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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

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基于Meta分析的不同耕作措施对黄土高原旱地麦田土壤有机碳的影响

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应用生态学报 2024年

作者：黄肖王龙兴徐添靖闫秋艳闫双堆董飞祁琛张敏敏山西农业大学资源环境学院山西农业大学小麦研究所

为在区域尺度上定量分析耕作措施对黄土高原麦田土壤有机碳的影响，并在此基础上分析各类因素对有机碳相对变化率的影响程度，基于2000—2023年国内外发表文献，以传统耕作翻耕秸秆不还田（CK）为对照，利用Meta分析研究免耕秸秆还田（... 详细信息

为在区域尺度上定量分析耕作措施对黄土高原麦田土壤有机碳的影响，并在此基础上分析各类因素对有机碳相对变化率的影响程度，基于2000—2023年国内外发表文献，以传统耕作翻耕秸秆不还田（CK）为对照，利用Meta分析研究免耕秸秆还田（NTS）、免耕秸秆不还田（NT）、传统耕作翻耕秸秆还田（TS）和深松耕作（SS）对麦田土壤有机碳的影响，并解析气候条件、土壤类型、耕作类型及土壤初始理化性质等因素的影响程度。结果表明：与CK相比，NT、NTS、SS、TS 4种耕作措施均对土壤0～20 cm有机碳含量有不同程度的正效应。综合来看，NTS处理提高耕层土壤有机碳的效果最好。当土壤类型为黄绵土、且在中温带、年均气温≤10 ℃、年均降雨量≤500 mm时，土壤有机碳的增幅最高；在土壤初始有机碳≥10 g·kg-1、碱解氮≥60 mg·kg-1、有效磷≥20 mg·kg-1和速效钾≥120 mg·kg-1时更有利于有机碳的固存，但是较高的全氮含量(≥1 g·kg-1)会降低土壤有机碳的累积。综上，相对于传统耕作，NTS处理对麦田耕层土壤有机碳的固存效果最好，可作为黄土高原地区麦田增碳沃土的适宜耕作措施。

关键词：耕作措施旱地麦田土壤有机碳气候因子土壤初始性质

负载活性锰纤维材料的制备及其室温净化甲醛的性能研究

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环境科学学报 2024年第4期44卷 277-284页

作者：王晗菲谈小克高全龙刘娟倪春兰侯静涛华中农业大学资源与环境学院武汉430070

甲醛是室内环境中关注度最高的污染物之一,由于活性氧化锰对甲醛具有优异的室温净化性能,近年来受到了广泛关注.然而实验室合成的粉末活性锰通常难以直接应用,因此,如何制备低成本、环境友好的活性锰负载纤维材料仍然是阻碍其大面积推... 详细信息

甲醛是室内环境中关注度最高的污染物之一,由于活性氧化锰对甲醛具有优异的室温净化性能,近年来受到了广泛关注.然而实验室合成的粉末活性锰通常难以直接应用,因此,如何制备低成本、环境友好的活性锰负载纤维材料仍然是阻碍其大面积推广需要解决的重要难题.本研究采用涂布固定法,分别用乙烯基吡咯烷酮(PVP)和羧甲基纤维素钠(CMC)胶结剂进行负载,得到不同的活性锰负载纤维材料,同时运用XRD、SEM、Raman和FTIR等方法对负载材料的表面结构进行表征,评价了不同氧化锰负载纤维材料的室温净化甲醛性能及其影响因素.结果表明,胶结剂的类型、锰氧化物的性质及载体厚度等因素是影响其净化性能的关键因子.与CMC胶结剂相比,PVP胶结剂不仅使负载的活性锰粉末更多,同时其团聚现象也不明显,这主要归因于其较为温和的粘结能力.当使用厚度为J=80 g·cm^(-2)的纤维载体时,其负载量不仅高,且透气性良好,因而其甲醛净化性能较J=60 g·cm^(-2)和100 g·cm^(-2)载体好.CO程序升温结果表明,MnO_(2)-1样品的还原温度比MnO_(2)-2样品更低,因而具有更强的低温催化能力.通过优化制备条件,使用PVP胶结剂,将MnO_(2)-1负载到J=80 g·cm^(-2)厚度的纤维载体上,得到的活性锰负载纤维材料能快速将甲醛浓度从0.47 mg·m^(-3)降低至国家标准0.08 mg·m^(-3),获得比商品更为优异的净化性能.

关键词：氧化锰负载纤维材料净化甲醛胶结剂制备方法

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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

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纳米尺度观察糖-黏土微团聚体对磷素吸附的影响

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土壤学报 2024年第1期61卷 110-117页

作者：迟家霖贾崇昊张文君华中农业大学资源与环境学院武汉430070

糖-黏土团聚体对磷素的转化具有重要的调控作用,为揭示纳米尺度下糖介导的微团聚体初始形成过程及对磷的吸附效果,选择人工改性的纳米黏土硅酸镁锂,以及不同分子量的葡萄糖及葡聚糖,通过拉曼光谱和原子力显微镜观察不同糖与硅酸镁锂形... 详细信息

糖-黏土团聚体对磷素的转化具有重要的调控作用,为揭示纳米尺度下糖介导的微团聚体初始形成过程及对磷的吸附效果,选择人工改性的纳米黏土硅酸镁锂,以及不同分子量的葡萄糖及葡聚糖,通过拉曼光谱和原子力显微镜观察不同糖与硅酸镁锂形成的微团聚体结构,利用单分子力谱解释了不同分子量糖和硅酸镁锂间的作用力差异,并比较微团聚体对磷素的吸附能力差异。结果表明:糖能有效胶结硅酸镁锂,形成稳定的糖-硅酸镁锂微团聚体,其中高分子量糖和硅酸镁锂具有更强的相互作用力,能形成更大粒径的微团聚体结构。当不同分子的糖-硅酸镁锂微团聚体形成后,均能对磷产生吸附效应,但吸附能力会随着糖分子量提升而降低,主要是由于不同分子量糖的添加,均能增加微团聚体表面羟基数目并提升微团聚体的表面电势,从而增加磷的吸附量;而高分子量的糖同时还会增加微团聚体的粒径,由于尺寸效应,吸附磷的量反而少于低分子量糖。结果说明高分子量糖能促进微团聚体形成,同时所有糖会促使微团聚体与磷的结合,但是该效应随糖分子量提升会有一定程度降低。

关键词：糖黏土矿物硅酸镁锂微团聚体磷

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

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农业工程学报 2024年第8期40卷 198-206页

作者：彭智昊郭兴强于双黄光群史苏安何雪琴中国农业大学工学院北京100083 青岛中海环境工程有限公司青岛266041

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑... 详细信息

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体(48、90、180、270 m^(3))所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体(48、90 m^(3)),不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体(180、270 m^(3)),可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10%的动能损失;基于对工厂100 m^(3)堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。

关键词：堆肥仿真模拟规模化好氧堆肥底部曝气管道流速分布均匀性分析

新烟碱类杀虫剂哌虫啶在3种典型土壤中的生物有效性

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农业环境科学学报 2024年第2期43卷 254-261页

作者：谢慧李金玲刘瑞源王世霖黄炜李旭龙于世亮山东农业大学资源与环境学院山东泰安271018

为探究新烟碱类杀虫剂哌虫啶在3种典型土壤中的降解及其生物有效性,本研究在室内模拟土壤生境,以赤子爱胜蚯蚓和哌虫啶分别作为受试模式生物和目标污染物,采用蚯蚓生物富集量和间接生物测量法,研究哌虫啶在不同类型土壤中的生物有效性... 详细信息

为探究新烟碱类杀虫剂哌虫啶在3种典型土壤中的降解及其生物有效性,本研究在室内模拟土壤生境,以赤子爱胜蚯蚓和哌虫啶分别作为受试模式生物和目标污染物,采用蚯蚓生物富集量和间接生物测量法,研究哌虫啶在不同类型土壤中的生物有效性。研究结果表明:哌虫啶在棕壤、红壤和黑土中的降解半衰期分别为11.45~12.62、12.42~14.38 d和5.19~10.21 d,在3种典型土壤中的降解速度为黑土>棕壤>红壤。哌虫啶在蚯蚓体内的生物累积量随其在土壤中含量的增加而增大,在10 mg·kg^(-1)哌虫啶处理下,棕壤、红壤和黑土中蚯蚓体内哌虫啶的含量分别为190、210 ng·g^(-1)和160 ng·g^(-1),生物富集法研究表明,哌虫啶在黑土中的生物有效性较低,在红壤和棕壤中的生物有效性相对较高。不同处理的蚯蚓受到哌虫啶的氧化胁迫,其蛋白质含量、抗氧化酶活性、谷胱甘肽巯基转移酶活性和丙二醛含量具有显著的差异性(P<0.05),各指标在黑土中受到的影响较小,在棕壤和红壤中受到的影响较大,哌虫啶在有机质含量丰富的黑土中生物有效性较弱,而在棕壤和红壤中生物有效性较强。

关键词：哌虫啶蚯蚓生物有效性降解

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基于多源遥感数据的耕地生态系统稳定性评价——以汾河流域为例

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中国环境科学 2024年第5期44卷 2937-2947页

作者：吕文宝徐占军杨丽琪祁强强岳鑫李哲山西农业大学资源环境学院山西晋中030801

从汾河流域耕地外源胁迫视角出发,基于多源遥感数据获取土壤侵蚀、沙化、盐渍化、污染、遥感生态指数和植被生产力等监测指标.构建胁迫—抵抗—响应框架下动态稳定性评价模型,分析耕地生态系统稳定性的时空演变特征.运用两维图论聚类对... 详细信息

从汾河流域耕地外源胁迫视角出发,基于多源遥感数据获取土壤侵蚀、沙化、盐渍化、污染、遥感生态指数和植被生产力等监测指标.构建胁迫—抵抗—响应框架下动态稳定性评价模型,分析耕地生态系统稳定性的时空演变特征.运用两维图论聚类对耕地进行分区,并提出相应调控措施.结果显示:(1)2011~2021年,晋中盆地及其东北部所属的部分县区受土壤污染、盐渍化程度加重的影响较大,外源胁迫值略微上升,其他地区则以外源胁迫值降低为主,占耕地总面积的91.66%;抵抗值上升明显,98.69%的耕地处于上升状态,在空间格局上基本形成以晋中盆地和临汾盆地为双核心的增长区;83.13%的耕地处于响应值上升状态,下降区则集中在晋中盆地及东北部.(2)耕地生态系统稳定性总体明显上升,99.06%的耕地处于稳定性增加状态,晋中盆地以稳定性略微上升为主,下游临汾盆地及河谷地区则以显著上升为主,区域之间的稳定性差异逐渐缩小,核心原因是生态环境质量的提高.(3)基于稳定性及其内涵指标,将研究区划分为黄土丘陵—核心治理区、晋中盆地—都市农业区、灵霍山峡—生态保障区、临汾盆地—保育缓冲区和河谷平原—稳产增产区,据此提出差异化的耕地保护管理措施.研究结果可为提升耕地生态系统稳定性提供科学依据.

关键词：外源胁迫耕地生态系统稳定性时空演变汾河流域

冬麦播前耕作方式对麦玉轮作体系中玉米季土壤水分、籽粒灌浆特征及产量的影响

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中国农业科学 2024年第18期57卷 3568-3585页

作者：刘水苗关小康赵志恒王景辉刘世龙高培萌王艳丽吴鹏年高晨凯李煜铭邵京于昊琳王同朝温鹏飞河南农业大学农学院河南农业大学资源与环境学院

【目的】黄淮海平原是我国典型的冬小麦-夏玉米周年轮作区，研究小麦季播前耕作对夏玉米产量形成的影响，为麦玉轮作模式下优化耕作模式以促进夏玉米高产稳产提供理论依据。【方法】基于6年长期定位试验，设置3种冬小麦播前耕作模式，... 详细信息

【目的】黄淮海平原是我国典型的冬小麦-夏玉米周年轮作区，研究小麦季播前耕作对夏玉米产量形成的影响，为麦玉轮作模式下优化耕作模式以促进夏玉米高产稳产提供理论依据。【方法】基于6年长期定位试验，设置3种冬小麦播前耕作模式，连年深耕（deep tillage,DT）、连年免耕（no-tillage,NT）和一年深耕两年免耕的轮耕（rotation tillage,RT）。【结果】RT、DT处理较NT处理显著提高夏玉米灌浆期耕作扰动的0—40 cm土层贮水量，RT处理较DT处理高4.89%—11.02%(2022年)和4.43%—6.06%(2023年)，RT处理较NT处理高8.16%—16.69%(2022年)和6.78%—17.23%(2023年)。RT处理在玉米灌浆期仍能维持较高叶面积指数，灌浆期前中期RT处理叶面积指数较DT处理增加1.41%—14.28%(2022年)和9.03%—14.46%(2023年)，较NT处理增加14.80%—27.56%(2022年)和21.25%—29.39%(2023年)。RT处理花后干物质转移对籽粒贡献率较DT、NT处理提高3.77%、40.36%(2022年)和7.26%、19.91%(2023年)。Logistic方程模拟结果表明3个灌浆阶段的参数大体表现为速增期>渐增期>缓增期，其三粒位表现下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒，3个处理各参数变化均表现为RT>DT>NT，其中RT处理提前达到最大灌浆速率，且平均灌浆速率较DT、NT分别增加6.35%、8.06%(2022年)和6.34%、9.84%(2023年)。RT、DT处理百粒重较NT处理显著提高2.71%、6.03%(2022年)和9.02%、12.56%(2023年)，RT处理产量较DT、NT处理显著提高8.92%、14.15%(2022年)和6.25%、19.45%(2023年)。分析产量形成结构方程模型可知，0—40 cm土层贮水量对产量的直接效应和间接效应分别为0.420和0.551,0—40 cm土层贮水量不仅能直接促进产量形成，还能通过地上部生物量以及平均灌浆速率影响产量。【结论】土壤贮水量是提高产量的重要驱动因子，RT能够提高夏玉米灌浆期土壤贮水量，从而增加叶面积指数，延缓叶片衰老时间，增加干物质积累，优化籽粒灌浆特性，促进干物质和籽粒灌浆速率的提高，最终提高夏玉米产量。

关键词：耕作方式夏玉米土壤贮水量干物质转运籽粒灌浆产量小麦