氚水在大豆土壤系统中的迁移与分布

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究氚水在大豆-土壤模拟生态系统中的迁移、分布规律.通过为期50d的模拟试验,测定了植物和土壤样品中2种形态氚(自由水氚和结合态氚)的比活度.结果表明:引入土壤中的氚水,不仅在系统各分室间转移和分配,而且迅速向系统外散逸;氚水中的氚以自由水氚和结合态氚形态存在于大豆植株和土壤中;大豆植株中的自由水氚比活度于6h时即达最大值(根19.4Bq·g^-1;茎叶12.3Bq·g^-1),随后便逐渐下降,而结合态氚呈缓慢增加;大豆根中的总氚比活度开始时高于茎叶中的比活度,而后趋于平衡,表层土中2种形态氚基本呈逐渐下降.运用示踪动力学分室模型原理对实验数据拟合得:土壤中的比活度C_s=88.37e^-11.847t+7.38e^-0030t;大豆植株中的比活度C_b=10.30(e^-0.030t-e^-11.847t).     

放射性物质污染及其防治

度随时间呈缓慢增加,并在经历一段时间后逐渐趋于动态平衡;其余各部位的比活度较低,较大部分接近于本底水平,表明952:被玉米和大豆根系吸收后不易在其体内迁移、输运;②喷施进人土壤中的95Zr主要滞留在表层(O一scm)土壤中,其量占总量的97.5%以上,表明9521被表层土壤吸附,不易随水流向下迁移;③对实验数据进行回归分析,得玉米和大豆植株中95zr比活度的消长动态拟合方程为em(t)二3.肠7(l一e一“·’582‘)和eb(t)=3.0925(1一。一“·’363,),经方差分析,表明回归方程较好地反应了95Zr在玉米一土壤和大豆一土壤体系中的消长动态。图l表8参14X…     

95Zr在土壤中的淋溶与垂直迁移

采用土柱法研究了⁹⁵Zr在浙江省有代表性的3种土壤(小粉土、红黄壤和海泥)中的淋溶和垂直迁移及盐度对其行为的影响.结果显示:①淋溶后收集到的全部淋溶水中95Zr的含量较少,250ml、500ml和750ml 3种不同淋溶水量下,小粉土约占原始引入量的5.33%～7.68%,海泥为0.77%～1.32%,红黄壤几乎为0;且随着总的淋溶水量的增加,被淋溶下的⁹⁵Zr的总量变化不明显,表明⁹⁵Zr一旦被土壤吸附,则不易被解吸;②滞留于土壤中的⁹⁵Zr绝大部分分布在土壤表层,小粉土约有45.99%～50.02%的⁹⁵Zr滞留于0～0.4cm土层范围内,红黄壤和海泥则分别为96.02%～97.16%和95.94%～98.01%;③随淋溶水盐度的增加,表层土(0～0.2cm)中⁹⁵Zr的量明显提高,表明水体盐度增加有助于提高土壤对⁹⁵Zr的吸附率     

苗期玉米、大豆在土壤-植物系统N2O排放中的贡献

为区分植物在土壤-植物系统N₂O排放中的贡献,用封闭式箱法对在温室内砂培和土培的玉米、大豆幼苗及砂、土、砂-植物系统、土壤-植物系统的N2O排放进行了测定,同时对植物N₂O排放与植物叶片中的硝酸还原酶(NR)活性及NO₃^--N、NO₂^--N含量的关系进行了分析.结果表明:在53d的观测期内,玉米、大豆幼苗本身均可排放N₂O,且在土壤(砂)-植物系统的N₂O排放中占有很大份额(79.18%～100%);植物N₂O的排放与植物叶片的硝酸还原酶活性和NO₃^--N、NO₂^--N的含量显著正相关(R²≥0.97,n=6).     

退耕弃荒洼地土壤有机碳在生态系统转化过程中的动态变化

在贵州喀斯特区域一块典型的退耕弃荒洼地中央和周边坡面采集了4个土壤剖面,研究土壤有机碳（SOC）含量和δ¹³C_org值的变化.结果表明,坡面不同土壤层次SOC的变化范围为6.0～92.3 mg·kg^-1,并沿着土壤层次的加深迅速降低,变化幅度远远大于洼地土壤剖面（6.3～26.7 mg·kg^-1）.坡面土壤δ¹³C_org 介于-25.103‰和-23.666‰之间,但各剖面土层内部δ¹³C_org变化趋势不一致.洼地土壤δ¹³C_org 介于-23.495‰和- 20.809‰之间,并随着土壤层次的加深δ¹³C_org逐渐增加.洼地土壤剖面层次内C₄-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加,与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反;土壤δ¹³C_org与C₃-C之间呈显著相关性（R²=0.7806,n=7）,对δ¹³C_org起到主要影响作用的是退耕弃荒后新加入的C₃-C.     

水环境中溴化1-烷基-3-甲基咪唑类离子液体与胸腺嘧啶相互作用体系的计算研究

溴化咪唑类离子液体的生物小分子作用机制亟待探索.本文采用M06-2X/6-311++G（2d,p）/PCM/water理论方法计算了研究胸腺嘧啶（T）与溴化1-烷基-3-甲基咪唑类离子液体（[C_nmim]Br,n=2、4、6、8、10）相互作用形成的T-[C_nmim]⁺、T-Br^-、T-[C_nmim]Br和T-2[C_nmim]Br体系的结构和能量学特征.结果表明T与阴阳离子间形成典型构型的稳定顺序是：共面 < 垂直 < 堆积（T-[C_nmim]⁺）,top < front（T-Br^-）,T-[C_nmim]⁺ < T-Br^- < T-[C_nmim]Br < T-2[C_nmim]Br.T与Br^-之间的氢键作用与咪唑阳离子伴随弱氢键的堆积环境更有利,阳离子烷基链长影响不明显.在堆积构型中胸腺嘧啶与咪唑阳离子以π-π⁺色散吸引为主,并伴随C-H…O和C-H…π弱氢键作用,部分碱基电子转移至阳离子（π→π⁺）,其NBO分析显示稳定化能主要来自π→π^+*（ΣE_π→π+*²）轨道作用的贡献;T与Br^-之间以静电吸引为主,溴离子向胸腺嘧啶转移电子,稳定化能源于lp_Br→σ_N-H^*.     

典型喀斯特地区土壤-作物系统镉的富集特征与污染评价

为了研究喀斯特地区Cd在表层土壤和农作物中的富集特征及影响因素,为土地安全利用提供理论依据,选择在重庆市黔江区中部采集表层土壤样品360件、深层土壤样品7件、85件水稻样品和73件玉米样品（配套采集根系土样）,分析了土壤及农作物中Cd的含量、土壤中TFe₂O₃、Mn、有机质（C_org）、Se等含量和土壤pH.基于地统计法分析了表层土壤Cd的空间分布特征及富集原因,并对土壤及农作物进行了安全评价.结果表明,表层土壤Cd空间分布不均匀,且表层富集明显,表层土壤Cd含量受到成土母质和人为活动的控制,表层富集主要受到铁锰氧化物和有机质（C_org）的影响.土壤Cd以无污染和轻度污染为主,部分区域存在强生态风险,污染区主要位于二叠系地层分布区,土壤Cd污染主要受到地质背景的控制.大宗农作物均存在一定程度的Cd轻微-重度污染,水稻的日均建议消耗量的限值为0.87 kg·d^-1,玉米为1.53 kg·d^-1.Cd的生物有效性受到土壤酸碱度和土壤Se含量的影响,酸性条件下Cd生物有效性高,土壤高Se区农作物较安全.建议在水田乡二叠系出露区种植Cd低累积作物,或通过调节土壤酸碱度,控制Cd的污染风险,实现土地安全利用.此外,优先选择在土壤高Se区种植农作物.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

硒在土壤-农作物系统中的分布特征及富硒土壤阈值

为查明Se在土壤-农作物系统中的分布特征,开展富Se土壤阈值研究,在重庆市黔江区采集表层土壤8789件,深层土壤155件,并采集玉米籽实141件和水稻籽实159件（同时分别采集对应根系土样品141件和159件）,分析了土壤及农作物中的Se、有机质、S、Mn、TFe₂O₃、Al₂O₃和K₂O等含量及土壤pH,利用地统计法分析了表层及深层土壤Se的分布特征,基于多元回归分析,研究Se生物有效性的影响因素,基于根系土各组分含量及农作物Se含量进行土壤富Se阈值研究.结果表明,研究区高Se土壤占全区的32.72%;表层土壤及深层土壤Se含量的分布主要受到成土母质的控制,土壤Se源稳定且表层富集现象明显.玉米和水稻的富Se率分别为75.35%、46.81%,土壤有机质和S含量均会限值Se的生物有效性.若种植作物为玉米,建议以0.3 mg·kg^-1作为富Se土壤阈值;若种植作物为水稻,在土壤pH≤7.5时,建议以0.3 mg·kg^-1作为富Se土壤阈值;在土壤pH>7.5时,建议以0.4 mg·kg^-1作为富Se土壤阈值.同样地,若研究区种植有其他大宗农作物,亦可用该方法进行建议富Se土壤阈值研究.     

戴云山土壤微生物碳源利用效率的海拔变异规律及影响因素

微生物碳源利用效率（CUE）是指微生物将吸收的碳（C）转化为自身生物量C的效率,土壤微生物CUE的研究对深入认识土壤C循环过程十分重要.利用¹⁸ O-H₂ O-DNA标记法,研究戴云山不同海拔（980~1765 m）天然林土壤微生物CUE、微生物生长速率（C_growth）和呼吸速率（C_respiration）的变化特征和影响机制.结果表明,微生物CUE在0.1~0.4之间变化,并随海拔升高而增加;微生物CUE与C_growth、C_respiration和单位微生物生长正相关,而与呼吸熵负相关,说明随海拔的增加,微生物通过增加个体生长和抑制个体呼吸来提高CUE;温度是影响CUE的主要因素,微生物CUE与温度负相关,说明随海拔增加,温度下降是促进土壤微生物CUE升高的关键因素.     

结合态氚在作物生态系统中的形成动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态过程,并探讨了结合态氚形成的机理.结果表明,土壤(或水)中的氚水通过作物根系吸收进入作物体内,并在作物各部位形成结合态氚;作物体中结合态氚的比活度随时间呈增加趋势;作物籽粒中的结合态氚的比活度约为2～3Bq/g,玉米籽和稻谷中结合态氚的比活度高于其余部位,而大豆籽则与其他部位相当.对3种作物中结合态氚比活度的变化动态进行指数回归分析得:玉米、大豆和水稻中的比活度分别为C_m(t)=1.14(1-e^-0.0509t)、C_s(t)=1.65(^1-e-0.0595t)和C_r>(t)=1.29(^1-e-0.1027t),经方差分析表明,各拟合方程较好地反映了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态.     

客土覆盖对降低放射性锶在作物中积累的效应

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了客土覆盖对降低大豆和白菜(尤其是作物的可食用部分)中⁸⁹Sr积累的效应.结果表明客土覆盖能有效降低大豆和后茬白菜对⁸⁹Sr的吸收和积累,当客土覆盖深度为9cm时,豆籽、豆壳、豆秸和豆根中⁸⁹Sr比活度分别下降了82.8%、56.4%、38.7%和66.5%,后茬白菜下降了68.8%;作物中吸收积累的⁸⁹Sr比活度随客土覆盖深度的增加而下降,实验数据线性回归分析表明两者间呈显著线性负相     

基于BaPS系统的旱地土壤呼吸作用及其分量确定探讨

应用气压过程分离(BaPS)方法研究了大豆和玉米种植下土壤呼吸速率及其分量的动态变化,并同时用气相色谱仪分析了实验期间BaPS系统内的CO2气体浓度,对2种方法测定的土壤呼吸速率进行了比较.结果表明:(1)BaPS方法与气相色谱测得的土壤呼吸速率具有一致性和可比性;(2)大豆田根区土壤呼吸速率随根系生长有明显的季节变化,速率为(29.8±6.4)mg·kg-1·d-1(以C计),非根区土壤呼吸速率在整个生长季数值较低并且季节变化不明显,为(14.4±5.1)mg·kg-1·d-1(以C计);玉米种植下土壤呼吸有类似的规律,差别在于玉米根系生物量比大豆大,呼吸速率也高,根区呼吸速率为(70.8±38.6)mg·kg-1·d-1(以C计),非根区为(18.1±8.7)mg·kg-1·d-1(以C计);(3)根起源呼吸是土壤呼吸的重要组成部分,根区与非根区土壤呼吸速率的差值可以认为来自于根系活动,研究发现大豆田根起源呼吸占土壤呼吸的50%,玉米田根起源呼吸占到69%;(4)利用根起源呼吸与根系生物量的相关关系,得到大豆根起源呼吸系数为0.048mg·mg-1·d-1,玉米的根起源呼吸系数较小为0.042mg·mg-1·d-1.     

Plant species coexistence alleviates the impacts of lead on Zea mays L.

Whether plant coexistence can reduce the impacts of lead (Pb) on crops in agroecosystems has not been well understood. We conducted a factorial experiment to investigate the effects of weeds coexisting with maize (Zea mays L.) on Pb accumulation in maize and soil microbes at two Pb levels (ambient and 300 mg/kg). Elevated Pb tended to increase the Pb concentration in maize and decreased soil microbial activity (indicated by the average well color development, AWCD), functional group diversity, as well as arbuscular mycorrhizal (AM) colonization and vesicle number of maize. Compared to the monoculture, weeds coexisting with maize reduced the Pb concentrations in the root, leaf, sheath and stem of maize at both seedling and mature stages. In maize-weed mixtures, soil microbial activity and functional group diversity tended to increase for both Pb treatments relative to the monoculture. Furthermore, principal component analysis revealed that the soil microbial community structure changed with the introduction of weeds. The highest Pb accumulation in weeds occurred for the elevated Pb treatment in a three species mixture. The results suggest that multiple plant species coexistence could reduce lead accumulation in crop plants and alleviate the negative impacts on soil microbes in polluted land, thereby highlighting the significance of plant diversity in agroecosystems.     

土壤镉暴露对玉米和大豆的生态毒性评估

以中国东北黑土为培养基,通过室内急性毒性实验,采用Trimmed Spearman-Karber方法计算EC50值(半抑制浓度),并分析作物的生物累积系数(BAF),定量化评估了土壤中镉对玉米和大豆的生态毒性及生物有效性.测量终点为种子发芽率、根长和幼茎长.结果表明,土壤镉暴露给农作物带来一定的负生长效应.种子发芽率不是评估土壤镉生态毒性的敏感因子,根生长是敏感的毒性测量终点.镉在植株体内的累积及迁移与作物种类和土壤镉浓度有关.玉米植株体内累积了较大量的镉,而大豆植株体内镉由根向幼茎的迁移较为显著.     

污泥施肥铅对作物污染的研究

采用盆栽和小区试验,研究在石灰性土壤上污泥施肥进铅污染对水稻和大豆生产发育的影响,两种作物对土壤中铅的吸收,迁移和累积规律。结果表明,铅投加量为２０００ｍｇ／ｋｇ时,水稻和大豆的产量降至低于对照９０％以下;铅投加量为３０００ｍｇ／ｋｇ时,大豆籽粒铅含量仍未超过１ｍｇ／ｋｇ;但土壤中铅含量为２６０ｍｇ／ｋｇ时,水稻盆载糙米中的铅含量达到１ｍｇ／ｋｇ。根据试验结果建议将污泥农田施用时铅的控制标准修订为     

茶树-土壤生态系统中HTO的迁移与消长动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究HTO（氚水）在茶树-土壤模拟生态系统中的迁移规律。测定了植物和土壤样品中两种形态氚（自由水氚和结合态氚）的比活度，并应用具有相互交换的双库室开系统模型确定了茶和土壤分室的拟合方程。结果表明：引入土壤中的HTO，不仅在系统积分室间转移和分配，而且迅速向系统外扩散；HTO中的氚以自由水氚和结合态氚形式存在于茶树中，以吸湿性水氚和结晶水氚存在于土壤，其中自由水氚（或吸湿性不氚）远大于结合态氚（或结晶水氚）；对实验数据进行回归分析得；茶树植株中的总氚比活度Ct(t)=314.09(e^-0.0569t-e^-0.3777t)，土壤中的总氚比活度Cs(t)=136.73e^-0.3777t 112.22e^-0.0569t。     

客土覆盖对降低放射性铈在大豆中积累的效应

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了客土覆盖对降低大豆中放射性铈积累的效应.结果表明,在受¹⁴¹Ce污染的土壤表面覆盖客土,能降低大豆对¹⁴¹Ce的吸收和积累,效果十分明显,当客土覆盖厚度为12cm时,豆根、豆秸、豆壳和豆籽中¹⁴¹Ce比活度分别下降了83.5%、30.6%、13.7%和11.8%;大豆中吸收积累的¹⁴¹Ce比活度随客土覆盖厚度的增加而下降,其中豆根中¹⁴¹Ce比活度与覆盖的客土厚度呈指数负相关,豆秸、豆壳、豆籽中¹⁴¹Ce比活度则与客土覆盖厚度呈线性负相关.     

不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.