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农林保水剂效果评价及其环境风险探讨

中国农业科学 2024年第6期57卷 1117-1136页

作者：王小彬闫湘李秀英孙兆凯涂成中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

从我国“七五”计划旱农科研项目以来，农林保水剂作为抗旱保水产品受到关注。《农林保水剂》（NY 886）农业行业标准2004年颁布，2010、2016和2022年3次修改，但至今缺乏相关配套的田间试验效果评价体系，极大影响其推广应用。本文结... 详细信息

从我国“七五”计划旱农科研项目以来，农林保水剂作为抗旱保水产品受到关注。《农林保水剂》（NY 886）农业行业标准2004年颁布，2010、2016和2022年3次修改，但至今缺乏相关配套的田间试验效果评价体系，极大影响其推广应用。本文结合国内外30多年来的相关研发与应用文献分析，针对农林保水剂应用对土壤保水、作物用水、作物产量及其环境影响等效果进行综述研究，结果表明：（1）保水剂适用于改善土壤蓄水保水性能，对旱作地区作物抗旱保苗、节水增产和水分利用效率（WUE）提高有积极影响，尤其是在砂质土壤上。（2）提出农林保水剂效果评价指标，主要包括土壤贮水量、作物耗水量、作物产量及其WUE等指标，以适用于农林保水剂产品的田间试验效果评价。（3）根据农林保水剂对作物产量增减不一和增产与收益不统一等现象，提出农林保水剂应用需要制定相应的技术规程，明确作物适宜的保水剂类型及其施用方式和用量。（4）农林保水剂产品（以聚丙烯酰胺（PAM）和聚丙烯酸（PAA）型材料为主）的环境安全性主要涉及残留单体（丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA））的生物毒性，以及材料的降解性等。市场上部分PAM和PAA相关产品分别存在残留AM和AA单体含量超标风险，超标率约占22%—100%。研究指出生物质类等天然聚合物类材料是农林保水剂发展方向。研究结果对农林保水剂效果评价标准的制定提供参考。建议相关部门对于PAM和PAA型农林保水剂产品加强残留单体检测及其残留单体的环境安全阈值的研究，并对产品的生物降解性指标与土壤生态环境的安全性的关联性进行探讨，以期为农林保水剂产品的环境安全性提供保障。

关键词：农林保水剂土壤含水量作物耗水量水分利用效率环境安全风险

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畜禽粪便好氧堆肥雌激素降解调控研究进展

中国环境科学 2024年第7期44卷 3879-3891页

作者：李貌周嘉良丁国春赵枭刘宏斌段娜中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国农业大学资源与环境学院北京100193 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

收集并分析了近年来与畜禽粪便及其堆肥相关的成果,总结了雌激素的理化特性及其在畜禽粪便中的赋存情况,阐述了堆肥工艺参数、不同添加剂以及共存污染物对畜禽粪便堆肥过程中雌激素降解的影响及作用机制.在畜禽粪便中威胁较大的雌激素... 详细信息

收集并分析了近年来与畜禽粪便及其堆肥相关的成果,总结了雌激素的理化特性及其在畜禽粪便中的赋存情况,阐述了堆肥工艺参数、不同添加剂以及共存污染物对畜禽粪便堆肥过程中雌激素降解的影响及作用机制.在畜禽粪便中威胁较大的雌激素主要为雌三醇、雌二醇和雌酮.堆肥工艺中保持不低于8d的高温持续时间更有利于雌激素的降解.添加剂中接种微生物菌剂对雌激素的降解效果最佳.重金属、微塑料和抗生素等共存污染物对雌激素的降解更多表现为抑制作用.然而畜禽粪便堆肥中雌激素的降解研究还需不断深入.鉴于此,在已有研究基础上对未来研究和重点关注的方向进行展望.

关键词：畜禽粪便雌激素堆肥影响因素添加剂共存污染物

化肥减施下磷肥运筹对越冬长茬番茄生长和磷利用率的影响

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华北农学报 2024年第4期39卷 162-169页

作者：邓鹏志袁硕唐继伟冀宏杰张怀志黄绍文中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

为探究高量施肥地区化肥氮磷钾同步减施条件下,磷肥减施比例以及磷肥运筹方式对番茄产量、化肥磷利用率和土壤肥力水平的影响,试验于河北省定兴县日光温室,种植越冬长茬番茄,共设计6个处理,其中PB2处理化肥磷全部基施,其他减施处理化肥... 详细信息

为探究高量施肥地区化肥氮磷钾同步减施条件下,磷肥减施比例以及磷肥运筹方式对番茄产量、化肥磷利用率和土壤肥力水平的影响,试验于河北省定兴县日光温室,种植越冬长茬番茄,共设计6个处理,其中PB2处理化肥磷全部基施,其他减施处理化肥磷采用“基施+追施”运筹模式,分别是:农户常规施肥(CF,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为1009.5-774.0-1458.0 kg/hm^(2))、化肥磷减施1(P1,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为750.0-375.0-1125.0 kg/hm^(2))、化肥磷减施2(PB2,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为750.0-225.0-1125.0 kg/hm^(2))、化肥磷减施3(PT2,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为750.0-225.0-1125.0 kg/hm^(2))、化肥磷减施4(P3,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为750.0-75.0-1125.0 kg/hm^(2))、化肥磷减施5(P4,N-P_(2)O_(5)-K_(2)O为750.0-0.0-1125.0 kg/hm^(2))。研究表明,3 a间PT2处理与常规施肥处理相比产量平均增加12.0%,增幅最高。P1、PB2和PT2处理连续3 a减施后根系干质量增幅明显,植株化肥磷利用率、化肥磷收获指数和化肥磷农学利用效率显著提升;PT2处理根冠与CF处理相比,平均增加48.2%,化肥磷利用率、化肥磷收获指数分别平均高32.9,2.7百分点,农学利用率较CF处理提升9.02倍,在所有减施处理中最高。土壤硝态氮、速效钾和速效磷含量较CF处理3 a间分别平均降低了8.2%~14.9%,4.4%~19.9%,7.3%~24.8%。综上,在过量施用化肥的设施菜地,化肥减施35.2%(其中化肥磷减施70.9%)不会降低作物产量,化肥磷采用“基施+追施”运筹模式番茄产量也较全部基施有所提高,一定程度上降低了土壤速效磷含量并增加了化肥磷肥利用率。

关键词：番茄磷肥产量肥料利用率土壤速效养分

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四川盆地不同农作监测点氮磷湿沉降特征

环境科学学报 2024年第3期44卷 399-408页

作者：王宏姚莉张奇林超文刘海涛陈红琳翟丽梅四川省农业科学院农业资源与环境研究所成都610066 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

大气氮、磷湿沉降会对水环境造成严重污染,但是到目前为止四川盆地湿沉降同时监测氮、磷的研究还比较少.因此,为了探明四川盆地氮、磷湿沉降的时间和空间分布特征,本研究根据种植模式和地形设置了5个采样点:平原区的眉山和广汉,丘陵区... 详细信息

大气氮、磷湿沉降会对水环境造成严重污染,但是到目前为止四川盆地湿沉降同时监测氮、磷的研究还比较少.因此,为了探明四川盆地氮、磷湿沉降的时间和空间分布特征,本研究根据种植模式和地形设置了5个采样点:平原区的眉山和广汉,丘陵区的资阳、仓山和犍为,于2019年1月—2020年12月采集降雨样品,估算氮、磷湿沉降浓度以及沉降量.结果表明,在空间上,2019年和2020年总氮湿沉降年平均浓度最大的监测点分别为犍为和眉山,分别为6.19 mg·L^(-1)和5.18 mg·L^(-1);总磷年平均浓度最大的为广汉监测点,为0.31 mg·L^(-1).在时间上,5个监测点湿沉降中的总氮、硝态氮、铵态氮和总磷在1—4月沉降时浓度比较大,沉降浓度与降雨量呈反比.2019年和2020年湿沉降中总氮年输入最多的监测点分别为仓山和犍为,分别为28.39 kg·hm^(-2)和30.72 kg·hm^(-2),而且输入形式主要为硝态氮;2019年和2020年总磷湿沉降年沉降量最大的监测点都为广汉,沉降量分别为1.56 kg·hm^(-2)和1.33 kg·hm^(-2),沉降形式都为可溶性总磷.此外,湿沉降中总氮输入主要发生在5—9月,占全年总氮沉降量的比例为67.80%~96.24%;总磷沉降量主要发生在6—8月,占全年的比例为44.45%~79.07%.总体而言,5个监测点氮、磷沉降浓度都超过了水体富营养化阈值,特别是眉山、仓山和犍为监测点存在较大的水体富营养化趋势,因此氮、磷湿沉降对四川盆地水环境的影响应格外引起关注.

关键词：四川盆地湿沉降氮磷沉降通量

基于作物Cd富集系数的土壤有效态Cd化学浸提方法筛选

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地学前缘 2024年第2期31卷 111-120页

作者：俞磊孙晓艺秦璐瑶王静王萌陈世宝中国农业科学院、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北京100081

土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提... 详细信息

土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提方法较多,但缺乏针对不同性质土壤中有效态Cd的普适性浸提方法已成为Cd污染土壤风险评价技术瓶颈。本研究采集了全国9个不同性质农田土壤,以水稻、小白菜和玉米为测试作物,通过外源添加方法制备Cd污染土壤,结合土壤培养和盆栽实验,测定了5种常用化学浸提方法,包括中性无机盐浸提方法(CaCl_(2)浸提法)、弱酸浸提法(HCl浸提法)、络合螯合剂浸提方法(DTPA和ETPA浸提法)和组合浸提方法(Mehlich-3(M3)浸提法)对不同性质土壤中有效态Cd浸提效果及其与作物Cd吸收的量化关系,筛选适用于不同性质土壤中有效态Cd的通用浸提方法。结果表明,不同化学浸提法提取的土壤有效态Cd含量间具有显著差异,不同浸提方法对土壤中Cd的浸提率(%)为DTPA≈EDTA≈HCl>M3≈CaCl_(2)。不同化学浸提态Cd与作物Cd吸收的相关系数间具有显著差异,基于综合相关系数方法,得出5种不同浸提态Cd与作物Cd吸收的综合相关系数为I M3=0.765,I EDTA=0.641,I DTPA=0.627,I HCl=0.606,I CaCl_(2)=0.711,M3浸提态Cd含量与不同性质土壤中水稻、小白菜和玉米植株地上部Cd相关性最高,可作为不同性质土壤中有效态Cd通用浸提方法。相关研究结果可为农田土壤中Cd有效态评价及Cd污染农田的修复提供理论依据。

关键词：镉污染土壤富集系数化学浸提方法筛选

土壤中铬的毒性阈值(EC_(x))及其预测模型

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地学前缘 2024年第2期31卷 121-129页

作者：孙晓艺王萌秦璐瑶俞磊王静陈世宝中国农业科学院、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北京100081

毒物学资料的缺乏成为制约我国污染土壤中Cr生态风险评价及土壤环境质量标准修订的主要瓶颈。本研究选取了我国7种不同性质土壤,分别以蚯蚓生物量、小白菜生物量和微生物基质诱导呼吸(SIR)为毒性测试终点,基于Log-logistic剂量效应关系... 详细信息

毒物学资料的缺乏成为制约我国污染土壤中Cr生态风险评价及土壤环境质量标准修订的主要瓶颈。本研究选取了我国7种不同性质土壤,分别以蚯蚓生物量、小白菜生物量和微生物基质诱导呼吸(SIR)为毒性测试终点,基于Log-logistic剂量效应关系及低剂量刺激效应函数模型对不同土壤中铬的毒性阈值(EC x)进行了测定,在此基础上,对不同性质土壤中Cr的毒性阈值进行了预测。研究结果表明:不同性质土壤中Cr对蚯蚓、小白菜、土壤微生物毒性均随着土壤Cr含量的增加而表现出明显抑制效应,剂量效应关系呈现明显的S型曲线;不同性质土壤中,基于微生物(SIR)、蚯蚓、小白菜毒性测试的EC 10分别为22.1~53.7、65.0~137.2和82.1~220.2 mg/kg,EC 50分别为50.3~103.7、103.9~369.0和159.9~441.9 mg/kg;不同物种Cr毒性阈值由大到小顺序为小白菜>蚯蚓>土壤微生物,土壤微生物对Cr毒性最为敏感;在土壤Cr低含量(<112 mg/kg)条件下,3种测试物种对Cr毒性表现出明显的低剂量刺激效应,其中,蚯蚓在不同性质土壤中最大刺激效应为102%~108%,小白菜为105%~112%,相对来说,土壤中Cr对微生物的低剂量刺激效应较小,最大刺激效应为104%;pH、黏土含量和土壤阳离子交换量(CEC)可以较好预测不同性质土壤中Cr的毒性阈值。研究结果对土壤中Cr的生态风险评价及土壤中Cr环境质量标准制、修订提供了科学依据。

关键词：铬剂量效应低剂量毒物刺激效应毒性阈值

土壤环境基准的科学问题与研究方法:以Cd为例

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地学前缘 2024年第2期31卷 147-156页

作者：王萌俞磊秦璐瑶孙晓艺王静刘佳晓陈世宝中国农业科学院、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北京100081

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究... 详细信息

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC_(5))及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC_(5)=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。

关键词：土壤环境质量土壤环境基准土壤污染重金属毒性阈值

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除臭菌的筛选及其在堆肥中的应用效果

中国农业科学 2024年第13期57卷 2623-2634页

作者：魏启航冯瑶王晓醒朱宏岗方昭李兆君中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室中国农业大学有机循环研究院(苏州)

【目的】筛选新型除臭菌，解决以鸡粪为主要原料的有机肥厂的臭气排放问题，为好氧堆肥生物除臭技术提供理论依据和支撑。【方法】以鸡粪为筛菌样品，利用定性初筛、驯化富集、分离纯化、定量复筛、拮抗试验以及耐药性试验筛选能够满足... 详细信息

【目的】筛选新型除臭菌，解决以鸡粪为主要原料的有机肥厂的臭气排放问题，为好氧堆肥生物除臭技术提供理论依据和支撑。【方法】以鸡粪为筛菌样品，利用定性初筛、驯化富集、分离纯化、定量复筛、拮抗试验以及耐药性试验筛选能够满足多重目标的除臭菌，并通过形态观察与16S rDNA测序鉴定菌株。将筛选获得的除臭菌株制成复合菌剂BH并应用于鸡粪堆肥，共设置3个处理，分别为对照CK（原料中不添加菌剂）、DT1（原料中添加1%除臭菌剂BH）、DT2（原料中添加1%的市售商品除臭菌剂）。在堆肥不同时期，分析测定堆体温度、pH、电导率（EC）、庆大霉素（GM）含量以及NH3排放量等指标，探讨耐药性除臭菌剂BH对堆肥过程的影响。【结果】初步筛选分离获得15株细菌，命名为BH1—BH15，未筛选到真菌；经复筛发现，菌株BH2、BH5、BH9、BH11、BH12和BH15对NH3的去除率较高，分别为48.8%、49.4%、45.8%、48.3%、51.0%和51.8%，且各菌株间无拮抗作用。对除臭菌株耐药性研究发现，菌株BH11和BH12对庆大霉素具有较强的耐受性；经形态学特征与分子生物学鉴定，菌株BH11为Bordetella sp.,BH12为Weeksella massiliensis。将菌株BH11和BH12制成复合菌剂BH，其除臭效果显著优于单一菌剂，NH3去除率高达65.8%。堆肥试验中，各处理高温期均持续9 d以上，实现了鸡粪的无害化处理；堆肥结束时各处理的pH稳定在8.4左右，处于5.5—8.5之间，EC在2.73—3.43 mS·cm-1之间，低于4 mS·cm-1，表明物料可用作植物肥料且符合有机肥标准。研究发现，DT2处理的GM降解效率显著高于CK处理，表明商品菌剂能够促进庆大霉素降解。此外，堆肥过程中NH3的排放主要发生在堆肥升温期与高温期，且高温期的排放量高于升温期；与CK处理相比，菌剂BH显著抑制升温期NH3的排放，且除臭效果优于商品菌剂；而进入高温期后，商品菌剂除臭效果优于菌剂BH。【结论】筛选获得2株耐药性除臭菌，对NH3的去除率分别为48.3%（BH11）和51.0%（BH12），制成的复合菌剂BH对NH3的去除率高达65.8%。将菌剂BH应用于鸡粪堆肥，可以有效减少堆肥过程中NH3的排放，且各指标均符合堆肥腐熟标准。

关键词：除臭菌耐药性筛选复合菌剂鸡粪堆肥

皖江平原冬闲田油菜扩种空间潜力及影响因子研究

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中国农业资源与区划 2024年

作者：陈实黄银兰陈家芳刘丹杨梦婷陈亦辉张驰邹金秋池州学院地理与规划学院中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

[目的] 长江流域开发冬闲田扩种油菜是实施油料产能提升的重大举措，对保障国家食用油供给安全具有重大意义。然而，在具备冬闲田扩种油菜潜能的皖江平原，冬闲田和油菜的空间布局尚不明晰，如何在冬闲田扩种油菜还有待深入研究。[方法]... 详细信息

[目的] 长江流域开发冬闲田扩种油菜是实施油料产能提升的重大举措，对保障国家食用油供给安全具有重大意义。然而，在具备冬闲田扩种油菜潜能的皖江平原，冬闲田和油菜的空间布局尚不明晰，如何在冬闲田扩种油菜还有待深入研究。[方法] 文章基于Sentinel-2影像，利用随机森林法提取冬闲田与油菜空间分布数据，并分析其空间格局特征，同时，选取影响油菜种植分布的高程、坡度、水系、道路、居民点和土壤类型等因子，借助MaxEnt模型模拟皖江平原地区冬闲田扩种油菜适宜分布空间，并结合冬闲田进行油菜扩种分区。[结果] (1)皖江平原约有冬闲田7422.02 km2，冬季耕地闲置率为64.63%，油菜种植约为495.76 km2，种植率仅为4.32%，冬闲田主要分布在无为市、芜湖市南陵县等地区，整体主要分布于大别山沿线县区，油菜种植整体主要分布在长江沿线的县区；(2)影响油菜种植分布的因子主要是坡度与高程，贡献率达到64.5%，皖江平原约有6618.41 km2的耕地适宜和较适宜种植油菜，占耕地面积的57.65%，主要分布在长江沿线的县区，42.35%的耕地不适宜种植油菜，主要分布在长江沿线以北的县区；(3)在冬闲田扩种油菜适宜和较适宜的面积分别为616.38 km2和3247.85 km2，占冬闲田面积的8.30%和43.76%，主要分布在安庆市望江县、芜湖市南陵县、鸠江区、马鞍山市和县、含山县等主要沿江沿湖地区。[结论] 皖江平原冬闲田扩种油菜潜力较大，52.06%的冬闲田适宜扩种油菜，年生产油菜约7.65 × 105t。

关键词：冬闲田油菜 MaxEnt模型空间潜力皖江平原