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长期秸秆还田褐土有机碳矿化特征及其驱动力

环境科学 2024年第4期45卷 2353-2362页

作者：赵宇航殷浩凯胡雪纯解文艳刘志平周怀平杨振兴山西农业大学资源环境学院太原030031

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳... 详细信息

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳库管理指数、酶活性和土壤有机碳矿化的影响,揭示春玉米连作体系褐土有机碳矿化特征及其主要驱动因子,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据.结果表明:(1)秸秆还田处理均提高了褐土土壤有机碳含量,CM处理提高幅度最大,且碳库管理指数提升效果最显著.(2)SC和CM处理的活性碳组分含量均上升,而SM处理的易氧化有机碳含量显著降低.(3)温度每升高10℃,矿化速率约提升7.99 mg·(kg·d)^(-1).不同秸秆还田处理土壤有机碳矿化速率顺序为:CM> SC>SM> CK.(4)低温(15~25℃)条件下,CM处理的温度敏感性最低,最有利于碳库的积累,能有效提高土壤有机碳库周转速率,缩短周转时间,可作为褐土管理的最佳秸秆还田模式.(5)温度、土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶活性和DOC是褐土土壤有机碳矿化的主要驱动力.有机碳组分和温度可以通过影响土壤酶活性,进而影响土壤有机碳的矿化.

关键词：秸秆还田土壤有机碳(SOC) 碳库管理指数(CPMI) 有机碳矿化玉米

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

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

微塑料对土壤N_(2)O排放及氮素转化的影响研究进展

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环境科学 2024年第5期45卷 3059-3068页

作者：刘一戈杨安琪陈舒欣牛英奕卢瑛李博华南农业大学资源环境学院广州510642

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都... 详细信息

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都能够产生影响,其在土壤中不断富集可能造成土壤N_(2)O排放规律的改变.由于微塑料自身的复杂性以及不同试验在时空上的变异,导致微塑料对土壤氮素转化和N_(2)O排放产生不同了影响,增大了对土壤N_(2)O排放和土壤氮素转化的评估难度.目前,微塑料在土壤N_(2)O排放、氮素含量、相关功能酶活性和功能基因丰度的研究上未得出统一的结论,缺少在更广的尺度(如盆栽尺度)、更多元的角度(如反硝化过程、DNRA过程等)和更先进的手段上(如同位素技术)探究其影响机制的研究.因此,通过归纳微塑料对土壤氮循环影响的不同观点,能更全面地认识微塑料对土壤氮循环存在的影响,可为气候变化条件下土壤微塑料富集对土壤氮素循环过程以及N_(2)O排放规律的影响提供一定的理论基础.

关键词：微塑料(MPs) 氧化亚氮(N_(2)O) 氮素转化速率功能基因酶活性

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

施氮量对谷子产量、氮素利用及小米品质的影响

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中国农业科学 2024年第2期57卷 306-318页

作者：董二伟王媛王劲松刘秋霞黄晓磊焦晓燕山西农业大学资源环境学院

【目的】明确不同施氮量下谷子产量、干物质分配和氮素累积转运特征，分析氮用量对小米糊化特性和有益微量元素含量的影响及其与植株氮素累积的关系，探究植株氮素营养对小米品质的影响。【方法】于2020—2021年在山西省沁县研究4个施... 详细信息

【目的】明确不同施氮量下谷子产量、干物质分配和氮素累积转运特征，分析氮用量对小米糊化特性和有益微量元素含量的影响及其与植株氮素累积的关系，探究植株氮素营养对小米品质的影响。【方法】于2020—2021年在山西省沁县研究4个施氮水平(0、75、120和150 kg·hm-2)对春播谷子产量、氮素吸收与利用特征及小米品质的影响。【结果】施氮提高谷子收获穗数、穗粒数和植株的干物质生产能力，增加了氮素由营养器官向籽粒的转运率，促进了干物质及氮素向籽粒的分配，从而提高产量。施氮也提高了小米中铁、锌、钙、镁和硒的含量，其中，施氮75 kg·hm-2时上述元素含量的增幅最大，氮利用率最高。与不施氮相比，施氮75 kg·hm-2时谷子收获穗数、穗粒数、产量、地上部生物量、收获指数、氮素累积总量和氮素转运率增幅最高，增幅分别可达7.5%、23.3%、31.0%、21.2%、8.6%、40.3%和9.2%，小米中铁、锌、钙、镁和硒含量的增幅分别为37.2%、43.6%、56.0%、30.5%和16.9%。过量施氮(150 kg·hm-2)不利于谷子穗粒数和收获指数的提高及氮素由营养器官向籽粒的转运，与施氮量75 kg·hm-2比较，两年氮素转运率分别降低了23.1%和28.2%；氮素施用过量也降低了小米支链淀粉含量，淀粉形成受限，抑制了小米粉最终黏度、回升值和峰谷黏度，影响糊化品质，同时氮肥利用率低至25%左右。谷子地上部氮吸收量与小米中铁、锌、钙、镁和硒含量呈极显著的正相关，但与小米中支链淀粉含量、小米粉的最终黏度和峰谷黏度呈显著的负相关。【结论】施氮量在75—120 kg·hm-2，能促进谷子干物质及氮素向籽粒的分配，实现籽粒产量、小米糊化品质和有益微量元素含量的同步提升。

关键词：谷子施氮量氮素利用产量糊化特性微量元素

基于结构方程模型的三峡库区汉丰湖叶绿素a与其关键影响因子关系识别

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湖泊科学 2024年第3期36卷 708-716页

作者：杨保祥徐绮雯何丙辉赵秀兰李天阳付适钱田吴浩晨朱舜垚西南大学资源环境学院重庆400715

为明确三峡水库汉丰湖叶绿素a(Chl.a)的主要影响因素,分析了汉丰湖2018—2021年的Chl.a、pH、水温、透明度以及氮、磷营养盐等水质指标的变化情况,探讨了Chl.a与其余水质指标的相关性,并应用结构方程模型解析了Chl.a的关键影响因素。结... 详细信息

为明确三峡水库汉丰湖叶绿素a(Chl.a)的主要影响因素,分析了汉丰湖2018—2021年的Chl.a、pH、水温、透明度以及氮、磷营养盐等水质指标的变化情况,探讨了Chl.a与其余水质指标的相关性,并应用结构方程模型解析了Chl.a的关键影响因素。结果表明,汉丰湖水体Chl.a浓度在0.04~68.58μg/L之间变化,水温在9.62~32.10℃之间,pH在6.75~9.81之间,总氮、溶解性氮、总磷、溶解性磷的变化范围分别为0.58~4.68、0.25~3.99、0.02~0.76、0.01~0.44 mg/L。Chl.a浓度与水温、pH、总磷和总固体悬浮物呈显著正相关,与透明度、溶解性氮、碱度、亚硝态氮、硝态氮呈极显著负相关。结构方程模型结果显示,影响Chl.a浓度的因子中理化因子的路径系数为0.68,营养物质的路径系数为0.16,这表明影响Chl.a浓度的因子以理化因子为主,营养物质的作用相对较小。同时,理化因子通过营养盐间接影响Chl.a浓度(路径系数为-0.04)。各理化因子中,水温和pH的路径系数分别为0.51和0.41,水温是理化因子的主要表征指标;在营养盐指标中,总磷和溶解性磷的路径系数分别为0.82和0.71,而总氮的路径系数为0.36,说明磷是汉丰湖的限制性营养元素。

关键词：富营养化影响因子结构方程模型浮游植物三峡水库汉丰湖

淮河流域中上游碳储量时空变化特征及未来多情景模拟预测

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环境科学 2024年第10期45卷 5970-5982页

作者：杨熙萌钱宝蔚姬广兴陈伟强黄珺嫦郭宇龙陈轶楠河南农业大学资源与环境学院

淮河流域地处中国南北气候过渡带，其碳储量的变化对预测淮河流域未来的生态保护、减缓气候变化以及维持可持续发展具有重要意义.现以淮河流域中上游（蚌埠站以上）为研究区，基于1980～2020年的土地利用数据，运用PLUS模型模拟预测研... 详细信息

淮河流域地处中国南北气候过渡带，其碳储量的变化对预测淮河流域未来的生态保护、减缓气候变化以及维持可持续发展具有重要意义.现以淮河流域中上游（蚌埠站以上）为研究区，基于1980～2020年的土地利用数据，运用PLUS模型模拟预测研究区在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5以及土地利用现状延续情景下2030～2100年的土地利用类型，并利用InVEST模型中的Carbon模块模拟预测1980～2020年的碳储量以及各个情景下2030～2100年的碳储量，对淮河流域中上游的碳储量时空变化比较分析.结果表明：（1）1980～2020年，淮河流域中上游的耕地、草地面积减少，林地、水域、建设用地和未利用地增加.1980～2020年耕地面积持续减少，40 a共减少了4 699 km2；建设用地持续增加，40 a共增加了4 592 km2；（2）1980～2020年，流域碳储量呈下降趋势，共减少了1.05×10～7 t；（3）在4种情景下，每种土地类型面积都有不同程度地变化，其中SSP1-2.6情景是4种情景中变化比较小的；（4）与2020年碳储量相比，SSP1-2.6情景碳储量增加了8.7×104 t,SSP2-4.5情景碳储量减少了1.42×10～7 t,SSP5-8.5情景碳储量减少了1.34×10～7 t，现状延续情景碳储量减少了1.22×10～7 t.研究可为未来淮河流域中上游（蚌埠站以上）的土地利用结构管理以及生态保护提供科学依据.

关键词：土地利用变化淮河流域中上游 PLUS模型 InVEST模型碳储量

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山西省农牧生产体系温室气体排放特征与影响因素

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第7期32卷 1148-1158页

作者：张建杰原韶雨何宁波韩诗卉山西农业大学资源环境学院太原030031

分析山西省农牧生产体系碳排放时空分布特征,并明确其主要影响因素,是促进山西实现农牧业绿色发展的关键,也是山西发展有机旱作农业的重要依据。本研究收集了山西省1985年与2018年县域尺度农牧业生产数据,使用生命周期评价方法(LCA)结... 详细信息

分析山西省农牧生产体系碳排放时空分布特征,并明确其主要影响因素,是促进山西实现农牧业绿色发展的关键,也是山西发展有机旱作农业的重要依据。本研究收集了山西省1985年与2018年县域尺度农牧业生产数据,使用生命周期评价方法(LCA)结合最新温室气体清单指南,编制了山西农牧生产体系温室气体(GHG)排放清单;结合GIS手段,刻画了县域尺度农牧生产体系GHG排放的时空分布特征;分别研究了基于单位耕地面积与生产单位农产品能量的GHG排放强度,识别了GHG排放的热点区域;并进一步基于随机森林定量了不同年份GHG排放强度的主要影响因素。结果表明:1985—2018年间,山西省农牧生产体系GHG排放总量从1742.47万t(CO_(2)eq)增加至2075.29万t(CO_(2)eq),增幅达19.10%;不同年份种植业生产农业投入品均为整个农牧体系GHG排放的主要贡献者,占41.08%~54.23%;秸秆焚烧产生的GHG从1985年的443.56万t(CO_(2)eq)降低至2018年的321.13万t(CO_(2)eq),占比由25.46%降低至15.47%,是整个农牧体系第二大GHG排放源;从土壤排放的GHG由151.17万t(CO_(2)eq)增加至231.97万t(CO_(2)eq),占比也由8.68%增至11.18%;畜牧业生产体系动物肠道发酵与粪尿管理环节产生的GHG排放增加了2.30倍,由202.75万t(CO_(2)eq)快速增加至668.92万t(CO_(2)eq),GHG排放占比也由原来的11.64%增加至32.23%。整个农牧业单位耕地面积GHG排放强度由4.63 t(CO_(2)eq)·hm^(-2)增加至5.12 t(CO_(2)eq)·hm^(-2),但生产单位农产品能量的GHG排放强度大幅下降,由0.15 kg(CO_(2)eq)·MJ^(-1)降低至0.08 kg(CO_(2)eq)·MJ-1。随机森林分析结果表明,氮肥施用与种植结构是影响GHG排放强度与效率的主要影响因素,但不同年份之间的影响因素存在差异。氮肥的优化管理、作物结构与畜牧业管理的改善对于GHG排放至关重要。本研究为理解与改善农牧业绿色发展提供了有价值的参考。

关键词：碳足迹排放特征减排路径农牧生产体系山西省

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