Physicochemical Characteristics of Biochars Derived From Corn,Hardwood, Miscanthus,and Horse Manure Biomasses

Biochar, a carbon-rich by-product of biomass pyrolysis, is widely recognized as a potential ingredient for soil amendment, fertility, and carbon sequestration owing to its favorable physicochemical properties. The objective of this study was to investigate the chemical and physical properties of biochars produced through pyrolysis at 450°C from agricultural residues available in Northwest Missouri, namely hardwood (HW), corn stover (CR), miscanthus (MS), and horse manure (HM). These properties were assessed through the analysis of pyrolysis yield, pH, volatile matter, fixed carbon, ash and carbon (C), hydrogen (H), sulfur (S), nitrogen (N) contents, trace metal concentrations, surface morphology, surface functional groups, bulk density, and water holding capacity. The biochars derived from HW, MS and CR materials showed high volatile-matter (33–42%), high fixed carbon contents (42–47%), very low ash contents (6–15%), and low bulk density (0.14–0.28 g cm^?3) as compared to that of HM. A wide range of trace elements was observed in biochar samples with significant differences in concentrations. In addition, CR, HW and MS biochars displayed a disordered graphitic-like structure with well-developed pores and surface areas of 23, 70 and 90 m²/g respectively, and high water-holding capacity up to 750%, indicating their potential application as a soil amendment.     

野外试验中热脉冲探针间距校正方法的应用

土壤热特性是土壤的重要参数之一,热脉冲探针是目前土壤热特性最为常用的测量方法。在用热脉冲探针测量土壤热特性时,探针间距对测量结果的准确性影响非常大。而在野外试验中,由于土壤受到植物根系、土壤冻融、土壤动物活动等的影响,会造成探针间距的变化。因此,探针间距的校正在野外实地测量时十分重要。本研究团队在2013年提出热脉冲探针间距的校正方法,即在温度探针中使用两个热敏电阻,并通过理论公式校正探针初始间距后,得到间距变化后的探针真实间距。将此校正方法应用于野外试验中,分别于夏季和冬季监测土壤中三个深度处(3 cm、8 cm和13 cm)探针间距的变化。结果显示探针间距校正后得到的土壤热特性参数与未校正探针间距时的土壤热特性相比,探针间距校正后得到的土壤热特性参数更加准确可靠;但由于冬季表层土壤存在结冰现象,造成热脉冲探针无法准确测量热特性参数。     

秦巴山区一次致灾冰雹过程分析

利用常规资料、多普勒雷达及自动站等资料,对秦巴山区一次致灾冰雹过程综合分析。结果表明,此次强对流天气是在高空前倾槽东移过程中产生的,中低层切变线为对流的发生提供了动力条件,地面辐合线是此次强冰雹天气的触发机制;适宜的0℃和-20℃层高度、地面暖低压和特殊的“喇叭口”地形等有利于强冰雹天气的发生;冰雹发生在低空急流左前方、高空急流出口区的左侧和地面辐合线附近。较强不稳定层结和垂直风切变是导致对流快速发展并维持的原因之一;多普勒雷达反射率因子图上对流单体中心强度大于68 dBZ且维持5个体扫,有超级单体生成;反射率因子剖面图上有有界弱回波、回波悬垂等出现;速度图上具有低层辐合和中气旋等特征;在反射率因子和速度图上均可看到三体散射;VIL跃增和骤降的时间与冰雹发生的时间相对应。     

6种喷雾助剂对3种药剂表面张力与接触角的影响

为达到农药减施增效的目的,将6种喷雾助剂(强力源、柔水通、有机硅、阿普顿、怀农特、倍创)与3种药剂(70%吡虫啉水分散粒剂、5%阿维菌素乳油、1.3%苦参碱水剂)混配,测定混配后药液的表面张力和接触角变化,分析药液表面张力和接触角的关系。结果表明,添加不同质量浓度的6种喷雾助剂均能降低药液的表面张力,其中,有机硅、强力源、怀农特降低3种药剂表面张力的效果最好,柔水通、阿普顿次之,倍创效果最差。有机硅、柔水通、强力源、怀农特降低3种药剂接触角的效果最好,阿普顿次之,倍创效果最差。分析了3种药剂在添加不同质量浓度的6种喷雾助剂后药液的表面张力与接触角余弦值的关系,结果显示,二者呈显著(P<0.05)负相关关系。综上,合理选用喷雾助剂有助于提高农药的利用率。研究结果可为田间施药和进一步研发喷雾助剂提供数据支持。     

黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg~(–1)、40.67～61.71 m~2·g~(–1)和0.22～0.31 c·m~(–2),平均值分别为16.18 cmol·kg~(–1)、54.88 m2·g~(–1)和0.28 c·m~(–2),土壤表面电场强度达108 V·m~(–1)数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、砂粒、全氮、C/N、粉粒、碳酸钙、pH。研究结果对于进一步认识黄土高原土壤颗粒表面性质,加深理解土壤中发生的一系列物理化学过程具有重要意义。     

基于不同分析方法研究磷酸根在矿物表面吸附机制的进展

磷素是植物生长必需的营养元素,也是联系生态系统中生物与非生物作用的关键元素。对磷酸根在矿物表面吸附反应机制的深入认识,有助于了解其在陆地和水环境中的形态、迁移、转化和生物有效性。本文主要综述了磷酸根在常见(土壤)矿物表面吸附机制的研究进展。各种分析技术或方法,如OH–释放量分析、Zeta电位分析(电泳迁移率测试)、等温滴定量热法、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振波谱、X射线吸收光谱、表面络合模型、量子化学计算等,均以不同方式揭示磷酸根在不同矿物体系的吸附机制。磷酸根在矿物(尤其是铁、铝氧化物)表面的吸附通常伴随着水基和羟基的交换。一般认为磷酸根在矿物表面主要形成双齿双核、单齿单核内圈络合物,且受pH的影响较大。pH以及磷酸根在矿物表面的吸附密度影响内圈络合物的质子化状态。在低pH、高磷浓度、较高反应温度、较长吸附时间,以及弱晶质矿物吸附等条件下矿物表面吸附的磷可在矿物表面转化形成含磷的表面沉淀,造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低。最后展望了磷酸盐在矿物-水界面吸附有关的研究热点和方向。     

不同地表覆盖方式对胡杨幼苗光合特性的影响及评价

为筛选对胡杨幼苗生长有效的地表覆盖物。以1年生胡杨幼苗为试材,设置覆膜(T1)、覆草苫子(T2)、覆沙(T3)和裸地(CK)共4种处理,利用相关性分析和隶属函数值法全面评价3种地表覆盖物对植株产生的效果。结果表明:T1、T2、T3处理均显著提高了不同月份的土壤含水率(P<0.05),平均土壤含水率较CK分别提高了26.1%、27.9%和23.5%;各覆盖均显著提高了成活率、株高及地径的生长,T2增长幅度最大;各覆盖均显著提高了叶片净光合速率(P n)、气孔导度(G s)、蒸腾速率(T r)(P<0.05),生长初期T1值最大,生长中后期T2值最大;T2处理的最大净光合速率(P max)、光饱和点(L SP)最大,光补偿点(L CP)和暗呼吸速率(R d)最低;各覆盖对水分利用效率(W UE)和表观量子效率(A QY)影响较小;植株生长与土壤含水率、P n、G s、P max、L SP呈极显著正相关(P<0.01),综合效果由强到弱顺序为T2、T3、T1、CK。覆草苫子较适宜在胡杨幼苗栽植过程中应用推广。     

基于表面等离子共振技术鉴定鸡补体受体2与其配体chC3 d的亲和力

鸡补体受体2(Chicken complement receptor 2, chCR2)是一种表达于鸡B淋巴细胞表面的跨膜蛋白,chCR2可以与其生理学配体鸡补体组分3 d(Chicken complement component 3 d, chC3 d)相互作用。目前评估受体与配体亲和力的方法主要有表面等离子共振技术(Surface plasmon resonance, SPR)和生物膜干涉技术(Biolayer interferometry, BLI)等。旨在利用表面等离子共振技术鉴定chCR2受体分子与其配体chC3 d分子的亲和力。成功构建了重组真核表达载体pTT5-chCR2和pTT5-chC3 d;利用HEK 293F表达系统表达了His-chCR2和His-chC3 d蛋白;利用NI柱纯化系统纯化了His-chCR2和His-chC3 d蛋白;利用表面等离子共振技术,通过分析chCR2与chC3 d结合的动力学参数得出两者之间的平衡解离常数KD为1.37μmol/L。结果表明chCR2与其配体chC3 d之间的亲和力较高。     

退化高寒草甸斑块根—土复合体特征研究

高寒草甸斑块的根-土复合体对局部水土流失过程具有调控作用,为研究其特征及抗侵蚀效应,本研究选取三江源区达日县境内典型中度退化草甸的植被斑块为研究对象,调查草甸斑块中心与边缘植物群落特征,测定斑块边缘0～10 cm土层和斑块中心0～20 cm土层的容重、含水率、毛管孔隙度等土壤物理性质,并开展单根拉伸和根-土复合体直剪试验。结果表明：受优势种矮嵩草的分布影响,地上生物量主要分布在斑块中心,根系主要分布在0～10 cm土层;斑块中心区域土壤抗剪强度、内摩擦角和粘聚力均随土层深度的增加而减小;斑块边缘区域土壤粘聚力,抗剪强度明显高于斑块中心区域,草甸斑块植物根系是土壤抗剪强度的主要影响因素。草甸斑块根-土复合体能明显增加退化草甸土壤的抗侵蚀能力,研究结果可为深入研究高寒草甸根系固土功能及水土流失调控提供科学依据。     

广西不同植被类型地表径流的研究

1982—1989年,采用定位对比对不同植被类型的地表径流量及动态进行了观测研究。结果表明:1.不同植被类型的地表径流差异很大,草坡>针叶林>阔叶林或针阔混交林;区内各植被类型的径流系数较小,平均为0.78％,但各类型间差异很大,可达57倍强。2.地表径流的季节动态,主要受降水的季节分配规律制约;而不同植被类型的地表径流量主要受植被的树冠群体或植物群体、枯枝落叶层和土壤层的综合效能所决定。这种综合效能呈现阔叶混交林或针阔混交林大于针叶林、针叶林大于草坡地的规律。文中还建立了不同植被类型地表径流深与林外降雨量的回归模型。