中国生态农业学报(中英文)

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2022年第30卷第6期

栏目

农业生态系统及其调控
作物栽培与生理生态
农业资源与环境

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农业生态系统及其调控

我国农田氨挥发研究进展与减排对策

刘伯顺, 黄立华, 黄金鑫, 黄广志, 蒋小曈

2022, 30(6): 875-888. doi: 10.12357/cjea.20210820

摘要(564) HTML (208) PDF(159)

摘要:
氨挥发是我国农田氮肥损失的主要途径, 不仅降低了氮肥利用效率, 还会造成雾霾、大气干湿沉降和温室效应等生态环境问题。本文简要分析了近10年(2011—2020年)我国农田氨挥发研究现状, 总体上呈迅速发展态势且国际化趋势显著, 但研究的影响力有待提升; 由于我国幅员辽阔, 农田氨挥发呈现较大的时空变异特点, 与作物种类、施肥、气候、土壤以及作物生长期等密切相关, 氨挥发的调控必须因地制宜对氮肥进行科学管理; 农田氨挥发测定方法历经200多年的发展, 由最初的间接估算逐渐发展为化学测量和光谱分析, 测量的精确性和范围都得到了大幅提升。本文也概括总结了我国在农田氨挥发减排上的主要措施以及存在的问题, 提出未来应加强农田氨挥发的微生物学机理和时空变异性研究, 做好测定方法的对比研究及空天地一体化技术的应用, 加强耕作机械化与智能化, 逐步完善减排评价体系等减排对策。旨在为我国未来氨挥发研究和制定合理的减排政策提供参考。

稻鱼共生系统农田边界的植物和丛枝菌根真菌调查—以首批全球重要农业文化遗产稻鱼共生系统核心保护地浙江青田龙现为例

周静怡, 赵璐峰, 唐建军, 裘子悦, 娄李懿, 陈超巍, 吴静, 林佳辰, 郭梁, 胡亮亮, 陈欣

2022, 30(6): 889-899. doi: 10.12357/cjea.20210524

摘要(326) HTML (129) PDF(67)

摘要:
全球重要农业文化遗产系统(Globally Important Agricultural Heritage Systems, GIAHS)对农业生物多样性的保育作用近年来受到关注。研究已表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统保持高的水稻品种多样性和田鱼遗传多样性, 但在保育野生植物资源及其相关生物方面的作用仍不清楚。本文研究了GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界栖息的植物及与之共生的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落, 通过坡底、坡中和坡顶取样, 评估农田边界植物多样性, 并通过高通量测序测定农田边界土壤AMF群落的多样性和组成。结果表明, 在本研究所调查的范围内, 由于总高差不大, 坡底、坡中和坡顶3个样地的植物组成、AMF群落组成及土壤理化性质均无显著性差异。青田稻鱼共生系统的农田边界分布有53科109种维管植物, α多样性指数(Shannon-Wiener指数)为0.74~0.84, β多样性指数(Whittaker指数)为0.67~0.77。农田边界植物AMF侵染率为6.67%~44.44%, 根际土壤AMF分属9科14属62种, 优势科为球囊霉科(Glomeraceae), 优势属为球囊霉属(Glomus); 农田边界的土壤碳、氮、磷、钾含量较高。相关分析表明, AMF群落多样性与植物多样性呈正相关, 与土壤碳、氮、磷、钾含量也呈正相关, 其中与土壤速效磷的相关性最显著。这些研究结果表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界保育有较高植物多样性及与之相共生的AMF群落, 研究结果有助于加深人们对GIAHS在生物多样性保育方面的理解。

作物栽培与生理生态

氮肥减量配施有机肥对豫中地区冬小麦-夏玉米轮作生产力和土壤性质的影响

叶盛嘉, 郑晨萌, 张影, 刘星

2022, 30(6): 900-912. doi: 10.12357/cjea.20210658

摘要(354) HTML (137) PDF(163)

摘要:
为了探索豫中地区冬小麦-夏玉米轮作的减氮潜力, 构建适宜的作物养分管理体系, 通过连续3年的田间定位试验, 研究了化学氮肥减量配施有机肥对冬小麦-夏玉米轮作系统生产力和土壤性质的影响。田间试验设置10个处理, 包括完全不施肥(CK)、农户常规施氮量(100%CNF)、农户常规施氮量递减20% (80%CNF、60%CNF和40%CNF)、单施有机肥(OF)、农户常规施氮量配施有机肥(100%CNF+OF)及氮肥减量配施有机肥(80%CNF+OF、60%CNF+OF和40%CNF+OF)。分析各处理间小麦、玉米籽粒产量和地上部生物量以及土壤理化性质、酶活性和细菌群落的差异。结果表明, 不配施有机肥条件下, 小麦和玉米籽粒产量和地上部生物量均以80%CNF处理最高。与100%CNF相比, 80%CNF处理小麦籽粒产量和地上部生物量分别增加9.67%~10.55%和30.53%~35.76%, 玉米籽粒产量和地上部生物量分别增加28.06%~51.42%和29.62%~41.27%。有机肥施用进一步扩大氮肥减量空间, 60%CNF+OF和40%CNF+OF处理小麦产量较80%CNF处理无差异, 60%CNF+OF处理玉米产量较80%CNF处理无差异。减氮及其配施有机肥并不影响土壤有机质、易氧化有机碳和全氮含量以及pH, 但大幅降低硝态氮含量, 对铵态氮、速效磷和速效钾含量的影响因处理不同而异。与100%CNF相比, 减氮配施有机肥增加土壤脲酶和芳基硫酸酯酶活性, 但降低了β-葡萄糖苷酶活性, 对蔗糖酶、碱性磷酸酶和脱氢酶活性无显著影响。减氮配施有机肥处理能够改善土壤细菌群落α多样性, 60%CNF+OF和40%CNF+OF处理辛普森指数和均匀度指数较100%CNF均显著增加。减氮配施有机肥也显著影响土壤细菌群落β多样性, 且氮肥减量相较有机肥施用效果更为突出。在门水平, 变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是细菌群落优势成员, 减氮配施有机肥较100%CNF处理显著降低放线菌门平均相对丰度为10.92%~14.39%; 在属水平, 减氮配施有机肥处理显著增加unclassified Gp6和Sphingomonas平均相对丰度, 但降低了Nocardioides、Kribbella、Lechevalieria、Promicromonospora、Massilia、Glycomyces和Dongia平均相对丰度。冗余分析表明, 速效钾和硝态氮含量是影响细菌群落结构最重要的2个土壤理化因子。共发生网络分析也证实, 化学氮肥减施增强了细菌群落成员的互作强度, 提高了细菌互作网络的复杂性和连通性。本试验条件下, 小麦和玉米季农户常规施氮量分别减少60%和40%并各配施3000 kg∙hm⁻²有机肥能够维持相对较高的轮作生产力, 这不仅能够实现最大减氮潜力, 同时还能改善土壤微生物多样性和群落结构。

覆盖措施对土壤碳氮及夏玉米产量和水氮利用的影响

王真, 孙军, 杜娅丹, 孙丹, 甘海成, 牛文全

2022, 30(6): 913-923. doi: 10.12357/cjea.20210574

摘要(259) HTML (108) PDF(50)

摘要:
垄作覆膜和秸秆覆盖有利于提高作物产量和降雨利用效率, 但覆盖对土壤碳、氮变化的影响仍不清楚。本文设置2年田间试验, 共3种处理: 垄作覆膜(RFM)、平作覆盖秸秆(SM)和平作不覆盖(NM), 研究覆盖措施对土壤碳、氮及夏玉米产量和水、氮利用效率的影响。结果表明: 与NM相比, RFM处理的5 cm 和10 cm 土壤温度分别显著提高0.5~1.0 ℃和0.2~0.7 ℃ (P<0.05), 加速了土壤有机碳分解, 显著减少土壤有机碳含量4.2% (P<0.05), 增强土壤呼吸速率33.2% (P<0.05); 而SM处理5 cm和10 cm土壤温度分别显著降低0.2~1.5 ℃和0.5~1.0 ℃ (P<0.05), 土壤有机碳含量增加21.3% (P<0.05), 土壤呼吸速率降低44.0% (P<0.05)。RFM处理中垄沟的土壤硝态氮含量大幅度降低(P<0.05), 而SM处理增加了0~80 cm土层土壤硝态氮含量(P<0.05), 减少了深层土壤硝态氮含量; SM和RFM最高分别增加土壤含水率23.8%和15.2% (P<0.05)、玉米氮素吸收增加37.6%和11.3% (P<0.05)。SM和RFM的地上部干物质积累、氮素收获指数以及作物耗水量均提高, 夏玉米产量分别提高16.8%和9.2% (P<0.05)、水分利用效率分别提高13.0%和9.1% (P<0.05)。覆盖秸秆通过增加土壤水分、有机碳含量和氮的有效性, 提高了夏玉米产量和水以及氮吸收利用效率, 是适合半干旱黄土高原雨养农业的有效覆盖方法。

麦秆还田下水氮耦合对水稻根际环境及根系形态的影响

张宇杰, 马鹏, 王志强, 杨志远, 孙永健, 马均

2022, 30(6): 924-936. doi: 10.12357/cjea.20210552

摘要(198) HTML (90) PDF(50)

摘要:
通过大田试验, 研究不同水分管理、秸秆还田和氮素处理与水稻根系形态建成的关系, 为成都平原秸秆还田下适宜水稻生长的水氮耦合模式的建立提供理论和实践依据。以杂交稻‘F优498’为材料, 设置不同水分[干湿交替灌溉(W1)、淹水灌溉(W2)]、氮肥运筹[总氮150 kg(N)∙hm⁻², 基肥∶蘖肥∶穗肥分别为3∶3∶4 (N1)、7∶3∶0 (N2)、不施氮(N0)]和秸秆还田[秸秆全量翻埋还田(S1)、秸秆不还田(S0)]处理, 研究在秸秆还田下不同水氮耦合对麦茬杂交籼稻根际环境及根系发育的影响。结果表明, 与W2相比, W1促进了拔节期前的秸秆腐解, 提高了拔节期后的根际土壤有机酸总量(1.38%~8.49%)和成熟期前的根际土壤微生物量碳含量(0.25%~12.93%), 提高了整个生育期根系活力(1.77%~149.91%)和除移栽后10 d与成熟期的群体根系形态指标(群体根长18.53%~75.83%、群体根数10.57%~101.33%、群体根体积2.49%~88.24%、群体根表面积8.91%~68.08%); W2提高了拔节期的有机酸总量(3.34%)和成熟期的微生物碳含量(2.69%~6.23%), 并促进了拔节期后的秸秆腐解和单茎根系发育(单茎根长12.03%~27.21%、单茎根数9.05%~51.44%)。秸秆还田(S1)与秸秆不还田(S0)相对比，S1会抑制根系形态发育并降低根系活力(2.47%~45.83%), 但能显著提高根际土壤有机酸总量(8.02%~22.74%)和微生物量碳、氮含量(1.58%~31.22%), 且在W1处理下提升效果更显著。施用氮肥能促进秸秆腐解, 并进一步增加根际土壤有机酸总量与微生物量碳、氮含量, 促进根系发育并提高根系活力。优化施氮模式(N1)与传统施氮模式(N2)相对比，N1可以促进单茎根系发育(单茎根长8.27%~38.09%、单茎根数2.96%~36.66%)与生育中后期的根系活力(2.26%~156.35%), N2则提高了群体根系指标(群体根体积12.68%~44.32%、群体根表面积4.91%~55.82%)和生育前期的根系活力(22.01%~29.31%)。干湿交替灌溉耦合优化施氮模式促进了各时期秸秆腐解, 显著加快了根系的生长发育, 并提高了根际土壤有机酸总量、微生物量碳、氮含量和根系活力, 延缓了根系衰老。综合来看, 在秸秆还田条件下, 干湿交替灌溉耦合优化施氮模式为最适水氮耦合模式。

农业资源与环境

长期不同养分循环再利用途径对农田土壤养分演替规律与培肥效果的影响研究

邢力, 张玉铭, 胡春胜, 董文旭, 李晓欣, 刘秀萍, 张丽娟, 文宏达

2022, 30(6): 937-951. doi: 10.12357/cjea.20220306

摘要(178) HTML (53) PDF(39)

摘要:
农业生态系统养分循环再利用对土壤养分涵养发挥着重要作用, 是培肥地力的有效措施。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站始于2001年的农业经营制度长期定位试验, 研究长期不同养分循环再利用途径对土壤养分演替规律与土壤固碳效应的影响, 为制定地力培育和提升土壤固碳潜能的农业管理措施提供理论依据。选择定位试验的对照处理(CK, 不施肥、秸秆不还田)、全部施用化肥(NPK)、化肥+80%地上产出物饲喂猪过腹还田(MNPK)和化肥+全部秸秆粉碎直接还田(SNPK) 4个处理作为研究对象, 监测土壤有机质、全氮、有效磷含量的动态变化以及土壤碳氮库组成。研究结果表明: 实施养分循环再利用显著提高了土壤有机质、全氮和有效磷含量, 各养分含量由高到低的顺序均为MNPK>SNPK>NPK>CK。经历18年的不同施肥措施后, 与对照相比, MNPK处理0~20 cm土壤有机碳、全氮和有效磷储量分别增加9.21 t(C)∙hm⁻²、1.01 t(N)∙hm⁻²和144.87 t(P)∙hm⁻², SNPK则分别增加4.51 t(C)∙hm⁻²、0.56 t(N)∙hm⁻²和24.68 t(P)∙hm⁻², 而NPK的变化依次为0.64 t(C)∙hm⁻²、0.16 t(N)∙hm⁻²和29.00 t(P)∙hm⁻²。这表明秸秆过腹还田的培肥效果显著高于直接还田; 秸秆直接还田对碳氮库扩容效果显著, 但在秸秆直接还田的有效磷库建设效果甚微。本研究的施肥水平下, 若仅施用化肥, 则只能维系土壤有机碳氮库基本平衡, 对磷库扩容效果显著。从各施肥方式对土壤有机碳组分的影响来看, MNPK和SNPK较NPK显著增加了土壤易氧化有机碳(LOC)和惰性有机碳(ROC)含量, 同时也显著增加了活性有机碳在总有机碳中的占比, 使(LOC+DOC)/TOC比值由NPK的9.2%分别增加到19.0%和16.3%。表明施用化肥基础上实施养分的循环再利用不仅促进了稳定性碳库积累, 亦扩增了土壤活性碳库, 对提高土壤的保肥和供肥能力起到了积极作用。从各施肥方式对土壤氮库组分的影响来看, MNPK较SNPK显著增加了硝态氮和铵态氮含量, 提高了土壤供氮能力; 而SNPK则显著提高了氨基糖态氮含量, 表明秸秆直接还田较过腹还田更有利于微生物将速效性氮素固持到过渡库中, 不仅降低了活性氮素向环境的输出风险, 还提高了土壤对氮素的蓄供能力。鉴于养分过腹还田和秸秆直接还田的培肥效果存在互补作用, 建议农业生产中推行秸秆还田基础上提倡有机粪肥替代部分化肥。

荒漠绿洲区不同绿肥还田方式下玉米农田土壤团聚体微结构特征

吕汉强, 胡发龙, 于爱忠, 苏向向, 王玉珑, 殷文, 柴强

2022, 30(6): 952-964. doi: 10.12357/cjea.20210467

摘要(704) HTML (116) PDF(61)

摘要:
传统土壤团聚体评价方法不能描述团聚体微观结构特征, 且对<0.25 mm粒径团聚体细化分析不足。利用现代显微技术, 准确定量农艺措施对土壤团聚体结构特征的影响对于采取科学的土壤管理方法具有重要意义。本试验开始于2016年, 为长期定位试验。在河西走廊石羊河流域荒漠绿洲区, 通过田间试验探究麦后复种绿肥不同还田方式[全量翻压(TG)、地表覆盖免耕(NTG)、地上部收获后根茬翻压(T)、地上部收获后根茬免耕(NT)]和不复种绿肥翻耕休闲(CT)对轮作玉米农田土壤团聚体微结构特征的影响。在2019—2020年, 利用扫描电镜(SEM)获得玉米抽雄吐丝期农田0~30 cm土壤超微观图像, 定性揭示其表观特征, 并运用Nano Measurer图像处理软件定量分析土壤颗粒粒径特征和团聚体特征。研究表明: 在CT中, 玉米农田土壤颗粒粒径主要集中在0.25 mm以下, 其中23.9%~27.4%的为粒径在0.05~0.25 mm、表面光滑、形状较为规则的土壤砂粒, 其余为粉粒和黏粒(美国制), 团聚体数量占颗粒总数的9.1%~9.6%。与CT相比, 绿肥根茬还田(NT、T)的玉米农田土壤颗粒为大量粒径在0.05~0.1 mm之间的极细砂粒, NT和T处理的团聚体数量分别提高10.1%~23.3%和14.4%~17.3%。绿肥全量还田(TG、NTG)可促进玉米农田以单粒为基础的砂粒粒径减小, 由小粒径单粒构成大量表面粗糙多孔、凹凸不平, 附着有大量粉粒和黏粒的团聚体, 团聚体粒径主要集中在0.1~0.25 mm, 与CT处理相比, 团聚体数量分别提高25.8%~50.9%和34.1%~43.4%, 其中NTG处理具有形成粒径>0.25 mm大团聚体的构造性能和潜力。由此说明, 在荒漠绿洲区, 麦后复种绿肥全量还田条件下, 全量翻压或地表覆盖免耕还田措施可使后茬玉米农田具有良好的土壤团聚体结构特征。

黄土高原干旱区长期种植紫花苜蓿和一年生作物轮作对土壤真菌群落的影响

孙鹏洲, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 蔡立群, 刘家鹤, 王晓菲

2022, 30(6): 965-975. doi: 10.12357/cjea.20210348

摘要(306) HTML (115) PDF(52)

摘要:
为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响, 本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验, 采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(L_FC)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤样品, 基于真菌ITS区高通量测序技术, 分析比较长期种植苜蓿和一年生作物对土壤真菌多样性和群落特征的影响, 并采用FUNGuild平台分析预测不同处理土壤真菌的生态功能。结果表明, 本研究共检测到真菌7门25纲77目169科347属, 其中以子囊菌门(Ascomycota, 69.17%~88.22%)为最优势菌门, 且远远大于次优势菌门——接合菌门(Zygomycota, 6.72%~19.88%)和担子菌门(Basidiomycota, 1.64%~9.01%); 属水平下各处理优势菌群存在差异, 其中LC处理优势属为Phaeomycocentrospora, LF、LP和LMi的优势属均为赤霉菌属(Gibberella), L_FC处理优势属为被孢霉属(Mortierella)。冗余分析(RDA)发现, 土壤有效磷(P=0.002)是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。真菌FUNGuild功能预测结果表明, 本试验黄绵土主要以病理营养型真菌(pathotroph)为主(25.44%~39.27%), 速效磷和硝态氮是影响土壤真菌营养类型变化的主要环境因子, 与长期种植苜蓿相比种植一年生大田作物显著增加了土壤腐生-共生营养型、病原体-腐生-共生营养型和病理-腐生-共生营养型等过渡型真菌类群相对丰度, 说明合理的种植制度有利于改善农田土壤真菌群落结构, 促进区域土壤生态系统的稳定。

农业涝渍灾害评估中不同气象产量分离方法的比较研究

蒙华月, 王兆林, 姚佩, 钱龙, 陈诚, 罗云英, 鞠学良

2022, 30(6): 976-989. doi: 10.12357/cjea.20210770

摘要(281) HTML (89) PDF(35)

摘要:
农业旱涝灾害评估中常采用不同方法计算作物气象产量, 但其中鲜见关于不同方法的比较研究。长江中下游棉区因涝减产现象严重, 因此本文以该地区6省为研究区, 利用标准化降水蒸散指数量化棉花生长期的涝渍强度, 选用7种常见气象产量分离方法(线性拟合、二次多项式拟合、三次多项式拟合、HP滤波法、3年滑动平均法、5年滑动平均法及五点二次平滑法)计算棉花气象产量, 并通过涝渍强度与气象产量的相关分析结果评估不同方法的表现。此外, 结合历史受涝面积对不同方法的涝渍灾害刻画能力进行对比。结果表明: 不同方法计算的棉花气象产量具有相似的长期趋势, 但在短期波动上存在较大差异。就气象产量和涝渍程度的相关性而言, HP滤波法、线性拟合和二次多项式效果更好; 而就气象产量结果与历史受涝面积的相符程度而言, HP滤波最优, 其次是二次多项式和三次多项式。此外, 基于7种方法的相关分析结果均判定湖北省和安徽省是棉花因涝减产最严重的省份, 但对于其余省份的判定结果会存在差异。湖北省和安徽省虽然因涝减产严重, 但两省棉花涝渍的发生倾向低于其余省份。因此, 在农业涝渍评估工作中推荐使用HP滤波法, 而长江中下游棉区的涝渍防治工作应重点关注湖北省和安徽省。

蕉园间作红薯对土壤微生物功能多样性的影响

李燕培, 林佳琦, 肖世祥, 冯斗, 邓英毅, 禤维言

2022, 30(6): 990-1001. doi: 10.12357/cjea.20210665

摘要(300) HTML (118) PDF(58)

摘要:
为探究香蕉与红薯间作模式下土壤微生物群落功能多样性的变化特征, 以及土壤微生物对土壤养分转化和碳源利用特征, 本研究以‘桂蕉1号’为材料, 采用Biolog方法和主成分分析对香蕉单作与香蕉和红薯间作下土壤微生物功能多样性的变化进行了比较分析。结果表明, 在营养生长期至抽蕾结实期, 蕉园间作红薯具有极显著提高土壤微生物代谢活性的作用(P<0.01), 与单作相比, 间作土壤微生物群落的吸光值平均颜色变化率(AWCD)提高0.77~14.36倍, 土壤微生物群落多样性、优势度和丰富度分别提高0.09~1.01倍、0.02~0.31倍和0.52~5.04倍, 但间作和单作蕉园土壤微生物群落均匀度差异不显著。此外, 蕉园间作红薯增加了土壤微生物利用碳源种类和代谢活性, 间作土壤微生物对碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、多聚类、酚酸类和胺类的代谢活性比单作提高13.81倍、9.22倍、5.38倍、9.93倍、6.08倍和3.46倍; 蕉园间作红薯和香蕉单作土壤微生物对不同碳源的利用效率有较大的差异, 间作土壤微生物以碳水化合物类和氨基酸类为主要代谢碳源, 利用率为20.29%~25.25%和18.58%~20.31%, 单作则以多聚类化合物和酚酸类为主要代谢碳源, 利用率为0.60%~52.71%和13.94%~26.56%; 间作土壤微生物群落利用的碳源化合物数量比单作增加9~28种, 且间作和单作的差异达到极显著(P<0.01)或显著水平(P<0.05), 间作的土壤微生物主要利用的碳源为D-甘露醇和N-乙酰-D-葡萄糖胺等, 单作主要利用吐温80和L-精氨酸等。主成分分析表明, 碳水化合物类和氨基酸类是促使蕉园间作红薯土壤微生物多样性发生改变的主要碳源。在蕉园间作红薯具有提高土壤微生物群落多样性和增加土壤微生物群落碳源利用种类与活性的作用, 起到明显改善土壤微生物群落功能多样性的效应。

控释肥残膜积累对土壤微生物群落组成的影响

王学霞, 曹兵, 邹国元, 张佳佳, 王甲辰, 刘东生, 陈延华

2022, 30(6): 1002-1013. doi: 10.12357/cjea.20210226

摘要(282) HTML (89) PDF(53)

摘要:
为探究控释肥残膜累积对土壤微生物群落的影响, 采用Illumina MiSeq高通量测序技术, 分析了不同控释肥残膜(聚氨酯)累积量下土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异。试验设不加聚氨酯残膜膜壳(CK)、添加聚氨酯残膜140 kg·hm⁻² (CR1)、280 kg·hm⁻² (CR2)、560 kg·hm⁻² (CR3)和1400 kg·hm⁻² (CR4) 5个处理。结果表明: 与CK相比, 聚氨酯残膜施入土壤120 d后, CR4处理下土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤含水量(SM)和玉米地下生物量(BGB)及CR3处理土壤NO₃⁻-N含量显著增加(P<0.05), 而土壤pH、速效钾(AK)、总氮(TN)、速效磷(AP)、NH₄⁺-N含量无显著差异。聚氨酯残膜处理提高了细菌和真菌OTU (operational taxonomic unit)数量、细菌群落多样性(Shannon)和丰富度(Ace、Chao)指数, CR4处理与CK间差异显著(P<0.05), 不同聚氨酯残膜处理下的土壤真菌群落多样性和丰富度无显著差异, 但改变了基于门、属水平上的群落组成。随土壤聚氨酯残膜添加量的增加, 变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和伯克氏菌属(Burkholderia)相对丰度增加, 而酸杆菌门(Acidobacteria)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度减少, CR4处理与CK相比差异显著(P<0.05)。与CK相比, 聚氨酯残膜处理提高了子囊菌门(Ascomycota)相对丰度, CR3处理其相对丰度显著增加(P<0.05); 聚氨酯残膜处理分别降低了球囊菌门(Glomeromycota), 增加了被孢霉属(Mortierella)相对丰度, CR4处理与CK相比差异达显著水平(P<0.05)。Mantel检验结果显示, DOC 对细菌群落结构的影响最大(P=0.003), AP、SM 和 BGB 对细菌群落结构也具有显著影响(P<0.05)。真菌群落结构与土壤 DOC、TN 和 SM 呈现显著相关(P<0.05), 其中 DOC 影响最大。由此, 短期内聚氨酯残膜添加通过改变土壤可溶性有机碳、含水量、玉米根生物量等因子提高了细菌群落多样性, 影响土壤细菌和真菌群落组成。

养殖业抗生素-重金属复合污染治理研究进展

漆世英, 余少乐, 吴娟, 成水平

2022, 30(6): 1014-1026. doi: 10.12357/cjea.20210641

摘要(383) HTML (165) PDF(37)

摘要:
我国养殖业快速发展, 抗生素因其能够预防和治疗动物疾病的功能被大量使用, 在环境中残留对生态环境安全和人类健康造成威胁。重金属作为饲料添加剂也会造成污染。本文介绍了现阶段养殖业中抗生素和重金属的使用情况以及对养殖品种和生态环境的污染现状, 并梳理了现有的抗生素处理技术以及抗生素-重金属复合污染治理研究进展。抗生素和重金属共存的情况导致了养殖业产生的废水和底泥中会存在持久性抗生素-重金属复合污染, 并在一定程度上影响抗性基因的传播。针对抗生素的去除仍是以高级氧化处理为主, 生物处理和生态处理为辅。生物处理主要利用微生物对抗生素的降解以及活性炭的吸附能力, 生态处理通过人工湿地中植物及其他耦合工艺达到污染物去除的目的。高级氧化处理工艺在短时间内能够达到高效去除的效果, 而实际应用必须达到去除效果和成本费用的均衡。因而今后的研究应着重关注以下方面: 1)养殖业复合污染废水的生态治理技术, 如人工湿地等; 2)复合污染底泥植物修复技术, 优化植物的选择及种植方式; 3)生物处理技术和生态治理技术的工程应用。

离心微滤对猪场废水固液分离效果研究

胡旭朝, 董红敏, 尹福斌, 陈永杏

2022, 30(6): 1027-1035. doi: 10.12357/cjea.20210576

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摘要:
固液分离是畜禽废水处理的关键技术, 不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用, 还可减少废水中污染物浓度从而降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题, 以离心微滤机为研究对象, 通过系统监测, 科学评价猪场废水总固体浓度(1%、2%、3%、4%和5%)和离心微滤机筛网孔径(15 µm、25 µm和50 µm)对去除率的影响。结果表明, 随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小, 水质指标的去除率有增加趋势。随筛网孔径的增大离心微滤机单位时间内的处理量也随之增加, 50 µm时处理量为14~19 m³∙h⁻¹, 15 µm与25 µm时处理量为2~7 m³∙h⁻¹。综合考虑, 总固体浓度为5%和筛网孔径为50 µm为最佳处理组, 水质指标中总固体浓度、化学需氧量和总磷的去除率分别为57%、29%和43%。该离心微滤机与其他固液分离设备相比, 具有分离效果好和能耗低的优点, 因此在处理猪场废水时具有较好的应用前景。

饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质的影响

肖泽恒, 甘甜, 秦钟, 章家恩, 石兆基, 张春霞

2022, 30(6): 1036-1044. doi: 10.12357/cjea.20210660

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摘要:
福寿螺是一种具有重大危险性的外来入侵生物, 威胁水稻和水生作物生产, 带来了巨大的经济和生态损失。饥饿胁迫是生物经常面临的环境压力之一, 为探讨福寿螺对饥饿胁迫的生理生态学响应, 以稻田福寿螺为研究对象, 研究了10 d、20 d和30 d的饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质含量的影响。结果表明, 随着饥饿时间的延长, 福寿螺自由水含量持续上升, 从20 d开始显著高于对照(P<0.05), 30 d时处理组福寿螺自由水含量平均值为84.19%, 显著高于对照组的81.60% (P<0.05)。饥饿胁迫使福寿螺生长发育受到抑制, 壳高和壳口长从20 d开始显著低于对照(P<0.05)并持续至试验结束。体质量、壳宽和壳口宽在前20 d并未与对照组产生显著差异, 随着饥饿时间延长至30 d, 各生长指标均显著低于对照(P<0.05)。面对饥饿胁迫, 福寿螺消化腺抗氧化能力提高, 总超氧化物歧化酶活性从20 d开始显著高于对照并持续至试验结束(P<0.05); 过氧化氢酶活性及丙二醛含量在前20 d未与对照形成显著差异, 但随饥饿时间延长至30 d而显著高于对照(P<0.05); 饥饿胁迫对福寿螺过氧化物酶活性和还原型谷胱甘肽含量无显著影响; 甘油含量呈“先增后降”的趋势, 在10 d时显著高于对照(P<0.05), 随后迅速降低, 在20 d和30 d时显著低于对照组(P<0.05); 脂肪含量在3个观测时段内均低于对照(P<0.05), 糖原含量在20 d时开始低于对照并持续至试验结束(P<0.05); 总蛋白含量只有在30 d时显著低于对照(P<0.05), 其他观测时段并未与对照形成显著差异。总之, 福寿螺可通过减缓生长、提高抗氧化能力、消耗内源性生化物质等一系列生理机制来缓解短期饥饿胁迫带来的影响, 限制食物来源可在一定程度上抑制福寿螺的暴发与危害。