基于市域尺度的中国化肥施用与粮食产量的时空耦合关系

化肥施用是一把双刃剑,在促进粮食产量增加、保障粮食安全的同时,导致了生态环境退化,当前亟需辨明化肥施用与粮食生产之间的时空耦合关系,以便为维护粮食安全与生态安全提供有效的对策。以中国336个地级行政区为研究单元,分析2005-2015年中国粮食产量与化肥施用量的时空格局变化特征、化肥施用量与粮食产量的时空耦合关系及其动态变化过程。研究发现：（1）2005-2015年中国化肥施用量与粮食产量均呈上升趋势,化肥施用量的区内差异呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递减态势;而粮食产量的区域差异总体趋于增大,且呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递增态势。（2）化肥施用量增幅大致呈“东—中—西”阶梯式递增的趋势,而粮食产量增幅呈明显的南北分异特征。（3）从空间分布来看,胡焕庸线以东地区以“双高区”为主,胡焕庸线以西地区以“双低区”为主,且“低效施肥区”收缩,“他因素影响区”扩张。（4）期间,粮肥耦合关系以“双增型”为主,其他类型为辅,粮肥耦合关系主要向“双增型”与“他因素影响型”转变。     

Effects of cultivation on N2O emission and seasonal quantitative variations of related microbes in a temperate grassland soil

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｎｉｔｒｏｕｓｏｘｉｄｅ (Ｎ2 Ｏ)ｉｓａｖｅｒｙｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｌｙａｃｔｉｖｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓ,ａｌｓｏｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎｏｆｏｚｏｎｅｌａｙｅｒｏｆｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ .ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＮ2 Ｏｍａｉｎｌｙｏｒｉｇｉｎａｔｅｄｆｒｏｍｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ.Ｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ,ａｃｃｏｕｎ…     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N2O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N2O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放估算模型进行了验证.结果表明,持续淹水稻田N2O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N2O通量值相一致.淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N2O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果.淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N2O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性.为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性.数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式.在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、77%和7%～12%.20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm-2,而90年代平均为224.64 kg·hm-2.其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm-2增加到了90年代的198.8 kg·hm-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%.在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%.作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm-2增加到了80年代的6.3 kg·hm-2.20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小.模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N2O直接排放量.     

不同施肥措施对水稻土壤微生物镉抗性的影响

镉（Cd）是最常见的土壤重金属污染物之一,对植物和人体具有毒害作用,研究不同施肥条件下的土壤微生物Cd抗性水平,可以为有机肥改良重金属污染提供一定的理论依据.为了探讨施无机肥和有机肥对于微生物Cd抗性水平的影响,在中国江苏常州、江西上高和福建福州水稻种植区采集了施有机肥（猪粪）和无机肥的土壤样品及猪粪样品,利用功能基因芯片（GeoChip 5.0）技术,研究了土壤微生物Cd抗性功能基因的响应及影响Cd抗性功能微生物群落互作的因素.结果表明,施有机肥土壤中有效态Cd含量[（1.08±0.70）mg·kg^-1]显著低于施无机肥土壤[（3.75±1.22）mg·kg^-1]（P<0.05）.土壤及猪粪样品中共检测到639个Cd抗性功能基因,施有机肥土壤中微生物Cd抗性基因丰度高于施无机肥土壤;有效态Cd含量、含水率、pH和铵态氮含量是影响Cd抗性微生物分布的重要环境因素.对Cd抗性微生物分子生态网络分析表明,施无机肥条件下,pH、含水率和有效态Cd含量是影响功能微生物潜在互作关系的主要因素;施有机肥条件下,主要影响因素是全钾和含水率.相比较无机肥,施用有机肥提高了土壤中微生物的Cd抗性水平及耐Cd微生物分子生态网络中的正相互作用.     

Technology of comprehensive disposal and utilization of municipal solid waste (MSW)

１　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｓ（ＭＳＷｓ）ｐｏｌｌｕｔｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ,ｏｃｃｕｐｙｌｏｔｓｏｆｌａｎｄａｎｄｃｏｓｔｍｕｃｈｍｏｎｅｙｆｏｒｄｉｓｐｏｓａｌ．Ｔｏｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ,ｉｔｉｓｕｒｇｅｎｔｔｏｓｅａｒｃｈｆｏｒａｇｏｏｄｗａｙｏｆＭＳＷｄｉｓｐｏｓａｌ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓｌａｎｄｆｉｌｌ,ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ,ｃｏｍｐｏｓｔ,ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ…     

冻融循环及有机肥配施对黑土中镉形态的影响

以黑龙江黑土为对象,研究了冻融循环及有机肥配施量对黑土中镉形态分布的影响。对配施不同有机肥的土壤样品进行5次冻融循环,采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析土壤样品中镉的赋存形态。结果表明,冻融循环数及有机肥的配施有助于降低黑土中的总镉量;冻融循环会促使黑土中的镉由交换态、碳酸盐结合态、有机结合态向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,而增加有机肥配施量会使黑土中的镉由交换态向其他形态转化。因此,冻融循环及有机肥配施有助于降低土壤中镉的生物有效性,进而降低其环境风险。     

农田土壤施用系列新型氮肥后气态氮(NH3和N2O)减排效果比较:以夏玉米季为例

为了解不同品种新型氮肥相对常规施肥其氨(NH3)和氧化亚氮(N_2O)的减排效果,本文通过田间原位试验同步研究了夏玉米生长季氮肥施用后的农田NH_3挥发和N_2O排放及其主要驱动因子.以常规施肥(复合肥+尿素,CK)为对照,设置了5个肥料处理,分别为脲铵氮肥(UA)、稳定性复合肥料(UHD)、硫包衣氮肥(SCU)、脲甲醛复合肥(UF)和有机肥(OF),施氮量(以N计)均为300 kg·hm~(-2).相关分析结果表明,氨挥发和N_2O排放受环境因子影响,均与土壤WFPS呈显著负相关(P0.05),N_2O排放还与土壤硝态氮呈极显著正相关(P0.01).进一步回归分析表明,N_2O排放(F_(N_2O))主要取决于土壤硝态氮(x)含量的变化,而氨挥发(F_(NH_3))主要取决于土壤铵态氮(x)含量的变化.与CK相比,除了UA,其它肥料处理都降低了土壤的氨挥发,尤其是UF和OF处理减少了37%~43%.但对于N_2O排放,所有处理与CK皆无显著差异.进一步计算每种处理氨挥发和N_2O的气态氮损失总量,与CK相比,UHD、SCU、UF和OF分别减排了9%、5%、30%和23%,而UA增加了3%.     

有机无机缓释复合肥对不同土壤微生物群落结构的影响

缓控释肥料作为一类新型肥料已成为近年来的研究热点,但对土壤微生物群落多样性影响规律的研究甚少.研究采用磷脂脂肪酸法分析缓释复合肥(SRF)、化肥(CF)和普通复合肥(CCF)分别施入酸性土和微碱性土恒温培养10、30、60和90d后的微生物群落结构多样性.结果表明,缓释复合肥等肥料施入2种土壤恒温培养(10~90 d)后检测到多种细菌(13:0,i14:0,14:0,i15:0,a15:0,i16:0,16:12OH,16:1w5c,16:0,i17:0,a17:0,cy17:0,17:02OH,i18:0,18:0,cy19:0w8c),2种放线菌(10Me17:0和10Me18:0)和1种真菌(18:1w9c).SRF在酸性土壤培养前期(10 d和30 d)较CF显著增加真菌PLFA含量8.3%和6.8%,在培养后期(60 d和90 d)较CCF显著增加真菌PLFA含量22.7%和17.1%;SRF较CF和CCF显著增加微碱性土壤在整个恒温培养期(30 d除外)土壤细菌、真菌和革兰氏阳性菌PLFA含量.酸性土壤培养30 d和90 d时一般饱和脂肪酸/单烯不饱和脂肪酸PLFA值以SRF显著高于不施肥(CK)、CF和CCF,而在微碱性土壤上SRF仅在恒温培养60d时显著高于CK、CF和CCF;SRF较CCF显著降低酸性土壤(30~90 d)和微碱性土壤(10~60 d)异构PLFA/反异构PLFA值.从2种土壤PLFA种类、含量以及相对丰度等可知缓释复合肥较化肥和普通复合肥提高了土壤微生物PLFA种类和含量以及减弱对微生物生存环境的胁迫,缓释复合肥在2种土壤中尤其对酸性土的作用明显.通过研究缓释复合肥对土壤微生物群落结构多样性的影响,以期为农业生产上广泛施用缓释复合肥提供科学依据.     

化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.