农业环境科学学报

当前目录

• 看不见的危机：农田土壤中新污染物的生态环境风险与防治

  唐景春,刘缙政,王岩冰,赵芷晗,刘鑫磊,魏昊宇,吕宏虹,史英豪,李晓晶

  随着农业集约化发展，农田土壤中新污染物（ECs）的输入与累积日益加剧。新污染物常以微观、痕量或转化产物形式滞留于土壤，并伴随多来源和效应耦合特征，对生态系统和人体健康构成潜在威胁和“看不见的危机”。本文系统综述了农田中持久性有机污染物、微塑料、内分泌干扰物和抗生素四类新污染物的来源、关键输入途径，并重点阐述了新污染物在农田中的吸附-解吸、迁移、植物吸收与降解等环境行为。并基于此，探讨了新污染物源头控制、原位修复及农艺调控的综合治理策略。论文提出未来需加强新污染物在复合污染情境下的环境行为、毒性效应和风险评估机制研究，推动高效低风险的修复技术发展，为农业可持续与食品安全保障提供理论依据。

• 土壤大孔隙流研究进展与展望

  陈力,顾迎春,杨柳,吕博,陈俊奇,于志国

  大孔隙流在水分入渗过程中绕过大部分介质，快速迁移至深层剖面或地下水，研究这一普遍存在的现象及其机制对揭示土壤水分和溶质运移规律至关重要，在水资源、土壤环境和生态系统等领域具有重要应用价值。目前，大孔隙流的实验模拟、理论研究和模型构建已取得一定进展，但理论框架和实验方法仍需完善。本文系统阐述了大孔隙及大孔隙流的成因、定义、表征方法及其对土壤水分与溶质输移的影响，回顾了相关理论和模拟方法的历史和近期发展，总结了室内与田间实验以及观测技术，并探讨了包含大孔隙效应的模型模拟效果，以期为深入研究提供参考。

• 大气CO2浓度和温度升高对不同施氮量粳稻叶绿素荧光特性的影响

  赵婧,曹琰梅,柯浩楠,何昊,刘淼,吴荣军,李琪,胡正华

  本研究旨在探究大气CO2浓度和温度升高对不同施氮量水稻叶绿素荧光特性的影响。利用开顶式气室（OTC）组成的CO2浓度和温度升高自动调控平台，以粳稻南粳9108为试验材料，主处理为：背景CO2浓度和温度（CK）、CO2浓度增加200 μmol·mol-1（C+）、气温升高2℃（T+）、CO2浓度升高200 μmol·mol-1和气温升高2℃（C+T+）。副处理为氮肥水平：0（N0）、150（N15）、180（N18）、210kg·hm-2（N21）。采用连续激发式叶绿素荧光仪测定水稻叶片的叶绿素荧光参数。结果表明：在N0条件下，与CK相比，C+使抽穗-灌浆期的水稻叶片的可变荧光（Fv）下降13.8%，T+使拔节-孕穗期的Fv下降11.2%，C+T+使拔节-孕穗期的Fv和潜在活性（Fv/Fo）分别下降18.4%和47.5%。在N15条件下，T+使抽穗-灌浆期的初始荧光（Fo）上升25.0%；在N18条件下，C+使拔节-孕穗期的最大光化学效率（Fv/Fm）上升8.5%。在N21条件下，C+T+使拔节-孕穗期水稻叶片的Fv/Fm下降5.7%。此外，施氮处理对水稻SPAD值有显著影响，随着施氮量的增加，水稻的SPAD值显著提高，在N21条件下较N0增加了20.5%，表明施氮有助于提高水稻叶片的叶绿素含量，从而增强光合作用潜力。研究表明，CO2浓度和温度升高会损伤水稻叶片的光系统Ⅱ，抑制其电子传递和光化学效率，而施氮可以有效缓解这种负面影响，因此在未来气候变化背景下，可通过优化氮肥施用，进一步调控水稻光合效率。

• 镉胁迫下不同镉富集能力叶菜类蔬菜的品质比较

  詹文雨,王海娟,王宏镔

  为探究镉（Cd）胁迫下不同Cd富集能力叶菜类蔬菜的品质，采用室内盆栽试验方法，研究了土壤不同Cd含量[0（CK）、0.5、2.0、5.0、10 mg·kg-1]处理下，低Cd富集茼蒿和高Cd富集菠菜对Cd的富集特征以及叶片光合色素、可溶性糖、抗氧化类物质、可溶性蛋白和总游离氨基酸的变化。结果表明：随着土壤Cd含量的增加，2种蔬菜体内的Cd含量显著增加，菠菜对Cd的富集能力显著高于茼蒿，在土壤Cd 2.0 mg·kg-1处理下，茼蒿地上部Cd含量（[0.19±0.01）mg·kg-1]满足食品安全国家标准。2种蔬菜不同部位对Cd的富集能力存在显著差异，茼蒿表现为根>茎>叶，菠菜为叶>根>茎。土壤Cd 0.5 mg·kg-1处理下，2种蔬菜的光合色素含量均比CK显著增加，但Cd 10 mg·kg-1处理时，茼蒿的叶绿素a、类胡萝卜素、可溶性糖和总叶绿素含量显著下降，降幅为16.95%~71.97%，菠菜则与CK无显著差异。Cd 10 mg·kg-1处理时，2种蔬菜的总黄酮、总游离氨基酸和可溶性蛋白含量均显著下降，但在Cd 0.5~5.0 mg·kg-1处理时，茼蒿的可溶性糖、维生素C、总黄酮、总游离氨基酸和可溶性蛋白含量与CK持平或显著增加，菠菜的总黄酮在Cd 2.0 mg·kg-1和5.0 mg·kg-1处理时则出现显著下降（18.59%和33.32%）。研究表明，高含量Cd胁迫能显著降低低Cd富集茼蒿的品质，为保持其品质不受影响，土壤Cd含量必须控制在2.0 mg·kg-1以下。

• 农业生产中除草剂VOCs的实际排放及其与气象环境响应关系

  杨晶金,吴根义,龙雯琪

  为探究除草剂在实验室和农业实际使用过程中挥发性有机化合物（VOCs）的排放规律，本研究分别测算了除草剂施用引起的VOCs排放潜力（EP）和实际排放量（AE），深入探究了除草剂VOCs的实际排放及其气象环境响应关系，确定了实际排放比（AER）。结果表明：7个典型农药品种的EP为6.57%~64.37%，中位数为14.10%，全部受试品种平均值为27.80%；不同农药制剂品种的平均AER在47.366%~71.584%之间。AER值与温度呈显著正相关，与相对湿度和大气压强呈显著负相关。研究表明，除草剂施用过程中VOCs的排放潜力与实际排放量存在剂型差异，且表现出明显的气象环境响应机制。

• 基于PMF和机器学习模型的蒸水中下游流域农田土壤重金属污染状况及来源解析

  董天浩,任传猛,任清盛,董贝,张仁杰,李承永,潘淑芳,郭焱,纪雄辉,谢运河

  为了探究湘江支流蒸水中下游流域农田土壤重金属污染风险，对蒸水中下游流域农田土壤进行了采样分析及污染源解析。结果表明：该区域土壤存在较大的Cd污染风险，部分存在As、Pb和Cu污染风险。研究区识别出4个污染源，即自然-大气沉降混合源、自然源、大气沉降源和工业源。PMF模型判定土壤As和Hg主要受自然-大气沉降混合源的影响，Cr、Ni和Cu主要受自然源影响，Pb主要受大气沉降源影响，Cd和Zn主要受工业源影响；4个污染源的贡献率依次为30.8%、27.0%、22.6%和19.6%。SOM模型污染源分类结果与PMF模型源解析结果均吻合度较高。LightGBM模型结果表明距蒸水主流距离对Cd、Pb、Ni和Zn的影响均较大，PM2.5浓度对Cd和Pb的影响较大；对As、Hg和Cr影响最大的因子均为母岩类型；与交通相关的因子对Cu和Zn的影响较大。研究表明，该研究区农田土壤有一定的重金属污染风险，且污染来源较复杂，LightGBM模型可对PMF模型结果进行一定程度的补充，受体模型结合机器学习模型能够更合理地判别各土壤重金属主要的污染来源。

• 磷和砷在不同场地土壤中的吸附特征和迁移规律

  秦华,徐冬莹,康润锋,殷宪强,孙慧敏

  为探究不同场地土壤对磷（P）、砷（As）的吸附特性及P、As在不同场地土壤中的迁移行为，采用批次平衡吸附试验和室内土柱试验，结合扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）和粒度分析等对土壤进行表征。结果表明，试验用水稻土、褐土、红壤对P和As的吸附过程均符合准二级动力学模型和Freundlich模型，说明土壤的非均相表面发生了多层化学吸附。土壤对P和As（Ⅴ）的吸附能力受到pH值、离子强度和离子类型的共同影响，随着溶液初始pH值的升高和离子强度的降低，土壤吸附能力变弱。通过SEM-EDS、XRD分析，揭示了3种土壤的表面形态和元素组成差异。褐土表面粗糙且富含铁铝氧化物，可通过配体交换和表面络合作用显著增强其对P和As（Ⅴ）的吸附能力。红壤表面光滑且石英含量较高，导致其吸附能力较弱。通过迁移试验发现，P和As（Ⅴ）在3种土壤中的迁移行为均随着pH值的升高而增强，其中P和As（Ⅴ）在红壤中的迁移能力最强。这是由于红壤的粗颗粒和高孔隙连通性促进了P和As（Ⅴ）的迁移，而褐土的细颗粒和高吸附能力则抑制了污染物的迁移。此外，在不同pH条件下，As（Ⅴ）的迁移能力显著高于P的迁移能力。同时，离子强度的升高对P和As（Ⅴ）在不同土壤中的迁移能力产生了抑制作用。研究表明，不同土壤对P和As（Ⅴ）的吸附与迁移行为具有差异性。

• 聚天冬氨酸对土壤镉有效性及其吸附解吸特性的影响

  李艳梅,王微,林小兵,刘长征,刘士余,徐振唐,张嵚,胡奔流

  为探究聚天冬氨酸（PASP）对镉污染土壤生物有效性的调控机制，明确其最佳作用条件及镉梯度差异响应规律，通过选取轻度（0.9 mg·kg-1）和重度（19.66 mg·kg-1）两种镉污染水平的耕地原土，研究了PASP对镉赋存形态、吸附-解吸行为及环境因子响应的影响。结果表明：分子量为4 000~5 000 Da、施用量为10 mg·kg-1的PASP可显著提升土壤有效态镉含量（P10 h）三阶段特征；PASP的最适作用条件是pH 6、温度15~25℃，其效率受pH、温度及土壤吸附容量驱动，而受土壤本底镉含量影响有限。研究表明，PASP通过重塑镉形态分布、削弱吸附结合能及降低解吸能垒，显著活化了土壤镉，为发展以PASP为核心的螯合诱导植物修复技术，精准治理镉污染土壤提供理论依据。

• 聊城市农产品生产基地土壤多环芳烃的污染及风险评估

  李静,赵陆菲,姜娜,陈秀娜,权伟,周韵平

  为明确聊城市农产品种植基地土壤中PAHs的质量分数及其对环境和人体健康的影响，本研究季节性地采样并分析了聊城市莘县蔬菜瓜果种植基地土壤中16种多环芳烃（PAHs）的质量分数、组成特征、相关性和来源，并评估了该区域土壤中多环芳烃（PAHs）的生态与健康风险。结果表明：土壤中16种多环芳烃（∑PAHs）的平均质量分数为162.0 μg·kg-1，以高环PAHs为主；夏季PAHs的平均质量分数显著高于冬季；高环PAHs之间的相关性高于低环PAHs之间的相关性；冬季PAHs的主要来源为煤/生物质燃烧源，夏季则主要来源于液体化石燃料燃烧。研究区域土壤中PAHs的污染水平在夏季为轻度污染，冬季为未污染状态；PAHs总量处于较高水平，可能对土壤生态系统和农产品安全构成潜在威胁；3种途径下PAHs的致癌风险均未超过标准值。

• 化肥减量增效下山东省农牧系统氮素流动特征和氮肥减施潜力分析

  王欣雅,赵彤彤,黄少辉,杨文方,张晴雯,贾良良

  通过统计年鉴和文献收集数据，利用NUFER模型分析山东省2007年（氮肥用量达峰）、2015年（氮肥用量缓慢降低）和2022年（氮肥用量快速降低）3个典型年份农田-畜牧系统氮素养分流动特征，定量系统氮素利用率和环境损失率，评估化肥减量增效政策应用效果，并通过设置降低土壤盈余（S1）、提高畜禽粪便还田比例（S2）、优化动物饲料结构（S3）3种情景分析进一步明确山东省农牧系统氮肥减施增效潜力。结果表明：2007年、2015年、2022年山东省农牧系统氮素投入总量分别为371.6万、364.8万、299.4万t，氮素投入量呈下降趋势，其中以化肥占比最高，分别为69.9%、61.9%、55.6%，化肥用量逐渐降低。3年中，农田系统氮素利用率（NUEc）分别为36.3%、42.5%、54.7%，畜牧系统氮素利用率（NUEa）分别为27.9%、19.0%、22.8%，农牧系统氮素利用率（NUEc+a）呈现出逐步上升的趋势，从2007年的31.7%提升至2015年的33.4%，2022年时达到44.6%。2022年该地区土壤氮素累积量达到25.7万t，占总输入量的8.6%，而环境排放总量为127.0万t，占总输入量的42.4%。在环境排放的构成中，氨挥发（包括农田和畜禽粪便氨挥发）和畜禽粪便水体排放与堆置为占比最大的两种损失途径，3年中氨挥发占环境排放总量的比例为45.8%、49.0%、54.5%，畜禽粪便水体排放与堆置占比分别为16.8%、21.5%、25.6%。通过降低土壤中的氮素累积，该地区具备29.0%的氮肥减施潜力，此时，农牧系统氮素总投入量为251.1万t，农牧系统氮素利用率由44.6%增加到53.1%，食物氮代价由2.2 kg·kg-1降至1.9 kg·kg-1，环境排放量由127万t降至104.4万t；进一步提高畜禽粪便还田比例可减少化肥用量8.6%，农牧系统氮素利用率提高2.3个百分点，环境损失降低9.8%；持续优化管理并调整动物饲料结构后，该地区氮肥减施潜力可达34.3%，农牧系统氮素总投入进一步降至226.3万t，农牧系统氮素利用率增加至58.9%，食物氮代价和环境排放量分别为1.7 kg·kg-1和79.6万t，较2022年分别降低22.7%和37.3%，显著降低了氮素向环境的排放。研究表明，山东省2007—2022年化肥用量呈下降趋势，农牧系统总体氮素投入量也逐渐下降，农牧系统氮素利用率呈上升趋势，环境排放量呈下降趋势，山东省化肥减量增效取得显著成效，对区域农业绿色发展提供了重要支撑。此外，可提倡分区域布局，通过政策引导和技术支撑，协同推进S1、S2、S3技术路径，最终实现全省化肥减施潜力最大化。