基于气候变化的黄河三角洲非主粮作物需水规律研究

  目的  为保障黄河三角洲地区的生态安全和高质量发展,需“适水种植”调整作物结构,缩减农业用水占比,留足生态用水。  方法  基于气象站2006 ~ 2019年的实测气象资料,分析研究区降水和气温的变化趋势,利用Hargreaves-Samani法和FAO作物系数法估算当地7种非主粮作物各生育阶段及全生育期内的作物蒸散量,并结合有效降水量和淋洗需水量的计算得到典型干旱年和湿润年以及多年平均的灌溉需水量。  结果  黄河三角洲年降水量变化趋势不显著,春、秋和冬季的降水量呈现下降趋势,而夏季降水量呈上升趋势;年均气温呈现逐年上升趋势,夏季平均气温上升趋势最为显著。研究区非主粮作物灌溉需水由高到低分别为甜高粱、枸杞、黑麦草、苜蓿、菊芋、田菁和谷子,典型干旱年中7种作物均需补充灌溉,典型湿润年中谷子、田菁、菊芋和苜蓿降水量有盈余,平均年份中谷子和田菁降水量有盈余。  结论  作物各生育阶段的有效降水量分配不均,生育期内总降水量有盈余的情况下某些生育阶段依然会处于水分亏缺状态。研究结果可为该地区作物种植结构调整和灌溉制度优化提供参考依据。     

田间“限氧喷雾”制备生物炭技术与炭质表征

生物炭具有改良土壤、固碳减排、吸附重金属和有机污染物等方面的有益作用,但其农业和环保应用面临着成本过高这一瓶颈问题.在田间直接将生物质转化为生物炭,可节省原材料收集与炭品运输等环节的费用,降低使用成本.可通过喷雾技术在田间限氧条件下实现生物炭的制备,其工艺如下:物料在槽内经逐层压实后,采用单向引燃、逐次喷雾的方式辅助竹柳和棉秆成炭;采用多位点引燃、逐层喷雾的方式辅助芦苇成炭.制炭期间,土槽中的侧壁开孔方管起通气和限氧作用以控制适燃,铁质密网起限氧、防尘和提供喷雾通道等作用以控制成炭.采用该技术制备的生物炭表现出了较好的同槽均质性和异槽同质性,成炭率达30%,制备得到的炭含有丰富的羧基(0.71～1.43 mol/kg)、酚羟基(0.43～1.09 mol/kg)官能团,且具有较大的比表面积(45.5～83.2 m~2/g).田间"限氧喷雾"技术为生物炭的制备提供了新的思路和技术选项,也为其农业和环保应用创造了条件.     

风化煤提取的胡敏酸对镉的吸附性能及其应用潜力

以碱溶酸析"法从新疆风化煤中提取的胡敏酸为研究对象,对其理化性质和表面形态进行表征,并通过吸附试验探究反应时间、溶液pH、镉离子(Cd~(2+))质量浓度对胡敏酸吸附Cd~(2+)的影响.结果表明:风化煤提取的胡敏酸碳元素质量分数高达58.68%,羧基的质量摩尔浓度为5.81mol/kg,等电点为2.7;该胡敏酸含Cd量为0.15mg/kg,符合国家土壤环境质量标准.胡敏酸对Cd~(2+)的吸附在8h内达到平衡,吸附量随Cd~(2+)质量浓度(0~100mg/L)和溶液pH升高而增加,到pH=6.0时最大,之后胡敏酸开始溶解导致吸附量降低.Langmuir方程比Freundlich方程能更好地拟合胡敏酸对Cd~(2+)的吸附等温线,显示出单分子层吸附的特点.在pH=5.0时,胡敏酸对Cd~(2+)的饱和吸附量达137.37mg/g,相当于用去了酸度系数(pKa)为3的羧基含量的71%.在pH=4.3、Cd~(2+)初始质量浓度为80mg/L的同等条件下,新疆风化煤提取的胡敏酸对Cd~(2+)的吸附量为86.97mg/g,高于国际腐殖质协会胡敏酸标样1R106H对Cd~(2+)的吸附量(73.49mg/g).风化煤来源广、储量大、价格低,以它为原料制备获得的胡敏酸产量高、吸附能力强、环境友好、施用安全,有望作为吸附剂用于含重金属废水处理,以及作为钝化剂和土壤调理剂用于重金属污染土壤的修复.     

小清河流域抗生素污染分布特征与生态风险评估

利用固相萃取、高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)检测小清河流域地表水中4类抗生素的残留水平,分析其分布特征,结合土地利用类型探讨其可能的污染源,并通过计算风险商(RQs)来进行生态风险评估。结果表明:小清河流域地表水有13种抗生素检出,其中大环内酯类抗生素和甲氧苄啶的检出率为100%;20个采样点的大环内酯类、喹诺酮类、磺胺类和磺胺增效类的质量浓度范围分别是2.18~84.9、nd~1600、nd~845、1.88~3900 ng·L-1。高浓度的大环内酯类和喹诺酮类抗生素主要集中在人口密集区下游,在水产养殖密集的下游区域检测到较高浓度的磺胺类和磺胺增效药甲氧苄啶,表明生活污水和水产养殖废水仍是小清河流域抗生素污染的主要来源。生态风险评估结果显示,13种抗生素中处于高风险等级、中等风险等级、无风险等级的比例分别是38.5%、23.1%、38.5%,表明小清河流域部分水体抗生素污染具有较高的生态风险。     

土壤有机硫矿化研究进展

土壤有机硫矿化是硫生物地球化学循环关键过程之一,其过程具有复杂性和影响因素的多样性。在科学试验中,培养系统和方程模型的选择对研究硫矿化的准确性至关重要。综述了目前国内外土壤有机硫矿化研究中应用的主要3种培养系统和6个动力学方程模型,同时阐述了微生物和酶对有机硫矿化过程的直接影响和土壤的理化性质等因素的间接影响,以及各影响因素之间的相互协同作用,旨在了解土壤有机硫矿化特征、规律、机理、研究方法以及模拟模型的研究现状,并在此基础上,提出包括有机硫矿化模型的有效性、适用性以及有机硫矿化影响因素的联合作用在内的各方面需进一步深入探讨。     

大沽河溶解态无机氮时空分布特征及来源探讨

入海河流的氮污染问题已引起全球关注。大沽河是胶州湾最大的入海河流,河口附近海域无机氮和活性磷酸盐浓度多年不达标,已成为陆源污染物控制入海的关键区域。为此,本研究分别于2018年8月、10月和2019年1月在大沽河流域开展河流水样及可能污染源的样品采集工作,运用非参数检验、聚类分析和Pearson相关分析等方法对大沽河河流溶解态无机氮(Dissolved inorganic nitrogen,DIN)浓度的时空差异、影响因素进行分析,并对其主要来源进行探讨。结果表明,DIN浓度在研究期间表现出显著的季节差异(P<0.05),枯水期最高,丰水期最低,主要是受到降水、气温、溶解氧(DO)等因素的影响。DIN浓度的空间差异也比较明显,其中,上游水体NO3--N浓度较高,主要是受农业化肥施用和农村生活污水等非点源污染的影响;支流水体NH4+-N含量相对较高,主要受畜禽养殖废水等非点源和工业废水、污水处理厂出水等点源污染的共同影响;中下游干流处DIN浓度较低,主要是受闸坝的拦截和滞留效应的影响。     

黄河三角洲边际性土地资源开发与生物质能源研究

黄河三角洲具有丰富的后备土地资源,将边际性土地开发与生物质能源发展相结合,有利于该区土地资源合理利用和生物质能原料的高效、可持续供应。在深入分析黄河三角洲水土资源和农村生物质能源利用现状基础上,结合国内外生物能源研究现状和最新进展,探讨了甜高粱、菊芋、柳枝稷和蓖麻等能源植物在黄河三角洲盐碱化土地规模化种植的必要性与可行性,并从技术、政策和市场等方面提出了促进黄河三角洲生物质能发展和边际性土地开发的几点关键建议,对当前黄河三角洲水土资源科学开发具有指导性意义。     

非损伤微测Zn2+选择性微电极的研发及应用

非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)是一种通过微电极实时测定进出活体材料离子和小分子流速的技术,已广泛应用于植物的生长发育和逆境胁迫等研究领域中。目前该技术专用的重金属微电极种类非常少,因此其在重金属胁迫研究中的应用也受到了限制。本文在前期工作的基础上开发了一种基于非损伤微测技术的Zn~(2+)选择性微电极,首次实现了活体条件下植物根际Zn~(2+)离子流的实时、动态检测。研发的微电极在去离子水中对Zn~(2+)的线性响应范围为10–6～10~(–1) mol/L,能斯特斜率为30.2mV/decade(浓度每增加或减少10倍电位值的变化),响应时间t_(95%)≤1s,正常工作pH范围为3.5～7.0;在简易模拟土壤溶液(0.1mmol/L Ca(NO_3)_2、0.1 mmol/L KNO_3、0.1 mmol/L Mg(NO_3)_2和1 mmol/L NaNO_3)中,其线性响应范围变为5×10~(-5)～10~(-1) mol/L,能斯特斜率为28.1mV/decade,对土壤溶液中的共存阳离子具有较好的抗干扰性。利用构建的非损伤微测Zn~(2+)选择性微电极对Zn/Cd超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)根际不同微区的Zn~(2+)离子流进行了实时检测。该技术的成功研发为活体条件下深入认识Zn~(2+)在植物根际的微界面过程与机制提供了一种强有力的研究手段。     

土壤环境中微塑料污染：来源、过程及风险

土壤环境中微塑料污染问题已成为全球关注的环境问题。相对于水环境,土壤环境中微塑料的研究明显滞后与缺乏。本文系统综述了土壤环境中微塑料的研究进展与未来需求。详细介绍了国内外土壤中微塑料的丰度和分布、微塑料的来源和进入途径;重点分析了微塑料在土壤中的积累、迁移、风化和降解过程,以及与金属和有机污染物的相互作用及其环境效应;阐述了微塑料对土壤中的动物、植物、微生物及土壤质量的影响与生态风险,探讨了土壤中微塑料的暴露途径与潜在的人体健康风险;并展望了土壤环境中微塑料研究的未来方向与重点。以期为全面了解土壤环境微塑料研究的现在与未来提供资讯信息和科学指导。     

1987-2017年莱州湾沿岸土地利用变化及其对海岸线变化的影响

[目的]阐释莱州湾沿岸土地利用变化及其对海岸线的影响,为政府以及相关部门在进行海岸线规划提供土地利用方面的数据支撑。[方法]提取莱州湾近岸1987-2017年的土地利用变化信息以及海岸线空间分布,计算土地利用程度指数,随后利用DSAS计算相邻时相海岸线各段的变化速率,通过ArcGIS软件的叠加分析工具,得到影响各个时相海岸线变化速率和海岸线长度的信息。[结果]①1987-2017年,水产养殖用地、盐场用地以及建设用地面积逐渐增加;内陆水体面积总体呈增加趋势;裸地呈减少趋势;草地和耕地则先增加后减少;林地变化不明显。②土地利用程度逐渐变强,土地利用程度强等级由零散点分布变为集中面状分布。③土地利用以围填海的形式影响海岸线的变化速率。莱州湾内部的围海和人工填海使得岸线向海推进。黄河泥沙淤积填海使得黄河三角洲处的岸线向海推进,而该处岸线的背海移动则主要受到海水影响。[结论]莱州湾沿岸土地利用变化明显,土地利用程度逐年变强。土地利用以围填海的形式影响海岸线的变化速率,使得海岸线既有向海推进又有背海移动。裸地和水产养殖用地为1987-2005年影响海岸线长度的主导因素,建设用地和裸地为2005-2017年影响海岸线长度的主导因素。