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不同用量生物质炭降低华南集约化菜地土壤N_(2)O排放和提高氮肥利用率的效应

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植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1053-1063页

作者：陈宗海石梦玄刘一戈李博卢瑛华南农业大学资源环境学院广东广州510642

【目的】我国集约化蔬菜种植氮肥施用量大、复种指数高、农事操作频繁,导致土壤氮素损失量大,氮肥利用率低。生物质炭施用可有效改善土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤氮素循环以及作物产量。比较不同生物质炭用量对土壤N_(2)O... 详细信息

【目的】我国集约化蔬菜种植氮肥施用量大、复种指数高、农事操作频繁,导致土壤氮素损失量大,氮肥利用率低。生物质炭施用可有效改善土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤氮素循环以及作物产量。比较不同生物质炭用量对土壤N_(2)O减排和作物产量的影响及作用机理,为生物质炭在蔬菜栽培中的应用提供指导。【方法】田间试验在华南地区进行,在连续两年内共种植4茬多次收获蔬菜。试验设置不施氮肥(CK)、常规施氮(NF)、常规施氮+20 t/hm^(2)生物质炭(NB20)和常规施氮+40 t/hm^(2)生物质炭(NB40)处理,采用静态暗箱—气相色谱法对两年蔬菜生长季的土壤N_(2)O排放量和蔬菜产量进行测定,田间试验结束后采集土样测定土壤理化性质和酶活性。【结果】生物炭施用两年后,NB20和NB40处理的土壤全氮、pH、有效磷和脲酶活性均显著高于NF,NB20处理的pH和有效磷含量又显著高于NB40处理。两年试验NF处理菜地土壤N_(2)O排放通量范围为42.8~7233.0μg/(m^(2)·h),生物质炭处理为28.4~3188.1μg/(m^(2)·h),温度、季节和氮肥施用是引起波动的主要因素。与NF处理相比,2018、2019年NB20处理的N_(2)O累积排放量分别显著降低了64.3%、66.9%,NB40处理分别显著降低了55.8%、62.5%,但两处理之间无显著差异。与NF处理相比,NB20处理的蔬菜产量显著增加了10.1%~29.10%,产量尺度N_(2)O排放显著降低了56.4%~74.4%,氮素吸收量因而显著增加了13.9%~32.9%,两年之间多数指标变化不显著;NB40处理第一年的增产、降排效果与NB20处理无显著差异,第二年的产量和氮素利用率显著低于NB20处理,也低于第一年。相关性分析和冗余分析表明,土壤pH是影响N_(2)O排放的主要因素,土壤有效磷、pH和有机碳是影响蔬菜产量的主要因素。【结论】在华南集约化蔬菜生产中,配施生物质炭能显著缓解大量氮肥施用产生的土壤酸化,增加土壤蛋白酶和脲酶活性,进而抑制施肥诱发的土壤N_(2)O排放,提高蔬菜的氮吸收量,最终增加蔬菜产量和氮素利用率。与施用40 t/hm^(2)的处理相比,施用20 t/hm^(2)生物炭的处理提升土壤pH和产量的效果更稳定,降低单位产量N_(2)O排放和提升蔬菜氮素利用效率的效果更佳,因此常规施氮+20 t/hm^(2)生物质炭是可推荐的减排增效措施。

关键词：生物质炭华南地区集约化菜地 N_(2)O 氮素利用率

水生生态系统中高氯酸盐与铬复合污染的生态毒理效应模拟

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华南农业大学学报 2024年第1期45卷 52-59页

作者：李婉文杜宁宁周娟娟秦俊豪黎华寿陈桂葵华南农业大学资源环境学院广东广州510642

【目的】探究ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)在复合污染条件下对水生生态系统的生态毒理效应。【方法】构建水生生态系统,分别放入生长状况一致的水葫芦Eichhornia crassipes、隆线溞Daphnia carinata和福寿螺Pomacea canaliculata,使其暴露于不... 详细信息

【目的】探究ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)在复合污染条件下对水生生态系统的生态毒理效应。【方法】构建水生生态系统,分别放入生长状况一致的水葫芦Eichhornia crassipes、隆线溞Daphnia carinata和福寿螺Pomacea canaliculata,使其暴露于不同质量浓度ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)及其复合污染的水体中,研究ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)在单一和复合条件下对水葫芦、隆线溞和福寿螺的生态毒理效应。【结果】随着暴露时间增加,隆线溞的种群增长呈先上升后下降的趋势。0.02 mg·L^(−1)的Cr^(6+)可促进隆线溞生长,200 mg·L^(−1)的ClO_(4)^(−)和0.20 mg·L^(−1)的Cr^(6+)及复合污染处理均对隆线溞生长起抑制作用。0.02 mg·L^(−1)的Cr^(6+)对福寿螺的生长无明显影响,但单一的ClO_(4)^(−)(20和200 mg·L^(−1))和0.20 mg·L^(−1)的Cr^(6+)及复合污染处理均对福寿螺的生长具有明显的抑制作用。随着水中污染物质量浓度的增加,水葫芦各器官中的ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)含量相应增加;相同浓度水平下,水葫芦各器官中ClO_(4)^(−)的含量高低顺序为:叶>茎>根,Cr^(6+)含量的顺序为:根>茎>叶。与水葫芦相比,隆线溞和福寿螺体内的ClO_(4)^(−)含量较低。【结论】ClO_(4)^(−)与Cr^(6+)的单一和复合污染均对水生生态系统中的生物造成了毒害作用。水葫芦对ClO_(4)^(−)和Cr^(6+)均有较强的吸收能力,富集ClO_(4)^(−)的主要器官是叶片、富集Cr^(6+)的主要器官是根部,隆线溞和福寿螺对ClO_(4)^(−)也有一定的吸收,但吸收能力弱于水葫芦。

关键词：高氯酸盐六价铬复合污染水生生态系统水葫芦隆线溞福寿螺

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生物炭对四环素和铜复合污染土壤生菜生长及污染物累积的影响

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环境科学 2024年第5期45卷 3037-3046页

作者：郑晨格裴欢欢张亚珊李嘉欣刘奋武乔星星秦俊梅山西农业大学资源环境学院太谷030800

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05)... 详细信息

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05).添加不同生物炭可以在不同程度上提高生菜生理指标中硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量,降低丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性,在幼苗期和成熟期生物炭对生菜生理指标的影响趋势一致.与CK相比,添加生物炭后生菜地上部和地下部的TC和Cu含量均有不同程度的降低,生菜地上部TC和Cu分别降低了2.49%~92.32%和12.79%~36.47%,地下部TC和Cu分别降低了12.53%~55.64%和22.41%~42.29%.相关性分析表明,生菜硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量与生菜TC含量呈显著负相关,丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性与生菜TC含量呈显著正相关,生菜抗性基因与TC含量呈显著正相关(P<0.05).总体趋势上,改性生物炭对提高生菜生长及降低污染物累积的效果优于原生物炭,其中改性谷子秸秆生物炭的修复效果最佳.

关键词：生物炭四环素(TC) 铜(Cu) 四环素类抗生素抗性基因(TC ARGs) 生菜

连续7年施肥提升复垦土壤肥力提高玉米产量的驱动因子

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农业工程学报 2024年第1期40卷 142-152页

作者：谢钧宇张慧芳罗云琪孟会生张杰洪坚平徐明岗山西农业大学资源环境学院太谷030801

研究长期施肥对玉米连作体系下采煤塌陷区复垦土壤肥力变化和玉米产量的影响,明确玉米产量提高的驱动因素和最佳施肥处理,可为该区域培肥土壤和耕地质量提升提供理论依据。该研究依托7 a(2014—2020年)复垦定位肥料试验基地,设置不施肥... 详细信息

研究长期施肥对玉米连作体系下采煤塌陷区复垦土壤肥力变化和玉米产量的影响,明确玉米产量提高的驱动因素和最佳施肥处理,可为该区域培肥土壤和耕地质量提升提供理论依据。该研究依托7 a(2014—2020年)复垦定位肥料试验基地,设置不施肥对照(CK)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥配施无机肥(MNPK)4个处理,采集0~20 cm土层土壤样品,研究不同施肥处理对作物产量、土壤化学指标(包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效铁锰铜锌含量)、土壤物理指标,即团聚体分布比例及其碳氮含量以及土壤生物指标,即与碳循环相关的土壤酶活性的影响。结果表明,施化肥及有机肥较CK均显著提高了玉米籽粒产量,且以M处理的增幅最大。M处理显著提高了土壤有机质、全氮、速效钾及有效锰含量,增幅分别为21.50%、12.50%、98.37%及20.19%;MNPK处理改善了土壤的基本性质,显著提高了大粒径团聚体(>2 mm)中有机碳和全氮含量,增幅分别达68.68%和471.43%,但是显著降低了土壤有效铜和有效锌含量,降幅分别为16.67%和16.46%。而且施加有机肥后,加速了大团聚体(0.25~2 mm)的破碎,伴随着粉黏粒组分(<0.053 mm)数量的增加。此外,NPK处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性,增幅为29.17%,但是显著降低了脲酶活性,降幅为29.79%,施有机肥(M和MNPK)显著提高了蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和碱性磷酸酶活性,增幅分别为45.87%~73.39%、54.98%~60.73%、43.09%~80.32%和51.52%~54.97%。进一步通过主成分分析以及土壤肥力综合指数评价,表明单施有机肥是该复垦区域耕地质量提升和维持土地生产力较好的农田管理措施。结合冗余分析结果可知,β-葡萄糖苷酶是评价土壤肥力的敏感性指标,它对玉米籽粒产量和土壤有机质含量的贡献率高达72.40%。因此,在现有的农田管理条件下,单施有机肥主要通过增强β-葡萄糖苷酶活性进而促进复垦土壤肥力的形成,最终提高了作物产量,是维持该复垦区作物高产稳产和培育耕地质量的有效措施。

关键词：土壤有机肥复垦产量微量元素 β-葡萄糖苷酶

有机肥配施荧光假单胞菌肥对玉米产量与复垦土壤磷素有效性的影响

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农业工程学报 2024年第9期40卷 79-87页

作者：焦金铖安晓虎徐晨曦李廷亮孟会生张杰郝鲜俊山西农业大学资源环境学院太谷030801

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定... 详细信息

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定位培肥试验,共设置7个处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥配施荧光假单胞菌(CFB)、单施有机肥(M)、有机肥配施荧光假单胞菌(MB)、化肥配施有机肥(MCF)、化肥有机肥配施荧光假单胞菌(MCFB)。采集各处理土壤样品测定相关指标,并通过相关性分析和结构方程模型来探究各形态磷与有效磷以及土壤磷酸酶之间的关系。结果表明:1)在整个试验周期(2021—2022年),与CK相比,不同施肥处理均能显著提高玉米产量以及各形态磷素。其中,以MB处理下的玉米产量、有效磷、磷活化系数、不稳定态磷以及部分不稳定态磷含量最高,与CK处理相比,玉米产量显著提高2.40倍,有效磷含量、磷活化系数值、不稳定态磷含量、部分不稳定态磷含量分别显著提高4.50倍、4.67倍、0.98倍、1.16倍。2)与CK处理相比,化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够显著提高土壤微生物量磷以及酸性和碱性磷酸酶活性,配施荧光假单胞菌后,微生物量磷水平和碱性磷酸酶活性均以MB较M处理提升效果最佳,分别显著提高27.08%和9.56%。3)结合相关性分析以及结构方程模型,随着荧光假单胞菌和化肥有机肥的施入,在提高不稳定态磷素含量的同时也提高有效磷的供应能力,促进磷素在农田生态系统中的循环转化,产生积极的正向影响。化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够一定程度上影响复垦土壤玉米产量及产量性状、各形态磷素及有效性和微生物活性,对复垦土壤脆弱的农田生态系统产生积极影响。

关键词：复垦土壤磷玉米产量有机肥土壤磷酸酶活性

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粪肥施用对土壤团聚体的影响——Meta分析

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土壤 2024年第3期56卷 610-622页

作者：张广立岑柏霆龙新宪刘娅田政廖泽伟华南农业大学资源环境学院广州510642

粪肥施用为土壤输入大量有机质与养分,能影响土壤团聚体的形成和稳定性,大部分研究主要认为粪肥施用促进土壤大粒径团聚体的形成(marcoaggregate,≥0.25 mm),但进一步细分是对大团聚体(large marcoaggregate,>2 mm)还是小团聚体(small m... 详细信息

粪肥施用为土壤输入大量有机质与养分,能影响土壤团聚体的形成和稳定性,大部分研究主要认为粪肥施用促进土壤大粒径团聚体的形成(marcoaggregate,≥0.25 mm),但进一步细分是对大团聚体(large marcoaggregate,>2 mm)还是小团聚体(small marcoaggregate,2~0.25 mm)的影响更大,研究存在较大差异。本文使用Meta分析收集了36篇相关文献,共267个团聚体数据,发现施用粪肥能显著增加土壤大团聚体和小团聚体含量,分别增加了95%和17%,同时减少了土壤微团聚体(microaggregates,0.25~0.053 mm)和土壤粉黏颗粒(silt-plus and clay-size particles,<0.053 mm)含量,分别减少了14%和20%。本文还从土壤因素、粪肥因素、气候因素3个角度的解释变量来分析粪肥施用对土壤团聚体影响不同的原因,结果发现土壤类型、土壤pH、粪肥种类和年均气温、年均降水量是造成不同研究结果差异的主要原因。

关键词：粪肥土壤团聚体 Meta分析

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纳米银及不同形态银化合物对氨氧化细菌Nitrosomonas europaea的胁迫效应

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南京农业大学学报 2024年

作者：王鑫凤黄亚惠唐珠杨新萍南京农业大学资源与环境学院环境科学与工程系

[目的]本文旨在探究纳米银(AgNPs)及不同形态银化合物对氨氧化细菌Nitrosomonas europaea的抑制效应，并揭示其对N. europaea的胁迫机制，为评估AgNPs及其在环境中转化形成的银化合物的生态风险提供基础数据。[方法]分别将AgNPs和不同... 详细信息

[目的]本文旨在探究纳米银(AgNPs)及不同形态银化合物对氨氧化细菌Nitrosomonas europaea的抑制效应，并揭示其对N. europaea的胁迫机制，为评估AgNPs及其在环境中转化形成的银化合物的生态风险提供基础数据。[方法]分别将AgNPs和不同形态的银化合物加入N. europaea培养液，培养12 h后收集菌体，扫描电镜观察细胞形态，检测菌体中丙二醛(malondialdehyde，MDA)、乳酸脱氢酶(lactic dehydrogenase，LDH)、活性氧(reactive oxygen species，ROS)以及还原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)含量，紫外分光光度法和邻苯三酚法测定抗氧化酶，即过氧化氢酶(catalase，CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性。[结果]扫描电镜图像显示，在AgNPs和Ag+、Ag2O、Ag2SO4、Ag2CO3、AgCl各自对应的EC80胁迫下，N. europaea细胞形态呈现不同程度的损伤，84.4 μg·L-1AgNPs和10.11 μg·L-1Ag2SO4胁迫下的N. europaea细胞受损明显，而203.37 μg·L-1Ag2CO3处理下的N. europaea细胞形态几乎无影响；但在AgNPs和不同形态银化合物胁迫下，N. europaea胞内MDA和LDH含量与不添加任何处理的对照组(CK)相比仅轻微上升，菌株细胞膜没有渗漏；与CK相比，各处理组在EC80胁迫下，N. europaea胞内ROS水平均出现显著(P环境中可能转化形成的Ag+、Ag2O、Ag2SO4、Ag2CO3、AgCl等形态均可导致N. europaea出现氧化应激现象，评估AgNPs对污水生物处理系统的环境风险应该考虑其在污水中不同赋存形态带来的胁迫效应。

关键词：纳米银银化合物氨氧化细菌氧化应激膜损伤

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重庆市南川区土壤锰元素遥感反演

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 69-75页

作者：徐天李敬刘振华华南农业大学资源环境学院广东广州510000 广东省土地信息工程技术研究中心广东广州510000

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的... 详细信息

土壤中的锰元素对植物生长起着重要作用,土壤锰含量过高或者缺少都将对植物产生不良影响,因此快速监测土壤中的锰含量尤为重要。目前利用遥感技术监测土壤锰含量的相关研究主要集中在利用土壤光谱估算土壤锰含量,而对于植被常年覆盖的南方地区,难以从卫星影像中获取土壤光谱。因此,引入植被光谱,探索植被覆盖区域土壤锰元素的快速监测方法。首先从Landsat 8影像中提取11种植被光谱指标,并运用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)结合方差膨胀因子(VIF)筛选出最佳植被光谱指标;在此基础上,利用偏最小二乘回归(PLSR)、多元逐步回归(MSR)和BP神经网络(BPNN)算法构建最佳植被光谱指标与土壤锰元素之间的光谱响应模型,分析比较三个模型的估算效果从而确定最佳反演模型;最后,基于最佳反演模型进行土壤锰含量空间制图。以重庆市南川区为例,研究结果表明:3个植被光谱指标(比值植被指数,归一化植被指数和可见光大气阻抗植被指数)被确定为土壤锰元素最佳的光谱响应指标;BPNN光谱响应模型(R^(2)为0.78,RMSE为334.24,RPD为2.13)为土壤锰含量最佳反演模型,其土壤锰含量的制图精度(R^(2)为0.69,RMSE为567.64,RPD为1.30)。表明通过植被光谱指标反演土壤锰含量可行,该研究为区域尺度的土壤锰含量监测开拓了新思路。

关键词：植被光谱指标土壤锰元素 BPNN 光谱响应指标筛选最佳反演模型

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镁营养对大豆苗期生长及根系形态构型的影响

华南农业大学学报 2024年第3期45卷 321-328页

作者：刘昭阳李书悦毛婧莹燕涵梁翠月陆星田江华南农业大学资源环境学院/根系生物学研究中心广东广州510642

【目的】镁是植物生长必需的矿质营养元素,研究大豆在不同镁浓度下的苗期生长情况及根系三维构型的动态变化。【方法】以磷高效大豆品种‘粤春03-3’为研究对象,营养液培养,设置镁浓度为0、262.5、525.0、787.5和1050.0μmol/L,分析苗... 详细信息

【目的】镁是植物生长必需的矿质营养元素,研究大豆在不同镁浓度下的苗期生长情况及根系三维构型的动态变化。【方法】以磷高效大豆品种‘粤春03-3’为研究对象,营养液培养,设置镁浓度为0、262.5、525.0、787.5和1050.0μmol/L,分析苗期大豆的生长发育状况。在此基础上,利用根系三维定量系统对正常镁处理(525.0μmol/L,对照)及缺镁处理(0μmol/L)的大豆根系三维构型进行动态定量化分析。【结果】与525.0μmol/L对照相比,0μmol/L缺镁处理大豆的地上部干质量、根冠比、老叶SPAD、总根长和根系总表面积分别减少89.04%、48.67%、51.42%、93.36%和94.31%。而其他3个镁浓度条件下,大豆生长与对照差异较小。根系三维构型研究发现,与对照相比,随着处理时间的延长,缺镁处理显著降低大豆根系的总根长、总根表面积、根重心、根尖数、凸包体积、最大根宽、最小根宽、最大根深、最大根宽/最大根深,对根系充实度、分根繁茂度和根体积分布的影响较小。【结论】本研究明确了大豆对外界镁有效性的适应范围较广,借助优化的根系三维重建技术,阐明缺镁显著降低大豆根系的总根长、根尖数、根重心、最大根宽等,但对根系充实度、分根繁茂度、根体积分布动态变化规律的影响较小。研究结果对大豆镁肥的合理施用和镁营养诊断有一定的指导意义。

关键词：大豆镁苗期生长根系三维定量根系构型

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