农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2024年第9期

• 龙葵与3种外来入侵植物对Cd的富集和生理响应差异比较

  陈娱,王海娟,王宏镔

  为研究本土Cd超富集植物龙葵（Solanum nigrum L.）和3种外来入侵植物鬼针草（Bidens pilosa L.）、紫茎泽兰（Ageratina adenophora Spreng）和紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）对Cd污染土壤修复效果和生理响应的差异，采用室内盆栽试验，通过设置0、2、10、30 mg·kg-1不同Cd含量，探究本地种龙葵与3种入侵植物在不同Cd含量处理下对Cd富集、Cd提取效率、叶片光合色素含量、抗氧化酶活性、丙二醛和可溶性糖含量的变化。结果表明：在Cd处理下，鬼针草的地上部生物量均显著高于龙葵和其余2种入侵植物。所有Cd含量处理，鬼针草Cd提取效率均最高（0.61%~1.87%），紫茉莉最低（0.02%~0.03%），龙葵（0.30%~0.79%）和紫茎泽兰（0.24%~1.06%）居中。3种Cd含量处理下，鬼针草叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量在4种植物中最高，鬼针草叶片的抗氧化酶活性均显著高于龙葵，龙葵丙二醛含量显著高于入侵植物。逐步回归分析结果表明，龙葵Cd提取效率与叶片丙二醛含量呈显著负相关、与CAT活性呈显著正相关，鬼针草和紫茎泽兰Cd提取效率均与叶片丙二醛含量呈显著负相关。综上，对于含Cd 2~30 mg·kg-1的土壤进行植物修复时，入侵植物鬼针草比本地植物龙葵更具优势。

• 叶面喷施蔗糖降低水稻幼苗镉含量机制

  孔维勇,王晓丽,王常荣,薛卫杰,郎耀臻,火兴宇,黄永春

  为降低镉（Cd）在水稻中的累积，本研究利用水培实验探讨了叶面喷施蔗糖调控水稻幼苗Cd吸收和转运的潜在机制。结果表明：连续喷施3次浓度为1.0 g·L-1蔗糖后幼苗地上部和根部Cd含量分别显著降低26.7%和22.0%，丙酮酸含量分别显著增加11.8%、23.6%，α-酮戊二酸含量分别显著增加27.5%和35.3%，谷氨酸含量分别显著增加165.3%和40.3%，难溶态Cd分别显著增加63.7%和33.0%。幼苗根部与Cd吸收、转运相关的基因OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsHMA2分别显著下调19.0%、78.8%、16.3%。此外，喷施蔗糖后水稻幼苗地上部SOD、CAT、POD活性分别显著提高66.9%、21.4%和23.6%。研究表明，喷施蔗糖促进了幼苗地上部和根部丙酮酸和α-酮戊二酸的生物合成，增加了谷氨酸生物含量。谷氨酸与根部和茎叶中Cd螯合增加了幼苗中难溶态Cd含量，减少了Cd从根部向地上部转运，缓解了Cd胁迫。

• 重金属镉胁迫下棉花纤维品质和棉籽油质量的变化及评价

  周成轩,曾邹果,文玉姣,周南,周仲华,周智,罗伟

  为探究Cd污染对棉花纤维品质和棉籽油质量的影响，明晰棉花产物质量变化规律，本试验以棉花品种中棉所65为材料，设置6个土壤有效Cd含量[0.97 mg·kg-1（Cd1）、11.21 mg·kg-1（Cd11）、14.26 mg·kg-1（Cd14）、23.30 mg·kg-1（Cd23）、49.36 mg·kg-1（Cd49）和77.11 mg·kg-1（Cd77）]，测定不同含量Cd胁迫下棉花叶片SPAD值、净光合速率、各个器官的Cd含量、部分农艺性状、纤维品质及棉籽油质量，评价棉花纤维和棉籽油中Cd含量。试验结果显示：Cd胁迫对棉花株高影响差异显著。Cd11处理棉花总生物量较Cd1处理显著增加，而Cd23处理棉花总生物量显著下降。棉花富集Cd的主要器官为叶柄、茎和根，且不同含量土壤Cd污染环境下棉花不同器官对Cd的富集能力存在差异。随着Cd含量的增加，棉花纤维上半部平均长度、整齐度指数、纤维伸长率和纺纱均匀性指数显著降低，而断裂比强度和马克隆值变化不显著。在Cd49和Cd77处理条件下，棉花纤维中Cd含量超过GB/T18885—2020规定的总Cd含量，棉花纤维使用存在风险。棉籽油中未检测到Cd，Cd胁迫对棉籽油的过氧化值影响不显著。随着Cd离子含量增加，棉籽出油率先上升后下降，棉籽油的酸价增加，导致棉籽油质量下降。研究表明，棉花具有优异的Cd耐受性及Cd累积能力，Cd胁迫显著降低了棉花纤维上半部分平均长度、整齐度指数、纤维伸长率和纺纱均匀性指数，降低了棉籽油出油率，增加了棉籽油酸价。

• 珠三角典型重金属污染农田土壤调理剂筛选田间试验研究

  周雪萍,简桂宏,程细江,梁作恒,李海辉,杨光菲,王进进

  为探究不同土壤调理剂对农田土壤和稻米中重金属含量的影响，筛选适宜的耕地污染修复治理方法，实现精准选用调理剂进行安全生产的目的，本试验分析了市售6种土壤调理剂在4种不同早晚造用量条件下对土壤pH值、土壤重金属总量、土壤有效态Cd含量、稻米重金属含量和稻米产量的影响。结果表明：施用6种调理剂均可提高土壤pH值，6种调理剂对土壤pH值的提升效果排序为金葵子>粤田>营养阻控剂>天象>铁基生物炭>铁改性木本泥炭，pH增幅为3.2%~24.3%。施用6种土壤调理剂不会额外增加土壤中各重金属总量，且均能降低土壤中有效态Cd含量，降低有效态Cd效果排序为粤田（3、2、1、4）>铁基生物炭（3）>天象（2、4、3）>营养阻控剂（1、3）>金葵子（1），降幅达25.0%~58.3%。6种土壤调理剂均能降低早造稻米中Cd含量，降Cd效果排序为天象（2）>天象（1）>天象（3）>铁改性木本泥炭（1）>铁改性木本泥炭（2）>天象（4）>铁基生物炭（4）>粤田（1），降幅为47.8%~67.5%，降低后稻米中Cd含量均低于《食品安全国家标准》（GB 2762—2022）中糙米Cd限量标准0.2 mg·kg-1。施用6种土壤调理剂对水稻产量无显著影响，产量均未低于对照组的90%，满足安全生产要求。针对珠三角典型重金属污染农田，推荐按天象（2）的方式进行处理，即早造每公顷施加2 250 kg天象调理剂、晚造每公顷施加2 250 kg天象调理剂，该方式可显著提高稻田土壤pH值、降低稻田土壤中有效态Cd含量、降低稻米中Cd含量，且不影响稻米产量。

• 地块尺度农田重金属污染程度与来源分析

  王寅,谢荣焕,李伟平,江红艳

  为查明受污染农田的污染范围、污染程度，采取有效阻控手段，避免危害产生或扩大，在安徽省南部某县采集了不同深度的土壤、地表水、底泥以及地下水样品，测定不同环境样品中重金属含量和其他特征参数，分析不同环境样品的污染程度，并通过同源性分析、聚类分析、空间变异分析等方法解析污染物的主要来源，分析农田土壤的污染程度和范围。结果表明：调查区域部分农用地和林地土壤样品中镉、镍、铬、铜、铅和锌的含量超过其pH范围对应的风险筛选值，农用地和林地土壤样品中总镉超标率分别为16.9%和6.0%，总镍超标率分别为72.9%和88.0%，总铬超标率分别为62.7%和68.0%，总锌超标率分别为5.1%和6.0%；部分底泥样品中镍含量超过相应的风险筛选值限值，超标率为80%；地表水和地下水样品均符合相应水质标准要求。调查范围内林地和农用地土壤中重金属铜、锌、铬、镍、铅、镉之间存在同源性，来自同一母体。

• 泥鳅扰动对稻田土壤孔隙水中砷的影响

  把德功,周一敏,吴家萌,付一强,李冰玉,雷鸣

  为探究不同养殖密度（低密度、中密度、高密度）泥鳅扰动对土壤孔隙水中砷（As）含量的影响，采集湖南浏阳稻田表层土，以泥鳅为扰动生物，对泥鳅扰动土壤孔隙水中As含量变化进行研究，为进一步开展土壤-水环境中As循环研究提供基础数据。结果表明：泥鳅扰动后，土壤pH随时间先升高后降低，扩散层变宽，并逐渐向深层土壤扩散，泥鳅组土壤pH表现为：中密度组 > 低密度组 > 高密度组，低密度组和中密度组土壤溶解氧（DO）显著高于对照组和高密度组（P 土壤-水界面 > 土壤；泥鳅扰动促进了As由土壤向土壤上覆水迁移释放，显著增加了土壤上覆水As含量，其中低密度组促进效果较中密度组和高密度组显著；各处理土壤孔隙水As含量随时间逐渐减小（淹水期除外），从土壤深处向土壤-水界面迁移，总体呈现为土壤表层小于深层，泥鳅扰动能显著减少土壤孔隙水As含量，尤其对低密度组和中密度组土壤孔隙水As含量减少具有一定促进作用，同时也促进了土壤中As向土壤-水界面迁移释放；第7天时，泥鳅组土壤孔隙水As含量变化最显著，贯穿于整个土壤深度，低密度组As含量显著小于中密度组和高密度组，说明低密度组促进效果较中密度组和高密度组显著，这与土壤上覆水结果一致。研究表明，泥鳅扰动显著减少了土壤孔隙水As含量，其中低密度组和中密度组对不同深度土壤孔隙水As含量减少具有一定的促进作用，同时也促进了土壤中As向土壤-水界面迁移释放。

• 沿海三省区农田土壤抗生素的残留与生态风险评估

  何振贤,陶雪琴,孙建腾

  为了解沿海地区农田土壤中抗生素的残留及风险状况，在福建省、广东省、广西壮族自治区沿海区域（37个点位）和广东农业产值第一市茂名市（93个点位）共采集了130个土壤样品，采用固相萃取（SPE）-超高效液相色谱（UHPLC）-四极杆/轨道阱高分辨质谱（Q/Orbitrap MS）法检测分析了土壤中7类抗生素即磺胺类、喹诺酮类、四环素类、β-内酰胺类、大环内酯类、林可霉素类和氯霉素类的残留情况，通过绘图分析解析了土壤中抗生素的空间分布特征，通过混合风险熵值法（MRQ）研究评价了抗生素污染的生态风险。结果表明：沿海三省区130个农田土壤样品中抗生素总含量范围为0.4~396.8 μg·kg-1，点位检出率为100%，22种抗生素的检出率范围为0.8%~77.7%，7类抗生素中β-内酰胺类（均值为28.53 μg·kg-1）、四环素类（均值为16.49 μg·kg-1）、喹诺酮类（均值为7.08 μg·kg-1）和磺胺类（均值为5.56 μg·kg-1）的平均含量较高。抗生素空间分布有明显的差异，广东省农田土壤中总抗生素的平均含量最高（54.72 μg·kg-1），其次是广西壮族自治区（30.06 μg·kg-1），福建省最低（19.79 μg·kg-1），广东中山市和江门市的抗生素总含量远超其他城市，分别为361.4 μg·kg-1和396.8 μg·kg-1。广东茂名市种植业肥料消耗趋势与农田土壤中抗生素总含量的趋势基本一致，而抗生素含量与各县区人口密度、生猪出栏量及家禽出栏量均无相关性。生态风险评价结果表明，沿海三省区域和茂名市农田土壤中MRQ范围分别为0.000 5~99.24和0.004~46.13，高于低风险的点位占比分别为75.7%和96.8%，四环素类、喹诺酮类和磺胺类是土壤MRQ的主要贡献者，总平均贡献率为97.9%。研究表明，沿海三省区农田土壤中抗生素的生态风险较高，应该引起公众的重视。

• 麦饭石和硝酸钾添加对石油污染土壤的生物修复作用

  杨钊,刘泽梁,冯爽,张旭红,吴蔓莉

  为研究麦饭石和硝酸钾对石油污染土壤的生物修复作用，本试验通过向石油污染土壤中投加麦饭石和硝酸钾，比较了两种修复剂对不同污染时长土壤中石油烃的去除作用和毒性抑制效果。结果表明：对于新污染土壤，施加硝酸钾和麦饭石修复110d后，总石油烃（Total petroleum hydrocarbon，TPH）的去除率分别为12.03%和17.09%。其中，施加硝酸钾修复45 d时主要增强了土壤微生物的硝化潜力，修复后期（第46~110天）主要通过强化好氧反硝化作用实现对TPH的去除。对于陈旧性污染土壤，投加硝酸钾和麦饭石修复110 d后，TPH去除率分别为24.41%和22.07%，石油烃的去除主要发生在修复后期（第46~110天）。陈旧性污染土壤中添加硝酸钾提高了土壤微生物固氮和硝化潜力。麦饭石的添加对不同污染时长土壤中石油烃的去除主要通过吸附作用实现。蚯蚓急性毒性实验结果表明，麦饭石处理组蚯蚓7 d平均死亡率为35%，显著低于对照组的60%和硝酸钾处理组的100%死亡率，表明施入硝酸钾修复显著增强了土壤的生态毒性，施入麦饭石可降低石油污染土壤的生态毒性。研究表明，相比硝酸钾，麦饭石兼具石油烃去除和降低土壤生态毒性的作用，可作为一种优质修复剂处理石油污染土壤。

• 红霉素对蔬菜萌发的胁迫效应及土壤环境风险表征

  石礼虎,田书磊,吴宗儒,周睫雅,吴骞,王嵯,周秀艳,吴昊

  为健全红霉素的陆生生物毒性数据并对红霉素在土壤环境中的风险进行表征，本研究选用生菜、油菜、油麦菜和白菜为供试蔬菜进行红霉素不同浓度下的水培试验和盆栽实验，探究了红霉素对蔬菜种子萌发的胁迫效应和机制，通过ECOTOX数据库搜集相关数据，得出红霉素在淡水环境和土壤环境中的预测无效应浓度（PNEC），并根据盆栽实验结果对红霉素进入土壤后的环境风险进行了表征。结果表明：在红霉素胁迫下，供试4种蔬菜种子的发芽率无明显变化，根长均受到显著抑制；红霉素胁迫抑制了蔬菜种子的相对吸水量，促进了膜渗透性和幼苗体内的过氧化氢酶活性；供试4种蔬菜对红霉素的敏感程度为油菜>生菜>油麦菜>白菜，半抑制浓度依次为29.387、64.075、69.255 mg·L-1和127.681 mg·L-1，红霉素在淡水和土壤中的PNEC分别为0.2 μg·L-1和0.11 mg·kg-1，当盆栽土壤中的红霉素含量超过250 mg·kg-1时土壤环境风险较高。研究表明，根长可作为红霉素的毒性敏感指标，油菜可作为红霉素毒性指示作物，红霉素影响蔬菜种子萌发的主要机制为渗透胁迫，红霉素菌渣肥料化产物进入土壤环境中的最高红霉素含量应控制在250 mg·kg-1以内。

• 生物炭长期施入对燥红土有机碳及其组分的影响

  万云星,牟金霞,杨婼妍,陈云忠,王誉琴,邵晓辉,朱启林,伍延正,但小倩,汤水荣,AHMEDS.Elrys,孟磊

  为探究生物炭长期施入对土壤有机碳（SOC）及其活性组分的影响，通过室内培养试验，比较短期（1个月）施用生物炭（BF）和生物炭施入3 a（BA）对SOC及其组分的影响。结果表明：生物炭施入显著提高了SOC、颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、轻组有机碳（LFOC）和微生物生物量碳（MBC）含量。相比不施生物炭处理（CK），施用生物炭处理土壤的POC、EOC、LFOC和MBC分别增加了97.5%~241.5%、21.8%~59.4%、66.8%~202.7%和83.7%~199.9%。相较于BF，BA的SOC、EOC、POC和MBC含量显著降低，但溶解性有机碳（DOC）含量显著升高。相较于CK，施生物炭土壤的碳库管理指数（CPMI）显著提高，培养1个月的1%生物炭（BF1）和2%生物炭（BF2）及培养3 a的1%生物炭（BA1）和2%生物炭（BA2）处理的CPMI值分别提高了48.81%、89.73%、54.66%和157.48%。相关分析显示，MBC、POC、LFOC及EOC含量与SOC含量显著正相关。综上所述，施用生物炭能实现土壤固碳，但随着施用年限延长，CPMI显著降低，从而降低了SOC的稳定性。

• 小麦秸秆添加对不同类型土壤有机碳矿化的影响

  余洁,苗淑杰,乔云发,李天,王校益,赵玉蝶

  为探究在相同培养条件下，小麦秸秆添加对不同类型土壤有机碳矿化的影响，本研究采用室内培养法，向黑土、风沙土、紫色土和黄棕壤添加小麦秸秆，以揭示不同类型土壤有机碳矿化对外源碳添加的响应机制差异。结果表明：与未添加秸秆处理相比，添加秸秆处理的4种土壤有机碳矿化速率均表现为前21 d显著增加，之后趋于稳定。在培养的前7 d，4种土壤CO2累积排放量迅速增加2.41~3.87倍，此后持续稳步增加；培养结束后，未添加秸秆的4种土壤间CO2累积排放量未见显著差异；添加秸秆处理各土壤CO2累积排放量显著增加，较未添加秸秆提升2.52~3.41倍，其中紫色土CO2累积排放量显著低于其他3种类型土壤，为2 760.74 mg·kg-1，黑土增加最显著，为4 168.99 mg·kg-1。相关分析表明，无论是否添加秸秆，土壤有机碳的矿化率均受到全氮的主导作用，且二者具有显著负相关关系。无论是否添加秸秆，土壤CO2累积排放量均主要受到土壤pH的影响，且与pH呈显著负相关；添加秸秆处理中CO2累积排放量还同时受到土壤C/N的正向作用。研究表明，同一种秸秆添加到不同类型土壤中时，土壤本身性质的差异会导致土壤有机碳矿化对其的响应也存在差异，因此在实际秸秆还田时需要依据不同土壤特性制定合理的秸秆还田措施。

• 蚯蚓活动下矿物对凋落物分解及腐殖化的影响

  邱柏淞,宋鑫,谭智诚,严秋玲,李芳芳

  凋落物分解是植物向土壤输入有机碳的主要途径，蚯蚓和矿物的存在会改变凋落物的分解及其腐殖化。为探究培养后蚯蚓和矿物对玉米秸秆的有机元素组成、溶解性有机碳含量以及腐殖化程度的变化，本研究以玉米秸秆（CS0）为原料，分别通过添加蒙脱石和赤铁矿（原料∶矿物=7∶3，m∶m），在蚯蚓活动下进行135 d培养，标记为：玉米秸秆（CS）、玉米秸秆+蒙脱石（CSM）、玉米秸秆+赤铁矿（CSF）、玉米秸秆+蚯蚓（CSE）、玉米秸秆+蒙脱石+蚯蚓（CSME）、玉米秸秆+赤铁矿+蚯蚓（CSFE）。研究结果表明，分解后各处理组碳含量均有所减少。其中，与CS相比，CSM和CSF的碳含量平均减少46.01%，表明矿物加快了凋落物的分解。蚯蚓活动没有显著改变矿物对凋落物的分解。同时，凋落物培养后碳同位素比值（δ13C）降低，表明12C较13C相对富集保留，尤其矿物添加下更为明显。但蚯蚓活动减弱13C的损失，在CSME中最明显。这表明矿物和蚯蚓会影响凋落物不同组分的优先分解。从溶解性有机质（DOM）的组成和性质可知，培养后与CS相比，CSM和CSF的DOM的腐殖化指数（HIX）和生物指数（BIX）增大，表明矿物提高凋落物的腐殖化程度和生物可利用性。在蚯蚓活动下凋落物的腐殖化会进一步增强。此外，蚯蚓和矿物存在下其SUVA254、SUVA260和SUVA280增大，表明矿物/蚯蚓提高了其芳香化、疏水性和分子量，尤其是CSME最为显著。因此，蒙脱石和蚯蚓的添加更能显著增加DOM的腐殖化程度、疏水性和芳香性，提高土壤有机质的稳定。

• 强降水对不同肥期麦田氨挥发损失的影响

  赵素雅,刘强,杨梖,王宁,侯朋福,薛利红,杨林章

  在极端降水事件频发的背景下，为明确强降水对麦田不同肥期氨挥发损失的影响，本研究利用田间模拟降水试验，研究了强降水对麦田氨挥发损失和耕层土壤铵态氮含量及硝化潜势的影响，并结合微域试验分析了氨挥发损失与土壤含水量的关系。田间试验设置施氮处理（CF）与不施氮（CK）对照，以CF处理施肥时间为基准，分别在基肥、越冬肥和穗肥施肥后第7天模拟强降水（90 mm），监测农田氮素径流和渗漏损失，并进行连续10 d的氨挥发排放监测。结果表明，施肥显著提高中上层（0~10 cm）土壤的铵态氮含量，增加了降水驱动的生育前期（基肥期，越冬肥期）氮径流和渗漏损失，而穗肥期损失量相当。施肥和降水对基肥期氨挥发排放强度（AVI）无显著影响，但对追肥期（越冬肥期，穗肥期）的AVI影响显著。降水-施肥处理（CF-R）的追肥期AVI（越冬肥期35.02 mg·m-2·d-1；穗肥期12.84 mg·m-2·d-1）显著高于其他处理（越冬肥期15.46~17.29 mg·m-2·d-1；穗肥期7.95~11.23mg·m-2·d-1）。此外，越冬肥期氨挥发损失对平均AVI的差异贡献高于穗肥期和基肥期。相关分析表明，表层（0~5 cm）土壤铵态氮含量与氨挥发损失强度呈显著线性关系（P<0.05）。但值得注意的是，非降水条件下CF和CK处理的追肥期AVI均无显著差异，且培养系统的NH3挥发损失量随土壤持水量的增加而降低。而土壤硝化潜势分析表明，施肥对不同土层土壤的硝化潜势均无显著影响，但降水显著降低了中上层土壤的硝化潜势。研究表明，降水对施肥处理的氨挥发驱动效应是施肥后表层土壤氮素含量升高和降水后硝化潜势降低的叠加作用结果。除驱动麦田氮素径流和渗漏损失，强降水对追肥期氨挥发损失的激发效应应予重视，特别是在越冬肥期。

• 减氮和控释肥替代对宁夏引黄灌区玉米产量及土壤无机氮的影响

  邓江茹,刘文娟,马琨,贾彪,姚举上

  为研究不同施氮模式对宁夏引黄灌区春玉米产量及土壤无机氮变化的影响，以玉米为研究对象，采用完全随机设计，设置不施氮肥处理（CK）、农民常规尿素处理（CF，N 450 kg·hm-2）、等量控释肥替代处理（T1，N 450 kg·hm-2）、常规减氮处理（T2，N315 kg·hm-2）和减氮控释配施处理（T3，N 315 kg·hm-2）5个处理，分析减氮及控释肥处理下玉米产量及土壤无机氮状况。结果表明：连续两年（2021—2022年）减氮和控释施肥处理中，T3处理年均增产效果最显著，且产量构成因子中年均百粒质量和穗粒质量分别显著提高11.83%和28.94%，年均秃尖长显著降低67.87%。不同减氮和控释施肥处理两年均对0~120 cm土壤中NH4+-N的影响不显著，但对土壤NO3--N和总无机氮的影响显著。收获期，T3处理的NO3--N和无机氮的平均累积量最低，分别为210.01 kg·hm-2和298.40 kg·hm-2。连续两年减氮和控释施肥结果显示，T3处理较CF处理氮肥回收利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别平均显著提高21.93%、10.42 kg·kg-1和21.89 kg·kg-1。研究表明，总施氮量315 kg·hm-2的减氮控释肥配施（T3）方式，是宁夏引黄灌区春玉米在兼顾生态环境效益和经济效益下的最优施肥模式。

• 壳聚糖-生物炭对典型抗生素在单一和复合溶液中的吸附行为与机理

  苏旭,王宣茗,王思宇,葛紫怡,文中华,王江南,袁鹤翀,杨雯,孟军

  本研究选择壳聚糖作为改性剂对水稻秸秆生物炭进行改性，通过批量吸附试验探究了原始生物炭（BC）和壳聚糖-生物炭复合材料（CHBC）对溶液中单一或复合存在的典型抗生素四环素（TC）或磺胺甲噁唑（SMX）的吸附性能，并结合多种表征技术探究其对抗生素的吸附机理。结果表明：壳聚糖增加了生物炭表面氨基（—NH2）、羟基（—OH）和羧基（—COOH）等活性官能团，显著提升了生物炭对抗生素的吸附能力，其中CH1BC（即壳聚糖与生物炭初始质量比为1∶1）展现出最佳的吸附性能，它对TC和SMX的最大吸附量较BC提升了2.63倍和3.74倍。随着溶液pH的增加，生物炭对抗生素的吸附量逐渐下降，这是由于随pH增加，生物炭和抗生素表面负电荷增多，使它们之间的静电排斥作用增大所导致的。此外，随着溶液温度的升高，生物炭对抗生素的吸附量也增加，热力学分析表明CH1BC吸附抗生素的过程是自发吸热易发生的。生物炭对抗生素复合溶液的吸附试验结果表明，BC和CH1BC对复合溶液中TC与SMX的吸附量较单一溶液中有所下降，其中，TC的吸附量下降较少，而SMX的吸附量下降尤为显著，说明TC与SMX在生物炭上的吸附存在竞争关系，且TC的吸附优先级更高，这主要是TC与SMX自身的分子结构、pKa和溶解性不同造成的。通过对吸附后的生物炭再次表征证明了氢键作用和π-π作用是壳聚糖生物炭吸附抗生素的主要机理。

• 中试膜生物反应器处理奶牛养殖污水的微生物群落结构分析

  宋建超,尚斌,陶秀萍,刘崇涛,李洋洋,刘壮壮

  为了研究中试膜生物反应器在不同运行参数下处理高浓度奶牛养殖污水时膜生物反应器（Membrane bioreactor，MBR）内微生物群落结构的演变情况，对不同污泥龄（Sludge retention time，SRT）、水力停留时间（Hydraulic retention time，HRT）和曝气方式（连续曝气、3种间歇曝气）形成的5种工况下MBR微生物组成、多样性以及优势菌群分布进行了表征，同时对比研究了不同工况下污染物去除效果。结果表明，MBR处理高浓度奶牛养殖污水的最佳运行参数：SRT为30 d、HRT为96 h、曝15 min/停10 min，此参数条件下化学需氧量（COD）、NH4+-N、总氮（TN）和总磷（TP）的去除率分别为97.0%±0.5%、90.4%±1.3%、85.5%±1.8%和89.6%±5.6%，处理出水中4种水质指标浓度分别为（224±56）、（45±8）、（105±19）mg·L-1和（4±2）mg·L-1，运行期间部分处理出水的COD浓度达到农田灌溉水质标准要求，高效稳定的有机物和氮磷去除效果依赖于MBR微生物的多样性和功能微生物的稳定性。反硝化除磷菌门的Proteobacteria（变形菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）和Bacteroidetes（拟杆菌门）的丰度占总细菌的85.2%，污水高效脱氮除磷效率与反硝化除磷菌的种类、相对丰度密切相关；优势菌纲Gammaproteobacteria（γ-变形菌纲）、Bacteroidia（拟杆菌纲）和Clostridia（梭菌纲）的相对丰度总占比达81.2%，其中功能性除磷菌纲Gammaproteobacteria的丰度最高，达57.3%，保证了处理出水较低的TP浓度；优势反硝化菌属为Ottowia（奥托氏菌属），相对丰度占比达54.8%，可显著提高MBR脱氮效率。MBR处理高浓度奶牛养殖污水可实现良好的污染物去除效果，污染物去除效果与优势菌群密切相关，优势菌群相对丰度越高，越有利于提高污水处理效果和出水水质。

• 锯末覆盖对沼液贮存过程温室气体排放的影响

  魏佳欣,罗一鸣,郭伟,刘婉岑,罗文海,李国学,张智烨,亓传仁

  为有效控制沼液贮存过程中的温室效应，以锯末为覆盖材料，探究在沼液贮存过程中不同覆盖厚度（2、4 cm和6 cm）对氨气（NH3）和温室气体[氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）]排放、微生物群落结构的影响，以综合温室效应为评价指标，筛选出经济有效的降低温室效应的覆盖厚度。结果表明：锯末2、4 cm和6 cm覆盖对NH3减排率分别为37.5%、19.4%和24.2%；对N2O减排率分别为-84.7%、41.9%和44.6%；对CH4减排率分别为-18.7%、16.3%和23.7%。从微生物群落结构来看，各覆盖处理均降低了与碳、氮循环相关的微生物丰度，减弱了沼液内部有机质的分解和温室气体的产生。然而，随着覆盖厚度的增加，锯末材料沉降腐解增强，对碳、氮循环功能削弱效果逐渐降低，但是对气体逸出的吸附和阻碍作用仍然随着覆盖厚度的增加而增强，沼液产生的总CO2当量也逐渐减小。综合各种温室效应贡献气体排放情况，不覆盖处理和锯末2、4、6 cm覆盖处理的单位体积沼液35 d产生的总CO2当量分别为10.2、13.0、7.9、7.3 g CO2e·L-1，因此，采用4 cm厚的锯末覆盖沼液是较为经济有效的覆盖方案。

• 低温下冷适应性菌剂与超高温菌剂联用的堆肥效果评价

  王家寅,鲁金凤,王聆卉,李欣玥,王玉军,王晓东

  为了破解低温条件下玉米秸秆堆肥处理时升温难及堆肥成品腐熟度低的难题，本试验在10℃条件下从常年堆积玉米秸秆场所下的土壤与玉米秸秆混合样品中，筛选出3株菌株制成冷适应性菌剂，与已有的超高温菌剂（≥50℃）联合用于低温条件下玉米秸秆的堆肥，探究两类菌剂在堆肥过程中的作用，最终确立一种低温条件下冷适应性菌剂与超高温菌剂联合应用进行堆肥的方法。结果表明：未添加菌剂（CK）、单接种冷适应性菌剂（T1）、单接种超高温菌剂（T2）3组堆肥升温效果不佳，最高仅能达到50℃左右；而在第0天加入冷适应性菌剂，分别在堆肥开始第0天（T3）、第2天（T4）、第4天（T5）加入超高温菌剂的3组，不仅在堆肥初期升温迅速，且能使堆体温度在第5、6、7天时分别达到79.0、80.3、78.6℃，此外T3、T4、T5组的总有机碳降解率、种子发芽率也均高于CK、T1、T2组；与T5组相比，T3组升温更顺利，这与超高温微生物在堆体中的适应过程有关。研究表明，在低温条件下，冷适应性菌剂和超高温菌剂联合应用使堆肥效果提升显著，25 d即可完成堆肥，且在堆肥开始时加入冷适应性菌剂的前提下，超高温菌剂加入时间越早，其在堆体中发挥作用越顺利，堆肥效果越好。

• 酸碱改性生物炭与膨润土复配提高猪粪堆肥Cu和Zn钝化率

  梁梦月,袁宁,于锐,周嘉,罗那那

  为了钝化畜禽粪便中的重金属，促进农业废弃物资源化、无害化利用，本实验以猪粪和玉米芯为原料，共设置添加酸性生物炭4%（F1）、酸性生物炭4%+钙基膨润土4%（F2）、碱性生物炭4%（F3）、碱性生物炭+钙基膨润土4%（F4）、未改性生物炭4%（F5）、未改性生物炭+钙基膨润土4%（F6）、钙基膨润土4%（F7）和无添加（CK）8个处理，开展为期40 d的好氧堆肥实验，研究酸碱改性生物炭和钙基膨润土对猪粪堆肥腐熟效果及重金属Cu和Zn形态转化的影响。结果表明：堆肥结束时堆体pH值为7.7~8.1，呈碱性，EC值均小于4 mS·cm-1，所有堆肥处理基础理化性质均达到无害化要求。F2、F4重金属钝化效果较好，F2处理Cu和Zn钝化率分别为57.98%和40.94%，F4处理Cu和Zn钝化率分别为50.43%和47.35%。研究表明，堆肥过程中酸碱改性生物炭和钙基膨润土配施对Cu和Zn有较好的钝化效果，可提升堆肥产品质量。

• 生物干化餐厨垃圾堆肥腐殖化过程及其腐植酸活性评价

  李兰,王艺璇,徐智,高江飞,蒋雪,李季,王宇蕴

  为探究最佳产率途径，并评价其生化腐植酸的活性，对生物干化餐厨废弃物通过堆肥制备生化腐植酸过程进行研究。以经生物干化初始发酵后的餐厨废弃物为主料，木屑为辅料，设置C/N为25（CN25）、20（CN20）、15（CN15）3组堆肥处理，选取堆肥中腐植酸产率最大的处理，提取腐熟度为50%、80%[即种子发芽指数（GI）为50%、80%]的生化腐植酸，按不同施用浓度[0（Y）、20、40、80 mg·L-1]应用于水培试验，以40 mg·L-1矿源腐植酸为对照（H），通过测定堆肥腐殖化指标及玉米农艺性状指标，探究腐植酸产生规律、最大产率以及该体系的生化腐植酸的生物活性。结果表明：3个堆肥处理均满足基本腐熟要求（GI≥50%），腐殖质、胡敏酸、富里酸含量均呈下降趋势；在堆肥结束时，CN20处理腐殖质含量分别比CN25和CN15处理高155.6%和91.7%，胡敏酸含量分别比CN25和CN15处理高170.3%和98.0%，富里酸含量分别比CN25和CN15处理高150.0%和57.9%，且均达到显著差异水平（PGI-80%-40>GI-50%-80>GI-80%-20>H>GI-80%-80>Y，即施用腐植酸均能促进玉米的生长，其中，施用20 mg·L-1低腐熟度的生化腐植酸对玉米促生效果最佳（P<0.05）。综上所述，调节C/N为20进行堆肥腐植酸产率最大，堆至基本腐熟（GI-50%）时，提取其生化腐植酸以20 mg·L-1施用于玉米促生效果最好、生物活性最高。

• 基于机器学习的液态粪污农田施用氨排放系数研究

  韩宇萱,苏晓红,韩琳,魏梦泽,侯增慧,廖文华,高志岭

  为量化环境因子、施肥技术、粪污理化特性等因素对液态粪污还田利用后氨排放系数的影响，本研究采用Meta分析的方法，通过对52篇文献、总计454组数据的分析，探究了土壤性质、液态粪污性质、农田管理措施等16个因素对土壤氨排放系数的影响，并利用MatLab机器学习器训练和构建氨排放系数模型，对农田氨排放系数进行预测。结果表明：通过Meta分析发现粪污类型、粪污干物质含量、液态粪污施用方式、土壤pH是影响氨排放系数最重要的因素。在26个训练模型中，高斯过程模型（指数GPR）的决定系数（0.64）和均方根误差（0.067）均在所有模型中最优，且氨排放系数预测值和真实值相关系数达到0.91，该模型不仅成功预测了粪污施用技术对氨排放系数的影响，同时还可系统对比液态粪污的前期处理方式及其干物质含量、pH等理化特性对还田后氨排放系数的影响，但对不同质地土壤的氨排放系数识别度较低。本研究构建的液态粪污氨排放系数预测模型，不仅可较好地反映施肥技术、环境因子等因素对氨排放的影响，同时系统揭示了养殖场液态粪污理化特性和管理方式对还田土壤的氨排放系数的影响。

• GPMCP原位在线监测稻田土壤氨挥发研究

  李天玲,黄家宇,蒋明昊,李兆兴,汪晨煦,汪正国,邱子健,申卫收

  为实现原位在线精准监测氨挥发并探究农田氨挥发实时排放特征，本研究将自主研发的基于薄膜梯度扩散的电化学氨气实时传感器（GPMCP）应用于施用基肥和分蘖肥后的水稻田进行氨挥发实时跟踪监测。结果首先证实了农田温室气体（CO2，CH4和N2O）均对GPMCP监测结果无影响，表明了GPMCP有较强的抗干扰能力。对基肥和分蘖肥期的氨挥发跟踪监测发现，日间平均氨挥发量约是夜间的3倍，每天的11：00—15：00是氨挥发高峰时段（损失率高达40%）。两肥期均在施肥第2天氨排放量达峰，氨累积排放量为（24.4±6.6）kg·hm-2，累积氨损失率为7.7%±2.1%。GPMCP与密闭式抽气法测定的氨挥发结果具有良好正相关性，但由于密闭式抽气法受采样时段限制，其实测值低于GPMCP。与当前常用氨监测法相比，GPMCP更能有效捕捉氨挥发动态变化过程、精准反映氨挥发规律，有望成为农田氨挥发精准监测新技术，极具推广应用潜力。

• 不同施氮量和剪穗处理下水稻源库特征对稻田CH4排放的协同影响

  黄宇晴,任孝俭,张青爽,周继永,熊栋梁,崔克辉

  为阐明水稻植株源、库特征与稻田CH4排放间的关系，在大田条件下设置0N（不施氮）、150N（S0）（施氮量150 kg·hm-2，不剪穗）、210N（施氮量210 kg·hm-2）3个氮肥处理，并在150N处理下设置剪半穗处理，测定稻田CH4排放、根系分泌物有机碳含量、源库大小和产量等指标。结果表明：与210N处理相比，150N（S0）处理下水稻单位面积颖花数和库容分别显著提高6.7%和6.6%；剪穗导致单位面积颖花数和库容均下降55.9%。不同处理下的库特征变化显著影响水稻产量和稻田CH4排放，150N（S0）处理下CH4累积排放量比210N处理下显著降低了29.5%，产量升高了7.2%；与不剪穗相比，剪穗导致产量降低53.0%，而CH4累积排放量升高76.8%。CH4累积排放量和单位产量的CH4累积排放量分别与库容、单位面积颖花数、粒叶比及产量呈显著负相关。与210N处理相比，150N（S0）处理下根系分泌物中总有机碳和碳水化合物总量分别降低18.9%和39.7%；与不剪穗相比，剪穗导致根系分泌物总有机碳和碳水化合物总量分别显著增加65.8%和217.1%。CH4累积排放量和单位产量的CH4累积排放量与根系分泌物中总有机碳和碳水化合物总量显著正相关，而根系分泌物中总有机碳和碳水化合物总量与单位面积颖花数、库容、产量显著负相关。研究表明，不同处理下水稻库特征变化主要通过影响根系分泌物进而影响CH4排放，因此适量施氮可以增加库容量，减少根系有机碳分泌，从而在实现较高水稻产量的同时减少稻田CH4排放。

• 稻鱼共生养鱼密度对稻田甲烷排放的影响

  欧茜,熊瑞,周文涛,钟康裕,龙攀,徐莹,傅志强

  为探究不同密度稻鱼共生模式对双季稻田甲烷（CH4）排放及有机碳的影响，本研究于2022—2023年在湖南省长沙县路口镇进行大田试验，设置双季稻不养鱼常规种植（CK）、双季稻养鱼3 000尾·hm-2（DY1）、6 000尾·hm-2（DY2）3个处理，采用大区试验设计，分析不同密度稻鱼共生模式对双季稻田CH4排放及土壤有机碳（SOC）、水溶性有机碳（WDOC）及微生物量碳（MBC）的影响。结果表明：与CK相比，两年的稻鱼共生模式增加了CH4季节累积排放通量和周年累积排放量；不同密度稻鱼处理之间相比，DY1处理2022、2023年CH4周年累积排放显著高于DY2处理17.67%、13.35%（P<0.05）。稻鱼处理在2022年早、晚稻成熟期较CK分别提高了土壤SOC含量8.18%~14.10%和47.26%~56.42%；在2023年分别提高了22.00%~22.77%和23.74%~24.91%。土壤WDOC含量达到峰值时，与CK相比，2022年稻鱼处理的早、晚稻时期分别提高了133.39%~179.35%（P<0.05）、27.72%~40.78%（P<0.05），2023年稻鱼处理的早、晚稻时期分别提高了6.98%~14.16%（P<0.05）、68.51%~74.83%（P<0.05）。稻鱼处理土壤MBC含量在2022年早稻时期显著提高了544.86%~719.41%（P<0.05），晚稻高峰时显著提高了15.89%~32.68%（P<0.05），2023年早稻时期MBC含量变化较小，晚稻高峰时DY2较CK显著提高了210.35%（P<0.05）。综上，稻鱼共生模式增加了土壤SOC、WDOC、MBC含量且促进了CH4排放，但CH4排放随养鱼密度增加而降低。本研究发现，稻鱼共生模式对双季稻田CH4减排具有意义，且当养鱼密度在6 000尾·hm-2时效果最佳。

• 固相萃取净化/GC-MS法测定水/土样品中α-松油醇含量

  吴凤,区嘉铖,李彦文,赵海明,蔡全英,向垒,莫测辉

  采用固相萃取净化结合GC-MS法分别建立了测定水/土样品中典型有机浮选药剂（α-松油醇）的方法。采用DB-5 MS进行色谱分离，电子轰击（EI）-选择离子检测（SIM）和基质标线进行定量分析。水/土样品均采用二氯甲烷进行萃取，水样萃取时，先将其pH值和盐度调整为7.5和0.5%，之后采用二氯甲烷进行3次萃取；土壤萃取时采用二氯甲烷进行2次振荡萃取，萃取液旋转蒸发近干后用1 mL甲醇定容为萃取质。水、土样品萃取质均采用C18小柱进行固相萃取净化。在上述最优萃取条件下，目标化合物在0.1~5mg·L-1浓度范围内线性关系良好（R2 ≥0.998）；其在水/土样品中的检出限（LOD）分别为0.027~0.041 mg·L-1（水样）和0.009~0.054 mg·kg-1（土样），在实际样品中不同浓度（1、2、5 mg·L-1或1、2、5 mg·kg-1）加标回收率分别为91.5%~112%[相对标准偏差（RSD）<15%，水样]和67%~114%（RSD<15%，土样）。