西南丘陵区保护性耕作下小麦农田土壤呼吸及影响因素分析

为了探讨保护性耕作对旱作农田土壤呼吸的影响,采用LI6400-09呼吸室在重庆北碚西南大学试验农场对平作(T)、垄作(R)、平作+覆盖(TS)、垄作+覆盖(RS)这4种处理下的西南紫色土丘陵区小麦/玉米/大豆套作体系中小麦作物生长季节的土壤呼吸及其水热生物因子进行了测定和分析.结果表明,小麦生殖生长阶段农田土壤呼吸速率变化范围为1.100～2.508μmol.(m2.s)-1,各处理的土壤呼吸速率差异显著,表现为RS>R>TS>T.各处理10 cm土层的土壤温度表现为T>R>TS>RS.土壤呼吸与土壤温度的关系符合指数函数,Q10值分别为1.25、1.20、1.31和1.26.5 cm土层的土壤含水量高低排序为TS>RS>T>R.土壤水分与土壤呼吸以抛物线曲线拟合最好,说明存在土壤呼吸最强的土壤含水量点,本研究得出小麦生殖生长阶段在土壤含水量的响应阈值为14.80%～17.47%.土壤动物中优势类群为弹尾目和螨目,与土壤呼吸存在一定相关性,对照处理和垄作下相关性高,而秸秆覆盖的处理土壤呼吸与土壤动物没有明显的相关性.     

施加盐基离子调控水稻Cd的吸收与累积

盐基离子含量是土壤肥力的重要指标,也是决定土壤Cd生物有效性的重要因素.为探明盐基离子对稻田系统中Cd迁移、转运与累积的影响,本研究通过水稻盆栽试验,按照土壤中盐基离子的物质的量比施加不同浓度梯度KCl、CaCl_2、NaCl和MgCl_2到模拟制备的轻度(0.5 mg·kg~(-1))和中度(1.5 mg·kg~(-1))Cd污染土壤,分析盐基离子对土壤CaCl_2提取态Cd含量和水稻吸收累积Cd的影响.结果表明:施加盐基离子能够增加土壤阳离子交换量(CEC),在轻度和中度Cd污染土壤中,土壤CaCl_2提取态Cd含量分别下降了24.6%～56.1%和17.0%～71.1%,糙米Cd含量分别降低了9.1%～60.5%和7.2%～36.0%.在轻度和中度Cd污染土壤中,糙米Cd含量与土壤CaCl_2提取态Cd含量之间存在线性正相关关系,根、茎、叶Cd含量与Ca含量均呈线性负相关.     

水稻不同生育期As胁迫下As累积关键生育期

水稻不同生育期对As的吸收累积差异明显.为研究水稻糙米As累积的关键生育期,明确不同生育期吸收累积As对糙米As累积的贡献,本研究通过水培试验,分别在水稻分蘖期（30 d）、拔节期（16 d）、孕穗期（13 d）、灌浆期（17 d）、蜡熟期（15 d）、成熟期（13 d）和全生育期（104 d）添加外源As,及不添加外源As处理作为对照CK.结果表明：①不同生育期As胁迫对水稻植株生物量有显著影响,与对照CK相比,单一时期As胁迫处理中仅分蘖期As胁迫处理下植株生物量增加,其他处理均降低,其中孕穗期As胁迫处理最低,所有单一时期As胁迫处理植株生物量均高于全生育时期As胁迫下植株生物量;②6个单一时期As胁迫处理糙米中As含量均高于对照CK糙米中As含量,范围为0.08~0.24 mg ·kg^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As含量最高,为全生育时期As胁迫处理糙米As含量的64.9%;③6个单一时期As胁迫处理糙米As的累积量均高于对照CK,范围为1.4~4.5 μg ·株^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As累积量最高,其次是灌浆期,而全生育时期As胁迫处理糙米As累积量为5.7 μg ·株^-1,高于所有单一时期As胁迫处理糙米As的累积量;④水稻孕穗期累积的As对水稻成熟期糙米中As累积量的相对贡献率最大,为40.3%,其次为灌浆期,相对贡献率为26.0%,孕穗期和灌浆期是水稻成熟期糙米As累积的关键生育期.     

谷壳灰对稻田土壤镉、砷生物有效性及糙米镉、砷累积的影响

为研究富硅材料谷壳灰（HA）对稻田土壤Cd、As生物有效性及糙米中Cd、As累积的影响,以稻壳为原料制备中性HA（总硅量6.26×10⁵ mg·kg^-1）,开展水稻盆栽试验.HA按质量比设置4个添加水平（0、0.5%、1%、2%）,种植3种水稻（黄华占、湘晚籼13、隆优4945）.研究结果表明：①在土壤Cd总量为2.30 mg·kg^-1、As总量为90.45 mg·kg^-1的复合污染土壤中,HA施用后,与对照相比,土壤Cd的TCLP提取态、CaCl₂提取态及酸可提取态含量呈现不同程度的降低,分别降低了7.8%~18.7%、7.4%~18.7%、0.9%~16.7%;土壤As的交换态和TCLP提取态含量也有降低,分别降低了6.1%~47.1%、4.3%~26.7%.②HA施用可促进土壤中酸可提取态Cd向难溶态Cd的转变,水稻湘晚籼13、隆优4945根际土壤残渣态Cd含量分别增大9.8%~23.5%、5.9%~28.1%;土壤中As主要以残渣态存在,HA的施用对土壤专性吸附As含量有增大效应.③HA施用能够降低糙米中Cd和无机As含量,施用0.5%~2% HA能使水稻隆优4945和湘晚籼13糙米Cd含量降低到0.2 mg·kg^-1以下,施用2% HA能使黄华占糙米无机As含量降低到0.2 mg·kg^-1以下.施用HA能够有效降低土壤Cd、As生物有效性和糙米Cd、As含量,同时增大土壤有效Si含量,有利于提高土壤质量.     

组配改良剂对土壤-蔬菜系统铅镉转运调控的场地研究

以组配改良剂LS(石灰石∶海泡石=2∶1)为试验材料,通过对湘南某矿区附近铅镉复合污染旱地土壤进行现场改良钝化,研究施加不同量的LS(0、2、4、8 g·kg-1)对茄子和苋菜植株吸收累积Pb和Cd的影响以及对Pb和Cd在2种蔬菜植株各部位间转运的调控.结果表明:1施加LS能够显著提高土壤p H,降低土壤中交换态Pb和Cd的含量.2施加LS能显著降低2种蔬菜植株各部位中Pb和Cd的含量.LS施加量为2~8 g·kg-1时,茄子果实中Pb和Cd的含量分别降低44.7%~78.6%和36.0%~78.7%;苋菜植株茎叶中Pb和Cd的含量分别降低45.8%~59.1%和40.0%~87.2%.3LS的施加降低了2种蔬菜植株各部位间Pb和Cd的转运系数.2种蔬菜植株在根-茎-果实间或根-茎叶间转运Cd的能力大于Pb,且施加LS各处理下,同种蔬菜相同部位对Pb和Cd的转运能力大小关系保持不变.     

钙镁磷肥对土壤Cd生物有效性和糙米Cd含量的影响

通过水稻盆栽试验,研究了施用钙镁磷肥对Cd污染稻田中Ca、Mg、Cd生物有效性的影响和种植水稻(湘晚籼12号、威优46号)后水稻各部位Ca、Mg、Cd含量的差异.结果表明,施用钙镁磷肥能显著提升土壤pH值,降低土壤TCLP提取态Cd含量,且降低效果随着水稻生育期的延长逐渐增强.与对照相比,施用0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,使湘晚籼12号种植土壤和威优46号种植土壤TCLP提取态Cd含量在熟化期、灌浆期、分蘖期、成熟期分别下降了12.7%、15.6%、21.5%、61.9%和12.7%、72.6%、42.1%、59.7%.施用钙镁磷肥能显著增加水稻种植土壤中TCLP提取态Ca、Mg含量,降低TCLP提取态Cd含量,同时显著增加水稻各生育期各部位Ca、Mg含量并降低其Cd含量,水稻各部位中Ca、Mg含量与Cd含量均呈现负相关关系,表明外源Ca和Mg的加入对水稻累积Cd产生了拮抗作用.施用钙镁磷肥能显著降低水稻糙米中Cd含量并提高水稻产量.与对照相比,施用0.2~0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,水稻湘晚籼12号和威优46号糙米中Cd含量分别下降了36.8%~52.6%和53.3%~75.6%.威优46号比湘晚籼12号更易将土壤Cd向水稻籽粒中转运.     

不同pH值灌溉水对土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影响

通过盆栽种植实验研究了pH值为3.5~6.5的灌溉水对稻田土壤pH值、土壤Cd生物有效性以及2种水稻品种各部位Cd含量的影响.结果表明:1不同pH值灌溉水对土壤pH值影响显著.灌溉水pH为3.5~6.5的处理下,湘晚籼土壤pH值下降了0.6~0.3个单位,威优46号土壤pH值下降了0.7~0.4个单位.2随着灌溉水pH值的升高,土壤交换态和TCLP提取态Cd含量(生物有效性)均有降低的趋势,但TCLP提取态Cd含量不显著.3随着灌溉水pH值从3.5上升到6.5,湘晚籼12号水稻植株各部位Cd含量均逐渐下降,而威优46号水稻植株各部位的Cd含量逐渐上升.与pH=3.5处理相比,浇灌pH值为4.5~6.5的灌溉水,湘晚籼12号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别下降32.3%~48.0%、16.5%~48.0%、40.0%~56.2%和45.6%~73.9%;相反,威优46号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别上升30.5%~446.3%、5.3%~201.1%、70.3%~316.7%和71.0%~177.2%.显然,升高灌溉水的pH值有利于降低湘晚籼12号(常规稻)糙米中的Cd含量,但不利于降低威优46号(杂交稻)糙米中的Cd含量.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

基于流态化作用的吸附反应动力学和穿透特征

基于流态化作用的吸附反应动力学和穿透特征研究还鲜见报道.以苯酚为吸附质、活性炭为吸附剂,探讨了不同流态化紊流强度对基于流态化作用的吸附效率、吸附动力学特性、吸附反应穿透曲线和饱和吸附量的影响,并与相同条件的固定床吸附反应器进行了对比研究.结果表明,表观流速为8 mm·s-1和13 mm·s-1时,基于流态化和固定态的活性炭在5 min内的吸附效率均达到93%以上,吸附反应均符合经典二级动力学方程,且其相关系数大于0.999.穿透实验结果表明,表观流速为6 mm·s-1和8 mm·s-1时,基于流态化的活性炭对苯酚的吸附总量分别较固定态高8.77 mg·g-1和24.70 mg·g-1.可见,基于流态化吸附反应器与基于固定态吸附反应器相比,具有吸附反应效率高,吸附总量大的特征.     

秸秆覆盖条件下小麦生长季根系呼吸对土壤呼吸作用的贡献

在紫色土丘陵区连续6年进行秸秆覆盖试验的"旱三熟"农田系统中,于2012年12月—2013年4月小麦生长季内对土壤呼吸进行测定,并对小麦根系生物量、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳含量等指标进行监测,以分析土壤呼吸动态变化的影响因素.结果表明,秸秆覆盖措施显著提高了土壤呼吸速率,秸秆覆盖(S)和秸秆覆盖+腐熟剂(SD)处理分别比对照(CK)增加了45.0%和29.4%.曲线估计表明,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著线性关系,通过建立二者的线性回归方程,采用生物量外推法估算小麦根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例,在分蘖期(2012年12月)、拔节期(2013年1月)、抽穗期(2012年3月)和灌浆期(2013年4月),根系呼吸分别占土壤呼吸的28.2%、44.0%、56.9%、56.2%,平均贡献为46.3%,并呈先增加再降低的趋势,在抽穗期达到最大,与根系生物量的变化同步.按照不同处理建立根系生物量与土壤呼吸间的线性回归方程,经计算得出CK、S和SD 3个处理中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例分别为42.9%、43.8%和43.7%,秸秆覆盖对根系呼吸作用比例无显著影响.