南京大气臭氧浓度的季节变化及其对主要作物影响的评估

近年来,近地面O_3浓度呈不断上升趋势,高浓度O_3会影响作物的生长导致产量降低.本文利用2014~2016年南京市近地面O_3浓度的连续观测数据,分析了O_3浓度的变化特征及其对冬小麦和水稻产量与经济损失的影响.结果表明,2014~2016年南京市O_3年平均浓度分别为62.9、68.6和69.1μg·m-3,O_3浓度和超标日数均呈现逐年增加的趋势.季节平均的O_3浓度大小的顺序为:夏季、春季、秋季和冬季.四季O_3浓度的日变化均为明显的"单峰型",峰值出现在15:00~16:00,谷值出现在07:00~08:00.2014~2016年冬小麦生长季期间AOT40的数值分别为10.5、14.4和9.4μL·L~(-1)·h,水稻生长季期间AOT40的数值分别为8.5、20.0和25.6μL·L~(-1)·h.近地面O_3对冬小麦的影响要高于水稻,其中,2014~2016年O_3造成冬小麦减产范围为21.4%~32.8%,每年的经济损失达15 076.6~27 799.6万元,造成水稻减产范围为8.1%~24.3%,每年的经济损失达19 747.2~68 075.7万元.     

菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响

中国是食用菌生产大国,每年食用菌菌渣产出量较大,为探明菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响,于2017年3~9月,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥(CK)、常规施肥(NPK)、9 t·hm~(-2)菌渣+NPK(LM)、18 t·hm~(-2)菌渣+NPK(MM)、36 t·hm~(-2)菌渣+NPK(HM)这5种处理稻田土壤温室气体的排放规律,并采用土壤碳库法对农田系统净温室气体排放(NGHGE)进行评价.结果表明:(1)土壤温室气体(包括CH_4、CO_2、N_2O)排放随着菌渣还田量的增加而增加,CH_4排放量顺序为:HMMMLM≈NPKCK;HM处理显著增加了CH_4的排放通量(P0.01),其他处理差异并不显著(P0.05),CH_4排放通量LM处理呈双峰型曲线,MM处理呈多峰型,HM处理呈现非常明显的单峰型曲线;CO_2累积排放量大小依次为:MMNPK≈LMHMCK,CO_2排放通量曲线LM处理呈单峰型、MM处理呈双峰型、HM处理呈现多峰型;NPK处理N_2O累积排放量显著高于其他处理,N_2O排放通量曲线NPK处理呈双峰型、LM和MM处理呈现多峰型,HM呈单峰型变化;(2)LM处理土壤固碳能力较低,NPK、MM与HM处理土壤固碳能力均较高;MM处理土壤固碳能力显著高于其他处理(P0.01),比纯施化肥处理提高了59.2%,比LM和HM处理提高了87.79%和65.65%;与土壤固碳能力相反,LM处理植物固碳能力最高,比NPK和MM处理提高了16.1%~22.2%,约为CK处理和HM处理的2.1倍;(3)MM处理整个水稻生产期NGHGE值最小,为-490.29 kg·hm~(-2),表现为温室气体的"汇",18 t·hm~(-2)菌渣还田是紫色水稻土净温室气体排放最优的还田方式.     

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

微囊藻毒素对不同生育期水稻生长的影响

灌溉水中的微囊藻毒素不仅会影响作物生长与产量,还可能沿食物链传递而威胁人类健康。以水稻为试材,研究了不同质量浓度(1μg/L、100μg/L、1 000μg/L、3 000μg/L)微囊藻毒素(MCs)对幼苗期和孕穗期水稻生长与成熟期水稻产量的影响,以及MCs在3个生育期水稻中的积累。结果表明:处理7 d后,1μg/L MCs处理对幼苗期水稻生长有一定促进作用,而对孕穗期水稻生长没有影响,高质量浓度MCs(≥100μg/L)抑制幼苗期和孕穗期水稻的生长;胁迫结束且恢复7 d后,100μg/L处理组孕穗期水稻根长、根表面积恢复能力强于幼苗期,株高、叶面积低于幼苗期,而1 000μg/L和3 000μg/L MCs组水稻各指标不仅未恢复,且劣于胁迫期,水稻产量下降92.4%和95.2%。用酶联免疫法检测发现,胁迫后MCs均在水稻体内富集。对于相同质量浓度MCs处理,幼苗期水稻各器官富集能力最大,孕穗期次之,成熟期最小。3 000μg/L MCs处理组的水稻谷粒中MCs质量比达21.2μg/kg,使人体每天摄入MCs的量可能高于世界卫生组织规定的人体每天吸收MCs的上限值。     

Adsorption characteristic of bensulfuron-methyl at variable added Pb^2＋ concentrations on paddy soils

The combined pollution of heavy metal Pb²⁺ and bensulfuron-methyl (BSM), originating from chemical herbicides, in agroecological environments has become commonplace in southern China. The adsorption of BSM on three paddy soils in the presence of Pb²⁺ was examined using high-performance liquid chromatograph (HPLC). Results indicated that adsorption of BSM could accurately be described by a Freundlich isotherm equation with correlation constant (R) > 0.98, irrespective of the presence of spiked Pb²⁺. Of the various factors influencing BSM sorption, soil pH appeared to be the most influential. The constant K_f of Freundlich isotherm equation tended to increase with increasing Pb²⁺ concentration in soil which indicated that the spiked of Pb²⁺ in paddy soils would promote the sorption of BSM. ΔG^θ of BSM in three paddy soils was less than 40 kJ/mol in all treatments, indicating the adsorption of BSM is mainly physical in nature. The elution of soil dissolved organic matter (DOM) enhanced the adsorption of BSM in paddy soils. The mechanisms involved in the promotion effects of the spiked Pb²⁺ on BSM adsorption might be the modified surface characteristics of paddy soil solids due to the soil acidification and the increase of soil organic matter concentration because of DOM binding.     

Combined toxicity of copper and cadmium to six rice genotypes （Oryza sativa L.）

Accumulation of copper (Cu) and cadmium (Cd) in six rice cultivars (94D-22, 94D-54, 94D-64, Gui630, YY-1 and KY1360) was evaluated through exposure to heavy metal contamination (100 mg/kg Cu, 1.0 mg/kg Cd, and 100 mg/kg Cu + 1.0 mg/kg Cd) in a greenhouse. The dry weight of shoot and root, concentrations of Cu and Cd in plant tissues and the Cu, Cd, P, Fe concentrations in the root surface iron plaques were analyzed eight weeks later after treatment. The results indicated that the plant biomass was mainly determined by rice genotypes, not Cu and Cd content in soil. Separated treatment with Cu/Cd increased each metal level in shoot, root and iron plaques. Soil Cu enhanced Cd accumulation in tissues. In contrast, Cu concentrations in shoot and root was unaffected by soil Cd. Compared to single metal contamination, combined treatment increased Cd content by 110.6%, 77.0% and 45.2% in shoot, and by 112.7%, 51.2% and 18.4% in root for Gui630, YY-1 and KY1360, respectively. The content level of Cu or Cd in root surface iron plaques was not affected by their soil content. Cu promoted Fe accumulation in iron plaques, while Cd has no effect on P and Fe accumulation in it. The translocation of Cu and Cd from iron plaques to root and shoot was also discussed. These results might be beneficial in selecting cultivars with low heavy metal accumulation and designing strategies for soil bioremediation.     

大气CO2浓度升高对水稻生理生态效应的影响

目前大气中CO2浓度在逐步上升,以CO2为主的温室气体浓度增加而引起的温室效应对人类农业生产可能产生很大影响。本文介绍了大气CO2浓度升高对水稻一系列的生理生态效应的影响。未来高CO2浓度下,水稻的生育期会缩短;光合作用有所提高;干物质积累增加,产量显著提高;含N量降低,P吸收增加;促进了根系生长和土壤呼吸等。并对未来的研究作了进一步探讨。     

基于不同土壤数据单元法的DNDC模型对太湖地区水稻土CH4排放模拟研究

利用农业土壤痕量气体排放模型DNDC(DeNitrification-DeComposition),以整个太湖地区37个县234万hm2水稻土为例,分析了3种不同土壤数据单元法对CH4排放模拟的影响.其中,1∶5万图斑单元法土壤属性来自1∶5万土壤数据库,图斑为最小模拟单元;1∶5万"县级"单元法土壤属性也取自1∶5万土壤数据库,"县"为最小模拟单元;1∶1 400万"县级"单元法土壤属性取自国内同类研究使用最多的1∶1 400万土壤图和《中国土种志》,"县"为最小模拟单元.结果表明,虽然1∶5万图斑单元法大多数县的CH4排放量都在1∶5万"县级"单元法最大与最小值范围之间,但整个地区总排放量(以C计,下同)相差达到1 680 Gg;而1∶1 400万"县级"单元法CH4排放量与1∶5万图斑单元法相比,尽管整个地区总排放量只相差180 Gg,但各"县级"单元之间的估算差异却很大,这一方面说明了土壤数据的详细程度是保证地球生物化学模型模拟精度的重要因子,另一方面也说明在区域CH4排放量估算模拟中使用更详细的土壤资料是非常必要的.     

洞庭湖平原典型水稻土氮素固持动态及氮的残留形态

以洞庭湖平原2个典型水稻土（红黄泥和紫潮泥）为对象,采用¹⁵N示踪技术,研究了淹水培养条件下稻草+硫铵配施（S+¹⁵NA）和单施硫铵（¹⁵NA）土壤微生物和粘土矿物对化肥氮的固定与释放及氮的残留形态.结果表明,淹水培养条件下B_N（SMBN）总体变化趋势是在培养前期达到峰值,而后逐渐下降,最后趋于稳定.固定态铵在整个试验期间变化相对较小,但也随培养时间的延长而减少.淹水培养条件下, B_N 以原有B_N为主.标记底物B_N的比例红黄泥为0.30%～6.67%;紫潮泥为1.00%～3.47%.微生物同化的标记底物硫铵氮的比例红黄泥为0.15%～20.65%,紫潮泥为2.06%～15.93%;有机无机配施处理(S+¹⁵NA)均大于单施化肥(¹⁵NA),红黄泥S+¹⁵NA处理平均为6.78%,高于红黄泥¹⁵NA处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（10.78%）也高于紫潮泥¹⁵NA处理.粘土矿物对标记底物氮的固定率,红黄泥为2.48%～10.57%,紫潮泥为12.55%～30.04%.红黄泥S+¹⁵NA处理平均为7.14%,低于红黄泥¹⁵NA 处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（21.53%）也低于紫潮泥¹⁵NA处理.淹水培养条件下底物硫铵氮的残留率均大于30%,有机无机配施处理提高了无机氮的残留率.红黄泥底物氮的残留形态主要为酸解有机氮（>72%）,而紫潮泥以酸解有机氮(44.0%～53.2%)和固定态铵(35.2%～37.5%)为主,两种土壤底物氮矿质氮形态残留在10%～20％之间.研究表明土壤对外源无机氮的固定与释放是一个动态的过程,施肥方式和土壤粘土矿物组成对该过程有重要影响.化肥和秸秆配合施用能增强微生物对无机氮的同化,降低土壤粘土矿物对无机氮的固持.有机无机配施处理在降低化肥氮损失的同时提高了酸不溶性氮态的残留率,降低了无机氮形态(固定态铵和矿质氮)的残留.