不同磷肥对砷超富集植物蜈蚣草修复砷污染土壤的影响

施肥是提高重金属污染土壤的植物修复效率的必要强化措施之一.通过研究农业生产中常用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草生长、砷累积及氮磷钾吸收的影响,确定可提高蜈蚣草修复砷污染土壤能力的最佳磷肥类型.结果表明,与不施砷对照组相比.添加砷处理中施用相应磷肥的蜈蚣草总生物量中蜈蚣草均有所降低(除钙镁磷肥外);在添加砷的情况下,钙镁磷肥、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵等3个施磷处理总生物量相对较高.显著高于其他磷肥处理和不施磷处理(0.83 g/pot);地上部砷累积量由大到小的顺序为:磷酸二氢钙>钙镁磷肥>磷酸二氢铵>磷酸二氢钾>磷酸二氢钠>不施磷>过磷酸钙;磷酸二氢钙处理的砷去除效率高达7.28%.由此可见,磷肥能一定程度提高砷超富集植物的修复能力,但不同磷肥对其砷去除效率的影响可达数倍之差,磷酸二氢钙是首选磷肥类型,综合考虑土壤pH、N、P和有效态砷等各种因子,磷酸二氢铵和钙镁磷肥也可作备选肥料类型.     

植物修复过程中蜈蚣草对土壤养分的吸收动态:5年田间定位试验

鉴于砷超富集植物蜈蚣草已被成功地用于修复砷污染土壤,本研究通过连续5年的植物修复田间试验,研究了土壤氮、磷、钾的消减动态和蜈蚣草对土壤氮、磷和钾的吸收动态.结果表明:种植蜈蚣草可使土壤全氮含量降低约25%(2100～2700mg.kg-1),土壤全磷和全钾含量的年际变化不明显;蜈蚣草地上部氮、磷和钾含量分别为1.23～2.38、0.14～0.47和1.10～2.01g.kg-1,地上部带走的总氮、总磷和总钾量分别为23～89、4.4～13.0和21～69kg.hm-2.a-1;与水稻和小麦相比,蜈蚣草对氮、磷和钾的吸收量都较低,但如果在连续种植过程中不施肥,蜈蚣草则可能会出现养分亏缺问题.     

不同水分条件对蜈蚣草修复砷污染土壤的影响

采用室内盆栽实验研究了不同土壤含水量(绝对含水量10%~60%)对蜈蚣草的生物量、砷富集及蜈蚣草和土壤中砷的形态的影响.结果表明,土壤含水量35%~45%的范围内蜈蚣草的修复效率显著高于其他处理,可达到4.48%~5.00%.在此水分区间内,植物细胞的质膜透性较小且植株的生物量较大.蜈蚣草地上部和地下部的最大干重出现在45%的含水量下,分别为2.95 g·plant-1和11.95 g·plant-1.适宜的水分条件利于蜈蚣草吸收和累积土壤中的砷,35%的含水量下植株地上部和地下部的砷含量可分别达到307.3 mg·kg-1和218.6 mg·kg-1,而总砷累积量在40%的含水量下达到峰值2.81mg·plant-1.将土壤含水量控制为35%~45%,还可提高蜈蚣草地上部中As(Ⅴ)的还原效率,促进了蜈蚣草的砷解毒.研究结果对于蜈蚣草大规模种植和工程应用中的水分管理措施具有重要的指导意义.     

蜈蚣草对污染土壤中As、Pb、Zn、Cu的原位去除效果

通过2年的原位修复试验,探讨了蜈蚣草对污染土地中As、Pb、Zn、Cu的修复(去除)潜力.研究结果表明,蜈蚣草除了能富集As外,对Pb也有较强的富集能力,地上部Pb含量可高达1303mg·kg-1·蜈蚣草生物量达到了极大值时,地上部As、Pb、Zn、Cu含量可分别高达1455、937、365、101mg·kg-1.蜈蚣草对As和Pb都具有良好的修复效果,每年刈割2次蜈蚣草,As、Pb分别能够去除15.5kg·hm-2·a-1和8.5kg·hm-·2a-1.蜈蚣草对As、Pb、Zn有很强的耐性,在土壤中Pb、Zn、Cu含量高达10913、2511、510mg·kg-1时,不会显著降低蜈蚣草的生物量.     

微生物强化蜈蚣草累积土壤砷能力的研究

研究了外源添加微生物对蜈蚣草吸收砷能力及其根系参数的影响.通过室内盆栽试验研究表明,施放线菌PSQ、shf2和细菌Ts37、C13处理能明显促进植物生长.其中,shf2处理效果最显著,其生物量、根系活力和根系体积分别达11.5 g/po、t2.01μg/(g.h)、38.3 mL.施菌处理蜈蚣草植株砷含量均高于对照(CK)处理,其中Ts37处理地上部砷含量达最高837mg/kg,比同期CK处理高出206%;shf2处理地下部砷含量最高,达427 mg/kg,比同期CK处理高出88%.施用shf2菌的蜈蚣草砷积累总量最高,达5 804μg/pot,比同期CK处理高出136%.4种微生物处理在45 d内植物修复效率为8.9%~11.3%.施用微生物可有效提高蜈蚣草累积砷的能力,且以放线菌shf2效果最好.     

种植密度对镉锌污染土壤伴矿景天植物修复效率的影响

田间微区试验研究了不同种植密度对伴矿景天生长和地上部重金属吸收量的影响.结果表明,适度增大种植密度可促进伴矿景天的生长,显著提高其地上部生物量,但过分密植对植物地上部增产无显著贡献.种植密度由11万株/hm2上升到44万株/hm2时,伴矿景天地上部Cd、Zn吸取量显著上升,分别由0.208 kg.hm-2上升至0.631 kg.hm-2、13.2 kg.hm-2上升至58.7kg.hm-2;但种植密度从44万株/hm2增大到100万株/hm2时,植物地上部重金属吸取量并无显著提高.伴矿景天种植密度为44万株/hm2时,在Cd、Zn分别为(3.04±0.11)mg.kg-1和(1 299±96)mg.kg-1的污染土壤上种植1 a,对镉锌的修复效率分别达21.1%和4.60%,表明选择适宜的密度种植伴矿景天有利于增大植物地上部Cd、Zn吸取量,从而缩短修复时限.     

镉砷污染土壤“三高”富集植物筛选与修复成本分析

文章通过湖南镉砷复合污染矿区筛选的具有高生物量、高富集量、高利用价值的10种"三高"富集植物进行大田对比试验,拟确定其修复效果,为湖南镉砷复合污染植物修复技术提供支撑。结果表明,不同富集植物的生物量,镉(Cd)、砷(As)含量及积累量皆差异显著。籽粒苋和秋葵可作为Cd污染土壤的修复植物,其Cd含量分别为东南景天的11.0%(P<0.05)和15.4%(P<0.05),但积累量分别比景天高133.3%(P<0.05)、131.3%(P<0.05);地肤和水稻Cd含量略低于籽粒苋和秋葵,其Cd积累量与景天相当;但所有植物As含量远低于蜈蚣草,As积累总量也较低,皆不适合作为As污染土壤的修复植物。从修复成本上看,人力成本平均占植物修复成本的81.7%,不同植物修复成本差异主要发生在除草和秸秆离田的人力成本和种子种苗的生产资料成本上。可见,筛选"三高"富集植物是植物修复的关键环节,而采用种植技术成熟、种子繁殖且生长快的富集植物则是降低植物修复成本的关键;籽粒苋和秋葵可作为Cd污染土壤的修复植物,地肤和水稻也可选择性的作为Cd污染土壤的修复植物。     

洛克沙胂在青菜及土壤中的残留及降解特性

通过向土壤中施加含洛克沙胂有机肥的田间试验,研究有机肥中的洛克沙胂在土壤-蔬菜中的降解、迁移转化及残留.结果表明,土壤中施加低浓度的洛克沙胂对青菜的生长具有一定的抑制作用,相比于对照组减产15%~32%;青菜对土壤中砷具有一定的富集作用,且其根部为砷主要蓄积部位;土壤中总砷含量与施入洛克沙胂的量成正相关,并且随着种植时间的延长先升高再下降,最高达12.94 mg·kg-1,土壤无机砷含量随着种植时间的延长先升高并于30 d后趋于稳定,占总砷的66.75%~98.56%;青菜中总砷含量与土壤总砷含量及青菜砷富集系数之间均存在一定的正相关;洛克沙胂在土壤中的降解速率缓慢,含洛克沙胂有机肥量添加量高于5 000 kg·hm-2时,45 d后土壤中有洛克沙胂残留;施入一定量的洛克沙胂能显著提高土壤中细菌的数量,对于霉菌和放线菌的生长,较低浓度的洛克沙胂具有一定的抑制作用,较高浓度的洛克沙胂具有一定的促进作用.     

紫色土稻田磷素淋失特征及其对地下水的影响

采用原状土壤渗漏计在水稻生育期定期采集不同土壤剖面深度的渗漏水,研究了在不同施磷水平下水稻生育期磷素淋失动态和渗漏淋失量及其对地下水的潜在影响,并分析了土壤Olsen-P含量与磷素渗漏量之间的关系,旨在为紫色土区稻田磷肥的合理施用和控制磷对地下水污染提供科学依据.结果表明,在水稻生长期紫色土的磷素渗漏整体呈下降趋势.前期磷素渗漏淋失量高且变幅较大,在施磷后第5d各土层渗漏水中磷素浓度最高;施肥60 d后稻田磷素渗漏淋失负荷显著降低.不同土层和各处理趋于一致.稻田磷素的渗漏淋失受磷肥用量和土壤性质的影响,随着磷肥用量的增加稻田磷的渗漏淋失量增加,3种类型紫色土磷素渗漏淋失量为中性紫色土>钙质紫色土>酸性紫色土.施磷(P2O5)90～180kg·hm-2处理,40cm土层渗漏水中磷的平均浓度在中性、钙质、酸性紫色土上分别为0.13～0.142 mg·L-1、0.097～0.131mg·L-1和0.083～0.109mg·L-1,比不施磷处理高33.1%～38.7%、24.7%～44.3%和34.9%～50.4%,在60cm和100cm深处也有相似的特征.3种类型紫色土的土壤Olsen-P含量与磷素渗漏淋失量之间符合指数关系.渗漏水中磷素浓度随土壤剖面深度的增加而降低.淹水种稻初期是磷向下迁移最强和淋失量最高的时期,3种紫色土在施肥后的60d内对地下水质量产生潜在不良影响.整个水稻生育期磷渗漏量较低,最高磷渗漏量为0.262kg·hm-2.     

蜈蚣草中芘与砷的赋存特征及其相互作用

超富集植物蜈蚣草能够累积土壤环境中的砷,为探明蜈蚣草植株中芘的赋存特征及其与砷的相互作用,采用双光子激光共聚焦扫描显微技术检测观察芘在该植物中赋存和分布规律.结果表明,添加芘导致蜈蚣草各部位砷含量显著降低,其中叶部和茎部砷含量下降幅度达35%左右,根部砷含量减少20.5%.芘的添加使得植物各部位三价砷比例下降,五价砷比例升高,蜈蚣草叶部三价砷和五价砷赋存浓度下降幅度最大,下降幅度分别为42.2%和32.49%.添加砷可促进蜈蚣草根部和茎部中芘的积累,每株分别增加了9.8μg和139 ng,但对叶部中芘的积累无显著影响.芘主要分布于蜈蚣草细胞膜与细胞内部的细胞器膜结构及细胞核核膜附近,但细胞质中芘的含量较少,茎部韧皮部与皮层以及叶部栅栏组织和海绵组织中几乎没有检测到芘.     

氮肥施用对紫色土-玉米根系系统N2O排放的影响

通过不同施氮水平与不同氮肥品种2个田间试验,结合静态箱-气相色谱法研究了川中丘陵区2005年5～9月石灰性紫色土-玉米根系系统的N2O排放变化.结果表明:1)施用氮肥显著地增加了N2O排放,在3个施氮水平下(0、150和250 kg·hm-2),N2O排放总量分别为0.88、2.19和2.52 kg·hm-2;施氮量越高,N2O排放量也越高.当施氮量超过一定水平后,施肥量高低对N2O排放总量的影响并不显著.由氮肥施用引起的N2O排放量占施氮量的0.87%(150 kg·hm-2)和0.66%(250 kg·hm-2).2)氮肥品种显著影响N2O排放,尿素(酰胺态氮肥)和硫酸铵(铵态氮肥)处理的N2O排放量分别为2.09和1.80 kg·hm-2,显著高于硝酸钾(硝态氮肥)处理(1.27 kg·hm-2),三者排放量分别占施氮量的0·80%、0.60%和0.27%.3)降雨是玉米生长季N2O排放的主要影响因子,而无机氮则是影响N2O排放的主要限制因子.     

九龙江流域氮的源汇时空模式与机理初探

综合运用定位监测、野外试验、模型模拟与GIS技术等手段和方法,定量研究了南亚热带地区九龙江流域和五川小流域氮的大气沉降、河流输送(地表径流)、淋失、反硝化和氨挥发等输入输出(源汇)时空模式与机理.结果表明,九龙江流域氮"源"以化肥与饲料输入为主(占总输入125.6kg·hm-2的86%).氮"汇"以氨挥发和河流输送为主(占总输出72.9kg·hm-2的82%).氮输入后50%以上进入大气和水环境,14.5%通过河流输送至河口与近海.大气氮沉降通量为14.9kg·hm-2,其中干沉降占34%,湿沉降占66%,形成1:2的干湿沉降结构;源于化肥施用与畜禽养殖引起的强烈氨挥发,氮沉降集中在春夏两季(占全年80%),且以铵态氮为主(39%以上).氮的径流输出及河流输送受人为氮输入与水文条件的双重控制,2004年九龙江向厦门海域输送无机氮11.5kg·hm-2,其中90%发生在春夏秋季(同期流量占全年89%);五川小流域总氯径流输出负荷为67.1kg·hm-2,其中85%发生在施肥量大、降雨集中的春夏两季(作物生长期);基流与降雨径流分别贡献25%和75%.总氮淋失负荷为27.5kg·hm-2,占总输入的9%;pH<5的酸性土壤带正电荷导致氮淋失以铵态氮为主(约占40%).九龙江流域反硝化通量为7.7 kg.hm-2,而氮挥发高达42.1kg·hm-2,氨挥发主要来自化肥施用与畜禽养殖(分别贡献50%和39%).减少春夏时期肥料氮的输入(养分管理),有效截留雨季的降雨径流(水文控制)是该流域氮素管理的关键.     

关中地区农田土壤有机碳固存速率及影响因素：以陕西武功县为例

以武功县为例,通过计算农田土壤碳储量及固碳速率,明确关中地区农田土壤有机碳动态变化的规律,进而揭示农田土壤有机碳与自然因素、人为因素的关系.结果表明:①80%的样点0～20 cm农田土壤有机碳含量在8.0～12.0 g.kg-1之间,总体上呈现正态分布.②武功县2011年0～20 cm农田土壤有机碳密度为26.3 t.hm-2,低于全国农田耕层土壤有机碳密度平均水平(33.45 t.hm-2).近30年农田土壤固碳速率为71.3 kg.(hm2.a)-1,近5年农田土壤固碳速率为480 kg.(hm2.a)-1,近期固碳速率高于全国农田耕层土壤平均固碳速率[380.78 kg.(hm2.a)-1].③在半湿润平原地区,土壤有机碳含量主要受土壤类型、地貌类型、有机肥投入的影响,其中土壤类型可解释30.2%的有机碳变异性,地貌类型可解释37.7%,有机肥可解释32.1%.综合分析表明,武功县农田土壤有机碳密度在过去30 a间呈增加趋势,这可能与化肥的施用和秸秆还田有关,具体有多大的影响程度还需进一步研究.     

黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2(N300)、优化氮肥240kg.hm-2(N240)和对照不施氮肥(N0),并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥(300kg.hm-2)施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥(240kg.hm-2)处理可有效降低土壤N2O排放量(p<0.01).水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥(300kg.hm-2)水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)均值为16.02×107kg.hm-2(以CO2计),表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

蔬菜的硝态氮累积及菜地土壤的硝态氮残留

在不同季节对11类、48种蔬菜的测定表明,硝态氮含量高于325mg·kg^-1,达到4级污染水平的有20种,占调查总数的41.7%,包括全部叶菜类、部分瓜类、根菜类和葱蒜类蔬菜.其中硝态氮含量高于700mg·kg^-1,超过4级污染水平的有5种,均为叶菜类蔬菜.叶菜硝态氮累积虽为严重,但其中部分蔬菜叶片的硝态氮含量却低于3级污染水平对不同类型菜地和农田土壤的测定发现,菜地0～200cma各土层的硝态氮残留量均高于农田土壤,常年露天菜地200cm土层的硝态氮残留总量为1358.8kg·hm^-2年大棚菜田为1411.8kg·hm^-2,5年大棚则达1520.9kg·hm^-2,而一般农田仅为245.4kg·hm^-2.菜地土壤的硝态氮残留严重威胁菜区地下水环境.     

水稻碳氮吸收、分配与积累对施肥的响应

以亚热带典型稻田生态系统长期定位试验为对象,研究等氮条件下不同施肥方式对水稻植株碳氮吸收、分配与积累的影响,分析了水稻碳氮的积累关系.结果表明,低量有机肥结合化肥配施能有效促进碳素在水稻植株体内的分配.有机-无机肥配施处理下水稻茎叶和籽实中氮含量相对较高,分别为8.9～10.2 g·kg-1和11.9～14.8 g·k...     

汉江上游主要农作物氮肥投入特点及土壤养分负荷分析

为了解汉江上游主要农作物氮肥投入特点及土壤养分现状,加强汉江上游农业面源污染管理,指导农户科学合理施肥,保障汉江源头水质安全.以汉江上游汉中段沿河岸土壤养分分析、农户施肥调查等统计数据为基础,采用盈余法从作物种类分析种植生产体系中氮素输入输出特点及土壤氮素盈余状况.结果表明,汉江上游主要农作物平均化肥氮投入量为173.9 kg·hm-2(以N计,下同),通过有机肥投入的氮远远小于化肥氮,仅为7.2 kg·hm-2.84.0%的农田氮素样本处于盈余,总体平均盈余量为77.4 kg·hm-2,其中,盈余量超过100 kg·hm-2的样本亦占了40.8%.但养分投入不足表现为氮养分亏缺的样本也占调查样本的16.0%.不同作物比较,水稻田氮肥投入量为202.2 kg·hm-2,高于油菜地施肥量159.9 kg·hm-2.而水稻收获时籽粒和茎叶的氮带出量为197.1 kg·hm-2,高于油菜收获时的带出量103.5 kg·hm-2,因此,水稻田氮盈余量(20.72 kg·hm-2)低于油菜地(72.02 kg·hm-2).调查区土壤养分表现为氮、钾丰富,有机质、有效磷含量低于全国及南方水稻、油菜主产地水平.汉江上游主要农作物不合理的氮肥投入特点给土壤环境带来较大的氮素负荷,长期以往将给土壤环境和汉江上游水体造成很大威胁.     

湘中典型稻田系统Cd平衡分析

运用大田定位试验的方法,研究了典型稻田系统Cd污染发展趋势.于2015-11～2018-11逐月采集大气沉降及灌溉水样,同时多次采集肥料、土壤及水稻样,监测分析样品中Cd含量,研究湘中典型稻田系统Cd输入输出平衡情况.结果表明,稻田系统Cd通过灌溉水、大气沉降和肥料等途径输入,年均输入量为8. 735 g·(hm2·a)-1,其中大气沉降为主要来源,占总输入的69. 15%～82. 04%,平均为76. 61%,其次是灌溉水占12. 62%～23. 66%,平均为16. 94%,肥料占5. 34%～7. 19%,平均为6. 45%;稻田系统Cd通过地表径流、土壤下渗和水稻地上部分收获途径输出,年均输出量为7. 093g·(hm2·a)-1,水稻地上部分收获占总输出的85. 27%～95. 02%,平均为89. 69%,其次是地表径流4. 57%～13. 96%,平均为9. 41%,土壤下渗输出的Cd最少,为0. 41%～1. 51%,平均0. 90%.结果表明,研究区稻田系统Cd为净输入,土壤Cd污染形势仍在加剧.稻草还田与稻草移除将对土壤Cd平衡产生重要影响,稻草移除可以减缓土壤Cd污染发展趋势.