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植物套作系统修复镉污染农田土壤的效应——以苏南地区为例

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3289-3300页

作者：徐双圆朱家辉王栋茹占新华南京农业大学资源与环境科学学院江苏南京210095

为了研究不同套作模式对苏南地区Cd污染农田土壤的修复效果,选用能在苏南地区生长的伴矿景天、东南景天、苋菜和龙葵4种Cd超富集植物与大豆、油菜和小麦3种常规作物在Cd污染农田土壤中进行单作和套作修复试验.结果显示,与油菜套作后,4... 详细信息

为了研究不同套作模式对苏南地区Cd污染农田土壤的修复效果,选用能在苏南地区生长的伴矿景天、东南景天、苋菜和龙葵4种Cd超富集植物与大豆、油菜和小麦3种常规作物在Cd污染农田土壤中进行单作和套作修复试验.结果显示,与油菜套作后,4种超富集植物的Cd吸收量均有所增加,其中东南景天增幅最大,地上部Cd含量比单作增加24.4%;与小麦套作后,东南景天对Cd的吸收有所增加,地上部Cd含量比单作增加2.75%,龙葵和苋菜对Cd的吸收变化不显著,说明与油菜和小麦套作均能促进东南景天对Cd的吸收.套作伴矿景天减少了大豆根部Cd含量,套作苋菜和龙葵显著降低大豆茎、叶部分的Cd含量;套作模式下油菜根、茎的Cd含量均显著降低,叶片Cd含量受套作影响不显著;套作均显著降低了小麦的Cd含量,表明套作能抑制作物对Cd的吸收.此外,东南景天-油菜模式下Cd总积累量和土壤Cd去除率最高,为1343μg/盆和16.4%;东南景天-小麦次之,为1053μg/盆和9.8%.因此,东南景天-油菜/小麦两种套作模式均是苏南地区Cd污染农田土壤的适宜植物套作修复模式.研究结果可为该地区Cd污染农田修复同时安全利用提供科学依据和技术支持.

关键词：植物修复套作镉东南景天油菜

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亚硝酸盐对硫酸根自由基降解卤代酚的影响

中国环境科学 2024年第6期44卷 3395-3407页

作者：桂静婧刘佳婷杨培增陈静季跃飞陆隽鹤南京农业大学资源与环境科学学院江苏南京210095

系统研究了亚硝酸盐(NO_(2)^(-))对硫酸根自由基(SO_(4)^(•-))降解溴酚和氯酚的影响.结果表明,NO_(2)^(-)的加入明显促进了溴酚的降解,而氯酚的降解仅受到轻微促进;此外,两者都转化生成了有毒硝基产物.研究发现,卤代酚在SO_(4)^(•-)氧... 详细信息

系统研究了亚硝酸盐(NO_(2)^(-))对硫酸根自由基(SO_(4)^(•-))降解溴酚和氯酚的影响.结果表明,NO_(2)^(-)的加入明显促进了溴酚的降解,而氯酚的降解仅受到轻微促进;此外,两者都转化生成了有毒硝基产物.研究发现,卤代酚在SO_(4)^(•-)氧化过程中发生脱卤反应,脱下来的卤离子被SO_(4)^(•-)氧化为卤自由基和自由卤.其随后和中间产物甚至母体反应,生成卤代副产物,如卤仿和卤乙酸.若反应过程中存在NO_(2)^(-),首先,原位生成的活性卤物质能够被NO_(2)^(-)迅速捕获,生成强氧化性的硝酰卤.硝酰卤进攻卤代酚,导致其加速降解并生成硝基副产物.其次,NO_(2)^(-)被SO_(4)^(•-)氧化生成二氧化氮自由基(NO2•),其随后与卤代酚转化生成的酚氧自由基中间体结合,同样产生大量硝基卤代产物.数据显示,硝基溴酚的种类更多且产量更高.当加入200μmol/L NO_(2)^(-),溶液中硝基溴酚和硝基氯酚的总生成量最高分别可至9.2和5.7μmol/L.这是因为在SO_(4)^(•-)氧化过程中,溴酚较氯酚更容易发生脱卤反应,因此NO_(2)^(-)对溴酚转化行为的影响更显著.研究揭示了SO_(4)^(•-)氧化技术应用于地下环境中降解卤代污染物时的潜在风险,并对该过程中氮素和卤素的相互转化提供了新的见解.

关键词：溴酚氯酚硫酸根自由基亚硝酸盐硝酰卤硝基副产物

饮用水消毒工艺对抗生素耐药性风险的影响及其机理

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环境工程学报 2024年第4期18卷 1192-1202页

作者：黄鸿彬汪淑雅王文豪于起东贾舒宇南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

为探究饮用水消毒工艺对耐药性风险的影响及其机制,本研究模拟了中试运行条件下不同消毒工艺的运行,采用基于高通量测序的宏基因组学方法分析不同消毒工艺对抗生素耐药基因(ARGs)丰度、潜在移动性和潜在致病性的影响,综合评估其对ARGs... 详细信息

为探究饮用水消毒工艺对耐药性风险的影响及其机制,本研究模拟了中试运行条件下不同消毒工艺的运行,采用基于高通量测序的宏基因组学方法分析不同消毒工艺对抗生素耐药基因(ARGs)丰度、潜在移动性和潜在致病性的影响,综合评估其对ARGs风险的控制效果并解析其机制。结果表明,臭氧-氯化消毒(O-C)显著降低了ARGs的总相对丰度,季铵盐树脂-氯化消毒(AR-C)和季铵盐树脂-紫外消毒(AR-UV)则显著增加了ARGs的总相对丰度。同时,AR-C和AR-UV增加了可移动遗传元件(MGEs)的总相对丰度,促进了ARGs与MGEs的共存在。此外,这2种消毒工艺提高了毒力因子(VFGs)的总相对丰度,其中进攻型和其他型VFGs的贡献最大。AR-UV还能促进ARGs与VFGs的共存在,多重耐药类ARGs与VFGs的基因组合是主要的共存模式。总的来说,AR-C和AR-UV提高了ARGs的潜在风险。消毒改变了ARGs潜在宿主的组成和丰度,宿主改变和水平基因转移是消毒过程中ARGs变化的关键因素。

关键词：饮用水消毒抗生素耐药基因耐药性风险宏基因组学

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亚硝酸盐对硫酸根自由基氧化降解卤代酚的影响

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中国环境科学 2024年

作者：桂静婧刘佳婷杨培增陈静季跃飞陆隽鹤南京农业大学资源与环境科学学院

硫酸根自由基(SO4·-)高级氧化技术被广泛应用于土壤和地下水污染修复。然而，SO4·-的强氧化性使得它在高效降解有机污染物的同时，也能够和环境中某些无机离子反应，从而带来一定的负面影响。本实验系统研究了亚硝酸盐(NO2-)对SO4·-... 详细信息

硫酸根自由基(SO4·-)高级氧化技术被广泛应用于土壤和地下水污染修复。然而，SO4·-的强氧化性使得它在高效降解有机污染物的同时，也能够和环境中某些无机离子反应，从而带来一定的负面影响。本实验系统研究了亚硝酸盐(NO2-)对SO4·-氧化降解溴酚和氯酚的影响。结果表明，NO2-的加入明显促进了溴酚的降解，而氯酚的降解仅受到轻微促进；与此同时产生了有毒有害的硝基副产物，其中硝基溴酚产物的种类更多、产量更高。研究发现，卤代酚在SO4·-氧化过程中发生脱卤反应，脱下来的卤离子被SO4·-氧化为卤自由基和自由卤。它们随后和中间产物甚至母体反应，生成卤代副产物。若该反应过程中存在NO2-，首先，原位生成的活性卤物质能够被NO2-迅速捕获，生成强氧化性的硝酰卤。硝酰卤进攻母体，导致其加速降解并产生硝基副产物。其次，NO2-被SO4·-氧化生成二氧化氮自由基(NO2·)，NO2·随后与卤代酚转化生成的酚氧自由基中间体结合，产生大量硝基卤代副产物。在SO4·-氧化过程中，溴酚较氯酚更容易发生脱卤反应，因此NO2-对溴酚转化行为的影响更显著。本研究揭示了SO4·-氧化技术应用于地下环境中降解卤代污染物时的潜在风险，并对该过程中氮素和卤素的相互转化提供了新的见解。

关键词：溴酚氯酚硫酸根自由基亚硝酸盐硝酰卤硝基副产物

铜-硫共存影响稻田土壤CH和NO排放的浓度效应及其机制

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中国环境科学 2024年

作者：冯廉洁龚叶莎丁敏蒋静艳南京农业大学资源与环境科学学院

为探究酸性稻田土壤中铜(Cu)和硫(S)共存对温室气体排放的影响，本研究模拟土壤淹水环境开展室内培养实验，以尿素为氮源分别设置CK、CuCl2和CuSO4(5、50和100mgCu/kg)、KCl和K2SO4(阴离子浓度分别与6种Cu处理一致)13种处理，考虑重金... 详细信息

为探究酸性稻田土壤中铜(Cu)和硫(S)共存对温室气体排放的影响，本研究模拟土壤淹水环境开展室内培养实验，以尿素为氮源分别设置CK、CuCl2和CuSO4(5、50和100mgCu/kg)、KCl和K2SO4(阴离子浓度分别与6种Cu处理一致)13种处理，考虑重金属在土壤中充分老化，共培养128d。结果表明：在长期淹水条件下，酸性土壤显著促进铜硫处理中有效Cu和易溶S释放(P 0.05)。与CuCl2处理相比，CH4和N2O排放在中、高浓度CuSO4处理中显著降低(P<0.05)。Cu-S作用机制表现为：与Cu单一处理相比，Cu-S共存在CH4排放过程中通过降低产甲烷古菌功能基因(mcrA)和产甲烷细菌功能基因(16S rRNA-CH4)丰度减少CH4产生；在N2O排放过程中于培养前期(0～35d)增加氨单加氧酶功能基因(AOB amoA)丰度促进硝化过程N2O产生，培养后期(35～128d)提高氧化亚氮还原酶功能基因(nosZ)丰度促进N2O还原减少了N2O排放。本研究表明变价阴离子可显著影响重金属阳离子参与下温室气体产生的微生物过程，该交互过程的研究对正确评价重金属污染背景下的农田土壤温室气体排放具有重要意义。

关键词：稻田土壤温室气体排放 Cu SO 浓度效应

植物套作系统修复苏南地区镉污染农田土壤的效应

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中国环境科学 2024年

作者：徐双圆朱家辉王栋茹占新华南京农业大学资源与环境科学学院

镉（Cd）超标是苏南地区农田土壤面临的主要环境问题之一，然而，迄今鲜有适宜苏南地区Cd污染农田土壤的植物套作修复模式报道。为了研究不同套作模式对苏南地区Cd污染农田土壤的修复效果，本文选用能在苏南地区生长的伴矿景天、东南景... 详细信息

镉（Cd）超标是苏南地区农田土壤面临的主要环境问题之一，然而，迄今鲜有适宜苏南地区Cd污染农田土壤的植物套作修复模式报道。为了研究不同套作模式对苏南地区Cd污染农田土壤的修复效果，本文选用能在苏南地区生长的伴矿景天、东南景天、苋菜和龙葵四种Cd超富集植物与大豆、油菜和小麦三种常规作物在Cd污染农田土壤中进行单作和套作修复试验。结果显示，与油菜套作后，四种超富集植物的Cd吸收量均有所增加；与小麦套作后，东南景天对Cd的吸收有所增加，龙葵和苋菜对Cd的吸收变化不显著，说明与油菜和小麦套作均能促进东南景天对Cd的吸收。套作伴矿景天减少了大豆根部Cd含量，套作苋菜和龙葵显著降低大豆茎、叶部分的Cd含量；套作模式下油菜根、茎的Cd含量均显著降低，叶片Cd含量受套作影响不显著；套作均显著降低了小麦的Cd含量，表明套作能抑制作物对Cd的吸收。此外，东南景天-油菜模式下Cd总积累量和土壤Cd去除率最高，东南景天-小麦次之。因此，东南景天-油菜/小麦两种套作模式均是苏南地区Cd污染农田土壤的适宜植物套作修复模式。研究结果可为该地区Cd污染农田的边安全利用边修复提供科学依据和技术支持。

关键词：植物修复套作镉东南景天油菜

中国南方典型稻作梯田土壤有机碳积累及其来源表征

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农业资源与环境学报 2024年

作者：韩玥赵正田静龙国刚龚婧雯王廷好沈易毛子仪李恋卿张旭辉潘根兴南京农业大学资源与环境科学学院南京农业大学农业资源与生态环境研究所

研究长期耕作管理下土壤有机碳(SOC)固持能力及其积累机制是当前农业可持续发展基础研究的前沿。中国南方山区稻作梯田是国际社会公认的全球重要农业遗产，本研究旨在剖析其千年可持续水稻生产下有机碳的积累特征，探索基于自然的农田... 详细信息

研究长期耕作管理下土壤有机碳(SOC)固持能力及其积累机制是当前农业可持续发展基础研究的前沿。中国南方山区稻作梯田是国际社会公认的全球重要农业遗产，本研究旨在剖析其千年可持续水稻生产下有机碳的积累特征，探索基于自然的农田固碳技术途径。以中国南方山区5处典型稻作梯田系统为研究对象，采集0～20 cm(表土)、20～40 cm(心土)和40～60 cm(底土)深度土壤样品，分析土壤有机碳形态与分布特征，同时采用生物标志物分子提取和GC-MS鉴定技术，分析木质素及氨基糖含量变化来解析有机碳的不同来源。结果表明，供试5处梯田有机碳积累水平差异极大，发育于沉积岩的四川新山梯田和高坎梯田因黏粒含量高达34%～40%，表土有机碳含量在35 g·kg-1以上，而发育于花岗岩的江西上堡梯田和浙江云和梯田，砂粒含量高达50%以上，土壤有机碳含量均在30 g·kg-1以下。在深度上，土壤有机碳分布存在分层性：表土有机碳含量(14.8～47.8 g·kg-1)大幅度高于心底土；相较于表土，心土层SOC含量降低24.8%～62.2%，底土层SOC含量则降低47.1%～76.0%。表土具有较高的木质素含量及较低的氧化程度，较高的MBC(微生物生物量碳)/SOC比值、POC(颗粒态有机碳)/MAOC(矿物结合态有机碳)比值及较低的DOC(溶解性有机碳)/SOC比值；相反，心底土有机碳含量较为匮缺(除高坎梯田外，均低于20 g·kg-1)，矿物结合态有机碳和微生物残体碳占比较高。所有样品的总有机碳含量与木质素含量间呈现极显著的正相关关系(R2=0.909， P<0.05)。研究表明，植物源有机碳因颗粒态物理保护作用而在黏质水稻土中积累，这是千年稻作梯田有机碳稳定积聚的主要机制。

关键词：稻作梯田土壤有机碳木质素氨基糖有机碳固定来源解析

江苏省4类主要秸秆和畜禽粪便空间分布及综合利用潜力研究

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农业环境科学学报 2024年第3期43卷 675-687页

作者：姜小三卢梦凡刘岩李晗泚袁诗睿林伯正南京农业大学资源与环境科学学院南京210095 南京农业大学公共管理学院南京210095

为明晰江苏省农业废弃物资源分布格局并进行利用潜力评估,推进农业废弃物资源化利用,助力农业全面绿色转型,本研究借助GIS构建数据批处理模型,测算各区县水稻、小麦、玉米和油菜4种作物的秸秆和猪、牛、羊、家禽4种畜禽的粪便产生量,及... 详细信息

为明晰江苏省农业废弃物资源分布格局并进行利用潜力评估,推进农业废弃物资源化利用,助力农业全面绿色转型,本研究借助GIS构建数据批处理模型,测算各区县水稻、小麦、玉米和油菜4种作物的秸秆和猪、牛、羊、家禽4种畜禽的粪便产生量,及其在肥料化、能源化方面的利用潜力理论值,并结合热点分析结果为江苏省农业废弃物综合利用提供政策建议。结果表明:2020年江苏省4种主要作物秸秆可收集总量高达3972.00万t,以水稻和小麦秸秆为主,集中分布在江苏北部和中部。分析其肥料化利用潜力,理论上相当于1511.89万t有机碳、12.04万t N、1.59万t P、24.49万t K,能源化理论上相当于1617.52万t标准煤或6.5×10^(9)m^(3)沼气;江苏省4种主要畜禽粪便产生总量为4560.77万t,家禽粪便与猪粪最多,主要分布在东部边界和西北部地区。分析其肥料化利用潜力,理论计算相当于737.00万t有机碳、31.15万t N、29.86万t P和26.89万t K,能源化利用可折算成1036.95万t标准煤或4.9×10^(9)m^(3)沼气;99%置信度下,江苏省有10个秸秆产生热点县、7个畜禽粪便产生热点县和5个秸秆-畜禽粪便双热点县。秸秆产生热点县应根据主要秸秆种类选择直接还田、制作饲料、生产农副产品和食用菌等合适的利用方向。畜禽粪便产生热点县适于开展以粪污处理为核心的循环利用模式。秸秆-畜禽粪便双热点县则具有利用种养结合构建多层次、多元化、综合化利用格局的重要优势。此外,江苏省应根据资源聚集情况,分层、分类布设资源收集处理中心,并同步优化全省的收储运网络。

关键词：农业废弃物资源化利用秸秆畜禽粪便空间热点

有机肥部分替代化肥对桃园N_(2)O和NO排放的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3725-3733页

作者：徐品上郭姝敏郑皓晨王金阳邹建文南京农业大学资源与环境科学学院农业农村部东南沿海农业绿色低碳重点实验室南京210095

有机肥替代作为一种减肥增效和多元化肥替代技术在农业生产中被大力推广.然而,目前尚缺乏对于有机肥在果园N_(2)O和NO排放方面的影响综合评估.采用静态暗箱-气相色谱法,周年观测桃园种植过程中N_(2)O和NO的排放,比较了单施化肥和有机肥... 详细信息

有机肥替代作为一种减肥增效和多元化肥替代技术在农业生产中被大力推广.然而,目前尚缺乏对于有机肥在果园N_(2)O和NO排放方面的影响综合评估.采用静态暗箱-气相色谱法,周年观测桃园种植过程中N_(2)O和NO的排放,比较了单施化肥和有机肥部分替代化肥处理对桃园氮氧化物排放的影响.结果表明,有机肥部分替代化肥分别降低桃园N_(2)O和NO排放总量15.0%和9.4%,同时N_(2)O和NO排放系数降低21.3%和21.1%.有机肥处理土壤的矿质氮含量低于单施化肥处理.有机肥处理提高了硝化作用中AOA的贡献,降低AOB的贡献,从而减少了硝化作用产生的N_(2)O.此外,双同位素混合模型[δ^(18)O(N_(2)O/H_(2)O) vs.δ^(15)NSP]结果表明,硝化细菌反硝化/细菌反硝化(b D/n D)是桃园土壤N_(2)O排放的主要途径.施用有机肥增强了土壤反硝化作用,导致更多的N_(2)O和NO被还原.因此,有机肥部分替代可以缓解果园氮氧化物排放,是实现农业绿色低碳的可行措施.

关键词：果园有机肥氧化亚氮(N_(2)O) 一氧化氮(NO) 硝化作用反硝化作用