不同施肥处理稻田甲烷排放研究进展

稻田是甲烷的重要排放源之一，而施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素之一。本文对施肥稻田甲烷排放的最新研究进展作了较为详尽的综述，包括不同肥料类型、不同的施肥处理等对甲烷排放的影响，分析了导致这种影响的原因。最后指出了今后的研究重点应以现有的研究成果为基础，探索产量、环境与甲烷排放增减的相关研究，寻求最优的减排方法。     

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.      

稻草还田方式对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响

选择南方典型双季稻田,研究不同的稻草还田方式对土壤不同层次有机碳的积累、表土碳密度、C/N比值及水稻产量的影响。结果表明,不同的稻草还田和耕作处理对水稻产量无显著影响;不同稻草还田处理的土壤有机碳和C/N均随土层加深而减小;3个稻草还田处理0-5 cm土层土壤有机碳质量分数显著高于不还田对照,其中,以高桩免耕处理最高,比无草翻耕处理提高13.8%（P〈0.01）;5-10 cm土层表现为高桩翻耕处理显著高于其他处理,增加幅度为1.39-1.66 g kg-1;10-15 cm为翻耕处理（包括稻草不还田和还田）显著高于各免耕处理;稻草翻耕处理（0-15 cm）的耕层有机碳密度显著高于其他处理。因此,南方双季稻田采取稻草翻耕还田方式有利于增加土壤有机碳汇。     

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.     

铁基硅盐对土壤环境镉砷赋存形态及转化影响

为探明铁基硅盐对土壤镉砷赋存形态影响及各形态间转化规律,采用室内长期淹水培养吸附实验,研究不同比例铁硅材料对土壤离子态镉砷活性影响;筛选适宜铁基硅盐(FS)配比同时添加腐殖酸(FSC)和金属氧化物(FSCa),明确复配处理土壤中镉砷分级形态转化程度.结果显示,铁:硅比值增加10%,土壤pH值平均降低0.35;F₂-S₈处理土壤离子态镉降幅71%;F₁₀-S₀处理土壤离子态砷降低59.9%,离子态镉砷含量与硅酸盐-铁盐施用量互呈反比;处理F₄-S₆和F₆-S₄之间镉、砷钝化率产生交点,约为25%~30%.土壤中镉主要以可溶态为主,占比58%;砷主要以铁铝氧化态和钙结合态为主,占比40%和23%.铁硅比例为5:5或5.5:4.5左右复配能有效将铝结合态砷和铁铝氧化态砷转变为钙结合态砷和残渣态砷,可溶态镉转化为碳酸盐结合态镉以及铁锰氧化态镉,同步降低土壤中镉砷的活性.     

不同基质组合对氮磷吸附能力的研究

就地利用菜地改建小型湿地系统可能是实现农村生活污水消纳和资源化利用的一种有效途径,其中菜园土与吸附基质的组合直接关系水体污染物中氮磷的净化效果. 选取沸石、谷壳、活性炭、陶粒和菜园土作为试验基质,使用BET比表面积孔径分析仪、扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪(EDX)对其进行表征,通过等温吸附试验分别筛选出对氮磷吸附效果较好的沸石和陶粒,设置菜园土∶陶粒∶沸石质量占比基质组合:F1(10∶0∶0)、F2(6∶2∶2)、F3(8∶1∶1)、F4(8∶2∶0)、F5(8∶0∶2)、F6(6∶1∶3)和F7(6∶3∶1). 在低、中、高3种氮磷浓度下,通过吸附动力学试验筛选出去除效果最好的基质组合. 结果表明:①5种单一基质中,活性炭、陶粒的比表面积(35.72、33.23 m2/g)和微孔体积(2.20×10?1、8.25×10?2 cm2/g)均较大;沸石和陶粒表面呈粗糙多孔结构. ②Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合5种单一基质对氮磷的吸附,各基质对氮的饱和吸附量表现为沸石(2.00 mg/g)>陶粒(1.47 mg/g)>菜园土(1.17 mg/g)>活性炭(0.99 mg/g)>谷壳(0.21 mg/g),对磷的饱和吸附量表现为陶粒(1.28 mg/g)>活性炭(1.25 mg/g)>沸石(1.16 mg/g)>谷壳(0.80 mg/g)>菜园土(0.50 mg/g). ③7种基质组合对氮磷吸附具有相似的动力学特征,Elovich模型、双常数速率模型和一级反应动力学模型均能较好地模拟基质组合对不同污染负荷条件下氮磷的吸附规律. ④7种基质组合对氮磷的吸附速率均呈现先快后慢的趋势,最终于12~48 h趋于稳定. 研究显示,F2、F4和F7基质组合对氮磷的去除效果均较好,但考虑菜地改造的简易性和可操作性,F4为最佳基质组合,其在3种不同氮磷浓度下对氮、磷的吸附量分别为0.36~0.68和0.10~0.39 mg/g.      

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...     

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。     

丰水期东洞庭湖超微型浮游藻类时空分布特征及其影响因子

超微型浮游藻类(3μm)主要包括超微蓝藻(PCY)和超微真核藻(PPEs),是浮游生态系统的重要组成部分,在水体物质循环和能量流动中起着重要作用.为了解通江湖泊中超微藻动态变化特征及其关键影响因子,于2019年洞庭湖丰水期(5～8月)每月对东洞庭湖进行采样调查,研究了丰水期间东洞庭湖超微藻生物量和丰度的时空演变规律及其与环境因子的关系.结果表明,东洞庭湖丰水期超微藻生物量和丰度均表现出显著的时空演变规律(P0.05).整个丰水期间,超微藻Chla平均浓度为8.52μg·L~(-1),其对总浮游藻类Chla的贡献率平均为41.6%;从5～8月,随着水温的增加,超微藻Chla浓度不断增加,尤其是东洞庭湖北部湖区和南部湖区;东部行洪道超微藻Chla浓度全湖最低.PCY是东洞庭湖超微藻的主要优势藻,其丰度平均是PPEs的3.4倍.PCY和PPEs丰度表现出相似的时空分布规律:时间上,从5～8月均呈现先增加后降低的趋势;空间上,随着丰水期的推移,超微藻丰度峰值由北部湖区向南部湖区迁移,到8月丰水期末期超微藻丰度逐渐降低,北部湖区超微藻丰度最高.分析结果表明,丰水期超微藻表现出了显著的时空分布规律,水位和N∶P比是影响东洞庭湖PCY和PPEs丰度组成比例变化最重要的因子.     

有机肥施用对田面水氮磷流失风险的影响

为探明化肥配施有机肥对田面水氮、磷流失及水稻系统养分吸收的影响,采用田间小区试验,设置常规施肥处理（FN）、常规施肥减氮磷量20%处理（F0）、减氮磷20%+有机肥处理（F1~F4处理有机肥施用量分别为1 500、3 000、4 500和6 000 kg/hm2）共6个处理,探索化肥减量20%配施有机肥的最优组合.结果表明:不同施肥处理下,田面水中ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）均于施肥后第1天达到峰值,随后迅速下降,于第7天后逐渐趋于稳定,ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）分别维持在各自峰值的5.1%~10.9%与4.8%~9.6%,田面水中ρ（TP）的变化趋势与ρ（TN）相似;F0与F1处理均能有效降低田面水中ρ（TN）和ρ（TP）.与FN处理相比,F1处理下ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）与ρ（TP）平均值分别降低了6.5%、9.1%和3.1%,该处理能够有效地降低氮、磷养分流失风险,且增施有机肥可使水稻增产0.2%~19.8%,地上部分氮、磷累积量随有机肥施用量的增加而显著增加（P < 0.05）.综合水稻产量、养分吸收和田面水养分动态等指标发现,F1处理不仅能提高区域双季稻产量,还能有效控制田面水氮、磷养分浓度,降低氮、磷地表径流产生的农田面源污染风险,是针对南方双季稻田的一项"控源节流"优化施肥模式.