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极性交换电场辅助植物修复控制灌溉稻田土壤镉污染研究

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农业机械学报 2024年

作者：栾雅珺徐俊增李亚威胡哲伟王海渝王永红徐锡华河海大学水灾害防御全国重点实验室昆山市水务局河海大学农业科学与工程学院生态环境部南京环境科学研究所高邮市水利局

通过盆栽试验，采用太阳能供电方式，探究在干湿交替的水分条件下，水稻种植过程中极性交换电场辅助植物修复土壤重金属镉(Cd)污染的可行性。控制灌溉条件下，两电极板附近的土壤区域种植水稻作物，中间土壤区域种植水葱作富集植物。结... 详细信息

通过盆栽试验，采用太阳能供电方式，探究在干湿交替的水分条件下，水稻种植过程中极性交换电场辅助植物修复土壤重金属镉(Cd)污染的可行性。控制灌溉条件下，两电极板附近的土壤区域种植水稻作物，中间土壤区域种植水葱作富集植物。结果表明，电动-植物联合修复(EKPR)过程中，交换电极使电解水反应产生的氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)不断被中和，有效避免了土壤pH值极化。土壤电流变化范围为0.08～0.36A，说明极性交换和较高的土壤含水率有效确保土壤中的可迁移离子数量和离子流动性，能够驱动重金属迁移。与对照处理(CK)相比，EKPR处理水葱根部干物质量显著增加34.93%；水稻根部和稻谷干物质量显著降低17.21%～30.16%、16.18%～22.28%，叶片和茎部干物质量分别提高3.82%～13.17%、7.59%～30.91%。EKPR处理水葱根部、地上部Cd含量分别提高15.49%～22.45%、33.30%～35.45%；水稻根部、稻谷Cd含量分别降低14.48%～35.06%、39.04%～57.43%。极性交换电场辅助植物修复技术可提高水葱对Cd的富集量，同时降低水稻对Cd的富集量，与CK处理相比，EKPR处理水葱Cd生物富集量显著增加46.48%，水稻Cd生物富集量显著降低24.75%。试验结束后，水稻根系附近的土壤Cd含量下降16.33%～19.14%。研究结果表明，在控制灌溉水稻种植过程中，极性交换电场辅助植物修复是一种可行的修复手段，在作物生产过程中利用电动修复和植物修复实现土壤净化，具有良好的应用前景和重要的现实意义。

关键词：镉极性交换电动—植物联合修复水稻控制灌溉

畜禽粪便中雌激素污染特征与控制技术研究进展

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1602-1612页

作者：王俊跃桑煜龙王贺飞凌婉婷南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

本文对国内外报道过的畜禽粪便中常见雌激素的结构与性质、种类与含量、迁移特点和控制技术进行了总结归纳,对比不同种类、生长阶段畜禽粪便中雌激素的含量,发现动物类型、粪便特性、生理状态等因素导致雌激素含量存在较大差异,应根据... 详细信息

本文对国内外报道过的畜禽粪便中常见雌激素的结构与性质、种类与含量、迁移特点和控制技术进行了总结归纳,对比不同种类、生长阶段畜禽粪便中雌激素的含量,发现动物类型、粪便特性、生理状态等因素导致雌激素含量存在较大差异,应根据不同雌激素的污染特征进行针对性治理.大量文献报道畜禽养殖场周围环境中检测出不同种类的雌激素,表明雌激素存在环境迁移风险,亟需建立风险评估体系以确保生态安全和人类健康.畜禽粪便中雌激素的控制技术有好氧堆肥、高级氧化和微生物降解,大量雌激素降解菌株已从不同环境中被分离并应用,而雌激素降解功能菌群和固定化菌剂在应对不同的环境压力、抵御污染物胁迫方面更具备应用潜力,菌群间的互作机制和雌激素的降解机制未来仍需深入探索和研究.

关键词：畜禽粪便雌激素污染特征控制技术雌激素降解功能菌

基于Phillips滞留模型的洪泽湖生态缓冲带边界划定

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生态与农村环境学报 2024年第1期40卷 147-155页

作者：刘丁午施祝凯杨洋朱晓东南京大学环境学院/污染控制与资源化研究国家重点实验室江苏南京210023

生态缓冲带在统筹湖泊生态环境治理与修复方面具有重要作用。以面源污染阻控为目标,利用Phillips滞留模型,结合Sentinel-2卫星数据,对洪泽湖生态缓冲带边界进行划定,并通过景观生态风险评价比较未划定、固定和非固定宽度缓冲带对生态环... 详细信息

生态缓冲带在统筹湖泊生态环境治理与修复方面具有重要作用。以面源污染阻控为目标,利用Phillips滞留模型,结合Sentinel-2卫星数据,对洪泽湖生态缓冲带边界进行划定,并通过景观生态风险评价比较未划定、固定和非固定宽度缓冲带对生态环境的贡献。结果表明:(1)洪泽湖生态缓冲带宽度集中分布在2~60 m,其占比为85.50%,且在该区间内分布较均匀。(2)参考《河湖生态缓冲带保护修复技术指南》,将湖滨带分为植被良好型、农田型、养殖塘型、村落型、城镇型和河口型6种类型,并分别提出57.62、34.05、32.79、40.18、38.99和22.99 m的优化生态缓冲带宽度值。(3)单一地表覆盖类型构建下,非固定宽度生态缓冲带对洪泽湖湖滨带生态风险具有降低作用,而固定宽度缓冲带的生态风险却有所提升。影响洪泽湖生态缓冲带缓冲效率的关键因子为坡度和土壤条件,因此地方政府划定缓冲带时应适当进行地形调整和土壤改良,优先考虑非固定宽度的缓冲带划定,并在确定固定宽度时及时进行生态风险评估。

关键词：洪泽湖生态缓冲带 Phillips滞留模型景观生态风险评价

羧甲基纤维素钠对红海榄幼苗生长和土壤养分的影响

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广西林业科学 2024年第1期53卷 42-48页

作者：李婷林梓朱立安李玫陈粤超陈玉军广东省科学院生态环境与土壤研究所、华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心、广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650 中国林业科学研究院热带林业研究所广东广州510520 广东湛江红树林国家级自然保护区管理局广东湛江524088

为明确羧甲基纤维素钠(Sodium Carboxymethyl Cellulose,CMC)对沿海困难立地砂砾质土壤的改良作用,以红海榄(Rhizophora stylosa)胚轴为材料,通过室内潮汐模拟试验,研究不同CMC施用量(质量比为1.6%、2.4%、3.2%、4.0%和4.8%)对红橄榄幼... 详细信息

为明确羧甲基纤维素钠(Sodium Carboxymethyl Cellulose,CMC)对沿海困难立地砂砾质土壤的改良作用,以红海榄(Rhizophora stylosa)胚轴为材料,通过室内潮汐模拟试验,研究不同CMC施用量(质量比为1.6%、2.4%、3.2%、4.0%和4.8%)对红橄榄幼苗生长和土壤养分的影响。结果表明,随CMC施用量增加,红海榄幼苗生长量和生物量整体呈先增后减的趋势,均在4.0%CMC处理下最大。与CK相比,不同CMC处理下红海榄幼苗的株高、地径和叶片数分别增加9.78%~38.54%、13.83%~54.31%和20.00%~36.67%;根、茎和叶生物量分别增加10.58%~64.72%、7.97%~36.76%和37.62%~117.99%;土壤有机质、全钾和速效钾含量分别显著增加625.22%~671.96%、147.62%~161.52%和55.56%~77.78%。CMC可促进红海榄幼苗生长,提高土壤养分,可作为沿海困难立地砂砾质土壤的改良剂,推荐CMC施用量为4.0%。

关键词：羧甲基纤维素钠红树林红海榄砂砾质土壤土壤改良

白洋淀流域厚包气带硝态氮迁移转化过程及其主控因素

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：李冲檀康达郑文波刘丙霞王仕琴甘肃省农业工程技术研究院中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室中国科学院大学

白洋淀流域位于华北平原西部，受地下水过量开采和农业过量施肥的双重影响，平原区包气带厚度增大、氮储量增加，目前关于流域尺度受地貌类型控制的厚包气带土壤剖面氮素迁移转化过程仍不明确。本文选择白洋淀流域平原农区两个典型... 详细信息

白洋淀流域位于华北平原西部，受地下水过量开采和农业过量施肥的双重影响，平原区包气带厚度增大、氮储量增加，目前关于流域尺度受地貌类型控制的厚包气带土壤剖面氮素迁移转化过程仍不明确。本文选择白洋淀流域平原农区两个典型的冲洪积扇不同地貌类型的9个深层（0～20 m）土壤剖面，结合水化学和氯离子平衡分析的方法，研究不同地貌沉积类型农田厚包气带硝态氮(NO3--N)累积和淋失特征、转化过程及其影响因素。结果表明：1)由地貌类型影响的土壤质地决定着包气带土壤NO3--N累积和淋失量的空间差异性分布， 20 m土壤剖面NO3--N累积量变化范围为352.7 ～ 3276.7 kg·hm-2，根系层以下土壤NO3--N淋失通量变化范围为9.8 ～ 252.0 kg·hm-2·a-1，且从冲洪积扇上游至下游湖泊洼地区NO3--N累积量增加、氮淋失量降低; 2)0～20 m土壤剖面上均存在硝化反应，以砂土为主的冲洪积扇深层土壤因硝化和反硝化共同作用引起硝态氮峰值变化，而在以粘土为主的泛滥平原反硝化反应主要发生10 m以上包气带中。该研究可为白洋淀流域及雄安新区面源污染阻控和水环境保护提供科学支撑。

关键词：硝态氮迁移与转化厚包气带白洋淀流域

江苏省农田生态系统固碳时空分布特征与趋势预测

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农业环境科学学报 2024年第1期43卷 226-236页

作者：邱子健李天玲申卫收南京信息工程大学环境科学与工程学院/江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室/江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

为探讨江苏省农田生态系统固碳时空分布特征及未来固碳趋势,利用固碳速率法对江苏省2005—2020年农田固碳进行估算,重点分析2005、2010、2015年和2020年时空分布特征,并运用机器学习的方法对2021—2060年全省农田生态系统固碳进行预测... 详细信息

为探讨江苏省农田生态系统固碳时空分布特征及未来固碳趋势,利用固碳速率法对江苏省2005—2020年农田固碳进行估算,重点分析2005、2010、2015年和2020年时空分布特征,并运用机器学习的方法对2021—2060年全省农田生态系统固碳进行预测。结果表明:在时间序列上,江苏省近年农田生态系统固碳量整体呈现升高的趋势,2020年估算量为282.55万t·a^(-1)(以C计,下同),在全省陆地生态系统固碳总量中占比达20.17%;在空间分布上,固碳贡献最大的是苏北地区,无论是施用肥料还是秸秆还田贡献的固碳量,苏北地区均呈现高于苏中、苏南地区的态势;根据机器学习的重要性分析,秸秆还田量是最为重要的影响因素;两种模型中,BP神经网络相较于随机森林具有更高的预测精度,该模型预测2021—2060年农田生态系统固碳量仍会在短期内持续升高,但随后将进入较稳定的平台期,其中2021—2026年间固碳量将持续升高并达峰值,为365.26万t·a^(-1),而到2060年固碳量则为348.12万t·a^(-1)。研究表明,江苏省农田生态系统固碳量已逐步提升,但未来增长速率将趋于减缓,有必要进一步强化固碳措施,重点是提升秸秆还田率及其固碳效率,同时现有研究方法也有待于进一步优化,未来应将有机肥施用、绿肥还田、轮作等因素考虑在内,从而实现对农田生态系统固碳更为精准、全面的估算。

关键词：江苏省农业碳中和土壤固碳农田生态碳汇机器学习预测

典型冶炼厂大气沉降区农田耕层土壤重金属(Cd、Cu、Pb)输入输出平衡研究

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土壤学报 2024年第5期61卷 1339-1348页

作者：米雅竹梁家妮周俊刘梦丽寇乐勇夏睿智田瑞云施颖舒天才舒伍星周静中国科学院南京土壤研究所南京211135 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室南京211135 国家红壤改良工程技术研究中心中国科学院红壤生态实验站江西鹰潭335211 鹰潭市农业农村粮食局江西鹰潭335001 鹰潭市余江区农业农村粮食局江西鹰潭335211

为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)的质量平衡特征,以距离贵溪冶炼厂34 km(背景区)、6 km(中沉降区)、1 km(高沉降区)的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象,通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径(大气沉... 详细信息

为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)的质量平衡特征,以距离贵溪冶炼厂34 km(背景区)、6 km(中沉降区)、1 km(高沉降区)的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象,通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径(大气沉降、灌溉水、农药肥料)和输出途径(地表径流、土壤淋溶、籽粒带走)开展为期三年的监测与定量分析。结果表明:背景区、中沉降区、高沉降区由大气沉降导致的Cd年均输入通量分别为0.84、2.26、9.01 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比43.18%、38.33%、100%;Cu年均输入通量分别为17.62、99.68、747.6 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比80.76%、86.24%、100%;Pb年均输入通量分别为13.93、27.43、73.17 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比97.75%、92.36%、100%。背景区和中沉降区由灌溉水导致的Cd年均输入通量分别为1.05、3.60 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比54.62%和60.82%;农药肥料带入的重金属年均输入量占比小于5%,可忽略不计。不同沉降区土壤的主要输出途径均为地表径流和土壤淋溶,输出占比介于86.66%~100%;籽粒带走的重金属输出占比介于2.88%~13.34%。2019—2021年,背景区、中沉降区、高沉降区土壤Cd、Cu、Pb的年均净输入通量均大于0,Cd年均净输入通量分别为1.54、1.96、4.38 mg·m^(-2)·a^(-1);Cu年均净输入通量分别为12.72、28.02、184.0 mg·m^(-2)·a^(-1);Pb年均净输入通量分别为13.03、21.31、55.04 mg·m^(-2)·a^(-1)。综上,建议加强研究区域大气污染源和灌溉水质的长期监测并采取一定的控制措施,同时避免秸秆直接还田。本研究可为区域农田环境质量保护及重金属污染修复治理提供理论支持。

关键词：重金属大气沉降灌溉水水稻输入输出

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除草剂对质粒介导ARGs接合转移的影响及机制

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中国环境科学 2024年

作者：孙凤飞王秀毛雨梦刘珂刘娟土壤有机污染控制与修复研究所南京农业大学资源与环境科学学院南京市畜牧家禽科学研究所

本研究以同时携带四环素、氨苄青霉素和卡那霉素3种抗生素抗性基因(ARGs)的可移动质粒RP4为供体质粒(保存于供体菌*** DH5α中)，以*** HB101为受体菌，以丁草胺、百草敌和草铵膦作为除草剂代表，研究了不同浓度除草剂对可移动质粒... 详细信息

本研究以同时携带四环素、氨苄青霉素和卡那霉素3种抗生素抗性基因(ARGs)的可移动质粒RP4为供体质粒(保存于供体菌*** DH5α中)，以*** HB101为受体菌，以丁草胺、百草敌和草铵膦作为除草剂代表，研究了不同浓度除草剂对可移动质粒介导的ARGs接合转移的影响，并从细菌细胞膜通透性、胞内ROS含量以及与接合转移相关调控基因的转录水平等角度，阐明了其作用机制. 结果表明， 100～800 mg/L的丁草胺以及40～160 mg/L的百草敌都可促进质粒RP4的接合转移. 供试浓度范围内，丁草胺皆可刺激细菌胞内产生ROS，百草敌则使ROS水平下降. 丁草胺和百草敌处理下，受体菌表面皆出现明显的皱缩，且随着浓度升高，出现孔洞甚至断裂现象. 400～800 mg/L的丁草胺和40～80 mg/L的百草敌皆可通过提高细胞膜通透性，下调korA基因的转录，同时上调trbBp、trfAp和traA基因的转录，进而促进RP4的接合转移. 供试浓度下，草铵膦对RP4的接合影响甚微，对细菌细胞膜通透性、胞内ROS水平以及接合相关调控基因转录水平的影响也不大. 研究结果提示需要关注农田环境中除草剂的使用对ARGs传播的风险，并建议通过控制除草剂的种类及施用浓度来控制ARGs在农田生态系统中的接合转移.

关键词：除草剂可移动质粒RP4 抗生素抗性基因水平迁移二亲接合

多酸基UiO-66的合成及其对硫化氢的脱除性能

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环境科学与技术 2024年第6期47卷 86-93页

作者：李祥华左强李品张艺柯马双龙王竞侦高博强黄岩河南省生态环境技术中心河南郑州450004 河南农业大学资源与环境学院河南郑州450046 河南省生态环境损害鉴定评估与土壤污染修复治理工程技术研究中心河南郑州450004

硫化氢具有较强的毒性和腐蚀性,高效脱除硫化氢对于工业生产、环境治理等过程意义重大。该文基于钼基杂多酸(HPAs),以UiO-66为载体,一步水热合成HPAs@UiO-66,构建不同活性中心多酸基固相脱硫体系,考察杂多酸结构(Keggin、Dawson)、中心... 详细信息

硫化氢具有较强的毒性和腐蚀性,高效脱除硫化氢对于工业生产、环境治理等过程意义重大。该文基于钼基杂多酸(HPAs),以UiO-66为载体,一步水热合成HPAs@UiO-66,构建不同活性中心多酸基固相脱硫体系,考察杂多酸结构(Keggin、Dawson)、中心原子(P、Si)、取代原子(V、W)对脱硫的影响,并通过BET、FT-IR、XRD、SEM、TEM进行理化性质分析。结果表明,PMo_(12)@UiO-66脱硫活性最高,且其脱硫能力在100℃时最佳,吸附量可达到17.18 mg/g,同时发现水分对其脱硫具有促进作用。与PMo_(12)和UiO-66相比,PMo_(12)@UiO-66表现出明显脱硫优势,其吸附量分别为PMo_(12)和UiO-66的7.5和14.2倍,证明了PMo_(12)与UiO-66具有协同脱硫作用。XPS结果表明,PMo_(12)与H_(2)S之间发生了氧化还原反应,H_(2)S在PMo_(12)氧化作用下被转化成单质硫。研究表明PMo_(12)的引入对UiO-66脱硫性能的强化作用最为显著,可为开发新型多酸基固相脱硫剂提供参考。

关键词：杂多酸硫化氢非均相脱硫金属有机框架资源化转化