大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

不同性质硅肥影响土壤生物有效态镉砷的主要因素

为研究硅肥影响土壤中生物有效态镉(Cd)和砷(As)的主要因素,选择不同性质的3种碱性硅肥[Na₂SiO₃、 CaSiO₃与ASSF (pH 9～11)]和一种弱酸偏中性可溶硅肥(NSSF,pH 5～6)并通过添加不同用量硅肥(25～800 mg·kg^-1,以Si计)开展室内土盆试验,淹水共育21 d后对土壤基本理化性质进行检测,同时利用薄膜扩散梯度(DGT)提取土壤生物有效态Cd和As.结果表明,不同性质硅肥施用对土壤基本理化性质的影响差异显著,具体来说：3种碱性硅肥均显著提升土壤pH值(P<0.05),其中Na₂SiO₃提升土壤pH能力最强;而NSSF的施用则显著降低土壤pH值但提升了土壤Eh值(P<0.05),每单位质量(mg) Si添加量的NSSF可使土壤pH下降0.001 7个单位;在Si添加量达到400 mg·kg^-1后,3种碱性硅肥和NSSF土壤pH和Eh变化都趋于平缓. 4种不同性质硅肥提升土壤有效硅含量能...     

丘陵红壤开发的水土资源保护及农业产业化经营模式

以湖南省桃源县为例,针对目前丘陵红壤开发存在的主要问题,在探明季节性干旱成因和发生规律、水资源合理调蓄利用依据的基础上,提出了红壤丘陵区抗御季节性干旱的水分管理对策和主要措施;通过不同经营模式的水土资源动态观测、分析,提出了红壤丘陵区土壤允许流失值应≤200 t·km-2·a-1、相应的降水径流系数<0.25 等水土资源协调发展的关键技术指标,并在丘陵红壤坡地上建立了土壤侵蚀模数<100 t·km-2·a-1 的“土壤-水分-生物”资源互利型的高效利用模式。同时,以市场为导向,优化产业结构为中心,应用上述研究成果,建立了茶叶、苎麻、果业、庭园高效生态农业等四大科技先导型的产业化规模经营体系,为我国红壤丘陵区的农业产业化开发提供实用模式与示范样板。     

红壤丘陵区晚稻生长期间CO2的排放与固定规律

采用静态箱法对红壤丘陵区稻田生态系统CO2排放与固定进行定位观测.结果表明,晚稻生长期间稻田生态系统CO2通量的日变化随天气条件(晴天、雨天、阴天)的变化而变化,CO2日净固定量在晚稻生长期间波动性很大,最高达10.35 g·m-2·d-1,在晚稻成熟期表现为CO2负固定,为-0.92 g·m-2·d-1;整个晚稻生育期,稻田生态系统CO2累积排放量和土壤呼吸CO2排放量分别为20.4和6.3 t·hm-2,稻田生态系统CO2累积排放量与水稻生物量之间存在极显著幂函数关系.在整个晚稻生育期,稻田生态系统从大气中吸收碳量为3.85 ～4.00 t·hm-2.     

增施硅肥情况下化肥减施对水稻产量及镉吸收的影响

镉（Cd）污染稻田土壤已经严重威胁到粮食安全,常规化肥的滥用不仅会使土壤理化性质发生改变,还会造成土壤重金属污染.因此,为缓解水稻Cd胁迫、促进常规化肥的合理施用,分别在化肥全施和减施化肥30%的基础上,研究增施不同浓度Si肥对湖南省平江县和临武县两试验点水稻产量、品质以及土壤有效态Cd、Si和水稻Cd、Si含量的影响.与各自对照相比,增施Si肥300~600 kg/hm2使得平江县和临武县两试验点:①水稻产量和品质显著提升,化肥全施条件下水稻分别增产917.8~1 643.1和1 003.3~1 503.4 kg/hm2;减肥30%条件下,水稻分别增产1 037.9~1 345.0和1 209.1~1 834.9 kg/hm2.②化肥全施和减肥30%条件下水稻成熟期土壤有效态Cd分别显著下降10.5%~22.1%和14.1%~27.0%;有效态Si含量分别显著上升4.0%~7.0%和0.1%~27.2%,土壤有效态Cd含量和有效态Si含量呈显著负相关（P < 0.05）.③不同处理下水稻糙米和茎叶Cd含量显著降低,而水稻糙米和茎叶的Si含量显著提高;在化肥全施条件下,随着Si肥用量的增加,两试验点糙米Cd含量降低11.7%~39.2%,减肥30%条件下糙米Cd含量降低29.5%~57.2%.土壤有效态Cd含量的下降和Si在水稻各部位的聚集是阻碍Cd向水稻籽粒运输的主要原因.研究显示,在减肥30%条件下,增施Si肥对降低水稻籽粒Cd含量、提高水稻产量和品质的综合效益较高,这为实现科技部国家重点研究计划"化肥农药减施增效技术应用研究"提供了一条有效解决途径以及有力的技术支持.      

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

硅肥等量施用对土壤镉生物有效性和水稻吸收镉的影响

为研究硅（Si）肥等量施用对水稻不同生育期吸收镉（Cd）和土壤Cd生物有效性的影响,采用5种不同种类的Si肥（SiO₂用量为225 kg ·hm^-2）开展田间小区试验.结果表明,随着水稻生育期的延长,水稻根系和茎叶的Cd含量增加;施用Si肥,不同生育期水稻根系、茎叶和籽粒Cd含量平均分别降低14.9%、28.2%和12.2%;硅钙镁铁肥（SiCaMgFe）和水溶Si肥（SiW）处理,籽粒Cd含量分别比对照处理降低21.1%（P<0.05）和21.2%（P<0.05）;水稻根表铁膜中Cd含量（DCB-Cd）随着水稻生育期延长而增加,施用Si肥,水稻不同生育期DCB-Cd含量有高有低,DCB-Cd是根系Cd含量的15.8%~42.8%;与对照相比,施用Si肥水稻成熟期土壤可交换态Cd （Exc-Cd）含量平均降低36.4%,其它形态的含量平均增加12.5%~48.2%.水稻全生育期根系Cd与Si呈极显著负相关,与DCB-Cd呈极显著正相关,DCB-Cd与土壤有效态Cd和有效态Si呈极显著负相关,土壤Exc-Cd与Carb-Cd呈极显著负相关,土壤有效态Cd与pH值呈显著负相关.施用相同Si肥用量,SiCaMgFe和SiW处理降低水稻Cd含量的效果好;施用Si肥通过提高土壤pH值和土壤有效Si含量、降低土壤有效态Cd和Exc-Cd含量,促进Exc-Cd向Carb-Cd转移,减少根表铁膜对Cd的吸附,从而减少水稻对土壤Cd的吸收.     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

不同类型土壤镉含量对香芋镉吸收的影响

为探明香芋(Colocasia esculenta)镉(Cd)超标的关键原因,在湖南临武香芋主产区分别选择紫色页岩和第四纪红壤发育的Cd污染水稻土,研究土壤Cd含量、Cd活性及土壤基本理化性质对香芋Cd吸收的影响,以期为香芋的安全种植提供技术支撑。结果表明,两个试验点所有香芋Cd质量分数皆超过食品安全国家标准(0.1 mg·kg^-1),且各试验点内田块间土壤Cd含量、pH差异显著,而土壤有机质和阳离子交换量变异较小;紫色页岩发育的中碱性水稻土壤Cd活性、Cd在土壤-香芋系统中的转移系数(TFstem/taro、TFtaro/soil)皆低于第四纪红壤发育的酸性水稻土;紫色页岩发育的中碱性水稻土中,香芋Cd含量主要受土壤全Cd、TFtaro/soil的正调控;而第四纪红壤发育的酸性水稻土壤中,香芋Cd含量既受土壤全Cd、DTPA-Cd、TFtaro/soil的正调控,还受土壤pH的负调控。为实现香芋的安全生产,紫色页岩发育的中碱性水稻土中,应优先选择Cd吸收能力较低的香芋品种,或选择土壤全Cd低于0.65 mg·kg^-1的土壤进行种植;而在第四纪红壤发育的酸性水稻土壤中,则可优先选择Cd吸收能力较低的香芋品种,或选择土壤全Cd含量低于0.41 mg·kg^-1的土壤,或调理土壤pH至6.26以上,以及钝化土壤DTPA-Cd至0.19 mg·kg^-1以下的技术措施,抑制土壤Cd向香芋的迁移转运。     

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。