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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

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

秸秆添加对长期施肥旱地红壤N_(2)O和CO_(2)排放的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3716-3724页

作者：涂昊泽林杉王军胡荣桂肖恒斌邬磊华中农业大学资源与环境学院农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 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

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N_(2)O和CO_(2)等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N_(2)O和CO_(2)排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照(CK,不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F... 详细信息

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N_(2)O和CO_(2)等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N_(2)O和CO_(2)排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照(CK,不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F)、猪粪(M)和化肥配施猪粪(FM)这5种长期施肥(30 a)处理的旱地红壤,分别设置添加秸秆和不添加秸秆处理,在恒温恒湿条件下培养(65%田间持水量,25℃)20 d.结果表明,施肥显著促进了N_(2)O排放.相较不施肥处理[(22.05±2.09)μg·kg^(-1),以N计,下同],施化肥处理N_(2)O累计排放量显著增加了119%~195%[F和2F处理分别为(48.38±20.81)μg·kg^(-1)和(65.13±12.55)μg·kg^(-1)],施粪肥处理N_(2)O累计排放量显著增加了275%~399%[M和FM处理分别为(82.72±12.73)μg·kg^(-1)和(1101.99±425.71)μg·kg^(-1)].土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、可溶性有机碳(DOC)和可溶性总氮(DTN)是影响不同施肥处理N_(2)O排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆对CK、F和FM处理的N_(2)O累计排放无显著影响,显著增加了2F(345%)和M处理(247%)的N_(2)O累计排放.秸秆添加通过增加DOC和消耗DTN从而影响N_(2)O排放.施肥显著促进了CO_(2)排放.相较不施肥处理,施粪肥处理CO_(2)累计排放量显著增加了120%~130%[M和FM处理累计排放量(以C计,下同),分别为(122.11±4.3)mg·kg^(-1)和(116.47±4.55)mg·kg^(-1)],2F处理CO_(2)累计排放量显著增加了28%[(65.13±12.55)mg·kg^(-1)].微生物量碳(MBC)、DOC和DTN是影响不同施肥处理CO_(2)排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆条件下CO_(2)累计排放量显著增加了660%~1132%.秸秆添加后DOC和MBC含量显著提高,促进了CO_(2)排放.综上,秸秆添加通过增加土壤DTN消耗和DOC含量显著促进施肥处理的N_(2)O和CO_(2)排放.在施用粪肥的旱地红壤中应合理考虑秸秆还田,以平衡肥力提升与温室气体排放的综合效益.

关键词：长期施肥土壤秸秆添加 N_(2)O CO_(2) 土壤化学性质偏最小二乘法路径分析模型(PLS-PM)

洞庭湖区典型稻田玉米水稻轮作下土壤—作物系统对施氮措施的响应

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1979-1994页

作者：房康睿龙世平彭斯文陈山廖育林徐新朋赵士诚仇少君何萍周卫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湖南省农业科学院

【目的】双季稻田水旱轮作后能够提高作物产能降低土壤有机质含量，但水旱轮作后化肥氮素配施不同有机物料对作物产量、氮素利用效率及有机质含量影响的报道较少。【方法】以玉米水稻轮作为研究对象，于2015—2021年在洞庭湖区紫潮泥和... 详细信息

【目的】双季稻田水旱轮作后能够提高作物产能降低土壤有机质含量，但水旱轮作后化肥氮素配施不同有机物料对作物产量、氮素利用效率及有机质含量影响的报道较少。【方法】以玉米水稻轮作为研究对象，于2015—2021年在洞庭湖区紫潮泥和红黄泥两种双季稻田上设置不施氮肥（CK）、单施化肥（NPK）、NPK+秸秆还田（NPKS）、NPK+有机肥（NPKM）、NPK+生物炭（NPKB）5种处理，探讨在两种土壤上不同施肥处理的作物产量、养分利用效率和土壤碳氮含量及平衡的变化。【结果】紫潮泥和红黄泥6年试验的平均玉米产量、水稻产量和年总产量分别为5.7、7.3和12.9 t·hm-2，三者在紫潮泥中的产量都略高于红黄泥，但差异都不显著。与NPK处理相比，NPKM处理使两种土壤的玉米和水稻平均产量分别显著（P所有处理中，NPKM处理玉米产量最高，为6.0 t·hm-2;NPKB处理水稻产量最高，为7.5 t·hm-2。NPKM和NPKB处理的6年平均年总产量分别显著（P<0.05）高于其他处理，但NPKM和NPKB处理间差异不显著。与其他处理相比，NPKM处理显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素回收率、农学效率和偏生产力，玉米季6年平均值分别为66.3%、39.5kg·kg-1、56.0 kg·kg-1，水稻季6年平均值分别为53.8%,21.9 kg·kg-1、68.6 kg·kg-1。NPKB处理较NPK、NPKS显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素农学效率和偏生产力，较NPK处理显著（P<0.05）提高了玉米化肥氮素回收率。两种土壤有机碳、全氮含量从第4年（2019年）开始显著下降。与试验开始前（2015年）相比，2021年紫潮泥和红黄泥施氮处理年平均有机碳含量分别下降了1.8、0.7 g·kg-1，全氮含量分别下降0.4、0.1 g·kg-1；两种土壤NPKM处理的土壤有机碳平均含量下降幅度最小、NPKB处理次之。NPKM处理的碳、氮投入量最高，平均土壤有机碳、全氮损失量最小，分别为0.48 t C·hm-2·a-1、94.7 kg N·hm-2·a-1。【结论】双季稻田水旱轮作后，化肥与有机肥、生物炭配施能提高作物产量和延缓土壤有机质下降，试验期间化肥配施有机肥处理玉米平均产量最高，化肥配施生物炭处理水稻平均产量最高。

关键词：玉米水稻轮作产量施肥措施土壤类型氮肥利用效率土壤碳氮

盐胁迫对食用型向日葵现蕾期叶片光合性能与冠层结构的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第1期32卷 141-152页

作者：董睿潇王永庆王鑫博李玉义王希全张宏媛宋佳珅于茹逄焕成王婧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

为探明不同程度盐胁迫对现蕾期食用型向日葵(下称“食葵”)光合作用的影响,测定分析轻度(全盐量1.00 g∙kg^(−1),LS)、中度(全盐量2.68 g∙kg^(−1),MS)和重度(全盐量4.93 g∙kg^(−1),HS)盐胁迫下,现蕾期食葵不同叶位叶片的光合性能和冠层... 详细信息

为探明不同程度盐胁迫对现蕾期食用型向日葵(下称“食葵”)光合作用的影响,测定分析轻度(全盐量1.00 g∙kg^(−1),LS)、中度(全盐量2.68 g∙kg^(−1),MS)和重度(全盐量4.93 g∙kg^(−1),HS)盐胁迫下,现蕾期食葵不同叶位叶片的光合性能和冠层结构参数。结果表明,盐胁迫降低了食葵叶片的净光合速率(Pn),其中MS和HS处理的Pn最大值较LS分别降低5.09%和38.69%,并减少了具有较高光合速率的叶片数量。盐胁迫降低了食葵顶叶的Pn,MS、HS处理的食葵顶叶Pn最大值较LS分别降低8.08%、14.66%。LS处理的光合速率受到气孔和非气孔双重因素的影响,而MS、HS处理主要受非气孔因素的影响。盐胁迫改变了食葵的株型,LS处理的冠层结构呈宝塔型,而MS和HS处理的冠层结构分别呈平展型和圆柱体型。盐胁迫会减小食葵总叶面积和主要功能叶面积,其中HS处理的总叶面积较LS、MS处理分别降低56.03%、47.74%,HS处理的最大单叶面积较LS、MS处理分别降低38.71%、49.46%;同时HS处理叶倾角最大值与LS、MS处理相比分别提高30.92%、14.59%。总之,盐胁迫会明显降低食葵主要功能叶片的光合性能和叶面积,并使其冠层结构由伸展型向收缩型变化,进而抑制植株正常生长。

关键词：食用型向日葵盐胁迫光合速率冠层结构

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

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

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

基于文献计量的“耕地”和“农田”应用场景辨析

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中国农业资源与区划 2024年

作者：冯芯蕊余强毅张晓光段玉林吴文斌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青岛农业大学资源与环境学院

[目的]“耕地”和“农田”词义相近，但应用场景稍有差异。学术文献中存在对二者混合使用的情况，导致检索文献时难以全面覆盖，也容易造成人们对特定用语的认知偏差，因此该文通过对使用“耕地”和“农田”的学术文献梳理，以区分二者... 详细信息

[目的]“耕地”和“农田”词义相近，但应用场景稍有差异。学术文献中存在对二者混合使用的情况，导致检索文献时难以全面覆盖，也容易造成人们对特定用语的认知偏差，因此该文通过对使用“耕地”和“农田”的学术文献梳理，以区分二者在应用场景中的差异，为进一步更准确地理解和使用这两个词语提供指导。[方法]以中国知网（CNKI）期刊文献为数据来源，采取文献计量方法，对检索到的2 267篇论文的发表时间、作者、期刊来源等方面进行分析，综合判别两个词语的使用特点、发展趋势、受关注程度以及主要出现的学科领域等。[结果]结果表明：（1）“耕地”的使用频次高于“农田”，2 267篇论文中，使用“耕地”的论文1 425篇，使用“农田”的论文765篇，两者都使用的论文31篇；（2）“耕地”更常用在农业经济学科与宏观研究领域，与土地利用、粮食安全等研究关键词紧密联系；（3）“农田”更多出现在农业基础科学学科与微观研究领域，与灌溉、土壤、重金属等关键词紧密联系。[结论]该文有助于人们正确认识理解并区分“耕地”和“农田”的应用场景差异，尤其有助于研究生等初级科研人员全面了解学科特点、高效检索科技文献、顺利发表科研成果。

关键词：耕地农田学科领域文献计量辨析