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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(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

稻蟹共生系统稻田水-土界面微生物群落结构特征

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中国农业科学 2024年第18期57卷 3551-3567页

作者：李伟晶王洪媛徐洋李浩翟丽梅刘宏斌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/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室

【目的】稻蟹共生是中国北方稻作区主要稻田立体生态种养模式。水-土界面是稻田系统物质循环热区。研究稻蟹共生系统水-土界面微生物群落多样性及群落结构，旨在深入了解该模式下的水土界面微生态环境演变特征，为稻蟹共生系统水体和土... 详细信息

【目的】稻蟹共生是中国北方稻作区主要稻田立体生态种养模式。水-土界面是稻田系统物质循环热区。研究稻蟹共生系统水-土界面微生物群落多样性及群落结构，旨在深入了解该模式下的水土界面微生态环境演变特征，为稻蟹共生系统水体和土壤生态健康研究提供理论依据和数据支撑。【方法】在辽宁省盘锦市典型稻蟹共作区选择8个长期水稻单作系统和8个长期稻蟹共生（>20年）系统，基于稻田水土理化指标测定和16S rRNA基因高通量测序技术，比较2种水稻种植系统对稻田田面水和界面土壤（0—2 cm）理化性质与细菌群落结构的影响。【结果】（1）河蟹引入减少了水土界面特有微生物群落，田面水和界面土壤特有OTUs数量分别降低27.0%和71.2%，对田面水alpha多样性无显著影响，但显著降低了界面土壤细菌群落丰富度。（2）河蟹引入显著改变了水土界面细菌群落结构组成（P利用效率。

关键词：稻蟹共生田面水细菌界面土壤细菌共现网络理化性质

河流水质采样策略与频率对氮磷负荷估算的影响

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2111-2118页

作者：贾临东胡宏祥杜新忠雷秋良张天鹏刘宏斌蒋跃林安徽农业大学资源与环境学院农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室安徽合肥230036 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面源污染控制重点实验室北京100081

为探究适合的流域水质监测频率与采样策略,提高氮磷污染物负荷估算的精度,基于云南省洱源县凤羽河流域2011~2013年间逐日流量与总氮､总磷浓度的每日数据,在7d/次,14d/次,21d/次,28d/次4种采样频率下设定了3种不同的采样情景(情景a:普通... 详细信息

为探究适合的流域水质监测频率与采样策略,提高氮磷污染物负荷估算的精度,基于云南省洱源县凤羽河流域2011~2013年间逐日流量与总氮､总磷浓度的每日数据,在7d/次,14d/次,21d/次,28d/次4种采样频率下设定了3种不同的采样情景(情景a:普通随机取样､情景b:随机取样的基础上增加降水量超过10mm的水样样品采集,情景c:随机取样的基础上增加降水量超过25mm的水样样品采集).基于采样频率与采样情景的组合,利用LOADEST模型估算的总氮与总磷负荷,并与逐日连续水量水质数据计算的实测值进行比较,评估了不同取样频率和取样情景下LOADEST模型的负荷估算精度.结果表明:在LOADEST模型的估算过程中,同种采样频率下,增加降雨时期的浓度数据将会提高LOADEST模型的模拟精度;在降雨事件期间进行加密采样,不仅加大了工作量,且增加的采样次数过多(如情景b)使总氮的RMSE值由1.92增至2.26,总磷的RMSE值由0.08增至0.19,高估氮磷负荷,模型模拟精度降低.在四种不同的采样频率下,情景c中总氮的RMSE值范围为1.92~2.07,总磷的RMSE值范围为0.06~0.13,均取得了该频率下最低的RMSE值,模型估算精度最高;从不同频率与采样情景对模型估算结果的影响来看,对总氮负荷估算结果(RMSE值范围为1.92~2.52)影响要大于总磷(RMSE值范围为0.06~0.18).其中,情景a与情景b的负荷估算结果精度随着采样频率降低而降低.情景c的估算结果受现有取样频率降低的影响不明显.本研究表明,在常规固定频率水质监测基础上结合气象预报适量增加降雨时的采样可在28d/次的较低取样频率下得到较高的氮磷负荷估算精度,符合我国各地区环境水质采样频率,可为相关研究的水质采样策略提供一定的参考作用.

关键词： LOADEST模型总氮总磷采样情景负荷估算

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

应用^(15)N自然丰度值揭示不同氮源对设施土壤氨挥发的贡献

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 242-251页

作者：田峪萍双睿辰刘原庆王立刚孟凡乔中国农业大学资源与环境学院北京100193 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为... 详细信息

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为期40天的番茄盆栽培养试验,供试土壤为棕壤,未施过肥也未种植过作物,供试作物为番茄。试验设置4个处理,即不施氮肥(CK)和等量施氮(N3 g/pot)条件下单施鸡粪有机肥(M)、单施尿素(U)、有机肥半量替代尿素(MU)处理。利用被动采样器测定了土壤NH_(3)挥发速率和累积排放量,并借助^(15)N自然丰度方法估算肥料和土壤氮对NH_(3)挥发的贡献。【结果】基肥施用后3~6天内,NH_(3)挥发速率迅速增加并达到高峰,之后逐渐降低,直至第33天恢复到施肥前水平。与MU和U处理相比,M处理的净NH_(3)挥发累积量分别显著降低了60.8%和63.1%(P控制化肥氮施用量是减少NH_(3)挥发的关键。

关键词：氨挥发 ^(15)N自然丰度激发效应设施番茄分馏效应

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全面推进农业绿色转型的丰富内涵与实现路径

中国农业资源与区划 2024年第6期45卷 62-69页

作者：郑玉雨王德嵘刘文华杨晓梅尹昌斌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中国农业绿色发展研究中心

[目的]全面推进农业绿色转型，全方位夯实高质量发展的生态基础，是农业强国建设的重要支撑和必然要求。[方法]文章围绕全面推进农业绿色转型的主题，聚焦“全面”“推进”“转型”3个关键词，阐释其丰富内涵，从实践层面探索其实现路径... 详细信息

[目的]全面推进农业绿色转型，全方位夯实高质量发展的生态基础，是农业强国建设的重要支撑和必然要求。[方法]文章围绕全面推进农业绿色转型的主题，聚焦“全面”“推进”“转型”3个关键词，阐释其丰富内涵，从实践层面探索其实现路径。[结果]（1）“全面推进”要明确“全面”的内容，即农业布局、农业资源利用、农业生产手段、农业产业链接、农产品供给、农产品消费的全面绿色转型以及各环节的全面统筹。（2）“绿色转型”要把握“转型”的方向，以农业高质量发展为经济发展方向，以农业强国建设为国家战略导向，以满足人民对优质安全农产品的需求为根本目的。（3）“全面推进”要注重“推进”的系统性、整体性，处理好全面推进与重点推进、全面推进与协调好转型速度力度进度、原生性与衍生性3种关系。[结论]“全面推进”的实现路径包括全面加强水土生资源保护、全面开展面源污染综合防治、系统推进生态系统保护修复、全环节保障绿色优质农产品供给、创新绿色导向的技术体系与加速市场导向的绿色技术产业化。

关键词：农业绿色转型全面推进内涵路径

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磷指数模型在美国的应用和发展

农业环境科学学报 2024年第5期43卷 965-973页

作者：马华雷秋良杜新忠赵营李影安妙颖武淑霞樊秉乾刘宏斌农业农村部面源污染控制重点实验室/北京昌平土壤质量国家野外科学观测研究站/北方干旱半干旱耕地高效利用全国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 宁夏农林科学院农业资源与环境研究所银川750002 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点... 详细信息

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点源磷的流失风险关键区,成为面源污染亟待解决的关键问题。磷指数模型起源于20世纪90年代,是评估农田磷流失潜力和指导磷管理决策的重要工具之一。根据研究区特点,美国众多学者在各州设立了不同的磷指数指标体系,优化了磷指数的组成因子、计算方法和分级标准。本文对美国各州磷指数模型评价体系进行了综述和评价,指出了磷指数模型的局限性,提出了改进方向,以期为我国磷素管理方法提供借鉴。

关键词：磷指数非点源污染磷素迁移评价体系流失风险

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长期施用有机肥和化肥对黑土NO排放的影响

环境科学 2024年

作者：王昊胡荣桂林杉高洪军徐明岗张文菊邬磊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华中农业大学资源与环境学院吉林省农业科学院农业资源与环境研究所

东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地，近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施，但不合理的肥料施用会促使养分损失和N2O等温室气体排放，导致土壤退化和环境污染.为... 详细信息

东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地，近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施，但不合理的肥料施用会促使养分损失和N2O等温室气体排放，导致土壤退化和环境污染.为探明黑土N2O排放对长期施用有机肥和化肥的响应及关键控制因素，采集吉林公主岭黑土长期定位试验（32a）的施用有机肥主处理(M0，不施有机肥；M1，低量有机肥；M2，高量有机肥)和施用化肥副处理（CK，不施肥；N，化学氮肥；NPK，化学氮磷钾肥）共计9个处理（即每个施用有机肥水平下包含3个化肥施用水平）的表层土壤样品（0～20cm），进行室内恒温恒湿培养（65%田间持水量25℃下培养21d），并测定N2O排放通量和土壤物理化学生物学性质.研究结果表明，长期施用有机肥和化肥显著增加了黑土N2O排放.与M0CK处理[（0.25±0.01） mg·kg-1，以N计，下同]相比，单施有机肥处理N2O累积排放量显著提高了361%～456%[M1CK和M2CK处理分别为（1.17±0.02）mg·kg-1和（1.41±0.02）mg·kg-1]，且N2O排放随着有机肥施用量增加显著增强.与M0CK处理相比，单施化肥处理N2O累积排放量显著提高了96%～236%[M0N和M0NPK处理分别为（0.49±0.01）mg·kg-1和（0.84±0.03）mg·kg-1]，且平衡施用化肥处理N2O排放提升幅度明显高于单施氮肥处理.在M1和M2条件下，化肥施用对N2O排放的影响程度减弱，说明有机肥施用缓解了化肥对N2O排放的影响.单施有机肥显著提高了土壤及团聚体有机碳（SOC）和总氮（TN）、土壤微生物量碳氮含量，有机肥配施进一步提高土壤及团聚体SOC和TN含量.Pearson相关及路径分析结果表明，N2O排放与土壤碳氮组分及微生物量碳氮含量显著正相关，长期施用有机肥和化肥主要通过影响土壤碳氮组分，改变微生物量和底物有效性调控N2O排放.综上所述，施用有机肥通过增加土壤可利用碳氮库以及微生物生物量碳氮显著促进了N2O排放.有机肥施用缓解了化肥对N2O排放的促进作用，在施用化肥时应适量配施有机肥，以平衡肥力提升与氮素损失及温室气体排放的综合效应.

关键词：长期施肥碳氮组分 N O 土壤团聚体偏最小二乘法路径分析模型(PLS-PM)