生物炭对农药降解产物三氯吡啶醇在土壤中迁移的影响研究

研究针对大孔隙发育的紫色土坡耕地区域易于迁移的广谱杀虫剂毒死蜱和除草剂绿草定的主要降解产物3,5,6-三氯-2-吡啶醇(3,5,6-trichloro-2-pyridinol,TCP)的快速迁移和对水体的高污染风险问题,探索向土壤中施加生物炭降低TCP迁移的有效方法并分析其作用机制。研究基于生物炭施加比例为0、1%和2%的土壤样品,通过等温吸附试验分析生物炭施加对土壤吸附能力的改变,通过CT扫描和三维结构重建探讨生物炭施加对土壤孔隙结构的影响,应用示踪剂Br-和TCP的穿透曲线分析生物炭施加对TCP迁移的有效防治程度,最后基于对流-扩散机理的两区模型模拟TCP迁移的物理、化学过程并反演相关参数,从而揭示生物炭对TCP迁移的影响机制。结果表明生物炭施加后,土壤的大孔隙度降低、土壤可动水体积分数和水动力扩散系数减小,继而延迟污染物进入水体时间;同时土壤对TCP的吸附能力提高,并降低土壤出流液中的TCP浓度。研究结果将为农业面源污染的防治提供技术支持。     

秸秆还田与水分管理对稻田土壤微生物量碳、氮及溶解性有机碳、氮的影响

采用田间小区试验,于2011年晚稻季在湖南省长沙县金井镇研究水分管理方式(间歇灌溉和长期淹水)和秸秆还田量(无秸秆还田,低量秸秆还田和高量秸秆还田)对稻田土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮含量的影响。结果表明,在长期淹水的条件下,高量秸秆还田较无秸秆还田可提高土壤微生物量碳、氮和土壤可溶性有机碳、氮的含量;间歇灌溉条件下,低量秸秆还田较高量秸秆还田可提高土壤微生物量碳、氮和土壤可溶性有机碳、氮的含量。无秸秆还田条件下,间歇灌溉处理比长期淹水处理土壤微生物量碳、氮和可溶性有机氮含量高,可溶性有机碳含量低;高量秸秆还田下,长期淹水处理比间歇灌溉处理土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮含量高。不同水分管理方式对不同秸秆还田量下稻田土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮含量影响不同。     

毒死蜱有毒代谢物3,5,6-TCP在土壤中的吸附-解吸研究

应用OECD106批平衡方法,研究了毒死蜱的有毒代谢物3,5,6-TCP在6种典型土壤中的吸附-解吸行为。结果表明：Elovich方程、双常数方程和抛物线扩散方程能较好地拟合3,5,6-TCP在第四纪红土、黑土、黄壤和褐土中的吸附动力学过程,而对紫色土和潮沙土的拟合度较低（拟合相关系数小于0.85）;应用Freundlich方程和线性方程拟合第四纪红土、黑土、黄壤和褐土的经验常数nfads均小于1（非线性吸附）,而紫色土和潮沙土的nfads值则接近于1（线性吸附）;3,5,6-TCP在6种土壤中解吸的滞后系数H值均大于1,即解吸速率大于吸附速率。6种土壤对3,5,6-TCP的吸附常数Kfads从1.37-6.74μg1-n·fmLn·fg^-1,吸附系数Kd值从0.50-1.30mL·g^-1,其中第四纪红土和黑土对其吸持力较强（Kd〉1）,因而更应注意环境安全;其他4种土壤的Kd值则均小于1,淋溶风险较大。     

不同类型耕地紫色土中3,5,6-三氯-2-吡啶醇迁移试验与模拟

3,5,6-三氯-2-吡啶醇(TCP)的化学结构稳定、水溶性高、运移能力强,对水体具有潜在的污染风险。在有机质含量低、大孔隙度高、导水性好的紫色土地区,风险更加显著。为研究TCP在紫色中的迁移规律,该研究依据紫色土的典型耕作类型,在中国科学院盐亭国家紫色土农业生态试验站采集3组土样(小麦-玉米轮作的坡地、水稻-油菜轮作的水旱农田和萝卜-白菜套种的菜地),通过批量平衡法研究紫色土对TCP的吸附特征,并采用稳定流场饱和均质土柱的易混合置换试验研究TCP的动态迁移过程,最后对其迁移动态进行模拟。结果表明:紫色土对TCP的吸附特征呈线性,在坡地、水旱农田和菜地中的吸附系数分别为1.94、1.22和1.02 L/kg,且黏土含量和矿物组成是主要影响因子;TCP的出流平衡浓度分别为初始浓度的77%(坡地)、84%(水旱农田)和92%(菜地),相应的平衡时刻分别为2.88PV、4PV和6.5PV,表明TCP对环境的污染风险较高;用非平衡两点对流弥散模型模拟TCP在3种耕作条件下迁移,表明TCP以瞬时吸附为主,其水动力弥散系数和分形系数在坡地、水旱农田和菜地中依次减小,但一阶动力学常数依次增大。研究结果为探索TCP在紫色土壤中的迁移机制和预测防止TCP对环境的污染提供了参考依据。     

毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP在土壤中的降解特征及影响因素

应用土壤培养实验,考察了毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP在5种土壤中的降解过程,并应用CV变异系数评价影响毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP在土壤中降解的因素,结果表明:(1)应用二级动力学方程能更好拟合毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP在5种土壤中的降解过程;(2)土壤自身物理属性对毒死蜱及其主要代谢物3,5,6-TCP降解过程具有主要影响作用,其次是温度和化合物的浓度;(3)毒死蜱在5种土壤中的降解半衰期平均值为14.71～19.37 d,3,5,6-TCP与其母体毒死蜱相比,半衰期较长,在5种土壤中的降解半衰期平均值为29.56~73.72 d;(4)毒死蜱在5种土壤上的平均半衰期DT50为红壤(19.37 d)>黑土(19.23 d)>石灰岩土(16.35 d)>潮土(14.79 d)>紫色土(14.71 d),而3,5,6-TCP在5种土壤上的平均半衰期DT50为紫色土(73.72 d)>潮土(54.84 d)>黑土(37.19 d)>红壤(36.03 d)>石灰岩土(29.56 d)。     

污水灌溉对稻田土壤氮磷淋失动态变化的影响

通过模拟稻田灌溉大型淋洗柱试验,在污染河水灌溉条件下对太湖地区水稻生长季两种主要类型的稻田土壤--黄泥土和乌珊土的氮磷淋洗特征进行了研究.结果表明,在灌溉淹水初期,不同形态氮素的淋失量均比较高,并达到峰值,以后淋失量逐渐降低,说明淹水初期淋失的氮素不是来源于灌溉河水,而是主要来自土壤氮.到淹水后期,NO3--N和NH4 -N淋失量接近零值,但仍能观测到可溶性有机氮淋失现象,这表明可溶性有机氮是污水灌溉稻田土壤主要的氮素淋失形态.而磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,在灌溉淹水后很长一段时间内均观测不到土壤磷素淋失,但在淹水灌溉的淹水后期,发现土壤磷素有淋溶损失现象,这可能是利用富营养化的河水长期淹水后,土壤对磷的吸持已达到饱和状态,土壤不能继续固持多余的磷素所致.     

稻田土壤氮素矿化的几种方法比较

结合盆栽实验,对稻田土壤氮素矿化的几种方法进行了比较,结果表明:KC I煮沸法和碱解氮法是很好的测试土壤供氮能力的方法,淹水培养法矿化氮量与植物全氮含量相关性不高;而采用淹水培养间歇淋洗法和淹水密闭连续培养法对稻田土壤进行土壤氮素矿化的淋溶试验,结果表明:淋洗有利于土壤氮素的矿化过程。     

聚丙烯酰胺与几种强化剂联合作用对土壤氮素吸附-解吸和迁移释放的影响

通过等温吸附-解吸试验和模拟淹水试验,研究了聚丙烯酰胺(PAM)与几种强化剂协同作用对紫色土氮素的吸附-解吸和向水体迁移释放的影响.结果表明,PAM(CK1)可以有效提高土壤对铵氮的吸附容量,而PAM与强化剂联合施用可以进一步提高其吸附能力,除配施石灰处理外,配施强化剂处理其最大吸附量较单施PAM处理(CK1)增加37.5%～83.3%,差异均达显著水平(P<0.05).同时联合施用还提高吸持强度,降低解吸率,弥补单施PAM后土壤铵氮吸持强度下降的缺陷;经PAM和强化剂处理可以抑制土壤氨氮向硝态氮转化的速率,其中以PAM+柠檬酸的抑制效果最为明显,可使水体中的硝态氮浓度始终保持在较低的水平(0.11～2.10 μg/ml),同时与柠檬酸配合处理对水体TN的释放也有很好地抑制作用.     

稻草还田下非稻季持续淹水对稻季CH_4和CO_2排放的影响

稻草还田和非稻季持续淹水是我国最重要的稻田管理方式之一,此种管理方式下稻田碳排放并不清楚。本研究以江汉平原中稻-冬闲制度为对象,探讨稻草还田耦合非稻季持续淹水对稻季碳排放的影响,为准确评估稻田温室气体排放提供数据支撑和理论支持。结果表明,在稻草秸秆全量覆盖还田下,非稻季自然排水比持续淹水显著降低稻季CH_4累积排放量,稻季第一次排水晒田之前CH_4排放占总排放量的80%以上;非稻季持续淹水使稻季CO_2累积排放量比自然排水稍有降低,CO_2排放主要集中在第一次排水晒田之后,占总排放量的60%左右。非稻季淹水降低稻季土壤NO_3~--N、NH_4~+-N和DOC浓度以及10 cm土层土壤Eh值,但使乙酸浓度升高,这可能是稻草还田耦合非稻季淹水导致CH_4排放量增加的主要原因。     

控制灌溉模式对稻田土壤-植物系统镉和铬累积的影响

为了揭示不同灌溉模式Cd、Cr灌溉输入量差异及对Cd、Cr在稻田土植系统总累积的影响,基于田间试验开展了不同灌溉模式稻田土-植系统Cd、Cr含量观测。结果表明,控制灌溉与淹水灌溉相比在水稻全生育期可分别减少Cd、Cr灌溉输入量60.8%和59.8%。灌溉模式的改变显著影响了重金属Cd、Cr在植株地上部分的累积。与淹水灌溉相比,控制灌溉植株地上部分Cd、Cr累积量分别增加了29.5%和5.4%。植株吸收的Cd、Cr大部分储存在根部,只有少量向地上部分迁移,控灌植株根部Cd、Cr吸收富集系数大于淹灌处理。控制灌溉增强了Cd、Cr向水稻植株的迁移能力,以及Cd、Cr向地上部分迁移。因此控制灌溉减少了稻田重金属Cd、Cr的输入风险和土壤累积风险,但会导致水稻植株吸收Cd的增加,需要有针对性地进一步开展相关修复和防治研究。     

水分管理和施用石灰对水稻镉吸收与运移的影响

通过田间试验,研究了间歇灌溉和全生育期淹水2种水分管理结合水稻分蘖期施用石灰对不同水稻生育期的土壤和水稻各组织中Cd分布与运移的影响。研究结果表明,全生育淹水和施用石灰均能升高土壤p H值,降低土壤中有效态Cd含量;施用石灰能降低土壤中酸可提取态Cd所占比例而残渣态所占比例增加。在全生育期淹水条件下施用石灰有利于改善土壤性状并提高土壤中Fe质量百分含量。与不施用石灰相比,在间歇灌溉条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.86 mg/kg降低到0.56 mg/kg,而在全生育期淹水条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.77 mg/kg降低到0.34 mg/kg;无论间歇灌溉还是全淹水处理条件下,施用石灰均增加了水稻总生物量。施用石灰后,在灌浆期,水稻茎叶中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在成熟期,根和稻米中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在全生育期淹水条件下,成熟期水稻根到茎叶转运系数和茎叶到米中转运系数均显著降低(P0.05)。水稻糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量、水稻地上部Cd累积量呈显著正相关,与土壤p H值呈显著负相关。上述研究结果表明,施用石灰能够显著降低稻田土壤中Cd的生物有效性;采用全生育期淹水结合在分蘖期施用石灰是降低稻米中Cd含量有效措施且不会导致水稻减产。     

不同水分管理模式下坡缕石修复稻田土壤镉污染效果

  目的  探究在合理的水分管理模式下提高坡缕石钝化稻田土壤镉的效率,及坡缕石施加对土壤理化性质、环境质量和水稻抗氧化胁迫的影响。  方法  采用盆栽试验方法,试验设置长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉3种水分管理措施,每一水分管理模式下设0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5% 6个坡缕石施加浓度,共18个处理,通过测定土壤pH、zeta电位、有效态镉、稻米生物量、稻米镉含量、土壤酶和叶抗氧化酶活性,分析不同水分管理措施与坡缕石用量组合修复镉污染的效果。  结果  长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉下,坡缕石处理土壤pH分别增加0.49 ~ 1.24、0.49 ~ 1.47和0.42 ~ 1.64个单位,0.025 mol L?1 HCl提取态镉含量分别下降15.4% ~ 46.2%,11.5% ~ 39.7%和11.4% ~ 32.4%,毒性浸出法提取态镉最大降幅分别为47.4%、42.4%和40.2%（P < 0.05）。未施加坡缕石条件下,与传统灌溉比,长期淹水、湿润灌溉的稻米生物量降低11.2%和19.3%（P < 0.05）。3种水分管理模式下,坡缕石处理的稻米镉含量分别下降21.9% ~ 75.0%,17.8% ~ 70.2%和17.4% ~ 66.5%,土壤磷酸酶活性最大增幅分别为40.0%、57.1%和40.9%,叶超氧化物歧化酶活性最大增幅分别为33.9%、50.2%和37.4%（P < 0.05）。  结论  长期淹水下坡缕石钝化土壤镉的效率最高,1.0%坡缕石施加使稻米镉含量降至我国食品污染物含量限量标准0.20 mg kg?1（GB 2762—2012）以下,长期淹水联合坡缕石施加组合为镉污染稻田土壤修复技术。     

水分状况对水田土壤N2O排放的影响

通过室内培养试验,研究了不同水分含量下水稻土的Ｎ２Ｏ排放,结果表明,在水分含量相当于田间持水量时,土壤具有最大的Ｎ２Ｏ排放速率,当水分含量在田间持水量之上时,反硝化作用是Ｎ２Ｏ的主要来源。水分含量在田间持水量之下时,尽管硝倾作用强烈,但Ｎ２Ｏ排放量较小。通过温室盆栽试验研究了不同水分管理措施下,水稻土Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放,同常规水分管理方式相比,长期淹水显著增加ＣＨ４的排放而减少了Ｎ２Ｏ的排放。相反,湿润灌溉的处理在整个水稻生长期内没有明显的ＣＨ４排放,但其Ｎ２Ｏ排放对水分状况敏感,出现数次峰值,从而总排放量远高于其它两处理。     

Effect of cultivation on physical and chemical properties of a Vertisol in middle Awash Valley,Ethiopia

Abstract

An investigation was conducted to study physical and chemical change at two adjacent soil sites, one used for irrigated cotton since 1972 (cultivated) and the other for traditional grazing and browsing (uncultivated). The soil at each site, a clayey Vertisol was described and sampled for physical and chemical analyses. The result showed that the surface layer of the uncultivated soil was denser and more compact than that of the cultivated soil. Soil porosity and moisture build‐up were lower in the uncultivated than in the cultivated soil. Due to percolation of irrigation water and leaching of soluble salts, salinity, concentration of soluble cations, anions, and exchangeable cations were slightly higher at the lower soil depths in the cultivated than in the uncultivated soil. The exchangeable sodium percentage (ESP) also followed the same trend. Correlation coefficient between the values of electrical conductivity, soluble and exchangeable cations, sodium adsorption ratio (SAR), and ESP were more significant for the cultivated than for the uncultivated soil. Cultivation has reduced organic matter levels by 15%.     

干湿交替灌溉下水氮耦合对沸石处理稻田产量和水氮利用的影响

为了明确斜发沸石在干湿交替稻田中的应用潜力,运用离心机法测定不同斜发沸石处理下稻田土壤水分特征曲线,分析了斜发沸石对土壤持水性能的影响;运用自动遮雨棚蒸渗仪进行了灌溉-施氮-沸石的综合水稻栽培试验,明确了斜发沸石和氮肥对干湿交替稻田阳离子交换量、产量、水氮利用率及稻米蛋白质含量的影响及机理。结果表明:稻田土壤基质势在-35~0 k Pa范围内,增施斜发沸石可明显提高土壤持水性能,改善土壤水分状况,在持续淹灌和干湿交替灌溉条件下均能提高水分生产率,且后者更为明显;增施斜发沸石可增强土壤阳离子交换量,从而提高保肥能力和氮肥利用率,尤其是10~15 t/hm2的斜发沸石同105 kg/hm2的氮肥混施可显著提高氮肥农艺利用率和稻米蛋白质含量;增施斜发沸石可增产4.7%~16.8%,且可优化水肥耦合,避免在高氮水平下干湿交替灌溉增产效果低于持续淹灌的现象。与常规施氮的淹灌稻田相比,干湿交替灌溉稻田施用10 t/hm2斜发沸石和105 kg/hm2的氮肥,可减少27.8%的耗水量和33.3%的施氮量,增产10.6%,进而显著提高氮肥利用效率(89.2%)和水分生产率(52.5%),且这些正效应至少可持续2年。     

内蒙古河套灌区荒地水盐运移规律模拟

该文以内蒙古河套灌区为背景展开荒地水盐运移规律研究。在田间试验基础上,分析荒地土壤水盐的运移机理,利用HYDRUS-1D模型对荒地土壤水盐的迁移规律进行了模拟。荒地做为灌区盐分的贮存地,成为灌区水盐平衡的重要调节因素,荒地水盐动态研究对于干旱灌区具有重要意义。结果表明,强蒸发是荒地水盐运移的原动力,5 cm土层EC值上升了66.10%,20 cm土层EC值上升了63.89%。荒地在作物生育期是积盐的过程,在秋浇期是流失盐分的过程。经检验,HYDRUS－1D模型对盐渍化地区荒地水盐在垂直方向运移的模拟具有较高的精度,为区域水盐管理和灌区的可持续发展提供科学依据。     

水分调控和钝化剂处理对水稻土镉的钝化效应及其机理

采用盆栽试验,研究了水分管理和钝化剂处理对红壤性水稻土重金属镉的钝化效应及其作用机理。结果表明,在土壤镉含量为0．75mg·kg。下,添加海泡石复配磷肥可以显著提高土壤pH值,长期淹水、常规管理水分条件下,土壤交换态cd分别降低了20．4％和15．7％,碳酸盐结合态cd分别下降了15．5％和14．1％,糙米cd分别降低了52．3％和46．O％。未添加钝化剂条件下,长期淹水处理的根表Fe（Ⅱ）含量比常规处理增加了1．2倍,根表cd含量则是常规处理的82．6％。土壤经钝化处理后,长期淹水和常规管理水分条件下,根表Fe（Ⅱ）分别增加了40．1％和70．0％,而根表cd分别降低了35．3％和42．4％。糙米cd含量与根表Fe（Ⅱ）含量呈显著负相关,与根表cd含量呈显著正相关。土壤Fe“和cd“对水稻根表吸附点位的竞争以及土壤镉较低的生物有效性是钝化处理组糙米镉含量下降的主要原因。     

华中丘陵红壤的水分问题 Ⅱ.旱地红壤的水分状况

本文研究表明,与荒地红壤相比,旱地红壤表土的物理性质已有明显不同,土壤容重和土壤阻力较低,而土壤孔隙度较高。但心土和底土层的物理性质仍类似荒地红壤,然而,这些土层中高水势段的释水性却比荒地红壤相应土层中的更低。年内不同时期内的贮水量,旱地红壤比地红壤高,因而伏秋旱期间土体中出现代于萎蔫含水量值的时间较迟,干旱深度较浅。     

Evaluation of palygorskite for remediation of Cd-polluted soil with different water conditions

Purpose

The study aimed at comparing the effects of different water managements on soil Cd immobilization using palygorskite, which was significant for the selection of reasonable water condition.

Materials and methods

Field experiment was taken to discuss the in situ remediation effects of palygorskite on Cd-polluted paddy soils, under different water managements, using a series of variables, including pH and extractable Cd in soils, plant Cd, enzyme activity, and microorganism number in soils.

Results and discussion

In control group, the pH in continuous flooding was the highest under three water conditions, and compared to conventional irrigation, continuous flooding reduced brown rice Cd by 37.9%, and brown rice Cd in wetting irrigation increased by 31.0%. In palygorskite treated soils, at concentrations of 5, 10, and 15 g kg^?1, brown rice Cd reduced by 16.7, 44.4, and 55.6%; 13.8, 34.5, and 44.8%; and 13.1, 36.8, and 47.3% under continuous flooding, conventional irrigation, and wetting irrigation (p < 0.05), respectively. The enzyme activity and microbial number increased after applying palygorskite to paddy soils.

Conclusions

Continuous flooding was a good candidate as water management for soil Cd stabilization using palygorskite. Rise in soil enzyme activity and microbial number proved that ecological function regained after palygorskite application.