珠三角典型区域农田小区尺度氮、磷、镉、砷输移特征与控制对策

区域氮、磷、镉、砷输移变化是影响农业生产、导致农田面源污染的主要因素。基于土壤表观平衡模型,以珠三角流域佛山市农业科学研究所试验农田为典型研究区域,构建农田小区尺度土壤表观氮、磷、镉、砷平衡模型,对4种元素在土壤中输移结构和平衡进行分析。结果表明：研究区域4种元素的主要输入途径是施肥,而输出的主要形式各有不同。其中,氮、磷主要输出形式是作物富集输出,输出占比分别为57.5%和39.0%;镉、砷主要输出形式分别是地表径流和作物富集输出,输出占比分别为66.7%和10.7%。研究区域4种元素均出现了不同程度土壤富集现象,农田小区尺度氮、磷平衡处于盈余状态,而镉、砷平衡处于亏损状态,4种元素的平衡强度分别为37.40、8.88、-1.35和-20.50 kg/(hm²·a),仅氮、磷未超过当地土壤环境安全阈值。分析试验农田中5类蔬菜各部位镉、砷富集情况发现,砷的富集系数均达到70.0%以上,而镉的富集只在辣椒叶中较为突出,富集系数达到57.5%。研究显示,应重视肥料输入的有效利用,加强农田灌溉水、农作物和地表径流中重金属的监测,以保障区域粮食安全和水环境安全。     

基于碳储量最大化的流域多目标土地利用分区优化模拟——以广西西江清水河为例

土地利用变化是影响碳固存变化的重要因素,土地利用优化对实现区域碳平衡具有重要作用。以广西西江清水河流域为研究对象,基于2000年、2010年和2020年土地利用数据,通过FLUS-InVEST耦合模型预测2060年清水河流域4种模拟情景(基线情景、耕地保护情景、水域保护情景、高碳储用地保护情景)下土地利用变化与碳储量的时空发展特征;针对高、中、低碳储能力等级区域适宜发展的方向,构建基于碳储量最大化的灰色线性规划模型,优化土地利用数量结构并运用FLUS模型模拟土地利用空间布局;利用Fragstats软件分析流域上、中、下游区域不同土地利用类型的形态格局,探讨其与碳储量的相关性并提出相应的优化策略。结果表明：1)4种模拟情景下,2060年流域碳储量仅在高碳储用地保护情景下稳定提升,其他3种情景都大幅下降;2)基于优化方案,2060年流域内林地、湿地和水域面积增加,建设用地面积稳定增长,草地、耕地面积相对减少且连片耕地保持不变,流域整体碳储量增长达1.32×10⁶ t;3)流域土地利用形态格局影响碳储量,且不同流段存在空间异质性,整体上斑块呈现复杂不规则的形态和较高的聚...     

稻秸秆添加强化沉水植物湿地对农田径流中不同形态氮的去除效果

为提升稻田周边湿地对农田径流中不同形态氮的净化效率,有效拦截农田面源污染导致的氮磷流失,采用农业废物稻秸秆为有机碳源与沉水植物组合构建强化湿地系统,共设置不种植苦草且不添加稻秸秆(NS)、只种植苦草(VN)、只添加稻秸秆(SS)和种植苦草并添加稻秸秆(VS)4个处理,研究强化湿地对不同形态氮农田径流的净化效果与机制。结果表明：1)在处理以氨氮(NH₄⁺-N)为主要氮形态的农田径流时,VN和VS对废水中TN和NH₄⁺-N的去除率显著高于其他处理(P<0.05),表明种植苦草是提升湿地对NH₄⁺-N农田径流净化效果的主要因素;2)处理以硝态氮(NO₃^--N)为主要氮形态的农田径流时,SS和VS对废水中TN和NO₃^--N的去除率显著高于其他处理(P<0.05),表明添加稻秸秆显著提升了湿地对NO₃^--N农田径流的净化效果...     

叶面喷施生物质碳点对玉米光合及产量的影响

与化石能源相比,生物质作为最常见的可再生能源,不仅污染小,还有助于缓解全球变暖。因此,合理有效的利用生物质对生态环境的可持续发展具有重要意义。以大豆(Glycine max)为生物质碳源,通过水热法合成了大豆生物质碳点(SoyCDs)。制备的Soy-CDs呈球形,平均粒径为2.9 nm,最佳激发波长为340 nm,最佳发射波长为440 nm,表面富含含氧官能团,表明Soy-CDs具有良好荧光特性及生物相容性,且最大产率可达50%。此外,进一步探究了叶施不同质量浓度的SoyCDs(0、5、10、25 mg·L^-1)对玉米(Zea mays)光合、生长及产量的影响。结果表明,10 mg·L^-1的Soy-CDs可显著提高玉米叶片的净光合速率(208.0%),其可能原因是Soy-CDs的光转换功能增加了玉米叶片对光能的吸收和利用效率,进而改善了玉米叶片的叶绿素荧光参数及电子传递过程。同时,玉米地上部的鲜质量和干质量分别增加53.9%和42.1%,玉米地下部的鲜质量和干质量分别增加84.9%和58.6%。玉米根长、根表面积及根尖数分别增加了83.0%、...     

高原河流着生藻类群落沿海拔梯度的变化特征——以西藏黑曲、雪曲为例

海拔对生物群落的空间格局具有重要影响。探究生物群落随海拔变化规律不仅可以确定生物的地理分布范围,而且可为预测生物响应气候变化提供基础信息。然而,目前对于生物群落海拔格局的研究多集中于陆生大型生物,对水生微型生物的研究相对不足。基于西藏昌都市境内金沙江上游支流黑曲和雪曲着生藻类的调查数据,运用广义线性混合模型和分段结构方程模型探究着生藻类密度、生物量、物种丰富度、均匀度和样点对β多样性的贡献（Local contribution to beta diversity,LCBD）等生物群落指标的海拔格局及其驱动机制。结果表明：两条河流共鉴定出161个分类单元,分属硅藻门、蓝藻门和绿藻门。其中着生硅藻种类最多,占总分类单元数的78.9%,极小曲丝藻（Achnanthidium minutissimum,平均相对丰度：28.3%）、波状瑞氏藻（Reimeria sinuata,平均相对丰度：11.5%）、偏肿内丝藻（Encyonema ventricosum,平均相对丰度：9.3%）和细端菱形藻（Nitzschia dissipata,平均相对丰度：7.2%）为主要优势种。不同海拔的着生藻类群落...     

新疆森林植被碳储量预测研究

森林在固碳与应对气候变化方面起着重要作用。在区域空间尺度上,如何准确预测森林碳储量仍是热点与难点。以新疆主要森林类型常绿针叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林和针阔混交林为研究对象,综合激光雷达树高数据与森林调查数据,采用幂函数模型估算新疆森林植被生物量并转换为碳密度,基于森林植被生物量利用Logistic模型与Gompertz模型估算新疆森林年龄获得新疆森林年龄空间分布图。在构建适合新疆主要森林类型的年龄与碳密度模型的基础上,预测2030年和2060年新疆森林植被碳储量与碳汇速率。结果表明,(1)构建的适合新疆主要森林类型生物量和森林年龄的估算模型以及森林年龄与碳密度的生长模型拟合度和显著性水平都较高,通过验证确定了对应的最优模型及参数。其中新疆森林生长模型表现出随林龄增加碳密度逐渐增加,到达成熟林后碳密度逐渐趋于稳定的特征。(2)2019年新疆森林年龄与碳密度空间分布大致呈现西高东低,北高南低的格局,与不同森林类型的环境适应能力及生长速率有关。2019年新疆森林的平均生物量、平均碳密度和年龄分别为147.84 Mg·hm^-2、73.92 Mg·hm^-2     

坡耕地稻田剖面磷的储存格局与流失风险研究

土壤磷储量及空间分布特征直接影响磷素的农业利用效率与生态环境安全,明确不同坡位稻田磷在各发生层及大小粒级团聚体内的储存格局及流失潜能,可为稻田土壤磷高效利用与流失风险管控提供科学依据。以江西鹰潭孙家典型红壤小流域内不同坡位的稻田剖面土壤为研究对象,分析了不同发生层土壤全磷储量(C_TPs)、速效磷储量(C_Bray-P)、磷储存容量储量(C_SPSC)及团聚体全磷储量(C_TPa)的变化差异,评估了不同坡位稻田剖面磷的流失风险及影响因素。结果表明：不同坡位稻田剖面C_TPs、C_Bray-P及C_TPa均随发生层深度的增加先降低后增加,坡下稻田剖面C_TPs及C_Bray-P均显著高于坡上及坡中剖面。各剖面中2—0.25 mm水稳定性团聚体的C_{TP2?0.25 mm}及贡献率(R_C)均显著高于其他粒级(22.8—1 120.9 kg·hm^-2,4...     

长期施肥对双季稻田根际土壤氮素的影响

土壤有机氮含量是评价土壤质量变化的重要肥力指标,土壤氮矿化及其微生物数量易受不同施肥措施的影响。为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对根际土壤氮矿化及其微生物数量的影响,以长期（37年）定位施肥试验田为平台,系统分析了不同施肥模式[单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)]下双季稻田根际土壤微生物量氮含量、氮素矿化、硝化和氨化速率、氮循环微生物数量的变化特征,及土壤氮转化与理化特性、微生物相关性。结果表明,OM处理根际土壤有机碳、总氮、碱解氮、硝态氮、氨态氮和无机氮含量均显著（P<0.05）高于RF、MF和CK处理。OM处理根际土壤微生物量氮含量最高,比CK处理增加24.1%。OM处理根际土壤有氧氮矿化率、厌氧氮矿化率和氨化速率均为最高,均显著高于MF和CK处理（P<0.05）;MF处理根际土壤硝化速率为最高,显著高于RF、OM和CK处理（P<0.05）。OM处理根际土壤硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌数量均显著高于RF、OM和CK处理（P<0.05）;RF处理根际土壤固氮菌数量显著高于MF、OM和CK处理（P...     

长江口水体化能自养固碳过程的潮周期变化特征及影响因素

河口水体中硝化微生物的化能自养固碳(DCF)对碳氮循环过程有着重要影响,但目前关于河口水体氨氧化微生物对DCF过程的贡献鲜见报道。以长江口为研究区,利用¹⁴C和¹⁵N同位素示踪技术,分别测定了大潮和小潮期间水体DCF和硝化速率,并通过实时荧光定量PCR技术量化了相关功能基因丰度。结果表明,长江口水体大小潮期间,DCF和硝化速率分别介于170.72-1 007.35 nmol·L^-1·d^-1和1.45-70.75 nmol·L^-1·h^-1,呈现大潮速率相对较高,小潮速率低的变化特征,且底层水体DCF和硝化速率显著高于表层水体。水体中铵盐和可溶性无机碳浓度是影响DCF和硝化速率的关键环境因子。定量PCR结果表明,大潮和小潮时cbbL基因丰度分别为0.40×10⁸-3.40×10⁸ copies·L^-1和0.49×10⁸-2.27×10⁸ copies·...     

经济作物轮作模式下镉污染农田修复潜力

中国农田镉(Cd)污染严重且面积广大,选择适宜的经济作物对Cd污染农田进行边生产边修复至关重要。采用大田试验,在Cd轻度污染农田种植甜高粱(Sorghum dochna)、油葵(Helianthusannuus)、油菜(Brassica napus)、白芝麻(Sesamumindicum)和亚麻(Linumusitatissimum)5种高生物量经济作物,设置甜高粱-油菜、油葵-油菜和白芝麻-亚麻3种全年轮作模式,探究其对Cd污染土壤的修复潜力。结果表明,(1)3种轮作模式中作物各部位的富集系数大于1,对Cd的富集能力较强。其中,亚麻Cd富集能力最强,各部位富集系数为1.97-9.68。白芝麻、油葵茎Cd富集能力较强,甜高粱和油菜富集能力相对较弱。(2)5种经济作物均能在Cd轻度污染农田正常生长,总生物量依次为甜高粱>油葵>油菜>白芝麻>亚麻。(3)各作物均能有效提取农田中的Cd,提取总量依次为油葵>甜高粱>亚麻>白芝麻>油菜。(4)白芝麻-亚麻、油葵-油菜和甜高粱-油菜的Cd提取总量分别为32.18、30.05、28.32g·hm