利用大型土柱自然淋溶条件下研究土壤重金属的迁移及形态转化

为研究不同重金属在土壤中的迁移和形态转化,通过分层填装土柱,在土柱0~5 cm深度范围内添加Pb、Ag、Bi、In、Sb和Sn等重金属污染土壤,并在自然条件下淋溶4 a,分析各重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的迁移速率及其形态组成. 结果表明:①在>30 cm深度范围内,红壤、潮土和黑土中各重金属质量分数与其相应本底值相比变化不大;与试验前土壤相比,砂土整个剖面中6种重金属质量分数均较高. ②6种重金属在4种土壤中的残留率表现为砂土<潮土<黑土<红壤;对于0～10 cm土壤中Pb的残留率,在潮土中大于Ag和Sb,在黑土中大于Ag,在红壤中大于In,在砂土中则大于Sn. ③模拟试验后残留在土柱中的重金属主要分布在土壤表层(0～30 cm),而深层(>30 cm)较少;6种重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的残留率平均值分别为98.0%、65.1%、65.9%和56.5%. ④与添加污染土壤之前相比,试验后土壤中残渣态等稳定形态重金属质量分数较低,其中Pb、In和Sb均以碳酸盐结合态和有机金属络合态为主,Ag和Sn分别以有机金属络合态、双氧水可提取有机结合态和有机金属络合态、无定形铁锰氧化物结合态为主,而Bi则以碳酸盐结合态和双氧水可提取有机结合态为主. 结果显示,红壤中Pb的迁移风险较低,潮土和黑土中Ag、Sb的迁移风险较高,而砂土中Sn和Sb的迁移风险需要格外关注.      

秸秆还田、覆膜和施氮对旱地麦田土壤质量的影响

通过5 a大田定位试验研究了秸秆还田、覆膜及氮肥对旱地土壤质量的影响.以双因素裂区设计,主处理为3种栽培模式：常规栽培(CT)、秸秆还田(SR)和覆膜栽培(FM);副处理为3种施氮水平：0、144和180 kg·hm^-2.在第5季冬小麦收获后采集耕层0～20 cm土壤样品,测定容重(BD)、孔隙度(SP)、田间持水量(FC)、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、矿质氮(NO₃^--N+NH₄⁺-N)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、蔗糖酶(SA)、碱性磷酸酶(ALP)、脲酶(UA)和脱氢酶(DHA)等土壤理化性质及生物性质等指标,基于两个最小数据集(MDS),利用线性(LT)和非线性(NLT)评分模型计算土壤质量指数(SQI),通过与冬小麦产量拟合来寻找最优SQI,据此分析土壤质量对秸秆还田、覆膜及氮肥的响应.结果表明,SR处理的SP、FC、SOC、TK、SA、ALP、DHA、MBN和MBC分别较CT显著...     

秸秆还田、地膜覆盖及施氮对冬小麦田N2O和N2排放的影响

为探究不同耕作方式及施氮水平下黄土高原地区旱地冬小麦田N₂O排放规律,运用静态箱-气相色谱法研究了冬小麦田N₂O排放动态.以冬小麦‘小偃22’为材料,采取双因素裂区试验设计,主区为3种耕作模式：常规耕作（CT）、秸秆还田（SM）和平膜覆盖（FM）;副区为3种氮水平处理：不施氮、减氮20%(144 kg·hm^-2)和常规施氮(180 kg·hm^-2).以常规耕作（CT）为对照,探讨不同施氮水平下FM和SM对土壤N₂O排放产生的影响,同时分析环境因子与N₂O排放通量的相关性,并根据经验公式估算N₂排放量.结果表明,各施氮处理的土壤N₂O的排放主要集中在施肥后20 d内,且N₂O排放通量峰值出现在施肥后两周之内.冬小麦田的平均N₂O通量为1.92～22.75μg·（m²·h）^-1,累积排放量为0.10～0.46 kg·hm^...     

不同膜组件应用于重力出水式膜生物反应器的性能比较

通过曝气强度的调节，对2种不同膜组件用于重力出水式膜生物反应器处理生活污水进行可行性研究。结果表明：本重力出水式膜生物反应器的经济曝气强度约为40 m³/(m²·h)。此时对氨氮、COD、浊度的平均去除率分别为：97.8%、90.8%和99.4%。对比膜通量与曝气强度的关系，膜组件A（膜丝材质为聚乙烯，直径0.54 mm，孔径0.4 μm，膜面积为9.0 m²）比膜组件B（膜丝材质为聚偏氟乙烯，直径0.80 mm，孔径0.22 μm，膜面积为12.5 m²）具有更好的经济性，适合于改造为重力出水式膜生物反应器。在线化学清洗方式下，膜组件A可以比膜组件B更快地恢复膜通量。     

垄作对降低黄土高原南部冬小麦田氨挥发风险的影响

为研究黄土高原南部冬小麦田NH₃挥发对垄作的响应,揭示其释放机制及污染风险,于2011—2013年冬小麦生长季,按照随机裂区试验设计布置田间试验,采用通气式田间原位酸吸收方法测定NH₃挥发. 主区为常规栽培及3种垄作,副区为2种施N(氮)处理——未施N(0 kg/hm2,以N计)和施N(180 kg/hm2). 结果表明:不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量在施肥后10 d均达到峰值,在施肥后30 d稳定在较低水平. 垄作单季NH₃累积挥发量(以N计)平均值为5.748 kg/hm2,比常规栽培降低4.9%;施N处理下NH₃累积挥发量平均值为6.512 kg/hm2,比未施N处理提高26.8%. 氮肥NH₃挥发损失率为0.47%~1.38%,其中垄作平均损失率比常规栽培降低60.1%. 不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量与土壤w(NH₄+)、含水量呈正相关;与25 cm深度处土壤温度、pH在冬前(施肥播种至土壤结冰阶段)呈正相关,而在冬后(土壤解冻至小麦收获阶段)则呈负相关. 土壤w(NH₄+)和土壤温度是控制NH₃挥发的两大主要因素. 冬前垄作降低NH₃挥发通量主要是由于垄作集中深施肥会增加NH₃挥发扩散阻力所致. 可见,旱作冬小麦种植区采用垄作可降低NH₃挥发风险.      

垄作覆膜条件下田间氨挥发及影响因素

通过大田试验,采用密闭法研究了垄沟覆膜栽培条件下冬小麦生育期内土壤氨挥发动态过程及相关土壤理化性质.结果表明,生育期内垄沟覆膜处理氨挥发累积量（以N计）为（1.66±0.3）～（3.28±0.51）kg.hm-2,常规栽培为（4.68±0.35）kg.hm-2,垄作栽培比常规栽培减少了29.8%～63.8%,氮肥损失率从常规栽培的1.9%下降到了0.3%～0.8%.小麦生育期内土壤氨挥发速率先升后降,冬前高、冬后低.常规栽培土壤氨挥发主要发生在越冬前,其挥发量占总挥发量的82%;而垄作栽培的越冬前挥发量只占挥发总量的49%～61%.越冬前常规栽培土壤氨挥发速率受土壤铵态氮浓度和土壤含水量的共同影响;而垄作条件下土壤氨挥发主要受土壤铵态氮浓度影响,地表温度和土壤含水量通过土壤铵态氮间接影响氨挥发.返青后2种栽培模式下的氨挥发主要受土壤铵态氮浓度的影响.常规栽培和垄沟覆膜高施氮量条件下土壤氨挥发累积量动态过程符合对数函数;而不施肥和垄沟覆膜低施氮量条件下的动态过程可以用线性函数表示.垄沟覆膜栽培在一定程度上改变了土壤氨挥发机制和过程,显著降低土壤氨挥发和氮肥损失.     

交替灌溉条件下水氮耦合对土壤气态氮排放的影响

通过大田试验,以密闭法与硼酸吸收法收集和测定土壤NH<,3>,挥发量,以密闭法收集和气相色谱法测定土壤N<,2>O释放量.采用二元二次正交旋转组合设计,研究交替灌溉施肥条件下的水氮数量耦合对NH<,3>,挥发,N<'2>O排放及夏玉米产量的影响,并建立相应的数学模型.交替灌溉施肥处理NH<,3>-N挥发量为4.78～1...     

2种典型土壤中外源Ag~+的吸附行为及形态转化研究

采用一次平衡法研究了我国典型土壤——东北黑土和湖南红壤对Ag+的吸附特性及pH对土壤Ag+吸附的影响,并运用连续提取法分析了Ag+在2种土壤中吸附前后赋存形态的变化.结果表明,土壤对Ag+的吸附量随着Ag+溶液初始pH的升高而增加;在Ag+浓度为0～100mg·L-1范围内,东北黑土和湖南红壤对Ag+的吸附量均随着溶液中初始Ag+浓度的增加而增加,当Ag+浓度为0～20mg·L-1时增加明显,20～100mg·L-1趋于平缓.2种土壤的吸附等温线与Langmuir方程均具有良好的拟合性,拟合结果计算出Ag+在东北黑土和湖南红壤中的最大吸附量分别为250mg·kg-1和88.5mg·kg-1,表明东北黑土的吸附能力大于湖南红壤.东北黑土和湖南红壤的吸附动力学特征相似,吸附速率很快,均能在30min内达到吸附平衡,但东北黑土在0～30min内的吸附速率明显大于湖南红壤.形态分析结果表明,吸附后湖南红壤中离子交换态和残渣态的含量都增加迅速,而东北黑土中有机金属络合态、离子交换态、碳酸盐结合态和残渣态的含量增加明显.     

镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。