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环境科学 2024年第5期45卷 2631-2639页

作者：王玉仓杜晶晶张禹吴昊胡敏鹏陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4041条研究数据,采用M... 详细信息

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.

关键词：景观格局河流水质尺度效应破碎度土地利用

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我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析

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环境科学 2024年第2期45卷 755-767页

作者：韦英怀胡敏鹏陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江大学环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江大学浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定... 详细信息

准确定量污染来源组成是有效控制水体硝态氮污染的关键科学基础.采用荟萃分析的方法,收集了2000~2022年我国167条主要水系河流的硝态氮浓度和硝态氮的氮氧同位素等数据,分析了七大主要河流水系硝态氮污染的时空变异规律及其转化特征,定量识别了河流硝态氮的污染来源组成.结果表明,我国主要河流水系ρ(NO_(3)^(-)-N)平均值为(4.54±3.99)mg·L_(-1),其中9.6%的河流硝态氮浓度超过我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)规定的限值(10.0 mg·L_(-1)),海河水系的硝态氮污染最为严重.东部地区河流水系的硝态氮浓度总体高于西部,各大河流水系支流的硝态氮浓度高于干流.除黄河水系以外,其他水系枯水期的硝态氮浓度总体高于丰水期.珠江水系、黄河水系中下游地区、辽河水系中游地区、松花江水系,以及海河水系河流水体存在显著的硝化作用,而长江水系、淮河水系和珠江水系下游地区存在显著的反硝化作用.污水/粪肥是长江水系、海河水系、辽河水系,以及东南诸河水系硝态氮的主要来源(>50%),土壤氮是松花江水系硝态氮的主要来源(56.4%),化肥氮、土壤氮和污水/粪肥对珠江水系、淮河水系和黄河水系硝态氮的污染贡献为20%~40%.污水/粪肥对水系支流硝态氮贡献率总体大于干流的,土壤氮对干流硝态氮的贡献总体大于支流的.土壤氮、化肥氮和大气沉降氮对丰水期河流硝态氮的贡献率高于枯水期,而污水/粪肥对枯水期河流硝态氮的污染贡献率高于丰水期.因此,海河水系、长江水系、辽河水系、黄河水系支流与下游干流地区和珠江水系下游地区应重点控制生活和生产的污水排放等点源污染,而淮河水系、松花江水系、黄河水系中游干流地区和珠江水系中上游地区要重点控制化肥和土壤氮等流失造成的非点源污染.研究结果可为有效控制我国各河流水系硝态氮的污染提供科学依据.

关键词：硝态氮源解析河流氮氧同位素非点源污染点源污染

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东南景天内生菌对小麦锌吸收转运的影响

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农业环境科学学报 2024年第10期43卷 2229-2239页

作者：李喆思廖佳源刘婵娟黄路宽冯英浙江大学环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058

为探究超积累植物特异内生菌对非宿主作物锌(Zn)营养的调控作用,采用水稻土(Paddy soil,PS)和潮土(Fluvo-aquic soil,FAS)开展盆栽试验,设置10种不同内生细菌灌根处理,以探究内生菌对小麦幼苗Zn吸收转运的影响。结果表明:在Zn含量较为... 详细信息

为探究超积累植物特异内生菌对非宿主作物锌(Zn)营养的调控作用,采用水稻土(Paddy soil,PS)和潮土(Fluvo-aquic soil,FAS)开展盆栽试验,设置10种不同内生细菌灌根处理,以探究内生菌对小麦幼苗Zn吸收转运的影响。结果表明:在Zn含量较为充足的PS中,接种SaPS1使地上部生物量增加了158.48%,接种SaPA1使地上部Zn含量提高了108.83%,而在Zn含量较为缺乏的FAS中,接种SaVA1使地上部生物量增加了60.16%,接种SaZR8和SaBR2使根部Zn含量提高了74.17%和73.02%。实时荧光定量分析结果显示,在PS中地上部TaZIP3、TaZIP6、TaZIP7和TaZIP10的表达水平在接种SaPA1和SaPS1后提高超过100%,而在FAS中,接种SaBR2后地上部和根部这4个基因的表达量均极显著增加。根际微生物群落16S rDNA测序结果发现,虽然SaPA1和SaPS1灌根处理对根际微生物群落多样性无显著影响,但改变了部分功能微生物的丰度。这些研究结果表明,在Zn含量不同的土壤中,东南景天特异内生菌可以调节小麦对Zn的吸收转运,可作为新型生物制剂用于小麦Zn营养生物强化。

关键词：超积累植物共生微生物菌剂 Zn 生物强化

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土壤重金属无机钝化剂及其有机改良化钝化剂对稻田镉钝化和温室气体排放的影响

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环境科学学报 2024年第5期44卷 435-445页

作者：邹彤林强陈志琴连加攀杨肖娥浙江大学环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058

为探究土壤重金属无机钝化剂及其有机改良化钝化剂对稻田镉钝化和温室气体排放的综合影响,本研究通过水稻盆栽实验,实施了空白对照组、施加1%无机钝化剂(石灰∶海泡石=1∶1)组、施加1%无机钝化剂和0.5%生物炭组以及施加1%无机钝化剂和0... 详细信息

为探究土壤重金属无机钝化剂及其有机改良化钝化剂对稻田镉钝化和温室气体排放的综合影响,本研究通过水稻盆栽实验,实施了空白对照组、施加1%无机钝化剂(石灰∶海泡石=1∶1)组、施加1%无机钝化剂和0.5%生物炭组以及施加1%无机钝化剂和0.5%发酵菌糠组4个处理,监测不同处理对镉钝化、温室气体排放、作物产量和土壤质量的影响.结果表明:无机钝化剂显著降低了糙米镉含量43.4%(p<0.05),对稻田温室气体排放无显著影响(p<0.05).生物炭改良和发酵菌糠改良的钝化剂分别降低糙米镉含量的60.3%和46.7%(p<0.05),但同时显著增加了温室气体甲烷的累积排放通量(分别增加30.4%和113.7%,p<0.05).相比于发酵菌糠改良钝化剂,生物炭改良能更显著地提升镉钝化效率并且较低地增加稻田甲烷排放风险.在作物增产和土壤提质方面,生物炭改良钝化剂还具有显著提升水稻籽粒产量、土壤有机碳和速效养分含量的优点.本研究表明,稻田施用无机钝化剂是一种保守且无碳排影响的修复方式,施用生物炭改良钝化剂是一种高效、多效但具低甲烷排放风险的修复方式.

关键词：重金属钝化水稻甲烷二氧化碳无机钝化剂生物炭发酵菌糠

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不同钝化剂对土壤有机碳转化的影响及作用机制研究进展

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应用生态学报 2024年第8期35卷 2291-2300页

作者：高闻哲李廷强浙江大学环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058

钝化剂可以使土壤重金属由活性态向稳定态转化,降低重金属的迁移和生物可利用性,实现重金属污染土壤的修复。有机碳是反映土壤质量和健康的重要指标,其转化过程对大气化学、全球碳循环起到决定性作用,受到利用方式、农艺措施和治理修复... 详细信息

钝化剂可以使土壤重金属由活性态向稳定态转化,降低重金属的迁移和生物可利用性,实现重金属污染土壤的修复。有机碳是反映土壤质量和健康的重要指标,其转化过程对大气化学、全球碳循环起到决定性作用,受到利用方式、农艺措施和治理修复活动的影响。钝化剂的施用一方面会改变土壤结构、团聚体组成和pH、阳离子交换率(CEC)等理化性质,影响土壤有机碳的动态变化;另一方面可以调控土壤微生物群落结构、多样性,改变有机碳转化酶的活性,从而影响土壤有机碳的转化。上述影响受到钝化剂种类、施用量及施用时间等多方面因素的调控。本文论述了不同钝化剂施用条件下,土壤有机碳组分及其变化情况,并探讨了钝化剂对土壤有机碳转化影响的作用机制。未来应基于作用机制,开发兼具固碳增汇与重金属钝化功能的新型钝化剂,并揭示钝化剂施用后土壤有机碳周转及稳定性有机碳的时空分布规律。

关键词：重金属钝化剂土壤有机碳碳转化

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“非粮化”土壤优质耕层快速重构材料的创制及其评价方法

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土壤学报 2024年第6期61卷 1524-1536页

作者：郝点周润惠高闻哲罗继鹏王远帆李廷强浙江大学环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058

优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提,但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭,蔬菜玉米壳及微生物菌剂,按不同配方创制耕层重构材料,并构建相应的评价方法体系。研究表明,苔藓泥... 详细信息

优质耕层快速构建是耕层剥离型“非粮化”土壤复耕前提,但目前缺乏相应的重构材料。应用草本泥炭、苔藓泥炭、稻壳生物炭、木屑生物炭,蔬菜玉米壳及微生物菌剂,按不同配方创制耕层重构材料,并构建相应的评价方法体系。研究表明,苔藓泥炭与稻壳生物炭配置形成的耕层重构材料质地疏松,蓄水保墒能力强;有机质含量高,范围介于658.85~704.92 g·kg^(-1)之间,同时有机碳难降解指数范围为75.27%~84.71%,具备较高的固碳增汇潜力;有机碳、活性碳组分I、总腐殖酸、全氮、全钾、毛管孔隙度、pH可作为耕层重构材料的评价指标体系,结合质量指数模型可以评价耕层重构材料综合质量,依托该体系筛选出了最佳耕层重构材料配方,即当苔藓泥炭(M)与稻壳生物炭(R)按质量比1:1、2:1、3:1,再按质量比10:1与蔬菜玉米壳(C)((M+R)_(10)C_(1)、(2M+R)_(10)C_(1)、(3M+R)_(10)C_(1))混合配置时可以形成优质耕层重构材料;将优质耕层重构材料施入“非粮化”土壤可以显著降低土壤容重、增加土壤有机质及活性养分含量,增强土壤固碳潜力,提高小麦产量。本研究所建立的指标评价体系可以全面客观评价耕层重构材料的综合质量,以苔藓泥炭、稻壳生物炭为原料创制的耕层重构材料在改善土壤质量、提高土壤固碳能力以及恢复作物生产方面均表现出较高的应用价值。

关键词： “非粮化”土壤耕层构建技术耕层重构材料材料质量指数综合评价体系

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基于机器学习的长江流域农田氮径流流失负荷估算

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环境科学 2023年第7期44卷 3913-3922页

作者：张育福潘哲祺陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江大学环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总... 详细信息

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总氮径流流失强度的主要因素,建立了基于机器学习的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型,量化了长江流域农田总氮径流流失负荷.结果表明,径流深、施氮量和土壤氮含量是影响旱地总氮径流流失强度的主要因素;径流深和施氮量是水田总氮径流流失强度的主要影响因素.与分类与回归树、多元线性回归和增强回归树方法相比,采用随机森林算法构建的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型具有更高的精度(R^(2)为0.65~0.94).基于随机森林算法的预测模型估算的2013年长江流域农田总氮径流流失负荷(以N计)为0.47 Tg·a^(-1)(旱地:0.25 Tg·a^(-1);水田:0.22 Tg·a^(-1)),中下游地区贡献了58%的流失负荷.模型预测5种防治情景下的长江流域农田氮流失负荷可削减2.4%~9.3%,其中减少径流量的削减效果最为显著.长江流域农田氮面源污染防治必须协同加强氮肥精准管理、减少农田径流量和提高土壤氮利用,且应将重点放在中下游地区.所发展的基于机器学习建模方法克服了氮径流流失强度与影响因素之间函数关系难以确定的问题,为估算区域或流域农田氮流失负荷提供了简便且可靠的方法.

关键词：长江流域农田径流氮流失机器学习面源污染

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抗生素抗性基因检测方法发展历程及应用现状

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微生物学报 2024年第8期64卷 2591-2609页

作者：孙凌涛刘子述胡宝兰浙江大学环境与资源学院浙江杭州310058 污染环境修复与生态健康教育部重点实验室浙江杭州310058

耐药性的传播已引起全球广泛关注,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)检测技术的开发是研究ARGs在环境-动植物-人群中迁移传播的关键。本文梳理了现有核酸检测技术的发展历程及首次应用于ARGs检测的时间节点,并从检测原... 详细信息

耐药性的传播已引起全球广泛关注,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)检测技术的开发是研究ARGs在环境-动植物-人群中迁移传播的关键。本文梳理了现有核酸检测技术的发展历程及首次应用于ARGs检测的时间节点,并从检测原理、应用优缺点、开发潜力等方面对各技术进行分类综述。在此基础上提出以等温扩增结合CRISPR/Cas技术为核心的ARGs原位快速检测技术的开发及应用前景展望。本综述旨在回顾各技术发展历程的基础上,为ARGs新检测技术的开发及应用提供参考,为耐药性传播的研究及控制提供技术支撑。

关键词：抗生素抗性基因聚合酶链式反应基因测序等温扩增原位快速检测

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土壤可溶性有机硫的微生物分解与植物利用机制

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植物营养与肥料学报 2024年第3期30卷 587-604页

作者：姚瑞琪钭从越王英凡刘秀吴良欢马庆旭浙江大学环境与资源学院浙江省农业资源与环境重点实验室浙江杭州310058 浙江大学环境与资源学院/教育部环境修复与生态健康重点实验室浙江杭州310058

硫(S)是植物生长必需的营养元素,但是近年来植物的潜在缺硫现象在全球范围内普遍发生。可溶性有机硫(DOS)作为土壤硫的一种重要形态,可被微生物快速分解为硫酸盐而被植物吸收,因此,明确土壤DOS含量、组成、微生物分解机制和植物利用过... 详细信息

硫(S)是植物生长必需的营养元素,但是近年来植物的潜在缺硫现象在全球范围内普遍发生。可溶性有机硫(DOS)作为土壤硫的一种重要形态,可被微生物快速分解为硫酸盐而被植物吸收,因此,明确土壤DOS含量、组成、微生物分解机制和植物利用过程有利于解决潜在缺硫问题。本文综述了土壤DOS[可溶性蛋白质、含硫氨基酸蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)]的微生物分解过程及植物吸收利用机制。可溶性蛋白质可以在数天内分解成无机硫(SO42-),而含硫氨基酸可以在数分钟到数小时内被分解。微生物吸收含硫氨基酸后的几分钟到几小时内,可将含硫氨基酸中的碳、氮和硫分别以CO^(2)、NH^(4+)和SO_(4)^(2-)的形式释放到微生物体外,释放的无机硫会被微生物再次利用以满足其生长发育。微生物能迅速利用DOS(Met、Cys),当其被微生物同化时,其原始分子结构决定了其转化成的生物大分子,从而影响DOS与SO_(4)^(2-)之间的转化速率。Cys的硫醇基(H-S-C)易被氧化,因此微生物吸收利用Cys后SO_(4)^(2-)释放量高于Met。小麦和油菜对Met和Cys的摄取量随着其供应量的增加而增加,田间条件下小麦和油菜可吸收0.63%~2.2%的外源Cys和0.4%~2.1%的外源Met。Met和Cys在植物氮营养中的作用有限,但它们在植物硫营养中的作用非常重要,约占植物硫吸收总量的10%。土壤DOS可被微生物快速分解,产生的SO_(4)^(2-)可被植物快速吸收利用。即使存在土壤微生物的激烈竞争,植物也能够吸收完整的分子态有机硫(Met和Cys),DOS是植物生长的重要硫源,其吸收主要发生在富含有机质的土壤中。

关键词：缺硫含硫氨基酸硫分解硫的生物利用率植物硫吸收

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我国耕地“非粮化”现状及其复耕培肥技术研究进展

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应用生态学报 2023年第6期34卷 1703-1712页

作者：李廷强郝点浙江大学环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058

近年来,工商资本下乡、土地流转、种植结构调整导致我国耕地“非粮化”现象普遍,直接威胁“18亿亩耕地保护红线”和国家粮食安全。“非粮化”耕地大致分为耕层剥离型和耕层未剥离型两类,前者原有耕层破坏、犁底层缺失,后者可能存在酸化... 详细信息

近年来,工商资本下乡、土地流转、种植结构调整导致我国耕地“非粮化”现象普遍,直接威胁“18亿亩耕地保护红线”和国家粮食安全。“非粮化”耕地大致分为耕层剥离型和耕层未剥离型两类,前者原有耕层破坏、犁底层缺失,后者可能存在酸化、盐渍化等障碍问题,二者均不同程度地降低土壤肥力,不利于粮食可持续生产。国内外学者针对退化土壤改良做了大量研究,包括客土换土、障碍因子消减、生物培肥等措施,然而针对“非粮化”土壤的整治尚无系统研究成果。本文利用国家统计年鉴数据,结合文献分析,对我国耕地“非粮化”现状及改良、复耕、培肥关键技术进行系统总结,并指出未来的发展方向。

关键词：耕地“非粮化” 耕层重构土壤改良土壤培肥

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