四种草本植物对城市非点源模拟雨水中镉的去除效果研究

采用盆栽实验,研究人工模拟雨水中镉污染物在四种草本植物中的富集及去除效果。本实验同时设定两种情景,即不同入口浓度和不同土壤介质情况下,分析测定了植物地上部分与地下部分镉含量及镉的去除率。结果表明:四种草本植物对人工模拟雨水中镉均有较好的去除效果,镉的平均去除率在89.76%~96.64%之间。四种草本植物对人工模拟雨水中镉污染物的去除能力为:早熟禾高羊茅地毯草黑麦草。四种草本植物对于不同浓度的人工模拟雨水中镉的去除率也不相同。当人工模拟雨水中镉的浓度为0.2mg/L时去除率较高并且去除效果稳定,当浓度为0.02mg/L时,去除率变化幅度大,去除效果相对低。对于同一种草本植物相同的入口浓度情况下,沙土Ⅰ为最佳土壤介质,具有较好的去除镉的能力。四种草本植物地上部分与地下部分的镉含量比值均小于1。四种草本植物对镉的总累积量最大的是黑麦草,36.46μg,最小的是地毯草,21.95μg。实验结果表明,植物体内累积的镉的含量与植物生物量呈正相关关系。该研究对于植物滞留系统结构优化具有一定的理论指导意义。     

不同施氮量和施氮方式下田间氨挥发损失及其影响因素

为明确干旱、半干旱区农田氨挥发损失规律及其影响因素,采用通气法研究黄淮海平原地区河南封丘国家农业生态实验站冬小麦季不同施氮量与不同施氮方式下基、追肥施用后的土壤氨挥发损失情况,同时测定了表层土壤(0~5 cm)的NH+4-N浓度、pH值和温度等氨挥发影响因素的动态变化。结果表明:肥料氮素的氨挥发损失主要发生在施肥后的1周内。不同施氮方式下土壤氨挥发速率、氨挥发累积量及其占施氮量的比率均随施氮量的增大而增大。氮肥在土壤中的深度对氨挥发有显著影响,基肥时期除150 kg/hm2施N量外,氨挥发累积量沟施法明显大于传统施氮法;追肥期不同施氮量均为传统施氮法大于沟施法。传统施氮法在整个冬小麦季节氨挥发损失累积量占施N量的4.78%~6.72%,沟施法为4.31%~11.24%。相关分析显示,施肥后表层土壤NH+4-N浓度与氨挥发速率呈正相关关系,而pH值则与其呈负相关关系。另外,气温、降雨气候条件对氨挥发速率也有一定程度的影响。     

大气CO2浓度升高与氮肥营养对滴灌棉田“棉花-土壤”系统氮分布的影响

通过半开顶式CO2人工气候室,研究了CO2浓度升高（360、540μmol·mol－1和720μmol·mol－1）与不同氮肥营养（0、150、300 kg·hm－2和450 kg·hm－2）相互作用对蕾铃期棉花－土壤氮含量变化及棉花氮素吸收的影响,结果显示：大气CO2浓度增加,高氮肥处理下棉花叶片、蕾铃中氮含量显著降低,茎秆、根系中氮含量增加,棉花整株氮含量表现为下降;相同的CO2浓度下,随着氮素营养的增加棉花各器官氮积累量呈增加趋势,其中蕾铃、叶片氮积累量较高,茎秆、根系氮积累量相对较少,说明CO2浓度增加与增施氮肥促进了土壤氮素向植株叶片和生殖器官运输。通过对土壤无机氮含量的测定分析,CO2浓度升高为540μmol·mol－1,各施氮水平下棉田土壤NO3－-N含量显著降低,NH4＋-N含量在低氮水平下有少量增加,在高氮水平下表现为降低;CO2浓度升高为720μmol·mol－1,土壤NO3－-N含量表现为降低,NH4＋-N含量呈增加趋势。研究表明：大气CO2浓度增加且浓度范围在500～720μmol·mol－1,增加氮肥施用量可有效促进棉花对氮素养分尤其是NO3－-N的吸收利用。     

3种植物单根对土体残余抗剪强度影响的研究

课题组采用四联电动直剪仪对3种沙生植物重塑的根-土复合体及素土进行了直接剪切试验,研究其单根对提高土体残余抗剪强度的影响以及不同孔隙水承压条件下根-土复合体的残余抗剪强度变化.结果表明:浅层土压力下3种植物根-土复合体残余抗剪强度均大于素土,且柠条根系固土效果优于沙棘和白沙蒿;不同含水量梯度下,复合体存在最优含水量,该含水量条件下,根-土复合体强度达到最大值;模拟降雨条件下复合体各残余强度指标均大于非降雨条件下的指标,表现为模拟降雨条件下,3种植物复合体残余粘聚力增长率排序为柠条＞白沙蒿＞沙棘,模拟非降雨条件下排序为柠条＞沙棘＞白沙蒿.上述研究定量分析了3种植物根-土复合材料的力学特性,为水土保持树种的选择提供了理论依据,具有一定的应用价值.     

有机硅表面活性剂和黄原胶对多菌灵和三唑酮在小麦叶片上耐雨水冲刷能力的影响

为明确有机硅表面活性剂和黄原胶对杀菌剂在靶标作物上行为的影响,采用高效液相色谱分析法,在无降水和模拟降水条件下研究比较了有机硅表面活性剂和黄原胶对多菌灵和三唑酮在小麦叶片上的沉积量和耐雨水冲刷能力,并通过田间小区试验,研究了这两种助剂对多菌灵和三唑酮防治小麦赤霉病效果的影响。结果表明：加入有机硅表面活性剂聚醚聚酯有机硅2230或黄原胶均可提高多菌灵和三唑酮在小麦植株上的沉积量,聚醚聚酯有机硅2230浓度为1.0 mL/L时两种杀菌剂在叶片中的沉积量最高,而黄原胶的最佳用量为20 mg/L。在模拟降雨条件下,加入黄原胶或聚醚聚酯有机硅2230可增强多菌灵和三唑酮耐雨水冲刷能力,提高防治小麦赤霉病的效果。模拟降水2 h,黄原胶浓度为10 mg/L时,多菌灵和三唑酮的淋失率分别从74.26%和81.57%降低到16.0%和28.25%,对小麦赤霉病的防治效果从29.68%和26.39%提高到63.45%和60.98%;添加聚醚聚酯有机硅2230浓度为1 mL/L时,多菌灵和三唑酮的淋失率分别为49.38%和54.67%,防治效果达52.77%和47.83%;但模拟降水6 h时,即使添加助剂多菌灵和三唑酮对小麦赤霉病的防效也较低。     

残茬和秸秆覆盖对黄土坡耕地水土流失的影响

通过田间试验与实验室模拟降雨试验，研究了残茬和秸杆覆盖对黄土坡耕地水土流失的影响。结果表明：坡耕地覆盖具有保水保土、减少土壤侵蚀的效果，而且随着覆盖量与覆盖年限的增加，效果更明显；在雨强为80、100mm/h模拟降雨条件下，与不覆盖相比，泥沙侵蚀率分别减少了97.8％与98.8％，溅蚀几乎没有，降雨入渗增加2.12倍和1.87倍，同时大幅度降低了侵蚀沉淀中氮和钾的浓度及土壤氮、钾总流失量。与基础土壤比较，侵蚀沉淀中氮钾具有养分富集作用。     

黄土高原沟壑区坡耕地土壤入渗规律研究

通过野外人工模拟降雨试验 ,分析了 3种入渗公式中经验参数在坡耕地不同耕作措施、不同坡度及不同降雨条件下的变化规律 ,探讨了坡度、土壤初始含水率、降雨强度、不同耕作措施对土壤入渗的影响     

五台山两种林分不同层次对氮的截留效应初探

在氮(N)沉降不断增加和气候变化的背景下,为研究五台山典型亚高山林分各层次对N的截留效应,在五台山选择两种林分:华北落叶松林(HL)和云杉×华北落叶松混交林(YH),于2016年5月至9月,采集大气降雨、林内雨、枯落物渗滤液、地表径流,检验水体pH和TN、NH_4~+、NO_3~-浓度。结果表明:五台山降雨呈弱酸性(pH 6.89),HL林冠层及土壤层对水体pH缓冲效果优于YH。HL林冠层截留了降雨中TN、NH_4~+,YH林冠层则释放了TN、NH_4~+、NO_3~-。HL枯落物层截留了NO_3~-,YH枯落物层则拦截了NH_4~+。HL和YH土壤层都拦截TN、NH_4~+、NO_3~-,但HL林内雨、枯落物渗滤液和地表径流中TN、NH_4~+、NO_3~-浓度全部低于YH。因此,HL对水体中N的截留能力优于YH,且土壤层是改善水质的主要层次。     

黄土坡面产流动态变化过程实验模拟

采用模拟降雨试验方法对黄土坡面产流动态变化过程进行研究，取得了如下结果：（1）不同雨强条件下，坡面径漉率随降雨过程的动态变化可用对数相关方程描述，5-10min之间径流率随降雨过程的变化幅度较大，以后变缓，并趋于基本稳定状态；（2）不同坡度条件下，坡面径流深随降雨强度的动态变化可用线性相关方程进行描述，坡面径流深随降雨强度的增加而急剧增大；（3）不同雨强条件下，坡面径流深随坡度的动态变化总体可用抛物线相关方程进行描述，25’左右是径流深随坡度变化的转折点；（4）不同雨强条件下，坡面径流深随坡长的动态变化可用对数相关方程进行描述，随着雨强的增加，径流深随坡长的增加明显增大；（5）坡面径流深随坡度、坡长及降雨强度的动态变化可用多元幂函数相关方程进行描述，降雨强度对径流深的作用大干坡度及坡长因子。     

局部根区水氮耦合对玉米幼苗养分吸收利用的影响

研究局部根区水分胁迫下不同氮形态与供应部位对玉米幼苗养分吸收利用的影响。氮设三种形态(50%NO3--N+50%NH4+-N;NO3--N;NH4+-N)。采用分根培养的方法,用聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫。PEG和氮只加入到分根装置的一侧根室,形成局部根区水分胁迫下水氮同区、水氮异区六个处理。收获时测玉米幼苗植株生物量和各养分浓度。结果表明,水氮同区比水氮异区更利于玉米幼苗生长,氮、磷、钾、钙、镁、铁总含量和增量都高于相应氮形态的水氮异区处理。不同氮形态相比,混合氮有利于促进玉米幼苗生长和增强氮的吸收能力;相对于铵态氮,硝态氮促进了钾、钙、镁、铁总量和增量的增加;养分利用效率基本上与其地上部分该养分浓度的高低呈负相关。     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

黄土坡面不同土地利用下的降雨入渗模拟与数值计算

本文基于修正的Green-Ampt方程,给出了改进的Green-Ampt模型在黄土坡面变雨强条件下入渗过程方程与数值求解的算法,结合黄土高原纸坊沟小流域实测土壤数据,借助计算教学和计算机编程,建立了变雨强降雨入渗过程软件系统,从软件系统运行结果中分析了坡耕地、草地和林地的入渗量和入渗率变化情况,以及土壤初始含水率和饱和导水率对草地和林地入渗的影响.结果表明:相同降雨情况下,林地入渗量是草地的2倍,是农地的3倍;不同土地利用下土壤入渗率变化与入渗量类同;草地入渗率对土壤初始含水率变化比较敏感,林地入渗率对土壤饱和导水率变化比较敏感.     

利用膜生物反应器处理农药废水的研究

采用一体式膜生物反应器工艺,以农药生产废水为处理对象,研究了pH值、营养和进水化学需氧量(CODCr)对膜生物反应器处理效果的影响。结果表明,膜生物反应器对农药废水中的CODCr、农药、浊度和臭等有很好的去除效果,其对污染物的去除率受pH及进水CODCr影响较大,最佳pH为8.0,最佳进水CODCr为1 500 mg/L。营养盐的添加对污染物去除率影响不大,在低浓度时有一定的促进作用。在最佳操作条件下,膜生物反应器对农药生产废水中的CODCr、农药总含量、乙草胺、异丙甲草胺、丁草胺、丙草胺和浊度的去除率分别为81.9%、94.9%、94.0%、88.6%、99.7%、97.5%和100%。     

黄土丘陵区多次降雨补充下草灌地土壤水分空间变化规律

利用黄土丘陵区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据,研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式(原状地、刈割地、翻耕地)下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明:(1)在5次降雨补充下,依据土壤水分的标准差和变异系数,0~100 cm土壤水分受土地经营方式影响表现为:原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;刈割地全剖面为相对稳定层,翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。(2)单次降雨事件则随降雨量增加,各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失,次活跃层变厚,而相对稳定层变薄,整个土壤剖面水分变化趋于一致。(3)对于受高强度降雨补充后的土壤水分变异性分层,建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准:活跃层,标准差大于1.4%,变异系数大于12%;次活跃层,标准差1.4%~0.9%,变异系数12%~8%;相对稳定层,标准差小于0.9%,变异系数小于8%。(4)坡度越小土壤水分含量越高,坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著,且对50~100 cm土层水分影响远大于对表层0~50cm的影响。总之,降雨后土壤水分0~100 cm土层不断增加,且剖面土壤水分逐渐一致,土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

内蒙古黄土高原区降水规律与集雨利用潜力分析

在黄土高原干旱少雨,地下水埋深较深的地区,通过建立水窖集雨供人畜饮用和作物补充灌溉具有重要意义。本研究利用沙圪堵镇的准格尔旗气象站1959—2000年气象资料,进行降水规律分析。结果表明,位于内蒙古黄土高原区的准格尔旗年均降水量为392.1mm,最大年降水量为635.5mm,最小降水量仅为142.5mm。年降水量在500mm以上的保证率为19%,接近五年一遇,年降水量400mm以上的保证率为44%,可基本上满足短季耐旱作物的生长之需;降水量在300mm之下的频率为21%,不能满足作物生长对水分的需求。有1/3的年份年降水量300—400mm之间,作物生长所需水分亏缺的部分,需要适当补灌。由于4—5月作物播种和苗期降水量少,存在生长障碍,如能在前一年集雨次年春天补充灌溉将有利于全苗和增产。对于10mm以上的降水,保证率80%以上的降水量仅为135mm,保证率60%的降水量为200mm。中雨雨量为达到300mm的保证率只有30%。对于大雨过程,总降水量200mm只有15%的可能性,100mm以上的保证率为60%。如果降水10mm以上才能集到雨水,100m2的集雨面,只有60%的年份产水量大于20方。不同集雨面的集流效益不同,在建立集雨水窖时,要根据水窖体积和集雨面材料的集流效率,合理确定集雨面,保证80%以上的年份达到满意的集雨效果。另外,根据降水规律可利用自然地面进行田间集雨,利用土壤库容保存降水供作物生产之用。     

吡虫啉和毒死蜱对尿素氮在土壤中转化的影响

为了考察杀虫剂施用对尿素态氮在土壤中转化过程的影响,采用室内培养法,通过测定土壤铵态氮和硝态氮质量分数以及反硝化损失的动态变化,研究了在施用尿素的土壤（有效氮含量为200 mg/kg）中分别添加不同剂量的吡虫啉和毒死蜱2种杀虫剂时,杀虫剂对尿素的水解、土壤氮的硝化及反硝化过程的影响。结果表明:吡虫啉和毒死蜱各剂量处理在第3天时对尿素水解具有显著的促进作用（PPPPP<0.01）,减少反硝化损失量39.69%。     

鄂尔多斯苏里格南区块浅层地下水水化学分布特征及污染源分析

利用2008年8月所采集的29件浅层地下水样品的水质资料分析了鄂尔多斯盆地苏里格南区块浅层地下水的水化学空间分布特征及地下水污染源,结果表明:苏里格南区块浅层地下水中总溶解固体(TDS)含量较低,且基本上未受到有机物污染,但存在大肠菌群、亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮以及金属锰、铁超标的现象;浅层地下水中大肠菌群的主要污染源为生活污水、生活垃圾及人蓄粪便,而地下水中"三氮"的污染源主要为农药化肥及人蓄粪便;浅层地下水中铁、锰超标的主要原因是该地区土壤中铁、锰的本底值较高。     

Mulching mode and planting density affect canopy interception loss of rainfall and water use efficiency of dryland maize on the Loess Plateau of China

High and efficient use of limited rainwater resources is of crucial importance for the crop production in arid and semi-arid areas. To investigate the effects of different soil and crop management practices(i.e., mulching mode treatments: flat cultivation with non-mulching, flat cultivation with straw mulching, plastic-covered ridge with bare furrow and plastic-covered ridge with straw-covered furrow; and planting density treatments: low planting density of 45,000 plants/hm~2, medium planting density of 67,500 plants/hm~2 and high planting density of 90,000 plants/hm~2) on rainfall partitioning by dryland maize canopy, especially the resulted net rainfall input beneath the maize canopy, we measured the gross rainfall, throughfall and stemflow at different growth stages of dryland maize in 2015 and 2016 on the Loess Plateau of China. The canopy interception loss was estimated by the water balance method. Soil water storage, leaf area index, grain yield(as well as it components) and water use efficiency of dryland maize were measured or calculated. Results showed that the cumulative throughfall, cumulative stemflow and cumulative canopy interception loss during the whole growing season accounted for 42.3%–77.5%, 15.1%–36.3% and 7.4%–21.4% of the total gross rainfall under different treatments, respectively. Soil mulching could promote the growth and development of dryland maize and enhance the capability of stemflow production and canopy interception loss, thereby increasing the relative stemflow and relative canopy interception loss and reducing the relative throughfall. The relative stemflow and relative canopy interception loss generally increased with increasing planting density, while the relative throughfall decreased with increasing planting density. During the two experimental years, mulching mode had no significant influence on net rainfall due to the compensation between throughfall and stemflow, whereas planting density significantly affected net rainfall. The highest grain yield and water use efficiency of dryland maize were obtained under the combination of medium planting density of 67,500 plants/hm~2 and mulching mode of plastic-covered ridge with straw-covered furrow. Soil mulching can reduce soil evaporation and retain more soil water for dryland maize without reducing the net rainfall input beneath the maize canopy, which may alleviate the contradiction between high soil water consumption and insufficient rainfall input of the soil. In conclusion, the application of medium planting density(67,500 plants/hm~2) under plastic-covered ridge with bare furrow is recommended for increasing dryland maize production on the Loess Plateau of China.     

西北村镇集雨饮用水源地水质评价体系研究

由于工农业的快速发展和水资源的不合理开发利用,西北村镇目前存在诸多水资源短缺与水环境质量问题。以庆阳市西峰地区作为示范区,本课题选用土路面、学校砖地面、庭院砖地面、油毡屋面、瓦屋面及沥青路面为集雨饮用水源地,通过研究西北村镇集雨水源地水质评价体系,评价确定出了示范区集雨水环境的污染程度与特征。结果表明:示范区集雨饮用水源地水质以高有机负荷、高浊度为特征;达到地表水环境质量标准Ⅲ类要求的集雨饮用水源地为油毡屋面和瓦屋面;评价结果符合示范区集雨饮用水源地实际情况,结果客观、切实,能为该地区水资源规划、利用、开发和环境系统优化提供更为客观的参考依据。     

隔沙层对盐碱地土壤水盐运动的影响

在80~100 cm范围土层设置沙层,对土壤电导率和含水量进行为期6个月的观察,分析隔沙层对土壤水盐运动的影响。结果表明:80~100 cm层沙层在大降雨量时能够提高土壤含水量;降雨量小,蒸发强烈的5~7月份,隔沙处理能够使土壤积盐程度较对照减少50%~70%;隔沙层延缓沙层以上土壤水分的下渗,从而提高降雨对土壤盐分的淋洗作用。当降雨量接近蒸发量的时候,隔沙处理土壤就能明显脱盐,而在此雨量下,对照只能保证土壤不发生积盐或少量积盐。雨季结束之后,隔沙处理土壤脱盐率较对照提高10%~35%,并能够使土壤脱盐过程持续到10月份,对植物生长十分有利。