农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2024年第10期

• 外源抗生素抗性基因在农田系统中的定殖机制综述

  张丹丹,李若兰,李厚禹,王玉军,徐艳

  外源抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）对土壤生态健康和农产品质量安全构成严重威胁，但ARGs在土壤-农作物系统中定殖机理不清、跨界迁移机制不明，直接制约了农业系统中细菌耐药污染的有效防控。本文简要论述农田系统ARGs目前赋存现状，系统综述外源ARGs在农田土壤和农作物中的动态演变特征及其与土壤特性的关联性，梳理了ARGs在土壤中侵入-持留-迁移的定殖分子机制以及揭示耐药菌与内生菌之间的交互过程及驱动因素，并提出关于未来农田ARGs环境行为和阻控研究的展望和建议。

• 水环境中汞污染现状与形态分析方法研究进展

  赵文玉,甘润杰,陈文文,黄有仙,吴国平,徐宇峰,许立巍,李海翔,王敦球,董堃

  汞是毒性最强的重金属污染物之一，自然界中的汞主要以零价汞（Hg0）、无机二价汞（Hg2+及其络合物）和烷基汞（甲基汞、乙基汞及其络合物）三类形式存在，其中有机形态的汞对生物体的毒性更高且备受关注，因此对水环境中不同形态的汞进行调查研究和分析测试具有十分重要的意义。本文梳理了国内外地表水、地下水以及污水中的不同形态汞的污染现状和污染特征，总结了各种不同类型自然水体中各形态汞的浓度范围，归纳了各个化学形态汞的常用分析测试方法并讨论了各类方法的预处理步骤、检出限、线性范围，讨论了各类分析测试方法的优缺点和适用性并对其进行了比较和分析，最后对总汞、无机汞和烷基汞的分析测试难点以及未来的研究趋势进行了总结与展望。

• 改性纳米零价铁修复砷镉复合污染研究进展

  梅哈古丽·艾尼瓦尔,杨再磊,罗艳丽,周建勤,朱新萍,贾宏涛

  砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁（nZVI）在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式，阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制，并针对今后改性nZVI修复砷镉复合污染研究进行了展望。

• 东南景天内生菌对小麦锌吸收转运的影响

  李喆思,廖佳源,刘婵娟,黄路宽,冯英

  为探究超积累植物特异内生菌对非宿主作物锌（Zn）营养的调控作用，采用水稻土（Paddy soil，PS）和潮土（Fluvo-aquicsoil，FAS）开展盆栽试验，设置10种不同内生细菌灌根处理，以探究内生菌对小麦幼苗Zn吸收转运的影响。结果表明：在Zn含量较为充足的PS中，接种SaPS1使地上部生物量增加了158.48%，接种SaPA1使地上部Zn含量提高了108.83%，而在Zn含量较为缺乏的FAS中，接种SaVA1使地上部生物量增加了60.16%，接种SaZR8和SaBR2使根部Zn含量提高了74.17%和73.02%。实时荧光定量分析结果显示，在PS中地上部TaZIP3、TaZIP6、TaZIP7和TaZIP10的表达水平在接种SaPA1和SaPS1后提高超过100%，而在FAS中，接种SaBR2后地上部和根部这4个基因的表达量均极显著增加。根际微生物群落16S rDNA测序结果发现，虽然SaPA1和SaPS1灌根处理对根际微生物群落多样性无显著影响，但改变了部分功能微生物的丰度。这些研究结果表明，在Zn含量不同的土壤中，东南景天特异内生菌可以调节小麦对Zn的吸收转运，可作为新型生物制剂用于小麦Zn营养生物强化。

• 纳米羟基磷灰石系列材料对水稻吸收镉的影响

  江海燕,何平,焦洪鹏,冯先翠

  为探讨纳米羟基磷灰石（nHAP）系列材料对水稻镉（Cd）吸收和转运的调控机制，本研究通过盆栽试验探讨施加nHAP、nHAP-Se和nHAP-Fe对水稻吸收、累积Cd的影响。结果表明，水稻土施加nHAP系列材料与空白对照相比，水稻糙米、谷壳、秸秆中Cd的含量显著下降，其中nHAP-Se、nHAP-Fe作用下水稻糙米Cd的含量下降了68.12%、64.18%，低于食品安全国家标准限定值0.2 mg·kg-1。本试验表明，nHAP系列材料通过降低土壤中Cd的水溶性和离子交换能力，实现了对土壤Cd良好的吸附和固持作用，从而降低土壤Cd在土壤-植物之间的迁移活性。

• 基于深度学习的小麦籽粒锌含量预测及安全利用分区

  李清彩,陈娟,赵庆令,蔡图,韩文撑,褚琳琳

  为实现对小麦籽粒Zn含量的精准预测及安全利用分区，以济宁南部小麦种植区为研究对象，采集并测定了小麦籽粒中Zn及根际土壤样品中SiO2、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、OrgC、P、N、S、Zn和pH等12种理化指标的含量，系统研究了小麦籽粒中Zn含量及其根际土壤理化指标含量特征，利用多层感知机神经网络和随机森林模型对小麦籽粒Zn含量变化特征进行预测，选择最优模型预测出济宁南部区域小麦籽粒Zn含量，并结合GIS技术划分了贫锌、缺锌、足锌和富锌农田。结果表明：济宁南部区域小麦籽粒中Zn含量平均值（39.7 mg·kg-1）与富锌小麦籽粒推荐值基本持平，超出黄淮麦区小麦籽粒Zn平均含量1.32倍；经相关分析和聚类分析得出，小麦籽粒Zn与根际土壤理化指标之间相互作用、相互耦合，存在着较为复杂的非线性关系；多层感知机神经网络预测模型的R2 （0.999）、RMSE（0.194）和MAE（0.146）等评价指标均优于随机森林模型；根际土壤中P、pH、OrgC和N指标是影响多层感知机神经网络预测相对重要的特征变量；研究区以足锌农田和缺锌农田为主，面积占比分别为57.47%和33.97%，谨慎利用贫锌区和安全利用富锌区农田面积占比分别为6.05%和2.51%。通过深度学习与农业地质相结合，利用多层感知机神经网络实现了通过简单土壤理化指标精准预测小麦籽粒锌含量。

• 老化前后聚乙烯微塑料的变化和对四环素植物毒性的影响

  罗渊,乔升,赵英蓉,孟祥茁

  本研究通过观察和测定聚乙烯微塑料（PE-MPs）老化前后的形貌特征、比表面积、孔隙、粒径、接触角和傅里叶变换红外光谱，分析了其理化性质的变化，并以大白菜种子为受试生物，通过植物早期生长试验，探究了其对四环素植物毒性的影响。研究结果表明：聚乙烯微塑料经老化后颗粒破碎变小，粒径（Dx50）由91.4 μm减小至77.3 μm；比表面积从4.150 8 m2·g-1增加至4.967 1m2·g-1；接触角由103°减小至79°，表明其由疏水性变为亲水性；含氧官能团增多，并于1 650~1 800 cm-1处出现新增的羰基（C O）特征吸收带。与单独四环素相比，老化前后聚乙烯微塑料存在下，0.5 mg·L-1和5 mg·L-1四环素对大白菜种子发芽也无显著影响；胚根伸长和子叶光合色素合成受到的抑制作用均随微塑料含量的升高而加剧，其中，相对根长的最大降低幅度为18.9个百分点，光合色素相对含量的最大降低幅度为51.1个百分点。相较于老化前，微塑料老化后对四环素植物毒性的加剧效应有所减弱。

• 外源硅对铅镉胁迫下烟草生长的缓解效应

  崔仕方,刘娇,罗廷丽,黄晓霞

  为探究添加外源硅肥对铅镉胁迫下烟草生长及铅镉在烟株各器官的富集转移特性的影响，同时为硅肥缓解烟草铅镉胁迫提供理论依据，本研究以烟草品种K326为材料进行盆栽试验，设置2个不同铅镉处理组和4个不同的硅肥处理组，处理90 d后对烟株的各生长指标，叶片渗透调节物质含量和抗氧化酶活性及各器官铅镉富集转移特性进行测定分析。结果显示，外施硅肥均能提高铅镉胁迫下烟株的株高、叶片数、叶长、叶宽、总叶面积和干物质累积，显著降低铅镉胁迫下烟叶中丙二醛（MDA）含量，提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）的活性，增加脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖的含量。其中施用外源有机硅肥2的效果最好，烟株的株高、总叶面积和总生物量分别增加了72.59%、59.36%和44.34%，SOD、POD、CAT和APX活性分别显著升高了20.3%、112.95%、149.81%和125.88%，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量分别增加了245.26%、112.51%、214.29%。铅镉胁迫下，铅主要富集在烟株的根部，镉主要富集在烟叶，施用外源硅肥可以降低烟株各部位铅镉含量和富集转移系数。其中添加外源有机硅肥2的烟株根部铅含量和铅富集系数分别降低了54.57%和54.62%，铅转移系数降低了7.78%；烟株叶片镉含量和镉富集系数分别降低了43.57%和13.58%，镉转移系数降低了19.77%。因此，外源硅肥能促进烟草的生长，减少烟株对铅和镉的吸收富集和转移，减轻铅镉胁迫对烟草的毒害，提高烟草对重金属的耐受性；其中有机硅肥作用效果优于无机硅肥，且以有效硅含量更高的外源有机硅肥2效果最佳。

• 大米和杂米中元素对人体健康风险评价

  李国栋,刘凤娇,陈钰娴,廖文

  为更科学评估大米和杂米中多种微量元素的摄入情况及其对人体的健康风险，采用生理原理提取法（PBET）研究烹饪前后大米和杂米中多元素（汞、砷、镉、铅、镍、铜、锌和硒）生物可给性，计算日均暴露量、危险商和癌症风险。结果表明，所有市售大米和杂米中有毒元素含量均未超过我国食品中污染物限量值；烹饪后大米和杂米中元素含量不同程度降低，平均降幅大小趋势为：汞（23%）>镍~硒（20%）>砷~铅（17%）>镉（11%）>铜（3%）>锌（2%），相对籼米和籼糯米，粳米影响更大；汞和铅生物可给性平均降幅最大（均下降23个百分点），锌最小（下降11个百分点）。研究表明，人体通过大米和杂米摄入有益元素低于推荐摄入量；烹饪利于降低大米和杂米中有毒有害元素健康风险，但部分样品中砷和镉对人体存在一定的致癌风险，需进一步跟踪和关注。

• 土施调理剂联合叶喷阻隔剂下镉污染水田的安全利用效果

  唐乐斌,黄凤艳,吴辰润,董心月,周子寒,宋波

  为明确土施调理剂联合叶喷阻隔剂对水稻镉（Cd）吸收的影响，本研究采用田间小区试验，选用生石灰（Li）、硅肥（Si）、钙镁磷肥（CaMg-P）和钙硅碱性调理剂（Ca-Si）为土壤调理剂，流体硅（Si-l）和螯合硒（Se）为叶面阻隔剂，探究不同技术集成模式下稻株Cd累积的差异。结果表明：相较于对照处理，不同处理下土壤pH值提升0.50~0.86个单位，土壤DTPA-Cd含量显著降低（P<0.05），降幅为30.1%~41.2%；除处理T6（Li+Se）和T8（CaMg-P+Se）外，其余处理较CK处理稻谷产量提高0.44%~7.85%。与CK相比，不同联合调控措施下根、茎、叶、穗轴和糙米Cd含量显著降低（P<0.05），所有处理的糙米Cd含量均低于《食品安全国家标准》（GB 2762—2022）中糙米Cd限值（0.2 mg·kg-1），且以处理T6（Li+Se）降Cd效果最佳，糙米Cd含量由0.501 mg·kg-1降至0.123 mg·kg-1。综合Cd转运系数TF茎叶-糙米、TF根-糙米及经济效益结果，土施生石灰联合叶喷螯合硒是镉污染稻田安全利用的一种可行技术模式，在中度Cd污染农田可实现稻米安全生产和农户增收。

• 煅烧磁改性牡蛎壳对水/土壤溶液中镉的吸附性能与机制研究

  郭可欣,王衡,易筱筠,党志

  为获得易于回收且对重金属吸附性能强的磁性材料，实验以牡蛎壳为原材料，磷酸铁和碳酸亚铁为铁源，通过共沉淀法制备磁性材料，并对其煅烧改性得到煅烧磷酸铁牡蛎壳（CPO）和煅烧碳酸亚铁牡蛎壳（CCO）磁性材料。通过不同初始pH值、吸附等温线及动力学等探究材料对Cd（Ⅱ）的吸附特性，采用SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征手段对材料吸附Cd（Ⅱ）的机理进行分析，同时在实际Cd污染土壤中进行实验研究，探究材料对土壤溶液中总Cd与各形态Cd的去除效果。结果表明：两种材料对Cd（Ⅱ）的最佳吸附pH值在4~6之间；在35℃时，CPO和CCO在水体中对Cd（Ⅱ）的最大理论吸附量可达214.20、116.04 mg·g-1，吸附过程均符合Langmuir模型，表明为单层吸附；CPO和CCO在100 min时达到吸附平衡，吸附过程均符合拟二级动力学，表明为化学吸附。表征结果表明，CPO和CCO对Cd（Ⅱ）的吸附机制以化学吸附为主，包括静电作用，材料表面的羧基、羟基与Cd（Ⅱ）的络合作用，以及磷酸根、碳酸根等与Cd（Ⅱ）的沉淀作用。在土壤实验中，CPO和CCO处理的土壤总Cd去除率为28.67%和22.05%，回收率为92.39%和89.72%，去除的Cd主要为酸提取态和可还原态，可氧化态和残渣态无显著变化。综上所述，本研究制备的煅烧磷酸铁牡蛎壳和煅烧碳酸亚铁牡蛎壳对Cd（Ⅱ）吸附量较大，且回收率高，具有较好的应用潜力。

• 废弃物发酵液淋洗去除土壤重金属的效率、机理及生态风险

  潘小梅,彭潇,张登炽,王贵胤,熊丙全,张世熔

  为寻找修复重金属污染土壤的高效、绿色材料，本实验采用菠萝皮渣、哈密瓜皮渣等农业废弃物，并添加乳酸菌进行发酵制得富含有机酸的高效淋洗剂，并分析淋洗剂浓度、pH、淋洗时间以及淋洗次数等参数对土壤重金属镉（Cd）、铅（Pb）、锌（Zn）的去除效率、机理及生态风险。结果表明：与未发酵浸提液相比，乳酸菌发酵液可以提升土壤Cd、Pb、Zn的去除率14.27%~20.76%；且随着淋洗剂浓度增加、pH降低、淋洗时间延长及淋洗次数的增加，Cd、Pb、Zn的去除率显著提升；菠萝皮渣发酵液淋洗3次后，土壤中残留的Cd和Zn含量均低于国家土壤质量标准（GB 15618—2018）中农用地的限值，表明利用乳酸菌发酵制得的淋洗剂可作为一种绿色高效的土壤重金属修复材料。发酵液多次淋洗后，土壤中Cd、Zn的环境风险和生物有效性降低，移动性减弱，稳定性增强；而重金属Pb总量降低，但移动性增强，其安全性仍值得关注。

• 生物炭影响地带性土壤等温吸附丁草胺的特征及关键机制

  李翔,张纯,邓建云,许桂莲,韦木莲,魏岚,刘忠珍

  为解析土壤理化性质与生物炭添加效果之间的相关性，明确生物炭影响地带性土壤等温吸附丁草胺的特征及关键机制，本研究采用9种不同理化性质地带性土壤，加入系列用量稻壳生物炭，考察了丁草胺在生物炭-土壤混合体中的等温吸附特征。结果表明：在不同生物炭添加剂量条件下，丁草胺在土壤中的吸附等温线均遵循Freundlich吸附模型，生物炭添加显著增加了9种地带性土壤对丁草胺的吸附能力[模型平衡常数（Kf）增加]，降低了线性吸附的程度[模型指数（1/n）降低]。生物炭添加剂量越高，丁草胺吸附容量越大。热力学计算结果显示，在0.5%~2%生物炭添加条件下，丁草胺在地带性土壤中的吉布斯自由能为-16.30~-21.67 kJ·mol-1，表明吸附过程是自发且有利的。皮尔森相关性分析结果表明，土壤有机碳与Kf增长率呈显著负相关，说明土壤可溶性有机质抑制生物炭对丁草胺的吸附。多元线性回归方程分析结果显示，当土壤未添加生物炭时，土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf值的解释能力高达99%，而当生物炭添加为0.5%、1%、2%时，土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf值的解释能力分别下降至83%、70%、90%。通径系数研究表明，生物炭添加剂量从0上升至1%时，土壤黏粒和土壤粉粒对丁草胺吸附的直接作用系数增大，而有机碳和pH对丁草胺吸附的直接作用系数减小。研究表明，生物炭输入改变了丁草胺的吸附特征，土壤黏粒和土壤粉粒等土壤质地因素对丁草胺吸附产生重要影响。

• 膨润土与芽孢杆菌配施对毛乌素沙地土壤剖面养分蓄持的影响

  柴雅心,聂扬眉,田静,韦革宏,王红雷

  为探究膨润土与芽孢杆菌配施对沙地土壤氮磷钾养分释放与蓄持作用的影响，开展田间原位和室内淋溶试验，探究两种模式（膨润土单施、膨润土+芽孢杆菌混施）对沙地土壤基础理化特性、剖面养分状况及膨润土不同添加水平（0.50%、1.00%、3.00%）对沙地土壤养分淋溶的影响。结果表明：3种膨润土添加水平显著提升沙化土壤含水率，增幅为32.14%~99.41%；膨润土+芽孢杆菌混施稳步提升了土壤速效养分含量，尤其是3.00%的膨润土+芽孢杆菌处理组提升最显著，增幅为56.76%~87.24%；膨润土降低土壤速效养分淋溶并增强土壤保肥能力，3.00%膨润土处理显著降低土壤速效钾淋失量，降幅为46.38%。研究表明，膨润土配施芽孢杆菌能增强沙地土壤水分和养分有效性，其中，3.00%膨润土配施芽孢杆菌能显著提升沙化土壤有效磷和速效钾含量。

• 优化施肥促进华北麦玉轮作系统土壤有机碳积累

  张慧芋,田园,张晶,赵文欣,张定一

  为揭示不同施肥方式对华北小麦-玉米轮作种植系统土壤有机碳库的影响，本研究将“小麦-玉米”作为一个施肥单元，于2014年10月开展田间定位试验，采用二因素裂区设计，以冬小麦-夏玉米两季作物磷钾肥分配比（A）为主区，设磷钾肥全部施入小麦季（A1）和小麦季∶玉米季为2∶1（A2）两个水平，以两季作物总施氮量（B）为裂区，设施纯氮450 kg·hm-2 （B1）和600 kg·hm-2（B2）两个水平，同时以两季作物全生育期不施肥为对照，共5个处理，于2022年10月玉米收获后采集0~20 cm土壤样品，分析研究8 a后不同施肥方式对该种植系统土壤有机碳库的影响。结果表明：除A1B2处理下土壤总有机碳（SOC）和微生物量碳（MBC）含量与CK处理差异不显著外，4种施肥处理下SOC、颗粒态有机碳（POC）、活性有机碳（LOC）、可溶性有机碳（DOC）、MBC含量和SOC储量均显著高于CK，增幅分别达8%~55%、75%~237%、98%~214%、42%~66%、21%~50%和3%~29%。4种施肥处理中A2B1处理下SOC及其活性组分含量和SOC储量均显著高于A1B1和A1B2，而与A2B2处理在LOC、DOC、MBC含量和SOC储量间差异不显著。同时，A2B1处理下土壤碳库管理指数（CPMI）最高。对于SOC矿化指标而言，SOC累积矿化量（Cm）、潜在可矿化碳（Cp）和SOC矿化效率（Cp/SOC）均表现为A1B1>A1B2>CK>A2B1>A2B2，且除A2B1和A2B2处理间Cp/SOC差异不显著，Cm和Cp在各处理间差异均显著。相关分析研究表明，β-1，4纤维二糖苷酶活性以及土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾均为提高SOC及其活性组分含量以及CPMI的关键因子，而碳累积输入量可通过增加SOC含量降低Cp/SOC。综上，本试验条件下，磷钾肥在小麦季和玉米季2∶1的分配比，配合两季作物450 kg·hm-2的总施氮量，可增加麦玉轮作系统SOC及其活性组分含量，提升土壤养分有效性，降低SOC矿化分解，同时，该施肥方式下较高的碳累积输入量可增加SOC含量，降低Cp/SOC，最终实现SOC储量增加。

• 微生物菌肥对瘠薄稻田土壤养分及水稻生长的影响

  许立阳,王亚男,曾希柏,文炯,晏云华,郑重,阿合古丽·努尔布拉提

  为探究施用不同微生物菌肥对长江中下游瘠薄稻田土壤养分和水稻生长的影响，通过盆栽试验，设置褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum）+胶冻样类芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）（CM）、褐球固氮菌+枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）+解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）（ABP）和枯草芽孢杆菌+解淀粉芽孢杆菌（SAT）3种不同微生物组合，并设微生物菌肥推荐用量和1.2倍用量处理，再将其分别与化肥常规用量、减氮15%和减氮磷15%搭配施用，研究不同施肥处理对土壤基本理化性质、土壤酶活性和水稻生长的影响。结果表明：添加微生物菌肥可以有效降低土壤pH值，提高全氮含量，土壤碱解氮、有效磷、铵态氮含量随生长时期延长总体呈现降低趋势，硝态氮反之。菌种组合与其用量对土壤速效养分影响显著，其中ABP组合可提高全生育期土壤碱解氮、有效磷和铵态氮含量，常规化肥用量下，1.2倍微生物菌肥用量处理（1.2ABP+NPK）土壤养分含量低于推荐用量处理（ABP+NPK），当化肥用量减少后土壤养分含量也降低，CM组合各处理在灌浆期和收获期对碱解氮和有效磷的提升效果较小，SAT组合未表现出显著的解磷优势。添加ABP使土壤酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提高了26.79%~46.27%和7.85%~15.81%，效果优于CM和SAT组合。SAT在一定程度上可以促进茎叶生长，但对根系的促生作用和增产效果不佳，添加CM的水稻株高和根干质量较单施化肥处理（NPK）无显著变化，而ABP组合在促进根系伸长和植株生长、提高产量方面有明显优势，其中ABP+NPK处理水稻产量是对照处理的1.25倍。研究表明，针对瘠薄稻田土壤，施用固氮解磷微生物菌肥可以显著提高土壤氮磷养分有效性，改善土壤酶活性，促进水稻生长和产量提升。

• 连云港耕地土壤有机碳时空分异及影响因素

  苟富刚,蔡露明,陆徐荣

  为了揭示连云港耕地土壤有机碳（SOC）的时空分布特征及影响因素，选取连云港市耕地土壤作为研究对象，采取表层（0~20cm）土壤及深层（150~200 cm）土壤样品，进行了SOC、总氮（TN）及总磷（TP）的测试。结果表明：2004年SOC含量在中等级分布频率最高，2019年SOC含量在中、中上、高、极高4个等级上均广泛分布。近15 a（2004—2019年）耕地浅表SOC含量增加了0.57个百分点，有机碳密度增加了1.34 kg·m-2，SOC储量增加了1.36 Tg，平均固碳速率为7.26×104 kg·km-2·a-1。不同类型土壤固碳速率差异较大，平均固碳速率表现为灰潮土>滨海盐土>砂姜黑土>棕潮土>棕壤>粗骨土。不同用地类型土壤的SOC含量差异大，平均固碳速率为水田>旱地>水浇地。近15 a研究区土壤C∶N∶P（SOC∶TN∶TP）稍有提高，说明SOC含量空间异质性稍有提高，研究区土壤C∶N∶P数值与江西耕地土壤等相比明显偏低，表明土壤微生物对SOC矿化分解速率较快，研究区耕地土壤环境不利于碳的储存。

• 曝气扰动下弱光照促进蓝藻水华向硅藻优势演替

  田亿,王小冬,车轩,潘恒丰,王洪,刘兴国

  为研究持续的曝气扰动下，遮光和蓝藻水华浓度对蓝藻水华尤其藻类群落结构的影响，在玻璃温室中进行蓝藻门微囊藻属（Microcystis）水华的调控实验。实验为2个藻类浓度和2个光照强度的正交实验，共4个处理。按微囊藻水华初始浓度分为低浓度（处理Ⅰ、Ⅲ）和高浓度（处理Ⅱ、Ⅳ），以叶绿素a（Chla）浓度分别表示为384.32 μg·L-1和736.21 μg·L-1；处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ分别对应弱光条件（遮光率为99.4%）和强光条件（遮光率为72.8%）。实验过程中，各处理Chla浓度由高到低排序为Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ（P<0.01），均出现了微囊藻向其他藻类的演替。其中弱光条件下的处理Ⅰ、Ⅱ以硅藻门菱形藻属（Nitzchia）为最大优势属，其湿质量占比分别达到90.48%±9.29%和93.64%±2.28%。处理Ⅲ、Ⅳ中，蓝藻门仍占最大优势，处理Ⅲ以席藻（Phormidium）为最大优势属，微囊藻和菱形藻次之，处理Ⅳ以微囊藻为最大优势属，菱形藻和席藻次之。研究表明，持续的曝气扰动下，遮光形成的弱光照是影响蓝藻水华向硅藻优势演替的重要因素，利用水动力扰动进行蓝藻水华调控时需要同时考虑弱光照条件和蓝藻水华生物量的影响。

• 微污染湖泊水体植物-微生物协同修复技术

  李世汩,陈文峰,冯立辉,徐扬帆,郑娇莉,黄小龙

  针对雨水溢流引起的水体微污染的修复，本研究建立了室内微模型模拟雨水溢流污染水体，分别采用投加复合脱氮菌剂、复合脱氮菌剂+镁改性麦饭石，以及复合脱氮菌剂+生态颗粒的方法进行处理，探究不同处理方式对水质、沉水植物苦草及底泥微生物菌群的影响。研究发现，菌剂的投加能够加速微污染水体的修复，同时投加镁改性麦饭石及生态颗粒，能够提升水体氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）和化学需氧量（COD）的去除率，并促进苦草生长，其中镁改性麦饭石对苦草与微生物的耦合脱氮促生效果最优。复合脱氮菌剂单独投加，或同时投加镁改性麦饭石或生态颗粒，对底泥细菌群落α多样性影响均不显著。FAPROTAX功能预测表明，Anaerolineaceae等异养硝化-好氧反硝化细菌是苦草与微生物耦合脱氮的主导底泥微生物，镁改性麦饭石及生态颗粒有利于底泥菌群向微生物脱氮功能菌群结构演变，通过植物和微生物协同作用，两处理分别增加苦草叶长26.5%、11.8%，增加根长45.2%、35.5%。

• 菌虫复合技术在梨火疫病疫木生物转化中的应用

  杨磊磊,杜会英,盛强,魏志鹏,张广杰,徐安东,王易芳,杨文君,王赞,马德英,黄伟

  林果疫木枝条的无害化处理和资源化利用，是当前农林废弃物处理以及植物疫病防控的难点，也是农业环境科学与植物保护科学交叉研究的新方向。本试验以库尔勒香梨（Pyrus sinkiangensis Yu）梨火疫病疫木为靶标，采用菌-虫（白星花金龟，Protaetia brevitarsis）联合，开展菌剂、牛粪香梨枝条配比、酵化时间的三因素五水平正交试验，明确疫木发酵关键技术参数，以及白星花金龟最佳取食组合。试验结果表明，5种腐解菌+牛粪处理最高发酵温度均已超过55℃，其中EM菌剂腐解效果最好，LK菌剂次之。发酵产物经菌虫复合转化12 d后，幼虫质量增加5.32~8.38 g，虫砂量可达36.93~83.55 g，虫砂转化率最高可达94.26%。综合考虑降低牛粪添加比例、酵化时间及物料处理成本，LK菌剂、添加40%的牛粪及酵化25 d为白星花金龟幼虫最佳取食组合方案，且发酵产物以及白星花金龟转化产物虫体和虫砂中均未检测出梨火疫病菌（Erwinia amylovora）。研究表明，微生物与白星花金龟相结合对香梨疫木枝条有较好的转化率，通过白星花金龟实现了疫木枝条的资源化利用，且阻断了疫木枝条传播病源的途径。

• 中国冬小麦生长过程对区域碳循环的影响：WRF-VPRM模拟

  刘静,孙伟伟,徐宏辉,赵淑雨,刘围围,杨刚,陈镔捷,任丽燕,冯添

  为深入了解我国冬小麦生长过程对区域碳循环的影响，本研究采用气象-生态在线耦合模式（WRF-VPRM）模拟了2020年我国冬小麦生长过程中的CO2通量，该模式考虑了冬小麦光合和呼吸作用以及土壤微生物呼吸作用。结果发现，模式能够合理模拟CO2通量、地表CO2及大气CO2柱浓度的时空变化特征（一致性指数IOA达0.64~0.89）。冬小麦生长过程碳通量对大气CO2的影响主要发生在春季，抽穗期光合作用最强，而成熟期呼吸作用最强，具有明显的季节特征。冬小麦生长过程显著影响了华北地区近地面的大气CO2浓度，且影响程度在不同物候期表现出较大差异，其中在冬小麦抽穗期降低最为显著，达到8.33 μmol·mol-1。从空间上看，豫皖交界处的冬小麦对CO2的吸收作用更加明显，在抽穗期能够降低CO2浓度达20 μmol·mol-1以上。冬小麦是春季本研究区域陆地生态系统碳循环的重要参与者，占比40%，2020年整个生长季对大气CO2净吸收（以C计）达422.53 g·m-2，对区域碳循环过程有较大影响。

• 水稻秸秆碳组分对土壤有机碳激发效应的影响机理

  乔云发,王校益,唐煜杰,苗淑杰

  秸秆还田显著影响土壤有机碳激发效应，秸秆不同碳组分对土壤有机碳激发效应影响的方向和强度尚不明确，作用机理仍不清楚。本研究以淮北平原的黄潮土为研究对象，以13C标记的水稻秸秆的水溶性碳、脂溶性碳、残余碳组分和全秸秆碳作为外源碳，利用微宇宙培养方法，研究秸秆不同碳组分添加对土壤有机碳激发效应的影响及作用机理。结果表明，添加秸秆不同碳组分土壤CO2-C排放累积量中，添加水溶性碳处理土壤CO2-C排放速率最高，为29.60 mg·kg-1·d-1，而添加脂溶碳、残余碳和秸秆碳之间差异不显著。添加水溶性碳和全秸秆两种外源碳为正激发效应，分别为11.16%和13.39%，而添加脂溶碳和残余碳则表现为负激发效应，分别为-17.04%和-3.06%。相关分析表明，土壤酶活性与秸秆碳组分的TN呈显著正相关（r=0.768**），与C/N呈显著负相关关系（r=-0.776**）。正激发效应与秸秆碳组分的TN和土壤酶活性呈显著正相关关系，负激发效应与秸秆碳组分的TC和TN呈正相关关系，与C/N呈显著负相关。综上，秸秆碳组分与土壤自身有机碳分解的“共代谢理论”是产生正激发效应的主要作用机理，秸秆碳组分C/N的“化学计量比理论”是产生负激发效应的主要作用机理。

• 喀斯特湿地、稻田和稻田撂荒地的N2O排放及其与硝化和反硝化细菌群落的相关性

  陈伟坚,靳振江,许丹丹,李强

  为研究土地利用对喀斯特湿地硝化细菌和反硝化细菌与氧化亚氮（N2O）排放的影响，以会仙喀斯特湿地中的天然湿地、稻田和稻田撂荒地为研究样地，用高通量测序法、实时PCR法与静态暗箱结合气相色谱法分别测定硝化细菌和反硝化细菌群落相对丰度、绝对丰度与N2O排放速率和总量。结果表明：在水稻的全生育期中，N2O排放速率在天然湿地中总体上高于稻田和稻田撂荒地，三者的N2O排放总量分别为1.07、0.38、0.20 kg·hm-2。在水稻成熟期，稻田硝化细菌的绝对丰度显著高于天然湿地和稻田撂荒地，而硝化细菌和反硝化细菌的绝对丰度在后二者之间均没有显著差异。相对丰度最高的硝化细菌为Nitrosospira，其在稻田撂荒地（83.28%）和稻田（82.75%）中的相对丰度显著高于其在天然湿地（68.52%）中的相对丰度；相对丰度最高的反硝化细菌为Pseudogulbenkiania，其相对丰度在稻田撂荒地最高（29.49%），稻田次之（21.24%），天然湿地最低（16.26%）。研究表明，长期种植水稻降低了喀斯特湿地的N2O排放量，改变了水稻成熟期硝化细菌和反硝化细菌的多样性。因此，单就降低N2O排放而言，把稻田保留在喀斯特湿地中具有合理性。

• 改进密闭室抽气法以准确定量旱地土壤氨挥发

  钟光迪,任羡,潘珊珊,张翀,巨晓棠

  密闭室抽气法被认为是定量土壤NH3挥发较为可靠的方法，具有灵敏度高且成本低的优点。然而，大部分研究忽略了密闭室抽气法大气进气口NH3浓度，可能会高估土壤NH3挥发量，目前尚缺乏相关定量研究。本研究以华北冬小麦-夏玉米轮作为对象，对比分析了2019——2021年间冬小麦基肥（2次）、追肥（1次）、夏玉米四叶肥（2次）、夏玉米十叶肥（2次）共7次施肥后，改进密闭室抽气法前后测定农田土壤NH3挥发的结果。改进前为包含大气背景NH3的测定方法，为常规测定方法；改进后为扣除大气背景NH3的测定方法，通过在田间加装3套采集距地面2.5 m高度大气的装置实现。结果表明：改进后的NH3挥发通量（以N计）比改进前低0~0.23 kg·hm-2·d-1 （0%~100%），平均值为0.06 kg·hm-2·d-1 （33%），且37%的样本存在显著性差异（P<0.05，n=931）。改进后的NH3挥发累积量比改进前低0.53~2.66 kg·hm-2 （3%~53%），平均值为1.15 kg·hm-2 （29%），且47%的样本存在显著性差异（P<0.05，n=49）。改进前后NH3挥发量（包括通量和累积量）存在显著差异的样本占比随着NH3挥发量降低而升高。回归分析表明，改进前的NH3挥发累积排放量可以用算式校正得到真实的NH3累积排放量，校正式为y=0.94x-0.78（R2=0.99，P<0.01，n=49），其中y和x分别为校正后和校正前的NH3挥发累积量，该算式可应用于华北土壤-作物体系NH3挥发累积量的校正。综上，利用抽气法定量农田土壤NH3挥发需要扣除大气背景NH3以得到准确的测定结果，对于未扣除大气背景的旱地NH3挥发累积量，可采用校正算式进行校正。