污染排放负荷高值区主要分布在黄河流域段,渭河流域段尤为显著,入河高风险区主要集中分布在渭河流域的平原种植区;污染类型上,农田径流型是陕西省TN面源污染的首要污染类型,其次为水土流失型。全省49个控制单元中,2016—2020年TN面源污染优控单元平均个数为24个,平均面积占比为61.21%,其中Ⅰ类优控单元主要分布在渭河流域段。此外,2017—2020年TN面源污染对陕西省地表水质TN的平均贡献率为46.51%,其中农业源的平均贡献率为41.87%。研究表明,陕西省TN面源污染防控应重点关注黄河流域段面源污染优控单元,尤其是渭河流域农田径流型防控。
为评估宁波市农业面源污染负荷对三江一级支流水质的影响,本研究基于2023年宁波市三江(甬江、姚江、奉化江)一级支流汇水范围内的农业生产数据和水质监测数据,对农业面源污染负荷和三江一级支流水质的时空演变特征及两者之间的响应关系开展了研究。结果表明,农村生活污水是农业源化学需氧量(COD)和氨氮排放的主要来源,其贡献率分别为57.3% 和61.0%;种植业对总磷的污染贡献率达76.7%。宁波市农业面源污染负荷存在显著的空间差异,高桥镇COD、氨氮单位面积污染负荷最高,分别达到4 163.1、1 136.7 kg·km-2,而姜山镇总磷单位面积污染负荷则高达397.2 kg·km-2。三江一级支流水质呈现季节变化趋势,且部分汇水单元单位国土面积农业面源污染负荷与水质存在对应关系,但在整体镇街层面上,污染负荷与水质无显著相关性;进一步分析发现,在农业生产活动强度较高的15个控制单元,单位国土面积COD、氨氮、总磷污染负荷与水环境污染物浓度均呈显著相关关系,其判定系数分别为0.27、0.30及0.35,水质对污染负荷响应程度较高。本研究明确了根据单位国土面积农业面源污染负荷预测水环境质量的适用范围。
为解析典型流域水质指标时空变化特征和污染来源,本研究以广州增城区典型农业面源污染监测区为对象,于2023年10月至12月系统监测了区域出入口水质和水量。结果表明:监测区水体总氮、氨氮和总磷浓度均值呈现入口i-01>出口o-01>入口i-02的现象,这可能与i-01、o-01周边大面积的农业活动相关。降雨时期的总氮、总磷和化学需氧量浓度均值都小于非降雨时期,降雨时期的流量均值大于非降雨时期,说明降雨在一定程度上会稀释上述污染物。监测区水体的总氮与总磷、总氮与氨氮、总磷与氨氮均呈显著正相关关系(R2=0.22~0.77),表明不同指标的污染来源相似。监测区水体的总磷与流量呈显著正相关(R2=0.31),推测是降雨导致流量增大,将周边农田污染物带入水体所致。水体硝酸盐氮氧同位素初步探索结果进一步表明,监测区水体硝酸盐氮的主要来源可能为土壤氮和生活污水,贡献率分别为35.6%和30.7%,其次为土壤化肥,贡献率为25.3%。
为充分考虑平原河网地区特有的地理环境和水系特点,精细化排摸其农田面源污染排放底数与排放特征,基于上海市“4+9”(4个市级试点+9个区级试点)农田面源污染试点监测评估成果构建了面源污染月尺度入河系数测算的成套技术方法体系。平原河网地区农田面源污染入河系数测算包括监测区域选取、基础资料搜集、监测单元划定、监测点位布设、采样监测周期和方式选择、自动采样触发条件和监测频次设置、监测指标选定、(净)入河系数计算、负荷分类评估、质量控制等10个重要环节。在农田入河排放口开展流量高频在线监测,并合理设置程序触发水质自动采样,以完整捕捉农田产流事件全过程。针对农田面源污染的脉冲式输出特征设置“先密后疏”的采样频次,结合水文监测数据对降水、灌溉和倒灌产流事件进行识别,根据施肥时间节点等选取典型产流事件开展面源污染监测,分别计算入河负荷和净入河负荷,并采用微积分算法和平均浓度法分别估算监测期和非监测期的入河负荷,从而实现全周期负荷精准评估,并定量分析人为(可控)因素与自然(不可控)因素对面源污染排放造成的影响。针对2024年9月双台风首次同时登陆上海的汛期农田面源污染排放典型事件的监测评估结果表明,试验稻田当月总磷、磷酸盐、总氮、氨氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数的入河系数分别为0.225、0.093、1.719、0.597、0.775、4.916 kg·hm-2·月-1。
为研究基于天空地一体化的长时序、低成本、高精度的流域尺度面源污染通量估算方法,本研究选取蓟运河防潮闸国控断面为实验断面,综合卫星遥感、无人机航测和无人船(搭载ADCP设备)等多种监测手段实现非接触式断面总氮污染通量估算。具体研究内容包括基于2022年哨兵2号卫星L2A产品数据,利用归一化水体指数(NDWI)及大津法(OTSU)算法提取河流水面宽度信息;基于经典曼宁公式,融合断面数字河道模型、河宽提取结果计算该断面2022年月尺度流量结果;最后结合断面水质自动监测数据估算断面总氮污染通量。结果表明:基于哨兵2号卫星影像提取河宽数据存在1~2个像元误差,与同期高分系列卫星影像提取结果最大误差为-13.5m,最小误差-5.52 m。该断面2022年月尺度河流流量及总氮污染通量与统计方法计算结果变化趋势基本一致。基于天空地一体化断面污染通量综合监测技术具有较高的精度,可以作为地面传统监测的有效补充,在降低成本的基础上有效支撑断面污染通量大范围精准估算。
为探讨人口密度较小且地表径流不显著的北方草原型河流受面源污染影响程度,以支撑区域水环境质量客观评价,本研究以闪电河流域为例,围绕白城子断面汛期CODCr和CODMn污染来源不清和贡献不明等问题,依托卫星遥感监测技术,综合运用地面监测、实验模拟和模型评估等多元技术手段,对研究区2020—2022年消落带和水土流失面源污染进行综合评估分析,并结合水质实测数据及水量遥感估算数据,量化解析了面源污染对白城子断面水质的贡献率。结果表明:3年间(2020—2022年)研究区消落带面源污染表现为草地输出量>粪便输出量>裸土输出量的特征,5—9月消落带型面源污染对白城子断面CODCr和CODMn的平均贡献率均达到70%,水土流失型面源污染程度轻微,对白城子断面CODCr和CODMn的平均贡献率均低于1%;按自然面源与人为面源贡献统计显示,白城子断面5—9月CODCr和CODMn浓度升高主要受自然面源影响,3年间自然面源输出量对白城子断面水质贡献率平均值达到65%,人为面源输出量对白城子断面水质贡献率低于10%。本研究有效评估了北方草原型河流面源污染的环境影响,客观分析了自然因素和人类活动对河流水质不稳定达标的影响,可为实施“监测为主,灵活考核”的水环境质量客观评价提供技术支撑。
为了明确竹醋液(BV)和竹焦油(BT)对植物的潜在危害,推动其在环境排放和农业方面安全使用技术规范的建立,本研究以洋葱作为供试植物,研究了不同浓度BV与BT处理对洋葱根尖的细胞毒性和遗传毒性,采用细胞相对活力、有丝分裂指数等指标来判断处理组洋葱根尖的细胞毒性;通过染色体畸变率、微核率、DNA损伤程度来判断遗传毒性。结果表明,两种试剂对洋葱根尖的生长均存在“低促高抑”的现象。处理72 h后,1%BV处理的根伸长量下降了97.49%,洋葱在10%的BV溶液、0.2%的BT溶液中,均无法生长,BV和BT对洋葱根生长的半抑制浓度(IC50)分别为0.01%和0.02%;BV遗传毒性较弱,但长时间高浓度处理仍会影响有丝分裂并损伤DNA,0.1%BT同样产生了细胞毒性,并在遗传毒性方面表现为染色体畸变率高达9.09%,并对DNA造成重度损伤。研究表明,BV对洋葱根尖的细胞和遗传毒性较低,而BT会对洋葱根尖细胞产生细胞毒性和中重度遗传毒性。
为探究喹诺酮类(QNs)抗生素胁迫下留兰香(Mentha spicata L.)种子萌发生长的响应及其耐受性情况,采用恒温保湿培养法,研究0(对照)、0.1、1、5、10、20 mg·L-1环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)、诺氟沙星(Norfloxacin,NOR)、氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)单一及复合胁迫对留兰香种子萌发(日平均发芽率、平均发芽时间、发芽势、发芽指数和活力指数)和形态指标(胚根长、胚芽长和鲜质量)的影响。结果表明:相较于对照组,CIP、NOR胁迫下留兰香的日平均发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长随浓度的增加先升后降,偏最小二乘结构方程模型表明萌发和形态指标呈极显著正相关(P<0.01),胚根长可作为毒性敏感指标。灰色关联度和相关性分析显示活力指数和胚根长与浓度呈极显著负相关,留兰香的耐受性与日平均发芽率、活力指数、胚根长、鲜质量和胚芽长密切相关,隶属函数和可塑性指数分析表明留兰香对抗生素的耐受性为OFL>复合>CIP>NOR。研究表明,单一及复合喹诺酮类抗生素胁迫下留兰香萌发及形态指标发生响应,可为抗生素的植物生态毒性及植物对抗生素的抗逆性评价提供重要参考。
以前期筛选获得的3株镉(Cd)抗性菌株Stenotrophomonas sp. Cd-2、Achromobacter sp. Cd-3和Staphylococcus sp. Cd-7为研究对象,分析了菌体吸附剂对Cd2+的吸附特性及Cd2+胁迫下3株菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的分泌量,并在此基础上选择菌株Cd-3,通过转录组测序技术分析了其受Cd2+胁迫后基因表达谱差异,对其抗Cd机制进行了探讨。结果表明,在pH 7、温度30 ℃、培养时间120min、Cd2+浓度为20~100 mg·L-1、吸附剂浓度1 g·L-1(Cd-7)和8 g·L-1(Cd-2、Cd-3)时,菌株吸附剂对Cd2+的吸附率最高,达90%以上,吸附过程均符合Langmuir模型和准二级动力学模型,说明3株菌对Cd2+的吸附属于单分子层吸附,且吸附速率主要受化学吸附限制。EPS测定表明,3株菌在Cd2+胁迫下主要通过蛋白组分络合Cd2+来阻止其进入细胞。转录组测序结果发现,Cd-3受Cd2+胁迫后与生长代谢、氧化还原和跨膜转运相关的基因表达上调,说明菌株Cd-3通过调节这些基因的表达来抵抗Cd2+的胁迫。
为明确不同农田生态系统大气磷(P)干湿沉降特征及影响因素,本研究以洱海流域典型蔬菜和水旱轮作系统为研究对象,分析了两种典型农田生态系统大气磷干沉降和湿沉降的时间分布特征、差异及其影响因素。结果表明,蔬菜系统PM2.5浓度均值为41.6 μg·m-3,显著(P<0.05)高于水旱轮作系统(34.9 μg·m-3)。蔬菜和水旱轮作系统总磷(TP)干沉降量分别为0.233 kg·hm-2和0.084 kg·hm-2,可溶性总磷(DTP)占90%以上,主要分布在冬季和春季(1—4月),且蔬菜系统显著(P<0.01)高于水旱轮作系统。蔬菜和水旱轮作系统TP湿沉降量分别为0.72 kg·hm-2和0.91 kg·hm-2,以DTP沉降为主。蔬菜和水旱轮作两种农田生态系统的TP沉降均以湿沉降为主,分别占75.6%和91.6%,其中夏季和秋季(6—11月)沉降量分别占年沉降总量的70.7%和76.4%。风速、干沉降中磷浓度、大气湿度和降雨量是磷干沉降的关键影响因素,风速、大气温度、湿度和降雨量是磷湿沉降量的关键影响因素。可见,作物种植模式和气象因素等影响了PM2.5、降雨量和磷沉降速率等,进而改变了不同农田系统磷干沉降和湿沉降量。
为探究生物炭与含硫化合物(硫酸钠和硫酸锰)对水稻镉积累的阻控效果,采用盆栽试验,研究了生物炭和含硫化合物单独施用及其联合施用对水稻镉吸收及土壤理化性质、酶活性和微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(不施加生物炭和含硫化合物)相比,施用生物炭或含硫化合物均显著降低糙米镉含量,其中生物炭和硫酸锰联合施用的效果最好,糙米镉含量从0.57mg·kg-1降至0.19 mg·kg-1,达到食品安全国家标准;水稻根系及茎叶中硫和锰的含量分别显著提高了53.42%~68.91%和38.17%~42.62%,同时土壤pH显著上升了0.31个单位,有效态镉含量显著降低了41.56%,有效态硫和锰含量以及脲酶、脱氢酶和蔗糖酶活性均显著上升。此外,生物炭和硫酸锰联合施用增加了水稻根际土壤中优势细菌门Chloroflexi、Firmicutes、Desulfobacterota 和Proteobacteria 的相对丰度。冗余分析显示,Chloroflexi、Firmicutes、Desulfobacterota 和Proteobacteria 与土壤有效态镉含量呈负相关。综上,生物炭和硫酸锰联合施用能显著提高水稻体内硫和锰的含量,改善土壤理化性质和细菌群落结构,提高土壤酶活性,降低土壤中镉的生物有效性,从而抑制水稻对镉的吸收和累积。
为解决Cr(Ⅵ)污染场地的微生物修复技术存在的环境适应性差、修复效率低等问题,本试验从包埋微生物菌剂制备出发,探究了红薯淀粉包埋法提升微生物Cr(Ⅵ)还原性能的效果,并以高羊茅为试供植物,评估了包埋微生物修复Cr(Ⅵ)污染土壤的效率及安全性。结果表明,与低(30mg·kg-1)和高(100 mg·kg-1)含量的未经任何处理的Cr(Ⅵ)污染土壤(CK)相比,在试验第10天(早期)、第20天(中期)、第30天(末期),包埋菌处理(MIF,红薯淀粉胶囊包埋寡氧单胞菌处理)的Cr(Ⅵ)去除率随时间的延长而增加,游离菌处理(F,寡氧单胞菌处理)的Cr(Ⅵ)去除率随时间的延长而降低。与F相比,在低、高浓度的Cr(Ⅵ)胁迫末期,MIF的Cr(Ⅵ)去除率分别提升了43.80%、58.80%;MIF处理的土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性,在低浓度下分别增加了1.50、1.57、1.79倍,在高浓度下分别增加了2.53、1.89、2.04倍。F、MIF处理的可交换态Cr占比呈现显著差异:在胁迫末期,与F相比,MIF处理的可交换态Cr占比分别降低了23.43%、20.37%,残渣态占比分别增加了22.31%、6.09%。与MIF处理相比,F处理显著增加了高羊茅地上及地下部分Cr含量(9.12、1.76倍和1.97、2.17倍)、丙二醛含量(1.38、1.32倍)、活性氧含量(1.48、1.30倍)和抗氧化酶活性(过氧化物酶1.55、1.45倍;过氧化氢酶1.37、1.59倍)。研究表明,与游离菌相比,包埋菌表现出更佳的Cr(Ⅵ)修复效果。
为研究不同梯度盐胁迫条件下,滴施枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,BS)对南疆无膜滴灌棉花苗期生长及土壤环境的影响机制,采用双因素裂区试验设计,主区为2种盐分梯度(S),包括低盐(2 mS·cm-1)和高盐(5 mS·cm-1),副区为3种BS剂量(B),包括不滴施BS、低剂量BS(15 kg·hm-2)和高剂量BS(30 kg·hm-2),共6个处理:S2B0、S2B15、S2B30、S5B0、S5B15和S5B30。分析了盐胁迫下滴施BS对棉花主要生长指标,以及土壤的主要酶活性、有机质含量、电导率、细菌和真菌群落结构的影响。结果表明:与低盐胁迫相比,高盐胁迫显著降低了棉花生长指标、土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和有机质含量,导致土壤中有益微生物(Zeaxanthinibacter)的相对丰度减少。滴施BS缓解了盐胁迫对棉花生长的抑制作用,显著提高了土壤脲酶活性和有机质含量,并降低了土壤电导率,还增加了土壤中有益微生物(Nitrospira、Woeseia 和Pseudogymnoascus)的相对丰度、减少了有害微生物(Phialophora)的相对丰度。与不滴施BS对照(S2B0、S5B0)相比,低剂量BS处理(S2B15、S5B15)和高剂量BS处理(S2B30、S5B30)的棉花茎干质量分别显著增加20.62%~63.99%(P<0.05)和30.85%~77.08%(P<0.05),叶干质量分别显著增加27.84%~74.73%(P<0.05)和40.83%~76.06%(P<0.05)。偏最小二乘路径模型分析结果表明,在盐胁迫条件下,BS通过影响土壤酶活性、有机质含量、电导率、土壤细菌和真菌群落结构,间接促进棉花生长指标的提高。滴施不同BS剂量对盐胁迫下南疆无膜滴灌棉花苗期生长指标的提高及盐渍化土壤环境的改良效果排序依次为30 kg·hm-2>15 kg·hm-2>不滴施。
为揭示生物炭对盐土理化性质和紫苏(Perilla frutescens L.)生长的影响规律,采用盆栽试验,研究了不同生物炭添加量(生物炭质量分数为0、1%、3%)处理下不同浓度(盐土质量分数为0、2‰、4‰、6‰)盐分胁迫对土壤养分、结构、微生物群落结构以及紫苏产量、品质等的影响。结果表明:生物炭施加能够提高盐胁迫下紫苏株高、整株干鲜比、叶片光合色素含量、叶片可溶性蛋白含量和可溶性总糖含量。相同浓度盐分胁迫条件下,3%生物炭处理相较于不添加生物炭处理,土壤有机质、全氮、速效钾、有效磷含量以及土壤pH、最大持水率显著提高(P<0.05),另外土壤电导率、容重显著降低(P<0.05)。在2‰的盐浓度胁迫下,生物炭施加对土壤酶活性有显著的提高作用(P<0.05)。在2‰的盐浓度胁迫下,3%生物炭施加量处理相较于不添加生物炭处理能够显著提高(P<0.05)土壤微生物多样性,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)为土壤中的优势群落,盐胁迫下土壤微生物的丰富度与多样性随着生物炭的施加显著提高(P<0.05)。绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度随生物炭施加量的增大而增加,放线菌门与土壤电导率呈显著正相关(P<0.05),与有效磷、全氮、速效钾、有机质、pH呈显著负相关(P<0.05)。研究认为,生物炭能够改善土壤电导率和土壤容重等理化性质,缓解根系盐胁迫,提高紫苏株高、整株干鲜比,生物炭施入可提高土壤酶活性、增加土壤微生物群落丰度与多样性,进一步改善紫苏根系微环境,提升紫苏的品质。
为评估有机肥配施化肥对茶园土壤细菌群落的影响,于田间试验条件下选取了连续6年不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施化肥+清园处理(CFC)、有机肥配施化肥(OF)和有机肥配施化肥+种植绿肥(OFM)5个处理,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了不同施肥措施对酸性茶园土壤细菌群落多样性、群落结构、功能类群及共现性网络结构的影响。结果表明:与CK处理相比,CF处理降低了土壤pH,但显著增加了土壤碱解氮和全磷含量,而OF和OFM处理在提高土壤pH的同时增加了土壤速效养分和有机质含量。CF 和CFC 处理降低土壤细菌群落Alpha 多样性指数,OFM 处理显著增加了土壤细菌Sobs、Ace、Chao1 和Shannon指数(P<0.05)。非度量多维尺度分析(NMDS分析)及相似性分析结果显示,不同施肥措施显著改变了茶园土壤细菌群落结构(R2=0.442 1,P=0.001),OF处理富集了有益于土壤碳氮循环和抑制病原菌的物种。FAPROTAX细菌功能预测表明,茶园土壤细菌生态功能类群以化能异养、有氧化能异养、固氮作用、纤维素分解和硝酸盐还原作用功能类群为主,OF处理提高了捕食性或外寄生作用、光异养作用、光养作用、光合自养硫氧化、光能自养功能及氮循环功能细菌种群丰度。施肥措施均增加了细菌共现性网络边数、平均连通度和平均路径长度,细菌网络的规模增大,细菌群落间互相作用更复杂。细菌网络均以正相关为主(比例为58.03%~77.78%),施肥后物种间竞争作用进一步加强。施肥处理下细菌分子网络平均路径距离较长,平均聚类系数降低、细菌群落作用的响应速度变慢、群落结构稳定性提高,其中有机肥配施化肥处理细菌群落结构稳定性要优于CF处理。冗余分析和Mantel test分析结果表明,速效磷和pH是影响土壤细菌群落丰度和多样性的主要影响因子。总体而言,有机肥配施化肥改变了茶园土壤细菌群落结构,促进了土壤细菌碳氮循环功能,提高了细菌网络规模和群落互作,有机肥替代使细菌群落网络结构更加稳定,有利于构建一个健康稳定的土壤细菌群落。
为探究江西小流域范围内稻田土壤真菌群落的分布特征及其影响因素,以江西省万年县典型区域稻田为研究对象,基于ITS高通量测序手段解析真菌群落特征,结合土壤营养元素和重金属等理化性质分析土壤环境因子对真菌群落结构的影响。结果表明:江西小流域范围内土壤理化性质接近,仅水解氮和重金属Cu、Hg、As变异系数较大,同时部分点位存在Cd和Cu富集情况。真菌群落组成具有一定的空间异质性,其中裴梅西作为古稻产区真菌群落表现出最高丰度的担子菌门(12.35%)和Talaromyces 菌属(9.49%),而珠田北、上坊东区域真菌群落表现出更低丰度的子囊菌门(42.57%、49.77%)和更高丰度的被孢霉门(36.78%、23.51%)。土壤真菌群落的分布特征受地理距离的影响较小,主要受土壤理化性质(水分、pH、阳离子交换量、总磷、速效钾)和重金属元素(Cd、As)的影响。研究表明,江西小流域范围内稻田土壤的理化性质变异性较小,除了土壤营养状况,Cd、As等重金属元素也是影响稻田土壤真菌群落的关键环境因子,未来稻田耕作不仅要关注土壤肥力状况,还应关注周边矿山开采对农田生态系统的潜在影响。
为了明确玉米秸秆不同还田形式对土壤酸化的影响,本研究以辽东低山丘陵区玉米秸秆不同还田形式下的旱田土壤为研究对象,设置对照(CK)、玉米秸秆直接还田(ZH)、玉米秸秆过腹还田(GH)及玉米秸秆焚烧后草木灰还田(FH)4个处理,通过测定土壤pH值、交换性酸、盐基饱和度、酸害容量及酸害强度等指标,探究辽东低山丘陵区玉米秸秆不同还田形式对土壤酸化的影响。结果表明:FH处理显著提高了土壤的pH值和电导率,降低了土壤交换性酸和其中交换性铝的含量;ZH和GH处理显著降低了土壤交换性铝的含量及其在交换性酸中的比例;ZH和GH处理显著提高了土壤阳离子交换量(CEC),分别比CK处理增加了6.07%和11.28%,而FH处理和CK处理之间的CEC差异不显著。ZH、GH和FH处理的土壤盐基饱和度分别为69.65%、68.88%和69.76%,均高于CK处理的66.36%,但未达到5%差异显著水平。玉米秸秆不同还田形式处理均显著提升了土壤的酸害容量与酸害强度,土壤酸害容量由高至低依次为GH、ZH和FH处理,较CK处理增幅分别为15.97%、13.69%和12.70%,不同处理的土壤酸害强度由高至低依次为GH、ZH、FH和CK处理。研究表明,玉米秸秆不同还田形式处理都不同程度地增强了土壤的酸害容量与强度,提高了土壤对酸的缓冲能力。
为筛选出具有高效降解土霉素能力的菌株并研究其降解特性,选取普遍使用且廉价广谱的抗生素之一——土霉素作为目标污染物,筛选了两株能降解土霉素的菌株,研究其形态、生理生化并提取其DNA,进行基因测序分析,考察其在不同的菌株混合比、接种量、初始浓度、pH、温度及外加碳源、氮源降解环境条件下的联合降解效果。初步鉴定两菌株分别为埃希菌属和芽孢杆菌属,均可以在以土霉素为唯一碳源的无机盐培养基中生长。两菌株在土霉素初始浓度为65 mg·L-1、两株菌株混合接种比例为1∶1、接种量为3%、pH为5、温度为35 ℃、外加碳源为麦芽糖、外加氮源为硝酸钠时的降解率最高,为最佳降解条件,其中外加碳、氮源对降解菌降解土霉素的影响最大。研究发现4种潜在的土霉素降解途径,降解过程主要有苯环裂解、脱氢、脱水、脱羰基、脱甲基、脱羟基、脱胺基和脱酰胺基反应。研究表明,试验筛选的两种降解菌能够有效降解环境中的土霉素,具有一定的研究和应用价值,可进一步用于降解和消除畜禽粪便和农田土壤残留抗生素。
为加快盾构渣土无害化和资源化处理利用,本研究通过模拟试验方法,以钠基膨润土型、纯碱型和弱碱型3种盾构渣土为对象,研究盐碱土不同修复材料对盾构渣土pH、电导率和全盐量等的影响,并分析其用作地形用土的可行性。结果表明:相较腐植酸、红石膏和木醋液处理,脱硫石膏是一种高效、环保和经济的去盐碱化材料。对于钠基膨润土型盾构渣土,脱硫石膏用量为渣土干质量2.0%时,盾构渣土pH可由9.91降低至8.0以下;对于纯碱型盾构渣土,脱硫石膏用量2.5%时,pH由10.61降至8.0以下;对于弱碱型盾构渣土,脱硫石膏用量0.5% 时,盾构渣土pH 可由9.87降低至8.0以下,可满足《公园设计规范》(GB 51192—2016)和《园林绿地工程建设规范》(DB11/T 1175—2015)的用土要求。研究表明,施用脱硫石膏对盾构渣土去盐碱处理可用作地形用土。
关键词:稻田;反硝化;N2O还原;有机碳特性;nosZ基因 中图分类号:X171.1;X16 文献标志码:A 文章编号:1672-2043(2024)12-3013-09 doi:10.11654/jaes.2024-0232 需要指出的是,本试验仅选用了两个稻田土壤进行初步研究,试验结果仅适应于所试土壤。不同地域、不同类型的稻田土壤具有极高的异质性。而且,乙炔抑制法具有难以克服的缺点:一部分
为探究稻虾共作模式碳氮足迹的主要影响因素及其优化潜力,本研究基于实地调研、文献和生命周期数据库中的数据,从生命周期的角度采用碳氮足迹理论分析了稻虾共作模式的碳氮足迹,并依据结果进行情景分析。结果表明:稻虾共作模式的单位面积碳足迹、单位产值碳足迹和单位利润碳足迹分别为16 137.92 kgCO2e·hm-2、0.19 kg CO2e·元-1和0.48 kg CO2e·元-1,其中CH4排放(50.5%)和灌溉电力(17.7%)是碳足迹最主要的贡献者;稻虾共作模式的单位面积氮足迹、单位产值氮足迹和单位利润氮足迹分别为104.85 kg Nr·hm-2、1.24×10-3 kg Nr·元-1和3.15×10-3 kg Nr·元-1,其中NH3排放(45.5%)、田间氮素的淋溶(22.2%)和径流损失(12.6%)是氮足迹的主要贡献者。结合碳氮足迹的分析结果进行情景分析表明:未来综合采用秸秆不还田、光伏发电及免耕技术、机插同步侧深施肥技术可有效减少CH4排放、提高清洁能源利用率和减少氮素投入,使单位面积碳足迹、单位产值碳足迹和单位利润碳足迹分别降低27.5%、30.4%和38.5%,单位面积氮足迹、单位产值氮足迹和单位利润氮足迹分别降低25.8%、28.7%和37%。研究表明,通过综合采用秸秆不还田、光伏发电及免耕技术、机插同步侧深施肥技术可有效降低稻虾共作模式碳氮足迹。
建立了测定水果(苹果、葡萄、柑橘)、蔬菜(茄子、普通白菜、黄瓜)、糖料作物(甘蔗)以及谷物(糙米)中春雷霉素残留量的离子色谱柱-超高效液相色谱串联质谱法。试样采用水和0.1 mmol·L-1 乙酸水溶液提取,HLB 固相萃取柱净化后,经MetrohmMetrosep A Supp 5(4.0 mm×150 mm,5 μm)色谱柱分离,以水和200 mmol·L-1碳酸氢铵+0.05%氨水溶液为流动相进行梯度洗脱,采用正离子电喷雾离子源(ESI+),以多反应监测模式进行串联质谱分析,外标法测定。结果表明,春雷霉素在该试验条件下有较好的保留,且在较宽的质量浓度范围内(0.001/0.002~0.5mg·L-1)呈现良好的线性关系(R2≥0.991),定量限为0.005~0.010 mg·kg-1。在0.01(苹果为0.005)、0.05、0.1 mg·kg-1 和1 mg·kg-1 的添加水平下,春雷霉素在各基质中的日间平均回收率(n=15)为81.9%~125.2%,相对标准偏差为7.4%~20.5%。该方法易于操作,灵敏度高,具有良好的回收率与重现性,适用于水果、蔬菜、糖料、谷物等各类农产品中春雷霉素的残留检测。