不同麦秆生物炭强化餐厨垃圾厌氧消化

为明确生物炭制备条件对生物炭性质及厌氧消化效果的影响,本研究以小麦秸秆(WS)为原料,在不同热解温度和不同KOH改性浓度条件下制备出不同类型的麦秆生物炭(WBC).研究发现,较低的热解温度能够保护WBC表面的官能团,而较高的热解温度则能够提高WBC的比表面积,孔容及平均孔径.KOH改性能够向WBC表面引入─OH,且一定程度上会影响WBC的比表面积,孔容及平均孔径.将制得的WBC分别添加到餐厨垃圾厌氧消化(KWAD)系统中,发现所有WBC均能够提高KWAD的总产气量.其中WS650与WS450-2的促进作用最显著,较CK分别提高了32.82%和30.01%的总产气量.在关键酶活性的研究中,发现WS450-2的辅酶F420与脱氢酶活性大大提升,这可能与其表面丰富的官能团有关.在微生物群落结构的研究中,WS450-2在富集厚壁菌门(Firmicutes),抑制非相关细菌方面展现了较大优势;WS650在富集甲烷八叠球菌属(Methanosarcina),抑制非相关古菌方面展现了较大优势.最后通过冗余分析明确了WBC制备工艺和表征指标与KWAD产气动力学参数,过程参数,酶活性和微生物丰度之间的相...     

厌氧发酵产沼气过程中脱氢酶活性检测工艺及其优化

为了优化脱氢酶活性这一指标在厌氧发酵产沼气系统中的检测方法,分别以小麦秸秆、羊粪及其混合原料(质量比1∶1)为发酵底物,通过Box-Behnken试验及响应面分析法确定并优化了沼气发酵系统中碘硝基四唑紫法脱氢酶活性的检测工艺,并对脱氢酶活性与甲烷产量进行了相关性分析.结果表明,3种底物均以乙醇作为萃取剂,以甲醛作为终止剂时显色效果最好.分别以秸秆、粪便及其混合为发酵底物时,脱氢酶检测在pH值分别为6.5、7.2、7.7,反应温度均在37℃下,碘硝基四唑紫质量分数均为0.15%,反应时间均为50 min时比色效果最好.相关性分析显示,厌氧发酵产沼气系统中脱氢酶活性与甲烷产量相关性显著.     

氮肥和秸秆还田方式对麦玉轮作土壤N2O排放的影响

为探究氮肥和秸秆还田方式对N₂O排放的影响,本研究在关中地区冬小麦-夏玉米轮作模式下,采用双因素裂区设计,主区为常规施氮（G）和减量施氮（70% G）;副区为秸秆不还田（N）、秸秆还田（S）和秸秆还田+生物炭（SB）,分析对N₂O排放和产量的影响及与相关影响因子间的关系.结果表明,小麦季和玉米季各处理在施肥后第5~16d内相继出现N₂O排放高峰,在降雨后也出现N₂O排放峰值.N₂O通量和土壤温度、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.在同等施氮水平下,S处理增加了N₂O排放量,SB处理可降低N₂O排放量,S和SB处理均能显著增加作物产量,且SB增产幅度更大;70% G水平的N₂O年排放量较G水平减少了40%~48%,而产量并没有明显减少.综合考虑,在常规施氮基础上减氮30%配合秸秆+生物炭,在保证作物高产的同时,N₂O减排效果最好.     

秸秆还田配施化肥对土壤养分及冬小麦产量的影响

为探究关中地区秸秆还田配施化肥对土壤养分和冬小麦产量的影响,研究采用裂区试验设计,主区为：秸秆不还田（S₀）和秸秆还田（S）;副区为：不施肥（WF）、氮肥（NF）和氮磷肥（NPF）.应用生态化学计量的方法,探究秸秆还田配施化肥下土壤碳氮磷含量变化及其和产量的关系.结果表明,秸秆和施肥互作对表层（0~20 cm）土壤有机碳、全氮和全磷含量均产生显著影响（P<0.05）.与S₀WF处理相比,SNPF处理显著提高表层（0~20 cm）土壤有机碳和全氮含量（P<0.05）.秸秆和年份互作对表层（0~20 cm）土壤全氮含量产生显著影响（P<0.05）,随着秸秆还田时间的增加,在2021年SWF处理下表层（0~20 cm）土壤全氮含量显著高于S₀WF （P<0.05）.秸秆和施肥及其互作对20~40 cm土层有机碳和全氮含量无显著影响（P>0.05）,但对20~40 cm土壤全磷含量产生显著影响（P<0.05）,与SWF处理相比,SNPF处理显著增加了20~40 cm土层全磷含量（P<0.05）.秸秆还田配施化肥对土壤化学计量特征也产生显著影响.与S₀WF处理相比,S₀NPF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N,提高表层（0~20 cm）土壤C：P和N：P.与SWF处理相比,SNF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N.秸秆还田配施化肥对冬小麦产量也产生显著影响,2020年和2021年SNPF处理与S₀WF处理相比分别增产24.23%和28.9%.相关性分析表明,产量与C：N （P<0.05）和C：P （P<0.01）呈显著正相关关系.全氮和N：P与处理年份呈极显著正相关关系（P<0.001）.综上所述,在关中地区秸秆还田配施氮磷肥处理（SNPF）会改善土壤养分,改变土壤化学计量特征,同时提高产量.因此,本研究结果表明秸秆还田配施氮磷肥（SNPF）是优化区域农田养分管理,提高粮食生产能力的有效途径.     

模拟增温和降雨增加对撂荒草地土壤胞外酶活性及计量特征的影响

土壤胞外酶活性是催化土壤有机质分解的关键限速步骤,而且对外界环境的变化极其敏感,然而却很少有研究聚焦于土壤胞外酶活性对气候变化的响应,尤其是在黄土高原地区.以黄土丘陵区撂荒草地为研究对象,野外模拟气候变暖和降水增加,通过测定土壤理化性质、植被群落特征和土壤酶活性,探究土壤酶活性及计量比对气候变化的响应特征及驱动因素.结果表明,增温、增雨以及二者的交互作用均显著降低了土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性,然而,土壤β-1,4-木糖苷酶(BX)活性在气候变化处理下却呈现出增加趋势,其中,增温处理的增幅最大,达到了63.15%.增温增雨的交互显著增加了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAP)以及碱性磷酸酶(ALP)活性,分别增加了34.32%、 12.97%和44.86%.增温显著增加了过氧化物酶(PER)活性,而增雨显著降低了PER酶活性,增雨以及增温增雨显著降低了多酚氧化酶(PPO)活性,这主要归因于植物群落科组成的变化.增雨和增温增雨处理下碳降解酶活性∶氮降解酶活性(CEs∶NEs)和氮降解酶活性∶磷降解酶活性(NEs∶PEs)显著...     

秸秆覆盖和施肥对关中灌区夏玉米生长后期土壤呼吸速率的影响

土壤呼吸是农田层面影响全球尺度碳循环的关键因素之一,对全球大气二氧化碳浓度的影响不可忽视.前人研究显示土壤呼吸与农田耕作模式及施肥有密切的关系,但目前对于免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响研究较少.通过大田定位试验,采用GXH-3010E1型便携式红外线分析器测量土壤CO2排放速率,进而分析探讨关中灌区免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响以及土壤呼吸对水热因子的敏感性.结果表明,夏玉米(Zea mays L.)秸秆不覆盖不施肥、施氮肥、秸秆覆盖、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲5种处理条件下土壤呼吸速率存在明显规律,从8月9日到9月25日土壤呼吸速率整体呈下降趋势,土壤呼吸平均速率表现为施氮肥(7.78μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖+施氮肥(6.06μmol·m-2·s-1)>秸秆不覆盖不施肥(4.81μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖(4.68μmol·m-2·s-1)>夏闲(2.46μmol·m-2·s-1).施氮肥可以明显提高土壤呼吸速率,施氮肥处理较不施肥不覆盖处理提高61.75%,秸秆覆盖+施氮肥处理较秸秆覆盖处理提高29.49%.秸秆覆盖可以降低土壤呼吸速率,秸秆覆盖+施氮肥处理较施氮肥处理降低22.11%,秸秆覆盖处理较不覆盖不施肥处理降低2.70%.5种处理下秸秆不覆盖不施肥处理、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲处理土壤呼吸速率与5 cm耕层土壤温度的相关性最大,秸秆覆盖处理和施氮肥处理分别与10和15 cm耕层土壤温度的相关性最大;秸秆覆盖处理各土层土壤含水率对土壤呼吸速率有显著影响(P<0.05).研究表明,秸秆覆盖和施氮肥对土壤呼吸有重要影响,施氮肥可以增加温室效应,秸秆覆盖对温室效应有缓解作用.     

丹江口库区新生消落带不同土地利用酶活性比较

随着南水北调中线工程的建成,丹江口水库水位上涨形成了大量新生消落带,消落带生态环境变化对水库水质具有较大影响,土壤酶活性和土壤养分的改变在一定程度上能反映土壤生态环境的变化.基于此,以丹江口水库新生消落带为研究区域,选取库周从未经历淹没的区域作为对照,采用裂区试验设计方法,以样地类型（新生消落带和对照区）为主处理,以3种不同土地利用类型（林地、农田和草地）为副处理,研究了土壤酶（脲酶、转化酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶）活性与土壤养分之间的关系.结果表明:①新生消落带土壤中w（TN）、w（NO₃--N）和w（OM）均显著低于对照区（P < 0.05）,而农田、草地的w（NH₄+-N）与林地的w（TP）显著高于对照区（P < 0.05）.②与对照区相比,新生消落带农田和草地的脲酶、转化酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均降低,其中,农田和草地脲酶活性分别降低了79%和54%,而林地脲酶与过氧化氢酶显著增加,林地脲酶活性升高了133%,林地碱性磷酸酶与转化酶活性变化不显著.③不同土地利用类型的土壤理化性质对酶活性的影响不同,新生消落带农田土壤含水量、w（NH₄+-N）的升高及w（TN）、w（TP）、w（OM）的降低是导致酶活性降低的主要影响因素,新生消落带林地土壤pH、w（TP）、w（TN）对酶活性的增加有主要影响,新生消落带草地土壤含水量、w（NH₄+-N）、w（TN）、w（TP）、w（OM）对酶活性的降低有主要影响.研究显示,消落带林地在淹没期间能够吸附固定土壤及水体中的氮磷,水落后土壤酶活性的升高有利于土壤中养分的分解,减少氮磷对库区水体的污染.      

黄土丘陵区人工刺槐林土壤有机碳矿化特征及其与有机碳组分的关系

为了探讨黄土丘陵区人工林有机碳矿化特征及有机碳组分变化规律,选择恢复13 a的人工刺槐林以及临近坡耕地为研究对象,开展3种不同温度处理(15、25和35℃)下的室内培养实验.结果表明,土壤有机碳矿化速率表现出先剧烈下降后平稳的趋势;有机碳累计释放量表现为培养初期增加迅速,后期逐渐缓慢;坡耕地土壤有机碳矿化对温度的变化更为敏感,其温度敏感性系数Q₁₀为1.52,而刺槐林地仅为1.38.通过单库一级动力学方程拟合可知刺槐林地和坡耕地土壤矿化潜力C_p分别在2.02～4.32g·kg^-1和1.25～3.17g·kg^-1之间,即刺槐林的矿化潜力更高.培养期内各种活性有机碳组分含量变化规律一致,均表现为随时间延长而下降,且刺槐林地大于坡耕地,土壤累计碳释放量与MBC和DOC含量均呈显著正相关关系(P<0.05),Q₁₀(15～25℃)与SOC、 EOC含量和SWC均呈线性关系(P<0.05).研究结果可为气候变化下黄土丘陵区土壤碳固存研究提供一定参考.     

十堰市产业结构变化及其环境效应

对十堰市各县区产业结构变化的环境效应进行研究,以期能为十堰市寻求更好的绿色经济发展模式提供理论依据。以南水北调中线水源地十堰市为典型区域,利用生态环境影响指数法,根据1999-2014年统计数据和实地调查数据,系统分析比较了中线水源地十堰市各县市的产业结构演变对其环境效应的影响。各县市产业结构以第二产业占主导,第一产业占比较少,其环境影响等级分别为:丹江口市2004年之前小于2.5,2004年之后逐渐超过2.5并不断增大;郧西县整体较弱;其他各县在2009年之前为较弱,之后中等。十堰市产业结构演变同生态环境变化有较大关系,各县市产业结构演替进程与ISE指数变化相对应,且第二产业占比对环境负效应明显。     

鸡粪与麦秆混合厌氧发酵环境中各因子响应关系研究

为了探究发酵过程中各因子之间的相互响应关系,以鸡粪和麦秆为发酵原料,利用Canoco4.5软件对鸡粪/麦秆不同比例混合发酵条件下不同发酵阶段内各因子进行分析,以阐明各发酵阶段内因子间的相互影响关系.结果表明:当鸡粪/麦秆以5∶5的比例混合时,能获得最佳单位甲烷产量(90.56 m L·g-1,以VS计).在整个发酵过程中甲烷产气速率表现为先升高再降低的趋势,将其根据产气速率的大小划分为3个阶段,分别为第Ⅰ阶段(预备期)、第Ⅱ阶段(高峰期)、第Ⅲ阶段(消退期).不同发酵阶段影响单位甲烷产量的主效因子有一定的差异性,其中,第Ⅱ阶段的主效因子为发酵基质的C/N,第Ⅲ阶段为p H值.各发酵阶段因子间相关性各异,第一阶段因子间相关性最强,此后相关性逐渐降低.因此,针对不同阶段各主效因子分别进行控制,能够有效提高发酵效率.