近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

不同植被覆盖度对流域氮素径流流失的影响

以 8.27km² 纸坊沟流域 1∶400比例模型为研究对象 ,在人工控制条件下 ,模拟天然降雨 (降雨强度 2 mm/min,历时30 min) ,研究不同植被覆盖度对流域氮素流失的影响 ,揭示小流域土壤氮素随径流流失规律 .研究表明 :当流域植被覆盖度分别为 60%、40%、20%和 0%时 ,土壤铵态氮流失量分别为 87.08、44.31、25.16和 13.71 kg/ km² ;硝态氮流失量分别为 85.50、74.05、63.95和 56.23kg/km²;而流域有机质流失量为 15.67、24.02、44.68和 164.87;全氮流失量为 0.81、1.18、1.98和7.51t/ km².产流过程中径流及泥沙中氮素含量随产流时间的延长呈下降趋势 ,而流失累积量呈逐渐增大趋势 .植被覆盖虽能有效地减少土壤侵蚀和全氮的流失 ,却能增加土壤矿质氮的流失 .     

旱作农业土壤矿质态氮随地表径流迁移特征研究

为了了解旱作农业土壤中氮素随地表径流的流失水平及规律,于野外夏玉米试验田中进行了模拟降雨与自然降雨条件下的对比试验,并通过对水量和水质的同步监测,研究了不同施肥水平下氮素的流失效应.其中,模拟降雨采用的两个降雨强度分别为40和70mm.h-1,3个尿素施肥水平分别为287、431和575kg.hm-2(以N计),每次自然降雨的试验小区布置相同.试验期间,共有20次降雨事件(包括模拟降雨),其中,4次降雨过程中产生了地表径流并有氮素流失.结果表明,次降雨径流过程中硝态氮流失浓度先迅速增大后逐步降低,而铵态氮流失浓度变化平稳,且流失浓度较低.次降雨间氮素流失平均浓度相差较大,尤其体现在硝态氮浓度上更为明显.此外,研究发现,次降雨径流过程地表氮素流失初期效应明显,且受降雨强度影响显著.通过氮素流失水平的计算发现,研究区大于25mm的降雨类型会有明显的地表径流产生及氮素流失.     

人工降雨条件下华南红壤氮素流失规律研究

采用人工模拟降雨装置,以华南地区典型雨强65、120 mm/h及坡度5°为实验条件,对华南红壤横向径流和纵向淋失的氮素流失规律进行了研究。结果表明:横向地表径流和其它形式均为2种雨强下雨水的主要分配途径,雨水在横向地表径流中的分配比例均超过39%,大于纵向淋失和横向壤中流的分配比例之和。2种雨强下横向地表径流总氮、硝态氮和氨氮流失比例均超过90%,远大于相应雨强下的壤中流与入渗流失比例,横向地表径流是各形态氮素流失的主要途径;雨强由65 mm/h增大至120 mm/h时,地表径流造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量增加到2.42~2.67倍,淋溶损失造成的氨氮、硝态氮和总氮流失量则增加到1.42~2.33倍,雨强对地表径流各形态氮素流失的影响比淋失的要大。     

PAM对不同坡度坡地产流产沙及氮磷流失的影响

聚丙烯酰胺(PAM)是一种高效土壤改良剂,能影响土壤入渗、产流及溶质迁移、淋失.通过人工模拟降雨试验,研究了5°、15°和25°3个坡度水平下PAM对黄土高原沟壑区黑垆土坡地土壤侵蚀及氮磷流失情况的影响.结果显示:施加PAM后增加了5°和15°坡面的总产流量却减少了25°坡面的总产流量;PAM组初始产沙量较大,8 min以后,施加PAM组与对照组产沙速率出现差异并开始降低,表明施用PAM的起作用时间约为8~10 min,5°、15°和25°3个坡度的减沙率分别为38.2%、3.7%和53.9%.PAM对3个坡度径流中磷浓度有减小作用且不受坡度变化的影响,对5°和15°坡面铵态氮浓度影响不明显,但对25°坡面铵态氮浓度有明显减小作用,此外,PAM的施用能降低铵态氮初始流失浓度.施加PAM能影响土壤水分的再分配过程并减少3个坡度坡面硝态氮和磷的向下淋失.施加PAM后,5°、15°和25°坡面磷流失总量显著减少,减小幅度分别为77.6%、64.5%和85.1%;径流硝态氮流失总量随着坡度的增加先增加后减少,在15°~20°之间存在改变PAM对硝态氮影响作用的转折坡度值,PAM处理后的硝态氮流失量与径流量在0.05水平上显著相关,相关系数为0.998;PAM能够显著减少陡坡25°坡面溶解态铵态氮的流失量,减少幅度为60.1%.该项研究结果可为当地PAM的合理有效施用和提高水分及养分利用率提供科学指导.     

近地表土壤水分条件对黄土坡面溶质径流迁移的影响

近地表土壤水分条件对农田化学物质输出过程和地表水质有很大影响。以黄土区缓坡耕地为研究对象,利用地下供水和前期降雨措施改变坡面近地表土壤水分条件,通过室内模拟降雨试验研究坡面水土流失和土壤溶质（NO₃^-、PO₄^3-、K⁺和Br^-）的迁移特征。结果表明地下供水对土壤溶质迁移影响最大,水土流失量和溶质地表流失量显著高于其它处理。前期降雨处理地表径流量和泥沙量大于对照处理,而径流和泥沙溶质平均浓度相对较低。NO₃^-和Br^-坡面迁移的主要载体是地表径流,PO₄^3-主要随侵蚀泥沙迁移, K⁺两者兼有。地下供水坡地出现明显的土壤侵蚀后,地表径流中PO₄^3-和K⁺的浓度急剧增加。土壤初始含水量较高的地下供水和前期降雨坡地是土壤侵蚀和吸附态溶质流失的敏感区,对应的等效径流迁移深度也较大。     

我国东南典型侵蚀区坡地磷素流失机制模拟研究

为了研究侵蚀区坡地坡面径流和壤中流磷素流失特征,以浙江省湖州市安吉县花岗岩风化母质上发育的红壤为研究对象进行人工模拟降雨试验.结果表明,坡面径流和壤中流中的总磷流失浓度、总磷流失量均随着降雨强度的增大而增大,随着降雨强度的增大产流初期坡面冲刷效应显现;坡面径流总磷流失量所占每场降雨总磷流失量百分比分布在51%~92%;坡面径流总磷流失浓度在整个过程中波动幅度很大;坡面径流中总磷流失浓度在坡度25°下最高,壤中流中的总磷流失浓度在坡度8°下最高;坡度8°下坡面TP流失量最大,坡面总磷流失量受坡面径流量和雨强影响极显著(p0.01);壤中流总磷流失量较小,受雨强影响极显著(p0.01);磷素流失以坡面径流流失为主,壤中流流失为辅,磷素主要以颗粒态通过坡面径流流失,以溶解态通过壤中流流失.     

DMPP对菜地土壤氮素径流损失的影响

利用模拟降雨试验,研究了尿素添加1%新型硝化抑制剂3, 4-二甲基吡唑磷酸盐（3, 4-dimethyl pyrazole phosphate,DMPP）对菜地土壤氮素径流损失的影响.结果表明,添加DMPP抑制剂于尿素, 3次模拟降雨地表径流液中铵态氮含量分别是常规尿素处理的1.42、 2.82和1.95倍,铵态氮径流损失有所增加;使用硝化抑制剂DMPP,与常规尿素相比,3次模拟降雨地表径流液中硝态氮含量分别减少70.2%、 59.7%和52.1%,亚硝态氮含量分别减少98.7%、 90.6%和85.6%,可显著降低硝态氮和亚硝态氮的径流损失,尤其是亚硝态氮的径流损失接近于不施氮处理;常规尿素添加1%的DMPP抑制剂后,可减少39.0%～44.8%的无机氮进入地表水体,明显降低氮素径流迁移损失.使用DMPP抑制剂可减轻氮素向地表水体迁移的风险,具有显著的生态效益.     

前期土壤含水量对黄土坡面氮磷流失的影响及最优含水量的确定

采用室内人工降雨模拟试验的方法,研究了不同土壤前期含水量对填土和砂黄土的坡面土壤硝态氮和磷素流失过程的影响.研究结果表明,淋失是土壤硝态氮流失的主要途径,仅在前期含水量高于20%时,才产生硝态氮大量径流流失;随着土壤前期含水量的提高, 土溶解态磷(DP)流失量与泥沙浸提态磷(SEP)流失量的比值呈减少趋势,砂黄土中该比值却呈指数函数增大趋势;2种土壤坡面径流SEP流失量与产沙量呈线性关系;通过坡面物质流失量(NO3--N、SEP、DP和产沙量)与前期土壤含水量的二次多项式关系,获得了使黄土坡面物质流失量最小的最优前期含水量值,其中土为10.21%～11.37%,砂黄土为8.97%～13.39%.     

不同雨强下黄棕壤坡耕地径流养分输出机制研究

为揭示三峡库区坡耕地在不同雨强下氮、磷养分随地表径流和壤中流的输出规律,在香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验.结果表明,在降雨总量一定的情况下,随雨强的增大,地表径流量、径流总量、泥沙侵蚀量均呈明显的增加趋势,而壤中流流量减少.不同雨强下地表径流中TN、DN、DP均存在明显的初期径流冲刷效应,TP在整个降雨过程中波动较大,呈微弱降低的变化趋势;壤中流中TN、DN、DP随降雨持续输出浓度无明显变化,TP在径流初期出现浓度峰值,之后减少并趋于稳定.雨强对磷素的影响更直接,雨强越大,磷素径流浓度也越大,氮、磷养分的平均浓度均远超出水体富营养化阈值.随雨强的增大,TN径流流失量减小,TP流失量增大,TN随地表径流流失贡献率随雨强的增大由36.5%增加至57.6%,磷素以地表径流为主,贡献率达90.0%以上,因此,控氮关键是减少壤中流的产生,控磷则需防止土壤侵蚀.随雨强的减小,地表径流中以溶解态流失的氮素比例升高,壤中流中均以溶解态为主,磷素的流失在不同雨强和径流形式下均以颗粒态为主.     

缓控释肥深施对黏性土壤麦田氮素去向的影响

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采用撒播撒施(B)和机械化条播深施(D),研究了缓控释肥种肥深施对黏性土壤小麦产量、季节麦田氮素径流流失、氨挥发和N₂O排放的影响;并分析了其耕层土壤的无机氮时空分布特征.结果表明,相同肥料类型下,D处理的小麦产量显著高于B处理;而相同施肥方式下,RCU处理的产量显著高于CN处理.D-RCU处理的小麦产量最高,达6.97 t·hm^-2.季节径流和氨挥发氮损失量高于N₂O形态的氮损失,且不同损失途径对肥料类型和施肥方式的响应不同.肥料类型和径流发生时间是麦田径流氮素流失的主要影响因素.受监测年份降雨年型分配影响,RCU处理的季节径流氮素流失量(20.35 kg·hm^-2)较CN处理(10.49 kg·hm^-2)显著增加.生育后期是麦田氨挥发损失的主要时期,...     

碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥,研究了碱改性净水污泥对水中NH+4的去除性能.同时,考察了模拟废水pH、吸附剂投加量、NH+4初始浓度、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响.结果表明,当pH为弱酸性或中性,投加碱改性净水污泥20 g·L-1时,在室温下对初始浓度为50 mg·L-1的NH+4模拟废水振荡吸附120 min,可达到氨氮排放二级标准.将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合,发现净水污泥对NH+4的吸附符合Langmuir模型和二级动力学模型,且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理.     

优化秸秆管理提高麦玉农田碳氮效率与经济效益

优化周年秸秆管理,可促进小麦-玉米周年集约化种植系统增产增收和碳氮高效.基于2012年开始的大田定位试验,设置5种秸秆管理方式：C100(100%还田)、 C75(75%还田+25%收获)、 C50(50%还田+50%收获)、 C25(25%还田+75%收获)和C0(100%收获),分析不同秸秆管理下小麦-玉米周年农田碳氮投入量的差异,以及碳氮投入比对作物籽粒产量、碳氮效率和经济效益的影响.结果表明：(1)小麦-玉米周年秸秆还田量不同导致碳氮投入量差异显著,每减少25%的秸秆还田量,来自作物的碳和氮的年均投入分别减少1.76 t·hm^-2和34.28 kg·hm^-2;碳氮投入比随小麦-玉米周年秸秆还田量减少而降低,C100处理到C0处理的周年碳氮投入比分别为18.62、17.03、15.64、12.54和9.61.(2)小麦、玉米及周年籽粒产量均随着碳氮投入比的降低先增加后降低,且秸秆管理对小麦籽粒产量的影响大于玉米;与C100和C0相比,C50的小麦和玉米籽粒平均产量分别高13.34%～13.67%和16.10%～17.71%,周年籽粒产量...     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

贵州威宁草海湿地水体中有机碳时空分布特征及来源辨析

有机碳是陆地水生生态系统碳循环重要组成部分,湿地在维持岩溶碳汇稳定性方面具有十分重要的作用,揭示岩溶湿地水体中的有机碳时空分布特征及来源有助于明晰岩溶流域碳循环过程。本文以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象,对其丰、枯水期湿地水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量以及颗粒有机质(POM)碳、氮同位素等指标的测定,分析草海湿地水中POC、DOC浓度时空分布特征,探讨了水体中有机碳的来源。结果表明:草海湿地水体有机碳总体上以DOC为主,丰水期DOC变化范围为4.25～12.58 mg/L,平均值为8.19±1.49 mg/L,枯水期变化范围为4.79～15.93 mg/L,平均值为8.78±3.01 mg/L,丰水期略低于枯水期,DOC来源较为复杂,不同水文期受到外源和内源不同程度的影响;DOC在空间上丰水期呈现西部偏低,东及东南部偏高的分布特征,枯水期呈现南及西南部偏低,北及东北部偏高的分布特征。草海湿地水体丰水期POC变化范围为0.35～3.39 mg/L,平均值为1.13±0.78 mg/L,枯水期变化范围为0.32～1.84 mg/L,平均值为0.79±0.35 mg/L,丰水期高于枯水期;POC在空间上两期都呈现出中西低、中东高的分布特征。丰水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-30.13‰～-14.80‰和-9.69‰～4.72‰,平均值分别为(-22.54±2.78)‰和(-2.88±2.89)‰,该时期POC以陆源有机质贡献为主;枯水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.13‰～-21.91‰和-0.14‰～9.15‰,平均值分别为(-25.12±2.04)‰和(3.23±1.78)‰,该时期POC主要来源于沉积物。     

需求视角的中国能源消费氮氧化物排放研究

基于经济投入产出生命周期评价(EIO-LCA)模型构建了中国1990—2010年能源消费氮氧化物完全排放矩阵,从需求的角度分析了氮氧化物排放在部门和不同需求间的分布结构,并通过情景模拟深入探讨了最终需求结构变化对氮氧化物排放的综合影响和拉动效应,以期探索中国氮氧化物减排的多元化途径.研究结果显示,1990—2010年中国氮氧化物排放总量从878万t上升到2398万t,历年来由工业部门拉动产生的氮氧化物占总量的比重高达70%左右;由最终消费拉动的氮氧化物排放比重逐年下降,资本形成和出口拉动的氮氧化物排放比重逐年上升.氮氧化物排放强度则从47.0 kg·万元-1降至6.0 kg·万元-1,其中,能源和交通部门的排放强度最高.通过情景模拟可以看出,提高最终消费比重,扩大内需有利于氮氧化物总量减排,尤其是对工业部门的减排效果显著.实现氮氧化物总量减排目标,要求在技术进步之外,积极寻求多元减排措施,以强化减排效果,突出能源和交通等重点部门的氮氧化物防治体系建设,并通过扩大内需优化最终需求结构以促进工业部门氮氧化物减排.     

青岛近海不同天气下生物气溶胶中细菌浓度及存活率分布特征

细菌是大气生物气溶胶中最丰富、分布最广的微生物.利用FA-1撞击式生物采样器连续采集了2020年9月至2021年8月青岛近海大气生物气溶胶分级样品,并利用BacLight^TM试剂染色-荧光显微镜计数方法测定了死/活细菌浓度,分析其浓度与粒径的季节分布特征,并研究了雾、霾和沙尘等特殊天气对细菌浓度及粒径分布的影响.结果表明,采样期间青岛近海生物气溶胶中细菌浓度为(1.06±0.68)×10⁵ cells·m^-3,其中活细菌和死细菌浓度分别为(8.20±4.88)×10³ cells·m^-3和(9.74±6.72)×10⁴ cells·m^-3.细菌浓度分布具有季节差异,死细菌浓度春季、冬季最高,夏季最低;活细菌浓度则变现为春季最高,夏季和秋季较低,冬季最低.生物气溶胶中细菌浓度随月份存在变化,死细菌月均浓度最高值和最低值分别出现在2021年春季3月和夏季6月,而活细菌月均浓度最高值则出现在2021年春季5月,最低值在2020年冬季12月....     

亚硝氮在氯及氯胺消毒中形成三氯硝基甲烷的作用研究 ——以色氨酸为例

以溶解有机碳为5 mg·L-1的色氨酸溶液为研究对象,探索氯和氯胺消毒时,不同影响因子对亚硝氮在三氯硝基甲烷(TCNM)形成中的作用,从而识别其关键消毒因子.结果表明:NO-2的加入对TCNM的形成有明显的促进作用.对氯消毒来说,NO-2对TCNM形成的促进作用在酸性条件下(TCNM增量为11.82μg·L-1)比碱性条件下(TCNM增量为2.66μg·L-1)更为明显;而对于氯胺,却在中碱性条件下较为明显(pH=5,6,7,8,9,TCNM的增量分别为0.04、0.11、0.50、0.34、0.27μg·L-1).但不管是氯消毒还是氯胺消毒,NO-2对TCNM形成的促进作用基本随着消毒剂量、反应时间的增加而增加.由极差分析得知,氯、氯胺消毒下影响NO-2对TCNM形成的关键的因子均是pH值.     

中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

生物炭影响抗生素在土壤中环境行为的Meta分析

生物炭作为一种减污降碳相协同的土壤改良剂,在抗生素污染控制方面均有较大应用前景.为了系统研究生物炭施用对抗生素在土壤中环境行为的影响,对2011～2021年发表的20篇文献进行Meta分析.结果表明,抗生素在生物炭改良土壤中的吸附、降解行为受生物炭施用量与性质的显著影响.施用质量分数为2%时,对抗生素吸附行为的影响最强,效应值为0.19;施用质量分数为5%时,对其降解作用影响显著,效应值为0.23;生物炭比表面积、极性、稳定性和芳香化程度对分配系数的增加影响非常显著,分别为0.11、0.13、0.09和0.18;而生物炭施用量和性质对抗生素迁移行为影响并不显著.生物炭还可通过调控土壤环境间接影响抗生素环境行为.但抗生素在土壤中多环境行为耦合对生物炭的响应机制仍不明确,生物炭田间施用的长效性与负面效应仍缺乏基础数据支撑.