生物炭添加对酸化土壤中小白菜氮素利用的影响

针对菜地土壤酸化趋势显著、氮肥利用率低下等突出问题,以小白菜为供试作物,设置了前3季连续施用化肥氮及后2季不施化肥氮的5季盆栽试验,研究生物炭添加对酸化土壤上连续多季种植小白菜的产量、氮肥利用率以及土壤供氮能力的影响。结果表明:在连续添加化肥氮的条件下,生物炭添加显著增加了小白菜的产量及氮素累积量,有效降低了土壤速效氮含量,并提高了土壤速效氮中NO3--N含量比例,缓解了土壤酸化趋势,降低了小白菜中硝酸盐含量,增加了氨基酸含量,提高了氮肥利用率;在停止施用化肥后,生物炭添加处理仍能保持较高的土壤速效氮含量,提高土壤固持氮素的有效性,促进植株对氮素的吸收利用,从而使产量维持在施氮条件下的高水平。研究表明生物炭添加对土壤氮素具有"削峰填谷"的调节功能,能够有效促进氮素的吸收转化,从而有利于维持高产。     

氮肥类型及施用方式对节水抗旱稻田面水氮动态及产量的影响

采用大田试验,以旱优8号为试验材料,比较评价了节水灌溉条件下不同氮肥类型和施用方式对节水抗旱稻产量、经济效益、氮素吸收和田面水不同形态氮素动态变化的影响。结果表明,相同氮肥用量条件下,不同氮肥类型和施用方式的氮素吸收与产量高低无明显相关关系。在等氮量投入下,缓释肥配施无机化肥处理(SCU1)总吸氮量最高,氮收获指数(NHI)最低,造成了水稻对氮素的奢侈吸收,不利于高产群体的构建,产量相对较低;缓释肥一次性基施处理(SCU2)的NHI最高,且灌浆结实期作物生长率和比叶重较高,利于光合产物的积累,产量最高,显著高于纯化肥处理(增产18.28%);有机肥无机肥配施处理(OCN)的作物群体质量、产量和氮素吸收利用与单施无机化肥处理相比无明显差异。SCU1处理降低了基肥和分蘖肥期田面水总氮和铵态氮浓度,但增加了穗肥期的田面水氮浓度,而SCU2处理和OCN处理在3个施肥期内田面水总氮和氨态氮浓度均明显低于纯化肥处理,SCU2处理氮素浓度最低。综合成本效益分析,缓释肥一次性基施技术能够满足节水抗旱稻生长对氮素的需求,提高作物产量、经济效益和氮素利用效率,降低径流损失风险,是值得在太湖流域推广的一种施肥技术。     

基于磁性纳米颗粒分选的土壤活性纤维素降解微生物富集研究

磁性纳米粒子介导分离（magnetic nanoparticle-mediated isolation, MMI）技术是从复杂微生物群落中鉴定分离具有特定代谢功能活性物种的有力工具。针对我国江西鹰潭水稻土三种不同施肥模式（不施肥CK、化肥NPK和有机肥OM）,利用MMI技术定向富集活性纤维素降解细菌。结果表明,与不施肥相比,施肥可提高微生物数量和活性,增加拟杆菌门与厚壁菌门（特别是紫单胞菌科与类芽孢杆菌科）等活性纤维素降解细菌的占比,同时降低活性微生物种间依赖性,进而加速羧甲基纤维素钠的降解;此外,有机肥还增加了微生物生态网络中的潜在生态功能模块数量,因而效果好于化肥。以上结论与基于DNA稳定性同位素核酸探针（DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP ）技术的结论一致,进而证明了MMI技术用于鉴定分离活性纤维素降解菌的可行性,同时本结果也为农田秸秆的资源化管理提供理论依据和实际指导。     

基于养分回用-化肥替代的农业面源污染氮负荷削减策略及技术

有效削减农业面源氮污染负荷是提升水环境质量的关键,也是当前关注的热点之一。氮排到水体是污染源,但其本身是农作物生长必需的营养元素。为此,提出了基于养分回用-替代化肥的农业面源污染氮负荷削减策略,利用农业生产系统对农业面源污染排放的氮进行消纳和回用,减少农田化肥氮投入并有效削减排入到水环境中的氮,达到农业生产与环境保护的双赢。重点介绍了面源污水中氮的农田直接回用、水生植物回收-有机肥还田替代、环境材料吸附净化-回收还田等几种技术途径及其应用,并指出了目前存在的不足及以后发展的方向。     

太湖典型地区雨养麦田的径流发生时间特征

明确农田径流发生的时间特征对因时因地制定径流养分削减策略具有重要意义。本文基于太湖流域典型地区(苏州、无锡、溧阳、湖州)60 a历史降水时序变化和12 a正常气象年份田间径流实际发生的时间特征,分析了太湖流域雨养麦田的径流发生时间特征。结果表明,太湖地区年均降水量和小麦生长季均值降水量分别为1 164.8 mm(657.7~1 643.7 mm)和514.6 mm(207.3~742.8 mm)。除个别年份,年降水距平百分率基本在±25%左右变化(正常)。剔除偏涝年和偏旱年后的小麦生长季降水概率和日均降水量月度时序变化均表现为先下降后升高的趋势,12月降水概率和日均降水量均最低。从小麦生长季12 a径流发生时间统计结果来看,2月(19.05%)和3月(18.10%)径流发生次数占比较高,12月(16.19%)、4月(13.33%)和5月(15.24%)径流发生次数的占比相当。不同年份驱动径流发生的实际最小降水量为8.1~19.4 mm,径流发生概率与降水发生概率变化并不完全一致。结果表明,太湖地区雨养麦田驱动径流发生的最小降水量范围为8.1~19.4 mm,2月和3月是径流发生的高风险期,12月、4月和5月是次高风险期,径流发生概率与降水发生概率变化并不完全一致。     

载镧生物质炭吸附水体中As(Ⅴ)的过程与机制

将镧氧化物的纳米颗粒通过浸渍、负载、炭化等流程负载到以玉米秸秆为原材料制备的生物质炭(Biochar)表面,得到了对水体中As(Ⅴ)具有高效吸附性能的载镧生物炭(La-biochar).采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线电子能谱(XPS)对制备所得La-biochar进行了表征,研究了吸附剂用量、接触时间、初始pH值和初始As(Ⅴ)浓度等因素对吸附过程的影响,同时探讨了吸附机制.结果表明:La-biochar对As(Ⅴ)的去除效率随着吸附剂量的增加而增加,最优吸附剂投加量为2.0 g·L^-1;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附动力学过程数据遵循准二级吸附动力学方程,Langmuir吸附等温模型更适合描述La-biochar对As(Ⅴ)的吸附,并且吸附能力随着初始溶液pH值的增大而减小;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附主要归结为复杂的离子交换过程.研究表明,La-biochar是一种高效的除砷吸附剂,具有一定的应用潜力.     

碳氮比对水芹浮床系统去除低污染水氮磷效果的影响

随着我国经济的快速发展,农业面源污染问题日益严重,加剧了淡水水质恶化的趋势。本研究以浮床水芹(Oenanthe javanica)系统和无植物对照(Control)为对象,研究了其对不同碳氮比农村低污染水[定义为农业生产或农民生活过程中产生的,富含植物生长所需的氮、磷等养分与多种微量元素且满足城镇污水处理厂污染物排放标准一级B要求(GB 18918—2002一级B:TN≤20 mg·L~(-1),TP≤1 mg·L~(-1))的那部分污水]中氮(N)、磷(P)、化学需氧量(COD)的净化效果。试验所用低污染水为生活污水(TWW)和外加碳源生活污水(高碳氮比,TWW-HC)两种。整个试验历时82 d,中间换水一次。试验结果表明水芹浮床系统接纳高碳氮比低污染水对氮磷的去除效果较好。外加碳源能在短时间内快速降低低污染水中N、P的浓度,试验3 d时TWW-HC中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)的去除率分别达40.8%、38.4%、62.8%。整个试验周期TWW-HC组对TN的去除率为73.9%~96.0%,高于TWW组(60.6%~85.9%);该组对TP的去除率为68.0%~81.1%,高于TWW组和Control组(TP去除率分别为21.3%~54.9%和19.2%~58.1%)。收获时TWW-HC处理水芹生物量、平均株高和相对生长速率均显著高于TWW处理(P0.05)。TWW-HC处理通过植物吸收带走的N、P分别占系统对N、P去除量的58.2%和37.6%,明显高于TWW处理(相应比例分别为8.7%和11.0%)。这说明通过外加碳源调节进水C∶N比促进了水芹的生长和对污水中养分的吸收利用,有利于水芹浮床系统对N、P的去除。     

添加秸秆碳源对沟渠水体中氮素去除及温室气体排放的影响

为探究夏季添加纤维素类固体有机碳源(秸秆)对沟渠水体中氮素去除效果及温室气体排放的影响，在试验期内设定密集采样法代替常规采样法探究水体中氮质量浓度的变化，并通过静态箱-气相色谱法测定温室气体排放通量。结果表明，试验期间总氮(TN)质量浓度下降了35.9%,硝态氮(NO^-₃-N)去除率高达97.6%;温室气体排放较为稳定，氧化亚氮(N₂O)排放通量呈现昼高夜低的趋势，甲烷(CH₄)排放通量出现多个峰值。整体来看，添加秸秆增强了水体中氮素的去除效果，同时矫正系数分析结果表明，试验初期温室气体排放通量变化较大，而在后期较稳定。因此，建议试验前期密集采样，后期可常规采样，后期最佳采样时间为9:00-11:00。