农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2023年第3期

• 原生动物-病原菌互作与土壤健康综述

  石妮,马斯琳,陈雯莉,黄巧云,朱永官,郝秀丽

  土壤健康是维持植物、动物和人类生命系统及陆地生态系统健康的重要保证。原生动物在土壤中分布广泛，可调控土壤微生物组、养分循环、污染物去除等众多生态过程，在维持土壤生态系统功能及土壤健康中发挥着重要作用。土壤原生动物捕食及杀菌机制与哺乳动物巨噬细胞免疫机制类似，其与细菌的相互作用，尤其是与病原菌的胞内共生关系，是影响病原菌毒力、扩散传播及感染风险的重要环境选择压力。本文总结了原生动物对病原菌毒力、进化、传播扩散的影响，以及病原菌在原生动物胞内的存活和进化机制，为预防环境病原菌富集、扩散和传播提供新的研究思路，对维持土壤健康有重要意义。

• 土壤矿物质增强生物炭稳定性的机制综述

  陈全,陈丽芳,吴丹萍,吴敏,潘波

  近年来，生物炭因其在环境中的高稳定性以及固碳减排功能，成为国内外的研究热点。然而，生物炭并不是完全惰性的，它的稳定性与其化学结构和所处的环境体系密切相关。为探究生物炭在土壤矿物质作用下的稳定性和固碳潜能，本文通过分析生物炭与土壤矿物质中无机离子的相互作用机理、生物炭与矿物质颗粒团聚过程，系统论述了土壤矿物质对生物炭稳定性的影响。土壤矿物质无机离子可与生物炭发生络合、阳离子桥联、沉淀和静电吸引等相互作用形成有机-矿质复合体，矿物质颗粒成分可与土壤有机质和生物炭等发生团聚，这两种形式为生物炭提供物理保护，提高生物炭的化学稳定性。生物炭在团聚体中的分布会随时间变化：前期主要存在于粉+黏团聚体，后期主要分布于微团聚体和大团聚体。团聚体的形成将限制微生物的数量与类群、降低生物炭与微生物接触概率、减缓微生物降解利用生物炭的速率，进而增强生物炭的生物稳定性。

• 叶面喷施氯化氨基乙酸对水稻镉转运特性的影响

  刘双月,付琳,张长波,邓嘉伟,薛卫杰,刘仲齐,王常荣,邓芸

  为了探究水稻开花期喷施氯化氨基乙酸对水稻中Cd转运特性的影响，以湘早籼24号（X24）水稻为研究对象开展盆栽试验，对水稻籽粒及各器官中的Cd含量、水稻必需元素（K、Mg、Ca、Fe、Mn、Zn）及水稻体内氨基酸含量的变化进行分析。结果表明：水稻开花期叶面喷施0.8 mmol·L-1氯化氨基乙酸显著降低了稻米和穗轴中的Cd含量，稻米中的Cd含量从0.28 mg·kg-1下降至0.17 mg·kg-1，降幅为39.29%。通过对水稻体内各器官间Cd转移系数的分析发现，开花期水稻叶面喷施氯化氨基乙酸可以显著降低Cd离子从穗轴向籽粒、穗节向穗颈、倒二节间向倒一节间的转移系数，即倒二节间向上的转移效率降低导致了稻米中Cd含量显著下降。同时，叶面喷施氯化氨基乙酸降低了水稻籽粒和穗轴中Ca的含量，促进了K、Mg和Zn从倒一节向穗轴的转移。氨基酸分析结果显示，叶面喷施0.8 mmol·L-1氯化氨基乙酸后，稻米中天冬氨酸和谷氨酸的含量分别增加了28.54%和22.96%，甘氨酸含量减少了51.92%。由此可见，水稻开花期叶面喷施氯化氨基乙酸有利于稻米中天冬氨酸和谷氨酸的合成，能促进K、Mg和Zn的转运，并通过抑制Cd由营养器官向籽粒的转运过程显著降低稻米中的Cd含量，该方法在我国南方Cd污染农田水稻生产过程中具有良好的应用前景。

• 水稻幼苗对As（Ⅲ）胁迫差异响应的离子组学研究

  曾晋,臧敏,张瑞琪,李利梅,马丽

  重金属胁迫影响植物体内离子平衡，探究植物体离子网络应对胁迫环境的响应有助于挖掘有毒元素吸收和代谢的潜在机制。本研究以湖南省临武县9种主栽水稻品种为研究对象进行As（Ⅲ）胁迫处理，采用ICP-MS分析技术研究水稻幼苗茎叶和根部组织中离子组（P、K、Mg、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cr、Co、Cd、Ba、Pb和Sr）响应不同As（Ⅲ）浓度胁迫的变化特征，进一步借助多元统计分析探明各组织离子组变化与As积累之间的关联。结果表明：水稻根部和茎叶组织As含量均随处理浓度增加而增加，且根部相比茎叶更容易积累As；Fe、Ba、Pb和Sr同样表现出根部含量高于茎叶的规律，营养元素（P、K、Mg、Ca和Mn）分布则呈现茎叶组织高于根部的特征，胁迫环境对水稻幼苗两个组织部位各元素分布的影响不同，说明As胁迫干扰水稻组织中离子的分配。聚类热图和主成分分析表明离子组在茎叶和根部出现分离，Mg、K、P、Mn、Ca、Cr、Co、Zn元素倾向于在茎叶富集，而Fe、Sr、Pb、Ba、Cu、As和Cd元素则倾向于在根系中富集。As胁迫处理后，水稻同一组织的元素之间存在多组显著相关性，As与Fe、Cu、Cd、Ba、Pb、Sr在P<0.05显著性水平下呈现正相关关系，As与P、K、Mg、Ca、Mn在P<0.05显著性水平下呈现负相关关系，说明水稻离子组对植株内As的迁移和积累具有调节作用。

• 两种产脲酶细菌固定Cd-As复合污染水稻土的研究

  蔡倩,李欣武,杨雨婷,黄金富,罗燕,杨润,伍钧,徐敏

  微生物诱导碳酸盐沉淀（Microbial induced carbonate precipitation，MICP）是新兴重金属生物修复技术，具有绿色、高效的特点。本研究以镉（Cadmium，Cd）-砷（Arsenic，As）复合污染的水稻土为研究对象，以空白（CK）、尿素添加（UREA）为对照，分析巴氏芽孢杆菌（SP）和蜡样芽孢杆菌（BC）两种细菌对Cd、As的固定效果，并探讨修复后土壤性质及酶活性的变化。结果表明：与CK处理相比，BC处理下CaCl2-Cd、CaCl2-As含量分别显著降低30.2%、9.10%。与CK处理相比，SP、BC处理显著降低可氧化态Cd含量，且增加残渣态Cd含量；而仅BC处理显著降低可氧化态As含量，并显著提高残渣态As含量；且UREA、SP、BC处理下碳酸盐含量均增加。与CK处理相比，UREA、SP、BC处理下脲酶活性，分别显著提高48.0%、32.8%、11.7%，表明3种处理均能刺激MICP过程。与CK处理相比，SP、BC处理可有效提高土壤全氮、全磷、全钾、铵态氮含量，降低硝态氮含量，表明MICP过程不仅提升土壤养分，而且刺激氨化作用，抑制硝化作用。与CK处理相比，BC处理可显著提高磷酸酶、蔗糖酶活性，有效调节土壤生态功能。研究表明，蜡样芽孢杆菌在修复Cd-As复合污染土壤方面具有明显优势，可有效降低Cd、As的有效性，且提升土壤肥力和酶活性，是一种优良的生物修复材料。

• 土壤铅镉的磷酸盐钝化及其在模拟酸雨下的淋溶特征

  姚臻晖,周慧平,涂理达,庞中正

  为探究磷酸盐在不同水分条件下对土壤铅（Pb）、镉（Cd）的钝化效果及其在酸雨淋溶下修复时可能造成的重金属淋失风险，选择安徽铜陵某矿区周边Cd、Pb污染水稻土为研究对象，对比磷酸氢二铵（DAP）和磷酸三钙（TCP）在不同用量及不同土壤含水率下对Cd、Pb的修复效果，并探讨模拟酸雨条件下含磷钝化剂施用后对Cd、Pb修复稳定性的影响。结果表明：施用两种磷肥均能降低土壤中有效态Cd、Pb含量，DAP使土壤有效态Cd含量降低了41.87%~65.62%，有效态Pb含量降低了38.83%~76.98%；TCP处理下有效态Cd、Pb含量分别降低了39.55%~56.17%、37.52%~66.46%。75%最大田间持水量下有效态Cd含量分别下降了21.22%（TCP）、23.45%（DAP），有效态Pb含量分别下降了14.22%（TCP）、9.28%（DAP）。磷肥对Cd、Pb的固定作用随着酸雨淋溶量增加而减弱，两种磷肥处理下，土壤5~55 cm深度范围内Pb的平均含量分别为47.23 mg·kg-1（DAP）和53.21 mg·kg-1（TCP），不同酸雨条件下磷肥处理土壤Pb含量变化率为3.12%~13.53%。研究表明，DAP与TCP在不同施用量下均能够有效钝化土壤中的Cd、Pb，对Pb的钝化效果要优于Cd，且钝化效果与施用量正相关，施用磷肥后15~45 cm土层溶液中Cd、Pb含量出现大幅度下降，45cm以下土层溶液中Cd、Pb含量变化较小，随着酸雨淋溶量的增加，DAP存在重新活化深层土壤溶液中Cd、Pb的风险。两种磷肥在强酸雨条件下均能够有效限制Cd、Pb在不同深度土壤中的迁移，使Cd大部分固定在0~15 cm土层，而Pb在不同深度土壤中分布差异较小。

• 5种新烟碱类农药在农田土壤中的吸附和淋溶行为

  胡传鹤,李永涛,尚梦如,陈欣敏,田卓迅,林学明

  为探究新烟碱类农药在农田土壤中的吸附、淋溶行为，于2022年4—8月，采用振荡平衡法和土柱淋溶法，以呋虫胺等5种新烟碱类农药为代表，在广东省河源市灯塔盆地国家现代农业示范区中选取3种不同类型土壤（红壤土、水稻土、潮土）开展试验。结果表明：5种新烟碱类农药在3种土壤中的Kd值（土壤吸附系数）范围为红壤土0.33~0.86 mL·g-1、水稻土1.47~3.21 mL·g-1、潮土0.63~1.47 mL·g-1；Koc值（土壤吸附常数）范围为红壤土36.67~95.56 mL·g-1、水稻土81.64~178.37 mL·g-1、潮土52.56~122.51 mL·g-1）；ΔG值（土壤吸附自由能）范围为红壤土-8.76~-11.10 kJ·mol-1、水稻土-10.71~-12.61 kJ·mol-1、潮土-9.64~-11.70 kJ·mol-1。5种新烟碱类农药在3种不同类型土壤中的吸附性属于难吸附，且为自发的物理吸附。土壤有机质含量（r=0.772 8~0.996 3）和土壤黏粒含量（r=0.734 5~0.963 4）是对农药吸附过程影响最为显著的土壤理化指标。5种新烟碱类农药在3种土壤的20~30 cm淋溶层及淋出液中的质量百分比范围为红壤土73.8%~87.4%、水稻土1.3%~62.3%、潮土10.5%~71.8%。5种新烟碱类农药在红壤土中的淋溶性属于易淋溶，在水稻土、潮土中的淋溶性属于可淋溶，土壤有机质含量越高，供试农药在土壤中越难淋溶。研究表明，5种新烟碱类农药在红壤土中难吸附、易淋溶，在水稻土与潮土中难吸附、可淋溶，5种新烟碱类农药会随降雨、灌溉等因素渗入土壤，对地下水造成潜在的污染。

• 微塑料降解菌群的筛选与性能研究

  朱会会,张淑彬,邹国元,肖强,刘东生,梁子安,刘建斌

  为探究微塑料降解菌群的降解性能及其对农作物种子发芽的影响，利用五点采样法于2020年9月采集北京市农林科学院长期覆膜样地土壤，通过富集培养法筛选获得一组微塑料降解菌群，命名为ZH-5，通过高通量测序技术和Biolog-Eco微平板法分析了ZH-5的组成多样性及生长特性，通过失重法、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱评估了ZH-5对微塑料的降解潜力，通过种子萌发试验探究了ZH-5对作物种子的毒性效应。结果表明：从土壤样品中筛选出的降解菌群主要由9门组成，包括94属，优势门中变形菌门（Proteobacteria）占比60.34%、放线菌门（Actinobacteriota）占比16.86%；主要菌属中新生螺旋菌（Noviherbaspirillum sp.）占29.81%、嗜氨菌（Ammoniphilus sp.）占16.28%、假单胞菌（Pseudomonas sp.）占11.76%。培养60 d后，ZH-5对聚乙烯的降解率达2.86%，对作物种子具有显著促生作用，与P0处理（未接菌液）相比，P1处理（接种稀释100倍菌液）对黄瓜、萝卜、甜瓜和香瓜根长的促生率分别为31.38%、108.13%、57.59%和223.03%。研究表明，ZH-5具有降解聚乙烯微塑料的潜力，在减轻微塑料对环境污染等方面具有一定的研究

• 人尿施用对生菜品质性状及土壤细菌群落结构的影响

  于广泉,魏孝承,王倩,王强,张春雪,杨波,郑向群

  人尿作为一种传统的有机液体肥料，具有广泛的应用前景。为探讨人尿施用对作物品质性状和土壤微生物群落结构的影响，本研究以温室大棚盆栽生菜（Lactuca sativa L.）为研究对象，设置人尿0 mL·kg-1（CK）、人尿13 mL·kg-1（T1）、人尿26 mL·kg-1（T2）和人尿52 mL·kg-1（T3）4种不同施肥管理的盆栽试验，测定生菜的产量及品质性状，并对土壤采用高通量测序技术探究不同人尿施用量对土壤细菌群落结构的影响。结果表明：与CK处理相比，T1、T2处理的生菜鲜质量分别提高了56.75%和100.01%，可溶性糖含量分别上升了90.63%、210.94%，但Vc含量分别降低了13.93%、26.62%，且T3处理生菜无法生长；与CK相比，施用尿液（T1~T3）使土壤TN、TP、AP、AK、NH+4-N、SOM含量分别上升了2.22%~37.78%、7.94%~20.63%、22.42%~128.90%、7.71%~83.70%、84.62%~159.62%、3.64%~7.52%，同时也使土壤EC提高了13.56%~161.02%，土壤C/N和pH分别下降了2.77%~21.90%和2.10%~10.28%；随着人尿施用量的增加，OTUs总数不断降低，Shannon指数不断降低，Simpson指数不断升高，土壤变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度逐渐增加，而厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度逐渐下降；另外，各处理对放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）等优势菌门的相对丰度均呈先升高后降低的趋势，其中T1处理达到最高值，较CK分别升高了14.71%、2.06%和16.17%。综上所述，在一定范围内，施用人尿能够显著增加生菜的鲜质量和可溶性糖含量，提高土壤养分含量，但过量施用会影响土壤细菌群落结构，降低细菌群落的多样性和丰度，生菜也无法正常生长。

• 炭基有机肥对设施番茄生长及其土壤性质的影响

  李夏,汪玉瑛,吕豪豪,何莉莉,刘玉学,王圣森,杨生茂

  本研究通过盆栽试验，旨在研究炭基有机肥对土壤理化性质和番茄生长发育的影响，为番茄设施生产中化肥减量增效提供依据和技术支持。供试番茄品种为浙粉715，有机肥为水稻秸秆与猪粪堆肥而成，以凹凸棒土-稻壳炭复合材料、稻壳炭、污泥炭为来源，加有机肥混合制成炭基有机肥。试验设置5个处理：不施基肥（CK）、常规施肥（CF）、矿物型炭基有机肥（CT1）、稻壳炭基有机肥（CT2）、污泥炭基有机肥（CT3），研究3种炭基有机肥氮替代60%化肥氮对番茄生长、养分含量、品质和土壤质量的影响。结果表明：炭基有机肥可显著提高土壤理化性质，增加酶活性，促进叶绿素含量的增加，提高番茄产量和品质。与CF处理相比，CT1处理显著提高土壤的pH、全氮和速效钾含量，显著增加土壤脲酶和过氧化氢酶活性，CT2处理显著提高土壤的全氮和有机质含量，增加了土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性。与CF处理相比，CT2处理更有利于叶绿素的积累，且番茄产量增加14.9%，氮吸收量也显著提高，CT2、CT3处理番茄的VC含量显著提高16.5%和19.5%，可溶性糖含量显著增加14.7%和12.1%，硝酸盐含量显著下降36.9%和34.9%，CT1、CT2处理番茄可溶性固形物含量显著提高14.8%和25.9%。研究表明，CT2稻壳炭基有机肥更适宜改良土壤理化性质，增加番茄叶绿素含量，提高氮吸收量，提升番茄产量和品质。

• 生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响

  陈斯,吴凤平,王辉,欧阳赞

  为减缓黏质砂红壤沼液水分下渗，本研究以生物炭不同混掺量和不同混掺厚度为影响因子进行室内土柱模拟试验，设置3种生物炭混掺量（1%、3%和5%）和4种混掺厚度（5、10、15 cm和20 cm），同时设置不混掺生物炭为对照处理（CK），以探究生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响，并优选出适宜的土壤水分入渗模型。结果表明：生物炭减小了沼液灌溉下红壤的湿润峰运移速率和累积入渗量，对红壤入渗表征为减渗效果。对于不同混掺量，红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着生物炭混掺量的增加而减小，其中5%混掺量处理为最小值。对于不同混掺厚度，1%和3%混掺量时，红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈先减后增的趋势，其中10 cm混掺厚度处理为最小值，较CK处理平均分别减小21.62%和26.89%；5%混掺量处理下，红壤湿润锋运移距离和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈递减趋势，其中20 cm混掺厚度处理为最小值，较CK处理分别减小35.58%和45.49%。采用Philip、Kostiakov、Horton模型对红壤水分入渗过程进行模拟，通过比较模型参数、RMSE和R2发现，Kostiakov模型拟合效果优于其他模型。研究表明，生物炭可抑制红壤水分入渗能力，减缓沼液水分入渗进程，达到减渗效果，进而降低了沼液下渗过快而引起地下水污染的风险。

• 2009—2019年红壤典型区水稻土有机碳组分库时空变化

  王玺洋,李亮,李晓晖,辛在军,何石福,孙小艳

  为及时掌握土壤有机碳组分库的时空变化，本研究基于历史采样信息开展新一轮土壤样品采集，进行100 d土壤呼吸培养实验，借助三库一级动力学模型，获得土壤活性碳库大小（Ca）、缓效性碳库大小（Cs）和惰性碳库大小（Cr），以揭示2009—2019年江西省东乡地区表层水稻土Ca、Cs和Cr的时空变化及主要影响因子。结果表明：2009—2019年研究区表层水稻土平均总有机碳（TOC）、Ca和Cs减少，而平均Cr增加；TOC、Ca、Cs和Cr的变化速率分别为-0.04、-0.02、-0.07 g·kg-1·a-1和0.05 g·kg-1·a-1（P>0.05）。土壤属性对2019年东乡地区表层水稻土TOC、Ca和Cr的空间变异影响较小，而土壤全氮（TN）对TOC、Cs和Cr的变异均有较大贡献，在制定水稻土固碳措施时，应关注土壤N含量的协同变异。此外，近10年来研究区北部和中部地区水稻土有机碳组分变化幅度较大，而西南和东南地区变化幅度较小，因此，未来红壤区水稻土固碳应重视各有机碳组分的时空分异。

• 磷添加对陇中黄土高原旱作农田土壤呼吸组分特征与碳平衡的影响

  甘润,齐鹏,郭高文,王晓娇,蔡立群,海龙,张仁陟

  磷素的大量输入，将显著影响陆地生态系统的碳平衡和碳固存，为探究陇中黄土高原旱作农田土壤呼吸及其组分动态变化特征与碳平衡对磷添加的响应，采用完全随机区组设计，设不施磷肥（CK）、低磷（P1）、中磷（P2）、高磷（P3）4个施磷水平，测定春小麦生育期各处理土壤呼吸及其组分与环境因子，计算土壤呼吸温度敏感性指数、净生态系统生产力与碳平衡。研究结果表明，磷添加增加了土壤呼吸及其组分的CO2排放量。与CK处理相比，P1、P2处理和P3处理土壤呼吸CO2累计排放量分别显著增加13.85%、24.86%和26.47%（P<0.05）；土壤异养呼吸显著提高了9.09%、9.4%和14.52%（P<0.05）；土壤自养呼吸分别提高了18.96%、39.98%和38.33%（P<0.05）。土壤呼吸及其组分受到多因素的共同作用，拟合分析结果表明，土壤水分和温度分别可解释土壤呼吸及其组分速率变异的37.0%~49.7%和69.4%~76.8%。逐步回归和方差分解结果表明，土壤呼吸的主要影响因素为0~5cm土壤碱性磷酸酶和0~10 cm土壤有机碳；异养呼吸的主要影响因素为0~5 cm土壤β-1，4-葡萄糖苷酶、0~5 cm土壤纤维素二糖水解酶和5~10 cm土壤碱性磷酸酶；自养呼吸的主要影响因素为0~5 cm土壤碱性磷酸酶、0~5 cm土壤速效磷、0~5 cm土壤有机碳和5~10 cm土壤纤维素二糖水解酶。CK、P1、P2处理和P3处理的净生态系统生产力均为正值，其数值分别为2640.10、3412.91、3579.83 kg·hm-2和3 790.74 kg·hm-2，均表现为土壤碳的“汇”。因此，在陇中黄土高原旱作农田生态系统管理中，应合理地增施磷肥（建议施用115 kg·hm-2），提高土壤固碳效率，科学合理地构建环境保护与经济高效并重的现代化农业生产管理体系。

• 贺兰山东麓农田土壤有机碳空间分布特征及其对盐碱化的影响

  李秀静,肖国举,郭占强,王静

  为了揭示土壤有机碳（SOC）与土壤盐分和pH在空间和数量上的变化规律，本研究于2019—2020年选择宁夏贺兰山东麓玉米农田生态系统为试验区，通过棋盘式布点法确定样点位置，采用普通克里金插值法和经典统计学方法，分析贺兰山东麓农田SOC与土壤盐碱化空间分布特征及响应规律。研究表明：试验区SOC在空间分布上呈现出中东部高四周低的特点；土壤全盐和Ca2+、Mg2+、Na+、SO+2-、Cl-等盐分离子的空间分布规律存在一定的相似性，即沿试验区中心呈南北对称分布，高值区大致分布在南北对角线两侧；土壤pH呈条带状分布，具有中间高四周低的分布特点。试验区土壤pH范围在8.47~9.44之间，总体呈碱性，CO32-和HCO-3是该区域土壤发生碱化的主导因子。随着SOC含量的增加，土壤全盐、土壤pH和Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SO+2-、CO32-、Cl-含量呈现先波动增大后减小的趋势。当SOC含量为1.00~6.00 g·kg-1时，SOC与pH、全盐呈显著正相关。研究表明，当SOC含量大于6.00 g·kg-1时，有利于改善土壤盐碱化问题。

• 毒死蜱在硅（110）晶面吸附的分子动力学模拟

  茅寅,许昌华,廖鹏飞,吴其皓,戴隆超

  为了研究利用硅微传感器检测农药——毒死蜱，基于分子动力学模拟方法，采用Materials studio软件进行研究，模拟真空环境和水环境中硅（110）晶面对毒死蜱分子的吸附过程，计算出了吸附能和吸附性能等。结果表明：水环境中毒死蜱和硅晶面的吸附能小于真空环境下的吸附能，其中毒死蜱与水分子的疏水作用能为吸附能变化的主要影响因素；水环境下最终吸附平衡构型中，分子并不完全吸附于基底，模拟温度在288 K、模拟时长在600 ps时，被吸附农药的分子量最多；毒死蜱分子距离硅晶面越近，被吸附的分子量越多。研究表明，在实际农药检测工作中，288、298、308 K温度下硅微传感器检测农药毒死蜱浓度的结果需要对应不同的浓度限值，即0.030、0.020、0.027 mg·L-1。

• TiO2-SiO2改性香蕉皮生物炭对水中二氯喹啉酸吸附性能研究

  卿朝霞,付敬,袁林,曾新颜,魏维科,杨丽华

  为了寻找有效去除污水中二氯喹啉酸（QNC）的方法，以农业废弃物香蕉皮为原料，磷酸、TiO2和SiO2为活化剂，制备了TiO2-SiO2改性香蕉皮生物炭（Ti-Si-BC）。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、比表面积法（BET）和元素分析（EDS）等手段对改性前后生物炭的物理化学性质进行表征，研究了Ti-Si-BC对QNC的吸附机理以及接触时间、初始浓度、温度和吸附剂用量等因素对吸附效果的影响。结果表明：磷酸、TiO2和SiO2的协同改性显著提高了生物炭的比表面积并增加了吸附点位。在QNC初始浓度为60 mg·L-1时，Ti-Si-BC对QNC的吸附率是天然香蕉皮生物炭（BC）的2.5倍。Ti-Si-BC对QNC的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型，说明吸附包括表面的物理吸附和内部的化学扩散。等温吸附过程更符合Freundlich模型，说明吸附为非均相多层吸附。热力学结果表明该吸附为吸热的自发反应。Ti-Si-BC对QNC吸附的机理主要包括孔隙填充、静电和氢键等作用，其吸附效果较BC明显提高，具有良好的应用潜力。

• 生态循环水养殖池塘抗生素抗性基因污染特征研究

  曲疆奇,张清靖,吴彦飞,俞文钰,赵萌,朱华

  为探究生态循环水池塘养殖模式中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）污染特征，本研究利用宏基因组技术检测分析了生态循环水养殖池塘ARGs的赋存特征及其与微生物群落和环境变量的相互关系。结果显示：试验共检测出21类1092种亚型ARGs，池塘底泥是ARGs的主要储存库。池塘中抗性基因macB、tetA（58）和nov相对丰度最高，多药类和主动外排泵是最主要的ARGs类型和耐药机制。养殖池塘水体和底泥微生物群落组成差异显著（P<0.05）。优势菌变形菌门（Proteobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）中的多种菌属与不同类型ARGs存在显著正相关性，表明ARGs在这些菌属间具有水平转移的趋势，微生物为ARGs在系统中的持久存在和向水体扩散传播提供了有利条件。此外，氨态氮、亚硝态氮和硝态氮是影响养殖池塘ARGs分布特征和微生物群落组成的主要环境因子。本研究确定了生态循环水养殖系统中养殖池塘ARGs可能的背景值，并提供了生态化循环水养殖尾水具有较高ARGs传播风险的定量信息，为进一步优化升级生态循环水养殖系统、降低ARGs污染和保护养殖环境提供了数据支持。

• 沉水植物对罗氏沼虾养殖系统的水质调控效应

  缪艳阳,高志宝,李旭光,周军,许志强,徐宇,林海

  为研究沉水植物对罗氏沼虾养殖系统的水质调控效应，比较了生态养殖组与传统养殖组的水质、浮游动植物和微生物群落结构特征，解析了浮游动植物、微生物优势种群与水环境因子之间的关系。结果表明：两组养殖水体水质与浮游生物群落结构均存在显著差异。生态养殖组的总磷（TP）、总氮（TN）、化学需氧量（COD）和叶绿素a（Chl-a）浓度均低于传统养殖组。传统养殖组浮游植物与浮游动物生物量均高于生态养殖组，两组浮游植物与浮游动物多样性指数存在显著差异。微生物主要包括放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门和变形菌门，其中生态养殖组放线菌门的丰度最高，传统养殖组优势菌为蓝细菌门的微囊藻属、鱼腥藻属以及拟杆菌门的黄杆菌属。冗余分析结果表明TP、COD和溶解氧（DO）是影响水体浮游生物群落组成与分布的关键因子。综上所述，利用沉水植物开展罗氏沼虾养殖水环境的原位净化，可显著消减养殖水体氮、磷营养盐，降低浮游动植物生物量，提高水体微生物群落结构稳定性，改善养殖水环境。

• 猪场废水高剂量次氯酸钠消毒下消毒副产物的赋存特征研究

  王恩全,徐雄,隋倩雯,郑蕊,陈梅雪,刘权震,张倩茹,魏源送

  为了明晰猪场废水高剂量NaClO消毒产生消毒副产物（DBPs）的赋存特征，本研究采集了典型猪场废水厌氧消化+改良A2O工艺的不同工艺段出水，采用全二维气相色谱-质谱联用（GC×GC-qMS）结合三维荧光（3D-EEM）分析，研究了猪场废水厌氧消化+改良A2O工艺处理过程有机物变化对DBPs的影响。猪场原水、厌氧消化池出水、改良A2O池出水经100 mg·L-1 NaClO消毒后共检测到10类38种DBPs。猪场原水消毒后检测到大量氯酚类和氯杂环类DBPs，厌氧消化+改良A2O工艺对这部分DBPs前体物有很好的去除效果，经厌氧消化处理后氯酚类和氯杂环类DBPs分别减少了88.50%、77.64%。但厌氧消化会增加酯类和烃类，使氯酯类和氯烃类DBPs产生量分别增加了392.18%、68.37%，改良A2O工艺可以去除部分氯酯类和氯烃类DBPs前体物。改良A2O工艺出水有机物C/N升高、H/C降低，HIX增大，腐殖化程度与稳定程度升高、芳香度升高，可能是出水消毒后氯烃类DBPs增加的原因。厌氧消化+改良A2O工艺难以去除氯酯类和氯烃类DBPs前体物，猪场废水处理系统需要加强对这部分前体物的去除能力。

• 不同饲养方式下的羊产排污系数对比研究

  李丹阳,王娟,袁京,亓传仁,张燕卿,丁京涛,王惠惠,沈玉君,李国学

  为了对比研究不同饲养方式下的羊产排污系数，在我国云贵高原牧区选择一家以半放牧半舍饲为饲养方式的规模化羊场，在长江中下游丘陵地区选择一家全舍饲的规模化羊场作为试验地点，对不同饲养阶段的贵州半细毛羊和湖羊的产污系数和排污系数进行了测定。结果表明：产污系数方面，贵州半细毛羊的平均粪便量、尿液量、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）、铵态氮（NH+4-N）、硝态氮（NO-3-N）、铜（Cu）和锌（Zn）产污系数分别为0.97 kg·d-1·只-1、0.53 L·d-1·只-1、318.01 g·d-1·只-1、7.12 g·d-1·只-1、2.03 g·d-1·只-1、2.89 g·d-1·只-1、41.00 mg·d-1·只-1、0.76 mg·d-1·只-1、14.77 mg·d-1·只-1；湖羊的数值分别为0.99 kg·d-1·只-1、0.56 L·d-1·只-1、384.76 g·d-1·只-1、8.98 g·d-1·只-1、1.56 g·d-1·只-1、1.46 g·d-1·只-1、41.34 mg·d-1·只-1、0.38 mg·d-1·只-1、41.84 mg·d-1·只-1。粪便量与饲料量、尿液量与饮水量之间均呈显著正相关。排污系数方面，排污系数除受产污系数影响外，还与粪便量、粪尿中污染物浓度、饲养方式等有关。排污系数与产污系数的比值（排产比）与羊饲养方式和清粪方式有关，以全舍饲为饲养方式的羊场各污染物排产比均低于半放牧半舍饲羊场。因此，在不考虑成本和养殖规模的前提下，为了控制羊养殖业对环境造成的污染，应首选全舍饲的饲养方式。

• 促生长抗生素禁用后养猪场多重耐药菌群及耐药特征变化

  侯金江,孙兴滨,高浩泽,王旭明,郭雅杰,高敏,仇天雷

  由于频繁使用抗生素，养殖动物粪便中多重耐药菌会给周边环境带来生态风险。为了解促生长类抗生素（Antibioticgrowth promoters，AGPs）禁用后养猪场来源多重耐药菌群的变化特征，本研究采集AGPs禁用前后猪场粪便样品，开展了多重耐药菌计数、分离培养及鉴定，并利用16S rRNA基因扩增子测序对可培养多重耐药菌群进行比对分析，同时利用药敏试验分析了AGPs禁用前后多重耐药菌株的耐药变化特征。结果表明：禁用AGPs后猪场粪便中多重耐药率显著下降。AGPs（主要为土霉素）残留浓度能够显著影响禁用前后的多重耐药菌群分布，同时AGPs禁用也能够显著减少猪粪中的多重耐药菌种类。猪粪中多重耐药菌主要分布在变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，Escherichia在所有样本中均是优势多重耐药菌属，Kurthia、Providencia、Leucobacter、Corynebacterium、Ignatzschineria、Lysinibacillus、Staphylococcus等多重耐药菌属相对丰度在禁用AGPs后有所减少。禁用AGPs能够降低猪粪中多重耐药菌的饲用抗生素的耐药率，如四环素类、氯霉素类、大环内酯类等，但也会升高治疗用抗生素如氨基糖苷类、头孢类、利福平类抗生素的耐药率。

• 中国棉花生产碳排放核算与碳达峰预测

  吴沣槭,黄伟斌,陈家乐,韩迎春,冯璐,王国平,李小飞,李亚兵,王占彪

  为预测碳达峰时间和峰值，综合分析减排潜力，本研究使用生命周期评价法对2004—2018年棉花生产碳排放进行核算，基于STIRPAT模型进行模拟，结合Kaya恒等式确定模型变量为技术效率、生产规模、进口数量、农业经济和城镇化率，通过岭回归确定系数将2019—2035年碳排放情景分为高减排度情景（HERS）、中等减排度情景（MERS）、基准情景（BS）3类进行变量设定和预测。结果表明：2004—2018年中国棉花生产碳排放及其增长率呈缓慢上升趋势，2018年碳排放达到最高值（24.34万t），新疆的碳排放值最大（2018年占比86.8%）并呈明显增加的趋势，肥料生产与施用、灌溉用电、农膜是生产过程中的主要碳排放构成因素。用于模拟中国棉花生产碳排放的STIRPAT模型性能良好（R2=0.866，adjusted R2=0.792，P=0.001），自变量均对因变量有显著影响（P<0.01），生产规模、城镇化率和技术效率是主要宏观影响因素。结果显示2019—2035年HERS、MERS、BS下中国棉花生产碳达峰时间分别是2021、2025、2031年，峰值分别为24.89万、26.12万、27.25万t。研究表明，在未来棉花生产向着集约化和规模化方向发展的同时，提高生产效率以及加快低碳种植技术和土壤固碳技术的研发与推广是推动棉花低碳生产的主要突破点。

• 我国畜牧业碳排放时空特征与趋势预测

  顾沈怡,邱子健,詹永冰,钱锟,熊若男,戴海洋,尹君,申卫收

  为了探讨全国畜牧业碳排放的时空特征并预测到2060年的碳排放趋势，本研究利用排放因子法对全国2001—2017年畜牧业碳排放进行估算，并根据中国膳食协会所制定的膳食指标的食肉量进行预测。结果表明：2001—2017年全国畜牧业CO2e排放量整体呈现出升高-降低-回升-降低的趋势，并在2005年达到畜牧业碳排放峰值，估算为4.86亿t。在碳排放源中，畜禽胃肠道发酵的碳排放量占比高于畜禽粪便管理系统，并且在主要畜禽种类中非奶牛养殖过程中的碳排放量要高于其他的畜禽种类。在空间分布上，中南和西南地区的碳排放量相较于我国其他地区更高。根据膳食指标规定的健康食肉量标准进行调整，对于碳减排有着显著的积极影响，在未来40年内可减少畜牧业碳排放量的25%~75%。研究表明，在2001—2017年间全国畜牧业已在2005年实现碳达峰，在未来膳食结构中肉类消费量改善的前提下，畜牧业碳排放量的持续降低有利于我国碳中和目标的实现。