秸秆与氮肥配比对农田土壤内外源碳释放的影响

秸秆配施氮肥调节C/N比不仅影响外源秸秆的矿化,也影响内源土壤有机碳（SOC）的分解（即激发效应）,因此研究秸秆与氮肥配比对土壤内外源有机碳分解的影响,对于农田温室气体减排和土壤肥力提升具有双重意义.本研究以山东桓台农田土壤为研究对象,为了探究秸秆与氮肥的配比对秸秆与SOC分解的影响,在不同氮肥水平下,采用¹³C标记玉米秸秆进行室内土壤培养32周,设置4个处理：CK、秸秆（S）、秸秆+低量尿素（SN1）和秸秆+高量尿素（SN2）.在整个培养期进行16次动态取样,借助¹³C两元线性模型,拆分土壤释放CO₂中源于秸秆和SOC的比例.结果表明,随着培养时间的进行,SOC分解对土壤释放CO₂的贡献呈先减少后升高的趋势,相反,秸秆矿化对土壤释放CO₂的贡献呈先升高后减少的趋势,到培养期末,SOC和秸秆分解对土壤CO₂释放的贡献分别为0.84~0.86和0.14~0.16;在整个培养期,施氮对秸秆累计分解的影响呈先增加后减少的趋势,高氮和低氮施用对秸秆分解的促进程度最高分别为15.8%和7.9%,经历整个培养期,低氮抑制秸秆幅度达到7.1%,而高氮呈轻度促进秸秆分解的趋势（0.7%）.在整个培养期,秸秆配施不同氮量对SOC矿化的激发效应程度呈先升高后降低趋势,在第7 d取样达到最高为55%~148%,并且随着施氮量增加而升高,随着培养时间的进行,各处理的激发效应程度趋于相等,约为50%.因此,秸秆配施氮肥调节C：N不仅影响外源秸秆对SOC的贡献,也影响内源SOC的分解,进而影响土壤碳的固持,经过整个培养期,土壤残留秸秆碳不能完全补偿因激发效应导致SOC的损失,导致SOC库的净亏损.     

砷在三种紫色土中的化学行为及其与作物效应的关系

通过水稻在不同砷浓度处理过的三种紫色土的盆栽试验,研究了砷的吸附特征,形态变化及其与砷的作物效应的关系,揭示了砷在不同土壤中对水稻毒害和在水稻体内累积程度不一样的原因是由于不同土壤的性质影响到砷的吸附和形态变化。其中砷在土壤中的形态变化是最重要的因素之一。在诸形态中,以A-As和Ca-As最为重要。土壤的碳酸盐体系可能是影响三种紫色土砷的化学行为及其生态效应的一个重要因素。     

混合凋落物分解非加和性效应研究进展

混合凋落物的分解是陆地自然生态系统中凋落物分解的主要形式。在许多混合凋落物的实验研究中,混合凋落物的实际分解速率往往偏离于基于单种组分凋落物计算的预期分解速率,产生非加和性效应。从混合凋落物实验的统计结果可以发现,大多数混合凋落物实验的质量损失、养分释放、微生物丰富度和活性都表现出非加和效应。混合凋落物实验不同设计方案可能会对实验结果造成影响,如各组分的初始比例、凋落袋、取样和各组分的分拣均会对实验结果造成影响。引起混合凋落物分解非加和性效应的因素是多方面的,文章从物理、化学和生物作用机制三方面综述了非加和效应的潜在机制。未来的研究应模拟野外环境下凋落物的实际分解,并与气候变化、生态恢复等研究相结合。     

磁性黑炭的制备及其对土壤中重金属Pb和Cd的吸附

为解决粉末状磁性黑炭易被土壤包覆影响其吸附效果的问题,以羧甲基纤维素(CMC)为粘结剂,采用粘结成型方法制备直径为3~5 mm的成型磁性黑炭。以磁性黑炭为土壤重金属吸附剂,采用盆栽方式,针对人工模拟污染土壤,通过正交试验和单因素试验确定磁性黑炭对重金属Pb和Cd的去除效果。结果表明,在土壤p H为6.0,土壤含水率为20%,磁性黑炭添加量为土壤质量的6%时,吸附反应30 d,磁性黑炭对Pb和Cd的去除率分别为59.67%和68.53%,磁性黑炭对土壤中的重金属具有较好的吸附性能。     

土壤释汞通量影响因素研究进展

汞具有独特的物理化学性质和生物毒性,能在大气中长期滞留,对距离污染源较远的地区造成污染。土壤是一个巨大的汞库,土壤和大气界面汞的交换是汞的生物地球化学循环的重要组成部分,能够对周围环境产生显著的影响。土壤释汞通量受到很多环境因素的影响,如土壤中汞的形态、土壤和大气中汞含量、土壤温度、光照、土壤湿度、降雨和灌溉、土壤p H和Eh、植被、气象因素、微生物等。环境因素的变化可能会导致土壤释汞通量的昼夜变化和季节变化。环境因素通常对土壤释汞通量进行复合影响,而最终的影响结果可能表现为协同或是拮抗作用。本文对影响土壤释汞通量的主要因素及其影响机理进行了详细地介绍,提出了对各种环境因素的复合效应的结果的研究需要进一步开展。     

环境治理投入与环境质量脱钩的省际差异研究

环境治理投入与环境质量的脱钩研究是评价环境质量能否有效改善的标准,也是判断地区能否实现绿色可持续发展的重要表征。文章以中国31个省级行政区(不含港澳台)为研究对象,通过建立环境质量综合指数及运用Tapio脱钩模型,分析了2006-2017年环境治理投入与环境质量之间的脱钩关系,并采用结构分解分析对影响脱钩状态的驱动因素进行分解。结果表明:(1)中国环境质量呈缓慢改善趋势,环境质量空间差异显著,且差异呈现一致性,地域不平衡问题突出,环境质量变差的空间发展方向由中、东部地区向西北地区蔓延;(2)近12 a来,中国各省环境治理投入与环境质量存在不稳定的脱钩关系,基本经历了"强脱钩-弱负脱钩-强负脱钩-弱负脱钩"的演变过程,整体处于较弱的强脱钩状态;(3)技术效应和产出效应对脱钩具有明显的促进作用,尤其是技术效应的影响度日益显著。因此,需要在稳定产出效应和人口效应的基础上加大技术创新。     

农田土壤碳循环过程及其量化方法

已有研究表明除了作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对农田土壤有机碳（SOC）的输入外，土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳（SIC）的固定（无机化学途径和微生物的生物矿化途径）.农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解，呈现正（根际）激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究，发现作物根系生长和秸秆还田引起的（根际）激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放，但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失，因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中，秸秆碳和根际沉积碳往往共存，这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源（根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳），由于多碳源体系的区分方法存在挑战，目前这两种作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后，提出了新量化方法，可以多源区分根际CO₂排放以及SOC中作物碳输入的碳源，以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解，以及农田土壤碳平衡评估的精确度.     

陆地生态系统土壤呼吸时空变异的影响因素研究进展

土壤呼吸是碳循环中的1个重要过程,土壤呼吸作用的过程及其影响因子对理解陆地碳循环极为关键.本文对迄今为止国内外关于土壤呼吸时空变异性影响因素的一些研究进行综述,分析了气候、植被、土壤因素对土壤呼吸变异性的影响规律.以往的研究表明,气候因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子为气温和降水,植被因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子...     

不同来源生物黑炭特性对比及其在农业环保中的应用

生物黑炭是生物有机体转化的稳定性碳物质,作为土壤添加剂近年来在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复等方面具有广阔的应用前景。虽然近年国际上对生物黑炭的农业应用研究进展很快,但关于不同来源生物黑炭理化性质的调控及其在农业环境保护方面的应用研究还不够深入,未达成统一认识。而我国在该领域的研究才刚刚起步。为推动我国生物黑炭农业应用技术的开展,文章从生物黑炭的来源、不同生物炭理化特性的对比,及其在农业环境保护中的应用等方面进行了综述与探讨,并对生物黑炭的开发和利用存在的潜在问题和今后的研究热点进行了简要的展望,以期为我国发展低碳农业和循环农业提供依据和参考。     

“十二五”期间中国工业水污染排放的达标路径

该研究采用投入产出分析和结构分解分析方法,将影响中国"十二五"期间化学需氧量和氨氮排放量变化的因素分解为污染物排放浓度效应、强度效应、技术效应和最终需求效应。并对各效应引起水污染物排放量变化的影响程度进行评价。结果表明:(1)污染物排放浓度因素和强度因素对水污染物的减排具有积极效应,而技术因素和最终需求因素均起到负面作用。(2)总体而言,影响化学需氧量和氨氮排放量变化程度大的行业具有一定的集中性,工业方面主要集中在化工、食品、造纸、纺织、冶金、煤炭、石油和供应行业,大多为高耗水、高排放的行业。     

Biochar: A review of its impact on pesticide behavior in soil environments and its potential applications

Biochar is produced from the pyrolysis of carbon-rich plant- and animal-residues under low oxygen and high temperature conditions and has been increasingly used for its positive role in soil compartmentalization through activities such as carbon sequestration and improving soil quality. Biochar is also considered a unique adsorbent due to its high specific surface area and highly carbonaceous nature. Therefore, soil amendments with small amounts of biochar could result in higher adsorption and, consequently, decrease the bioavailability of contaminants to microbial communities, plants, earthworms, and other organisms in the soil. However, the mechanisms affecting the environmental fate and behavior of organic contaminants, especially pesticides in biochar-amended soil, are not well understood. The purpose of this work is to review the role of biochar in primary processes, such as adsorption–desorption and leaching of pesticides. Biochar has demonstrable effects on the fate and effects of pesticides and has been shown to affect the degradation and bioavailability of pesticides for living organisms. Moreover, some key aspects of agricultural and environmental applications of biochar are highlighted.     

Review on utilization of biochar for metal-contaminated soil and sediment remediation

Biochar is a carbon-neutral or even carbon-negative material produced through thermal decomposition of plant- and animal-based biomass under oxygen-limited conditions. Recently, there has been an increasing interest in the application of biochar as an adsorbent, soil ameliorant and climate mitigation approach in many types of applications. Metal-contaminated soil remediation using biochar has been intensively investigated in small-scale and pilot-scale trials with obtained beneficial results and multifaceted effects. But so far, the study and application of biochar in contaminated sediment management has been very limited, and this is also a worldwide problem. Nonetheless, there is reason to believe that the same multiple benefits can also be realized with these sediments due to similar mechanisms for stabilizing contaminants. This paper provides a review on current biochar properties and its use as a sorbent/amendment for metal-contaminated soil/sediment remediation and its effect on plant growth, fauna habits as well as microorganism communities. In addition, the use of biochar as a potential strategy for contaminated sediment management is also discussed, especially as regards in-situ planning. Finally, we highlight the possibility of biochar application as an effective amendment and propose further research directions to ensure the safe and sustainable use of biochar as an amendment for remediation of contaminated soil and sediment.     

生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例（10.8%）和平均重量直径（MWD,13.3%）,对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大（39.4%）;不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例（15.7%）、MWD （21.2%）、大团聚体碳（31.7%）和土壤有机碳含量（40.0%）;相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.     

生物炭添加对两种类型土壤DOC淋失影响

生物炭能增加土壤碳库贮量,对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化起到不可忽视的作用。可溶性有机碳(DOC)是土壤碳库中十分重要的组分,研究生物炭对DOC淋失影响对深入了解生物炭对土壤有机碳循环具有重要意义。本文以新疆和河南两种土壤为对象,通过室内土柱淋滤试验研究生物炭添加对不同类型土壤中溶解性有机碳(DOC)淋失影响以及添加不同生物炭对同种土壤淋滤液中DOC淋失影响特征。结果表明,新疆和河南土壤淋滤液DOC浓度和淋失量随着生物炭添加比例增加(1%,5%,10%)而减少。与玉米秸秆和锯末混合物为原料制成生物炭相比,玉米秸秆生物炭能显著降低新疆土壤淋滤液中DOC浓度。     

Biochar affects methylmercury production and bioaccumulation in paddy soils: Insights from soil-derived dissolved organic matter

Biochar has been used increasingly as a soil additive to control mercury (Hg) pollution in paddy rice fields. As the most active component of soil organic matter, soil dissolved organic matter (DOM) plays a vital role in the environmental fate of contaminants. However, there are very few studies to determine the impact of biochar on the Hg cycle in rice paddies using insights from DOM. This study used original and modified biochar to investigate their effect on DOM dynamics and their potential impact on methylmercury (MeHg) production and bioaccumulation in rice plants. Porewater DOM was collected to analyze the variations in soil-derived DOM in paddy soils. The results showed that the addition of biochar, whether in original or modified form, significantly reduced the bioaccumulation of MeHg in rice plants, especially in hulls and grains (p<0.05). However, MeHg production in soils was only inhibited by the modified biochar. Biochar addition induced a significant increase in DOM's aromaticity and molecular weight (p<0.05), which decreased Hg bioavailability. Furthermore, enhanced microbial activity was also observed in DOM (p<0.05), further increasing MeHg production in the soil. Thus, the effect of biochar on the fate of Hg cycle involves competition between the two different roles of DOM. This study identified a specific mechanism by which biochar affects Hg behavior in rice paddy soil and contributes to understanding the more general influence of biochar in agriculture and contaminant remediation.     

生物炭影响抗生素在土壤中环境行为的Meta分析

生物炭作为一种减污降碳相协同的土壤改良剂,在抗生素污染控制方面均有较大应用前景.为了系统研究生物炭施用对抗生素在土壤中环境行为的影响,对2011～2021年发表的20篇文献进行Meta分析.结果表明,抗生素在生物炭改良土壤中的吸附、降解行为受生物炭施用量与性质的显著影响.施用质量分数为2%时,对抗生素吸附行为的影响最强,效应值为0.19;施用质量分数为5%时,对其降解作用影响显著,效应值为0.23;生物炭比表面积、极性、稳定性和芳香化程度对分配系数的增加影响非常显著,分别为0.11、0.13、0.09和0.18;而生物炭施用量和性质对抗生素迁移行为影响并不显著.生物炭还可通过调控土壤环境间接影响抗生素环境行为.但抗生素在土壤中多环境行为耦合对生物炭的响应机制仍不明确,生物炭田间施用的长效性与负面效应仍缺乏基础数据支撑.     

污泥基生物炭用于土壤中Cr的钝化及作用机制分析

污泥基生物炭是广泛用于处理各种环境污染物的添加剂之一。然而,关于污泥基生物炭原位钝化修复Cr污染土壤的研究还较少。以污泥与棉杆为原料,通过共热解制备污泥基生物炭,并按不同比例施加到Cr含量为33.97 mg/kg的土壤中,研究了该生物炭对土壤中Cr吸附固定的效果和机制。当添加比例由1%增加到15%时,土壤中Cr含量由34.02 mg/kg增加到38.52 mg/kg,但各处理土壤Cr浓度均低于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中Cr的筛选值标准。BCR顺序提取实验结果表明:该生物炭促进土壤中Cr由弱酸可提取态、可还原态向可氧化态、残渣态转化,并降低了Cr的浸出毒性。此外,该生物炭提高了土壤pH、CEC,增加了有机质和有效磷含量,有利于土壤中Cr的固定。污泥基生物炭固定土壤中Cr的机制包括离子交换、沉淀、络合作用等,但污泥基生物炭对土壤中Cr价态的影响需要深入研究。     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

生物炭输入对不同滨岸带土壤营养元素有效态变化的影响

生物炭作为一种新型环保材料常被用于改良土壤和污染修复,生物炭输入对土壤中营养元素的有效态会产生明显影响.本文基于太湖滨岸带不同土地利用类型(林地、草地、耕地和荒地),对比研究生物炭施加对不同类型土壤中营养元素有效态含量的影响,并探讨其动力学变化规律.结果表明,生物炭施加能够明显影响滨岸带土壤营养元素有效态含量,但对碳氮磷的影响效果存在差别.添加生物炭之后,土壤中溶解性有机碳呈显著下降趋势,而有效氮轻微增加,有效磷则明显增加.林地、草地、耕地和荒地土壤中溶解性有机碳含量分别下降了33. 3%、27. 4%、29. 5%和51. 4%;有效氮含量分别提高了10. 8%、18. 2%、16. 4%和15. 2%;有效磷含量分别增加了40. 0%、50. 2%、34. 0%和43. 6%.对比控制组(CK)和添加组(BC)的变化,土壤溶解性有机碳和有效磷含量在两组之间差别不大,而有效氮的含量变化差距较大,且在4种利用类型土壤中,生物炭施加后对不同营养元素有效态的影响程度有所差异.     

施用生物炭对土壤呼吸以及土壤有机碳组分的影响

为确定生物炭对土壤呼吸速率以及土壤碳组分的影响,采用田间小区试验,以苹果果树枝条生物炭为试验材料,研究了添加0、20、40、60、80 t/hm2的苹果果树枝条生物炭后,小麦生态系统呼吸（R_e）、土壤呼吸（R_s）、植物呼吸（R_p）、土壤TOC（总有机碳）、土壤POC（颗粒有机碳）、WSOC（土壤水溶性有机碳）和土壤AOC（易氧化有机碳）的变化以及各指标之间的相关性.结果表明,添加生物炭显著提高了小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%,并且生物炭施用量为20和40 t/hm2时土壤呼吸速率显著高于其他两个处理,而对于小麦生态系统呼吸速率和植物呼吸速率来说,施用40 t/hm2生物炭时其值最高.对于土壤碳组分,施用生物炭显著提高了0~20 cm土层中土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）,并且土壤w（TOC）和w（POC）与生物炭施用量呈极显著正相关.对于WSOC而言,当生物炭施用量高于40 t/hm2时其值显著降低,与对照相比,0~10、>10~20和>20~30 cm三个土层中w（WSOC）分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%.研究显示,适量施用生物炭能够提高土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）而降低了w（WSOC）,但同时也增加了小麦生态系统呼吸速率.