农业高纤维废弃物的大量产生构成了重大的环境与资源挑战,其高效资源化利用亟需突破。本研究系统综述了农业高纤维废弃物的来源、性质及其生物与非生物降解技术的国内外研究进展,重点分析了微生物降解技术的作用机制、应用效果及面临的瓶颈。研究表明,生物降解技术因具有环境友好性和经济潜力,被广泛认为是最具前景的主流路径。分子生物学与合成生物学的结合(如基因编辑和工程菌构建),显著提升了降解酶的效能和产物转化率。当前仍面临预处理成本高昂、酶解效率波动性大以及工程菌规模化应用安全风险等关键瓶颈。未来研究应聚焦于研发低能耗的预处理联合技术,强化多学科交叉融合,并建立健全基因工程菌的生物安全评估体系,推动农业高纤维废弃物资源化利用的高效、安全与可持续发展。
本研究聚焦于碳酸盐岩地区土壤形成过程中重金属的积累特点,以杭州市为例,依据母岩岩性将碳酸盐岩划分为3类,即纯碳酸盐岩(灰岩、白云质灰岩)、碳质碳酸盐岩(碳质灰岩、灰岩与碳质泥页岩互层岩)和含其他杂质碳酸盐岩(泥质灰岩、硅质灰岩和灰岩与泥质页岩互层岩)。通过采集土壤与对应的母岩样品,测定砷、镉、汞等元素的含量。结果表明,土壤中砷、镉、汞含量受母岩岩性显著影响,由高至低依次为纯碳酸盐岩发育土壤>碳质灰岩发育土壤>泥质灰岩发育土壤。其中,纯碳酸盐岩发育土壤中砷、镉、汞含量显著高于母岩,平均富集系数分别为7.72、10.05、6.17,且富集系数与母岩中氧化钙、氧化镁总含量和土壤pH呈正相关。碳质碳酸盐岩发育土壤中砷、镉、汞含量接近或略低于其母岩(平均富集系数分别为1.01、0.91、0.92),受母岩中氧化钙和氧化镁总含量影响较小。含其他杂质碳酸盐岩发育土壤中砷、镉、汞含量略高于对应的母岩,富集程度较低(平均富集系数分别为1.20、1.64、1.29),与母岩中氧化钙和氧化镁总含量呈不显著正相关。此外,不同母岩发育土壤中的镉化学形态组成存在一定差异。研究表明,纯碳酸盐岩成土过程伴随明显的重金属富集;碳质碳酸盐岩发育土壤中重金属含量具有继承性,成土过程中存在重金属的轻微淋失;含其他杂质碳酸盐岩发育土壤重金属兼具继承性与低程度富集性特征。
揭示行间生草对库尔勒香梨园微域环境及果实品质的影响,为西北干旱荒漠区果园生草技术的推广及应用提供理论依据。本研究在库尔勒香梨核心产区的香梨园,设置生草与清耕对比处理,全年定点监测树冠下、中、上3层的微域环境温湿度,综合分析其对果园微域环境与果实品质的影响。结果表明,在微域气候方面,生草处理表现出显著的温湿度缓冲作用。与清耕相比,生草区各冠层月均温度普遍较低,且处理间温差随冠层升高而递减,反映出其对近地微气候的稳定效应。生草处理在冬、春、夏三季均能有效降低中、下层温度波动,尤以中层最为突出,温差降幅达13.36%~16.50%。同时,生草处理普遍提高了园内相对湿度,并显著增强各冠层(特别是中、下层)的湿度稳定性,其中冬季下层湿度差降幅达18.25%,夏季中层达14.81%。在果实品质方面,生草处理显著提高了库尔勒香梨的综合品质。外观指标上,单果质量显著提高19.23%,有效改善果形(偏斜指数降低18.75%)和降低果实硬度。内在指标上,生草处理可溶性糖、糖酸比、维生素C含量显著提高了4.16%、8.48%、8.75%,同时可滴定酸含量显著降低了8.70%,总多酚、总花青素分别大幅增加135.27%、40.82%。研究结果表明,行间生草技术可通过改善库尔勒香梨园近地微域环境、增强温湿度稳定性,有效促进果实品质的提升,为优化西北干旱区果园管理模式提供了新路径。
在全球气候变化与生物多样性丧失的双重挑战下,矿区生态修复的需求愈发迫切。钼尾矿作为矿产加工的主要固体废弃物,其长期堆积不仅侵占土地资源,更因成分复杂,富含铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等重金属及酸性物质,直接威胁农业生产环境与农产品安全。因此,推进钼尾矿的生态修复与资源化利用刻不容缓。本文系统梳理了应对钼尾矿问题的两大核心策略:其一,针对污染土壤的生态修复技术,总结了物理(如客土、电动修复)、化学(如固化/稳定化、淋洗)及生物(如超富集植物)等主流方法的机理与应用;其二,尾矿的资源化利用途径,重点探讨了服务于农林业可持续发展的新方向,包括复垦基质配制、土壤改良剂与硅钾肥开发、以及林业碳汇生态系统构建等。当前,生态修复与资源化利用实践相对独立。未来发展的关键在于构建“修复—资源化—碳减排”深度融合的综合治理范式,旨在同步实现三重目标:高效控制环境风险与恢复生态功能、最大化资源价值产出并减少尾矿堆积、显著降低全链条碳排放。该整合路径不仅能系统解决钼尾矿的环境与经济双重挑战,更直接服务于耕地保护、粮食安全及“双碳”战略。
全球粮食安全正面临日益严峻的耕地盐渍化威胁,开发可持续治理方案迫在眉睫。盐胁迫通过诱导渗透失衡、离子毒性及氧化损伤等机制抑制作物生长,传统物理与化学修复技术虽短期有效,但易引发二次污染且成本高昂,而生物修复技术凭借其环境友好性与可持续性成为研究热点。本文系统综述了盐胁迫下植物-微生物互作机制的研究进展:首先解析盐胁迫对植物生理代谢(光合、养分吸收、抗氧化系统)及土壤微生态(微生物多样性、养分转化)的负面影响;其次,从有机渗透调节物质积累、激素代谢协同、光合途径优化、抗氧化酶激活及抗逆基因调控等方面,阐明植物自身耐盐的内在分子机制;重点评述根际促生菌(如芽孢杆菌属、假单胞菌属等)与内生真菌(如丛枝菌根真菌、木霉菌、印度梨形孢等)通过调节离子稳态、增强养分吸收、激活抗氧化防御及协同激素信号等多途径提升植物耐盐性的作用机制,并归纳不同微生物类群的功能差异与应用潜力;最后指出当前研究中微生物-植物适配规律不明、复合菌剂田间稳定性不足等关键问题,提出未来应整合多组学与合成生物技术,深化微生物-植物-环境互作网络解析,构建标准化生物修复技术体系,为盐渍化耕地治理与边际土地资源开发提供理论支撑与技术参考。
为应对全球气候变暖,减少温室气体的排放、实现“碳中和”成为研究热点。本研究旨在揭示云南玉溪烟草常规垄作栽培模式下土壤呼吸通量特征及其主要影响因子,为烟田固碳减排提供数据支持。本研究采用静态箱气相色谱法,在云南省玉溪市澄江市核心烟区,观测了常规种植模式下垄作烟田的土壤呼吸,并分析了土壤呼吸通量特征及其与土壤环境因子和养分因子之间的关系。结果表明:玉溪烟草常规起垄种植模式下,垄上土壤5 cm处温度极显著(P<0.01)高于沟里,而土壤10 cm处无显著差异;垄上土壤0~10 cm的水分含量极显著(P<0.01)高于沟里;垄上土壤MBC、NH4+-N和NO3--N,均极显著(P<0.01)高于沟里;烟草生育期内土壤呼吸的总量为1.45 t C/hm2,其中垄上和沟里的土壤呼吸总量分别为1.60 t C/hm2和1.30 t C/hm2,差异极显著(P<0.01)。整体而言,玉溪烟草常规垄作种植模式下土壤呼吸通量表现为净排放,主要影响因素为土壤MBC、DOC、10 cm处的温度和0~10 cm的土壤水分含量。垄作显著导致垄上和沟在土壤环境因素、养分因素和土壤呼吸通量上的差异。因此,观测垄作烟田土壤呼吸特征时,应注意区分垄上和沟底的差异,以获得准确数据,为烟田制定“双碳”目标实现策略提供科学支撑。
无人机撒肥技术在提高施肥效率和促进作物增产增效等方面具有良好的应用前景,但关于肥料用量以及粒径大小与无人机飞行参数匹配对撒肥沉积分布规律的影响研究较少。本研究在不同肥料用量、不同粒径、圆盘转速、飞行速度等条件下对离心圆盘式无人机撒肥均匀性进行分析并进行飞行参数优化。结果表明:增加施肥量导致无人机撒肥的颗粒分布均匀性降低,施肥量从75 kg/hm2增加至 225 kg/hm2和375 kg/hm2时,撒施大颗粒尿素的肥料沉积分布变异系数从16.4%增加为31.5%,撒施小颗粒肥料的变异系数最高达37.5%。施肥量为375 kg/hm2,无人机离心盘的圆盘转速由1000 r/min提高至1300 r/min,撒施大颗粒肥料的变异系数从31.5%降低至11.0%,颗粒分布趋于均匀,而撒施小颗粒肥料的变异系数下降至20.5%。大、小颗粒肥料均在飞行速度为5 m/s时沉积颗粒分布的变异系数最小。基于横向变异系数和颗粒最近邻距离分析,增加施肥量降低航线两侧肥料颗粒分布横向均匀性,且大小颗粒之间存在差异,大、小颗粒尿素用量由75 kg/hm2增加至375 kg/hm2时,颗粒分布横向均匀度分别降低15.1%和16.9%;单位收集盒内的颗粒分布均匀度分别降低6%和13%。施肥量为375 kg/hm2时,增加圆盘转速后,大颗粒肥料的横向均匀度增加20.5%,小颗粒肥料增加10.4%;大颗粒肥料的盒内颗粒分布均匀度增加了15%,而小颗粒肥料的分布均匀度没有显著增加。综上,本研究结果表明肥料用量和颗粒大小是影响无人机撒肥均匀度的关键因素,生产实践中推荐使用大颗粒肥料,当施肥量较大时可通过增加圆盘转速等参数改善撒肥颗粒分布的均匀性。
本研究采用固碳速率法与BP神经网络模型,系统评估了2010—2021年福州市农业生态系统固碳现状并预测其未来潜力。结果表明:福州市农用地年均固碳量为20.39万t(折合74.76万t CO2当量),呈缓慢上升趋势(年均增速1.31%),其中果园贡献率近70%。农田管理措施中,秸秆还田对农田土壤固碳的贡献率(64.7%)显著高于化肥施用(35.3%);空间上,永泰、闽侯、福清、闽清为核心碳汇区,沿海农田固碳速率普遍高于内陆。预测显示,在现有农业发展趋势下,2022—2030年全市农用地固碳量将呈先缓降后缓升的波动趋势,主要受限于耕地面积微调、农业结构调整及管理措施推广的滞后。研究提出,为提升区域农业碳中和能力,应强化果园碳汇战略地位,推广秸秆还田与优化施肥技术,并积极探索农业碳汇交易机制。
开展兴安落叶松物候期与季节性冻土变化特征的关系研究,对于合理利用冻土资源,科学指导当地林业生产实践具有重要意义。利用1991—2023年额尔古纳地面气象站冻土数据和农牧业气象观测站物候观测资料,选择代表性树种兴安落叶松为研究对象,采用线性倾向估计、Pearson相关系数等统计分析方法,重点探讨额尔古纳兴安落叶松不同物候期及其与季节性冻土变化特征的关系。结果表明:(1)研究区季节性冻土变化特征明显,冻结初日平均每10 a推迟5 d,融化终日平均每10 a提前18 d,融化初日相对较稳定;最大冻土深度、融化日数和冻融周期平均每10 a分别减小29 cm、缩短16 d和23 d。(2)研究时段内,兴安落叶松春季物候期和秋季物候期都表现为推迟趋势,花芽开放期和展叶始期平均每10 a推迟5 d,叶完全变色期和落叶末期平均每10 a推迟11 d;生长季长度平均每10 a延长6 d,处于生长季中期的展叶始期—叶完全变色期持续日数的延长贡献最大。(3)兴安落叶松不同物候期与季节性冻土关系较为密切,兴安落叶松不同物候期的推迟及生长季的延长,都与冻土冻结初日的推迟、融化终日的提前、融化日数和冻融周期的缩短紧密相关,另外最大冻土深度变浅对兴安落叶松物候期的推迟也存在一定影响。该研究得出了额尔古纳兴安落叶松物候期及其与季节性冻土变化关系,为指导科学林业生产提供参考。
基于咸阳北部地区5个国家基本气象站1981—2020年气象观测数据,分析苹果生长与气象条件的关系,筛选影响苹果气候品质的关键指标(如果实膨大期平均气温、果实膨大期降水量、着色—成熟期日照时数等),构建适用于当地的苹果气候品质评价体系。利用层次分析法、加权求和法、多元回归分析法等方法建立苹果气候品质评价综合模型,并绘制了1981—2010年与1991—2020年两个时段咸阳北部地区苹果气候品质评价区划图。结果表明:两段时间咸阳北部地区苹果气候品质始终处于“优”等级区及以上,其中,1991—2020年苹果气候品质“特优”区占咸阳北部地区总面积的58.8 %,主要分布在长武与彬州的河道两侧、彬州东北部与东南部、旬邑西部与东北部、淳化中南部、永寿少量地区;苹果“优”等级区域占咸阳北部面积的41.2%,分布在除特级区域外的其他区域。与1981—2010年相比,“特优”区域面积占比无变化,但空间差异较为明显,长武大范围减少,彬州和永寿少部分减少,旬邑东北部明显增加。在全球变暖的大背景下,需不断优化苹果生长管理、引进新品种、提升气象防灾减灾能力等措施,提高苹果品质,维持咸阳苹果产业市场竞争力。
本研究基于甘肃省正宁县1984—2024年苹果始花期及同期气象观测数据,分析了正宁县苹果始花期的长期变化趋势,并识别了关键影响因子。综合运用主成分分析和逐步线性回归方法,构建了苹果始花期预报模型。结果表明:(1)近41 a间正宁县苹果始花期呈显著提前趋势,显著突变点在1994年,线性倾向率为4.2 d/10 a,共提前约17 d。(2)影响苹果始花期的关键性气象因子为气温、积温、平均地面温度、日照时数及相对湿度,始花期与冬春季(≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃)的活动积温、3月气温、日照时数、地面温度均呈显著负相关,与3月相对湿度呈正相关。这表明热量累积越充分,相对湿度越低,则苹果始花期越早。(3)所构建的始花期预报模型具有较高准确率:始花期预报值与实测值误差为0~3 d内的概率达68%,0~4 d内达87%。2022—2024年试报结果显示,误差仅0~1 d,模型预报效果较好,具备业务应用价值。
肉桂叶是肉桂挥发油提取的主要原料,但目前生产上缺乏叶用型肉桂的优异种质资源,制约了肉桂产业的高质量发展。为探究肉桂种质资源叶表型性状和挥发油含量的多样性,筛选出高含油量的叶用型种质,以广西主产区300份F1代生长期为3年的实生苗为试验材料,系统测定12个表型性状(9个数量性状、3个质量性状),结合多元统计分析解析表型多样性并筛选优异种质。结果表明:(1)叶挥发油含量变化幅度为0.15%~1.56%,均值0.62%,其中PN2种质含量最高(1.56%)。(2)数量性状遗传多样性显著高于质量性状,9个数量性状的变异系数(CV)为9.54%~48.11%(枝下高CV最高)、多样性指数(H’)为1.968~2.729(叶挥发油含量H’最高),3个质量性状的CV为12.61%~30.88%、H’为0.085~0.678。9个数量性状的遗传多样性指数远高于3个质量性状。(3)相关性分析显示,叶挥发油含量与株高、枝下高、叶长、叶宽、叶折干率呈极显著正相关(P<0.01),与冠幅呈显著正相关(P<0.05),与叶厚呈极显著负相关(P<0.01)。(4)主成分分析提取8个主成分,累计贡献率为86.706%,反映肉桂种质大部分遗传信息,其中株高、冠幅、叶长为核心影响因子。(5)聚类分析将300份肉桂种质分成3类,Ⅰ类群(53份)综合表现最优(平均挥发油含量0.70%、综合得分0.53),经综合考虑评价得分与叶挥发油含量,从中筛选出PN5、PN11、PN18、PN20等9份种质(挥发油含量0.885%~1.305%,综合得分0.563~0.691)。本研究为肉桂叶用型品种选育提供了优质种质与理论支撑。
本研究探讨大田条件下7种土壤调理剂对轻至中度重金属污染耕地早、晚造水稻镉(Cd)和砷(As)吸收的影响,旨在筛选有效降低水稻重金属含量的调理剂,为污染耕地的安全生产提供精准施用方案。采用田间小区试验,对比分析单独基施营养型阻控剂(ZK)、健地丰土壤调理剂(JF)、石灰质土壤调理剂(SH)、蚝壳基土壤调理剂(HK)、金葵子土壤调理剂(JK)、有机土壤调理剂(OF)和新江土壤调理剂(NK)的效果,以不施调理剂为对照(CK),评估各处理对早、晚稻产量、糙米Cd和As含量以及稻田土壤的部分理化性质的影响。结果表明,与对照相比,7种土壤调理剂均不同程度提高了稻田土壤pH,其中SH处理增幅最显著,早、晚季分别提高0.60和0.29个单位;SH处理显著降低了土壤中DTPA提取态Cd含量,降幅分别为10.8%和13.1%,但可能增加土壤有效态As含量。各调理剂对土壤中交换性Ca、交换性Mg及有效Si等养分元素的影响存在差异,其中SH处理下土壤交换性Ca含量最高(早、晚季分别提高22.0%和20.8%),ZK处理显著提高了交换性Mg含量(分别提高9.9%和12.2%),JK处理显著提高了有效Si含量(分别提高89.8%和80.1%)。糙米Cd含量方面,5种处理显著降低,降幅26.0%~59.6%,其中SH处理在早稻季降幅最大,其次是ZK;所有处理对水稻总As含量影响不显著。综合来看,SH、ZK、HK可有效提高稻田土壤pH、降低DTPA提取态Cd含量,进而减少水稻Cd积累,同时对产量无显著负面影响,经济效益良好,具备在类似重金属污染水稻种植区推广应用的潜力。
为探究总施氮量恒定条件下,不同比例有机肥替代化肥对鲜食蚕豆产量和土壤养分的影响,以鲜食蚕豆品种‘玉豆3号’为材料,采用单因素随机区组设计,设置有机肥替代化肥比例为20%、40%、60%、80%、100% 5个处理。结果表明,有机肥替代化肥施用显著影响鲜食蚕豆农艺性状,且各处理表现各异。20%替代处理的株高和荚长表现最优,60%替代处理的叶苔数和分枝数最多,100%替代处理的荚宽最大,60%替代处理下土壤水解性氮的固化和矿化强度最低。在配施条件下(20%~80%替代),有机肥和化肥配施可有效提高蚕豆鲜荚产量,其中80%有机肥氮替代处理的肥料利用率、氮肥偏生产力及肥料贡献率均最高,实现鲜荚产量的最大化。
本研究探究配施生物有机肥对工业大麻根际土壤微生物群落的影响。采用宏基因组测序技术,比较分析休闲地(CX)、不施肥(CB)、单施化肥(FH)、配施20%生物有机肥(FS)处理下,工业大麻根际土壤微生物群落的组成和结构。结果表明,相较于对照(CB),FS处理显著提高了根际土壤的有效磷(AP)、速效钾(AK)、碱解氮(AN)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)及有机质(SOM)含量(增幅9.01%~79.41%),同时显著降低了土壤pH(降幅1.51%~4.16%)。配施生物有机肥有效调节了微生物群落结构,显著增加了放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)及鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)、阿菲波菌属(Afipia)的相对丰度。主成分分析(PCA)显示不同处理土壤样本微生物群落结构存在明显分离,配施生物有机肥处理的细菌、真菌和古生菌与其他处理差异显著。土壤因子对微生物群落结构的影响程度为AK>TN>AN>SOM>AP>TP>TK>pH。在门水平上,土壤化学性质的影响可归为2类,pH单独构成一类,其他化学因子(AP、AK、AN、TN、TP、TK、SOM)对群落结构的影响相似。值得注意的是,绿弯菌门(Chloroflexi)丰度与pH呈显著负相关。综上,配施生物有机肥通过改善根际土壤的养分状况、优化微生物群落结构、提高土壤微生物多样性及养分代谢功能,提高了工业大麻产量,研究结果可为东北地区黑土修复提供理论依据。
为探明宜宾市主要产茶区茶园土壤的理化指标和养分状况,科学指导当地茶园施肥和土壤养分管理,对宜宾市5个主要产茶区县茶园土壤进行采样分析,检测茶园土壤pH、大量与中微量元素(Ca、Mg、Zn、Mn、Fe、Cu、K、P、Al)以及全氮、全碳含量,并进行养分等级评价。结果表明:(1)宜宾市主产茶区茶园土壤pH 3.95~6.90,部分地区已出现酸化。(2)有效K含量丰富,Fe、Zn、Cu、Mn、Al含量以Ⅰ级(充足)和Ⅲ级(适宜)为主。(3)近一半的茶区P和全氮含量相对不足,Ca和Mg全域普遍缺乏,全碳含量整体偏低。总之,宜宾市主产茶区茶园0~40 cm土层土壤整体肥力较高。建议茶园管理中增施有机肥以调节土壤pH、提高全碳含量,部分茶区适当补充氮肥,全域增施钙镁肥,推动科学施肥。