活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响. 结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发. 施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加. 与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%. 高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大. 施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少. 研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.      

富硅稻壳灰对水稻吸收砷的调控作用

通过向土壤中添加富硅稻壳灰提高土壤溶液中Si浓度可以有效抑制水稻对As的吸收. 为了探索富硅稻壳灰对水稻吸收As的内在调控机理,于2020年在湖南省永州市道县开展了大田试验. 结果表明:富硅稻壳灰的添加使土壤孔隙水中Si浓度较对照组显著增加了866.0%,这为水稻生长提供了充足的Si,使Si在与As的竞争吸收中占据主导作用,同时富硅稻壳灰促进了土壤铁氧化物的沉淀,使孔隙水中As浓度下降了20.3%,这一过程中由于铁氧化物的还原溶解而释放的As重新被固持. 水稻根系铁膜的形成对As的截留作用是抑制As向地上部转运的关键,富硅稻壳灰通过促进通气组织的形成来增加根系氧化能力,使水稻根表铁膜铁浓度(DCB-Fe)较对照组增加了47.3%,使根表铁膜As浓度(DCB-As)较对照组增加了41.0%. 富硅稻壳灰为水稻生长供应的足量Si,通过下调水稻根系中Si转运蛋白Lsi1和Lsi2的表达,从而限制了水稻根系对As(Ⅲ)的吸收,结果显示富硅稻壳灰使精米中无机As浓度降低了29.1%,低于GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准限值. 该研究通过大田试验,从土壤孔隙水、水稻根表铁膜以及Si与As在水稻茎叶和稻米运输中的竞争作用三方面系统论述了低温燃烧条件下制备的富硅稻壳灰对水稻吸收As的调控作用,结果表明以0.2%的施加比例施加富硅稻壳灰有效降低了水稻籽粒中无机As 含量,为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.      

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

盐渍化环境下秸秆还田对稻米汞及甲基汞累积的影响

通过盆栽试验探讨了盐渍化环境下秸秆还田对土壤中总汞（THg）、甲基汞（MeHg）含量和转化以及对水稻吸收汞的影响.试验用土采集自天津典型污灌地区,人为添加不同梯度的盐分（0、0.2%、0.5% NaCl）及外源汞（0、5mg/kg~Hg（NO₃）₂）,秸秆还田按照0.1%进行处理.结果显示：1.秸秆还田促进稻田系统中无机汞的甲基化.与未添加秸秆的处理相比,秸秆还田后土壤MeHg含量提高了56.8%~76.8%,水稻MeHg含量增加了127%~171.6%.2.在轻度盐渍化稻田开展秸秆还田,会进一步提高稻田土壤中汞的甲基化水平,进而增加水稻籽粒中甲基汞含量.与不添加盐分处理相比,轻度盐渍化环境中（0.2% NaCl）,秸秆还田处理导致土壤MeHg含量提高了92.2%~101.2%,水稻籽粒MeHg含量增长了52.8%~132.1%.更高的盐渍化水平会抑制土壤汞甲基化趋势,水稻籽粒中甲基汞含量降低.在中度盐渍化环境中（0.5% NaCl）,秸秆还田导致土壤MeHg含量降低了57.9%~88.6%,水稻籽粒MeHg含量降低了72.9%~86.8%.以上研究结果表明,在盐渍化且汞污染稻田开展秸秆还田可能大幅度增加该地区汞食物链暴露风险,因此在中轻度盐渍化的污灌区,对秸秆还田等农艺措施需要格外慎重.     

钝化材料对镉污染农田原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。该文以Cd污染农田酸性土壤为研究对象,选择2种水稻品种(DY:德优4727;CY:川优6203)为供试材料,设置T1(石灰0.15kg/m~2)、T2(海泡石1.12 kg/m~2)、T3(石灰0.15 kg/m~2+海泡石1.12 kg/m~2)、T4(石灰0.15 kg/m~2+偏硅酸钠30 g/m~2+七水硫酸镁7.5 g/m~2)、T5(石灰0.15 kg/m~2+腐殖酸75 g/m~2)、T6(秸秆生物炭1.12 kg/m~2)和T7(灌浆期叶面喷施0.2%螯合铁肥)7个钝化处理。通过田间试验,研究不同钝化剂处理对土壤理化性质、Cd形态、水稻产量及糙米Cd含量的影响。结果表明,与对照相比,施加钝化剂后土壤pH降低了0.09～1.07个单位,有机质增加了2.48%～41.96%,速效钾增加了3.62%～103.91%,碱解氮降低了0.25%～29.71%,其中,T3、T5和T6能有效提高土壤有机质,且对土壤肥力影响较大。T1、T4和T6处理的Cd形态向更稳定的氧化态和残渣态转化。T1和T5处理下,不同品种水稻产量及糙米Cd含量均表现为CYDY。因此,推荐以DY作为水稻品种,选用T5钝化处理作为修复酸性Cd污染农田具有较好的修复效果。     

重庆市煤矸山周边农产品镉健康风险评价及土壤环境基准值推导

以重庆市煤矸山周边农用地土壤和农产品（玉米和水稻）为研究对象,测定土壤和农产品（玉米和水稻）中Cd含量,评估摄入农产品（玉米和水稻）对人体的潜在健康风险,并基于物种敏感性分布法（SSD）推导土壤环境基准值.结果表明,重庆煤矸山周边旱地土壤Cd含量超风险筛选值的点位占55.8%,水田土壤Cd含量超风险筛选值的点位占31.6%,土壤Cd以较高生态危害和高生态危害为主,分别占47.4%和36.8%.玉米Cd含量超标点位占4.4%,水稻Cd含量均未超标.健康风险评价表明因食用玉米和水稻摄入Cd的非致癌健康风险可忽略,食用玉米摄入Cd存在可耐受致癌健康风险,食用水稻摄入Cd存在不可耐受致癌健康风险,且玉米和水稻Cd含量敏感度最高.SSD推导出煤矸山周边旱地土壤在pH≤5.5、5.57.5时Cd的环境基准值分别为0.491、0.382、0.376和0.588 mg ·kg^-1,水田土壤Cd的环境基准值为0.807 mg ·kg^-1.水田土壤和旱地土壤pH≤7.5时,现行土壤标准（GB 15618-2018）相对偏严;旱地土壤pH>7.5时,现行土壤标准（GB 15618-2018）相对偏宽松.应加强煤矸山周边土壤Cd污染防治和农产品安全利用研究,并对土壤Cd环境基准值进行适当调整.