农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2025年第4期

• 畜禽粪便堆肥过程中CH4和N2O减排研究进展

  段亚军,吴洪生,李贞伟,李妍慧,陈光耀,刘政,胡凤义,马文舟,周国华,王晓云,池金和,陆东明,顾晓明

  堆肥是畜禽粪便资源化利用的重要技术手段，但堆肥过程中势必会产生和排放大量温室气体（CH4 、CO2、N2O），其中CH4 和N2O因具有很高的增温潜势，近年来受到人们重点关注。本文调研了大量国内外文献，根据现有资料系统阐述了畜禽粪便堆肥过程中温室气体的产生机制及影响因素，并深入探讨了堆肥过程中温室气体减排调控措施，以期为堆肥过程中温室气体减排提供理论基础和技术指导。物理添加剂在堆肥过程中温室气体减排领域应用较多且效果较好，尤其是生物炭备受关注，其主要通过影响堆肥微环境、影响微生物活性、吸附或参与反应来实现温室气体减排；中药材添加剂可以减少田间土壤温室气体排放，在堆肥中是否具有减排效果及其机制还不明确。化学抑制剂（不包括硝化抑制剂）主要通过影响堆肥pH来影响温室气体排放，而硝化抑制剂抑制N2O排放具有明显优势。微生物添加剂主要通过影响微生物代谢来影响温室气体排放。未来应加强中药材对堆肥温室气体减排的研究，并进一步探寻堆肥过程中高效稳定的减排添加剂，特别是能够实现CH4 和N2O协同减排的添加剂。

• 土壤水分亏缺加剧了冬小麦光合作用的臭氧伤害效应

  沈新智,吴荣军,徐彦森,尚博,冯燕茹,冯兆忠

  为探究气候变化背景下地表臭氧（O3）污染与土壤水分亏缺对冬小麦光合生理的复合作用机制，本研究依托 O3-FACE平台，设置了 O3暴露和水分处理各 2个水平的 4个处理组（ACK：环境 O3+水分对照；AWS：环境 O3+水分胁迫；ECK：升高 O3+水分对照；EWS：升高O3+水分胁迫），开展土壤水分亏缺和O3胁迫单独及复合作用对冬小麦光合生理指标影响的大田试验研究，并探讨其影响机制。结果表明：灌浆期开始，相比于ACK，AWS使冬小麦饱和光合速率（Asat）、叶片气孔导度（gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、表观电子转移速率（ETR）、叶绿素相对含量（Chl）和总抗氧化能力（TAC）分别下降了 23.7%~44.7%、30.1%~56.3%、8.0%、27.3%~30.3%、14.9~18.7%、29.2%，叶片丙二醛（MDA）含量升高 23.3%；相比于 ECK，EWS 分别下降了 17.4%~66.4%（Asat）、49.8%~50.3%（gs）、1.3%（Ci）、 29.7%~44.9%（ETR）、22.1%~37.7%（Chl）、26.2%（TAC），MDA含量升高32.7%；而相比于ACK，EWS变化幅度最大，分别为 53.4%~78.2%（Asat）、63.5%~75.5%（gs）、9.9%（Ci）、32.7%~56.9%（ETR）、36.6%~73.1%（Chl）、47.0%（TAC），MDA 含量升高68.1%。同时，统计分析表明，土壤水分亏缺和O3胁迫对Asat、gs、Ci、Chl、TAC、MDA存在显著的交互效应。研究表明，土壤水分亏缺加剧了O3对冬小麦的伤害效应，其影响机制为土壤水分亏缺降低了gs和Chl，从而导致碳同化物不足，影响植物抗氧化系统功能，进而加剧O3胁迫导致的叶片膜质过氧化并显著降低Asat。

• 大气CO2浓度和温度升高对黑土禾谷类作物根际土壤有机氮组分的影响

  毛梦凡,高利正,龙永,徐影,李彦生,金剑,于镇华

  为阐述大气CO2浓度和温度升高对黑土区主要禾谷类作物土壤有机氮组分含量的变化及其对土壤氮素有效性的潜在影响，本实验通过使用开顶式气候室（OTC）模拟大气CO2浓度升高（550 μmol·mol-1）和温度升高（+2 ℃），以正常大气CO2浓度和温度作为对照，对黑土区3种主要禾谷类作物根际土壤的有机氮组分进行了测定，并与土壤理化性质进行了相关性分析。结果显示：小麦根际土壤酸解总氮和各组分受大气CO2浓度和温度升高的影响大于玉米和水稻。具体表现在：小麦根际土壤的酸解氮和各组分均不同程度地受到大气CO2浓度和温度升高，以及两者共同升高的影响。水稻根际只有酸解氮以及未知态氮受到两者共同升高作用显著影响，而玉米根际的酸解氮和各组分则没有受到大气CO2浓度和温度单独升高或两者共同升高的影响。同时，与对照处理相比，在大气CO2浓度和温度共同升高的作用下，不同作物的有机氮各组分占全氮的比例也会发生变化，3种作物土壤中氨基酸态氮和氨态氮仍然为酸解氮组分的主要贡献者，未知态氮次之，氨基糖态氮含量最低。相关分析表明，酸解有机氮组分受全氮和速效磷影响显著。研究表明，在未来大气CO2浓度和温度升高条件下，应适度减少小麦氮肥的施加量，增加水稻和玉米氮肥的施用量以及适当调节土壤理化性质，以提高氮素的有效性。

• 土壤中纳米塑料与砷共存诱发的生菜毒性效应及其代谢机制

  范维新,邱春生,穆莉,翁靓娴,高子惟

  为探究土壤中纳米塑料与砷共存诱发的生菜毒性效应及其代谢机制，本研究探讨了纳米塑料进入受砷污染土壤后对土壤pH、含水量及砷含量变化的影响，以及土壤中纳米塑料与砷协同作用对生菜生长发育、营养品质及抗氧化应激系统的影响，同时通过代谢组学分析技术揭示了两者协同作用诱发的生菜毒性效应机制。结果表明：含砷土壤中纳米塑料的存在，导致土壤pH上升，持水能力及砷含量下降。植物成熟期时，未添加纳米塑料的土壤总砷含量下降了6.85%，添加10 mg·kg-1和100 mg·kg-1纳米塑料的土壤总砷含量分别下降了9.87%和20.33%。同时，纳米塑料的存在加剧了植物对无机砷的吸收，尤其是幼苗期，在分别添加10 mg·kg-1和100 mg·kg-1纳米塑料的处理组，生菜中砷主要以As（Ⅲ）为主，其分别上升了30.25%和39.10%。此外，在15 d时，相较于未添加纳米塑料组，10 mg·kg-1组的叶鲜质量上升了 20.00%，而 100 mg·kg-1组下降了 4.00%，低含量纳米塑料的存在反而促进了植物的生长，而第30天时两个处理组分别下降了6.15%和10.77%，第45天时分别下降了6.33%、12.66%。此外，生菜的根长、根质量、茎长和叶绿素等同样存在低促高抑的现象。含纳米塑料处理组中生菜的纤维素、蛋白质和维生素C含量小幅上升，且超氧化物歧化酶、丙二醛呈现同步上升趋势，增强了生菜的抗氧化胁迫能力。代谢分析表明，含砷土壤中纳米塑料的添加导致半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、肌醇磷酸代谢途径上调，硫氮代谢、三羧酸循环、酪氨酸代谢和丙酮酸代谢途径下调，对植物生长产生不利影响。

• 不同外源物质对镉污染下钻叶紫菀生长、生理和镉积累的影响

  梁雪莲,陈伟,王天顺,邢钇浩,陆玮璠,廖洁,唐莉,王海军,蒋文艳

  为提高镉（Cd）超积累植物钻叶紫菀的植物修复效率，对4种外源物质调控钻叶紫菀生长和Cd积累及抗氧化系统进行了研究。在砂培条件下，采用尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）、茉莉酸甲酯（MeJA）、亚精胺（SPD）和脱落酸（ABA）4种外源物质对30 mg·L-1 Cd处理下的钻叶紫菀进行叶面喷施处理，对其生物量、Cd含量、Cd积累量和抗氧化系统进行分析。结果表明：相较于单独Cd处理，ABA和 UDPG 处理显著增加钻叶紫菀生物量和地上部 Cd积累量。外源喷施 0.1 mg·L-1 ABA后，钻叶紫菀地上部干质量和Cd积累量分别增加了107.1%和152.2%；外源喷施0.1 mg·L-1 UDPG后，钻叶紫菀地上部干质量和Cd积累量分别增加了72.3%和87.4%。SPD处理提高了地上部Cd含量且高浓度缓解了Cd对钻叶紫菀生长的不利影响；MeJA处理显著抑制钻叶紫菀对Cd的积累。0.4 mg·L-1 MeJA和5 mg·L-1 SPD处理的钻叶紫菀叶片丙二醛（MDA）含量分别降低了21.6%和25.0%。UDPG和0.1 mg·L-1 ABA处理均显著提高谷胱甘肽（GSH）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸酶（APX）活性。研究表明，外源喷施适宜浓度的ABA和UDPG可以有效缓解Cd对钻叶紫菀的生长抑制，提高植株生物量，增加地上部Cd积累量，提高钻叶紫菀对Cd的耐受性。

• 不同钝化剂对土壤镉有效性与生物可给性的对比影响研究

  许华强,王林,孙约兵,戴子纯,邓凯,王童玉,梁学峰

  为探究不同钝化剂对土壤镉（Cd）有效性和生物可给性的影响，本文开展土培实验，研究施用巯基坡缕石（MP）、羟基磷灰石（HAP）、铁改性生物炭（FeBC）对酸性（湘潭）和弱碱性（济源）土壤 Cd有效性、化学形态及生物可给性的影响，并通过体外消化与连续提取的联合实验及冗余分析揭示其作用机制。结果表明：添加MP和HAP显著降低供试土壤的Cd有效性，最大降低率分别为82.27%和47.88%；FeBC显著提高Cd有效性。施用MP显著降低济源和湘潭土壤肠阶段的Cd生物可给性，最大降幅分别为97.97%和 51.11%；施用 HAP显著降低湘潭土壤肠阶段的 Cd生物可给性，最大降幅为 54.13%；施用高剂量 FeBC则显著提高两种土壤胃阶段的Cd生物可给性。施用MP和HAP促进土壤Cd由可交换态向铁锰氧化物结合态转化；施用FeBC则促进土壤碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Cd转化为可交换态Cd。联合实验和冗余分析的结果表明，生物可给态Cd主要来源于可交换态Cd，3种钝化剂主要通过调控可交换态 Cd的溶出来影响 Cd的生物可给性。研究表明，3种钝化剂中 MP的钝化效果最佳，在降低土壤Cd污染带来的健康风险方面具有较好的应用价值。

• Si-P改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤肥力调控效应及小白菜生长的影响

  周晗,丁永丰,丁壬淇,尚子捷,许帅,陈志凡

  为探究 Si-P改性生物炭对弱碱性 Cd污染土壤的肥力调控效应和对小白菜生长的影响，以玉米秸秆、硅藻土和重过磷酸钙为原材料，以5∶1∶1质量比在600 ℃氮气氛围下制得Si-P改性生物炭（B5PSi600），通过小白菜盆栽实验研究了Si-P改性生物炭和单一生物炭在不同添加量（0.1%、1%、3%）下对弱碱性 Cd污染土壤中 N、P、K等养分的调控效应，以及对小白菜生长和 Cd迁移富集等的影响。结果表明：Si-P改性生物炭在3%添加量下显著提高了土壤中N、P、K含量；显著降低了土壤中Cd有效态含量，促进了土壤中Cd的弱酸溶解态和可还原态向残渣态和可氧化态转化；Si-P改性生物炭显著降低了Cd的生物迁移，减少了小白菜中Cd的积累，特别是在3%施加量时Cd的富集系数和转移系数分别降低了38.74%和34.89%。同时，施加Si-P改性生物炭不仅显著提高了小白菜的根长和生长高度，有效提高了小白菜中营养元素（N、P、K）含量，而且减弱了Cd对小白菜的氧化胁迫，提高了叶绿素含量，降低了小白菜的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性以及丙二醛含量。研究表明，Si-P改性生物炭在调控弱碱性Cd污染土壤肥力与小白菜生长方面表现出了良好的效果，其中3%添加量最为适宜。

• 长株潭地区稻田土壤淹水后有效态镉变异的主控因子研究

  吕丹蕾,王震,张闯闯,刘文婧,张铁亮,纪雄辉,赵玉杰

  为评估我国长株潭地区土壤性质对土壤有效态镉（Cd）的影响机制，本文以该地区稻田土壤为研究对象，采用梯度扩散薄膜（DGT）技术探索了短期淹水后不同土壤Cd有效态含量的差异性，并采用逐步回归、混合线性回归（Cubist）等数据挖掘方法分析了控制 Cd释放的环境因子的单独及联合作用效能。结果表明，土壤总 Cd含量变化可以解释 Cd释放变异的 75%，土壤其他因素如铁锰氧化物、有机质、土壤协同阳离子（如Cu）、pH等在不同条件下对Cd释放的影响存在差别。土壤总Cd是影响Cd释放的第一主控因子，锰结合态的Cd更容易释放到土壤溶液中，促进Cd活性增加；高含量铁抑制Cd的活性，同时铁结合态Cd也会释放到土壤溶液中成为有效态Cd的一部分；Cu与Cd之间由于原电池效应而表现为Cu含量增加促进Cd的释放，但作用效能偏弱；有机质对Cd释放的抑制作用在高Cd土壤中有所体现，采样区pH变异性较弱，对Cd释放的控制作用易被其他相关因子如Mn掩盖。

• 轻度锌污染土壤植物修复效果研究

  张瑞瑞,顾佳艳,何国富,陈潇楠,郭林睿,薛文瑾,杨春懿

  为探究不同植物组合对锌（Zn）污染土壤的修复效果，本研究以上海某轻度Zn污染地块为研究对象，选取水杉、五节芒、黑麦草和芦苇4种植物，开展为期1 a的Zn污染土壤植物组合修复工程，连续监测土壤的pH值、电导率（EC值）、锌全量、有效态锌、有机质、有效磷、速效钾、全氮，草本植物地上及地下部分Zn含量，评估各植物组合的修复效果，筛选出修复效果最佳的植物组合，为同类型土壤Zn污染的植物修复提供参考。结果表明：各地块全Zn去除率为8.89%~26.24%，表明所选组合植物修复效果良好，适用于长江河口区域的重金属Zn污染修复；水杉+黑麦草组合全Zn去除率最高（26.24%），且前期去除率（16.10%）高于水杉整个修复周期的去除率（14.77%），该组合修复效果最佳；草本植物黑麦草富集能力最强，富集系数为2.02，其体内Zn含量显著高于五节芒及芦苇（P<0.05），具备稳定吸收锌Zn的能力，属于根部囤积型植物；乔木水杉维持土壤肥力能力较好，在植物组合修复中有助于土壤肥力的改善，对Zn污染植物修复工程的持续具有重要意义。

• 长期施肥对红壤侵蚀坡耕地重金属积累及其有效性的影响

  李嘉奇,郭自春,汪亚及,高磊,彭新华

  为探究长期施用猪粪和化肥对红壤侵蚀坡耕地土壤重金属的长期积累及其有效性的影响，本研究基于中国科学院红壤生态实验站红壤坡耕地长期侵蚀小区试验（2012—2023年），选取不同年限（2012、2015、2018、2020年和2023年）耕层（0~20 cm）及2023 年垂直剖面（1 m 土层）的土壤样品，分析了 12 a 不施肥、单施化肥以及猪粪与化肥配施 3 个处理下土壤 pH、土壤有机碳（SOC）、4种重金属（Cr、Cu、Zn、Cd）全量及其有效态含量的变化。结果表明：与试验前土壤相比，长期单施化肥导致耕层土壤 pH下降 0.2~0.6 个单位，SOC 含量减少 1.0~1.9 g·kg-1；而长期猪粪与化肥配施则使耕层土壤 pH 升高 0.2~0.6 个单位，SOC 含量增加0.1~3.0 g·kg-1。与不施肥处理相比，长期单施化肥显著增加了耕层土壤有效态 Cr含量，增幅达 446.2%~851.2%（P<0.05）；而长期猪粪与化肥配施显著增加了耕层土壤Cu、Zn全量，增幅分别为76.3%~129.6%和71.2%~125.8%（P<0.05），并显著提高了耕层土壤有效态Cr、Cu和Zn的含量，增幅分别为335.0%~1 213.4%、162.3%~1 373.2%和275.8%~2 457.0%（P<0.05）。其中，2023年土壤Cu全量达到 56.8 mg·kg-1，已超过农用地土壤污染风险筛选值（50.0 mg·kg-1）。此外，猪粪与化肥配施显著增加了深层土壤（20~100cm）Cu和 Zn的有效态含量，增幅分别为 53.9%~354.2% 与 66.3%~368.2%（P<0.05）。相关分析表明，在单施化肥处理下，土壤 Cr、Cu、Zn、Cd的有效态含量及土壤Cd全量均与土壤pH和SOC含量呈极显著正相关关系（P<0.01）；而在猪粪与化肥配施处理下，土壤Cu、Zn、Cd的有效态含量与全量以及Cr有效态含量均与土壤pH和SOC含量呈极显著正相关（P<0.01）。本研究表明，在红壤侵蚀坡耕地培肥时，长期单施化肥会导致土壤酸化、养分贫瘠及重金属的活化与积累，而长期猪粪与化肥配施则显著促进了耕层土壤重金属的富集及剖面中重金属的活化。基于此，建议农业实践中应优化化肥的施用量，使用经过处理的猪粪，并结合水土保持措施，以降低重金属累积及面源污染的风险。

• 陕西秦岭矿区农田土壤和作物重金属污染特征及健康风险评价

  牛浩泽,张超,贺峰,王姊煜,袁梦瑶,赖潘民旺,郭军康

  为探究陕西秦岭不同矿区农田土壤、作物重金属污染特征及健康风险，自秦岭陕西段至东部选择10个矿区，采集并测定了214个表层土壤（0~20 cm）、160份玉米和160份小白菜样品中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的含量。采用单因子、综合污染、地累积指数法和潜在生态风险指数法评价了该农田土壤矿区重金属污染特征，采用Pearson相关性分析和主成分分析方法初步探究了该区农田土壤重金属的来源，选用美国环保署（USEPA）开发的健康风险评价模型对矿区农田土壤及作物进行健康风险评价。结果表明：陕西秦岭矿区周边农田土壤普遍存在重金属污染，土壤中Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的平均含量分别为陕西省土壤背景值的11.03、1.49、1.82、5.52 倍和 1.27 倍，两种作物中 Cr、As、Cd 和 Pb 的含量均有超出《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—022）阈值的情况，土壤中 Cd 达到偏重污染及以上污染等级的点位占比为 13.60%，土壤重金属潜在生态风险指数值平均值为162.31，达到高风险及以上潜在生态风险等级的点位占比为35.38%；相关性分析表明，这些重金属可能有着共同的污染源，主成分分析表明矿产开采活动为矿区农田土壤重金属污染的主要来源；农田土壤重金属对儿童和成人均存在非致癌和致癌风险，作物对人群可能产生致癌危害，其中作物中的Cr、As、Pb和Cd是主要的风险元素。研究表明，因受矿区开采活动的影响，土壤重金属污染程度较为严重，作物中重金属含量超出标准，研究地块存在显著的生态风险与健康风险。因此，有必要加强对重金属的监测工作。

• 水铁矿富集功能微生物强化土壤微生物电化学降解石油烃

  于鑫,杨思德,陈永刚,杨玥玮,孙嘉璐,张云,李晓晶

  为探究土壤微生物电化学系统（Microbial Electrochemical System，MES）中土著微生物在增强石油烃降解过程中对外源水铁矿的响应，设置无电极、开路、闭路3种土壤MES反应装置，即在无生物电场、局部生物电场和有效生物电场下，于第0、202、368天考察石油烃降解和土壤微生物群落的变化。结果表明：水铁矿在无电极、开路和闭路处理中的转化依次增加，从而伴随着更高的石油烃降解（较对照提升22%）。水铁矿添加后，土壤微生物群落多样性增强，受确定性过程影响增大。此外，群落共生网络关系得到加强，进而强化了种间的协助互作。虽然长时间的运行使得系统优势门（Desulfobacterota、Firmicutes、Proteobacteria）丰度降低 50%，优势属（SBR1031、SEEP-SRB1、KCM-B-112）丰度降低 16%，但水铁矿能够选择富集功能微生物，包括铁还原菌（Geoalkalibacter、Limnobacter）、石 油 烃 降 解 菌（Desulfosarcinaceae、Salinimicrobium、Immundisolibacter）、产 电 菌（Geoalkalibacter、Mycobacterium），其丰度最高提升至对照的 4.7 倍，以支撑土壤 MES 的强化石油烃降解和产电功能，这在功能预测中也得以证实。总之，水铁矿能够通过刺激土壤中的功能微生物的定殖并加强其联系来加强微生物电化学系统降解石油烃等有机污染物的功能。

• 微藻基生物塑料薄膜制备参数优化及性能分析

  邓乾震,刘祥,李耀强

  采用响应曲面法耦合Box-Behnken设计，对微藻基可生物降解塑料薄膜的制备参数进行优化，并对其性能进行分析。以普通小球藻（Chlorella vulgaris）为基料，以聚乙烯醇（PVA）、甘油和尿素添加量为自变量，薄膜拉伸强度和断裂伸长率为响应值，制备性能最优的微藻基可生物降解塑料薄膜，并探索其作为地膜应用时对土壤含水率的保持潜力。结果表明：PVA含量对薄膜拉伸强度和断裂伸长率的影响最大，其次为甘油，当PVA、甘油和尿素添加量分别为3.70 g、2.60 mL和3.00 g时，微藻基可生物降解塑料薄膜的性能最优，此时薄膜拉伸强度为3.65 MPa，断裂伸长率高达556.01%，覆膜实验7 d后，覆膜组土壤含水率为9.85%，显著高于对照组的2.27%。研究表明，经过参数优化后制备出的生物塑料薄膜呈现较好的机械强度和韧性，当作为地膜覆盖后，可显著提高土壤的含水率。该研究为可生物降解塑料薄膜制备提供了新思路，为微藻资源化利用开辟了新方向，更为缓解农田地膜残留污染提供了新方案。

• 有机施肥对不同植物类土壤肥力与碳库的影响

  朱文彬,张慧,张龙江,苏良湖,欧阳爽,刘臣炜,王磊

  为探讨有机施肥对不同土地利用方式土壤肥力与有机碳库的影响，本研究选取长三角地区典型稻田、茶园和菜地为研究对象，分析有机施肥模式对不同土地利用方式下不同深度土壤肥力与有机碳组分的影响。结果表明，施肥主要影响0~20 cm土层的土壤性状。相较于无机施肥，有机施肥下，稻田土壤速效磷和铵态氮，以及茶园土壤有机质含量均显著增加。采用 Fuzzy法对不同土地利用方式下土壤肥力的评价结果表明，有机施肥有助于改善稻田土壤肥力，有机无机配施的菜地土壤肥力处于中等水平。有机施肥对茶园土壤肥力的影响结果不一致，可能是因为相较于无机肥处理，有机 1处理显著降低土壤 NO3--N（0~20 cm 和40~60 cm）、Olsen-P（0~20 cm和40~60 cm）、SOC（40~60 cm）和TN（40~60 cm）含量，而有机3处理显著增加了SOC（0~20 cm和20~40 cm）和TN（0~20 cm）含量。稻田和茶园土壤肥力提升的主要限制因子依次为速效氮、速效磷和有机质，而pH是影响菜地土壤肥力的主要指标。有机质、总氮和速效氮分别是对稻田、茶园和菜地土壤综合肥力贡献最大的因子。此外，不同施肥模式显著增加稻田、茶园和菜地0~20 cm土壤颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳含量，其中长期施用有机肥（22 a）显著提高茶园土壤矿物结合态有机碳含量。综上所述，有机施肥有助于改善稻田土壤肥力，提升稻田和茶园土壤碳库，但对茶园土壤肥力的影响仍待进一步探究。此外，有机无机配施的菜地土壤存在酸化风险。因此，针对不同土地利用方式土壤肥力改善与碳库提升需因地施策。

• 不同植被对煤矿区土壤微生物和碳循环基因的影响

  白轶伟,刘长月,原建强,李鹏飞,郭俏,王旭东,来航线

  为明确红柳林煤矿不同植被类型下微生物群落组成等特征，同时探讨矿区植被类型对土壤微生物及碳循环功能基因的影响，本研究选择陕北神木红柳林煤矿区草本（C）、灌木（G）和草灌混合（CG）3 种典型植被类型区域的枯枝落叶层土壤（0~20cm）、根层土壤（20~60 cm）和深层土壤（60~100 cm）为研究对象，测定土壤理化性质、土壤酶活性，并借助16S rDNA、ITS rDNA高通量测序和宏基因组测序技术分析微生物群落结构及碳循环功能基因丰度的变化。结果显示：不同植被类型对矿区退化土壤理化性质和酶活性产生显著影响，水解酶系以灌木类型活性相对较高，而氧化还原酶系以草灌混合类型最高；不同植被类型、不同深度土壤之间微生物α多样性均差异显著，同时微生物β多样性、门水平上物种相对丰度也均具有显著差异；不同植被类型可能会通过影响土壤全氮、速效磷、速效钾等理化性质指标，蔗糖酶活性指标及颗粒有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳等有机碳组分指标，进而影响碳循环过程中功能基因的丰度。研究表明，陕北煤矿区不同植被类型对土壤微生物群落结构和碳循环过程相关功能基因产生显著影响，而以红柳为主的灌木类型更适合改善煤矿区微生物结构和碳循环。

• 黄河三角洲稻田退耕对土壤生态化学计量特征的影响

  王琦璇,杨继松,卢国伟,孙丹丹,王志康,周迪,邵秋玲

  为探究稻田退耕对土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）生态化学计量特征的影响，本研究以黄河三角洲退耕2 a（TG2a）和退耕15 a（TG15a）土地为研究对象，以退耕前稻田（DT）、未开垦自然湿地（ZR）为对照组，对稻田退耕土壤碳、氮、磷及其生态化学计量特征进行研究，揭示关键作用因子。结果表明：不同土地类型土壤有机碳（TOC）、全氮（TN）和全磷（TP）含量均值变化在 1.30~3.86、0.30~1.03 g·kg-1和 0.39~0.72 g·kg-1之间；TG2a 土壤碳、氮、磷含量较 DT 明显下降，而 TG15a 土壤较 TG2a 明显上升。相应土壤C∶N、C∶P和N∶P均值变化在4.31~5.81、8.23~17.56和1.56~4.10之间，稻田退耕后C∶N变化趋势因土壤层次而异，而C∶P和N∶P则整体升高。研究表明，溶解性有机碳和黏粒含量是影响退耕土壤TOC、TN、TP及其生态化学计量比变化的主要因子。

• 矿物生物炭对马铃薯品质与土壤肥力的影响

  宗莉,林红霞,苗宁涛,牟斌

  本试验旨在从矿物视角探究油页岩半焦资源化利用可行途径，通过热解炭化处理油页岩半焦，将其转化为矿物生物炭，用于马铃薯种植。分析了矿物生物炭的理化性质，以天薯10号马铃薯为试验对象评估了其应用可行性，研究了矿物生物炭不同用量对土壤理化性质、酶活性和马铃薯产量的影响。成分分析发现矿物生物炭不仅含C、N、P、K等作物生长必需元素，还含有Ca、Mg、Si和Fe等微量元素，重金属元素在农业生产安全范围内；FIRT结果表明热解炭化后油页岩半焦表面官能团芳香化程度增大；田间试验结果表明，随着矿物生物炭施用量的增加，土壤pH和含盐量都呈上升趋势，但土壤有机质、有效磷、阳离子交换量、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶活性先增加后降低；块茎的淀粉和干物质含量呈先升高后降低（P>0.05），维生素C和还原糖含量逐渐增加且与对照差异达到显著水平（P<0.05）。马铃薯产量和商品薯产量也随施用量的增加先增加后降低，当施用750 kg·hm-2时二者产量达到最高（P<0.05），分别是对照的2.00倍和2.09倍。研究表明，矿物生物炭对改善土壤质量和马铃薯产量、品质具有积极作用，其中750 kg·hm-2施用量最为适宜。

• 长、短期有机肥施用对菜地矿化氮流失的影响

  张亚飞,李秀芬,俞映倞,杨林章,薛利红,徐飞,韩雪梅,王佳熙

  活性氮是种植系统中支持作物生长和发生流失的主要物质，其主要来源为化学肥料的施用和土壤或有机肥矿化。在广泛施用有机肥的菜地种植系统中，有机肥施用在带来可矿化氮量增加的同时，会如何影响矿化氮的流失风险，尚不明确。本研究选用长期仅施用化肥和配施有机无机肥的菜地土壤样本，同步开展土壤培养和青菜种植试验，探索有机肥长期（4 a）、短期（56 d）施用对氮矿化进程、种植系统矿化氮的作物利用和流失的影响。结果表明，长期有机肥配施土壤因具有更为接近中性的pH和较低的容重，较长期施用化肥土壤提高净氮矿化速率 43%；种植条件下，即使施用化肥，作物吸收利用的氮 70%以上来源于矿化氮而非当季施用的化肥氮；短期化肥氮施用是菜地种植系统淋洗途径氮损失的主要来源，贡献占比在41%~75%。研究表明，长期配施有机肥可降低作物对化肥氮的依赖，提升产量稳定性；长期配施有机肥虽然一定程度增加了矿化氮的流失风险，但能够有效降低当季淋洗途径氮损失总量，并控制土壤中留存活性氮后期的流失风险，较好兼顾了农业生产和环境友好。

• 水肥变化对新垦稻田地下水硝态氮的影响机制

  冯宁,官家蓉,钟艳霞,冯波

  宁夏银川平原绿洲水稻种植集约化程度高，为寻找一个最优的水肥处理模式，通过大田试验系统研究了石嘴山市平罗县西大滩前进农场新垦沙地农田不同灌溉量（200、300 mm 和 400 mm，分别记为 W1、W2和 W3）与不同施氮量（0、250、370 kg·hm-2和490 kg·hm-2，分别记为 CK、N1、N2和 N3）对地下水 NO3--N、0~80 cm 土壤 NO3--N 的累积及水稻产量和土壤含水率的影响。结果表明：同一施肥水平下，地下水NO3--N浓度随灌溉量的增大而增大；同一灌溉水平下，施肥量越高，地下水中NO3--N浓度越大；灌溉量和施氮量对于地下水 NO3--N 浓度的影响效力表现为灌溉量<施氮量。最优的水肥管理模式为低灌溉 200 mm（W1）+常规施肥（N2，370 kg·hm-2氮肥+2 470 kg·hm-2有机肥），水稻在该处理下产量达到最大，为8 375 kg·hm-2，同时地水下NO3--N浓度最小，整个生育期仅为（5.06±0.01）mg·L-1。大于370 kg·hm-2的氮肥施用量将超过作物对氮的吸收量，导致NO3--N在0~80 cm土壤剖面累积（3.69 mg·kg-1），从而构成NO3--N潜在淋溶的危险。不同灌溉、不同氮肥处理之间，土壤含水率无明显差异，水稻产量在低灌和高灌处理（200 mm和400 mm）下差异并不明显，说明该区域沙地生态系统具有通过控制灌溉量提高水分利用效率的潜力。

• β-环糊精/聚多巴胺功能化纤维膜的制备及其对水中有机污染物的吸附

  董佳睿,王翔,曹雪森,叶得蓉,张爱英,冯增国

  为解决水体系中各类有机污染物造成的环境污染问题，开发多功能水净化材料具有重要意义，本研究以具有独特空腔结构和络合能力的羧基化β-环糊精（cm-β-CD）为主要吸附位点，以具有黏附性且含有丰富儿茶酚基团和氨基官能团的聚多巴胺涂层（s-PDA）作为中间层，通过化学键合方式将cm-β-CD固定于聚氨酯（PU）/聚偏氟乙烯（PVDF）电纺纤维表面，从而获得功能化纤维膜（PU/PVDF/s-PDA/cm-β-CD）。通过扫描电子显微镜、水接触角测试、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、热重分析等多种方法对功能化纤维膜进行表征，结果表明：s-PDA及cm-β-CD组分在纤维表面的成功引入可以赋予该吸附材料多重吸附位点，从而实现对水中不同荷电性有机污染物的高效吸附。同时功能化纤维膜的拉伸强度可达 14.90 MPa、断裂伸长率可达 100.50%，具有优异的柔韧性，使用过程中便于从水体系中分离。选用亚甲基蓝（MB）、酚酞（PHP）作为有机污染物模型进行吸附实验。PU/PVDF/s-PDA/cm-β-CD功能化纤维膜对阳离子有机污染物MB和阴离子有机污染物PHP均表现出较好的吸附能力，吸附动力学拟合结果显示其对MB和PHP的吸附行为均符合准二级动力学模型，主要吸附机理分别涉及π-π共轭作用和静电相互作用，以及主客体络合作用和氢键作用。本研究制备的功能化纤维膜为去除水中多种有机污染物提供了一种新的选择，拓宽了其在分离、净化和分子过滤等领域的潜在应用。

• 菲律宾蛤仔养殖过程中氮、磷和化学需氧量的变化规律

  赵鑫,崔正国,胡海燕,荆艺,崔鸿武,丁东生,高阳

  为探究菲律宾蛤仔养殖过程中水体中氮、磷和化学需氧量（COD）的变化规律，在实验室以封闭式水体养殖模拟开放式水体海水养殖菲律宾蛤仔30 d，设置3种换水量（20%、50%、70%）和大（[ 3.4±0.4）cm]、中（[ 2.4±0.4）cm]、小（[ 1.5±0.4）cm]3种养殖规格的实验，测定分析养殖水体中各项指标的浓度变化。结果表明：随着实验周期的增加和生物体排泄物的累积，NH4+-N浓度呈下降趋势，COD、NO3--N和NO2--N总体波动式上升。不同换水量条件下，总氮（TN）的平均浓度为20%换水量（1.889 mg·L-1）>50%换水量（1.144 mg·L-1）>70%换水量（0.918 mg·L-1），20%换水量的TP呈上升趋势，50%和70%换水量时则呈下降趋势。不同养殖规格条件下，NH4+-N浓度平均下降速率为大规格（84.80%）>中、小规格（84.10%、82.02%）；TN的平均浓度为大规格（1.568 mg·L-1）>中规格（1.301 mg·L-1）>小规格（1.082 mg·L-1）>对照组（0.261 mg·L-1）；TN 浓度的增长率为大规格 26.42%、中规格 24.89%、小规格21.55%；TP的平均浓度为大规格0.147 8 mg·L-1、中规格0.126 0 mg·L-1、小规格0.098 3 mg·L-1。实验组COD均低于国家海水水质二类标准。20%换水量条件下，蛤仔成活率高，营养物质浓度累积较多，3种无机氮浓度变化最显著。50%和70%换水量条件下，TP和PO43--P浓度呈波动式下降趋势，菲律宾蛤仔养殖对水体中TP和PO43--P的消耗大于累积。随着壳长的增加，蛤仔净化效果表现为大规格>中规格>小规格，大规格蛤仔的滤水能力和适应能力强，中、小规格易受到环境的影响且成活率低于大规格。

• 基于响应曲面法的肉鸭液体粪污固液分离关键参数优化

  张哲睿,晏婷,王文赞,张哲,朱志平

  随着我国肉鸭养殖行业的集约化、规模化发展，产生了大量的养殖粪污。由于肉鸭养殖粪污固体颗粒细小、水分含量高且较为黏稠等问题，现有的固液分离技术在分离效率和经济效益上都难以达到实际生产运营的要求。本研究通过单因素试验初步明确了含固率、离心转速和筛网目数对肉鸭粪污中化学需氧量（COD）、总氮（TN）和磷酸盐（PO43-）去除效果的影响。进一步采用Box-Behnken 设计进行组合试验，并利用 Design expert 获得优化参数组合。预测结果显示，当含固率为 2%、离心转速为 2 000 r·min-1且筛网目数为150目时可取得较好的分离效果，其COD、TN和PO43-的去除率分别可达到79.3%、74.7%和84.7%。以预测的最佳参数通过验证试验得出COD、TN和PO43-的实际去除率分别为77.6%、69.7%和79.8%，与预测值之间的差异小于5%，表明响应曲面法在预测肉鸭粪污固液分离处理效果方面具有较高的准确性。然而，尽管优化后的参数提高了分离效率，机械固液分离技术对肉鸭粪污中污染物的去除效果仍有限，有待进一步改进以满足实际生产的需求。

• 环境规制对生猪养殖户粪污资源化利用行为的影响——基于四川省的调查数据

  王欢,李颖,邓清圳

  本研究基于四川省491份调查数据，运用多元有序Logistic模型分析引导型规制、激励型规制、约束型规制对生猪养殖户粪污资源化利用行为的影响。结果表明：样本区生猪养殖户粪污资源化利用率较低，完全资源化处理的养殖户仅占30.96%；资源化处理方式主要为沼气发酵，非资源化处理方式主要是直接还田。生猪养殖户粪污处理环境规制力度相对较弱，存在培训覆盖不全、补贴金额较少、监督检查“缺位”等问题。引导型规制、激励型规制和约束型规制均显著正向影响养殖户粪污资源化利用行为，且存在养殖规模异质性和区域异质性；养殖户的教育程度、党员身份、风险偏好以及养殖年限、养殖收入占比，均对其粪污资源化利用行为具有显著正向影响。基于此，应加强粪污资源化利用知识宣传与技术培训、加大粪污处理资金补贴和监督检查力度，因场制宜实施环境规制，从而不断提高粪污资源化利用水平，促进生猪产业绿色发展。

• 容重对土壤水分状况及氧化亚氮排放的影响

  李赟,王国丽,宋晓桐,巨晓棠

  为更合理地理解土壤容重与土壤水分和 N2O 产生及排放的关系，本实验针对我国 3 种典型农田土壤（潮土、黑土、砖红壤），采用微宇宙静态培养的方法，在 60%土壤充水孔隙度（WFPS）条件下，设置 5个容重水平（1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 g·cm-3），研究了在相等WFPS条件下，容重对土壤水分状况及N2O排放的影响。结果表明：在60%WFPS条件下，不同容重土壤实际水分状况差异极大。潮土在低容重（1.0、1.2 g·cm-3）时呈淹水状态，在高容重（1.3、1.4 g·cm-3）时呈通气状态；黑土在容重为1.1、1.2、1.3、1.4 g·cm-3时均呈通气状态；砖红壤水分状况受容重的影响最小，在各容重条件下均呈通气状态。潮土 N2O 排放量在容重 1.0 g·cm-3（3 268 μg·kg-1）时与1.1 g·cm-3（118 μg·kg-1）、1.2 g·cm-3（136 μg·kg-1）、1.3 g·cm-3（64 μg·kg-1）、1.4 g·cm-3（129 μg·kg-1）时的差异显著；黑土 N2O 排放量在容重 1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 g·cm-3时分别为 220、104、67、90、136 μg·kg-1；砖红壤 N2O 排放量在容重 1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 g·cm-3时分别为 57、62、61、68、122 μg·kg-1，1.4 g·cm-3下与其他容重下的 N2O 排放量有显著差异。潮土在容重 1.0 g·cm-3时具有显著高于黑土和砖红壤的排放量可能是其亚硝酸盐累积和淹水状态导致。研究表明，在相同WFPS条件下，容重显著影响土壤实际水分状况及N2O排放，特别是在低碳土壤中，因此在定量WFPS对N2O排放的影响时，需对容重和质量含水量（实际水分状况）进行定量。