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Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展

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地学前缘 2024年第2期31卷 103-110页

作者：李杉杉张荣费杨梁家辉杨兵王萌师华定陈世宝生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 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

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与... 详细信息

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示:(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金属复合污染修复的推广应用提供参考与借鉴。

关键词：稻田土壤重金属复合污染 Fe 土壤修复

土壤改良剂对潮土氮循环功能基因丰度、酶活性及肥力指数的影响

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中国土壤与肥料 2024年第2期 10-17页

作者：李双霜张贺杨静李桂花张建峰中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室北京100081

以虾头蟹壳废弃物为有机土壤改良剂、以凹凸棒为无机土壤改良剂,采用小麦-玉米轮作方式,在河北砂质潮土进行4年(2015—2019年)田间定位试验。试验设4个处理:无改良剂(CK)、无机改良剂(SA)、有机改良剂(SC)、无机改良剂+有机改良剂(SCA)... 详细信息

以虾头蟹壳废弃物为有机土壤改良剂、以凹凸棒为无机土壤改良剂,采用小麦-玉米轮作方式,在河北砂质潮土进行4年(2015—2019年)田间定位试验。试验设4个处理:无改良剂(CK)、无机改良剂(SA)、有机改良剂(SC)、无机改良剂+有机改良剂(SCA)。采集2019年玉米收获后的耕层土壤,测定土壤化学性质、氮循环功能基因丰度、胞外酶活性等,并用因子分析法和内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数(IFI)。结果表明,(1)改良剂能够显著提升土壤固氮基因(nifH)、氨氧化细菌基因(AOB-amoA)、反硝化基因(nirS和nosZ)的绝对丰度(PSC>SA。有机碳是影响土壤氮循环功能基因丰度的关键因子。(2)施入有机改良剂后,参与碳转化的β-葡萄糖苷酶和β-纤维二糖苷酶、氮转化的β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶、磷转化的碱性磷酸酶活性均显著增加(P<0.05)。有机改良剂的添加缓解了磷对微生物的限制,有效磷成为影响胞外酶活性的关键因子。(3)在涵盖氮循环功能基因和胞外酶活性条件下,用因子分析法计算得到的IFI与产量的相关性更高;利用相对稳定的土壤化学指标,用内梅罗指标法计算的IFI也能很好地反映土壤肥力水平与产量间的正相关关系。综上所述,有机无机改良剂配合施用可以提高氮循环功能基因丰度和碳、氮、磷循环相关胞外酶活性,提升土壤综合肥力水平,是促进养分循环、增加产量的重要措施。

关键词：有机改良剂凹凸棒功能基因土壤酶内梅罗肥力指数

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水—能源—粮食关联的中国粮食安全理论构建

中国农业资源与区划 2024年

作者：关鑫魏琨翔梁泽恒姜文来沈阳师范大学管理学院中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

[目的] 水安全、能源安全与粮食安全3者关系密切且复杂，关乎着人类社会生存与发展，开展多维资源视角的中国粮食安全理论研究具有重要时代价值与理论回响。[方法] 研究在梳理水—能源—粮食纽带关系下粮食安全相关理论的发展脉络与文... 详细信息

[目的] 水安全、能源安全与粮食安全3者关系密切且复杂，关乎着人类社会生存与发展，开展多维资源视角的中国粮食安全理论研究具有重要时代价值与理论回响。[方法] 研究在梳理水—能源—粮食纽带关系下粮食安全相关理论的发展脉络与文献概念性、分析性和设计性解析的基础上，尝试从水—能源—粮食纽带关系中剥离出关联性关系，构建水—能源—粮食关联的中国粮食安全理论，并探索水—能源—粮食关联的中国粮食安全多元治理方案。[结果] （1）从关联性理论与纽带关系关联层次中出发，以双要素框架为基础，形成了以粮食安全要素为核心，内部系统水资源要素和农业能源要素、外部系统综合要素为投入的中国粮食安全理论框架；（2）从依据、原则、手段、路径、目标五个方面解析了水—能源—粮食关联的中国粮食安全理论内涵，并界定了理论研究范畴；（3）依据理论框架和内涵，设计了包括粮食生产保障系统、水资源投入系统、农业能源投入系统与综合要素保障系统四大系统，共20个指标的水—能源—粮食关联的中国粮食安全指标体系。[结论] 采取包括水—能源—粮食多元管理部门政策合作方案、联合执行方案、技术与基础建设整合方案在内的粮食安全多元治理方案，将有助于推动我国水—能源—粮食系统的平衡发展，有效提升“区域—国家”的粮食安全保障能力。

关键词：粮食安全水—能源—粮食关联性理论框架理论研究

洱海流域不同农田生态系统的磷干湿沉降特征及影响因素

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农业环境科学学报 2024年

作者：郭树芳许稳翟丽梅刘宏斌雷宝坤云南省农业科学院农业环境资源研究所中国农业大学资源与环境学院中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部面源污染控制重点实验室

为明确不同农田生态系统大气磷（P）干湿沉降特征及影响因素，本研究以洱海流域典型蔬菜和水旱轮作系统为研究对象，分析了两种典型农田生态系统大气磷干沉降和湿沉降的时间分布特征、差异及其影响因素。结果表明，蔬菜系统PM2.5浓度均... 详细信息

为明确不同农田生态系统大气磷（P）干湿沉降特征及影响因素，本研究以洱海流域典型蔬菜和水旱轮作系统为研究对象，分析了两种典型农田生态系统大气磷干沉降和湿沉降的时间分布特征、差异及其影响因素。结果表明，蔬菜系统PM2.5浓度均值为41.6 μg·m-3，显著（P<0.05）高于水旱轮作系统(34.9 μg·m-3)。蔬菜和水旱轮作系统总磷（TP）干沉降量分别为0.233 kg·hm-2和0.084 kg·hm-2，可溶性总磷（DTP）占90%以上，主要分布在冬季和春季（1—4月），且蔬菜系统显著（P<0.01）高于水旱轮作系统。蔬菜和水旱轮作系统TP湿沉降量分别为0.72 kg·hm-2和0.91 kg·hm-2，以DTP沉降为主。蔬菜和水旱轮作两种农田生态系统的TP沉降均以湿沉降为主，分别占75.6%和91.6%，其中夏季和秋季（6—11月）沉降量分别占年沉降总量的70.7%和76.4%。风速、干沉降中磷浓度、大气湿度和降雨量是磷干沉降的关键影响因素，风速、大气温度、湿度和降雨量是磷湿沉降量的关键影响因素。可见，作物种植模式和气象因素等影响了PM2.5、降雨量和磷沉降速率等，进而改变了不同农田系统磷干沉降和湿沉降量。

关键词：洱海流域农田生态系统磷沉降干沉降湿沉降

地块特征差异视角下农业生产规模对化肥使用影响——基于河南省637个小麦种植户调查数据

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农业技术经济 2024年第09期 37-48页

作者：吴银毫徐珂怡刘瑞峰马恒运河南农业大学经济与管理学院中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

深入探讨如何将农业全面绿色转型与农业规模适度生产有机融合，更好地发挥政策的整体协同效应，具有重要的理论与实践意义。本文基于地块特征差异视角，解构农业生产规模对农户施肥强度的影响机制：即生产规模的规模经济效应叠加地块特... 详细信息

深入探讨如何将农业全面绿色转型与农业规模适度生产有机融合，更好地发挥政策的整体协同效应，具有重要的理论与实践意义。本文基于地块特征差异视角，解构农业生产规模对农户施肥强度的影响机制：即生产规模的规模经济效应叠加地块特征的调节效应；并基于河南省637家小麦种植户调研数据，采用可处理变量内生性的扩展回归模型进行实证检验。结果表明：(1)小麦生产规模与化肥施用强度之间呈现显著的“N”型关系；(2)小麦生产规模扩大的化肥减量绩效受到地块特征的调节。其中，地块连片集中度越高，“减肥”绩效越明显，麦农在自有农地与租入农地上的施肥强度不存在显著差异，未发现施肥“地块歧视”;(3)农户受教育年限越长、接受过农业技术培训等，明显有助于化肥减量。本文最后提出：完善农地流转制度，推进农业规模经营，大力发展农业机械化；引导农地集中连片流转，加强农田细碎化整治；强化农业职业技能培训，提高农业劳动者素质。

关键词：农业生产规模地块特征化肥使用强度扩展回归模型

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

东北黑土区农户采纳玉米秸秆还田技术支付意愿研究

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中国农业资源与区划 2024年

作者：杨万青周颖王立刚刘玲洁魏禾雅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

[目的]秸秆还田是实现秸秆资源化利用，提高黑土地土壤肥力，推动农田固碳减排的重要绿色生产技术，具有显著的正外部性，技术应用者理应得到合理补偿。然而东北地区现行的秸秆还田补贴标准偏低，难以有效发挥政策激励作用。为提高秸秆... 详细信息

[目的]秸秆还田是实现秸秆资源化利用，提高黑土地土壤肥力，推动农田固碳减排的重要绿色生产技术，具有显著的正外部性，技术应用者理应得到合理补偿。然而东北地区现行的秸秆还田补贴标准偏低，难以有效发挥政策激励作用。为提高秸秆还田补贴政策准确性，调动农户生产积极性，应充分考虑以农户支付意愿作为秸秆还田补贴标准定价依据。[方法]文章基于黑龙江省哈尔滨市224份调研数据，运用意愿价值评估法和双栏模型识别农户采纳秸秆还田技术支付意愿影响因素，在此基础上测算农户技术支付水平。[结果]（1）愿意支付秸秆还田技术费用的受访者占比67.41%，基于描述性统计分析得出受访样本愿意支付的额度平均值为316.14元/hm2；（2）农户秸秆还田技术采纳意愿受文化程度、务农年限、机械成本、种子成本、还田作用、地权稳定性、信息渠道等因素影响，支付水平除受上述因素影响外，另受化肥成本和生产经营贷款权影响；（3）基于双栏模型测算得出研究区农户秸秆还田技术支付水平为320.75元/hm2。[结论]政府需结合农户支付意愿优化秸秆还田补贴政策，建议给予哈尔滨郊区普通农户802.11元/hm2(53.47元/0.067hm2)补偿，应拓宽农户信息获取渠道、保障土地承包经营权稳定性、健全农村金融服务体系，以调动农户技术应用积极性，促进黑土地资源可持续利用。

关键词：东北黑土区秸秆还田意愿价值评估法支付意愿双栏模型

温度敏感型缓/控释肥料的温度响应特征、养分释放性能与温敏机理研究进展

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植物营养与肥料学报 2024年第9期30卷 1812-1822页

作者：李娟杨相东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/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

温度是影响缓/控释肥料养分释放特性的重要因素,开发温度敏感型缓/控释肥料可以使肥料养分释放与作物养分需求更加匹配,从而提高肥料利用效率,促进农业可持续发展。本文综述了聚酰胺类、聚醚类、聚酯类、多糖类以及温敏聚氨酯等常见的... 详细信息

温度是影响缓/控释肥料养分释放特性的重要因素,开发温度敏感型缓/控释肥料可以使肥料养分释放与作物养分需求更加匹配,从而提高肥料利用效率,促进农业可持续发展。本文综述了聚酰胺类、聚醚类、聚酯类、多糖类以及温敏聚氨酯等常见的温敏聚合物材料的来源、类型和机理,详细阐述了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N-乙烯基己内酰胺(PNVCL)、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物(EO/PO)、甲基纤维素和温敏聚氨酯等常见温敏聚合物材料用作温敏缓/控释肥料包膜材料的国内外研究进展,并评估了其在温敏缓/控释肥料中应用的可行性与优缺点。根据温敏特性,将温敏缓/控释肥料分为低临界溶解温度(LCST)响应型和结晶转变温度(Tm)/玻璃化转变温度(Tg)响应型两大类,并详细总结了这两种类型的制备方法、特征、养分释放性能以及分子作用机制。最后,指出温敏型缓/控释肥料的研发尚处于初级阶段,未来应深入开展天然高分子温敏材料的基础研究和创新,筛选绿色可生物降解温敏聚氨酯材料,研发作物和区域专用型温敏缓/控释肥料。

关键词：温敏聚氨酯缓/控释肥料温度敏感型肥料温度响应特征养分释放机理

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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