农业环境科学学报杂志2026年第5期
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- 有机固废资源化过程评估方法研究
- 张传严,席北斗,赵昕宇,王燕,黄晨
- 有机固废资源化利用是减污降碳的重要任务。我国有机固废具有组分复杂、地域差异性显著的特点,其污染风险与资源潜力空间分布不均,因此需建立因地制宜的有机固废管理决策体系。评估方法是支撑固废管理决策的常用工具,本文系统综述了物质流、能量流、信息流和生命周期评价主流方法在有机固废资源化过程中的目标导向、应用场景、方法特征及局限性。基于本综述结果,研究建议根据有机固废资源化效率评估、环境影响削弱、管理政策优化或加强资源化数据信息收集共享等单一或多个目标,在综合考虑各评估方法自身局限与应用基础前提下,选定单一或多个联用的适宜评估方法,该方法框架可为我国有机固废资源化系统环境效益优化与分析提供数据信息支撑。
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- 国际农业环境损害鉴定评估的典型实践与中国本土化借鉴
- 孙希超,王伟
- 农业环境损害鉴定评估是应对农业环境污染、保障农业生态安全与农民权益的重要技术支撑和制度基础。本文系统梳理了美国、欧盟、日本等发达国家和地区在农业环境损害鉴定评估领域的典型实践,从法律框架、评估体系、技术方法、管理机制等维度剖析了其核心特征与运行逻辑。通过比较研究,提炼国际经验的共性规律与差异化特点,并结合中国农业环境损害鉴定评估的现实挑战,从法律、标准、技术、机制四维度提出本土化路径,为健全中国农业环境损害鉴定评估制度、提升农业生态环境保护效能提供理论依据与实践参考。
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- 增温与秸秆还田深度对小麦光合特性和产量的影响
- 林雷利,后明军,汪小宇,陈杨,李笑笑,宋贺,吴巩
- 为明确气候变暖和不同秸秆还田深度对小麦生长发育和产量的影响,通过红外辐射设备模拟大田增温,设置两个温度水平(T0:环境温度;T1:增温)和不同秸秆还田深度(SR:秸秆不还田;SM:秸秆覆盖还田;S20:秸秆0~20 cm还田;S40:秸秆20~40 cm还田),探究增温和秸秆还田深度对小麦光合特性、叶片酶活性和产量的交互影响。结果表明:相较于环境温度,增温使小麦花前生育期缩短6 d,花后生育期缩短1 d,造成全生育期缩短7 d;增温降低了小麦灌浆期叶片谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶、谷草转氨酶和谷丙转氨酶等氮代谢酶活性和超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等抗氧化酶活性,同时降低了叶面积和净光合速率,造成花后代谢产物游离氨基酸和可溶性糖含量显著下降29.8%和30.9%;相较于秸秆不还田,秸秆覆盖还田与秸秆0~20 cm还田提高灌浆期旗叶氮代谢酶活性(21.4%~44.0%)与抗氧化酶活性(14.1%~63.0%),延缓叶片衰老,维持花后净光合速率,提高游离氨基酸含量(19.2%~22.7%)与可溶性糖含量(7.9%~20.7%),促进小麦灌浆进程。同时,增温和秸秆还田深度对谷氨酰胺合成酶和过氧化氢酶活性存在显著的交互作用。产量结果表明,增温降低穗粒数与千粒质量,造成产量显著下降5.1%;而秸秆覆盖还田条件下,有效穗数、穗粒数和千粒质量增加导致增产13.6%。相关性分析进一步表明,小麦产量和净光合速率与氮代谢酶、抗氧化酶活性呈现显著正相关关系。研究表明,增温缩短小麦生育期,降低花后小麦光合能力和叶片酶活性,抑制物质的合成与积累,最终造成小麦产量下降;而秸秆覆盖还田与秸秆0~20 cm还田通过调节花后叶片氮代谢与抗氧化能力,维持光合特性,延缓叶片衰老,弥补增温对小麦产量的不利影响。
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- 温度和UV-B辐射增加对水稻根系分泌物和土壤氮转化的影响
- 李海涛,吴泳霖,梁新然,湛方栋,李元,何永美
- 为揭示气候变化背景下温度升高与UV-B辐射增加对水稻根系分泌物的差异化影响及其介导的土壤氮循环响应机制,本研究在元阳梯田(海拔1 600 m)开展田间试验,以地方水稻品种白脚老粳为研究对象,探究大气温度增加2.0℃和UV-B辐射增加5.0 kJ·m-2对水稻根系分泌物及其介导下稻田土壤氮素转化的影响。结果表明:温度增加显著提高水稻拔节期根系分泌物氨基酸、可溶性糖含量及低分子量有机酸含量(柠檬酸除外),增幅分别为56.4%、30.2%和24.6%~143.8%,UV-B辐射增加降低氨基酸(分蘖期氨基酸除外)和可溶性糖含量(成熟期除外),降幅分别为37.3%和47.7%~62.5%。温度增加显著提高土壤固氮细菌和硝化细菌数量,增加硝酸还原酶活性和土壤可溶性有机氮(SON)含量;UV-B辐射增加降低土壤反硝化细菌数量及N2O排放通量;温度和UV-B增加处理提高了土壤固氮细菌数量和SON含量。Mantel test分析表明,固氮细菌与SON呈显著正相关(P<0.05),硝化细菌与N2O排放通量呈极显著正相关(P<0.001)。研究表明,温度升高增加根系分泌物中氨基酸和可溶性糖含量,提高了固氮细菌数量,进而促进生物固氮过程;UV-B辐射增加抑制反硝化细菌数量,弱化反硝化过程,使N2O排放量减少;二者协同作用形成“增固氮-减排”的氮素效应,在增加SON含量的同时减少了N2O排放。
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- 镉和苯甲羟肟酸复合污染对上海青生长、生理指标和细胞损伤的影响
- 邵婷婷,黄益宗,李世彪,赵冉,杨瑛斌,景睿,樊芳玲,黄晶心,李曦同,田丽燕
- 基于探究选矿药剂与重金属在矿山环境中复合污染机制的目的,本研究采用溶液培养法研究镉(Cd)与苯甲羟肟酸(BHA)复合污染对上海青生长、光合作用及渗透调节物质积累的影响,通过荧光探针定位技术对植物根部活细胞、死细胞和H2O2进行示踪。结果表明,Cd和BHA的污染胁迫均显著抑制了上海青的生长。与CK处理相比,单一Cd污染、单一BHA污染和CdBHA复合污染分别造成上海青地上部鲜质量降低了44.15%、55.38%和63.29%,地下部鲜质量分别降低了56.97%、67.24%和68.95%,复合污染的毒性效应更明显。在Cd和BHA胁迫下,上海青的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度与鲜质量表现出类似的变化趋势。Cd和BHA复合污染导致上海青地上部丙二醛含量达CK处理组的6.0倍,是单一Cd和单一BHA处理组的2.6倍和1.9倍,上海青体内脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白这些渗透调节物质的积累量也远超CK组。二乙酸荧光素(FDA)、碘化丙啶(PI)和SYTOXTM Green 3种试剂染色结果表明,Cd和BHA复合污染胁迫导致上海青根细胞活性比单一污染胁迫降低。BHA的添加使上海青地上部Cd含量升高了10.7%,说明BHA对植物Cd的吸收表现出协同促进作用。研究表明,Cd和BHA复合污染通过协同作用加剧氧化损伤、渗透调节紊乱及根细胞死亡,显著增强对上海青的毒性效应,并促进Cd在植物地上部的积累。
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- 聚乙烯微塑料对膨润土吸附氨氮的影响及其机制
- 刘佳乐,如孜古丽·阿卜杜热合姆,孙晓阳,贾宏涛,杨再磊,周建勤,梅哈古丽·艾尼瓦尔
- 为明确聚乙烯(PE)微塑料对膨润土吸附氨氮(NH4+)所产生的效应,采用单一体系和复合体系,序批式吸附试验并结合现代光谱分析等方法,探究了膨润土、微塑料及膨润土+微塑料体系对NH4+的吸附及影响机制。结果表明:膨润土对NH4+的饱和吸附量为3.52 mg·g-1;其对NH4+的等温吸附过程符合Freundlich模型,属于多层吸附;膨润土对NH4+的吸附量随pH的升高呈先增后降趋势。Ca2+和Mg2+与NH4+竞争吸附位点,降低了膨润土对NH4+的吸附量;添加微塑料能降低膨润土对NH4+的吸附;傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜分析结果表明,微塑料覆盖在膨润土表面降低了NH4+的吸附位点。研究表明,微塑料可抑制膨润土对NH4+的吸附。
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- 东南景天(Sedum alfredii)在不同光照强度下的重金属积累特征与生理响应
- 张福琼,周俊柔,白国杰,任璐瑶,李振辉,卢京,黄晶心
- 为探究光照强度对东南景天(Sedum alfredii)修复铅镉污染土壤的影响及其生理机制,本实验设置4个光照水平(100、200、300、400 μmol·m-2·s-1),使用昆明某矿区铅镉污染土壤在室内人工光照系统进行盆栽实验,测定植株生长、光合特性、抗氧化系统及重金属富集特征。结果表明:300 μmol·m-2·s-1光照下,东南景天生物量(地上部13.27 g·株-1)和叶绿素含量(52.03 SPAD)最高(P<0.05),净光合速率、最大光化学效率(Fv/Fm=0.80)及超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性均达峰值,丙二醛含量最低,该光强下,Cd的生物富集系数和转运系数分别为2.04和1.58,修复周期最短(41个周期);Pb在200 μmol·m-2·s-1时修复效率最优(转运系数为0.28,修复周期为374个周期)。研究表明,适宜的光照强度(200~300 μmol·m-2·s-1)通过增强光合作用和抗氧化能力,可显著提升东南景天对Pb、Cd的富集与转运效率。
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- 活性炭负载氢氧化钙协同调控甘蔗田pH和Cd吸附
- 陈碧,谢欣欣,莫辉旺,蒋旺程,王小明
- 针对甘蔗土壤酸化及Cd污染问题,本研究以活性炭为载体,制备了多孔活性炭负载氢氧化钙复合材料[AC&Ca (OH)2]。采用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积与孔径分析(BET)等技术手段对材料进行了系统的理化特性表征,并进一步探究了氢氧化钙负载比例和AC&Ca (OH)2复合材料添加量对土壤pH及有效态Cd含量的影响。结果表明:所制备的AC&Ca (OH)2复合材料成功负载了氢氧化钙,具备丰富的表面活性位点。当活性炭与氢氧化钙负载比为1∶0.5、AC&Ca (OH)2复合材料添加量为2.0%时,土壤pH由4.35±0.01升高至7.23±0.02,有效态Cd的去除率达到39.4%±1.0%,此时土壤环境处于甘蔗适宜生长的pH范围,且有效态Cd含量显著降低。吸附动力学与等温线分析表明,AC&Ca (OH)2对土壤中Cd的吸附符合准二级动力学模型(R2>0.99)和Freundlich等温吸附模型(R2>0.97),说明该吸附过程主要受化学吸附机制主导,并呈现多层异质表面的吸附特征。研究表明,本研究开发制备的AC&Ca (OH)2复合材料可应用于土壤酸化及Cd污染的协同治理。
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- 离子特异性效应对褐土和黑土胶体凝聚动力学特征的影响
- 杨琼芳,闫雨阳,杨东明,杜伟,胡斐南,许晨阳
- 为明确离子特异性效应对土壤胶体在不同环境条件中的表面特性和悬液稳定性的影响,选取褐土胶体和黑土胶体为研究对象,测定了两种土壤胶体在LiCl、NaCl、KCl、CsCl、MgCl2和CaCl2溶液中的凝聚动力学特征、Zeta电位变化和临界聚沉浓度。结果发现,黑土胶体的平均直径大于褐土胶体。在相同一价离子浓度条件下,黑土胶体的Zeta电位值大小排序为Li+
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- 物理老化对不同秸秆生物炭理化性质和热稳定性的影响
- 范润川,郝才伟,李文博,朱英,郑蕾,程红光,杨凯
- 为探究物理老化对秸秆生物炭理化性质和热稳定性的影响,采用干湿交替和冻融循环2种人工加速老化方法对不同热解温度(300、400、500℃)下制备的小麦秸秆生物炭(WBC300、WBC400、WBC500)和玉米秸秆生物炭(MBC300、MBC400、MBC500)进行老化试验,对比分析新鲜和老化生物炭的理化性质和热分解特征,并采用稳定性系数(R50)评估其固碳潜力。结果表明:相同温度下制备的WBC表现出更高的芳香化程度,而MBC因其更高灰分含量显示出更强的稳定性。制备温度的升高通过促进碳化反应提升了生物炭的芳香化程度和R50。干湿交替和冻融循环老化通过表面氧化反应使生物炭pH值降低、亲水性和极性增强。2种老化处理均导致500℃生物炭的介孔数量增加,从而使其比表面积增大,其中干湿交替的周期性蒸发作用对孔隙结构的改造更为显著,这种效应在MBC500中表现最为突出。2种老化处理均使WBC500的热稳定性明显增强,但却均导致MBC300和MBC400的热稳定性降低,这种差异主要源于原料组分和氧化程度不同。不同温度下制备的WBC经2种老化处理后R50显著提升了2.18%~5.80%,而仅MBC500经干湿交替老化后R50显著增加了2.31%。研究表明,高温秸秆生物炭经老化后具有更优的孔隙结构和固碳潜力,且受原料特性影响显著。
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- 稻虾共作对稻田土壤微生物群落结构和功能特征的影响
- 杜春朝,倪才英,刘丽,蒋志忠
- 为揭示稻虾共作模式(DX)对土壤微生物群落结构和功能的影响,以传统稻作模式(CK)为对照,利用宏基因组测序技术对成熟期水稻土壤微生物群落的结构和功能多样性进行分析。结果表明:与CK相比,DX模式显著提高了土壤微生物的Alpha多样性(P<0.05),两种模式的优势菌门均为假单胞菌门(Pseudomonadota,25.34%~31.22%)、浮霉菌门(Planctomycetota,10.39%~14.66%)、放线菌门(Actinomycetota,10.84%~13.69%)和绿弯菌门(Chloroflexota,8.69%~11.48%),但相对丰度有所差异,DX提高了假Pseudomonadota、热脱硫杆菌门(Thermodesulfobacteriota)的丰度(P<0.05)。属水平上,Singulisphaera(5.37%~7.99%)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium,4.71%~5.35%)、纤线杆菌属(Ktedonobacter,2.30%~5.09%)、Pseudolabrys(2.73%~3.77%)为两种土壤中的优势菌属,与CK相比,DX显著提高了Bradyrhizobium、假双头斧形菌属(Pseudolabrys)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、甲基海洋杆菌属(Methyloceanibacter)的丰度。相关性分析表明,土壤理化性质中pH值、速效钾(AK)与主要微生物类群的相对丰度有显著相关性。KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)功能注释发现新陈代谢(Metabolism)是农田土壤微生物的最主要功能,占比为50.5%~51.23%;与CK相比,DX增加了碳代谢(Carbon metabolism)、双组分系统(Two-component system)、群体感应(Quorum sensing)、ABC转运蛋白(ABC transporters)的功能基因比例;功能富集研究发现,DX模式富集了更多与代谢和生物合成运输相关的通路。COG (Clusters of Orthologous Groups,直系同源蛋白簇数据库)功能注释进一步证实,相对丰度前10的功能基因中DX有8种显著高于CK,且其中有5种与物质运输和代谢有关。研究表明,稻虾共作显著提高了土壤微生物的多样性,富集了更多功能基因,增强了土壤微生物物质与能量运输、代谢的功能潜力。
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- 基于PLUS-InVEST模型的滇池南岸多情景土地利用变化模拟预测及碳储量评估
- 马鹏翔,刀承娇,杜令攀,肖亚楠,黄泽凯,阎凯,包立
- 为探究滇池南岸土地利用变化对碳储量的影响,本研究应用PLUS与InVEST模型,模拟1990—2034年土地利用变化趋势,结合多情景预测,评估碳储量的时空演变特征,并分析自然与社会驱动因子的作用机制。结果显示:1990—2024年,采矿用地与建设用地分别扩张345.0%和230.0%,导致碳储量减少26.21万t,林地面积增长5.2%,碳储量回升3.47万t。交通可达性与GDP增长是驱动区域碳流失的主导因素,二者在2000—2010年间造成的碳流失量最高达31.53万t。2034年的未来情景模拟中,生态保护情景碳储量最高,为627.36万t,但耕地总流失面积达6.44 km2;城镇发展情景碳储量最低,为615.03万t,采矿用地与建设用地的扩张导致碳流失12.33万t。综上所述,滇池南岸碳流失主要由高碳密度用地向低碳密度用地转化驱动,需统筹耕地保护与生态修复,严格限制高强度开发,推动区域可持续发展。
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- 秸秆还田对黑土坡面径流水动力学特性的影响
- 田立,芦贵君,李洪丽,车晓翠,牟廷森,武佳龙,沈海鸥
- 为探究不同作物秸秆还田和还田量对黑土坡面径流水动力学特性的影响,针对不同坡度(3°、5°、7°)坡面,分别设置玉米和大豆秸秆还田,还田量分别为0、25%、50%、75%、100%和0、100%,降雨强度为75mm·h-1,开展人工模拟降雨试验。结果表明:与无秸秆还田相比,玉米和大豆秸秆均可显著降低坡面径流流速、弗劳德数和单位水流功率,增加阻力系数和径流剪切力,而对雷诺数和水流功率的调控效果不显著。其中,大豆秸秆在较小坡度(3°)、玉米秸秆在较大坡度(5°、7°)时,阻力系数的增加幅度最为明显。与大豆秸秆相比,玉米秸秆对水动力学特性的影响更突出。玉米秸秆还田坡面的径流流速、弗劳德数和单位水流功率随还田量的增加呈下降趋势,其中,径流平均流速降低57.1%~66.7%,弗劳德数和单位水流功率降低50.0%~72.1%,雷诺数和水流功率的下降范围均在25.0%以内;阻力系数与径流剪切力随还田量的增加而增加。此外,还田量50%对各坡度的雷诺数和水流功率以及5°坡度的径流流速调控效果最显著。研究表明,较大还田量(50%~100%)对水动力学特性的影响更显著。因此,在黑土区坡耕地农业生产实践中应结合当地地形坡度,筛选适宜的作物秸秆及还田量进行还田。
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- 长江口横沙岛滩涂不同年限围垦区土壤和植被的协同演变
- 刘栋,郑宪清,杨晓磊,宋科,吕卫光,刘彬,李法云,张月,李肖肖
- 本研究针对长江口横沙岛滩涂围垦区,探讨不同发育年限下土壤理化性质与植被覆盖的时空演变规律及其互作机制,以揭示滨海围垦区的生态演替过程,为生态修复与土地管理提供科学依据。以围垦3 a (新围垦,Y3)、7 a (中短期恢复,Y7)、10 a (中期恢复,Y10)和15 a (长期恢复,Y15)四个典型区域为研究对象,测定土壤理化指标(pH、电导率、全盐、全氮、全磷、全钾等),同时基于Landsat/哨兵卫星数据计算归一化植被指数(NDVI),并采用像元二分模型估算植被覆盖度(FVC)。采用相关分析、Mantel检验和逐步回归方法,解析土壤对植被的驱动作用。结果表明:土壤性质呈显著时序变化,随围垦年限增加,pH、电导率和全盐含量持续降低(P<0.05),而全氮、全磷、全钾含量显著积累(P<0.001)。植被覆盖呈梯度提升,NDVI从Y3的0.12±0.05增至Y15的0.35±0.09,FVC同步增加,植被群落从耐盐先锋种向高覆盖群落演替。土壤-植被耦合分析表明,有机质、全氮、全磷与NDVI显著正相关(P<0.001),而pH、电导率和全盐量呈负相关,逐步回归表明pH、全氮和有机质为NDVI的主导因子(R2=0.787)。横沙岛滩涂围垦区的土壤性质随发育年限增加逐步改善,并促进植被恢复,其中有机质和全氮积累及pH降低是关键驱动因素。
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- 肥料运筹对黔南典型裸土烟田土壤肥力与烟叶产量的影响
- 任永刚,苏五雷,陈芝波,刘大学,莫罗艳,朱英华,丁婷,李章海,王擎运
- 为应对黔南地区裸土烟草栽培中存在的养分易淋溶问题,探索满足高品质烟叶生产需求的优化施肥模式,本研究通过田间试验,设置常规施肥(CK)、基肥增施10%(EF1)、基肥增施20%(EF2)、常规施肥下追肥前移50%(AF)及追肥后移50%(RF),共5个处理,采用随机区组设计,系统分析了不同肥料运筹策略对根际土壤养分、微生物特性及烟草产量与品质的影响。结果表明:肥料运筹对土壤氮、磷、钾全量养分无显著影响,但能有效调控速效养分动态;各处理下碱解氮、有效磷和速效钾的含量在整个生育期内均呈下降趋势,其中EF2处理可显著提升速效养分水平,而AF处理则不利于团棵期后的养分维持。土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性的变化与基肥用量趋势一致,EF2与AF处理均能明显增强各生育期土壤酶活性。肥料运筹对土壤微生物群落的丰富度与多样性的影响有限,但EF2和AF处理显著提高了假单胞菌门的相对丰度,同时降低了酸杆菌门和厚壁菌门的相对丰度,这一变化有助于促进土壤养分的循环与高效利用,进而提升烟草产量和品质。综上,基于烟草前期需氮量大、后期需钾量高的养分需求规律,在常规施肥基础上采用追肥前移50%并适当增加钾肥追施比例的策略,能更好地契合黔南裸土烟区的实际生产需求。
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- 区域氮流失负荷与减排情景分析:以韶关市为例
- 冼炜轩,黎大维,曾淇靖,杨行健
- 为精准量化农业面源污染负荷,支持高质量的农业发展,本研究以广东省韶关市为典型区域,利用InVEST模型、Mantel相关性分析和空间自相关分析等手段,测算了2022年韶关市各区县的总氮排放负荷及其时空分布特征,并明确了关键影响因素,预测了源头减排、过程阻控和末端拦截对氮负荷的减排效果。结果表明:韶关市氮素总负荷为3 419 t,时间上,呈现1—4月负荷较低、6—8月升高、9—12月再次回落的趋势,该变化与区域降水规律密切相关;空间上,总氮负荷在韶关市西北部与东南部较高,城市中部区域较低,表明其与地形及河网汇集有关。Mantel分析表明,韶关市氮负荷空间分布与大豆、水稻和氮施肥量等因素显著相关。InVEST模型预测结果显示,源头减排、过程阻断和末端拦截措施对全市氮负荷减排率分别为50.0%、24.9%和20.0%,说明源头减排措施对研究区内氮减排效果最佳。
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- 柴河流域农业沟渠系统底泥磷空间分布与流失风险
- 曹倩茹,罗佳仪,农心怡,周文龙,吴晓妮,付登高
- 柴河流域是滇池农业磷素输入的主要来源,其沟渠-河道系统在磷迁移过程中起着关键通道作用。为揭示底泥磷在动态输移过程中的空间分异特征与源汇功能,并定量解析从农田至河道不同空间点位的底泥磷积累与迁移规律,本研究于2021年雨季(8月)沿柴河流域径流路径布设11个典型点位,涵盖大棚农田/沟渠、露天农田/沟渠、二级沟渠及河道等类型。采用传统分级提取法测定底泥全磷(TP)、有效磷(Olsen-P)及无机磷组分(Fe-P、Al-P、Ca-P、O-P),结合磷活化系数(PAC)和风险评价指数(R)评估磷释放风险,通过空间尺度分析明确其源汇功能。结果表明:不同农田利用方式下土壤磷素水平差异显著,大棚农田土壤TP (4.8 g·kg-1)与Olsen-P (483.20 mg·kg-1)均显著高于露天农田(TP 3.6 g·kg-1,Olsen-P 322.14 mg·kg-1),但其对应沟渠底泥TP (2.5 g·kg-1)与Olsen-P (191.75 mg·kg-1)却低于露天沟渠(TP 4.7 g·kg-1,Olsen-P 545.51 mg·kg-1),表明大棚覆盖有助于减少径流携磷量;沿输移路径(S1农田→S9湿地),底泥TP与Olsen-P呈先升高后降低趋势,峰值出现在河道上游段(S5~S7:TP 4.0 g·kg-1,Olsen-P 471.70 mg·kg-1);无机磷占TP比例介于55%~86%,其中河道底泥中Ca-P占比高达62%~74%,R在0.35~1.03之间,释放风险较高;PAC与风险评估显示,农田源头区(尤其是露天种植区沟渠)以及柴河上游农业种植区段河道底泥为磷流失的主要“源”,而湿地附近河道底泥表现出潜在的“汇”功能。综上,大棚种植通过减少径流间接降低了沟渠磷累积,露天农田沟渠因颗粒态磷输入成为高风险的磷“源”。输移路径中不同景观类型导致底泥磷呈现先升后降的空间分异。建议农田面源污染控制优先拦截露天农田的颗粒态磷、优化大棚区域磷肥施用比例,并扩建湿地生态屏障以增强其“汇”功能。
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- 莠去津环境分布的趋势研判——SWAT-KM在滇池流域的模拟
- 董路,孟耀斌,李盛泽,李家蔚,黄凯,于相毅,毛岩
- 本研究以滇池流域为研究区,采用SWAT-KM模型对莠去津在流域环境多介质中的迁移转化进行长时序连续模拟。模拟时段既涵盖2010—2021年的莠去津施用期,也包括2022—2024年的弃用期,同时结合CMIP6气象情景(SSP2-4.5)预测了2025—2030年莠去津环境分布未来趋势。在高精度水文率定基础上,采用SWAT-KM模型模拟了滇池流域水体、沉积物、土壤和大气等介质中莠去津的浓度/质量分数分布,模拟结果与2024年多点监测数据比对良好(平均85%在一个数量级以内)。结果表明:在模拟期内流域北部水体莠去津暴露浓度相对较高,其在土壤与大气中的残留分布受土地利用结构显著影响;停止施用9 a后,莠去津在河段、土壤中的模拟质量分数下降超过65%,但滇池湖泊水体浓度仍持续增高。研究表明,莠去津具有明显的长期性与潜伏性,其环境风险在弃用后仍值得持续关注。
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- 根系分泌物调节抗生素-重金属复合污染底泥的植物修复效果及微生物机制
- 卢烨彬,张雪琦,漆世英,韩善锐,李威,徐玲娥,成水平
- 养殖业中未被完全处理的抗生素和重金属会随废水排放并在底泥中积累。针对这一复合污染问题,本研究采用浸水盆栽试验,投加土霉素(OTC)、铜(Cu)和锌(Zn)模拟复合污染底泥,选取美人蕉作为修复植物,设置0、5、10、15 mL·盆-1四个外源根系分泌物添加量,探究其对修复效能及微生物机制的调控作用,对比了无植物和植物联用情况下的污染物去除效率。结果表明:植物联用显著提升修复效果,与无植物组相比使OTC去除率在各添加量下提高4.8%~7.5%,其中添加10 mL·盆-1分泌物时综合效果最优,OTC去除率较无植物组显著提升11.8%~17.5%。对于Cu和Zn,15 mL·盆-1添加量在无植物组使去除率显著提高19.6%和9.8%,而植物联用组中10 mL·盆-1添加量效果最佳,此时Cu/Zn生物有效态占比达峰值,促进美人蕉地下部分富集。同时,外源根系分泌物添加缓解了污染物对美人蕉光合色素合成的抑制,10 mL·盆-1效果最显著。植物联用使底泥环境更稳定,脱氢酶活性降低,还通过根际效应提升了微生物物种丰富度和多样性,削弱优势菌群繁衍能力,增加功能菌丰度,促使菌群在逆境下更稳定。研究表明,根系分泌物通过活化重金属形态、改善植物生理并优化菌群结构的三重协同机制强化修复,其应用对抗生素-重金属复合污染底泥修复具有重要意义。
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- Fe(Ⅳ)与分子描述符对ZVI/PMS体系降解染料的作用机制
- 王敦球,张文,武泽琳,王戬,郑龙辉,董堃,杨博闻
- 为探究污染物量化参数与零价铁(ZVI)/过一硫酸盐(PMS)体系的相关性,以预测和解释有机污染物的降解规律,本研究通过ZVI活化PMS来降解酸性橙7(AO7)。结果表明:在室温、ZVI投加量为10 mg·L-1、PMS投加量为0.1 mmol·L-1、初始pH 3的条件下,10 min后10 mg·L-1 AO7的去除率达到97.6%。淬灭试验、电子顺磁共振仪(EPR)和探针化合物转换结果表明,ZVI-PMS体系的主要活性物种为硫酸根自由基(SO4·-)和Fe (Ⅳ);且还发现Fe (Ⅳ)在ZVI/PMS体系中的相对贡献与ZVI浓度无关,但与甲基苯基亚砜(PMSO)浓度呈负相关,与PMS浓度呈正相关。通过电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等材料表征方法对反应前后ZVI的结构和性能进行测定。基于试验获得的19种有机污染物降解速率与密度泛函理论(DFT)计算获得的18种分子描述符,通过相关性分析发现相邻原子之间的最小化学键数(BOn)和衡量自由基攻击能力的指标[f (0)n]显著影响ZVI/PMS体系有机底物的降解规律。
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- 寒区微藻-生物炭耦合体系处理猪粪沼液
- 王辉玥,王翠翠,马玎娜,卢海凤,李保明,王朝元
- 针对在寒区低温条件下利用微藻处理沼液存在处理效率低的问题,本研究以前期筛选的低温Chlamydomonas为试验藻种,采用不同原料制备的水热炭与热解炭作为吸附剂,以猪粪厌氧发酵沼液为供试废水,探究微藻-生物炭耦合体系在15℃的低温条件下强化沼液中污染物的处理效果。结果表明:Chlamydomonas和生物炭分别单独处理猪粪沼液的最适工艺条件为沼液稀释比1.25%(对应50 mg·L-1 NH4+-N),热解炭与水热炭投加量分别为5 g·L-1与2 g·L-1。Chlamydomonas的初始接种量为80mg·L-1时,4 d后Chlamydomonas-生物炭耦合体系可显著提高污染物去除率。其中,热解炭有利于去除NH4+-N,在Chlamydomonas-热解炭耦合体系中,其去除率为51.76%~79.57%,比Chlamydomonas处理组和热解炭处理组分别高180.45%~331.19%(P<0.001)和268.58%~608.28%(P<0.001)。水热炭有利于去除总磷(TP),在Chlamydomonas-秸秆水热炭耦合体系中,TP去除率最高达76.19%,比Chlamydomonas处理组高41.33%,比单独水热炭处理组(-52.58%~13.26%)高244.90%~474.59%。此外,生物炭可显著提升微藻光合色素含量及低温胁迫抗性。研究表明,微藻-生物炭耦合体系可协同强化低温条件下沼液污染物去除及系统稳定性。
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- 硅酸盐矿物改性对秸秆水热炭特征与稳定性的影响及其机制
- 王科记,张秦,王育来,武敬,谢文萍
- 为提高秸秆水热炭的性能,本实验利用不同添加量的两种硅酸盐矿物(高岭石和蒙脱石)对小麦秸秆进行改性水热炭化,制备了高岭石改性水热炭(5% KHC和15% KHC)和蒙脱石改性水热炭(5% MHC和15% MHC)。特征分析结果表明,与不添加矿物处理(HC)相比,15% KHC和15% MHC的产率分别增加了7.32%和6.15%,且改性水热炭表面出现明显的层状结构,其中5% MHC的比表面积显著提高了2.59倍。同时,KHC和MHC的电导率、阳离子交换容量和pH值均高于HC,其中pH值分别增加了0.38~0.69个和0.55~0.74个单位。然而,与HC相比,KHC和MHC的C、H、N含量有所下降,而O含量分别显著提高了1.69%~18.97%和14.14%~30.02%。此外,H2O2氧化条件下,与HC相比,15% KHC和15% MHC的碳损失率分别增加了35.35%和36.01%;但热解结果表明,15% KHC和15% MHC的热稳定性分别提高了8%和6%。以上水热炭的稳定性变化可能与其有机组分有关,分析表明,KHC的溶解性有机质含量显著降低,而MHC则相反,但二者有机质组分中富里酸的比例均明显增加,可能是矿物与水热炭的相互作用影响了成炭过程。研究表明,矿物改性能够有效提高水热炭的产率、比表面积和热稳定性,增加其化学活性。
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- 促腐固氮菌剂对棉花秸秆堆肥中氮转化及固氮微生物群落的影响
- 王志慧,周留艳,杨新平,李鹏兵,杨斌,谢玉清
- 为探究接种促腐固氮菌剂对棉花秸秆堆肥中氮素转化及固氮微生物群落的影响,本试验设置了棉花秸秆+促腐固氮菌剂1[贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis),TG1]、棉花秸秆+促腐固氮菌剂2[Bacillus velezensis和依利诺斯类芽孢杆菌(Paenibacillus illinoisensis),TG2]和棉花秸秆(CK)堆肥处理,研究堆肥过程中腐熟效果、氮素转化及固氮微生物群落的变化特征。结果表明:与CK相比,TG1和TG2处理的高温期更长且更稳定,并有效提高种子发芽率12.2%和11.7%,促进堆肥腐熟与稳定。TG1和TG2处理的总凯氏氮(TKN)含量分别为23.11 mg·kg-1和24.63 mg·kg-1,比CK处理分别提高了17.2%和24.9%。进一步分析发现,接种促腐固氮菌剂显著影响堆肥过程中氮转化功能基因和固氮菌群落演替。在堆肥腐熟期,TG1和TG2处理的nifH基因拷贝数分别比CK处理高6.1%和10.6%,而反硝化功能基因(nirS和nirK)拷贝数则显著低于CK处理(P<0.05)。接种处理增加了固氮菌属(Azotobacter,5、10 d和40 d)、Klebsiella(5 d)、未分类_红螺菌科(unclassified_f_Rhodospirillaceae,10 d和40 d)和未分类_α-变形菌纲(unclassified_c_Alphaproteobacteria,3、10 d和40 d)类群丰度,且明显增加了未分类_变形菌门(unclassified_p_Proteobacteria)的相对丰度。分子生态网络分析表明,接种影响了堆肥过程中固氮菌群落的网络共现模式,并改变了关键物种的组成。研究表明,适量接种功能菌剂可以有效改善堆肥理化特性和固氮微生物群落结构,减少氮素损失并提高种子发芽率,有助于提高堆肥效率和质量,实现农林废弃物的无害化和高效资源化利用。
