调理剂耦合水分管理对双季稻镉和铅累积的阻控效应

土壤重金属生物有效性和水稻自身的生理活动共同决定糙米的重金属累积.选取广州市郊一土壤镉(Cd)总量未超标但糙米Cd存在超标风险的稻田开展田间小区试验,以土壤重金属有效态和水稻生理阻隔为切入点,研究富硅调理剂(JD)、钙镁调理剂(YY)、富硅调理剂+淹水灌溉(JD+YS)和钙镁调理剂+淹水灌溉(YY+YS)处理对早、晚稻...     

施硅对水稻铁膜砷固定和体内砷转运的影响

水稻铁膜对砷(As)的固定及其体内As的转运深刻影响着糙米中As的累积.施硅(Si)能够抑制水稻对As的累积,然而,施Si如何调控铁膜对As的固定和水稻各部位的As向糙米的转运,相关机制目前尚未十分清楚.以As超标土壤中的水稻铁膜为研究对象,通过开展不同Si处理水平的土壤盆栽试验,研究施Si对水稻根表铁膜固定As和各组织器官中As向糙米转运的影响及作用机制.结果表明,Si2(0.66 g·kg^-1)处理显著提高了水稻根系CAT(1.81倍)、SOD(7.98倍)和POD(1.25倍)酶活性,增加了铁膜中的DCB-Fe含量(44.35%),提高了铁膜的表面粗糙度(108.91%),导致铁膜的DCB-As含量明显升高(88.32%);而且,Si2处理显著增加了水稻根中As的累积率,降低了根和叶对As的转运能力,最终导致糙米中As含量的显著降低(53.12%).施Si增强水稻根表铁膜对As固定的原因可归结于Si促进铁膜的形成和增大铁膜的表面粗糙度,而施Si抑制根和叶中As向糙米的转运则可能与Si竞争水稻体内As的转运蛋白,促进As-巯基络合物形成以及增强As液泡区隔化等...     

早稻秸秆还田和减钾对晚稻产量和土壤肥力的影响

水稻秸秆是华南双季稻区重要的有机肥资源,为探讨早稻秸秆还田条件下钾肥减量施用对晚稻产量和土壤肥力的影响,于广东省白云区和惠阳区开展大田试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥处理（RS）和秸秆还田+钾肥减施20%（RS-K）这3个处理,分析不同处理的晚稻生物量、钾含量和产量,及土壤速效钾、有机碳、细菌多样性和群落结构等土壤肥力性质的变化.结果表明,RS-K处理的水稻生物量和产量与CK处理无显著差异.与CK相比,RS处理的水稻植株钾含量平均提高了3.97%（白云）和6.91%（惠阳）.RS-K处理的植株钾含量在水稻生长前期显著低于CK处理,但在水稻生长后期两者无显著差异.与CK相比,RS处理显著提高了土壤速效钾含量,平均增幅达13.90%（白云）和21.67%（惠阳）;RS-K处理的土壤速效钾也较CK处理提高了3.56%（白云）和4.23%（惠阳）.秸秆还田处理显著提高了土壤可溶性有机碳含量,但对土壤pH值、有机碳、微生物量碳、硝态氮、铵态氮和有效磷含量无显著影响.与CK相比,秸秆还田处理显著提高了土壤细菌的Chao1和Shannon指数;秸秆还田处理还显著提升了变形菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,而降低了酸杆菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度;冗余分析表明,土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、有效磷和速效钾含量是驱动土壤细菌结构群落变化的主要环境因素.综上,早稻秸秆还田可提高土壤速效钾含量和晚稻钾含量,在早稻秸秆还田条件下钾肥减施20%对晚稻钾营养水平和产量均没有产生明显负面影响,且能提高土壤有机碳和细菌多样性.因此,在华南双季稻区,早稻秸秆还田配合钾肥减施20%有利于化肥减施、粮食稳产和培肥地力,对农业绿色发展具有重要意义.     

和龙水库水质调查与健康风险评价

为研究和龙水库水质状况及对人体健康产生的危害风险,采用单因子评价法和有机污染综合指数法对和龙水库20个采样点为期1a的水质监测数据进行了评价;并采用美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险评价模型,对水库主体水域水体进行人体饮用健康风险评价.结果表明,和龙水库主体水域水质采样年度整体为Ⅳ类水,且春季水质为开始污染水平,其余各季节水质为一般水平.水库水体中化学物质As所产生的致癌风险为1.59× 10-5～3.37× 10-5a-1,远高于人体最大可接受风险(1×10-6a-1).而由Cu、Zn、Mn和NH4+-N所引起的非致癌风险(10-10～ 10-11 a-1)均低于最大可接受风险(1×10-6a-1).和龙水库周边养猪场的污水排放可能是其主要污染源,养猪场附近河段的水体全年为劣Ⅴ类,属于严重污染水平;主要超标污染指标为BOD5、NH4+-N、总磷、COD,各指标值分别是水库主体水域水体的268.49、253.15、55.81、40.38倍;猪场废水中As是导致水库主体水域As人体健康风险超标的主要原因.因此,需要加强对和龙水库周边养猪场的排污治理,以保障水库水体质量.     

镉胁迫对节杆菌(Arthrobacter sp.)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)生理生化特性的影响

将节杆菌和芽孢杆菌分别暴露于不同质量比的镉溶液中,进行不同暴露时间的急性毒性试验.结果表明,20 mg/kg的Cd(Ⅱ)处理会使节杆菌中还原型谷胱甘肽(GSH)质量浓度显著降低,细胞膜脂质过氧化产物——硫代巴比妥酸活性物质(TBARS)浓度显著升高;0.2mg/kg的Cd(Ⅱ)处理会使芽孢杆菌中GSH质量浓度、过氧化氢酶(CAT)活性显著降低.节杆菌的可溶性蛋白、可溶性糖质量浓度随暴露时间延长而减少,GSH质量浓度、CAT和超氧化物歧化酶(SOD)活性随暴露时间延长而增加,TBARS浓度呈先减后增的变化趋势;芽孢杆菌的可溶性蛋白质量浓度、CAT活性和TBARS浓度呈先增后减的变化趋势,可溶性糖、GSH质量浓度和SOD活性呈先减后增的变化趋势.镉处理对节杆菌和芽孢杆菌具有一定的胁迫作用,两种菌通过启动不同的抗性系统来抵抗外界胁迫.     

水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究

关于铁-氮循环耦合体系对镉(Cd)活性影响的研究目前尚鲜见报道.本文采用淹水培养试验,研究不同硝酸根(NO_3~-)、铵根(NH_4~+)处理条件下,南方典型Cd污染水稻土中铁氧化还原与氮形态转化耦合关系及其对Cd活性影响的机理.结果表明:随着培养时间延长,不同处理的pH值逐渐向7.0靠拢,Eh值由273~321 mV持续下降至118~132 mV,pe+pH值(e-活度的负对数值与H+活度的负对数值之和)从10.62~11.19持续下降至8.55~8.83,土-水体系处于中度还原条件;化学反硝化(Chemodenitrification)和NO_3~-依赖的厌氧铁氧化过程(Microbial NO_3~--dependent FeIIoxidation,NDFO)生成无定形氢氧化铁(Fe(OH)_3(amorp)),其对Cd~(2+)专性吸附及与Cd~(2+)共沉淀降低了有效态Cd浓度,加之pH值上升增大Cd~(2+)在土壤固相表面的吸附量,导致水稻土中Cd活性下降;NH_4~+被Fe(OH)_3(amorp)厌氧氧化(Anaerobic NH_4~+oxidation coupled to FeIII reduction,Feammox)会消耗H+而提高体系的pH值,在一定程度上会降低Cd活性,但其自身与Cd~(2+)对土壤固相表面吸附位点的竞争,可能会更大程度地减少Cd~(2+)在土壤固相表面的吸附量,而导致Cd活性提高.本研究成果可为丰富和拓展水稻土中Cd的生物地球化学理论,并为南方Cd污染农田修复及治理提供科学依据.     

土壤改良剂和红麻联合修复对多金属污染土壤中微生物群落功能的影响

应用BIOLOG技术对广东省大宝山矿山周边多金属污染土壤修复过程中微生物生态特征的变化进行分析.结果表明,种植红麻(Hibiscus cannabinus)前施用改良剂可以显著提高土壤微生物活性,各处理土壤微生物活性由大到小依次为有机肥+石灰石≈粉煤灰、白云石、石灰石和对照(未施用改良剂),其中施用有机肥+石灰石对提高多金属污染土壤微生物的代谢多样性有显著效果;种植红麻后各处理土壤微生物活性由大到小依次为有机肥+石灰石、粉煤灰、石灰石、对照和白云石,有机肥+石灰石和红麻联合修复对增加土壤微生物活性的效果更显著;种植红麻后,施用有机肥+石灰石可以刺激根系分泌L-丝氨酸、4-羟基苯甲酸和L-精氨酸等碳源,使微生物对胺类和氨基酸类碳源的利用能力大幅提高.各处理土壤微生物对糖类、氨基酸类和胺类等碳源的利用能力增强,有助于重金属污染土壤的生态修复.     

珠江三角洲典型集约化猪场废水污染特征及风险评价

根据2009年3月~2011年11月废水水质调查监测数据,运用《畜禽场环境质量评价准则》中单项污染指数、综合污染指数等方法,研究珠江三角洲典型集约化猪场厌氧发酵处理过程中各工艺阶段废水污染特征,并对其潜在生态风险进行综合评价.监测结果表明,所有监测值中,除pH和重金属外,其它污染因子含量普遍超过排放及农田灌溉水质标准,猪粪水中主要污染因子为粪大肠菌群(FC)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),其平均质量浓度分别为1.98×109个·L-1、158.61 mg·L-1、5 608.68 mg·L-1和1 984.34 mg·L-1,猪场沼液中主要污染因子为粪大肠菌群、总磷、氨氮(NH+4-N)和悬浮物(SS),其平均质量浓度分别为8.10×106个·L-1、81.76 mg·L-1、476.24 mg·L-1和464.58 mg·L-1.生态风险评价表明,高值区主要出现在固液分离后的高浓度废水,其分布呈现从分离后废水>冲栏废水>沼液递减的趋势特征,其综合污染指数分别为11.41、6.91、5.27,均达到重度污染级.因此,分离前后猪场废水属高浓度、高风险废水,绝对不可直接排放和农田灌溉,经厌氧处理后的猪场沼液中粪大肠菌群、总磷、氨氮和悬浮物是潜在的强生态风险元素,在长期直接排放或农田灌溉过程中仍存在一定的生态风险,有进一步深度处理的必要性.     

腐秆剂用量、含水量及初始碳氮比对水稻秸秆腐解性能的影响初探

为了探明秸秆腐解的最佳初始条件,为腐熟秸秆还田提供科学依据,以水稻秸秆为腐解对象,设置不同的"金葵子"腐秆剂用量(因素A:A_0、A_(0.5)、A_(1.0);%)、含水量(因素B:B_(50)、B_(60)、B_(70);%)及初始碳氮(C/N)比(因素C:C_(20)、C_(22)、C_(25))等初始条件,进行正交试验,研究水稻秸秆腐解过程中pH、种子发芽指数(GI)、C/N比、腐解率(DR)、水溶性有机碳(DOC)及紫外光谱参数(SUVA_(280)、E_2/E_3和A_(226-400))等指标的动态变化,以确定这些初始条件对水稻秸秆腐解性能的影响。结果表明,(1)在腐解过程中,所有处理GI和DR值均随着腐解的进行逐渐升高;A_0B_(70)C_(25)和A_(0.5)B_(70)C_(22)处理C/N比持续下降,其他处理先升高后下降;A_0B_(50)C_(20)和A_(1.0)B_(70)C_(20)处理DOC含量先升高后下降,其他处理持续升高,紫外光谱参数的变化反映了水溶性有机物芳香性结构和腐殖化程度变化情况。(2)腐解结束时,未腐熟完全的A_(0)B_(50)C_(20)处理pH、GI和DR值(分别为7.05、34.9%和30.7%)明显较低,其C/N比(25.7)则明显较高,而大多数处理pH值符合腐熟堆肥标准(8.00-9.00),GI值符合毒性较低(≥50%)或完全腐熟状态(≥80%);A_0B_(70)C_(25)、A_(0.5)B_(70)C_(22)和A_(1.0)B_(60)C_(25)处理C/N比(分别为13.1、14.4、16.4)基本符合腐解产物最佳C/N比标准(15.0);A_(0.5)B_(70)C_(22)处理DR值(47.1%)最高。通过紫外光谱参数测定来预测GI值大小,为判断秸秆是否腐熟完全提供了一种替代性评价方法。直观分析法表明,水稻秸秆腐解最佳初始条件为"金葵子"腐秆剂0.5%、含水量70%、初始C/N比25;腐秆剂用量对DOC含量影响最大,含水量对C/N比、DR、SUVA280、E_2/E_3和A_(226-400)值影响最大,初始C/N比对pH和GI值影响最大。     

不同改性生物炭功能结构特征及其对铵氮吸附的影响

为研发高性能铵氮(NH_4~+-N)吸附材料,削减水体NH_4~+-N排放负荷,提高农田土壤NH_4~+-N养分持留力,采用3种改性方法制备铁改性生物炭(B1)、酸碱联合改性生物炭(B2)铁氧化改性生物炭(B3)。通过吸附实验对比研究不同改性生物炭对NH_4~+-N的吸附效应,并结合改性前后和吸附前后生物炭组成与结构特征对改性生物炭的NH_4~+-N吸附机制进行探讨。结果表明,(1)铁氧化改性生物炭对NH_4~+-N的吸附作用最强,相对于未改性生物炭(B),其NH_4~+-N饱和吸附量提高了23.3%-24.1%;铁改性生物炭次之,NH_4~+-N饱和吸附量较未改性炭提高了14.1%-14.3%;酸碱联合改性生物炭NH_4~+-N饱和吸附量最小。(2)改性生物炭对NH_4~+-N的吸附由单分子层化学吸附的稳定吸附机制主导,同时存在非均一的多层物理吸附过程。(3)改性后导致的C-O官能团的增加是NH_4~+-N吸附量增加的主要原因,其次Fe-O官能团也参与了NH_4~+-N吸附。因此,采用氧化物对生物炭进行改性,提升生物炭中有氧官能团含量(包括有机和无机有氧官能团)是提高NH_4~+-N吸附效应的有效途径。该研究结果可为制备和筛选高性能NH_4~+-N吸附材料,提高生物炭在土水系统NH_4~+-N的去除效应提供理论基础。