长期施肥下浙江稻田不同颗粒组分有机碳的稳定特征

依托浙江水网地区稻田长期定位施肥试验(1996~2013年),利用固态13C核磁共振波谱技术,研究长期不同施肥措施下土壤各颗粒组分有机碳含量及其化学结构特征.结果表明,与不施肥对照(CK)相比,秸秆与化肥配施(NPKRS)、栏肥与化肥配施(NPKOM)、单施化肥(NPK)和单施栏肥(OM)处理均显著(P0.05)增加了砂粒(2~0.02 mm)、粉粒(0.02~0.002mm)和黏粒(0.002 mm)组分中有机碳含量;而单施秸秆(RS)处理仅显著增加砂粒组分有机碳含量.此外,与单施化肥处理相比,有机肥和化肥配施促进了新增有机碳在粉粒和黏粒组分的分配,更有利于新增有机碳的稳定.应用13C-NMR波谱技术进行结构表征,结果表明粉粒和黏粒组分有机碳的化学结构存在明显差异,粉粒组分烷氧碳、芳香碳的相对含量高于黏粒,而烷基碳、羰基碳的相对含量低于黏粒.长期有机肥与化肥配施下粉粒和黏粒烷基碳相对含量较单施有机肥处理分别降低9.1%~11.9%和13.7%~19.9%,烷氧碳的相对含量则分别增加2.9%~6.3%和13.4%~22.1%,表明有机肥与化肥配施处理降低了粉粒和黏粒组分有机碳的分解程度.长期单施化肥处理下粉粒和黏粒组分有机质的芳化度和疏水性低于单施有机肥处理和不施肥处理,有机质的矿化稳定性较低.长期有机肥与化肥配施,尤其是NPKOM处理,通过增加化学抗性化合物和碳水化合物的积累,并且减缓活性组分的分解提高粉粒和黏粒组分有机碳含量,是促进稻田土壤有机碳可持续积累的有效措施.     

矿区植被恢复方式对土壤微生物和酶活性的影响

矿区废弃地生态退化形势严峻,生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施,土壤微生物和酶活性可作为评价土壤恢复质量的敏感因子.本研究将以山西省安太堡煤矿复垦区作为对象,分析植被恢复方式对土壤微生物和酶活的影响.结果表明,不同植被方式对土壤理化特征、参与氮代谢的3类菌群(固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌)和4种酶活性(蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和多酚氧化酶活)均有显著影响.土壤总氮含量与固氮菌和硝化细菌数量均显著相关,而与反硝化细菌不相关.多酚氧化酶活性与有机碳和总氮含量之间为负相关,而其它3种酶与有机碳和总氮之间呈正相关.通过主成分分析计算综合肥力指标,刺槐-油松混交林土壤综合肥力指标最高,而未复垦综合肥力指标最低.可见,刺槐-油松混交林是晋西北干旱区矿区复垦较为适宜的植被恢复模式.     

石油污染土壤的生物修复技术及微生物生态效应

利用投菌法和生物刺激法对陕北子长石油污染土壤进行微生物修复研究.通过利用红外分光光度法测定不同处理方法对石油烃的去除效果确定了修复陕北石油污染土壤的最佳方案.修复过程中利用最大可能计数法(MPN)、PCR-琼脂糖电泳法、PCR-DGGE法分别测定了石油烃降解菌数目、催化基因、土壤微生物多样性对土壤微生物生态效应进行研究.结果发现石油污染土壤不同生物处理修复效果为:生物刺激(加入N、P营养物质)生物强化(投加降解菌)其他.土壤中石油烃降解率与可降解石油烃的催化基因含量之间存在正相关关系,修复过程中土壤中的石油烃和烷烃降解菌数量显著多于多环芳烃降解菌数量,投加外源降解菌SZ-1可以显著提高土壤细菌群落的多样性.研究结果有助于深入理解生物修复石油土壤过程中的微生物生态效应变化.     

绿洲土Pb-Zn复合胁迫下重金属形态特征和生物有效性

通过对Pb-Zn复合胁迫下干旱区绿洲土壤中油菜种植进行盆栽试验模拟,探讨了重金属复合污染对油菜生长的影响及其各形态之间的转化规律和生物有效性.结果表明,低浓度Pb、Zn处理下,油菜生长得到促进,茎叶生长优势大于根系.随着外源重金属的投加,土壤中Pb、Zn主要赋存形态较对照均由紧结合态向松结合态转化,重金属生物有效性提升;可交换态Pb、碳酸盐结合态Zn分别是油菜不同部位吸收Pb、Zn的主要贡献形态.油菜在低浓度胁迫水平对Pb、Zn的富集能力和转移能力强于高浓度胁迫水平,且油菜对Pb、Zn的富集、迁移系数均随土壤中对应元素或共存元素生物有效态含量的增大而减小.所有处理中,油菜茎叶中的Pb含量均超出了食品安全限量指标,建议在此类土壤种植叶菜类蔬菜前进行相关指标检测.     

半固态培养条件下烟曲霉去除土壤中镉

选用了1株高耐镉(Cd)的烟曲霉,提出了利用烟曲霉在半固态培养体系表面生长并去除Cd的方法,研究了菌体对不同模拟Cd污染水平土壤中Cd的去除效果,测定了菌体吸附和富集Cd的变化.结果表明,烟曲霉在半固态培养体系中能够实现一定的Cd去除效果,Cd含量为10 mg·kg~(-1)时,对土壤Cd的综合去除率可达31%.同时通过研究不同Cd含量下烟曲霉干重和体系pH随时间变化情况,发现随着培养时间和Cd含量的增加,烟曲霉干重逐渐下降,最大下降幅度可达64%,pH为5.6~6.0时去除效果较好.培养过程中土壤Cd形态变化表明,烟曲霉在该体系下主要去除土壤中弱酸溶态和可还原态的Cd,可氧化态Cd含量在培养前后基本保持不变.这种方法的提出为微生物去除土壤重金属污染提供了新的思路.     

陕北黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤碳剖面分布特征

黄土高原土层深厚,土壤剖面碳存储受土地利用方式影响明显.为探讨不同土地利用方式对深层土壤碳分布的影响,研究了人工经济林地(陕北米脂)、退耕还林地(神木)和防风固沙林地(榆林榆阳区)0~20.0 m土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)的分布特征和差异.结果表明,在不同土地利用方式下SOC含量:矮化枣树(2.00 g·kg~(-1))未矮化枣树(1.54 g·kg~(-1))柠条林(0.97 g·kg~(-1))退化人工草地(0.81 g·kg~(-1))樟子松林(0.70 g·kg~(-1))荒草地(0.45 g·kg~(-1)),且各剖面之间SOC含量存在显著性差异(P0.05).在不同土地利用方式下SIC含量:矮化枣树(11.66 g·kg~(-1))≥未矮化枣树(11.59g·kg~(-1))柠条林(9.62 g·kg~(-1))退化人工草地(8.07 g·kg~(-1))樟子松林(4.32 g·kg~(-1))荒草地(0.47 g·kg~(-1));人工经济林和退耕还林(草)样地内所有土壤剖面之间SIC含量无显著性差异;人工经济林、退耕还林(草)剖面和防风固沙林地剖面SIC含量存在显著性差异(P0.05).矮化枣树、未矮化枣树、柠条林、退化人工草地、樟子松林和荒草地土壤剖面无机碳密度分别是有机碳密度的6.19、7.71、10.80、10.78、5.91和1.03倍.综上可见,不同土地利用方式之间土壤碳储量存在明显差异,无机碳的含量远高于有机碳.     

黄河岸边土壤中类二(口恶)英类多氯联苯污染现状及风险

研究了全黄河范围内40个国家重点控制断面岸边土壤样品中类二噁英类多氯联苯(dioxin-like polychlorinated biphenyls,DL-PCBs)的污染现状,并利用毒性当量法和健康风险评价模型定量描述黄河岸边土壤中DL-PCBs对沿岸居民的毒性风险、致癌风险和非致癌风险.结果表明,黄河岸边土壤中各采样断面岸边土壤中ΣDL-PCBs的含量(以dw计,下同)范围为:0.37~7.17 ng·g~(-1),均值为0.38 ng·g~(-1).毒性风险计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs的毒性当量范围为:0.00~30.31 pg·g~(-1),均值是13.63 pg·g~(-1),基本不会对沿岸居民产生毒性风险;健康风险模型计算表明,黄河岸边土壤中DL-PCBs对儿童和成人的致癌风险、非致癌风险均未超过美国EPA规定的限值,基本不会产生明显的健康风险.相比而言,黄河中游沿岸居民更易受到DL-PCBs危害.     

不同国家基于健康风险的土壤环境基准比较研究与启示

20世纪90年代以来,许多发达国家颁布了基于健康风险的土壤环境标准及基准背景技术文件,为发展中国家启动标准制订和开展基准研究提供了重要的方法学参考.然而,由于各国在环境立法框架、基准推导过程、环境气候特征、土壤类型、人群生活方式与习惯等方面的不同,导致其基准名称、基准功能、保护受体以及基准取值等存在较大的差异.本文在综述基于健康风险的土壤环境基准科学内涵与基本特征的基础上,对不同国家场地土壤环境基准的名称、功能及基准值的差异进行了比较研究,从土地利用类型划分、暴露情景和暴露途径设定、致癌物可接受风险水平选择以及人体暴露参数确定等4个方面,对不同国家制定场地土壤环境基准的关键技术和影响因素进行了总结分析,探讨了借鉴国外经验考虑区域差异制定我国土壤环境基准的对策与方略,并指出了当前我国制定场地土壤环境基准和标准面临的困难和挑战.     

生物炭添加对半干旱地区土壤温室气体排放的影响

为确定生物炭添加对半干旱地区农田土壤温室气体释放的影响,采用小区定位试验,利用锯末(J)和槐树皮(H)及3种添加比例(1%、3%、5%,质量百分比),研究了生物炭添加6个月内表层土壤CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的动态变化.结果表明,与对照相比,各处理土壤CO2排放通量随生物炭的添加呈现增加的趋势,锯末和槐树皮等两种生物炭处理的土壤CO2平均排放通量分别增加了1.89%和3.34%,但差异不显著.CH4排放随着生物炭添加量的增加而降低,各生物炭处理的土壤表层CH4排放量平均降幅分别为:J1:1.17%、J3:2.55%、J5:4.32%、H1:2.35%、H3:5.83%、H5:7.32%.其中,锯末生物炭仅在5%添加量时较对照差异显著(P0.05),而槐树皮生物炭处理在3%和5%的添加量与对照差异均达显著水平(P0.05).生物炭对N2O的排放影响没有明显规律性.研究表明,生物炭在短期内对半干旱地区农田土壤CO2和N2O的排放没有显著影响,而对CH4排放则影响显著(P0.05).就生物炭类型而言,槐树皮生物炭在抑制CH4排放方面优于锯末生物炭,差异显著(P=0.048).     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.