不同因素影响下层状土壤水分入渗特征及水力学参数估计

层状土壤是自然界常见的土体结构,其水分运移规律不同于均质土;大气降水、灌溉水等水分的入渗是土壤水文过程的一个重要环节,同时它也与地下水补给、污染物运移等过程紧密相关。土壤初始含水量、土体构型及供水强度等因素均会影响水分的入渗过程。为探究积水深度、土体构型、初始含水量三种因素对层状土壤水分运移的影响,通过室内积水入渗试验对湿润锋、累积入渗量、土壤剖面压力水头进行观测,并利用Hydrus-1D模型反演水力参数并对相应条件下的水分运移规律进行模拟和分析。结果表明,层状土壤中湿润锋随时间的推进方式由非线性过渡至线性,入渗率逐渐减小。三种因素作用下,层状土壤水分运移特征有明显差异:积水深度、土壤初始含水量增加时,湿润锋运移速率和入渗率均增大,且各观测点压力水头升高加快,土壤不饱和程度降低;上砂壤下粉砂壤构型较上粉砂壤下砂壤构型而言,整体湿润锋推进速率和入渗率较大,出流快,且入渗后期界面处的压力水头高于其他观测点。且结果表明,反演的水力学参数较拟合实测的参数更适用于层状土壤入渗的模拟和预测。该研究旨在揭示和掌握层状土壤水分运移规律和影响因素的作用机制,并进一步为农田灌溉措施的合理制定提供科学依据。     

Cd/Cu/Pb对磺胺嘧啶在土壤中吸附迁移的影响

通过室内批平衡实验和土柱出流实验,探讨了不同浓度镉(Cd)及相同浓度的Cd、铜(Cu)、铅(Pb)对磺胺嘧啶在土壤中吸附、迁移的影响,并分别用Freundlich、Langmuir、Linear方程及Hydrus-1D中的单点和两点吸附模型模拟其在土壤中的吸附、运移过程。结果表明:当Cd浓度为10.0mg·kg~(-1)时促进磺胺嘧啶的吸附;Cd浓度为1.0、300.0mg·kg~(-1)时抑制磺胺嘧啶吸附;Cd浓度为100.0 mg·kg~(-1)时对磺胺嘧啶的吸附无影响;300 mg·kg~(-1)的Cd、Cu、Pb存在时,磺胺嘧啶吸附量大小顺序为:CdCuPb。土柱出流实验中,当Cd浓度为10.0mg·kg~(-1)时,磺胺嘧啶在土柱中的迁移速度最慢,其他浓度对迁移影响不明显;Cd、Cu、Pb相比较而言,Cu存在时磺胺嘧啶的迁移最快,Cd存在时迁移最慢。在对静态吸附特征的拟合过程中,Linear方程拟合效果最好,决定系数R~2均在0.98以上;Hydrus-1D模拟时,两点模型可更好地拟合磺胺嘧啶的运移特征,R~20.907,均方根误差RMSE0.051,瞬时吸附f所占分数较高,说明磺胺嘧啶在迁移过程中存在较大程度的瞬时吸附。     

常规阳离子存在时Mg-Al-CO3 LDH对土壤中Cd吸附迁移的影响

层状双氢氧化物(Layered double hydroxide, LDH)是土壤中常见的矿物组分,而Na~+、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)更是土壤溶液中的主要阳离子,它们共存条件下对重金属污染物在土壤中的行为过程影响如何是一个需要探讨的科学问题。通过批量静态吸附实验、动力学实验和室内土柱迁移实验,研究不同阳离子与Mg-Al-CO_3 LDH共存时对重金属Cd在土壤中吸附迁移的影响。运用伪二级动力学模型、Elovich模型及内扩散模型对吸附动力学数据进行拟合,并对Mg-Al-CO_3 LDH吸附Cd前后的样品进行红外光谱分析及X射线衍射分析,以探究其吸附机理。结果表明:Mg-Al-CO_3 LDH的存在使土壤pH升高,且Mg-Al-CO_3 LDH含有大量CO_3~(2-),使得土壤对Cd的吸附能力增强;阳离子类型不同时,无论土壤中是否含有LDH,其对Cd的吸附量均表现为阳离子价态越高,吸附量越小。伪二级动力学模型拟合效果非常好,R~2均接近于1,说明土壤对Cd的吸附能力与吸附位点有关;内扩散模型拟合结果揭示土壤对Cd~(2+)吸附的速率受液膜扩散、颗粒间扩散、化学反应等综合作用的控制。不同阳离子类型对Cd在土壤中吸附迁移的影响不同,Cd迁移能力表现为随背景阳离子价态升高迁移能力增强;Mg-Al-CO_3 LDH的存在抑制了Cd的迁移。红外光谱及X射线衍射分析表明,Mg-Al-CO_3 LDH对Cd~(2+)的吸附机理主要为Cd~(2+)与Mg-Al-CO_3 LDH上的CO_3~(2-)反应生成CdCO_3沉淀。Mg-Al-CO_3 LDH对不同阳离子的吸附机制不同,影响着重金属Cd在土壤中的吸附迁移过程。     

根际微生物组构建的影响因素研究进展

基于根际微生物调控作物生长发育已成为生态健康和农业发展研究的热点。综述了国内外关于植物根际微生物组构建影响因素的相关研究进展,探讨了根际周边微生物从土壤进入植物根系内部的定殖选择过程,重点关注植物本体、土壤类型、地理位置、生长环境等因素对植物根际微生物组的调控作用,揭示国内外研究中发现的影响根际微生物组构建的主控因素,阐明根际微生物组-宿主复杂的互作关系,以期为绿色农业、环境生态保护等研究提供新的思路。     

农田生态系统中氮循环模型研究进展

农田生态系统中的氮循环是影响农业生产力的主要因素之一,同时也会对环境产生影响。在农田生态系统氮循环的研究中模型已成为重要的工具而受到人们关注。在介绍国际上发表的模型基础上,阐述了目前一些比较成功的模型的研究进展,并指出了今后模型发展的趋势。     

浙江水稻氮肥优化的决策支持系统ONIR

在大量田间试验的基础上,建立了浙江水稻氮肥优化决策支持系统ONIR(optimazation of nitrogen to irrigated rice).该系统是利用NuDSS(nutrient decision support system)与独创的NSAM(N splitting application model)有机结合而成的.氮肥分次施用模型(NSAM)是根据水稻生长发育规律和养分平衡供应原理建立的,目的是确定各生育期的氮肥施用量,也就是氮肥的分次施用量.系统验证结果表明,模拟值与实测值均落在直观图1∶1线附近,线性回归t 检验平均＞0.05,斜率α在0.847 ～ 1.034 之间,确定系数R2在0.85 ～ 0.99之间,均方差误差为1 ～ 110 kg/hm2,规范均方根为 9% ～ 24%.在浙江水稻区,当目标产量为7.3 t/hm2(晚稻)和8.3 t/hm2(中稻)时,利用ONIR推荐的最佳氮肥用量分别为120 kg/hm2和150 kg/hm2;基肥、分蘖前期、幼穗分化期和抽穗期施肥的分配比例:晚稻为0.4∶0.2∶0.4∶0 或0.4∶0.2∶0.2∶0.2,中稻为0.4∶0.2∶0.4∶0 或者0.4∶0.2∶0.2∶0.2.     

田块尺度上土壤/地下水中硝态氮动态变化特征及模拟

以青岛市大沽河下游地区冬小麦–夏玉米轮作农田为对象,通过田间试验和室内分析,研究了不同深度土壤和地下水中NO3–-N在一个轮作周期内的动态变化特征,探讨了不同氮肥施用量和灌溉量对土壤-地下水系统中NO3–-N时空分布的影响,并基于土壤水动力学和溶质运移理论对土壤中NO3–-N运移过程进行了数值模拟。模拟结果表明:小麦季施氮(N)量达到380 kg/hm2,玉米季施氮量达到290 kg/hm2时,季末剖面深度130~160 cm土壤NO3–-N含量超过10 mg/kg;由地下水NO3–-N月累计量估算模型得出,NO3–-N在6月和8月向浅部地下水的淋失量最大,分别为7.20、7.67 mg/L。     

土壤中胡敏酸的光化学降解及其对苯并[α]芘结合性质的影响

在不同光照时间、pH和溶解氧浓度下,研究了土壤中胡敏酸经模拟太阳光照射后对苯并[α]芘结合性质的影响.结果表明胡敏酸经模拟太阳光照射后,其与苯并[α]芘的结合系数Koc下降.光化过程中胡敏酸的分子量或SUVA270 与Koc之间有较好的指数回归关系.在pH 4.1～8.0 范围内,在光照后pH条件下测定经光照处理样品的Koc值平均下降34.3% ± 4.1%,在光照前pH条件下测定经光照处理样品的Koc值平均下降33.8% ± 8.3%.溶解氧浓度的升高能加速胡敏酸的光氧化降解过程,与相应的未经光照处理样品相比,在空气饱和与氧气饱和条件下光照后的Koc分别下降37.2% 和47.1%.     

大沽河流域土壤饱和导水率空间变异特征

借助经典统计学和地质统计学,对大沽河流域农田土壤表层(0～10 cm)和下层(40～50cm)饱和导水率(Ks)空间变化规律进行研究,结果表明:①经对数变换后土壤表层和下层Ks符合正态分布,变异系数分别为0.396和0.343,均属于中等变异程度;②土壤表层Ks空间相关性很弱,下层Ks具有中等的空间相关性,且具有各向异性特征;③土壤表层和下层Ks的空间分布结构较相似,均表现出东部和西南部最高,西北部最低,从西北角向东南方向逐渐增大的趋势.     

土壤中拟除虫菊酯微生物降解研究

微生物降解是拟除虫菊酯类农药从土壤中消去的主要途径。本文介绍了拟除虫菊酯降解菌的分离鉴定、降解基因的克隆以及微生物降解机理研究的近期成果,综合介绍了拟除虫菊酯异构体选择降解的特征、原因以及可能产生的环境效应,重点分析了农药疏水性、土壤吸附、重金属、土壤养分及长期施肥、共存农药对土壤中拟除虫菊酯微生物降解的影响,最后对土壤微生物修复前景进行了展望。