不同土地利用类型氨挥发氮同位素自然丰度特征

为了探讨不同土地利用类型下氨（NH3）挥发氮同位素自然丰度特征,采集3种土地利用类型（果园、菜地和林地）土壤,在可控条件下采用海绵吸收法开展了为期15d的室内培养试验,测定了不同土地利用类型下土壤NH3挥发全过程δ15N值及其变化规律。培养期间,3种土地利用类型下的土壤NH+4-N浓度均呈现先上升后下降的趋势;果园和菜...     

水基废弃钻井泥浆对玉米产量和品质的影响

为实现水基废弃钻井泥浆资源化利用及长庆区环境绿色持续发展,在长庆油田开采区有针对性的选取了5个废弃钻井泥浆回填法处理后的井场平台,采用“点对点”的方法采集泥浆池内外的土壤和生长的玉米植株样品,研究水基废弃钻井泥浆对玉米产量和品质的影响。结果表明：与非泥浆池相比,黄绵土泥浆池内玉米生物量和籽粒产量分别增加14.54%和13%;风沙土泥浆池内的分别增加15.80%和18.66%,且风沙土上增产效果优于黄绵土。不同质地土壤上水基废弃钻井泥浆对玉米粗蛋白、还原性糖、粗脂肪、淀粉及氨基酸总含量影响不同。与非泥浆池相比,黄绵土泥浆池内玉米籽粒的粗蛋白、还原性糖和氨基酸总含量分别提高7.11%、4.89%和9.28%;粗脂肪和淀粉含量分别降低4.84%和1.30%;风沙土泥浆池内的玉米籽粒粗蛋白和氨基酸总含量保持不变,还原性糖含量提高14.40%,而粗脂肪和淀粉含量分别降低2.7%和3.17%。因此,将水基废弃钻井泥浆填埋于不同质地土壤,均可显著增加玉米产量,明显改善玉米品质,能作为肥料实现资源化利用。     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

抽排厕所废物原位发酵回用可行性研究：杭桥村案例

为适应农村居民对现代化生活的追求、顺应可持续发展的趋势,本研究结合我国农村实情提出以“抽吸式-源分离-就地就近资源化”为技术路线的现代资源化模式作为农村家庭粪尿处置与利用的解决方案,选取一自然聚落,建设服务于20户居民的示范工程开展可行性研究。方案采用组合式多级厌氧发酵制肥工艺对单独收集的抽排厕所废物进行无害化处理,就地就近回用于附近农田,考察抽排厕所废物性质,对制肥设施进行定期监测,并于运行32个月后破拆清扫、取样分析。结果显示：设施未出现堵塞、满溢及渗漏现象,污泥积累不超过设施总有效高度的20%且充分稳定,具有维护简单、清扫周期长的特点;设施出液及底泥均未检出活寄生虫卵,粪大肠菌值>10^-4,符合《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）中的卫生标准;设施出液及底泥的总养分含量分别为0.18%和0.43%,有机质含量分别为0.05%和2.65%,每年产生的出液及污泥共计可取代氮肥（N）161.19 kg、磷肥（P₂O₅）9.67 kg、钾肥（K₂O）42.11 kg。现代资源化模式的成功运用不仅可以提高居民生活水平,还能满足可持续发展要求,降低家庭废物处理成本的同时,实现资源就地回用,具有较高的工程应用和推广价值。     

农户与政府气候变化认知及适应措施比较研究——以河南省为例

基于河南省314家麦农和30个基层政府部门55名工作人员的实地调研数据,对农户和政府的气候变化认知与适应措施进行比较研究。结果显示,麦农和基层政府对气候变化及其对农业生产的影响具有较高的认知度。其中,对于气候系统的变化,麦农的认知度高于基层政府;对于气候变化的具体表现和气候变化对农业生产的影响,麦农的认知度低于基层政府。研究还发现,麦农和基层政府对气候变化适应措施的选择偏好不同。超过80%的小麦种植户采取了气候变化适应措施,但主要是增加农药化肥投入和增加灌溉等被动性适应措施,基层政府倾向选择营造农田防护林和推广农作物新品种等主动性适应措施。对于气候变化适应的政策支持,加强气候变化相关的教育和培训、推荐农作物新品种、暴雨和干旱预警是麦农和基层政府的共同选择。     

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

华北地区农田土壤镉来源及大气沉降的贡献

为研究农田土壤重金属镉（Cd）的来源,采用源清单法统计了华北地区（北京、天津、河北和山东）大气沉降、灌溉水、畜禽粪便、化肥施用和市政污泥5种途径对农田土壤Cd的输入量。结果表明：2005—2009年华北农田土壤Cd的输入量范围为1.56~2.63 mg·m^-2·a^-1,其中灌溉水输入贡献最大（63.0%）,其次为大气沉降（30.9%）、畜禽粪便（5.2%）、化肥施用（0.6%）和市政污泥（0.3%）。2015—2019年华北农田Cd的输入量减小为0.22~0.35 mg·m^-2·a^-1,其主要来源变为大气沉降,贡献占比56.5%;灌溉水、畜禽粪便、化肥施用和市政污泥占比分别为13.7%、23.8%、3.9%和2.1%。除了化肥施用,其他4种源的Cd输入量在过去15 a中均呈现不同程度的下降趋势,大气沉降取代灌溉水成为近年来华北地区农田土壤Cd的主要来源。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

铁碳复合材料活化过氧化氢吸附-氧化萘的机理

为探讨不同铁源对铁碳复合材料结构及其吸附-氧化萘污染的影响,分别以硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁、纳米零价铁和纳米四氧化三铁为铁源,葡萄糖为碳源,采用水热-碳热法合成了铁碳复合材料。采用比表面积测试、红外光谱仪、X射线衍射仪和电化学工作站分别测定材料的比表面积和孔结构、表面官能团、晶体结构和氧化还原能力,同时通过动力学实验研究不同复合材料吸附和活化过氧化氢氧化萘的效果。结果表明：Fe₂SO₄@C、FeCl₃@C和Fe（NO₃） ₃@C因较小的孔体积或较高的表面含氧官能团含量,而对萘的吸附去除率较低,且无法对萘的氧化起到活化作用。而nFe⁰@C和nFe₃O₄@C的孔体积较大,且生成结构态亚铁[Fe（Ⅱ）]和碳化三铁（Fe₃C）活性物质,可通过吸附和活化过氧化氢氧化去除萘,其中nFe₃O₄@C对萘的去除效果最好,去除率达到63.7%。研究表明,使用固态铁源制备的铁碳复合材料,具有较低的极性、较大的孔体积以及结晶较好的铁活性物质,在萘污染水体修复中具有较大应用潜力。     

土壤病原微生物检测技术研究进展

病原微生物如细菌、病毒、真菌等广泛存在于土壤环境中,其严重威胁着全球公共卫生安全。发展病原微生物快速检测技术,对于减少病原菌扩散传播、防控传染性疾病、维护生物安全具有重要意义。本文对病原微生物检测技术的最新研究进展进行了综述,包括显色培养技术、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱、分子生物学技术、拉曼光谱技术、流式细胞技术和生物传感器等,并对其原理、应用及优缺点进行了全面比较。最后,对病原微生物检测技术的未来发展提出展望,旨在促进土壤环境病原微生物的快速检测和生物风险防控。