农业资源与环境学报杂志

农业资源与环境学报杂志2019年第2期

• 农林生物质直燃电厂灰渣资源化技术分析与展望

  石炎,薛聪,邱宇平

  近年来我国农林生物质直燃电厂发展迅速，日益增长的灰渣带来了越来越大的环境压力。生物质电厂灰渣是一类富有价值的可回收资源，亟待有效利用。有必要寻找一种合理的资源化手段整体处理灰渣。本研究综述了我国农林生物质直燃发电的发展现状、生物质灰渣的理化性质及其在基础设施建设、土壤修复改良、元素回收、吸附材料与复合材料制备等领域的应用，进而提出了依据灰渣粒径差异资源化处理电厂灰渣的一体化方案。不同粒径的生物质灰渣经过细分处理，可提高灰渣的资源利用率，有利于农林生物质直燃电厂的可持续发展。

• 乡村振兴背景下灾毁耕地复垦潜力研究——以重庆市北碚区为例

  何青泽,谢德体,王三

  为探究乡村振兴背景下灾毁耕地复垦潜力，推进乡村振兴战略，以重庆市北碚区灾毁农用地为例，野外调查灾毁农用地的数量、分布和类型，总结研究其现状特点，并构建灾毁耕地复垦潜力评价指标体系，对灾毁耕地进行复垦潜力评价研究。结果表明：Ⅰ级潜力类型的灾毁耕地经过相应的复垦措施，能够恢复成优质农田；Ⅱ级潜力类型的灾毁耕地有较好的农业发展基础，可因地制宜发展本地蔬菜种植；Ⅲ级潜力类型的灾毁耕地大多数地表破坏程度较严重，灌溉条件难以保证并且排水设施不健全，可适度发展牧草业；Ⅳ级潜力类型的灾毁耕地改造难度大，限制性因素较多，几乎不能复垦为耕地，可适度发展林业。研究表明，北碚区灾毁耕地复垦虽然受到一定因素限制，但该区降水充足、土壤水分状况较好、有机质含量较丰富，农业生产潜力较大。

• 西部绿洲城市土地利用转型的生态环境效应——以乌鲁木齐市为例

  阿依吐尔逊·沙木西,刘新平,祖丽菲娅·买买提,陈前利,冯彤

  为探讨土地利用转型对生态环境变化的影响，基于乌鲁木齐市2005年和2012年TM影像数据、土地利用现状矢量数据、中国高空间分辨率网格数据（CHRED），运用土地利用转型、生态系统单位面积生态服务价值评估和碳排放核算等方法，分析城市化过程中乌鲁木齐市土地利用转型前后生态环境变化效应。结果表明，研究区土地利用转型幅度较大，其中园林地、草地、城镇村及工矿用地和未利用地之间的转换较明显，未利用地转出面积最大（10.33万hm2），说明研究区土地开发程度较高。研究区生态服务价值均呈增加趋势，研究期间生态服务价值增加了89 227.32万元，其中，园林地、草地和水域土地利用转型对生态系统服务价值增加的贡献高。研究区土地利用碳排放量呈上升趋势，碳排放量较高的是城镇村及工矿用地。研究区内土地利用转型后净生态系统服务价值呈现增加趋势，但土地碳排放量变化速度远超生态系统服务价值增加速度，因此在乌鲁木齐市低碳城市建设中，要充分考虑土地利用结构调整与生态环境保护的平衡关系。

• 玉米秸秆颗粒还田对土壤有机碳含量和作物产量的影响

  张莉,李玉义,逄焕成,王婧,丛萍,张珺穜,郭建军

  为改进麦玉轮作区秸秆还田方式，推进秸秆资源高效利用，快速提升土壤质量，以秸秆不还田为对照（CK），通过连续3年田间微区试验，研究了等量玉米秸秆粉碎还田（CCSI）和颗粒化还田（GSI）对0~20 cm和20~40 cm土层土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）和作物产量的影响。结果表明：与CK相比，GSI和CCSI两种秸秆还田方式均能提高SOC和DOC含量，但主要集中在还田后1.5年内，还田后1.5~3年处理间无显著差异。在秸秆还田处理中，GSI处理能快速提高SOC和DOC含量。在还田当年，GSI处理0~20 cm土层SOC和DOC的平均含量较CCSI处理提高6.59%和3.00%，20~40 cm土层分别提高17.36%和12.65%，且两土层DOC/SOC也显著高于CCSI处理，但随着还田后时间延长，CCSI和GSI处理间差异逐渐缩小，还田后1.5年两者无显著差异。此外，GSI处理利于提高作物产量，且在还田当年增产效应更加突出。与CK和CCSI处理相比，GSI处理还田当年小麦产量分别提高9.80%和10.82%，玉米产量分别提高9.54%和3.45%。进一步分析发现，2013—2016年GSI处理虽然增加了经济投入，但由于具有更高的籽粒产量，最终获得较高的年均净利润，分别比CK和CCSI处理提高10.09%和3.24%。研究表明，秸秆颗粒还田较常规粉碎还田能快速提高SOC和DOC含量，促进当季作物增产，获得较高的经济效益。

• 杂卤石对花生生长及养分吸收的影响

  李晗灏,李文庆,王媛,赵丽娅

  为探讨杂卤石在北方典型棕壤上的应用效果，以花生为研究对象，于2015年2月至6月通过盆栽试验，以不施钾肥为对照，研究了杂卤石不同用量对花生荚果质量和花生秧干质量的影响，并比较了其与氯化钾、硫酸钾镁和硫酸钾对花生养分吸收及产量的影响差异。结果表明：在每千克土施用0~0.133 g K2O时，随着杂卤石施用量增加，花生荚果质量和花生秧干质量呈现出先增高后降低的趋势，其中每千克土施用0.089 g K2O时均最大，花生荚果质量较其他处理提高14.74%~48.08%，与每千克土壤施入0、0.022 g和0.044 g K2O的处理差异达显著水平；花生秧干质量较其他处理显著提高13.33%~49.08%。在每千克土施用0.089 gK2O的条件下，杂卤石处理花生荚果质量较氯化钾、硫酸钾镁和硫酸钾处理提高2.42%~12.32%，与氯化钾处理差异达显著水平，花生秧干质量较三种常规钾肥处理显著提高18.49%~25.44%。杂卤石处理植株氮含量较氯化钾、硫酸钾镁和硫酸钾处理平均显著提高1.92%~6.78%，植株钾含量较氯化钾、硫酸钾镁处理平均显著提高15.37%，钾肥表观利用率显著高于氯化钾和硫酸钾镁处理，钾肥农学利用率及钾肥偏生产力显著高于氯化钾处理，植株钙含量较氯化钾、硫酸钾镁和硫酸钾处理平均显著提高4.67%~9.86%，植株硫含量较氯化钾处理显著提高19.13%。研究表明，施用杂卤石能够提高花生荚果质量及花生秧干质量，并促进花生对氮、钾、钙和硫的吸收，其中杂卤石处理花生吸硫量提高可能是其花生荚果质量较氯化钾处理显著提高的主要原因，而吸钙量和吸氮量的提高可能是杂卤石处理花生秧干质量较氯化钾、硫酸钾镁和硫酸钾处理显著提高的主要原因。

• 宛氏拟青霉提取物对樱桃萝卜产量及品质的影响

  贾春花,刘之广,张民,贾继文,郑磊,王庆彬,王洪凤

  为探讨植物内生菌宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）提取物对作物产量及品质的影响，以碧护（0.136%芸苔·吲乙·赤霉酸）、腐植酸钠、海藻酸为对照，通过对樱桃萝卜（Raphanus sativus L.var.radculus pers）浸种及灌根的基质栽培试验，探讨宛氏拟青霉提取物对萝卜块根产量、干物质积累量、根冠比，以及可溶性蛋白、过氧化物酶等指标的影响。结果表明，与清水处理相比，2.50μg·L-1的宛氏拟青霉提取物和2.00×105 μg·L-1的腐植酸钠处理的萝卜块根产量分别显著提高64.2%和25.7%；1.00×105 μg·L-1的碧护与1.00×106 μg·L-1的海藻酸处理的萝卜块根产量分别显著降低45.8%和30.3%，其他浓度各处理的块根产量差异不显著。2.50 μg·L-1的宛氏拟青霉提取物处理的萝卜块根干物质积累量显著提高67.7%；2.50 μg·L-1的宛氏拟青霉提取物和2.00×105 μg·L-1的腐植酸钠处理的萝卜根冠比分别显著提高87.1%、60.9%。2.50 μg·L-1的宛氏拟青霉提取物处理的萝卜可溶性蛋白总量显著提高50.1%；2.00×105 μg·L-1碧护处理的萝卜过氧化物酶活性显著提高了31.3%。本试验条件下，2.50 μg·L-1的宛氏拟青霉提取物可显著提高樱桃萝卜块根产量、干物质积累量、根冠比和品质，其有效浓度仅为碧护和腐植酸钠浓度的约1/30 000，海藻酸浓度的约1/300 000，表明宛氏拟青霉提取物具有极高的生物活性和较低的应用成本。

• 成都平原不同种植模式下重金属镉污染风险和经济效益评价

  刘海涛,陈一兵,田静,林超文

  为了评估成都平原常规粮油种植模式下的重金属镉污染风险和经济效益，寻求稳定、高产且利于推广的安全种植模式。选取成都平原最常见的6种粮油作物，设置了小麦-玉米轮作、油菜-玉米轮作、小麦-红苕轮作、油菜-红苕轮作、小麦-大豆轮作、油菜-大豆轮作、小麦-水稻轮作、油菜-水稻轮作8种种植模式，在轻中度污染农田开展了两年田间试验，对各个种植模式的产量、经济产出，以及收获物、秸秆和土壤的重金属镉含量进行测定。结果表明，当前试验区最广泛使用的小麦-水稻种植模式下的小麦和水稻籽粒镉含量均超标，存在极大的生产风险。玉米-油菜种植模式的籽粒镉含量最低，均未超标，能够实现安全生产，但经济产出较小麦-水稻轮作模式显著降低。油菜-水稻轮作模式的农田产出效益最大。相比种植小麦，种植油菜后，后茬水稻对应的重金属镉含量降低70.2%。综合生产和环境效益，将小麦-水稻种植模式更换为油菜-水稻模式是目前既能保证农民收益又能有效降低重金属镉污染风险的最佳措施。

• 钝化剂种类和粒径对复合污染土壤镉铅有效态的影响

  袁启慧,包立,张乃明

  为探讨钝化剂种类和粒径对重金属污染土壤的钝化效果，采用室内培养的方法，通过添加三个粒径（60~100、100~200、>200目）下的四种不同钝化剂（自制无机型钝化剂、石灰+生物质炭、硅藻土、磷矿粉），研究钝化剂种类和粒径对重金属复合污染土壤中有效态Cd、Pb的影响。钝化60 d之后的结果表明，自制无机型钝化剂、生物质炭+熟石灰和磷矿粉均在>200目粒径下对土壤有效态Cd的钝化效果最好，较对照分别减少了9.54%、13.93%和11.08%；其中，硅藻土在100~200目的粒径下效果最佳，有效态Cd含量与对照相比降低了22.35%。自制无机型钝化剂、石灰+生物质炭、硅藻土和磷矿粉对土壤有效态Pb的钝化效果都在>200目的粒径下最好，有效态Pb含量与对照相比分别减少了17.81%、18.70%、11.54%和22.19%，其中磷矿粉的钝化效果最佳。研究表明，自制无机型钝化剂、石灰+生物质炭和磷矿粉都是粒径越小钝化土壤重金属Cd、Pb效果越好，可能是由于较小粒径更有利于Cd和Pb由活性态向非活性态转化，硅藻土对Cd、Pb的钝化效果在三个粒径处理间差异不显著。

• 解磷真菌驱动磷灰石固定重金属铅的地球化学模拟研究

  郑君仪,蒋柳,胡云潇,郭辰萌,唐凌逸,李真

  结合磷灰石和解磷菌进行农业土壤铅修复是环境修复领域的新兴技术。然而仅靠实验很难全面解析修复过程中的详细反应过程和铅的成矿机制，特别是难以解释目标稳定矿物氟基磷酸铅为何不是主要产物。本文主要利用GWB软件中的React和Act2两个程序模块，基于前人实验数据设置模拟参数，对这一科学问题进行探究。首先用React程序模块的滴定模式（Titration）来研究黑曲霉复合氟基磷灰石的除铅过程，即通过向反应体系中逐步滴加草酸来模拟黑曲霉分泌草酸的过程。反应体系中Pb2+初始浓度为8.4 mmol·L-1，草酸总添加量为2.0 g·L-1，氟基磷灰石总添加量为8.3 g，其中草酸和氟基磷灰石分为100步添加到体系中。React模拟过程终止后，可得到体系pH值、主要离子浓度（Pb2+、Ca2+、H2PO4-、F-和C2O42-）以及生成产物随着草酸和氟基磷灰石添加的变化曲线。然后将黑曲霉与氟基磷灰石培养后的浸出液与Pb（NO3）2溶液混合后，用Act2模块模拟其草酸和F-浓度变化对铅矿物形态的影响。模拟结果表明：草酸引起的pH值变化是影响铅矿化结果的最重要参数，体系中的Pb2+主要以草酸铅形式沉淀，和原实验结果吻合。此外，只有在弱酸或碱性环境下，且溶液中氟离子浓度大于27 mmol·L-1时，体系中才会生成氟基磷酸铅。该结果为利用磷酸盐矿物材料进行土壤铅修复提供了理论指导。

• 两种典型温度下农村化粪池出水氮素在原地土壤中的迁移转化过程

  孟凡凡,阮建飞,王文林,王飞鹏,刘波,桑陆宇

  为探究典型温度下（25℃和5℃）农村化粪池出水氮素在排污口原地土壤中的迁移转化过程，采集原地表层土壤及化粪池出水，构建室内模拟系统，分析化粪池出水经土壤渗滤前后氮素组成。结果表明，农村化粪池出水氮素以可溶性无机氮（DIN）为主，其中NH4+-N占70%以上；两种温度条件下化粪池出水DIN差异不显著（P>0.05，n=12），NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度均具有极显著性差异（P<0.01，n=12），25℃时硝化作用明显，导致出水NH4+-N低于5℃，NO2--N、NO3--N高于5℃；两种温度条件下原地土壤对化粪池出水DIN均有削减作用，其中NH4+-N削减量均占DIN削减量60%以上；25℃和5℃条件下，NH4+-N削减率分别为23.11%~47.37%和25.37%~43.47%；25℃时NH4+-N削减主要通过氨挥发、反硝化、厌氧氨氧化等作用完成，而5℃时NH4+-N削减主要通过土壤NH4+-N吸附作用完成；25℃时土壤对NO3--N还存在蓄积作用。研究表明，两种温度下化粪池出水NO2--N和NO3--N在原地土壤中可发生反硝化或异化还原作用进而得到削减。

• 黄鸢尾对牛场养殖废水肥用过程中的耐受性研究

  丁飞飞,张克强,渠清博,赵芙,杨鹏,沈晨

  为更有效地利用水生植物黄鸢尾处理牛场养殖废水，初步探明黄鸢尾净化牛场养殖废水过程中的关键影响因素，以不同稀释比例牛场废水水培黄鸢尾为研究对象，通过探究黄鸢尾的生长速率与稀释浓度的关系，分析黄鸢尾生长速率与各个污染物指标去除率之间相关性，研究黄鸢尾在牛场废水不同稀释浓度下的耐受性。结果表明：黄鸢尾作为水质净化系统中常见的植物，能有效降低牛场废水中的氮磷，净化水质。当牛场废水浓度高于T3水平（15∶1稀释）时，表现出生长受抑制，一周之后，黄鸢尾对COD、NH4+-N、TN和TP的去除率可以达到57.1%、59.49%、82.59%和72.39%，其中对TN、TP去除效果最为显著。研究表明，当牛场废水稀释之后，控制稀释比例在T3水平时，黄鸢尾生长不会受到抑制，对牛场粪污废水中的污染物表现出较好的消纳和去除效果。

• 密闭蛋鸡舍内NH3浓度变化规律及其影响因子分析

  沈丰菊,刘雪兰,张克强

  鸡舍中的NH3已成为影响人畜健康的重要污染物，为了解蛋鸡养殖环境中NH3浓度变化规律，采用便携式畜禽舍环境动态监测仪对密闭笼养蛋鸡舍内NH3浓度和温湿度等指标进行测定，分析其变化规律及其与环境因子之间的相互关系。结果表明：试验鸡舍内日平均温度春季为（20.9±1.3）℃、夏季为（24.3±0.8）℃、秋季为（20.4±0.9）℃、冬季为（14.7±0.9）℃；日平均相对湿度春季为37.7%±4.9%、夏季为70.7%±3.0%、秋季为52.6%±3.4%、冬季为52.6%±1.6%；日平均NH3浓度春季为（2.46±1.01）mg·m-3、夏季为（0.03±0.02）mg·m-3、秋季为（4.72±1.73）mg·m-3、冬季为（3.05±0.41）mg·m-3。不同季节鸡舍内NH3浓度与温度和相对湿度均呈现一定的相关性，在高温条件下，鸡舍内NH3浓度随湿度的升高而增高，而在低温条件下，鸡舍内NH3浓度则随湿度的升高而降低。研究表明，环境的温湿度对鸡舍内NH3浓度影响很大，对鸡舍内温湿度的科学管理和合理调节是降低舍内NH3浓度的关键。

• 不同残膜含量对淡灰钙土水分入渗过程的影响

  白一茹,张兴,王幼奇,赵云鹏,王宇

  为探讨不同残膜含量对土壤入渗性能的影响，以银川平原淡灰钙土为研究对象，设置5组不同残膜量：0（T0）、100（T1）、200（T2）、400（T3）、800 kg·hm-2（T4），利用一维垂直定水头入渗法，观测湿润锋运移规律和水分入渗过程，并利用4种入渗模型拟合土壤入渗过程，分析其适用性。结果表明，随残膜含量递增，在同一入渗历时内累积入渗量逐渐减小。当入渗时间为390 min时，与T0相比，T1~T4处理的累积入渗量分别减少4.7%、5.8%、6.3%、11%。在入渗同等时间内，残膜量越高其湿润锋运移距离越短。当湿润锋在土柱完成运移时，T0~T4处理分别耗时390、420、510、600、660 min，即随残膜含量的升高入渗时间延长。T0~T4稳定入渗速率分别为0.27、0.24、0.21、0.19、0.16 mm·min-1，入渗率随残膜含量的升高而降低。入渗模型拟合的R2大小依次为通用经验模型 > Kostiakov模型 > Philip模型 > Horton模型，通用经验模型适合描述含残膜土壤的水分入渗过程。研究表明残膜对淡灰钙土水分入渗存在抑制作用，其影响程度随残膜量增加而增大。

• 河北省蔬菜大棚土壤及蔬菜中重金属累积分析

  孙硕,李菊梅,马义兵,赵会薇

  为了解河北省大棚菜地的重金属累积情况，以蔬菜产区的土壤和蔬菜为研究对象，采集了邯郸市永年县、保定市定州县、沧州市青县、石家庄市藁城区共64个大棚土壤以及对应蔬菜样品，测定其Cr、Ni、Cd、Pb、As含量，利用地累积指数法对大棚土壤重金属污染进行了评价，利用目标危害系数法分析了蔬菜摄入对人体的健康风险。结果表明，与《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）二级标准相比，四个蔬菜产区大棚土壤中Cr、Cd、Ni、Pb、As含量均值未超标；但与河北省表层土壤背景值相比，大棚土壤中Cd和Cr累积普遍，分别是背景值的1.99倍和1.10倍，超标率为100%和40.6%。Pb、As局部点位有累积现象，Ni含量均低于背景值。地累积指数评价结果表明，除Cd为轻度-中等累积污染外，其他元素均为无累积污染。与《食品中污染物限量》（GB 2762—2017）相比，除15.63%的蔬菜样品中Cr超标外，所调查的蔬菜中Ni、Cd、Pb、As含量均不超标。菠菜、大葱、蒜苗对5种重金属的富集系数均相对较大，不同类型蔬菜对5种重金属富集能力均为叶菜类 > 根茎类 > 球茎类 > 果菜类，对不同重金属富集能力为Cd > Ni > Cr > As > Pb。河北省大棚蔬菜重金属总体不存在明显的人体健康风险，但是藁城蔬菜Cr存在明显的健康风险，应该引起关注。

• 东北稻蟹中18种微量元素含量及健康风险评价

  覃东立,姜海峰,黄晓丽,高磊,王鹏,刘欢,韩刚

  为探讨东北地区（黑龙江省、吉林省和辽宁省）稻田养殖河蟹的微量元素含量水平和食用安全性，于2017年9月在东北主要养殖区采集稻田养殖河蟹56份，利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）检测了河蟹体内18种微量元素的含量，并采用单因子污染指数（Pi）和每周可耐受摄入量（PTWI）、目标危害商值（THQ）法分别评价了其污染程度和食用安全性。结果表明：河蟹中检出的大多数微量元素含量远高于该地区池塘养殖的淡水鱼类；吉林省河蟹体内的Cr、Cd、U等10种微量元素含量与其他两省份相比存在显著性差异（P<0.05）；所有样品的Cu、Pb、Cd和Cr含量均未超出国家食品安全标准；5种重金属（Cu、Zn、Pb、Cd和Cr）的成人每周实际摄入量（AWI）低于食品添加剂联合专家委员会（JECFA）推荐的每周可耐受摄入量；5种重金属和其他4种有害微量元素（Ba、U、Ag和Be）的人体每日摄入量（EDI）低于美国环保署（USEPA）推荐的参考剂量（RfD）。研究表明食用东北稻田养殖河蟹摄入的微量元素对食用人群没有明显的健康风险。在检测的18种微量元素中，Ba、Pb和Cd对复合污染物风险指数（HI）贡献率较高，是主要的风险元素。