农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2023年第9期

• 全氟化合物控制政策、识别控制技术及生态风险评估进展

  刘勋涛,李春阳,陈汐昂,王文兵,刘绿叶

  全氟化合物（Perfluorinated compounds，PFCs）由于自身良好的化学及热稳定性和高表面活性，在与生活、生产密切相关的产品生产中被普遍应用，近年来已成为备受关注的新型持久性有机污染物。PFCs难降解，具有长距离迁移性且易在生物体中富集，在水体、土壤、大气、沉积物等环境介质及生物体中被广泛检出。具有多种毒性效应的PFCs会对人类和生态系统造成一定的威胁，为了及时应对PFCs可能对未来造成的环境风险，本文主要综述了世界范围尺度下主要国家和地区对PFCs的控制政策、污染限值、污染来源、污染识别、控制技术及生态风险评估方法，以期为未来管控和消除PFCs污染提供指导意见。

• 油菜与鹰嘴豆、羽扇豆间作对P、Fe、Zn养分吸收利用特征的影响

  岳骞,纪正青,盛婧,许乃霞,朱普平,王鑫,宗焦,郭智,李庆魁,朱曦

  为研究油菜与鹰嘴豆、羽扇豆间作对土壤养分P、Fe、Zn的吸收利用特征及其影响因素，通过盆栽试验，设置6个处理，包括对照（CK）、鹰嘴豆单作（CP）、羽扇豆单作（LU）、油菜单作（RA）、油菜与鹰嘴豆间作（RA/CP）、油菜与羽扇豆间作（RA/LU）。结果表明：油菜/鹰嘴豆间作的地上部生物量和P、Zn养分吸收总量均为最高，其生物量比油菜单作、鹰嘴豆单作均提高约74%，P吸收总量比油菜单作和鹰嘴豆单作显著提高76.5%和113.9%，地上部植株Fe、Zn吸收总量相比于单作最高提升比例分别达到270%和121%。油菜/鹰嘴豆、油菜/羽扇豆间作使油菜根际土有效P含量分别提升33.8%和50.4%，而对鹰嘴豆和羽扇豆的根际有效P提升强度并不明显。间作均不同程度促进两种作物根际土有机酸的含量，其中油菜/羽扇豆间作处理下的油菜作物根际土有机酸总量提升幅度最大，是单作作物的1.6倍。研究表明，油菜与鹰嘴豆、羽扇豆两种豆科作物间作均可以提高油菜植株生物量和植株对P、Fe、Zn养分的吸收，其中油菜与鹰嘴豆间作的养分吸收利用强度更佳。

• 螯合剂和有机酸对商陆修复镉砷污染农田的影响

  张雅睿,黄益宗,徐峰,保琼莉,魏祥东,铁柏清,张盛楠,韩廿,黄永春

  基于利用植物提高Cd和As复合污染农田修复效率的目标，通过大田试验方法探究了乙二胺四乙酸（EDTA）、皂素（SAP）、柠檬酸（CA）和苹果酸（MA）对商陆萃取农田土壤Cd和As的影响。结果表明，施用4种不同螯合剂和有机酸对商陆的生长没有产生不利影响，且可以显著影响商陆对土壤Cd和As的吸收积累。与对照组相比，EDTA、SAP、CA和MA处理60 d后导致商陆叶片Cd含量分别提高116.4%、55.0%、81.5%和109.9%，商陆地上部Cd积累量提高40.4%~106.0%，商陆地上部As积累量提高15.8%~55.1%。商陆各器官Cd和As的富集系数和转运系数也受螯合剂和有机酸施用的影响。施用EDTA、SAP、CA和MA均对商陆根际土壤Cd和As含量产生显著影响，SAP处理对降低商陆根际土壤Cd含量的影响最显著，而MA处理对降低商陆根际土壤As含量的影响最显著。研究表明，EDTA、SAP、CA和MA均可提高商陆萃取农田土壤Cd和As的效率，尤其是EDTA和MA的效果更好。

• 锑污染土壤中添加蚯蚓对油菜生长及土壤特性的影响

  白婧,刘宏辉,卢丹,农州,马江涛,陈琳玉,郑玉,向国红,段仁燕

  为探究蚯蚓对锑污染土壤中油菜的生长及根际土壤特性的影响，通过盆栽培养试验，研究了赤子爱胜蚓添加后锑污染下油菜幼苗生物量、富集系数的变化，并从根际土壤养分、酶活性和细菌群落结构3个方面初探了锑污染状况下蚯蚓对油菜富集锑的影响机制。结果表明：锑污染土壤中，赤子爱胜蚓可以提高油菜的生物量以及锑的富集，南油杂1号锑的富集含量达到358.30mg··g-1；锑显著抑制了过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性（P<0.05），蚯蚓显著提高了锑胁迫下两个油菜品种根际土壤的过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性（P<0.05），最大激活率分别为13%~31%、15%~48%和24%~44%；冗余分析表明全磷、全氮、碱解氮是影响土壤酶活性变化的重要因子；添加蚯蚓未改变油菜根际土壤中优势菌门的组成，主要增加了Bacteroidetes、Cyanobacteria和Chloroflexi的丰富度，其中Bacteroidetes与过氧化氢酶、脲酶活性呈极显著正相关（P<0.01）。研究表明，蚯蚓-油菜联合能降低农田土壤中锑的含量，起到一定的生态修复效果，南油杂1号的修复潜能大于沣油958。

• 基于小流域尺度的矿区农田土壤重金属源解析

  杨宇,周佳俊,郭婷婷,丁洪伟,刘孝利

  为定性定量分析浏阳七宝山矿区耕地土壤重金属污染来源及源贡献率，以农业小流域为研究尺度，基于GIS网格布点法共采集了60个0~20 cm耕层土壤样品，测定其Cd、As、Fe、Mn、Cu、Zn和Pb的含量及pH值，并综合运用地统计、多元统计和正定矩阵因子分析（PMF）模型等方法对小流域耕地土壤典型重金属污染元素进行定量源解析。结果显示： Cd、As、Cu、Zn和Pb的均值分别是湖南省土壤背景值的10.0、2.1、4.5、2.0倍和4.8倍，且超过农用地土壤污染风险筛选值（除As外）；多元统计分析将7种元素分成3大类，第一类为Fe和Mn，第二类为As和Pb，第三类为Cd、Cu和Zn； PMF模型解析出7种重金属均受到干湿沉降和历史上污水灌溉的影响，此外，Fe和Mn主要由成土母质控制，Cd、Cu和Zn主要源于矿冶活动（尤其是Cd），As和Pb则主要来源于农药化肥和交通运输。研究表明，流域内耕地土壤重金属污染的主要来源是人类活动，包括工农业活动和交通运输。

• 壳聚糖、铁锰改性稻壳生物炭的表征及其Cd2+吸附性能研究

  王江南,孙晓雪,杨玲辉,姜楠,张淼,刘遵奇,赫天一

  为改善稻壳炭对Cd2+的吸附能力，分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性，成功制备了壳聚糖改性稻壳炭（C-BC）和铁锰改性稻壳炭（FM-BC），表征了各稻壳炭的基础理化性质，包括比表面积分析（BET）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射表征（XRD），进行了动力学吸附实验和等温吸附实验，并在不同pH和投加量条件下，研究了改性生物炭对Cd2+的吸附量和去除率。结果表明：两种改性方式均减小了稻壳炭的比表面积和总孔隙体积； FM-BC含有Mn-O、Fe-O的特征官能团，此外改性前后稻壳炭的官能团类型基本不变；两种改性方式均使稻壳炭产生了对应的晶体结构变化。两种改性炭对Cd2+动力学吸附特征均符合准二级动力学模型，颗粒内扩散模型均分为3个阶段，对Cd2+等温吸附特征均符合Langmuir模型； C-BC和FM-BC的最大吸附量分别为25.51 mg·g-1和16.25 mg·g-1，是BC （14.97 mg·g-1）的1.7倍和1.08倍。随着溶液pH增加，C-BC和FMBC的吸附量和去除率逐渐增加，且始终高于BC；随着投加量的增加，C-BC和FM-BC的Cd2+去除率逐渐增加，而吸附量逐渐降低。两种改性方式均能够在一定程度上提高稻壳炭对Cd2+的吸附能力，均以单分子层化学吸附占主导，C-BC的最大吸附量明显高于FM-BC，适度调整溶液pH和投加量可改善改性稻壳炭的Cd2+吸附效果。

• 苏州生态涵养区农业土壤中农药残留的分布特征及风险评估

  郝雨阳,宋鹏,徐彦军,田光明,许艇

  为评价苏州生态涵养发展实验区农业土壤中农药的污染状况与潜在风险，运用气相色谱-质谱法（GC-MS）检测了苏州生态涵养区63个位点的农业土壤中46种农药的残留水平，结合非度量多维尺度分析其时空分布特征，并以风险商法评估其生态风险。结果显示：土壤样品中共检出有机氯、有机磷、噻二嗪及拟除虫菊酯4类农药，其平均浓度分别为31.8、56.9、109.8 μg·kg-1和71.9 μg·kg-1。p'p-DDE检出范围最广（检出率91%~100%），噻嗪酮检出浓度最高（1 061.1 μg·kg-1）。生态风险评估显示，27%的土壤样点存在潜在生态高风险，风险来自p，p'-DDE、噻嗪酮、水胺硫磷、联苯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯7种农药。

• 减氮配施生物炭对水稻生产力及土壤细菌群落组成的影响

  陈海浪,罗家欣,何洋,宁川川,柳瑞,田纪辉,蔡昆争

  为研究氮肥减量及配施生物炭对稻田作物生产力和土壤微生物区系及功能代谢的影响，通过田间定位试验，设置不施氮（CK）、常规施氮（N100）、减氮20%（N80）、减氮20%配施生物炭（N80BC）、减氮40%（N60）、减氮40%配施生物炭（N60BC） 6个处理。结果表明：减氮配施生物炭处理不会降低水稻作物的产量，但可显著提高土壤pH和有机碳（TOC）含量。土壤微生物测序结果表明，不同处理对土壤细菌α多样性指数没有显著影响。变形菌（Proteobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）、酸杆菌（Acidobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、芽单胞菌（Gemmatimonadetes）是水稻土中优势微生物类群（门水平）。N60BC处理的变形菌、芽单胞菌、放线菌的相对丰度分别比N100处理高36.8%、40.7%和11.3%；在属水平上，N60BC处理的鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、马赛菌属（Massilia）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）的相对丰度分别比N100处理高68.6%、54.0%和49.2%。KEGG分析结果表明，与N100处理相比，N60BC处理显著增加土壤微生物的氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和能量代谢功能。土壤总氮（TN）、TOC、pH对细菌群落的贡献率分别为19.4%、7.4%、6.8%。Pearson分析结果显示，土壤pH与酸杆菌的丰度呈显著正相关，土壤TN与变形菌、芽单胞菌的丰度呈显著正相关，而与绿弯菌、疣微菌（Verrucomicrobia）的丰度呈显著负相关（P<0.05）。研究表明，适量减少氮肥，同时配施生物炭可以改善土壤细菌的群落结构和功能，促进水稻的生长，是一种稻田减肥稳产的管理措施。

• 有机肥配施生物菌肥对设施黄瓜土壤改良效果

  金珊,刘雪,陈卓帛,李路瑶,陈雪,耿兵

  探究有机肥配施生物菌肥对设施蔬菜种植过程中不合理施肥等所导致的连作障碍、蔬菜生长状况不良和土壤养分失衡等问题的改善情况。本研究通过田间试验，设置了空白对照、传统施肥、单施生物菌肥、有机肥与生物菌肥配施和液态有机碳与生物菌肥配施5个处理，重点对比不同施肥处理对土壤基本化学性质、土壤酶活性、设施蔬菜的生长状况和蔬菜根际微生物群落结构的影响。有机肥配施生物菌肥处理的叶绿素相比空白对照和传统施肥处理分别提升了6.04%和8.74%，且明显提高土壤中速效养分和酶活性，最大增幅分别达22.80%和43.88%，单施生物菌肥的处理相比传统施肥增加了土壤中细菌和放线菌的数量（11.96%、9.39%）、降低了真菌数量（21.54%），改善了土壤微生物结构，丰富了细菌多样性，有助于降低设施蔬菜土传病害的发生。有机肥配施生物菌肥更有助于达到土壤-植物-微生物系统优化效果，相比其他处理更有利于提升土壤肥力质量、促进设施黄瓜田间生长、改善土壤微生态环境和提高土壤微生物多样性，而单施生物菌肥在提升土壤微生物数量上也有很好的效果。

• 栽培措施对水稻氮素吸收利用及稻田尾水氮磷含量的影响

  丁周宇,张娜,舒小伟,杨英,王树深,伏桐,赵士茹,王子涵,周娟,姚友礼,季美娣,董桂春

  为探讨在不同耕作模式下秸秆还田和肥料品种对水稻产量形成、氮素吸收利用、土壤养分含量及稻田尾水氮磷含量的影响，以南粳9108和金武软玉为供试材料，设计秸秆还田与肥料品种、秸秆还田与耕作方式、耕作方式与肥料品种3个互作试验。结果表明：与秸秆不还田处理相比，秸秆还田处理的水稻产量平均高5.57%，成穗率平均高6.11%，吸氮量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数、氮肥偏生产力和氮肥利用率分别高3.30%、2.16%、0.70%、5.46%和4.96%，土壤中全氮和速效氮含量分蘖期较低，分蘖期后较高，全生育期尾水中总氮、总磷含量分别平均提高4.83%、39.28%。与浅旋处理相比，深耕处理的水稻产量平均高9.75%，成穗率平均低0.62%，吸氮量、氮素籽粒生产效率、氮肥偏生产力和氮肥利用率分别高3.27%、6.33%、9.76%和1.52%，氮素收获指数低1.42%，土壤全氮和速效氮含量分别低0.27%和2.83%，全生育期尾水中总氮、总磷含量分别平均降低4.23%、12.71%。与速效肥处理相比，缓释肥处理的水稻产量平均低12.01%，成穗率平均低2.95%，氮素籽粒生产效率、氮素收获指数、氮肥偏生产力分别低13.89%、4.48%%、12.05%，吸氮量和氮肥利用率分别高1.92%和3.85%，土壤全氮含量高1.50%，土壤速效氮含量低2.83%，全生育期尾水中总氮、总磷含量分别平均降低6.31%、1.12%。还田深耕速效肥处理产量最高，氮肥利用率略低，尾水氮、磷含量较高；还田深耕缓释肥处理的产量略低，尾水氮磷含量最低，氮肥利用率最高。研究表明，采用秸秆还田+深耕+速效肥的方式有利于水稻产量的提高，采用秸秆不还田+深耕+缓释肥的方式可以提高氮肥利用率，减少稻田对环境中氮、磷的排放。

• 树脂包膜尿素配施普通尿素对直播稻田氨挥发、氮素径流和渗漏损失及产量的影响

  周乾顺,朱建强,邹宇傲,杨泽宇,何明佳,吴启侠

  为探究树脂包膜尿素与普通尿素配施对直播稻田氮素损失的影响，于2021年开展大田试验，在施氮180 kg·hm-2水平下，设置8个氮肥处理：树脂包膜尿素（基肥）∶普通尿素（分蘖肥）=4∶6 （CRF4U6）、6∶4 （CRF6U4）、8∶2 （CRF8U2），一次性基施树脂包膜尿素（CRF10U0）；普通尿素（基肥）∶普通尿素（分蘖肥）=4∶6 （C4U6）、6∶4 （C6U4）、8∶2 （C8U2）；以不施氮处理为对照（CK）。结果表明：施树脂包膜尿素处理（CRFU系列）基肥期氨挥发通量峰值显著低于施普通尿素处理（U系列），水稻整个生育期氨挥发损失量以CRF10U0最低，CRF8U2次之，其氨挥发损失率分别为7.35%和8.92%。CRFU系列水稻生育期总氮（TN）径流流失率均显著低于U系列，以CRF10U0最低，CRF8U2次之，其流失率仅为1.69%和2.04%，原因是直播稻田径流主要发生在施基肥后，而CRFU系列基肥期（5月22日、5月26日）径流TN浓度显著低于U系列。直播稻田30 cm处渗漏水中氮素以NH+4-N为主，基肥期CRFU系列30 cm处渗漏水中TN、NH+4-N浓度峰值显著低于U系列，水稻整个生育期氮素渗漏损失量CRFU系列显著低于U系列，以CRF10U0最低，CRF8U2次之，其渗漏淋失率分别为2.90%、3.18%。CRF8U2与C4U6产量显著高于其他处理（CRF10U0除外），而CRF8U2产投比仅比C4U6低4.90%。综合考虑氮素损失、产量和产投比等多方面因素，CRF8U2施肥模式更加贴合直播稻实际生产。

• 单原子铜改性氮化碳光芬顿降解水体中盐酸四环素及其机理研究

  郝家琛,杨强,崔培昕,王卫轩,罗小三,王玉军

  本研究采用一步热解法合成了单原子铜改性的氮化碳光催化材料（Cu-CN），并通过同步辐射X射线吸收谱、高分辨透射电子显微镜、电子顺磁波谱和光致发光光谱等表征手段对该催化剂性质及其光芬顿降解抗生素盐酸四环素（Tetracycline，TC）降解机理进行深入研究。结果表明： Cu-CN可以在30 min内降解超过90%的TC，反应速率常数达到0.009 93 min-1，是未改性氮化碳催化剂的7.76倍，单原子Cu的引入可以显著提升氮化碳的光催化活性。同步辐射X射线吸收谱结果显示形成的Cu-N键可快速将光生电子传递给Cu，促进电子空穴空间分离，从而提升光催化活性；同时Cu（Ⅰ）与Cu（Ⅱ）的循环还可以迅速活化双氧水产生羟基自由基（·OH）。光生电子、空穴和·OH参与了TC降解反应，其中空穴起主导作用。在实际水体中，Cu-CN光芬顿体系依然有良好的TC降解效果，说明该催化剂具有很好的环境适应能力和实际应用前景。

• KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

  钟来元,廖荣骏,刘付宇杰,罗章奕

  以花生壳为原料、KOH为改性剂，考察碱改性工艺流程中的参数（热解温度、碱炭比和碱处理方式）对改性生物炭吸附盐酸四环素（TCH）的影响。通过吸附实验，以原状生物炭（BC600）为对照，探讨改性工艺参数的变化对吸附性能的影响。对生物炭进行扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、比表面积与孔径分析、傅里叶红外光谱（FTIR）、pHPZC等表征，探究生物炭对TCH的吸附机理。结果表明：碳化温度600℃、碱炭比2∶ 1、使用碱后处理-熔融法制备的改性生物炭（Post-MBC）对TCH去除能力最强。在25℃、pH=4的环境下，0.1 g的Post-MBC对40 mL 0.06 mg·mL-1的TCH去除率可达99.07%，Post-MBC对TCH的理论最大吸附量可达240.94mg·g-1（45℃）。Post-MBC的比表面积和微孔体积可达863.56 m2·g-1和0.26 cm3·g-1，KOH改性使生物炭的亲水性降低、表面带有负电荷，提高了对疏水性污染物和带正电荷污染物的吸附能力。生物炭的动力学模型更符合McKay方程，三种等温吸附模型的相关系数均较高。改性后的生物炭对TCH的吸附以化学吸附为主导，吸附过程吸热且自发进行。吸附机理包括孔隙填充作用、π-π相互作用、氢键作用、静电相互作用和疏水相互作用。

• 腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

  来张汇,张小龙,何慕雨,方若超,孙盛进

  本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300），通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团，得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭，分析改性生物炭对Cd2+的吸附能力，借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd2+的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质，HBC300表面增加了COOH和OH官能团，而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd2+吸附反应速率和吸附性能，表现出改性生物炭在水中去除Cd2+的潜力。其中，SBC300对Cd2+吸附效果最佳，其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g-1，但吸附反应速率小于HBC300，符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明，生物炭表面修饰官能团加快了对Cd2+吸附反应速率，但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd2+的吸附反应速率。

• 长江中游某矿区水体和沉积物重金属来源解析及分布特征和生态风险评估

  张力浩,王国昌,游来勇,刘梦丽,田瑞云,寇乐勇,孙斌,周静

  为探究长江中游沿江某矿区周边水-沉积物重金属分布特征、潜在风险及其来源，本研究以江西省北部某矿区周边水体及其沉积物中7种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn）为研究对象，通过多点采样分析其在地表水-沉积物系统中的污染特征，并运用单因子评价指数和地累积指数（Igeo）分别对地表水和沉积物中所含重金属进行风险评价，最后通过正定矩阵因子分析（Positive definite matrix factorization，PMF）模型解析沉积物中重金属来源。结果表明：受酸性矿山废水直排影响，该地区地表水和沉积物酸化严重，pH最低分别为2.12和2.62。水体和沉积物中，以Cu、Zn和Cd超标较为严重，水体中分别为0.001~46.96、0.01~122.90、ND~64.97 mg·L-1，沉积物中分别为21.30~1 840.61、54.20~1 487.55、0.04~18.73 mg·kg-1，其中以Cd点位超标率最高（68.97%）。风险评价结果表明，超过50%的点位受到Cu和Cd的污染，属于重度风险等级，且多集中于废水排放源头（近矿区）和湖泊（缓水）区域，因此Cd和Cu是构成此区域水和沉积物潜在生态风险的主要重金属。针对沉积物重金属的PMF源解析结果也表明，采选矿活动产生的废渣和废水是造成研究区Cd和Cu超标的主要原因。综上，研究区水和沉积物受到矿冶生产影响，重金属Cu和Cd超标严重，应列为优先控制污染物。

• 不同氮磷比对北洛河中藻类生长的影响

  杨震,张会强,陈静,赵荣娜,张淳,张秦铭,殷宪强,范晓腾

  为探究不同氮磷比条件下北洛河中藻类的生长情况与多样性变化，本研究于北洛河下桃水电站坝上水库采集水样，通过添加磷酸盐提高水体中总磷浓度、调整氮磷比，根据总磷浓度（0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 mg·L-1）共设置11个处理组，进行5 d的藻类培养实验。结果表明：不同培养体系中共鉴定出藻类4门31属，其中蓝藻门的微囊藻属、平裂藻属和绿藻门的栅藻属、十字藻属、惠氏藻属的占比相对较高，为北洛河中的优势种属；藻类细胞丰度随着总磷浓度升高先逐渐上升，并在0.40 mg·L-1组达到最高；当总磷浓度≥0.10 mg·L-1时，优势藻类开始暴发性生长，导致物种丰富度指数显著升高（P<0.05），而Shannon多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数显著下降（P<0.05）。通过对水样中氮磷浓度进行测定发现，随着外源磷输入量的增加，藻类对总氮的吸收加快；当总磷浓度高于0.10 mg·L-1时，可明显促进藻类对总氮的吸收，吸收氮磷比趋于平稳。综上所述，本研究初步发现外源磷的输入可促进北洛河中藻类对总氮的吸收，总磷浓度≥0.10 mg·L-1可明显引起蓝藻门和绿藻门等优势藻类暴发性生长，存在水华发生的风险。

• 河南省某典型蛋鸡养殖舍秋冬季氨排放特征

  张杰,郑珂,郭笑盈,万俊锋,杨敬贺,王岩

  为阐明典型集约化蛋鸡养殖舍氮素排放特征，以及为集约化蛋鸡舍后续氨减排措施的研究提供基础数据和技术支撑，以河南省禹州市某典型笼养型蛋鸡舍为研究对象，利用高灵敏电化学氨气检测传感器在秋、冬季采用多点连续监测方法分析了蛋鸡舍内温度与湿度对鸡舍外排气体中NH3浓度的影响。结果表明，秋季舍内温度日夜相差不明显，平均温度为24.0℃；冬季相对于秋季舍内外温差较大，舍内温度日夜相差较大，平均温度为21.4℃。秋季舍内湿度日夜相差较大，每日平均湿度为52%；冬季舍内湿度日夜相差较小，冬季每日平均湿度为46.4%。秋、冬季蛋鸡舍出风口处外排NH3浓度分别为0~8.68 mg·m-3和0~5.4 mg·m-3。外排NH3浓度随清粪频率呈现出当次清粪完成后外排NH3浓度最低，随后伴随养殖舍内鸡粪不断累积而增加直到下次清粪开始前达到最高，外排浓度的周期性变化趋势且与舍内温度、湿度呈正相关关系。监测数据表明优化集约化笼养型养殖舍的粪污清理过程和对舍内温湿度精准调控是目前养殖条件下大幅减少氨排放的有效路径。

• 江苏省规模化肉鸭旱养全饲养周期污染物产生量及其环境效应

  曹云,吴华山,梁忠,孙倩,戴有礼,徐跃定,黄红英

  为完善肉鸭养殖产排泄系数体系，准确计算肉鸭养殖粪尿产生量与氮磷排泄量并评估其环境效应，本研究通过对高架养殖模式下，肉鸭全饲养周期（育雏-生长-育肥）持续开展42 d的粪尿全量收集试验，获得了肉鸭育雏期、生长期和育肥期产排污系数，并基于江苏省各市畜禽养殖量和耕地面积估算了2021年江苏省畜禽粪尿产生量及区域分布情况，评估了肉鸭养殖对耕地、水体污染负荷贡献。结果表明：肉鸭不同生长阶段粪尿产生量及氮磷排泄量差异显著，其中育雏期、生长期、育肥期粪尿产生量分别为56.3、311.5、474.9 g·只-1·d-1，化学需氧量（COD）产污系数分别为4.48、20.82、30.22 g·只-1·d-1，总氮（TN）产污系数分别为0.31、2.03、3.75 g·只-1·d-1，总磷（TP）产污系数分别为0.19、0.85、1.41 g·只-1·d-1。徐州、宿迁、南通、淮安、盐城是江苏肉鸭养殖粪尿排泄总量最大的5个市，其总量占全省肉鸭粪尿排泄量的92.9%。2021年，江苏肉鸭粪尿中COD、TN、TP产生量分别为13.47万、1.19万、0.57万t。单位耕地面积肉鸭养殖氮、磷负荷最大的市为徐州，占比分别为23.31、28.53%。南通市、盐城市畜禽粪便耕地磷污染负荷高于欧盟磷限量标准，水体污染预警等级为Ⅳ级。研究表明，在肉鸭生产中应根据群体结构和相应的产排污系数科学核算其污染物排放量，盐城、南通在产业发展规划时要充分考虑畜种配置与环境承载力，适当减小肉鸭养殖规模，防止局部养殖污染风险的出现。

• 9-羟基雄烯二酮药物菌渣好氧堆肥无害化及安全利用

  胡梦娜,惠雪松,王港,刘惠玲,戴晓虎

  为降低甾体药物菌渣的环境污染风险、减少资源浪费，实现9-羟基雄烯二酮（9α-OH-AD）药物菌渣无害化与资源化，本研究确立了9α-OH-AD菌渣好氧堆肥处理体系，讨论初始碳氮比分别为15（低）、20（中）、25（高）的堆体在堆肥过程中的特征变化，并通过土壤模拟实验评估其作为肥料的可行性和安全性。研究结果表明：优化后的好氧堆肥工艺可以实现9α-OH-AD菌渣的有效降解及稳定，所得菌渣肥的理化指标均满足有机肥标准，且部分指标优于商品肥标准。施入1%菌渣肥一段时间后，土壤和蚯蚓中未检出9α-OH-AD残留，蚯蚓雌雄生殖系统无明显变化，同时施肥土壤的酶活性和微生物多样性都有所提高。研究表明，9α-OH-AD菌渣可以通过好氧堆肥有效转化为稳定无害的肥料，并实现资源回收与土地安全利用。

• 高温持续时间对鸡粪堆肥中多重耐药菌、接合型质粒及耐药基因消减特征的影响

  尹天奇,孙兴滨,高浩泽,申磊,姜欣然,郭雅杰,王旭明,仇天雷

  为研究堆肥过程中高温持续时间对多重耐药大肠杆菌及其携带的接合型质粒和抗生素耐药基因（Antibiotic resistancegene，ARGs）消减规律的影响，本研究在鸡粪堆肥初始物料中外源添加多重耐药大肠杆菌菌液，并设置延长高温时间组（CT组）和常规堆肥组（NT组）两种堆肥条件处理，利用选择性培养及16S rRNA基因扩增子测序技术检测多重耐药菌群变化规律，同时利用数字PCR定量检测大肠杆菌16S rRNA基因、接合型质粒转移酶基因（MOBP）、氨基糖苷类耐药基因[APH（3）-Ib]及磺胺类耐药基因（sul2）和Ⅰ类整合子-整合酶基因（intl1）等污染物相对丰度变化，对比获得了延长高温时间对多重耐药菌及其ARGs消减速率的影响。结果表明，高温堆肥能够明显抑制堆肥中多重耐药菌的生长，并且CT组对其的抑制效果明显好于NT组。堆肥结束后，五种基因在CT组的相对丰度消减率为79.82%~99.99%，但NT组中腐熟期结束后APH（3）-Ib、sul2、intl1等基因相对丰度均高于初始物料。多重耐药大肠杆菌及其接合型质粒的消减规律均符合一级动力学方程，但APH（3）-Ib、sul2和intl1等基因在NT组的消减动力学却呈现明显的两段化特征，延长高温时间（CT组）能够抑制腐熟期出现的反弹。细菌群落结构分析表明，NT组中ARGs丰度再次增加与Moheibacter、Halomonas等菌属的富集相关。本研究表明，在堆肥过程中，延长高温持续时间，可降低堆体中部分ARGs潜在宿主菌的丰度，阻断其垂直传播的作用，最终减少成品肥中ARGs的丰度。

• 复合微生物菌剂发酵制备生物腐植酸的条件优化及其结构特性

  师杨杰,靳红梅,管益东,龙玉娇,朱燕云,朱宁

  为探究利用农业废弃物制备生物腐植酸的工艺条件，本研究筛选具有木质纤维素腐殖化功能菌株并复配高效微生物菌剂，研究发酵条件对生物腐植酸产量的影响，探究制备获得的生物腐植酸产物的结构特性。本研究以小麦秸秆为主要底物共筛选获得14株腐殖化功能菌株，其中哈茨木霉DLT21、绒毛木霉DLS32、裂褶菌JLD3和拟康氏木霉DLS12腐植酸产量显著高于其他菌株，4株菌具有良好的相容性并且木质纤维素降解酶系互补。利用复合微生物菌剂发酵获得的最佳生物腐植酸制备条件为：麸皮为碳源、豆粕为氮源、麸皮与豆粕质量比为1∶0.8、初始含水率为70%、接种量为107个·g-1（以干质量计），在此条件下发酵20 d，腐植酸产量达338 mg·g-1。与商品腐植酸相比，本研究制备获得的生物腐植酸具有更高的N、H元素含量以及更多的羟基、亚甲基和酰胺基官能团。

• 凹凸棒土添加对结球甘蓝废弃物堆肥腐殖化过程的影响

  朱义娟,肖红琳,刘洋廷,朱康文,杨志敏,杨红军,陈玉成

  为明确凹凸棒土的添加对结球甘蓝废弃物堆肥腐殖化的促进效果，以结球甘蓝废弃物和玉米秸秆为原料，分别添加质量分数为0（CK）、2.5%（T1）、5%（T2）、7.5%（T3）的凹凸棒土进行好氧堆肥，探究不同添加量的凹凸棒土对基本理化性质、有机质组分、腐殖化的影响，并结合相关性分析和结构方程模型探讨其影响腐殖化过程的途径。结果显示，凹凸棒土的添加使堆肥高温期延长了1~3 d。与CK相比，T2和T3处理的种子发芽指数分别提高了27.97%和42.06%，有机质降解率分别提高了1.67%和6.92%，腐熟状况更好。此外，与初始状态相比，堆肥结束时CK、T1、T2和T3处理的富里酸（FA）含量分别下降39.88%、42.92%、47.28%和47.68%；胡敏酸（HA）含量分别上升89.08%、129.78%、135.83%和162.50%，使得堆体芳香度增加。相关分析和结构方程表明，凹凸棒土的加入使水溶性有机碳（DOC）与腐殖质组分、前驱体的相关性发生正负转变，显示其通过影响DOC来促进HA的合成，同时还增多了显著影响HA形成的路径，促使氨基酸、还原糖和FA向HA转化，从而提高腐殖化程度。研究表明，凹凸棒土添加量为7.5%时可明显促进结球甘蓝废弃物堆肥腐熟，有效活跃前驱体，并提高腐殖质的芳香性和腐殖化程度。

• 光谱技术结合化学计量学分析方法快速检测阿维菌素的试验研究

  李艳芬,马瑞峻,陈瑜,黄丽,颜振锋,蔡祥

  生物农药阿维菌素是一种微溶于水的高毒杀虫剂，有广谱、高效等特点，在防治水稻螟虫，稻纵卷叶螟方面表现优异，但对水生生物高毒。为了探讨利用光谱技术现场快速检测水体中生物农药阿维菌素的可能性，测定了其在紫外/可见光波长范围内的不同浓度吸光度光谱数据，建立其快速有效的定量分析模型。使用不同光程比色皿采集一定浓度范围的阿维菌素农药样本光谱数据进行对比，得到最佳光谱数据用于后续定量处理分析。将波长范围为200~500 nm的光谱数据采用Savitzky-Golay卷积平滑法（S-G平滑法）进行数据预处理，将原始光谱数据和S-G平滑法预处理后的光谱数据校正集和预测集分别按不同比例采用Sample set partitioning based on joint x-y distance（SPXY）算法进行样本集划分，并分别建立PLS模型进行比较。再将划分样本集后优选出的光谱数据采用主成分分析（Principle component analysis，PCA）结合马氏距离阈值法（Mahalanobis Distance，MD），即PCAMD算法剔除异常样本，再将剔除异常样本后的光谱数据采用竞争性自适应重加权采样法（Competitive adaptive reweightedsampling，CARS）筛选特征波长变量，建立S-G平滑-SPXY-（PCA-MD）-CARS-PLS定量分析模型。结果表明，100 mm光程比色皿获得的光谱数据最佳，245.4 nm处为阿维菌素特征吸收峰。原始数据经S-G平滑法预处理、SPXY划分样本集、PCA-MD剔除异常样本以及CARS筛选特征波长变量后建立的定量模型最优，模型评价系数R2p为0.998 8，预测集均方根误差为0.061 1，剩余预测残差为29.589 4，该方法有效简化了模型并提高了模型精度和稳健性。研究表明，生物农药阿维菌素的紫外/可见光吸收光谱数据结合化学计量学分析方法能够用来定量分析生物农药阿维菌素浓度。