不同量生物炭施用与蚯蚓互作对土壤N_2O及CO_2排放的影响

为明确不同量生物炭施用与蚯蚓互作对土壤N_2O和CO_2排放的影响,设置了仅有土壤(S)、接种蚯蚓(SE)、施用低剂量生物炭(SL)、接种蚯蚓并施用低剂量生物炭(SLE)、施用高剂量生物炭(SH)和接种蚯蚓并施用高剂量生物炭(SHE)6个处理,开展了50 d的室内培养试验。结果表明,施加生物炭显著降低蚯蚓生物量,与接种前相比,SE处理蚯蚓生物量下降18%,SLE处理蚯蚓生物量下降26%,而SHE处理蚯蚓生物量下降高达37%。培养结束后,接种蚯蚓处理(SE、SLE和SHE)N_2O累积排放量分别为589.8、538.0和258.3μg·kg~(-1),均显著高于未接种蚯蚓处理(S、SL和SH处理N_2O累积排放量分别为57.1、34.5和23.4μg·kg~(-1))。添加生物炭显著降低接种蚯蚓处理N_2O排放量,且生物炭添加量越高,效果越明显。接种蚯蚓处理(SE、SLE和SHE)CO_2累积排放量分别为686.1、682.2和420.7 mg·kg~(-1),均显著高于未接种蚯蚓处理(S、SL和SH处理CO_2累积排放量分别为346.9、268.7和165.9 mg·kg~(-1))。添加生物炭降低了接种蚯蚓处理CO_2累积排放量,但仅高剂量生物炭添加处理(SHE)与无生物炭处理(SE)间存在显著差异。主体间效应检验结果显示,蚯蚓、生物炭均对土壤CO_2和N_2O累积排放量产生显著影响,蚯蚓和生物炭的交互作用仅对N_2O累积排放量产生显著影响。此外,在所有处理中,添加生物炭均增加土壤pH值,降低土壤无机氮含量。因此,高剂量生物炭施用可能通过提高土壤pH值、降低土壤无机氮含量和对蚯蚓活性的影响来抑制蚯蚓作用下的土壤N_2O和CO_2排放。     

生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

秸秆生物质炭对淹水砖红壤中Cu~(2+)钝化效果的影响

秸秆生物质炭在旱作条件下可通过络合重金属阳离子、提高土壤pH值等途径降低重金属活性和有效性,但是淹水条件下生物质炭对重金属形态的影响研究较少。以30 g·kg~(-1)施用量将不同温度条件下制备的油菜和花生秸秆生物质炭及商品活性炭添加到广东徐闻砖红壤中,并添加5 mmol·kg~(-1)Cu(NO_3)_2和20 g·kg~(-1)葡萄糖,淹水培养49 d,采用连续提取法分级提取不同形态Cu~(2+)并研究其动态变化。结果表明,添加活性炭、400℃条件下制备的油菜秸秆炭和300、400、500℃条件下制备的花生秸秆炭后,淹水培养初期土壤溶液pH值比对照组明显增加,酸溶态Cu~(2+)含量显著降低,还原态和氧化态Cu~(2+)含量有所升高。随淹水时间增加,土壤pH值逐渐降低,导致生物质炭处理土壤中酸溶态Cu~(2+)含量显著升高,生物质炭对Cu~(2+)的钝化效果逐渐减弱并消失,还原态和氧化态Cu~(2+)含量降低。在49 d培养时间内残渣态Cu~(2+)含量变化不大。淹水条件下生物质炭对砖红壤中Cu~(2+)的钝化效果并不持久,甚至由于生物质炭中有机物质分解而产生更多有机酸,导致淹水后期生物质炭处理砖红壤pH值较对照低,反而提高了Cu~(2+)的活性和生物有效性。     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

pH和含水量对设施菜地土壤N_2O排放的影响

采用室内培养方法,选取两个土壤空隙含水量(water-filled pore space,WFPS)(55%和65%WFPS)和3个p H(5.5、6.5、7.5),研究p H和含水量对设施菜地土壤N_2O排放的影响.结果表明,含水量为55%WFPS时,p H值为5.5、6.5、7.5处理的N_2O累积排放量分别为1219.95±24.16、522.96±13.88、209.84±13.86μg·kg~(-1).含水量为65%WFPS时,p H值为5.5、6.5、7.5处理的N_2O累积排放量分别为1448.57±5.63、831.90±10.41、432.65±12.69μg·kg~(-1).除55%WFPS+p H 6.5处理与65%WFPS+p H 7.5处理间的N_2O累积排放量差异不显著(P0.05),其它各处理间均存在显著性差异(P0.05).65%WFPS+p H 5.5处理的N_2O累积排放量显著高于其他处理(P0.05),比55%WFPS+p H 7.5处理的增加了5.9倍.同一含水量下,土壤p H值在5.5—7.5内N_2O累积排放量随p H值的降低而增加.同一p H下,含水量在55%—65%WFPS内土壤含水量越高N_2O累积排放量越大.p H和含水量是影响设施菜地土壤N_2O排放的重要因素.     

石灰氮对设施菜地土壤N_2O排放的影响

为了研究石灰氮对设施菜地土壤N_2O排放的影响,观测了施用尿素、石灰氮、半量尿素与半量石灰氮混施和对照等4个处理设施菜地土壤N_2O排放以及土壤中氮素变化.结果表明,施用石灰氮能显著降低设施菜地土壤N_2O排放量,对照、施用尿素、施用石灰氮和半量尿素与半量石灰氮混施的N_2O累积排放量分别为4135.80μg·kg~(-1)、5794.25μg·kg~(-1)、1957.03μg·kg~(-1)和4341.31μg·kg~(-1),施用尿素的N_2O累积排放量比对照增加了40.1%,施用石灰氮、半量尿素与半量石灰氮混施比施用尿素分别减少了66.2%和25.1%的N_2O排放量,半量尿素与半量石灰氮混施的N_2O累积排放量与对照的差异不显著(P0.05).尿素处理的N_2O排放系数为0.17%,而石灰氮处理和半量尿素与半量石灰氮混施处理的N_2O排放系数则分别减少至0.06%和0.13%.由此表明,施用石灰氮是减少设施菜地土壤N_2O排放的一项有效措施.     

西双版纳不同演替阶段热带森林土壤N_2O排放的时间特征

氧化亚氮(N_2O)是导致全球变暖的一种重要温室气体。探明热带森林土壤N_2O排放动态及调控机制是全球变化及国际气候谈判的一个重要内容。为探明热带森林不同次生演替对土壤N_2O排放通量时间变化的影响,以西双版纳不同演替阶段热带森林[白背桐(Mallotus paniculatus)群落、崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落和高檐蒲桃(Syzygium oblatum)群落]为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放通量动态进行定位观测。探究这些变化与土壤温度和水分及理化性质之间的相互关系。结果表明:(1)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量存在显著差异,其大小顺序为:高檐蒲桃群落(462.4μg·m~(-2)·h~(-1))崖豆藤群落(378.93μg·m~(-2)·h~(-1))白背桐群落(310.68μg·m~(-2)·h~(-1));(2)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;(3)土壤易氧化有机碳、水解氮、硝态氮和铵态氮显著影响土壤N_2O排放通量的时间变化,而土壤容重和pH值与土壤N_2O排放通量呈显著负相关。因此,土壤N_2O排放对西双版纳不同演替阶段热带森林群落具有敏感的响应,土壤温度、水分、易氧化有机碳、水解氮、硝态氮及铵态氮是土壤N_2O排放时间变化的主控因素。     

不同方式秸秆还田条件下土壤对Cd2+的吸附性能及固定机制研究

秸秆还田作为广泛推行的农业废弃物资源化利用措施,不仅能培肥地力,增加作物产量,还能固碳减排,修复农田重金属污染。为进一步探明秸秆还田对土壤吸附固定重金属的影响,选择我国黑土(BS)、水稻土(PS)、砖红壤(LS)和红壤(RS)4种典型土壤,开展吸附等温试验,考察粉碎处理(S)、焚烧处理(D)和发酵处理(F)等秸秆还田方式下4种土壤对Cd~(2+)的吸附性能及固定作用。Langmuir拟合结果显示所用土壤对Cd~(2+)吸附量由大到小依次为黑土(4 703～10 598 mg·kg~(-1))、水稻土(2 804～4 100 mg·kg~(-1))和砖红壤(2 387～3 906 mg·kg~(-1));Freundlich拟合参数n值由小到大依次为砖红壤(0.13～0.19)、水稻土(0.28～0.43)、黑土(0.27～0.65)和红壤(0.91～2.74),这表明砖红壤、水稻土、黑土和红壤对Cd~(2+)的亲和力逐渐减弱。不同秸秆还田方式中,就黑土而言,不添加秸秆的对照组Cd~(2+)吸附量最高,为10 598 mg·kg~(-1);就水稻土和砖红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附量(3 109～4 100 mg·kg~(-1))高于其他秸秆处理(2 387～3 290 mg·kg~(-1))和对照组(2 444～2 872 mg·kg~(-1))。就黑土而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-6.40～-5.01 kJ·mol~(-1))最小;就水稻土、砖红壤和红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-16.67～-3.13 kJ·mol~(-1))对照(-10.54～-2.35 kJ·mol~(-1))其他秸秆处理(-10.66～-2.17 kJ·mol~(-1))。由于灰分中含有无机矿物成分且能增加土壤pH,秸秆焚烧处理可以显著增加土壤对重金属的吸附量和亲和力。针对4种供试土壤,粉碎处理、焚烧处理和发酵处理秸秆还田方式均不适合黑土,比较适合有机质含量较低的土壤。添加焚烧处理秸秆可以有效增加土壤对Cd~(2+)的固定量和亲和力。     

稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响

在水稻土中添加稻秸(稻草)的不同组分后对其甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的排放特征及土壤的微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)进行了观测,并分析其相关关系,以探讨稻秸的不同组分对CH_4和CO_2排放的影响,揭示秸秆还田稻田温室气体排放的机制和来源机理,以期为合理进行秸秆还田,减少温室气体排放提供科学依据。采用室内恒温培养试验,向水稻土中添加稻秸的4种不同组分(原稻秸、腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸),培养期间定期采样分析CH_4和CO_2的浓度及MBC和DOC的动态变化。结果表明:添加稻秸各组分后,在培养的前20 d各处理CO_2排放速率较高并出现排放高峰,在20 d后基本趋于稳定。整个培养期间,CO2排放量高低顺序为:稻秸处理(2.82 g·kg~(-1))可溶性有机物处理(2.24 g·kg~(-1))去活稻秸处理(1.97 g·kg~(-1))腐解稻秸处理(1.86 g·kg~(-1));整个培养期间,各处理CH4排放速率呈现波动变化,CH_4排放量高低顺序为:原稻秸处理(83.58 mg·kg~(-1))去活稻秸处理(75.94 mg·kg~(-1))腐解稻秸处理(57.66 mg·kg~(-1))可溶性有机物处理(20.08 mg·kg~(-1))。CO_2排放速率与DOC、稻秸组分C/N呈显著相关;CH_4排放速率与MBC呈显著相关。稻秸组分施入水稻土后均能显著提高土壤CH_4的排放速率和排放量,对土壤原有有机碳存在激发效应,以原稻秸激发效应最大;不同外源有机物对土壤有机碳的激发效应不同;CO_2的排放主要集中在稻秸中易分解物质的快速分解阶段;在稻秸的易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段,均有CH_4产生,缓慢分解阶段产生的CH_4不容忽视。     

茶园氧化亚氮排放机制及减排措施研究进展

茶园因氧化亚氮(N_2O)排放系数大、氮肥施用量高及种植面积逐年增加,成为我国农业重要的N_2O排放源,因此迫切需要研究茶园N_2O排放机理及有效的减排措施。目前,关于不同农学措施对茶园N_2O排放特征的影响研究较多,但其N_2O减排效果尚无定论,该研究综合分析不同农学措施对茶园N_2O排放的影响及其机制,希望为进一步开展茶园N_2O减排研究提供理论和实践参考。通过综述发现:茶园排放的N_2O主要源于土壤硝化和反硝化过程,其中反硝化作用引起的N_2O排放更多;影响茶园N_2O排放的因素主要有气象因子(温度、降雨)和土壤条件(pH、含水量、质地、温度、底物浓度);茶园有效的N_2O减排措施主要为施用铵态氮肥、控释氮肥和石灰氮以及氮肥深施;施用有机肥、施用生物硝化抑制剂、添加碱性材料、添加生物质炭、间种豆科植物及施用生物肥料的N_2O减排效果尚存在分歧,需开展进一步研究。     

秸秆对尿素氮在土壤中转化的影响

秸秆还田对提高土壤肥力具有重要意义,但是秸秆还田对氮素在土壤中的转化过程的影响还不清楚。通过室内培养研究了等量施氮条件下不同秸秆还田量对尿素态氮的水解、硝化及反硝化等氮素转化过程的影响。试验设5个处理,分别为CK,不加尿素氮不加秸秆;S0,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量0 g·kg~(-1);S1,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量4.44 g·kg~(-1);S2,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量8.88 g·kg~(-1);S3,尿素氮200 mg·kg~(-1)+秸秆量13.33 g·kg~(-1)。结果表明,秸秆添加可促进尿素水解过程,24 h后,尿素的水解率从S0处理的71.9%增加至S3处理的98.0%。添加秸秆在前15天会减少土壤中铵态氮的含量,与S0相比,第3天时,S1、S2、S3的铵态氮含量分别减少了18.35%、27.09%、25.47%。S0处理和S1处理土壤中的硝态氮含量均随着培养时间的延长而升高,且在培养的第21天基本达到稳定;而S2和S3处理的硝态氮含量则呈先下降后上升的趋势。从培养3 d起添加秸秆的处理土壤中的硝态氮含量始终低于不添加秸秆的处理(P0.05),且随着秸秆用量的增加土壤中的硝态氮含量显著降低(P0.05)。添加秸秆增加了氮肥的反硝化损失,且随着秸秆用量的增加,反硝化损失率急剧增加,从S0处理的0.45%增加至S3处理的62.87%。添加秸秆处理土壤的微生物量碳(SMBC)含量和空白对照相比,均有明显的提升(P0.05),且随着秸秆用量的增加而增加。研究表明,秸秆的添加能提高SMBC的含量,进而增加了土壤氮素的同化,但同时也增加了氮素的反硝化损失,且随秸秆添加量的增大,影响效果越明显。     

秸秆生物炭对菜地N_2O、CO_2与CH_4排放及土壤化学性质的影响

通过盆栽模拟试验,探究玉米秸秆生物炭施用对菜地温室气体N2O、CO2与CH4排放及土壤理化性质的影响。结果表明,生物炭施用抑制了菜地N2O排放,NB1(施N 400 kg·hm-2,生物炭20 t·hm-2)和NB2(施N 400kg·hm-2,生物炭40 t·hm-2)的N2O累积排放量分别比N处理(施N 400 kg·hm-2)低76.4%和70.7%,但抑制效应并未随生物炭用量的增加而加强。生物炭施用增强了CO2排放,但对CH4排放影响不显著。NB1和NB2累积CO2排放量分别为N处理的1.8和2.1倍,不容忽视的是,这2种处理同时增加了土壤中有机碳含量,分别比N处理高15.2%与21.3%。NB1和NB2在不降低甚至提高蔬菜产量的基础上,提高了土壤中NH4+-N含量与p H值,降低了NO3--N含量。p H值和NH4+-N含量分别平均比N处理高0.265和34.9%,NO3--N含量平均比N处理低12.7%,因此生物炭具有减排N2O与改良菜地土壤质量的巨大潜力。但生物炭引起的CO2排放以及对土壤有机碳增加的净影响效应尚需进一步研究。     

某地区两个燃煤电厂周边农田土壤中多环芳烃污染特征及生态安全评价

为了解与评价同一地区2个燃煤电厂(A和B)周边农田土壤多环芳烃的污染状况,按照点源扇形布点原则,在电厂周边常年主导上下风向1500 m范围内布点,在远离电厂10 km以上的常年主导风向的上风向设置对照点,参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)共采集33个农田土壤样品.取经过处理的样品5.00 g,用乙腈超声提取、浓缩后,HPLC法测定15种PAHs的含量.描述其空间分布特征,采用特征污染物分析、环数分析法及聚类分析等方法分析污染来源,运用荷兰分级标准评价法进行生态安全评价.结果显示运行57年的A电厂周边农田土壤中BaP为30.3μg·kg~(-1)(0.668—81.5μg·kg~(-1)),15种PAHs总量为482μg·kg~(-1)(107—1000μg·kg~(-1)),TEQ(BaP)为43.5μg·kg~(-1)(2.27—124μg·kg~(-1)),明显高于运行8年B电厂的7.32μg·kg~(-1)(2.56—15.0μg·kg~(-1))、227μg·kg~(-1)(158—415μg·kg~(-1))和10.3μg·kg~(-1)(3.90—20.1μg·kg~(-1))以及对照区的9.62μg·kg~(-1)(0.347—23.9μg·kg~(-1))、193μg·kg~(-1)(76.1—329μg·kg~(-1))和12.7μg·kg~(-1)(0.499—31.9μg·kg~(-1)).A电厂周边的常年主导上风向农田土壤样本的BaP和TEQ(BaP)_(15)含量基本维持在对照区水平,下风向的超出对照区水平,最大值均位于1500 m处,超出荷兰土壤质量标准.B电厂周边的常年主导上、下风向农田土壤样本的BaP和TEQ(BaP)_(15)含量与对照区相当,且均不超标.A电厂周边农田土壤中具有致癌风险的7种PAHs占总∑PAHs的41.3%,远高于B电厂的20.7%和对照区的25.8%.A电厂周边农田土壤中33.3%的PAHs点位处于中度污染水平,TEQ(BaP)_(15)高于国内相似污染源,存在亟需关注的生态风险.B电厂周边农田土壤中PAHs整体处于轻微污染水平,TEQ(BaP)_(15)低于生物质电厂.     

4种有机物料对铅胁迫下小麦生长及产量特征的修复效应

农田土壤铅(Pb)污染对作物的生长及光合的动态变化、产量特征以及品质安全都有影响,向污染土壤中施用有机物料能够改变重金属生物可利用性以及土壤结构和养分组成,对缓解作物生长发育所受胁迫具有现实意义。采用盆栽试验方法研究了4种有机物料即秸秆、鸡粪、菌渣和生物炭对600 mg·kg~(-1) Pb胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)生长及产量特征的影响,并分析了小麦籽粒中Pb质量分数及富集系数的变化,为不同有机物料在农田Pb污染修复中的应用提供理论基础。结果表明,越冬期Pb处理对小麦生长有促进作用,而后期则显著降低了花后15 d的F_v/F_0,以及成熟期小麦干物质积累量、穗长、穗粒数、穗粒重、产量,同时提高了籽粒中Pb的质量分数,达到0.826 5 mg·kg~(-1);在污染土壤中添加6 g·kg~(-1)鸡粪显著提高了成熟期小麦的干物质积累量、穗长和产量;添加150 g·kg~(-1)菌渣显著促进了花期和成熟期小麦根伸长和干物质积累,提高了成熟期穗长、穗粒重和产量,该处理下单盆作物产量最大,达到23.22 g·pot~(-1),其成熟期土壤和籽粒中Pb质量分数也最低,分别为466.06 mg·kg~(-1)和0.493 1 mg·kg~(-1);添加50 g·kg~(-1)生物炭后小麦花后15 d和30 d的净光合速率(Pn)分别提高了26.30%和15.41%,花期株高和成熟期干物质积累量、穗长、穗粒数、穗粒重、产量也显著提高,同时籽粒中Pb质量分数显著降低;添加3 g·kg~(-1)秸秆的处理对小麦生长的影响不显著。     

FeAl-LDHs/生物炭修复镉污染土壤及作用机制

通过考察生物炭、FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料对土壤中镉的钝化效果,筛选出最佳的钝化材料并分析其钝化机理,为土壤中镉钝化剂的筛选提供理论依据。采用水热法制备了FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料,分别添加0.4 g FeAl-LDHs、FeAl-LDHs/生物炭复合材料及生物炭于10 g 5、10、20 mg·kg~(-1)人工模拟镉污染土壤,采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸取法、毒性特征浸出实验(TCLP)以及改进的BCR连续提取法评价不同材料对土壤中镉的钝化效果,同时考察了FeAl-LDHs/生物炭复合材料钝化镉的稳定性。采用SEM、N_2吸附、FTIR、XRD等手段分析所制备材料的形貌结构和理化特性,揭示复合材料钝化镉的作用机制。结果表明,与FeAl-LDHs和生物炭相比,FeAl-LDHs/生物炭复合材料对DTPA-Cd和镉浸出毒性有较好的钝化效果,其中添加复合材料后5 mg·kg~(-1)镉污染土壤DTPA-Cd含量降低90.08%,浸出毒性降至0.044 mg·L~(-1),反应达到56 d时,镉污染土壤中DTPA-Cd和浸出毒性没有明显增加,5 mg·kg~(-1)土样浸出毒性维持在0.039mg·L~(-1),FeAl-LDHs/生物炭修复效果稳定性较好。这主要归因于生物炭大的比表面积和孔结构有利于表面LDH的负载和分散,为镉的钝化提供了更多的附着位点。同时,FeAl-LDHs/生物炭复合材料表面丰富的含氧官能团和金属-氧键能够与Cd~(2+)发生配位反应,可以促进土壤中镉由弱酸提取态向残渣态转化,降低Cd的生物有效性和迁移性。     

基于DNDC模型多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响研究

如何在确保粮食保产增产的同时,减少农田温室气体排放,是中国应对全球气候变化的当务之急。为了探究氮肥对马铃薯(Solanum tuberosum)田土壤N_2O排放和产量的影响,以及更全面验证DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量预测的适用性,选择沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型探究多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响。结果表明,(1)DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量均具有较好的模拟效果。2017年和2018年N_2O排放模拟结果,模型效率指数EF分别在0.45-0.76和0.41-0.73之间。产量模拟结果,2017年:EF=0.91,R2=0.97,P=0.017;2018年:EF=0.85,R~2=0.95,P=0.027。(2)年降雨量、土壤有机碳含量(SOC)、土壤容重、土壤pH值对马铃薯生育期N_2O累计排放的影响较明显,且均呈现正相关关系。年降雨量、年均温度、CO2质量浓度、施氮水平对马铃薯产量的影响较明显,其中年降雨量、CO_2质量浓度、施氮水平与马铃薯产量呈正相关关系,年均温度与马铃薯产量呈负相关关系。(3)保持水分正常供给的前提下,该地区五日滑动平均温度稳定通过10℃后的5 d内播种马铃薯,即可保证马铃薯正常生长的温度条件,达到保产增产的目的。     

南京市不同功能区林业土壤多环芳烃含量与来源分析

城市林业土壤是城市绿色景观的重要载体,随着人们生态意识的增强,对城市林业土壤生态环境的关注也越来越多。为了解城市林业土壤中多环芳烃的污染情况和来源特征,以南京市城市林业土壤为研究对象,根据其分布特点对8类典型功能区进行采样,采用高效液相色谱法和分子标记物比值法,测定了土样中16种优先控制多环芳烃的含量,分析了城市林业土壤中多环芳烃污染水平、富集情况、分布情况及来源特征。结果表明:南京市城市林业不同功能区72个土壤样品的多环芳烃平均含量为(487.7±264.3)μg·kg~(-1),变化范围为156.7~1523.3μg·kg~(-1),各土样均受到污染,其中83.3%的样品呈轻度污染水平,不同功能区土壤PAHs污染程度存在差异;不同功能区城市林业表层土壤多环芳烃含量水平表现为:城市立交桥(949.3μg·kg~(-1))道路绿化带(550.1μg·kg~(-1))学校(525.4μg·kg~(-1))居民区(513.0μg·kg~(-1))发电厂(501.4μg·kg~(-1))垃圾填埋厂(328.7μg·kg~(-1))近郊森林(293.8μg·kg~(-1))远郊森林(271.7μg·kg~(-1)),中层和下层土壤PAHs含量表现出类似规律;土样中PAHs含量与SOC和BC含量均表现显著相关性,相同的显著性检验水平下BC含量与PAHs含量具有较强相关关系。垃圾填埋场、发电厂、城市立交桥、居民区等功能区表层土壤表现出富集现象,其他功能区土壤表现出一定的逆向富集趋势。南京市城市林业土壤中PAHs来源以生物质和煤炭燃烧源及机动车排放源为主,少数土样存在石油源。     

基于DNDC模型覆膜马铃薯N_2O减排增产的优化施氮量研究

为了探究马铃薯(Solanum tuberosum)田苗期不覆膜和苗期覆膜处理下土壤N_2O减排和增产兼顾的最优施氮量,并验证DNDC模型对于马铃薯田土壤N_2O排放和产量预测的适用性,以沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮肥(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4种施氮水平,每种氮肥水平包括苗期不覆膜与苗期覆膜两种处理,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型进一步探究马铃薯田减排增产最优施氮量,结果对于促进马铃薯田温室气体减排和增产协调兼顾的旱地农业可持续发展具有积极意义。结果表明,DNDC模型可以准确地模拟马铃薯田不覆膜处理下不同施氮水平N_2O排放状况,模型效率指数在0.72~0.94之间;在覆膜处理中,低、中、高施氮量模型效率指数较苗期不覆膜处理分别下降0.21、0.52和0.50,不施氮肥处理下,模型效率指数为负值,模型不能模拟N_2O排放;DNDC模型对于各处理下马铃薯产量均有较准确的模拟效果。DNDC模型进一步表明,不覆膜状态下马铃薯田增产兼顾减排的施氮量为90~105 kg·hm~(-2);减排兼顾增产的施氮量为75~90 kg·hm~(-2)。由于DNDC模型对于覆膜处理下马铃薯田N_2O排放模拟效果不佳,通过大田实验数据分析得出:苗期覆膜可以有效增产和减少土壤N_2O排放,综合马铃薯产量和土壤N_2O减排的环保施氮量可在75 kg·hm~(-2)的基础上有所增加,但需低于150 kg·hm~(-2)。     

秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对太湖地区稻田生态系统甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放进行田间原位观测,研究秸秆与秸秆腐熟剂(金葵子腐熟剂与宁粮腐熟剂)配施条件下秸秆还田稻田CH_4和N_2O的排放规律。结果表明,相对秸秆还田处理(S),配施秸秆腐熟剂处理(SJ和SN)提前出现CH_4排放峰值,而对N_2O排放的季节变化趋势无明显影响。秸秆配施金葵子腐熟剂处理(SJ)和宁粮腐熟剂处理(SN)CH_4累积排放量(以C计)分别为363和388 kg·hm~(-2),N_2O累积排放量(以N计)分别为0.18和0.20 kg·hm~(-2)。相对于S处理,添加腐熟剂处理CH_4累积排放量分别增加2.5%和9.6%,N_2O累积排放量分别减少33.3%和25.9%。同时,水稻产量分别增加7.5%和11.1%,温室气体排放强度(GHGI)分别减少5.1%和1.7%。该研究可为评估秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田系统CH_4和N_2O排放的综合影响提供科学依据。     

生物质炭对土霉素胁迫下小白菜种子萌发的影响

采用土培模拟污染实验,将甘蔗渣炭、菠萝渣炭和木薯渣炭分别以0%、0.1%、0.5%和1.0%的炭土比添加到砖红壤中,研究土霉素胁迫下小白菜种子萌发效应。结果表明:(1)生物质炭促进种子萌发;土霉素在0~300 mg·kg~(-1)胁迫下种子发芽率未受明显影响,300~500 mg·kg~(-1)时受轻微抑制。(2)土霉素为0~100 mg·kg~(-1)时对种子根及芽伸长呈促进作用,促进率最高达33.05%。100~500 mg·kg~(-1)呈抑制效应,最大抑制率63.98%;种子对土霉素的敏感顺序依次为:根伸长>芽伸长>发芽率。(3)在土霉素胁迫下炭土比与种子根伸长呈显著正相关。3种生物质炭对小白菜种子根及芽伸长的促进效果呈:木薯渣炭>菠萝渣炭>甘蔗渣炭。(4)生物质炭和低浓度土霉素共同促进小白菜萌发,对高浓度土霉素毒性有缓解作用。