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长期施用有机肥和化肥对黑土NO排放的影响

环境科学 2024年

作者：王昊胡荣桂林杉高洪军徐明岗张文菊邬磊中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室华中农业大学资源与环境学院吉林省农业科学院农业资源与环境研究所

东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地，近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施，但不合理的肥料施用会促使养分损失和N2O等温室气体排放，导致土壤退化和环境污染.为... 详细信息

东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地，近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施，但不合理的肥料施用会促使养分损失和N2O等温室气体排放，导致土壤退化和环境污染.为探明黑土N2O排放对长期施用有机肥和化肥的响应及关键控制因素，采集吉林公主岭黑土长期定位试验（32a）的施用有机肥主处理(M0，不施有机肥；M1，低量有机肥；M2，高量有机肥)和施用化肥副处理（CK，不施肥；N，化学氮肥；NPK，化学氮磷钾肥）共计9个处理（即每个施用有机肥水平下包含3个化肥施用水平）的表层土壤样品（0～20cm），进行室内恒温恒湿培养（65%田间持水量25℃下培养21d），并测定N2O排放通量和土壤物理化学生物学性质.研究结果表明，长期施用有机肥和化肥显著增加了黑土N2O排放.与M0CK处理[（0.25±0.01） mg·kg-1，以N计，下同]相比，单施有机肥处理N2O累积排放量显著提高了361%～456%[M1CK和M2CK处理分别为（1.17±0.02）mg·kg-1和（1.41±0.02）mg·kg-1]，且N2O排放随着有机肥施用量增加显著增强.与M0CK处理相比，单施化肥处理N2O累积排放量显著提高了96%～236%[M0N和M0NPK处理分别为（0.49±0.01）mg·kg-1和（0.84±0.03）mg·kg-1]，且平衡施用化肥处理N2O排放提升幅度明显高于单施氮肥处理.在M1和M2条件下，化肥施用对N2O排放的影响程度减弱，说明有机肥施用缓解了化肥对N2O排放的影响.单施有机肥显著提高了土壤及团聚体有机碳（SOC）和总氮（TN）、土壤微生物量碳氮含量，有机肥配施进一步提高土壤及团聚体SOC和TN含量.Pearson相关及路径分析结果表明，N2O排放与土壤碳氮组分及微生物量碳氮含量显著正相关，长期施用有机肥和化肥主要通过影响土壤碳氮组分，改变微生物量和底物有效性调控N2O排放.综上所述，施用有机肥通过增加土壤可利用碳氮库以及微生物生物量碳氮显著促进了N2O排放.有机肥施用缓解了化肥对N2O排放的促进作用，在施用化肥时应适量配施有机肥，以平衡肥力提升与氮素损失及温室气体排放的综合效应.

关键词：长期施肥碳氮组分 N O 土壤团聚体偏最小二乘法路径分析模型(PLS-PM)

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橘园绿肥种植对土壤氨氧化微生物的影响

农业环境科学学报 2024年第1期43卷 122-132页

作者：魏振康王雪伍玉鹏胡荣桂姜炎彬华中农业大学资源与环境学院武汉430070

本研究以当阳凤凰山长期定位施肥柑橘试验基地为平台,进行了自然生草(NG)、人工种植光叶苕子(LP)以及光叶苕子混播于自然生草(NL)等三种绿肥处理,通过植物群落调查、土壤理化性质测定,以及qPCR和Illumina Miseq高通量测序的方法,阐明橘... 详细信息

本研究以当阳凤凰山长期定位施肥柑橘试验基地为平台,进行了自然生草(NG)、人工种植光叶苕子(LP)以及光叶苕子混播于自然生草(NL)等三种绿肥处理,通过植物群落调查、土壤理化性质测定,以及qPCR和Illumina Miseq高通量测序的方法,阐明橘园土壤氨氧化微生物AOA和AOB的功能基因丰度和群落结构对不同绿肥种植处理的响应特征,并探讨植物群落和土壤理化因子对它们的影响。研究结果表明:相比于NG,人工种植绿肥(LP和NL)对AOA和AOB数量的影响不一,LP降低了AOA和AOB的amoA基因拷贝数,NL降低了AOA-amoA但增加了AOB-amoA基因拷贝数;LP和NL中AOA的Ace指数和Chao指数显著高于NG,LP中AOB的Shannon指数显著高于NG,三个处理的β多样性差异显著;三种绿肥种植处理下AOA共获得119个OTU,优势门和属分别是泉古菌门和norank—Crenarchaeota,其中norank—Crenarchaeota在NG中的相对丰度显著高于LP和NL;AOB共获得142个OTU,优势门和属分别是变形菌门和亚硝化螺菌属,其中亚硝化螺菌属的相对丰度在不同处理中有显著差异,其LP中最高,为45.87%;Mantel检验和冗余-层次分割分析结果表明,氨氧化微生物的丰度、多样性和组成受到绿肥种植后的植物因子(如群落高度、盖度、多样性、地上生物量和地下生物量、根系碳氮含量等)和土壤因子(如pH、土壤含水量、总碳、总氮、铵态氮、硝态氮和速效磷含量等)的共同影响。该研究说明在橘园种植绿肥可改变地上植物群落特征和土壤理化性质,从而使土壤中氨氧化微生物的数量和群落结构发生变化,其中光叶苕子混播于自然生草的生草模式可明显增加土壤氨氧化微生物量,促进土壤的硝化作用和改善果园生态环境,因此,实际应用中可优先考虑此模式。

关键词：氨氧化微生物绿肥功能基因群落组成丰度

聚丙烯微塑料与秸秆添加对橘园土壤氮磷淋溶的影响

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环境科学 2024年

作者：郑志杰熊兴军张秀玲孙伟高华郑勇胡荣桂林杉山东正维勘察测绘有限公司中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司乡村振兴研究中心武汉市蔡甸区农业技术推广服务中心华中农业大学资源与环境学院农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室

为探究微塑料输入与秸秆添加对橘园土壤氮磷淋溶的影响，以湖北省当阳市橘园土壤为研究对象，进行室内土柱淋溶模拟试验，试验分析不同处理对土壤氮磷淋溶特征的影响，结果显示：①仅微塑料输入下，微塑料输入量增加会提高土壤(TN、NO3... 详细信息

为探究微塑料输入与秸秆添加对橘园土壤氮磷淋溶的影响，以湖北省当阳市橘园土壤为研究对象，进行室内土柱淋溶模拟试验，试验分析不同处理对土壤氮磷淋溶特征的影响，结果显示：①仅微塑料输入下，微塑料输入量增加会提高土壤(TN、NO3--N、NH4+-N和TP)淋溶量。②秸秆添加下，微塑料输入量增加，减少了土壤TN和NO3--N淋溶量，提高了土壤NH4+-N和TP淋溶量。③微塑料输入下，土壤氮磷淋溶量的关键影响因子为土壤容重和含水量；秸秆添加下，主要受土壤碳氮含量影响；其中微塑料输入与秸秆添加均显著提高土壤pH，但其对氮磷淋溶量的路径系数未达显著相关。结果显示，聚丙烯微塑料输入与秸秆添加对土壤氮磷淋溶的影响与微塑料的输入量和是否添加秸秆有关。研究表明，微塑料的输入会提高土壤氮磷淋溶量；尽管秸秆添加条件下，可以减少由微塑料输入引起的氮素淋溶损失，但土壤磷素淋溶损失却有显著提高。

关键词：秸秆微塑料氮素橘园土壤淋溶

秸秆-钢渣混合填料对低C/N比污水脱氮研究

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农业环境科学学报 2024年第4期43卷 906-915页

作者：葛冠华潘达鑫郑勇熊兴军林杉王砚胡荣桂华中农业大学资源与环境学院农业部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 中建三局绿色产业投资有限公司武汉430058 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

为探讨作物秸秆和钢渣对低C/N比污水脱氮的影响,本研究分别以空白(CK)、小麦秸秆(W组)、水稻秸秆(R组)、小麦秸秆+钢渣(WF组)、水稻秸秆+钢渣(RF组)、钢渣(F)为填料,在厌氧循环系统中对C/N比为0.23~0.93的污水进行处理,探究6种不同的填... 详细信息

为探讨作物秸秆和钢渣对低C/N比污水脱氮的影响,本研究分别以空白(CK)、小麦秸秆(W组)、水稻秸秆(R组)、小麦秸秆+钢渣(WF组)、水稻秸秆+钢渣(RF组)、钢渣(F)为填料,在厌氧循环系统中对C/N比为0.23~0.93的污水进行处理,探究6种不同的填料-系统对NO3-N的去除效果。结果表明:W组、R组、WF组和RF组的NO_(3)^(-)-N去除率分别为94.99%、86.70%、98.75%和94.70%;相比于WF组和RF组填料系统,纯秸秆填料系统(W组和R组)对污水中NO_(3)^(-)-N的去除速度更快,但在处理过程中的可溶性有机碳(DOC)浓度更高;WF组和RF组钢渣中含铁化合物的释放及转化会消耗有机质,因此其DOC浓度保持在较低水平,避免了因DOC浓度过高而引起的二次污染问题。综合考虑,小麦秸秆+钢渣混合填料在脱氮过程中能够在保持高效脱氮的同时避免出水二次污染问题,更适用于低C/N比污水的脱氮。

关键词：秸秆钢渣脱氮反硝化过程

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植物种类对野芷湖湖岸带土壤反硝化作用的影响

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生态学报 2024年第3期44卷 1116-1129页

作者：雷芊芊张翎胡荣桂王砚赵劲松林杉姜炎彬华中农业大学资源与环境学院武汉430070

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜... 详细信息

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜势,分析其与土壤理化性质的关系,阐明植物种类影响反硝化作用的机制。研究结果表明:(1)种植植物会改变湖岸带土壤的理化指标,植物根际土的硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、总碳(TC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量等显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的TC、DOC、TN、NN显著高于其他物种,桂树的根际和非根际土的pH均显著低于其他物种;(2)植物根际土的微生物反硝化功能基因(narG、napA、nirS、nirK和nosZ)丰度显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的基因丰度显著高于其他物种,pH、TN、NN和DOC等对反硝化功能基因丰度影响较大;(3)根际土的反硝化潜势显著高于非根际土,其中柳树、桂树、黄素馨根际土的反硝化潜势显著高于其他物种,黄素馨非根际土的反硝化潜势也较高,pH、DOC、TN以及napA、nirS、norB基因丰度等对土壤的反硝化潜势具有显著影响。本研究说明植物根际微环境更有利于反硝化微生物的生长与繁殖,湖岸带种植植物时可考虑不同的常绿和落叶乔木、灌木、草本植物的合理配置来提高湖岸带的氮素截留能力,以减少由过量氮素进入水生生态系统导致的面源污染。

关键词：植物反硝化潜势湖岸带反硝化功能基因土壤理化性质

秸秆添加对长期施肥旱地红壤NO和CO排放的影响

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环境科学 2023年

作者：涂昊泽林杉王军胡荣桂肖恒斌邬磊中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室华中农业大学资源与环境学院农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施，显著影响N2O和CO2等温室气体排放。为探明长期施肥土壤N2O和CO2排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素，采集对照(CK，不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F)、猪粪(M... 详细信息

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施，显著影响N2O和CO2等温室气体排放。为探明长期施肥土壤N2O和CO2排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素，采集对照(CK，不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F)、猪粪(M)和化肥配施猪粪(FM)这5种长期施肥(30a)处理的旱地红壤，分别设置添加秸秆和不添加秸秆处理，在恒温恒湿条件下培养(65%田间持水量，25℃)20d。结果表明，施肥显著促进了N2O排放。相较不施肥处理[(22.05±2.09)μg·kg-1，以N计，下同]，施化肥处理N2O累积排放量显著增加了119%～195%[F和2F处理分别为(48.38±20.81)μg·kg-1和(65.13±12.55)μg·kg-1]，施粪肥处理N2O累积排放量显著增加了275%～399%[M和FM处理分别为(82.72±12.73)μg·kg-1和(1101.99±425.71)μg·kg-1]。土壤硝态氮(NO3--N)、可溶性有机碳(DOC)和可溶性总氮(DTN)是影响不同施肥处理N2O排放的主要因素。相较未添加秸秆，添加秸秆对CK、F和FM处理的N2O累积排放无显著影响，显著增加了2F(345%)和M处理(247%)的N2O累积排放。秸秆添加通过增加DOC和消耗DTN从而影响N2O排放。施肥显著促进了CO2排放。相较不施肥处理，施粪肥处理CO2累积排放量显著增加了120%～130%[M和FM处理累积排放量(以C计，下同)，分别为(122.11±4.3)mg·kg-1和(116.47±4.55)mg·kg-1]，2F处理CO2累积排放量显著增加了28%[(65.13±12.55)mg·kg-1]。微生物量碳(MBC)、DOC和DTN是影响不同施肥处理CO2排放的主要因素。相较未添加秸秆，添加秸秆条件下CO2累积排放量显著增加了660%～1132%。秸秆添加后DOC和MBC含量显著提高，促进了CO2排放。综上，秸秆添加通过增加土壤DTN消耗和DOC含量显著促进施肥处理的N2O和CO2排放。在施用粪肥的旱地红壤中应合理考虑秸秆还田，以平衡肥力提升与温室气体排放的综合效益。

关键词：长期施肥土壤秸秆添加 N O CO 土壤化学性质偏最小二乘法路径分析模型(PLS-PM)

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蒸压加气混凝土对废水中磷的吸附性能研究

环境卫生工程 2023年第3期31卷 44-49,54页

作者：郝晓晖王砚胡荣桂呼和浩特职业学院化工与建筑系内蒙古呼和浩特010070 华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070

吸附法是去除废水中磷元素较为经济有效的手段之一。选取城市建筑垃圾中呈多孔状的蒸压加气混凝土(AAC)砌块作为研究对象,采用静态吸附的试验方法,研究AAC对废水中磷的吸附性能,并利用Langmiur和Freundlich吸附模型拟合探讨了AAC的吸附... 详细信息

吸附法是去除废水中磷元素较为经济有效的手段之一。选取城市建筑垃圾中呈多孔状的蒸压加气混凝土(AAC)砌块作为研究对象,采用静态吸附的试验方法,研究AAC对废水中磷的吸附性能,并利用Langmiur和Freundlich吸附模型拟合探讨了AAC的吸附机制。研究表明:随着AAC吸附剂浓度的增加,对水中磷的去除率也在增加,当吸附剂浓度为10 g/L时,AAC对磷的去除率已达93.61%;同吸附剂剂量下,随着接触时间的延长,AAC对磷的去除率急剧上升,8 h后即可达到平衡,去除率均在95%以上;磷的最大吸附量与磷的初始浓度皆呈显著正相关;不同pH条件下,磷的吸附量顺序为:pH=9>pH=5>pH=7;Langmuir和Freundlich的等温吸附拟合结果表明AAC对磷的去除主要以表面的静电吸附和化学吸附为主。

关键词：蒸压加气混凝土磷静电吸附化学吸附

微塑料输入与秸秆添加对潮土和黄棕壤氮淋溶的影响

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农业工程学报 2023年第23期39卷 94-102页

作者：王飞儿林杉张秀玲沈瑶瑶张水清江艳云胡荣桂华中农业大学资源与环境学院农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 山东正维勘察测绘有限公司济南251400 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司乡村振兴研究中心昆明650051 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所郑州450002

为探究微塑料输入与秸秆添加对农田土壤氮淋溶的影响,以潮土和黄棕壤为研究对象,每种土壤各设置8个处理,包括对照(CK)、低量微塑料(PE1)、中量微塑料(PE2)、高量微塑料(PE3)、秸秆(S)、秸秆+低量微塑料(S+PE1)、秸秆+中量微塑料(S+PE2)... 详细信息

为探究微塑料输入与秸秆添加对农田土壤氮淋溶的影响,以潮土和黄棕壤为研究对象,每种土壤各设置8个处理,包括对照(CK)、低量微塑料(PE1)、中量微塑料(PE2)、高量微塑料(PE3)、秸秆(S)、秸秆+低量微塑料(S+PE1)、秸秆+中量微塑料(S+PE2)、秸秆+高量微塑料(S+PE3),研究了添加秸秆与不添加秸秆条件下,不同微塑料输入量对土壤氮淋溶的影响。结果表明,仅添加微塑料条件下,与对照(CK)相比,潮土PE1、PE2、PE3处理总氮(TN)淋溶量均无显著差异,黄棕壤仅PE1处理显著增加了TN淋溶量。在添加秸秆(S)处理中,与对照(CK)相比,潮土添加秸秆后显著降低了硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH)_(4)^(+)-N)、TN淋溶量,分别降低了31.15%、13.45%、15.26%,黄棕壤添加秸秆后显著增加了TN淋溶量,增加了22.56%。添加秸秆处理相较于不添加秸秆处理,潮土各浓度微塑料输入下NO_(3)^(-)-N、NH)_(4)^(+)-N、TN的累计淋溶量呈降低趋势,而黄棕壤低量微塑料输入降低了TN淋溶量,高量微塑料输入增加了TN淋溶量。偏最小二乘路径模型分析表明,在潮土中添加秸秆主要通过影响淋溶液pH值和NO_(3)^(-)-N淋溶量影响氮素淋溶,微塑料添加量对氮淋溶无显著影响;在黄棕壤中添加秸秆主要通过影响淋溶液NO_(3)^(-)-N、NH)_(4)^(+)-N淋溶量影响氮淋溶,微塑料添加量主要通过影响淋溶液NH)_(4)^(+)-N淋溶量影响氮淋溶。研究结果可为农田土壤微塑料污染风险的管控及减少土壤氮素的淋失提供依据。

关键词：微塑料秸秆土壤土壤氮淋失淋溶潮土黄棕壤

丹江口水库土壤和水体溶解性有机质的分子结构特征分析

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分析测试学报 2023年第3期42卷 283-291页

作者：周雅茹郝蓉伍玉鹏何晨史权胡荣桂华中农业大学资源与环境学院农业部长江中下游耕地保育重点实验室湖北武汉430070 中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油国家重点实验室北京102249

采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)分析了丹江口水库土壤和水体溶解性有机质(DOM)的分子结构特征,得到土壤和水体DOM的化合物类型分布、等效双键数及碳数分布特征。结果表明:该区土壤DOM由CHO、CHOS_(1)、CHON_(1)、CHON_(2)、... 详细信息

采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)分析了丹江口水库土壤和水体溶解性有机质(DOM)的分子结构特征,得到土壤和水体DOM的化合物类型分布、等效双键数及碳数分布特征。结果表明:该区土壤DOM由CHO、CHOS_(1)、CHON_(1)、CHON_(2)、CHON_(3)和CHON_(1)S_(1)6类化合物组成,其中以CHO类为主,该类化合物的主要组分为木质素;DOM分子的芳香性结构主要与CHO和CHON_(1)类化合物有关;低氧原子数和高氧原子数的特征分子均含有芳香结构。该区水体DOM的化合物组成与土壤相似,但不同种类化合物的占比在两者之间表现不同;芳香类化合物的组成与土壤相似,主要也与CHO和CHON_(1)类物质有关;低氧原子数的特征分子大多为支链结构,从O_(4)分子开始含有较多的羧基和芳香结构。该研究为深入理解不同生态系统DOM的分子结构特征提供了一定的理论依据。

关键词：溶解性有机质土壤水体傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)