农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2020年第12期

• 高光谱遥感技术在土壤重金属含量测定领域的应用与发展

  刘彦平,罗晴,程和发

  相较传统的土壤重金属含量测定方法，利用高光谱遥感技术对土壤重金属含量进行反演推算更为方便快捷，且能进行大范围的原位监测，表现出了极大的优势。本文旨在针对已有的土壤重金属含量测定领域高光谱遥感技术应用的相关研究进行综述，阐述高光谱遥感的技术原理及高光谱遥感技术在土壤重金属测定领域的应用与发展，宏观层面把握该领域的研究动向与热点。本文总结了土壤中部分重金属元素的光谱响应特征波段及与重金属元素高度相关的土壤组分，从近地传感高光谱、高空高光谱遥感、低空高光谱遥感3种技术角度切入，论述了高光谱遥感技术应用于土壤重金属测定的技术特征及发展历程，并展望了高光谱遥感技术的未来发展方向及其在土壤重金属测定领域的发展趋势。

• 外源硒和耐硒细菌对镉胁迫下水稻生长、生理和硒镉积累的影响

  王波,张然然,杨如意,石晓菁,苏楠楠,朱濛,昝树婷

  镉是我国农田土壤中毒性最强和最普遍的污染物之一。硒镉间的拮抗作用已被大量研究所证实，但硒的施用量和耐硒细菌对植物硒镉积累的影响尚不明确。本文通过盆栽试验，研究了添加外源硒和接种耐硒细菌Lysinibacillus macrolides DS15菌株对镉胁迫下水稻的生长、生理代谢以及硒镉含量的影响。研究表明，外源硒使水稻株高显著增加，促进了水稻对硒的积累，降低了超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（Catalase，CAT）活性。与对照相比，低硒（0.5 mg·kg-1 Na2SeO3）和高硒处理（2.0 mg·kg-1 Na2SeO3）使水稻根际土壤有效镉含量分别下降了32.24%和9.43%，并减少了水稻地上部分对镉的积累和镉向地上部的运输。低硒处理对土壤中镉的钝化以及对镉胁迫的缓解作用均显著优于高硒处理。与对照相比，不接种L.macroides时高硒处理反而造成水稻镉含量显著增加。接种L.macroides使水稻生物量增加了1.79倍，降低了水稻的硒含量，使SOD和CAT活性升高，根际土壤有效镉含量下降了18.46%，降低了水稻对镉的积累和运输。外源硒和接种L.macroides的交互作用对水稻硒、镉积累和运输均有显著影响，低硒、接种处理可以降低水稻镉含量，而高硒、接种处理可减少镉向地上部分的运输。研究表明，适量的硒和接种DS15可以降低土壤中镉的有效性，减少水稻对镉的积累和运输。

• 二氧化钛纳米颗粒对大豆根部吸收芘的影响

  马晓玥,袁彬彬,方国东,高娟,周东美

  为研究纳米颗粒（NPs）对植物根部吸收与累积多环芳烃（PAHs）的影响，分别选择TiO2 NPs、芘作为NPs和PAHs的代表，对大豆植株根部进行不同的处理。结果表明：芘的存在使大豆根部钛含量增加了82.3%，但TiO2 NPs的添加显著抑制了大豆根部对芘的吸收与累积，使大豆根部芘的累积量降低了97.1%；在芘的胁迫下，TiO2 NPs的存在未能减轻大豆根部的脂质过氧化作用，对大豆根部的超氧化物歧化酶（SOD）活性没有显著影响，而显著减少了大豆根部谷胱甘肽（GSH）的含量。

• 大气CO2浓度升高对不同类型水稻品种磷素吸收利用的影响

  周娟,舒小伟,许高平,赖上坤,杨连新,王余龙,董桂春

  以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料，研究FACE（大气CO2浓度增加200 μmol·mol-1）条件对不同品种类型水稻产量及磷素吸收、分配、运转、利用的影响。结果表明：FACE处理使水稻产量显著增加24.17%，常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻分别增加19.38%、24.02%和29.10%，常规籼稻增幅最大；FACE处理使抽穗期、成熟期植株含磷率分别增加2.51%、6.07%，抽穗期常规籼稻增幅最大，成熟期常规粳稻增幅最大，处理间无显著差异；FACE处理使抽穗期、成熟期植株吸磷量增加25.42%、32.51%，抽穗期以常规籼稻增幅最大，成熟期以常规粳稻增幅最大。成熟期吸磷量与水稻产量呈极显著线性正相关（r=0.457**）；FACE处理对抽穗期、成熟期各器官磷素占比无明显影响，但品种间差异较大；FACE处理使结实期茎鞘叶磷素运转量和穗部磷素增加量分别提高了25.77%、36.18%，两个性状均以常规籼稻增幅最大，促进磷素向穗部运转有利于水稻产量的提高（r=0.410**）；FACE处理降低常规粳稻和常规籼稻的磷素籽粒生产效率、干物质生产效率，增加了杂交籼稻磷素干物质和籽粒生产效率；FACE处理使磷肥偏生产力显著增加24.17%，常规籼稻增幅最大。研究表明，FACE处理显著提高了各类水稻的产量、植株吸磷量、磷素运转量、磷肥偏生产力，品种间差异较大。

• 铁还原条件下铁负载生物质炭固定三价砷的能力及其稳定性

  朱晓东,杨敏,吴松,施维林,周东美

  为研究还原条件下铁负载生物质炭固定三价砷[As（Ⅲ）]的能力及其自身稳定性，首先探究了铁负载生物质炭介导铁还原菌（Shewanella oneidensis MR-1）还原含As（Ⅲ）的水铁矿[As（Ⅲ）-FH]时对As（Ⅲ）的释放和固定能力；其次评估了铁还原菌的还原作用对铁负载生物质炭固定As（Ⅲ）稳定性的影响。研究表明，400~700℃制备的铁负载生物质炭在好氧条件下可以吸附0.94~1.63 mg·g-1的As（Ⅲ）。在As（Ⅲ）-FH还原体系中，随着铁负载生物质炭制备温度的提升：0~400 h时，铁负载生物质炭加速S.oneidensis MR-1还原As（Ⅲ）-FH释放二价铁和As（Ⅲ）的能力也逐渐提升；在400~646 h，分别加速溶液中的Fe2+沉淀生成蓝铁矿和菱铁矿，以及As（Ⅲ）的部分固定，在646 h时As（Ⅲ）的固定量为0.211~0.676 mg·g-1。在铁负载生物质炭固定As（Ⅲ）稳定性评估体系中：铁还原菌的还原作用虽然会导致铁负载生物质炭中磁铁矿还原转化生成蓝铁矿和菱铁矿，但却可以在342 h内提升固定As（Ⅲ）的能力，达到2.16~2.29 mg·g-1。因而在铁还原菌构建的还原生境中，铁负载生物质炭的As（Ⅲ）固定能力在342 h的短期内呈现增加的趋势，而在646 h的长时间培养条件下As（Ⅲ）的固定能力逐渐降低。通过构建简单的铁还原生境，评估了铁负载生物质炭在还原环境中固定As（Ⅲ）的潜能，为稻田土壤砷污染阻控材料的筛选提供了一种评估方法。

• 钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

  兰玉书,袁林,杨刚,程蓉,石梏岐,高本汗

  为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。

• 南方某矿区土壤镉污染及作物健康风险研究

  张妍,张磊,程红光,孙海旭,崔祥芬

  为了评估南方某县土壤镉污染情况、量化当地不同作物镉含量并对不同人群健康风险进行评估，从该县3个镇采集135份土壤样本，入户采集128份自产大米样本，种植区采集7份脐橙样本，对其中镉含量进行测定。结果表明，3镇采集土壤样品镉超标率分别为41.67%、28.81%和21.62%，地累积指数计算得到该县68.9%的土壤样本受到不同程度的镉污染，大米镉含量超标率分别为48.57%、34.48%、8.82%。而脐橙果肉样品中镉含量较低，远低于0.05 mg·kg-1。计算不同作物的危害商数（HQ）可得，食用自产大米的危害商数（HQ）值普遍大于1，风险较高，而食用脐橙果肉产生的健康风险低。种植脐橙具有一定的经济效益，且当地具有脐橙适宜的生长条件，故考虑在重污染区种植脐橙取代种植水稻。

• 有机物料对镉污染酸性土壤伴矿景天修复效率的影响

  邓月强,曹雪莹,谭长银,孙丽娟,蔡润众,彭曦,柏佳,黄硕霈,周青

  伴矿景天（Sedum plumbizincicola）是一种镉/锌（Cd/Zn）超积累植物，是Cd污染土壤吸取修复的理想植物。为提高伴矿景天（S.plumbizincicola）对Cd污染酸性土壤的修复效果，本研究以水稻秸秆、大豆秸秆、猪粪和水溶性有机肥4种有机物料为材料，分别按土质量1%、3%的施用量施入Cd污染酸性农田土壤，研究了4种有机物料对伴矿景天Cd修复效率的影响。结果表明：施用有机物料可提高土壤pH值和土壤有机质、碱解N、有效P和速效K含量，有效改善供试土壤理化性质；有机物料对土壤有效态Cd含量的影响因有机物料种类和施用量而异，以3%水溶性有机肥处理效果最好，较对照提高了50.0%。与对照相比，施用有机物料显著促进了伴矿景天生长，地上部和根部生物量分别增加了1.08%~40.69%和4.17%~54.17%；水稻秸秆、大豆秸秆和水溶性有机肥处理伴矿景天地上部和根部Cd含量分别较对照增加了10.02%~64.91%和10.95%~45.78%。单一种植伴矿景天修复后土壤Cd去除率为27.6%；施用有机物料辅助修复，土壤Cd去除率可达29.8%~50.7%。因此，在Cd污染酸性土壤伴矿景天（S.plumbizincicola）修复中，可考虑水稻秸秆还田和施用水溶性有机肥来提升修复效率。

• 土壤外源钴对大麦根伸长的毒害及其预测模型

  李金瓶,王学东,马虹,马义兵

  选取我国11种不同性质的农田土壤，通过外源添加重金属钴（Co），研究其对大麦（Hordeum vulgare L.）根伸长的毒性阈值及土壤性质对Co毒性的影响。结果发现，Co对大麦根伸长10%抑制效应（EC10）在11种土壤中的变化范围为37.1~3 914 mg·kg-1土（105.5倍），50%抑制效应（EC50）的变化范围为166.1~6 030 mg·kg-1土（36.3倍）。建立土壤性质与毒性阈值的回归方程，结果表明土壤pH是影响土壤Co毒性阈值最重要的因子，作为单因子时分别可以解释77.6%、72%的EC10和EC50的变异（P≤0.001）。当在EC10预测模型中引入土壤pH和土壤黏粒（Clay）双因子时，可以解释83.9%的EC10的变异（P<0.001），EC50预测模型中引入土壤pH和总碳（TC）双因子时，可以解释86.1%的EC50的变异（P<0.001）。将我国土壤中得到的Co毒性阈值预测模型和欧洲北美10种土壤的预测模型进行比较验证，结果发现基于我国土壤得到的预测模型可以较为准确地预测欧洲北美土壤中Co的大麦根伸长毒性阈值，但基于欧洲北美土壤的预测模型不能准确预测我国土壤中Co的毒性阈值。研究表明，我国土壤性质对Co毒性有显著的影响，基于土壤性质建立的预测模型可为土壤中Co生态风险评价提供参考依据。

• 不同钝化剂对重金属在土壤-油菜中迁移的影响

  沈章军,侯万青,徐德聪,吴江峰,季涛涛

  为比较不同钝化材料对污染土壤-油菜中重金属迁移的影响，通过大田试验，添加海泡石、鸡粪、秸秆腐殖质、生石灰、磷矿粉、磷酸二铵对矿区重金属复合污染耕地进行单一和混合处理，栽种油菜，分析不同处理方式对重金属生物迁移和积累的影响。结果表明，单一处理中，海泡石均有效降低了土壤中5种重金属的有效态含量，鸡粪有效降低了土壤中As、Pb、Cd和Zn 4种重金属的有效态含量。海泡石+鸡粪处理组土壤中Pb、As、Cd、Zn和Cu的有效态含量分别是空白对照组的56.99%、40.84%、43.06%、78.33%和52.23%。油菜根中As的平均含量分别约是茎、果壳和种子的2.13、3.33倍和12.45倍，海泡石+鸡粪处理对降低种子中As的含量效果最佳，约是空白对照组的57.07%，其次是海泡石+腐殖质处理组。海泡石+鸡粪处理组油菜种子中Pb的含量最低，为空白组的13.26%。海泡石+鸡粪处理组种子中Cd的含量仅为对照组的44.02%。除了腐殖质，其他处理方式均有效减少了油菜各器官中Zn的含量。所有处理方式均显著降低了油菜各器官中Cu的含量（P<0.05）。油菜根和种子中As的含量与土壤中As的有效态含量呈显著正相关关系（P<0.05）；土壤Cd的有效态含量极显著影响了茎中Cd的含量（P<0.01），果壳与根中Cd的含量为极显著相关关系（P<0.01）。土壤中Pb、Zn和Cu的有效态含量对油菜各器官中的相应重金属含量未造成显著影响。土壤添加改良材料处理对于限制油菜吸收、转移和积累Zn、Cu效果最显著，As最差。海泡石与其他材料混合处理的钝化效果总体优于单一材料，海泡石和鸡粪混合钝化重金属活性效果最佳。

• 张掖绿洲农田地膜残留量分布特征及影响因素

  杜泽玉,孙多鑫,杨荣,苏永中

  通过对地膜残留量区域分布特征及影响因素的调查研究，准确评估区域地膜残留污染现状，为提出区域性农田地膜污染防控措施提供科学依据。选择河西走廊张掖绿洲105个农田样地作为研究对象，监测农田土壤中地膜残留量，同时调查样地作物、土壤质地、地膜使用情况等指标，并进行统计分析与地统计分析。结果显示：张掖绿洲农田地膜残留量介于0.79~114.72 kg· hm-2之间，平均值为25.63 kg·hm-2，表现出西北部高于东南部的分布趋势，地膜残留量的空间异质性高且呈高斯模型分布特征；各县区地膜残留量表现为临泽县（49.07 kg·hm-2） > 高台县（33.72 kg·hm-2） > 甘州区（23.33 kg·hm-2） > 山丹县（11.32 kg·hm-2） > 民乐县（10.44 kg·hm-2）。地膜残留量受覆膜方式、覆膜年限、作物类型等因素影响：全覆膜、人工、机械覆膜3种地膜使用方式下地膜残留量差异显著（P<0.05），均值分别为37.35、27.46、15.26 kg·hm-2；连续覆膜10 a以上，地膜残留量显著增加（P<0.05）；种植作物中玉米农田（35.39 kg·hm-2）地膜残留量最多。研究区整体残膜污染处于中污染水平，其中临泽、高台县污染较重，覆膜年限是研究区地膜残留量空间变异的主要因素，贡献率达33.24%，作物类型次之（31.73%），张掖地区应因地制宜地合理调整农业种植结构并完善地膜使用政策，同时推广残膜机械回收技术，以减轻地膜污染。

• 微生物强化对石油污染土壤的修复特性研究

  王娣,马闯,高欢,刘恒,徐会宁,吴蔓莉

  通过实验室模拟修复研究了接种量为103~108 cfu·g-1的降解菌群在土壤中生长的湿度条件和存活状况、对土著菌群的影响作用以及对石油烃的去除效果。结果表明，从石油污染土壤中筛选出的石油烃降解菌群主要由变形菌门（Proteobacteria，99.75%）-γ-变形菌纲（Gamma-proteobacteria，99.49%）-假单胞菌目（Pseudomonadales，99.36%）-莫拉氏菌科（Moraxellaceae，87.33%）-不动杆菌属（Acinetobacter，87.32%）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae，12.04%）-假单胞菌属（Pseudomonas，12.00%）组成。利用筛选的降解菌群在土壤湿度为5.4%、接种量为108 cfu·g-1土的条件下对污染土壤修复60 d，石油烃去除率为10.61%；在土壤湿度为15.0%、接种量为107 cfu·g-1土时对石油烃去除率为18.67%。在5.4%和15.0%湿度下接种7 d，土壤中变形菌门相对丰度由28.22%增加至57.98%~66.35%，不动杆菌属相对丰度由0.04%增加至25.86%~30.25%，假单胞菌属由初始时的0.26%增加至5.03%~30.87%，说明在不同湿度条件下，接种的降解菌均能迅速生长为土壤中的优势菌；接种60 d时，其仍保持存活状态。研究表明，降解菌群的接种改变了土壤菌群结构，使土壤菌群的alpha多样性明显降低。土壤污染物的去除不仅依靠某种优势菌的特定降解功能，还需要土壤菌群的协同代谢作用。

• 生物炭去灰分对萘和1-萘酚的吸附动力学影响

  张萌,吕耀斌,朱一滔,罗雅琪,李威,李萍萍,王喜龙

  为探究生物炭矿物组分对有机污染物吸附过程的影响机制，考察（非）极性有机污染物萘和1-萘酚在不同温度（300、400、500℃）下制得的小麦秸秆原始生物炭以及去灰分后生物炭上的吸附动力学。结果表明：拟二级和双室一级动力学模型能较精确地描述目标污染物的动力学吸附过程。去灰分处理增加生物炭芳香碳含量，增强其与萘和1-萘酚间的p-p和疏水作用；同时降低生物炭表面极性，特别是减少表面烷氧基官能团的分布，提高疏水碳吸附域（主要是芳香碳）的可达性，导致平衡吸附量（Qe）增大。除灰后极性官能团在生物炭表面的暴露减少，促进萘分子向表面疏水吸附位点扩散，使得萘在生物炭上快吸附单元的吸附速率常数（kfast）升高；而极性1-萘酚结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面极性官能团或矿物含氧表面相互作用，对快吸附有重要贡献，去灰分削弱氢键，造成其kfast下降。致密的芳香碳组分和纳米级孔隙结构主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附起作用，去灰分提高生物炭芳香化程度和孔隙度，使慢吸附对总吸附的贡献（kslow）增大；同时使得化合物分子较难扩散进入更致密的生物炭内部。另外表面积和孔隙度的增大延长吸附平衡时间，两种化合物的慢吸附速率常数（kslow）均降低。研究表明，生物炭的矿物组分、化学组成和极性官能团的空间分布显著影响有机污染物的动力学吸附过程，从而影响生物炭在有机污染控制中的吸附性能。

• 采用石墨-无机硅胶复合阳极的土壤MFC产电性能研究

  鲁雨,周丰武,钟文辉,刘丽,李小方,邓欢

  土壤微生物燃料电池（MFC）可以将土壤产电细菌分解有机质产生的化学能转化为电能。为了提高土壤MFC的产电性能，实现持续稳定驱动小功率用电器，本研究发明一种新型复合材料作为阳极，在水稻土中构建了土壤MFC。通过串联两个土壤MFC，将输出电压维持在1 403.3~1 579.9 mV，实现持续驱动电子计时器稳定运行30 d。之后移除电子计时器进行土壤MFCs的电化学测试。功率密度曲线显示串联土壤MFCs最大功率密度5.45 mW·m-2，最大输出功率158.42 μW。电化学阻抗谱分析表明，单个土壤MFC阳极电荷传递电阻分别为16.46 Ω和16.80 Ω。从阳极表面的土壤样品中提取RNA，对逆转录后的16S rRNA进行测序分析。结果显示，土壤MFCs中，阳极上有14个产电细菌相关属，其中地杆菌属（Geobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、梭菌属（Clostridium）、假单胞菌属（Pseudomonas）和脱硫球茎菌属（Desulfobulbus）16S rRNA的数量均占所有产电细菌相关属总数的10%以上，为最活跃的产电细菌相关属。

• 猪粪炭对茶园土壤硝化过程及微生物酶活性的影响

  何莉莉,黄佳佳,刘玉学,吕豪豪,汪玉瑛,杨生茂

  为探讨猪粪炭对茶园土壤的改良作用，通过35 d的好气密闭培养实验，研究猪粪炭施加对茶园土壤的硝化过程、温室气体N2O排放及土壤微生物酶活性的影响。结果表明：施加猪粪炭可以改善茶园土壤的酸性环境，显著提高土壤pH，使其更适宜茶树的生长；茶树是典型的喜铵厌硝植物，较高的硝铵比不利于茶树的生长，低、中量猪粪炭施加显著增加土壤pH，并未促进茶园土壤的硝化作用，且显著降低土壤N2O累积排放量高达41.2%~58.7%；高量猪粪炭施加显著增加茶园土壤净硝化速率，降低N2O累积排放量62.4%；猪粪炭施加显著提高土壤FDA水解酶、脲酶及脱氢酶活性。研究表明，适量猪粪炭的添加可以改善茶园土壤的酸碱环境和微生物活性，促进土壤的生物化学反应和土壤养分元素的循环，从而提高土壤养分的可利用性和土壤质量。

• 不同措施黄绵土坡地暴雨侵蚀及磷素流失特点

  迟宇博,吴磊,李蕊,高爽

  为探讨不同管理措施对10°、15°和20°黄绵土坡面侵蚀及磷素流失的影响，本文以60 mm·h-1为试验雨强，采用室内人工模拟降雨试验方法，以CK（裸坡，0%生物炭，平作）为对照，分析C1（裸坡，0%生物炭，横垄）、C2（裸坡，3%生物炭，平作）、C3（裸坡，3%生物炭，横垄）、C4（裸坡，6%生物炭，平作）、C5（裸坡，6%生物炭，横垄）、C6（植被，0%生物炭，平作）、C7（植被，0%生物炭，横垄）、C8（植被，3%生物炭，平作）、C9（植被，3%生物炭，横垄）、C10（植被，6%生物炭，平作）和C11（植被，6%生物炭，横垄）多措施下黄绵土坡地泥沙及磷素流失特征。结果表明：不同坡度下C1、C6、C7、C8、C9措施能有效降低黄绵土坡面侵蚀及磷素流失；施加生物炭（C2~C5、C8~C11）加剧了坡地尤其是陡坡的土壤侵蚀和磷素流失；在不同坡面上布设植被措施（C6~C11）均具有拦沙固磷作用，在15°坡面效果最优；横垄措施（C1、C3和C5）减沙固磷效应随坡度增大而减弱，在20°下易失效，故小于10°坡面上宜推广应用横垄措施；植被与横垄措施相结合（C7、C9和C11）在不同坡度下的消减率均在50%以上，故在实际农业生产中建议使用横垄搭配植被措施。黄绵土坡面磷素流失以颗粒态（PP）为主，PP/TP流失比例多在80%以上，并随坡度增大而增大；3种坡度下施加生物炭（C2、C4）均使PP占比增至90%以上，而横垄和植被措施能有效降低坡面PP/TP比例。综上，缓坡上设置横垄，陡坡上设置植被或者在植被覆盖基础上合理搭配横垄和3%生物炭措施，均有利于阻控黄绵土坡面土壤侵蚀和磷素流失。

• 沱江水质模糊综合评价及主要污染物的预测研究

  符东,吴雪菲,易珍言,陈永灿

  为准确掌握沱江水质状况，探明沱江主要污染物，对沱江水质进行了模糊综合评价和BP神经网络预测。使用沱江31个监测断面2018年1月—2019年10的逐月水质数据，通过筛选优化评价因子，对各断面水质进行模糊综合评价。对沱江水质进行主成分分析以确定主要污染源和主要污染因子，并构建了BP神经网络对主要污染因子进行预测。研究发现，沱江有9个断面水质符合Ⅰ类水质标准，其余22个断面水质均为Ⅴ类水且在沱江上游、中游和下游均有分布。TN浓度在所有监测断面中均超过了Ⅳ类水质标准，其中27个断面的TN浓度超过了Ⅴ类水质标准。使用上游断面水质数据构建的BP神经网络预测下游断面的TN浓度，平均相对误差为2.041%。研究表明，沱江受TN的污染较为严重，其主要污染源为农业面源和工业废水，同时根据构建沱江其他断面的BP神经网络模型可实现对沱江TN浓度的准确预测。

• 陕西秦岭北麓猕猴桃主产区水质动态变化研究

  王时茂,曲婷,胡皓翔,徐肖阳,高晶波,陈竹君,周建斌

  为探究陕西秦岭北麓地区集约化猕猴桃生产对地表水及地下水水质的影响，在每月中旬定点监测了2019年度眉县主产区不同土地利用方式（居民区、果园区和自然植被区）下24个地下水（潜水和深水各12个）及8个地表水硝酸盐含量、电导率（EC）及盐基离子含量等。结果表明：自然植被区地表水硝酸盐含量变化平稳，未发现硝酸盐超标现象；而猕猴桃集中产区地下水及地表水硝酸盐超标严重，地表水超标率[>10 mg N·L-1，《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）]为31.82%，潜水位地下水超标率[>10 mg N·L-1，《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）]为93.27%，深水位地下水超标率（>10 mg N·L-1，GB/T 14848—2017）为57.41%。地下水及地表水硝酸盐含量变化与眉县施肥时期变化趋势基本一致，峰值主要出现在6月及11月施肥时期；9月潜水位地下水硝酸盐有明显下降，这与9月长时间的高降雨量有关。猕猴桃集中区地表水及地下水EC、Ca2+、Mg2+及Cl-等离子含量相比居民区与自然植被区也显著增加，其中水体EC与NO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、Na+等离子含量间呈显著的正相关关系。研究表明，秦岭北麓猕猴桃产业的发展显著增加了地表水的硝酸盐含量，导致当地水质恶化。

• 不同老化方式的浒苔生物炭对养殖底泥中复合污染物的修复研究

  赵汉胤,张丽,于纹鉴,陈以芹,余晏璐,李娟英

  为控制养殖底泥中重金属和PAHs等污染物的迁移性并降低其生物累积，从而保障水产品的质量安全，在探究热解对成品浒苔生物炭多环芳烃（PAHs）含量影响的基础上，进一步探讨了不同方法老化生物炭对养殖底泥中复合污染物稳定效果的影响。将制得的浒苔生物炭热解后分别进行自然老化及冻融循环老化，再以3%的比例投入到待修复的底泥中，以菲律宾蛤仔为生物指示物评估生物炭的修复效果。结果表明，热解后浒苔生物炭中PAHs的含量下降86%，达到了《European Biochar Certificate》使用标准；3%老化生物炭添加后重金属和PAHs的生物累积浓度均有下降，且自然老化的修复效果明显优于冻融循环老化，前者实验结束后，菲律宾蛤仔体内累积的重金属Cu、Pb、Cd、Cr和PAHs浓度分别下降了30%、41%、53%、43%和28%，且蛤仔的食用非致癌风险和致癌风险分别下降了42%和35%。因此，自然老化浒苔生物炭的添加不仅对底泥中的复合污染物有良好的稳定化效果，同时有助于提升水产品的质量，并保障消费者人体健康。

• 火山石和改性凹凸棒土对初沉单元净化效果的影响

  王钰钦,郑尧,钱信宇,杨晓曦,陈家长,吴伟

  为了对养殖尾水处理系统中沉淀单元净化能力进行优化，以改性凹凸棒土（Al@TCAP-N）和火山石作为研究材料，利用显微观察和比表面积测定研究其净化机理，以TN、TP、CODMn的浓度和去除率为检测指标，研究初沉单元中两材料的净化模式、运行参数和回收利用能力。结果显示，Al@TCAP-N具备较大比表面积（28.58 m2·g-1），微生物难以附着；火山石比表面积较小（10.9 m2· g-1），适宜微生物附着。将两者复合使用并添加外源微生物，0~48 h水质净化效果最佳，此模式对TN、TP和CODMn的去除率分别可达41.25%、45.31%和54.97%。深入研究该模式的运行参数，结果显示两种材料最适合的复配质量比为1∶1，复配时最适添加量为1 g·L-1，且微生物直接投加于水体中的净化效果好于固载于材料上。对使用后的净化材料进行研究，发现净化材料能够通过简单的冲洗、烘干重复利用，并且每克材料最多可富集201.73 μg氮和34.98 μg磷，具有潜在的资源化利用价值。研究表明，将净化材料与外源微生物联用，能够有效、实用地增强养殖尾水沉淀单元水质净化效果。

• 水产养殖尾水初沉区中净化材料的应用对微生物酶活性的影响

  杨晓曦,吴伟,施羽露,王钰钦,钱信宇,郑尧,陈家长

  通过检测除氮型改性凹凸棒土（Al@TCAP-N）和火山石的内部及周围水体有关氮、磷、有机物分解的酶活性和水质指标，利用高通量测序对材料和水体中的细菌和真菌进行分析，以研究尾水处理系统初沉区中水质净化材料处理尾水营养盐的机制。结果表明，Al@TCAP-N和火山石能增加其周围水体微生物碱性磷酸酶（AKP）、硝酸盐还原酶（Nar）活性；火山石能在早期（0~6 h）提高其内部有机磷水解酶（OPH）、氨单加氧酶（AMO）的活性；Al@TCAP-N能在后期（36~48 h）增加其内部脱氢酶（DHO）的活性；净化材料相互对比发现，火山石内部的酶活性整体高于Al@TCAP-N内部的酶活性；本试验表明水质处理最佳时间为36 h，总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）的去除率分别为22.61%、9.52%和22.16%。在实际应用过程中，可通过Al@TCAP-N的吸附和火山石负载的微生物的双重作用降低水中营养盐的含量。浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Protepbacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和壶菌门（Chytridiomycota）分别是材料表面微生物细菌和真菌中的主要门类。火山石能在净化初期促进有机磷化合物分解和硝态氮（NO3--N）转化为亚硝态氮（NO2--N），Al@TCAP-N在净化后期促进有机物的分解。Al@TCAP-N和火山石能促进水体中含磷化合物的分解和氮的转化。

• 果壳种类对生物膜特性及废水处理效果的影响

  胡小兵,汪坤,沈翼军,张琳,姚友长,林睿,顾娴静

  为促进植物果壳的资源化利用，选择花生壳、核桃壳和夏威夷果壳3种果壳，使用SEM和FTIR表征其表面微观特征与化学基团，探索植物果壳作为SBBR反应器填料的可行性，考察果壳类型对生物膜特性和废水处理效果的影响。结果表明：3种果壳表面粗糙多孔且富有OH、COOH等亲水性基团，有利于微生物附着生长。花生壳上生物膜量呈现“先增后降”变化，试验前期从6.80 mg·cm-3上升至24.66 mg·cm-3。后期花生壳软化分解，生物膜量不断降低，与试验前期基本持平，生物膜中夹杂过多腐烂的代谢产物，导致EPS含量最低（49.90 mg·g-1），DHA低，生物膜活性差，对COD、NH4+-N长期去除效果不理想，仅能达到约65%；核桃壳、夏威夷果壳上生物膜量含量高，试验前期分别从7.98 mg·cm-3和8.45 mg·cm-3快速上升至26.75 mg·cm-3和25.96 mg·cm-3，之后缓慢上升。悬浮于反应器中的核桃壳受到强烈水力剪切作用，污染物传质效果的增强促进微生物EPS分泌，EPS含量最高达66.44 mg·g-1；2种果壳生物膜DHA均呈现“先增后稳”变化，最高达到81.72 mg·g-1·h-1，生物膜活性高，对COD、NH4+-N去除率不断增长，最高均达到90%左右。因此，除花生壳外，核桃壳和夏威夷果壳结构稳定，生物膜特性良好、污染物去除效果较好，可作为填料长期使用。

• 基于双荧光基团分子信标对水体中铅离子（Ⅱ）的检测

  熊威威,张应坤,鲁子敬,汪鹏,翟琨,向东山

  为了建立一种快速、准确地测量水体中铅（Pb）离子含量的方法，利用两个荧光基团6-羧基荧光素（6-Carboxy fluorescein group，FAM）和5-羧基四甲基罗丹明（5-Carboxytetramethylrhodamine，TAMRA），结合Pb离子（Ⅱ）的核酸适配体，构建了一种特殊的能特异性识别Pb2+的双荧光基团分子信标。根据分子信标与Pb2+结合后FAM与TAMRA总荧光强度的变化，建立了对水体中Pb2+高灵敏的双色荧光定量检测方法。结果表明，在优化的条件下，FAM和TAMRA的总荧光强度（ΔIT）与Pb2+的浓度（C）在8×10-10~4×10-8 mol·L-1范围内呈现良好的线性关系，其拟合的回归方程为ΔIT=3.052 C+13.129（R2=0.998 7），方法的检出限为1.5×10-10 mol·L-1（3σ，n=9）。研究表明，本实验利用Pb2+的适配体及两个荧光基团FAM与TAMRA构建的双荧光基团分子信标能特异性地识别水体中的Pb2+，基于分子信标所建立的分析方法精密度好、准确度高，能很好地应用于水样品中Pb2+的定量检测。