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钝化剂对轻中度镉污染农田的安全利用效果

环境科学 2024年第2期45卷 1098-1106页

作者：王晓晶张东明曹阳吕家珑代允超西北农林科技大学资源环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

为研究酸性镉(Cd)污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明:(1)通过钝... 详细信息

为研究酸性镉(Cd)污染土壤安全利用问题,以陕西商洛轻中度Cd污染农田为研究对象,分别施加生石灰、生物炭和钙镁磷肥,通过小麦-玉米轮作试验,探究不同用量钝化剂对Cd污染土壤的安全利用效果,筛选出最佳的钝化剂配比.结果表明:(1)通过钝化剂的施加,能不同程度地改善土壤质量.(2)施用钝化剂后,小麦和玉米的籽粒产量均有不同程度地提高.(3)3种钝化剂可有效地提升土壤pH值和降低土壤有效态Cd含量,生石灰2340 kg·hm^(-2)(C3)处理效果最佳,分别增加小麦和玉米土壤pH 1.453和1.717单位,减少有效态Cd含量34.38%和30.20%.(4)施加生物炭1800 kg·hm^(-2)(B2)处理对降低小麦根系、秸秆和籽粒Cd含量效果最好,较CK分别显著降低了53.60%、38.86%和52.96%,其小麦籽粒ω(Cd)降低至0.09 mg·kg^(-1),低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定的小麦Cd限量值(0.1 mg·kg^(-1));施加生物炭1260 kg·hm^(-2)(B1)处理对降低玉米根系、秸秆和籽粒Cd含量综合效果最佳,较CK分别显著降低43.74%、53.20%和94.57%,其玉米籽粒ω(Cd)降低至0.0019mg·kg^(-1),远低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定的玉米Cd限量值(0.1 mg·kg^(-1)).因此,在田间试验条件下,综合考虑各项指标的影响,生物炭在轻中度Cd污染的小麦-玉米轮作区农田土壤效果最好.

关键词：轻中度镉污染农田小麦玉米轮作钝化剂安全利用

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中国农田土壤重金属污染分析与评价

环境科学 2024年第5期45卷 2913-2925页

作者：杨雳白宗旭薄文浩林静杨俱佳陈涛西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

为掌握中国农田土壤八大重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)的污染现状,探究其时空变化和在不同耕地类型之间的差异,通过中国知网和Web of Science收集并整理了2005~2021年449篇相关文献数据,采用基于“样点数”、“研究区面... 详细信息

为掌握中国农田土壤八大重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)的污染现状,探究其时空变化和在不同耕地类型之间的差异,通过中国知网和Web of Science收集并整理了2005~2021年449篇相关文献数据,采用基于“样点数”、“研究区面积”和“标准差”的加权方式进行Meta分析.结果显示,中国农田土壤八大重金属的含量平均值为:ω(As)11.00 mg·kg^(−1)、ω(Cd)0.3502 mg·kg^(−1)、ω(Cr)62.91 mg·kg^(−1)、ω(Cu)28.87 mg·kg^(−1)、ω(Hg)0.1351 mg·kg^(−1)、ω(Ni)28.91 mg·kg^(−1)、ω(Pb)34.67 mg·kg^(−1)和ω(Zn)90.24 mg·kg^(−1).与土壤背景值相比,中国农田土壤中各重金属元素(除As外)均存在一定累积,其中Cd和Hg的累积量最大,分别超过对应土壤背景值177.9%和340.3%.污染评价结果表明,我国农田土壤重金属污染以Cd和Hg为主,人类活动是造成其在土壤中累积的主要影响因子;从时空变化上看,云贵高原和东部沿海是污染案例最集中的区域,污染重心随时间变化由长江中游向西南地区偏移;不同耕地类型之间土壤重金属含量存在差异,蔬菜地和水田中重金属的累积量明显大于其他耕地类型.

关键词：中国农田土壤重金属空间分布污染评价 Meta分析

中国城乡交错带土壤-农作物重金属污染的Meta分析

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环境科学 2024年第8期45卷 4766-4779页

作者：白宗旭杨雳王宏蕾陈涛西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

受人类活动的影响,城乡交错带农田土壤重金属污染问题十分突出.准确掌握城乡交错带土壤-农作物重金属的污染特征,对保障食品安全与促进社会可持续发展具有重要意义.现有的农田土壤重金属污染研究大多基于小尺度、小范围实地监测,已有的... 详细信息

受人类活动的影响,城乡交错带农田土壤重金属污染问题十分突出.准确掌握城乡交错带土壤-农作物重金属的污染特征,对保障食品安全与促进社会可持续发展具有重要意义.现有的农田土壤重金属污染研究大多基于小尺度、小范围实地监测,已有的全国尺度研究并不能很好地反映出城乡交错带这一特殊界面的污染特点.通过收集整理已公开发表文献,基于Meta分析探究了中国城乡交错带土壤-农作物系统的重金属污染现状,在此基础上对特定地区主要作物重金属的人类健康风险进行评估.结果显示,我国城乡交错带农田土壤重金属累积显著,其中Cd(I_(geo)=0.89)污染最为突出,其空间分异特征明显;从不同耕地类型来看,水田和水浇地更易发生重金属积累;从不同城市等级来看,中、小城市的土壤重金属累积较为突出;对于城乡交错带农作物而言,Pb和Cd的超标率在水稻(39.64%和28.25%)和小麦(42.72%和27.72%)中最高;作物重金属健康风险评估结果显示,Cd是构成人体健康风险的主要元素,且对儿童和成人构成一定的非致癌风险和不可接受的致癌风险.

关键词：城乡交错带土壤农作物重金属 Meta分析

不同土地利用方式下土壤有机质分子组成变化的整合分析

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环境科学 2024年第5期45卷 2848-2858页

作者：黄世威赵一锴朱馨雨刘贺雷刘姣姣陈稍陈佳永张阿凤西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

利用生物标志物研究土壤有机质(SOM)分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳(SOC)的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度... 详细信息

利用生物标志物研究土壤有机质(SOM)分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳(SOC)的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度上农田、草地和森林这3种土地利用方式下有机质分子组成(游离脂质、角质、木栓质和木质素)的变化.结果表明,不同土地利用方式下有机质分子组成有明显差异,森林土壤游离态脂类(烷烃、烷酸、烷醇和环脂)、角质和木质素酚含量显著高于草地和农田,草地和森林土壤的木栓质含量无显著差异,草地木栓质与角质的比值最高,平均为2.96,农田和森林平均分别为1.68和2.21.农田土壤的丁香基的酸醛比(Ad/Al)S和香草基的酸醛比(Ad/Al)V最大,分别为1.25和1.58,显著高于草地(0.46和0.69)和森林(0.78和0.7).且相关性分析结果表明,农田土壤中,木栓质与年均降雨量(MAP)和黏粒呈显著相关,角质与黏粒呈显著相关,木质素与年均温度(MAT)、MAP、砂粒和容重呈显著相关;草地土壤中,总游离脂质与MAP和容重呈显著相关,木栓质和角质均与MAT和MAP呈显著相关,木质素与MAP、pH、砂粒和容重呈显著相关;森林土壤中,仅木质素与MAP和砂粒呈显著相关.总体而言,3种土地利用方式下,森林土壤中有机碳和各分子组分含量均较高,草地土壤中植物根系对于土壤有机质的贡献更大,农田土壤中,由于人为耕作活动而加速了木质素的降解.未来研究应进一步关注土壤理化性质和气候条件对于有机质分子组成的调控.

关键词：土地利用方式生物标志物土壤有机质分子组成脂类木质素

监控施肥配施有机肥和生物炭对小麦产量及籽粒淀粉理化特性的影响

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麦类作物学报 2024年第11期 1439-1447页

作者：郝红玉张统帅杨那郑玉娉王朝辉翟丙年李紫燕西北农林科技大学资源环境学院/农业部西北植物营养与农业环境重点实验室

为了明确不同施肥措施对冬小麦籽粒淀粉结构、理化特性和小麦籽粒产量的影响，以小麦品种洛旱6号为材料，通过裂区试验(以农户施肥和监控施肥2种施肥方式为主区，以不配施有机物料、配施有机肥和配施生物炭为副区),分析不同处理下冬小... 详细信息

为了明确不同施肥措施对冬小麦籽粒淀粉结构、理化特性和小麦籽粒产量的影响，以小麦品种洛旱6号为材料，通过裂区试验(以农户施肥和监控施肥2种施肥方式为主区，以不配施有机物料、配施有机肥和配施生物炭为副区),分析不同处理下冬小麦籽粒淀粉结构、理化特征及产量的差异。结果表明，与农户施肥方式相比，监控施肥显著增加了小麦籽粒总淀粉含量、直链淀粉含量和直支比，提高了A型淀粉粒的体积和数目百分比，显著提升了平均低谷黏度、最终黏度、稀懈值和回升值。在同一施肥方式下，与不配施有机物料相比，配施有机肥对总淀粉含量、直链淀粉含量、淀粉直支比、A型淀粉粒体积百分比和淀粉黏度参数也均表现出正向效应，同时降低了B型淀粉粒的体积和数目百分比，而配施生物炭对淀粉含量及直支比、A型淀粉粒体积及表面积分布影响均不显著。施用生物炭对淀粉糊化特性影响在不同施肥方式下存在差异，农户施肥+生物炭处理显著降低了峰值黏度、低谷黏度和最终黏度，而监控施肥+生物炭处理显著增加了峰值黏度、最终黏度、稀懈值和回升值。监控施肥对产量影响不显著，但监控施肥+配施有机肥处理显著提高产量。在所有处理中，监控施肥+配施有机肥处理的小麦籽粒淀粉含量、直支比、淀粉粒分布、淀粉黏度参数综合表现最好，说明在监控施肥条件下减少施用化肥同时配施有机肥可改善小麦淀粉品质和增加产量，促进渭北旱地冬小麦高产优质生产。

关键词：小麦监控施肥淀粉组分粒度分布糊化特性

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添加脲酶/硝化抑制剂条件下基于^(15)N示踪的夏玉米当季肥料氮去向研究

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植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1092-1102页

作者：辛苏宁王磊卢艳丽白由路王玉红江晗王洛斌北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

【目的】以华北平原夏玉米为研究对象,利用高丰度15N同位素示踪方法,探究添加脲酶/硝化抑制剂条件下肥料氮的去向。【方法】于2022−06−25至2022−10−09在河北省廊坊市进行试验。设置5个处理:不施氮肥对照(CK)、单施尿素(U)、尿素+脲酶抑... 详细信息

【目的】以华北平原夏玉米为研究对象,利用高丰度15N同位素示踪方法,探究添加脲酶/硝化抑制剂条件下肥料氮的去向。【方法】于2022−06−25至2022−10−09在河北省廊坊市进行试验。设置5个处理:不施氮肥对照(CK)、单施尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂(UI)、尿素+硝化抑制剂(NI)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(UI+NI),测定了氮素吸收量,监测了累积NH3挥发和N_(2)O排放量,并计算了肥料氮的气态损失量和土壤氮肥残留量。【结果】与单施尿素处理相比,3个添加抑制剂处理UI、NI和UI+NI的地上部吸氮量分别显著提高了39.7%、33.1%和41.8%,氮肥利用率分别显著提高12.5、6.8和12.3个百分点,UI和UI+NI的提升效果显著高于NI。与U和NI相比,UI处理的土壤中肥料氮残留量分别提高了35.6%和27.9%,UI+NI分别提高了45.7%和37.4%。与U处理相比,NI处理的NH3挥发累积量无显著差异,而UI和UI+NI处理土壤的NH3挥发累积量分别显著减少了14.3%和11.6%;UI、NI和UI+NI处理土壤的N_(2)O累积排放量分别显著降低了17.2%、19.9%和34.5%,UI+NI处理土壤的N_(2)O累积排放量又比UI和NI处理分别显著降低了20.9%和18.2%。【结论】尿素配合脲酶/硝化抑制剂施用显著提高了夏玉米的氮素吸收量,添加脲酶抑制剂显著提高了土壤中肥料氮残留量,减少了累积NH3挥发量和N_(2)O累积排放量,而添加硝化抑制剂增加土壤中肥料氮的残留量和减少NH3挥发的效果不显著,但降低了N_(2)O累积排放量。同时配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂处理增加了土壤中肥料氮的残留量,降低NH3挥发量和N_(2)O累积排放量的效果显著优于配施一种抑制剂,肥料氮的损失率降至3.7%。因此,在华北平原典型潮土区,夏玉米生产中推荐尿素同时配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂,以减少肥料氮的气态损失,提高氮肥当季利用率。

关键词：夏玉米高丰度15N尿素脲酶抑制剂硝化抑制剂氮肥当季吸收量土壤残留率气态损失肥料氮当季损失率

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禾本科作物联合固氮研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1307-1321页

作者：艾超赵远征张俪予张美玲黄抒语王诗雨周卫北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

生物固氮是唯一能将空气中“免费”的氮气转化为化合态氮的生物学过程。一般认为豆科作物具有共生固氮能力,间套种豆科作物已成为补充农田氮素的重要方式。越来越多的证据证明禾本科作物也具有较高的联合固氮潜力,大量联合固氮菌不仅定... 详细信息

生物固氮是唯一能将空气中“免费”的氮气转化为化合态氮的生物学过程。一般认为豆科作物具有共生固氮能力,间套种豆科作物已成为补充农田氮素的重要方式。越来越多的证据证明禾本科作物也具有较高的联合固氮潜力,大量联合固氮菌不仅定殖在根际、根内,还可以定殖在植株地上部如茎维管束、叶际中,表明禾本科作物固氮微生物可能为避免复杂的土壤环境,开辟了一条“体内高效固氮”的新途径。本文回顾了近年来玉米、小麦、水稻、甘蔗等禾本科作物在联合固氮部位、调控途径、菌群构建等方向取得的创新进展,重点介绍了固氮菌除了与宿主植物存在互作关系外,还与其他功能细菌、真菌和病毒之间存在潜在的相互作用。基于生物固氮多功能合成菌群在植物营养和促生等领域表现出的巨大应用前景和潜力,提出了当前禾本科作物联合固氮研究的前沿热点和难点,即如何综合利用“自上而下”和“自下而上”策略,筛选关键功能类群并结合基因组尺度代谢模型,构建群落稳定、功能多样、效果显著的合成菌剂,为生物固氮在农业生产中广泛应用提供强有力的技术支撑。

关键词：禾本科作物生物固氮固氮菌秸秆分解合成菌群

氨基酸肥料和鼠李糖脂配施对番茄耐盐性和产量的影响

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干旱地区农业研究 2024年第5期42卷 139-146,166页

作者：户可欣高铱遥许世奇何彦臻王旭东西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

以中度盐渍土为试验土壤,以普罗旺斯番茄品种为试验材料,探索了不同配比氨基酸肥料和鼠李糖脂对番茄生长发育、耐盐性和产量的影响。结果表明:在中度盐渍化土壤常规施肥(氮磷钾复合肥N∶P_(2)O_(5)∶K_(2)O=20∶10∶15基施,高钾复合肥N... 详细信息

以中度盐渍土为试验土壤,以普罗旺斯番茄品种为试验材料,探索了不同配比氨基酸肥料和鼠李糖脂对番茄生长发育、耐盐性和产量的影响。结果表明:在中度盐渍化土壤常规施肥(氮磷钾复合肥N∶P_(2)O_(5)∶K_(2)O=20∶10∶15基施,高钾复合肥N∶P_(2)O_(5)∶K_(2)O=10∶5∶25追施)条件下,氨基酸肥料单施(灌施氨基酸肥料300 L·hm^(-2))显著提高了番茄脯氨酸含量,较常规施肥提高13.9%。氨基酸肥料配施24 L·hm^(-2)鼠李糖脂处理可进一步提高番茄耐盐性和降低细胞氧化损伤,与氨基酸肥料单施相比,该处理下过氧化物酶活性和脯氨酸含量分别显著增加31.4%和20.6%,叶片超氧阴离子(O_(2)^(-))产生速率、丙二醛含量和Na^(+)/K^(+)分别显著降低23.8%、26.6%和43.0%。同时,氨基酸肥料配施24 L·hm^(-2)鼠李糖脂处理的番茄产量、可溶性糖和Vc含量最高,较氨基酸肥料单施处理分别显著增加38.5%、14.2%和18.2%。总体来看,以300 L·hm^(-2)氨基酸肥料配施24 L·hm^(-2)鼠李糖脂效果最佳,可有效缓解盐胁迫对细胞膜的损伤,提高叶片渗透调节能力和光合作用,增强番茄的耐盐性,实现产量和品质协同提升。

关键词：番茄氨基酸肥料鼠李糖脂耐盐性产量

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农田土壤有机碳及活性碳组分对秸秆和地膜覆盖响应的Meta分析

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环境科学 2024年

作者：杨那毛晓涵李彦郝红玉王朝辉李紫燕西北农林科技大学资源环境学院农业部西北植物营养与农业环境重点实验室

为研究地表覆盖在不同环境和农田管理措施下对土壤有机碳（SOC）及碳组分影响的差异，利用Meta定量分析方法分析秸秆和地膜覆盖下SOC及活性碳组分的变化，并对试验地点的环境和农田管理措施进行分组，探究其在不同条件下的变化特征。相... 详细信息

为研究地表覆盖在不同环境和农田管理措施下对土壤有机碳（SOC）及碳组分影响的差异，利用Meta定量分析方法分析秸秆和地膜覆盖下SOC及活性碳组分的变化，并对试验地点的环境和农田管理措施进行分组，探究其在不同条件下的变化特征。相比于地膜覆盖，秸秆覆盖更有利于提高SOC，可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量。年均气温>10℃时秸秆覆盖下SOC相对变化率比地膜覆盖下高14.93%，气温<10℃时，地膜覆盖比秸秆覆盖高6.47%；降雨量显著影响秸秆覆盖下MBC含量，不同降雨量下MBC变化率差异达到27.02%。轮作能提高秸秆覆盖下SOC及活性碳组分含量，但地膜覆盖下不轮作使SOC含量显著降低4.52%。DOC响应比与SOC响应比呈显著正相关，MBC响应比与SOC响应比没有显著相关关系；地膜覆盖时长与SOC响应比呈显著负相关。综上，秸秆和地膜覆盖在不同环境和管理措施下对SOC和活性碳组分的影响有差异，相较于地膜覆盖，秸秆覆盖在各种环境和管理措施下更有利于提高SOC及活性碳组分含量。

关键词：覆盖措施土壤有机碳(SOC) 碳组分环境因素田间管理