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3期

• 重金属污染农田原位钝化修复材料研究进展

  吴霄霄,曹榕彬,米长虹,林大松,王天恕

  重金属原位钝化是一种农田土壤污染修复技术，钝化材料能有效降低重金属迁移性及生物有效性。本文综述了用于原位钝化修复的钝化材料及其钝化机理，探讨了钝化材料对重金属污染农田钝化效果的影响因素。并对钝化产品的市场研发及农田修复后需要解决的问题进行了分析和展望，以期为原位钝化修复技术和钝化材料的研发提供理论基础和研究方向。

• 城乡有机废弃物资源化利用现状及展望

  李龙涛,李万明,孙继民,褚飞,饶中秀,黄凤球

  分析了城乡有机废弃物如畜禽粪便、农作物秸秆、餐厨垃圾和城市污泥等资源的利用及研究现状，提出了制约有机废弃物资源化利用发展的若干问题，并从法律保障、顶层设计、政策支持和技术发展等方面给出了建议和对策，以期为城乡有机废弃物资源化利用提供参考。

• 基于限制因素分析的耕地质量提升分区——以长春市九台区为例

  黄梦佳,李淑杰,杜婉婷,曹竞文,齐鲁

  为划定耕地质量提升区域，以长春市九台区为研究区，根据2017年耕地质量等别年度更新及监测成果，利用改进的自然等提等潜力指数模型计算出研究区各耕地单元主导限制型，并确定其主导限制程度，依托ArcGIS平台按照整治难易程度划分耕地质量提升区，并提出针对性的建议。结果表明，九台区耕地存在14种主导限制型、20种主导限制程度与主导限制型组合。研究表明，划分出近期、中期以及远期三个时段耕地质量提升区，有利于合理安排土地整治时序，同时为耕地质量的提升和建设提供参考依据。

• 流域尺度下地形属性对土壤质地类型变异的影响——以重庆市彭水县一小流域为例

  马冉,刘洪斌,武伟

  为探究流域尺度下地形属性对土壤质地类型变异的影响，以西南地区重庆市彭水县的一个流域为研究区，基于成土母质和地形因子，运用分类回归树（Classification and regression tree，CART）模型，对研究区1165个样点数据进行分析。结果表明：成土母质和地形因子均对土壤质地类型有重要影响，相对重要性较高的因子排序：成土母质（PAR） > 风效应（WindEff） > 地形湿度指数（SAGATWI）；不同母质、不同质地之间地形因子存在显著差异，风效应（WindEff）和漫射辐射（DiffuseIns）分别是奥陶系和志留系母质条件下影响土壤质地分类的相对重要性最高的地形因子；流域尺度CART模型解释率为86.3%，说明CART模型对土壤质地分类精度高。研究表明，基于成土母质和地形因子构建的模型解释效果好，影响显著，可为该地区土壤利用区划和管理提供科学依据。

• 重庆农田土壤硫分布特征及其影响因素

  罗曼琳,窦添元,向秋洁,胡翔宇,木志坚

  为研究不同环境要素作用下重庆农田土壤硫分布特征及其与环境因素的关系，结合野外调查和室内分析，研究了重庆农田土壤全硫的分布特征及其与土壤剖面深度、土壤类型、地形、土地利用方式、土壤pH和有机质之间的关系。结果表明，表层土壤全硫的平均值为262 mg·kg-1，处于我国土壤硫平均水平，高于作物缺硫临界值150 mg·kg-1。全硫含量空间分布在水平方向上呈现渝西、渝东北大于渝东南、渝中的趋势；在垂直方向上，呈现出自上而下逐渐降低的分布特征。全硫含量在不同土壤类型中表现为黄棕壤土最高、潮土最低，在不同地形条件下表现为中山最高、台地最低，在不同土地利用方式下则表现为未开垦农地最高、旱地最低。土壤全硫含量与pH对数呈显著负相关（P<0.01），与有机质含量对数呈显著正相关（P<0.01）。多元线性逐步回归分析表明，土壤类型和有机质含量是影响土壤全硫含量分布的主要因素，pH、地形、土地利用方式是次要因素。

• 遵义市土壤锌空间分布特征研究

  赵建,师华定,吴啸,韩小斌,彭玉龙,马瑾,刘京

  为了解遵义市土壤锌空间分布现状及其影响因素，在遵义市采集了701个表层土壤样本，分析了样品中的锌含量。利用GS+软件构建半变异函数模型，采用普通克里格法预测了遵义市土壤锌含量空间分布特征，并进一步探讨土壤理化性质对土壤锌含量及其空间分布的影响。结果表明，遵义市土壤全锌含量变幅为40.51~315.74 mg·kg-1，平均值为107.9 mg·kg-1，土壤锌含量高值区和低值区主要集中在遵义市东南部和西南部。土壤全锌含量与pH无显著相关关系，与有机质和海拔高度呈极显著正相关关系。研究表明，遵义市土壤锌的分布地域差异明显，造成这种差异的主要因素是成土母质、有机质和海拔高度。

• 秸秆碳对不同施肥水平低肥力土壤碳组分的影响

  何振超,苏瑶,喻曼,陈喜靖,万美霞,沈阿林

  为探明不同施肥水平下秸秆碳对低肥力土壤溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）含量的影响，采用碳化硅管原位法，向不同施肥水平（0、120、240 kg·hm-2，以纯氮计）的低肥力土壤添加13C标记小麦秸秆，定期取土样测定不同有机碳组分的含量及其δ13C值，并计算秸秆碳在各有机碳库中的转化及贡献比例。研究结果显示，秸秆添加后7 d是快速转化阶段，此后秸秆碳转化渐缓，以向POC转化为主。相较于DOC，秸秆碳更倾向转化为MBC和POC，秸秆添加60 d后的转化比例分别为0.12%~0.38%、4.01%~6.25%和4.74%~9.54%。秸秆添加后，土壤DOC、MBC和POC含量均显著增加，来自于秸秆碳的贡献分别为0.29%~15.01%、13.20%~32.85%和33.62%~59.69%。相较于0、240 kg·hm-2的施氮处理，施氮量为120 kg·hm-2时，秸秆添加能同时大幅提高试验土壤的活性和缓效性有机碳库含量。由此表明，秸秆还田条件下，适量施加氮肥更有利于低肥力土壤的培肥与固碳。

• 控释氮肥和控释钾肥对棉花产量、品质及土壤肥力的影响

  于小晶,田晓飞,张民,李成亮,孙玲丽,刘之广,陈剑秋

  为探究控释氮肥和控释钾肥在棉花上的应用效果，于2014年和2015年在山东省金乡县进行了连续两年的田间定位试验，以当地习惯施肥为对照（CK），研究普通尿素60%基施+40%追施（CU），控释氮肥一次基施（CRN）和控释氮肥、控释钾肥一次基施（CRNK）对棉花产量、品质和0~100 cm土壤养分状况的影响。结果表明，硫加树脂包膜尿素、树脂包膜尿素、树脂包膜氯化钾田间养分释放期分别为65、86、82 d，一次性基施可供应棉花整个生育期养分需求。与CK相比，CRN和CRNK处理提高了棉花单铃质量和成铃数，分别显著提高皮棉产量15.0%~20.1%和22.1%~23.3%，提高经济效益44.9%~59.4%；与CU处理相比，CRN和CRNK处理显著提高了皮棉产量，分别增产9.3%~13.7%和12.1%~21.9%，提高经济效益36.3%~49.9%；CRNK与CRN处理间皮棉产量无显著差异，但CRNK较CRN处理增产2.5%~7.2%。与CK处理相比，CRNK处理棉花收获期0~20 cm土壤硝态氮和速效钾含量显著提高了38.5%和8.9%，且伸长率显著提升了10.0%~11.6%。研究表明，与常规施肥相比，控释氮肥和控释钾肥通过提高土壤硝态氮及速效钾含量，显著提高棉花单铃质量和成铃数，从而提高皮棉产量，节时省工增效，经济效益显著。

• 木醋液对土壤pH、EC与茄子叶片光合特性及根系发育的影响

  常青,王永亮,杨治平,黄高鉴,郭彩霞

  为探究木醋液对土壤性质和植物生长发育的影响，以玉米、小麦秸秆和杂木在制备生物炭过程中产生的木醋液为研究材料，通过盆栽试验，研究了灌施不同稀释倍数的木醋液对土壤pH、EC（电导率）和茄子生长发育的影响。结果表明，与灌施清水相比，土壤pH值随着木醋液稀释倍数的增大而增大，当稀释倍数增大到1∶300时pH值与灌施清水处理无明显差异。灌施木醋液后土壤EC值随着木醋液稀释倍数的增大而减小，当稀释倍数增大到1∶300时EC值与灌施清水处理差异不显著。生物试验表明，灌施稀释倍数小于10倍的木醋液会对茄子产生毒害作用，灌施1∶50以上的木醋液可以增强茄子叶片净光合作用，增加叶绿素含量，促进茄子的生长发育和根系生长。木醋液对作物的促进作用随着灌施木醋液稀释倍数的增加逐渐减弱，灌施稀释倍数1∶300的木醋液与灌施清水处理差异不显著。研究表明，浇灌适宜稀释倍数的木醋液可以调节土壤pH和EC值，促进茄子生长，这为木醋液在蔬菜种植中的应用推广提供了参考。

• 山西省种养废弃物构成及资源化利用潜力研究

  杜艳玲,周怀平,程曼,解文艳,杨振兴,郭晋,吕倩倩,王志伟

  为实现种养废弃物的高效利用，通过文献查阅、实地调研等方式对山西省种养废弃物资源量、利用现状进行了调查，估算出主要的农作物秸秆和畜禽粪尿的资源量，分析其在市域尺度上的分布特征、资源化利用潜力及综合高效利用的途径。结果表明，晋南地区存在大量小麦秸秆，其他地区均以玉米秸秆为主。畜禽粪尿中以牛、猪、羊粪尿居多，且存在晋西北多羊、北中部多牛、晋东南多猪的分布格局。2007—2015年山西省农作物秸秆产量由1.27×107 t增加到1.54×107 t，畜禽粪尿的产生量由1.82×107 t增加到2.02×107 t，且山西省种养废弃物的总产量近几年逐渐趋于稳定。若将山西省种养废弃物肥料化，其相当于有机质、N、P、K分别为1.54×107、1.25×105、5.28×104、1.04×105 t，若将其能源化则可转化为标准煤1.05×107 t或沼气4.59×109 m3，资源化潜力巨大。研究表明，山西省种养废弃物资源种类多、数量大，地域性差异大，资源化利用的空间较大，应力争通过肥料化、能源化、饲料化及其他利用途径，实现种养废弃物资源的多途径综合高效利用。

• 生物改性玉米秸秆处理含铜废水的研究

  宋晓晓,任滨侨,赵路阳,金玉,欧阳凤菊

  为解决水体中铜离子污染治理及玉米秸秆资源化利用等问题，以黑曲霉为改性菌剂，采用固态发酵法改性玉米秸秆，制备出复合生物吸附剂。采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）表征改性玉米秸秆，同时对吸附剂的投加量（0.05~0.30 g）、溶液初始浓度（10~200 mg·L-1）、溶液初始pH（1.0~6.0）以及动力学和等温吸附线进行了研究。结果表明，通过黑曲霉固态发酵法改性后的玉米秸秆对Cu（Ⅱ）的饱和吸附量为33.6 mg·g-1，是天然玉米秸秆的2.65倍。FT-IR和SEM表征结果显示，改性材料表面空隙增多，更为粗糙，更多的活性基团得以暴露，这为吸附性能的提高提供了依据。改性玉米秸秆对Cu（Ⅱ）吸附30 min后达平衡，可用准二级动力学模型较好地拟合，吸附等温线符合Langmuir方程，该吸附过程以单分子层吸附为主。利用黑曲霉固态发酵技术改性玉米秸秆，是一种快速资源化处理玉米秸秆的方法。

• 黄土露天矿区重构土壤典型物理性质差异及对植被生长状况的影响

  王舒菲,曹银贵,罗古拜,况欣宇,宋蕾,白中科

  为研究重构土壤典型物理性质对植被生长状况的影响，以中煤平朔安太堡露天矿南排土场为研究对象，采用典型剖面采样法、室内测试法、方差分析法、拟合分析法等，分析土壤不同深度典型物理性质（土壤容重、土壤质量含水量）对植被生长指标的影响。结果表明，随着土层深度的增加，土壤容重均值呈现出先增加后减少的趋势，土壤质量含水量总体上随着土壤剖面深度的增加而降低。土壤容重介于0.87~2.00 g·cm-3之间，土壤质量含水量的范围为1.19%~20.97%。各个土层之间土壤容重、土壤质量含水量均有较明显差异，且土壤容重在30~60 cm土层差异最明显，土壤质量含水量在0~30 cm土层差异最明显。研究区植被生长状况较好的样地土壤容重均值为1.47 g·cm-3，土壤质量含水量随深度增加趋于10%左右，并且0~10 cm土层土壤容重与0~30 cm土层土壤质量含水量是影响植被生长的关键因素。研究区内重构土壤的容重、质量含水量在不同剖面以及不同土层之间存在较显著差异，表层土壤物理性质是影响植被生长的重要因素。

• 不同植物种植对矿区复垦土壤微生物多样性的影响

  张变华,靳东升,张强,郜春花,李建华,籍晟煜

  利用16S rDNA及Biolog-ECO技术研究不同植物种植下矿区复垦土壤中微生物种属及代谢功能多样性特征，旨在为矿区复垦土壤质量提升与定向培育提供理论基础。结果表明：矿区复垦土壤中微生物多样性在属水平上丰度值较高的为假节杆菌属、芽球菌属、气微菌属、鞘氨醇单胞菌属、类诺卡式属；种植大豆与玉米后，复垦土壤微生物属水平上丰度差异不大，而种植毛苕子、苜蓿与自然恢复下土壤微生物属水平上丰度差异较大；复垦土壤微生物代谢功能主要集中于氨基酸代谢与碳水化合物代谢，土壤中香农-维纳指数差异较大，顺序为毛苕子 > 苜蓿 > 玉米 > 大豆 > 自然恢复；影响矿区复垦土壤代谢功能的碳源主要有糖类中的D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸盐、D-纤维二糖，氨基酸类中的L-丝氨酸、L-精氨酸，酯类中的丙酮酸甲酯、D-半乳糖酸γ内酯，醇类中的D-甘露醇，胺类中的N-乙酰基-D-葡萄胺，酸类中的4-羟基苯甲酸、D-半乳糖醛酸。种植毛苕子有利于矿区复垦土壤微生物的碳代谢功能增强，而自然恢复下土壤碳代谢功能较差。总体来看，矿区复垦土壤中种植豆科作物毛苕子可以增加矿区复垦土壤微生物的物种多样性，提高微生物活性，增强微生物代谢功能多样性，使土壤向健康方向发展。

• 生态与常规种植对土壤养分、微生物及重金属的影响

  王玉梅,张雪华,盛虎,陈能场

  为探讨生态种植模式对土壤环境的影响，以四川成都府南河上游地区安龙村生态农业和传统农业为研究对象，比较分析了生态种植与常规种植模式对土壤养分、微生物及重金属的影响。结果表明：除细菌含量外，生态种植的土壤中微生物碳含量及真菌、放线菌数量均高于常规种植，生态种植改善了土壤中微生物群落结构；生态种植土壤中重金属Cr、Pb、Hg和As含量均低于常规种植，Cd含量相差不大，生态种植带入的重金属较少；生态种植土壤中总氮、总磷、有效氮及有效钾的含量均高于常规种植，但总钾和有效磷的含量低于常规种植，这与两种种植方式下农业投入品不同密切相关。研究表明，生态种植能一定程度提升土壤养分，改善土壤微生物群落结构，并有效减少种植带入的重金属。

• 入侵植物黄顶菊不同器官和不同发育阶段DNA表观遗传多样性变化特征

  张思宇,全志星,田佳源,杨殿林,刘红梅,王慧

  DNA甲基化是植物DNA普遍存在的一种表观遗传修饰方式，不仅在植物快速适应新环境中发挥重要的作用，还参与植物生长发育和器官分化特异性过程。本研究通过构建优化的甲基化敏感扩增多态性（MSAP）体系来分析入侵植物黄顶菊不同器官和同一器官不同发育阶段的组织甲基化变异特征。结果表明：器官特异性MSAP体系利用筛选的13对引物共扩增536条条带，其中引物EhHM7对表观遗传多样性贡献率最大，多态性百分比为92.45%；发育阶段特异性MSAP体系利用筛选的14对引物共扩增407条条带，其中EcHM1对表观遗传多样性贡献率最大，多态性百分比为80.56%。甲基化类型变异结果显示，黄顶菊不同器官（根、茎和叶）间以及同一器官不同发育阶段（老叶和嫩叶）的组织间均表现出显著的甲基化水平差异性，半甲基化、全甲基化和整体甲基化三种甲基化变异类型中茎组织的甲基化发生率最高，分别达到30.28%、19.37%和49.66%，老叶组织的全甲基化和整体甲基化率显著高于嫩叶组织，分别达到33.29%和52.77%。主成分分析结果显示，黄顶菊叶片个体分布较根、茎的个体分布更为密集，且嫩叶较老叶密集，表明根个体间和茎个体间均存在较大的差异，这种个体差异大于黄顶菊叶片的个体间差异，且老叶的个体差异大于嫩叶，这种个体间差异在样品采集时不可忽视。所以，在利用表观遗传学方法进行黄顶菊入侵性的研究中，必须要制定科学的采样方案，把植物器官和生长发育阶段特异性作为一个重要因素考虑在内。

• 围垦对条子泥互花米草种群年季扩张特征的影响

  刘潞,余夏杨,唐洪根,辛沛

  为了解围垦对入侵植物互花米草种群扩张的影响，借助无人机航测技术，观测了2017年5月—2018年7月江苏盐城滨海湿地条子泥围垦大堤内外互花米草种群面积的年季变化，并结合实地监测数据，分析了土壤含水率、土壤盐度、生长地高程、地表水位对互花米草生长和种群面积的影响。结果表明：围垦显著降低了互花米草的扩张速度，观测期间堤内面积增幅为21%，而未围垦的堤外增幅超过400%，且互花米草扩张具有明显的季节性，堤内和堤外快速扩张的季节分别为秋季和夏季；围垦区土壤含水率和盐度分别较围垦区外平均降低25%和50%；互花米草植株高度与生长地高程之间存在显著正相关性（P<0.01）；互花米草种群的扩张距离与地表水位呈显著正相关性（P<0.01）。研究表明，围垦工程阻断了互花米草海水传播的途径，改变了围垦区土壤水盐条件，进而抑制了互花米草的扩张。

• 曼陀罗对镉的吸收及其亚细胞分布研究

  周振,杨素勤,柳海涛,陈先锋,陈鑫,张彪

  为研究曼陀罗对重金属镉的耐性机制，以前期筛选的曼陀罗（Datura stramonium L.）为试验材料，通过水培方式探究镉（Cd）胁迫下曼陀罗对Cd的吸收累积特性及其在植株体内的亚细胞分布特征。结果表明：介质中Cd无论低浓度还是高浓度，曼陀罗各部位的Cd含量都表现为根 > 茎 > 叶，但迁移系数差异不显著。曼陀罗根系Cd2+流速在不同位置具有显著差异，其中分生区和伸长区的Cd2+流速显著大于根冠区和成熟区。当介质中Cd浓度由0.1 mg·L-1增至2.5 mg·L-1时，细胞壁和细胞液中Cd含量之和所占比例显著增大。研究表明，曼陀罗根系对Cd2+的吸收主要集中在分生区和伸长区，当介质中Cd浓度较低时，根系中细胞壁对Cd向上运输的限制及茎叶中细胞液对Cd的区室化起重要的作用；当Cd浓度较高时，根部细胞各组分中细胞液所占比重增加，Cd由根系向上迁移，此时茎叶中细胞壁对Cd的固定作用增强，其可能是曼陀罗耐受高Cd胁迫的机制之一。

• 29种水生植物对农村生活污水净化能力研究

  张倩妮,陈永华,杨皓然,陈明利,柳俊

  为筛选出对农村散户生活污水出水净化效果好的水生植物，以29种常见水生植物为材料，对模拟农村生活污水出水进行净化能力比较，并将不同植物对污染物的去除能力进行聚类分析。结果表明，有植物处理对污染物的去除率明显高于无植物对照，水力停留时间（HRT）对净化效果具有显著影响，水生植物在早期对污染物净化速率快。有植物处理对TN（总氮）的净化率比无植物对照组提高6.21%~26.66%，对NH3-N（氨氮）、TP（总磷）、CODCr（化学需氧量）、SS（悬浮固体）的净化率分别提高7.03%~23.92%、17.40%~28.13%、7.47%~18.62%、8.90%~13.00%。其中凤眼莲在试验前期对TN、NH3-N、TP净化具有一定优势，但试验后期对污染物净化能力与其他植物基本无差异，芦苇和香蒲在试验后期对TP净化效果较好。根据筛选指标的平均隶属函数值对29种植物进行聚类分析，可将植物分为高、中、低净化能力植物三大类：高净化能力植物为芦苇、凤眼莲、香蒲、花叶芦竹、美人蕉；中等净化能力植物为旱伞草、马蹄莲、大薸、睡莲、槐叶萍、伊乐藻、满江红、水葱、苦草、菖蒲、金鱼藻、千屈菜、荷花、萍蓬草、梭鱼草、茭草、狐尾藻、再力花、菹草、轮叶黑藻、德国鸢尾、芡实、黄菖蒲；低净化能力植物为菱。研究表明，挺水植物芦苇、香蒲、花叶芦竹、美人蕉，浮叶植物睡莲，漂浮植物凤眼莲，沉水植物伊乐藻、苦草对农村生活污水出水具有较高的净化能力，适合用于农村散户生活污水的植物修复治理中。凤眼莲属于外来入侵物种，在工程应用中需要采取一定控养措施，防止其对原有生态系统造成危害。