长年耕作对北方旱作麦田土壤细菌群落结构及理化性质的影响

为探究旱作麦田长期耕作对不同土层细菌群落结构的影响及其与土壤理化性质的关系,于2016~2021年在山西农业大学闻喜旱地小麦试验示范基地开展长期定位试验,研究夏闲期免耕（NT）、深松（ST）和深翻（DP）这3种耕作方式对不同土层土壤理化性质,细菌群落α、β多样性,细菌门和属优势物种及差异物种的影响,并采用PICRUSt2预测其代谢功能.结果表明,旱作麦田连续5a深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层土壤含水量,显著降低了0~20 cm土层土壤有机碳含量;深松较深翻显著提高了0~20 cm土层土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量.深松和深翻较免耕可提高0~40 cm土层土壤细菌群落的α多样性,且深松高于深翻.深松和深翻较免耕显著提高了0~20 cm土层中酸杆菌门、硝化螺旋菌门和20~40 cm土层中酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、Rokubacteria门、GAL15门和硝化螺旋菌门的相对丰度;显著提高了0~20 cm土层硝化螺旋菌属和20~40 cm土层Rubrobacter属和链霉菌属的相对丰度.深松较深翻显著提高了0~40 cm土层酸杆菌门、芽单胞菌门的相对丰度.冗余分析表明,0~20 cm土层的土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量对放线菌门和牙殖球菌属产生正向效应,且深松下0~40 cm土层的土壤含水量对酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门产生正向效应.PICRUSt2预测结果表明,深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和辅酶维生素代谢的相对丰度,但降低了脂质代谢的相对丰度;深松较深翻显著提高了0~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和0~20 cm土层其他氨基酸代谢的相对丰度.总之,旱地麦田夏闲期深松或深翻均可提高土壤含水量、土壤细菌群落的α多样性及细菌群落的代谢能力,深松还可提高酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度,并提高细菌群落的氨基酸代谢能力,从而提高了土壤可溶性有机碳、氮含量.     

开花后小麦地上部镉、砷分布及其转运特征

为了探明小麦开花后叶片和茎节对籽粒中镉(Cd)和砷(As)累积的影响效应,采用田间小区试验,研究了山农28(SN28)和济麦22(JM22)两个小麦品种地上部各器官Cd和As的分布规律和迁移特征.结果表明,在灌浆期,小麦地上部的Cd主要分布在节中,Cd由节间3到节2、节间2到节1和叶鞘1到节1的转运能力显著强于其他部位.在成熟期,Cd主要分布于叶片中,Cd由叶鞘到叶片和由节1到穗轴的转运能力显著增强.此外,JM22中颖壳到穗轴和穗轴到籽粒的Cd转运能力显著低于SN28,使JM22的穗轴、颖壳和籽粒中Cd含量与SN28相比分别显著降低了22.3%、 40.8%和44.4%.同时,从灌浆期到成熟期小麦地上部的As主要分布于叶片中,且JM22颖壳和籽粒中As含量显著低于SN28,降幅分别为25.8%和33.3%.在灌浆期和成熟期,小麦中As转运系数由叶鞘到节显著高于叶到叶鞘和节到节间,平均增幅为438%和190%.此外,JM22中As由颖壳到籽粒和穗轴到籽粒的转运系数分别比SN28显著降低40.6%和44.4%.总之,开花后小麦旗叶、节1和穗轴调控了Cd转运及其在籽粒的累积,而小麦的叶3、旗...     

不同土壤-小麦体系中铅镉交互作用与转运特征

选用海伦黑土、咸宁棕红壤和长武黑垆土这3种土壤,分别设置4组不同含量配比的Pb和Cd复合处理,进行为期5个月的小麦种植(郑麦9023号)盆栽试验,结合小麦植株各部位Pb和Cd含量,分析3种土壤-小麦体系中Pb和Cd交互作用对小麦富集转运重金属的影响.结果表明,低pH棕红壤水溶态Cd和Pb含量最高,且土壤颗粒表面Pb和Cd交互作用显著,高有机质黑土及高碳酸钙含量的黑垆土中Cd和Pb活性较低.3种土壤中黑垆土种植小麦的株高和干重表现最差,但Pb和Cd复合作用使其株高较对照增加了2.68～8.49 cm, Pb和Cd交互作用对黑土中小麦的株高和干重影响最小,但抑制了棕红壤中小麦生长.3种土壤-小麦体系的Pb和Cd交互作用差异较大,棕红壤中Pb和Cd间存在协同作用,125 mg·kg^-1和250 mg·kg^-1Pb处理下棕红壤种植的小麦籽粒Pb含量随Cd添加量升高分别显著增加73.2%和19.1%;黑土中Pb和Cd间存在拮抗作用,0.3 mg·kg^-1和0.6 mg·kg^-1 Cd处理下黑土中小麦籽粒Cd含...     

冬小麦田O3气孔与非气孔沉降及风险评估

为了深入了解农田生态系统的O_3干沉降过程,并基于O_3通量(尤其是气孔O_3累积通量)指标进行风险评估,利用涡度相关系统对冬小麦田的O_3干沉降过程进行了连续动态观测,初步分析O_3浓度和总O_3通量的变化过程,着重探析气孔O_3沉降和非气孔O_3沉降的变化特征及其与主要气象因子的关系,并基于剂量指标(AOT40)和通量指标(DF_s06)分别推算出冬小麦的产量损失率.结果表明,观测期间(自2016年3月16日至5月30日)日平均O_3浓度(cO_3)为32.9 n L·L-1;白天(08:00~18:00)和夜间平均总O_3通量(F_(O3))分别为-7.6 nmol·(m~2·s)~(-1)和-3.1 nmol·(m~2·s)~(-1),日均F_(O3)为-5.1nmol·(m~2·s)~(-1).逐日平均气孔O_3通量(F_s)的变化范围为0~-5.1 nmol·(m~2·s)~(-1),日均F_s为-1.43 nmol·(m~2·s)~(-1).逐日平均非气孔O_3通量(F_(ns))的变化范围为-1.43~-10.31 nmol·(m~2·s)~(-1),日均F_(ns)为-3.66 nmol·(m~2·s)~(-1).较强的太阳辐射(SR)、较高的温度(T)和适度湿润的条件有利于冬小麦气孔沉降;较强的SR、适度的T和湿润条件是有利于冬小麦非气孔沉降.在整个观测期间,总O_3累积吸收通量(DF_(O3))、气孔O_3累积吸收通量(DF_s)和非气孔O_3累积吸收通量(DF_(ns))分别为31.58、9.99和21.59 mmol·m~(-2),总DF_s和总DF_(ns)分别占总DF_(O3)的32%和68%.通过剂量指标AOT40和通量指标DF_s06响应方程计算出的冬小麦产量损失率分别为11.58%~20.37%和20%~23.56%.     

2022年广东省冬季一次臭氧污染过程的气象成因及潜在源区分析

气象条件是造成臭氧季节变化的重要原因,为了解广东省冬季臭氧污染的气象成因,使用空气质量和气象要素的地面、垂直探测资料和再分析资料,选取了2022年1月3～6日广东省臭氧中度污染过程与2015～2021年秋季(高污染季)进行对比分析.结果表明：(1)污染过程期间超标城市总数为8个,其中1月4日肇庆达中度污染(219μg·m^-3);广东省ρ(O₃-8h)平均值为123μg·m^-3,较历史秋季平均浓度偏高了21%,但臭氧污染影响范围小于历史秋季污染过程.(2)风速偏小、日照时数偏长和局地环流影响下的气流回流效应是此次臭氧污染过程最主要的地面气象条件,气温偏低可能是这次污染过程影响范围偏小的重要原因.(3)垂直探测表明,夜间至早晨的贴地逆温,配合下沉气流偏强、风速偏小,使得上午时段NO₂浓度维持较高水平,进一步促使臭氧浓度增量比非污染时段偏高34.2μg·m^-3,残留层臭氧下传加剧1月4日臭氧污染.(4)气流轨迹分析显示臭氧存在水平输送和高空地面混合,近地面不同高度潜在源区主要集中在广...     

P对小麦Cd和As吸收与转运的影响

为了探究磷（P）对小麦幼苗镉（Cd）和砷（As）吸收转运生理机制的影响,通过水培试验,以百农207为供试材料,研究了Cd和As胁迫条件下,外源供P和缺P处理对小麦幼苗生长、根系形态、光合参数、抗氧化系统、离子含量和根茎转移系数的影响.结果表明,与缺P处理相比,外源P供应显著增加As胁迫下小麦幼苗叶绿素的含量,促进根系的生长发育,提高了生物量,而对Cd胁迫下小麦幼苗的生长影响不显著.外源P供应时显著增加了Cd胁迫条件下根系的P和Cd含量,降低了地上部的P和Cd含量;同时显著提高了As胁迫条件下地上部的P和As含量以及As向地上部的转移系数.因此,供P与否对小麦幼苗Cd和As毒害的影响表现出明显的差异性;As胁迫时,外源供P提高了As向地上部的转运能力以及根系的CAT活性,降低了As对小麦的毒害,从而促进了小麦幼苗生物量的累积;而在Cd胁迫条件下,P与Cd之间表现出一定的协同效应,外源供P在一定程度上加重了Cd对小麦的毒害效应.     

田间施用锌肥对小麦籽粒镉累积的影响及施用风险

锌（Zn）和镉（Cd）的交互作用是近年来小麦Cd污染防治的重要研究方向.以华北地区典型小麦田为研究对象,通过田间试验,探究Zn肥对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果和施用风险.结果表明,低用量Zn处理下,济源和开封两地小麦籽粒Cd含量均呈下降趋势,与对照相比下降幅度分别为33.4%和25.3%.高用量Zn处理下,两地小麦籽粒Cd含量不降反升,与低用量Zn处理下小麦籽粒Cd含量相比增幅为22.4%和34.2%.施Zn后两地土壤Zn总量和有效态含量均有显著升高,且造成了土壤Cd的部分活化.典型相关分析（CCA）显示,当土壤ω（Zn）小于200 mg ·kg^-1时,土壤Zn是土壤-小麦系统Cd富集的主要影响因子,而当土壤ω（Zn）大于200 mg ·kg^-1时,土壤Cd的活化是影响小麦籽粒Cd富集的主要原因.回归分析显示土壤Cd/Zn降至0.0089时（低用量Zn）,Zn和Cd表现出拮抗效应,土壤Cd/Zn降至0.0078时（高用量Zn）,Zn和Cd表现出协同效应.针对区域Cd污染特征,调整Zn肥用量可以提高污染防治效率并避免加剧Cd污染危害.     

大气臭氧污染对冬小麦气孔吸收通量的影响机制及其时空格局

近地层臭氧作为一种二次污染物,其不断增加的浓度及其对作物的影响已经成为各国政府和公众关注的焦点.本文以冬小麦为研究对象,基于大田OTC试验,对OTC内气象因子和气孔导度进行连续观测.引进气孔导度模型,并进行本地参数化研究,结合通量模型,研究冬小麦气孔臭氧吸收通量的变化特征,并对江苏省各市冬小麦气孔导度和O_3吸收通量的时空分布进行模拟.结果表明,O_3浓度增加会限制其叶片气孔导度,浓度越高,限制作用越明显;利用修订后的气孔导度模型对冬小麦叶片气孔导度进行模拟,表明模型解释了实测气孔导度90%、77%和83%的变异性.结合通量模型对冬小麦气孔O_3通量进行模拟,则CK(约为53.67 n L·L~(-1))、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)O_3浓度处理下冬小麦在整个O_3熏期的累积吸收通量分别为6.42、12.27和13.90 mmol·m-2;江苏地区冬小麦在其生长季期间O_3浓度呈逐渐增加的趋势,冬小麦平均气孔导度的大小表现为:中期后期前期的时间变化特点,在整个中期时段气孔O_3累积吸收通量最多.     

土壤硝化和反硝化微生物群落及活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

硝化和反硝化微生物参与土壤氮循环转化过程,大气CO_2浓度和温度升高可能会影响它们的群落结构和活性.本试验依托稻-麦轮作农田系统气候变化平台研究大气CO_2浓度单独升高(CE)、升温(WA)以及两者同时升高(CW)对麦田土壤硝化和反硝化微生物基因丰度、群落结构和活性的影响.结果表明,在小麦分蘖期,大气CO_2浓度和温度升高对氨氧化细菌(AOB)和反硝化细菌丰度没有影响,而在抽穗和成熟期,CO_2浓度单独升高显著提高了氨氧化古菌(AOA)和反硝化细菌丰度,升温处理对其没有显著影响.通过对T-RFLP数据分析发现,大气CO_2浓度和温度升高对土壤AOA、AOB和反硝化细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了AOA和反硝化细菌多样性.另外,CO_2浓度单独升高处理显著提高了成熟期的土壤硝化速率,不同气候变化处理对反硝化速率没有显著影响.研究表明大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的微生物群落影响存在差异,而且功能微生物对不同气候变化因子处理的响应也各不相同.     

宜昌城区冬季大气污染的气象成因对比分析研究

2016年冬季,宜昌城区空气质量比上年冬季明显改善,通过采用对比分析、相关分析及后向轨迹分析等方法,诊断可能的原因.结果表明,宜昌城区冬季空气污染主要是由于细颗粒物导致,2016年冬季PM2.5、PM10、SO2浓度较2015年冬季明显降低,主要原因包括含硫燃料燃烧明显减少、外源性污染物的输入明显减少、降水清除以及减排措施有力等.后向轨迹分析结果显示,两年冬季污染最严重时段的污染物路径来源不同,2015年冬季最严重的污染过程主要是由于上游北方远距离的外源性污染的快速输入、在本地下沉导致,2016年冬季最严重的污染过程则是由于来自偏南路径近距离的气团叠加本地污染源,在垂直方向累积造成.