生物炭不同施加方式对水稻生长及产量的影响

生物炭对固炭减排、土壤改良等有良好的效用,近年来对其应用研究得到了广泛关注。然而,到目前为止,鲜有报道考察生物炭施加方式对作物生长的影响,而这对于生物炭的推广应用及其环境效用综合评估都有直接影响。为此,本研究采用水稻土柱试验,通过添加不同生物炭,即小麦秸秆(WBC)和木质锯末(SBC)分别在500℃和700℃制备的4种生物炭,研究其在混合施加或表面施加这两种施加方式下对水稻生长的影响。研究结果表明:(1)与对照相比,施加生物炭的处理对水稻株高和反应叶绿素含量的SPAD值(Soil Plant Analysis Development)有积极影响,株高在抽穗期、灌浆期、成熟期表施处理大于混施处理。表施处理SPAD值和归一化植被指数NDVI(Normalized Different Vegetation Index)略小于混施处理。(2)生物炭施加显著提高水稻结实率,增幅4.88%~8.39%,表施处理的结实率均高于对应的混施处理,但表施和混施处理对有效穗数、穗粒数、千粒重影响差异不显著。(3)生物炭促进了水稻增产,而生物炭表施处理较混施对水稻增产的效应更为明显。(4)生物炭增加了水稻的收获指数,增幅2.58%~10.56%,表施和混施处理对收获指数影响无显著差异。(5)施加生物炭普遍提高了氮磷钾偏生产力,较对照提高了9.81%~36.25%。     

农田汇水河道水生植物原位净化工程处理效果分析

为了研究水生植物原位净化工程处理效果,于2017年5—11月,在江苏省泗洪县四河乡的农田汇水河道,利用水葫芦和绿狐尾藻构建组合生态浮床,沿着水流方向设置4个水质采样点,每月监测水体基本理化指标,主要包括水温(T)、酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD_(Cr))、悬浮物(SS),分析河段水质沿程变化;在试验开始时、每次采收时监测单位面积植物生物量,干物质含量与氮磷含量,计算植物氮磷富集量。结果显示:植物种养后,沿程各采样点数据对比,水体pH值逐渐趋于中性;各采样时间数据对比,水体DO浓度呈升高趋势。在植物旺盛生长期(7—10月),组合生态浮床对河段水体TN、TP、COD和SS的沿程总消减率分别为50.41%～78.00%、44.62%～73.33%、46.15%～57.82%和33.33%～52.38%,其中最高值出现在8月。按照有效试验周期180 d(5—10月)计算,水葫芦的氮、磷去除量分别约为0.76 g·m~(-2)·d~(-1)和0.09 g·m~(-2)·d~(-1);绿狐尾藻的氮、磷去除量分别约为1.17 g·m~(-2)·d~(-1)和0.08 g·m~(-2)·d~(-1)。除了植物自身的吸收作用,根系微生物降解作用在污染物净化过程中也发挥了重要作用。在农田汇水河道原位净化工程中,水葫芦与绿狐尾藻组合生态浮床大幅消减水体氮磷浓度,有效降解有机物及拦截颗粒物,对于缓解下游水域富营养化问题具有积极的意义。     

4种水生植物深度净化村镇生活污水厂尾水效果研究

通过设置动态模拟试验,持续进水、出水条件下分析比较了漂浮植物凤眼莲和水浮莲、沉水植物轮叶黑藻和挺水植物黄菖蒲对村镇生活污水厂(一级A标准)尾水深度净化效果,筛选出具有去污效果优势的水生植物,为优化水生植物生态修复工程技术在尾水深度净化中的应用提供依据。结果表明:经水生植物深度净化后,尾水水质得到明显改善,漂浮植物凤眼莲和水浮莲对尾水氮、磷的净化效果优于挺水植物黄菖蒲和沉水植物轮叶黑藻。试验周期内,污水厂尾水总氮、总磷和高锰酸盐指数(CODMn)平均浓度为12.22 mg?L-1、0.38mg?L-1和3.88 mg?L-1,凤眼莲、水浮莲、轮叶黑藻、黄菖蒲和对照各系统的总氮平均去除率分别为46.25%、45.74%、43.41%、38.39%和29.22%,总磷去除率分别为36.84%、34.21%、31.58%、28.95%和26.32%,CODMn去除率分别为42.27%、30.93%、32.47%、32.47%和37.89%。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻生物量净增长率分别为550.5%、418.8%、210.6%和80.3%,凤眼莲生物量净增率最大。各处理系统内凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻对尾水氮富集量分别为7.36 g、2.33 g、5.12 g和4.46 g,对磷的富集量分别为0.60 g、0.19 g、0.33 g和0.78 g,凤眼莲富集氮能力优于另外3种水生植物,轮叶黑藻磷富集量高于另外3种水生植物。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻植株吸收作用对尾水总氮去除的表观贡献率分别为15.29%、4.90%、11.17%和11.34%,对尾水总磷去除的表观贡献率分别为50.34%、17.17%、35.24%和76.34%。因此,可利用漂浮植物凤眼莲和沉水植物轮叶黑藻立体复合种养的方式深度净化生活污水厂尾水。     

不同耕作方式下水稻田麦秸降解效果

为研究稻麦轮作区不同耕作方式下水稻田麦秸的降解效果，在淮河中下游砂姜黑土区，试验测试了"耕翻+旋耕+泡田"（PRP）、"旋耕+泡田"（RP）、"泡田+旋耕"（PR）三种耕作方式下麦秸在45和90 d中的降解率、组分、养分残存量等参数变化情况，并在显微条件下观察了秸秆表面形态特征。结果表明：1）几种还田方式下，麦秸降解率都是先快后慢，到还田45 d时，其降解率达45%~55%，还田90 d时最高降解率也不超过58.27%。2）还田时间对麦秸碳（C）、氮（N）、磷（P）、钾（K），微观凹坑径向长度（Lx）、微观凹坑轴向长度（Ly），力学强度有显著影响（P<0.05），对麦秸组分变化有影响。覆盖还田麦秸C、N、P、木质素、半纤维素随还田时间分别上升至其初始值的1.01～1.33、1.81～3.45、1.15～1.82、1.15～1.39、1.45～2.77倍，而麦秸K、纤维素则下降至其初始值的0.04～0.11、0.77～0.95倍；Lx和Ly随还田时间变化上升至其初始值的5.65～13.60、2.48～9.18倍；麦秸剪切、弯曲及压缩强度随还田时间下降至其初始值的0.07～0.34、0.26～0.58、0.43～0.76倍。3）耕作方式对覆盖还田麦秸N、P、K残存量影响显著（P<0.05），对组分变化有影响。PRP比RP、PR更能促进麦秸N、P、K、纤维素含量下降，提高木质素含量，而半纤维素随耕作方式变化无明显规律。因此，PRP是覆盖还田麦秸降解的较佳选择，其有助于还田麦秸力学强度下降，易引起秸秆表面崩解并形成微观凹坑，促进秸秆腐解及养分释放。     

渍害胁迫时期和持续时间对冬小麦产量及其构成因素的影响

为研究渍害胁迫时期和持续时间对小麦产量及其构成因素的定量化影响,以扬麦13号为供试品种,在拔节期、孕穗期和灌浆期,开展不同渍害胁迫持续时间（0、5、10和15 d）的盆栽试验,观测不同渍害胁迫处理下小麦产量及其构成因素的变化。结果表明,不同生育时期发生渍害胁迫均可导致小麦减产,且随渍害胁迫时间的延长,小麦产量下降均达到显著水平（P<0.05）。渍害胁迫造成的减产呈现为孕穗期>拔节期>灌浆期,渍害胁迫每增加1天,孕穗期、拔节期和灌浆期小麦单株产量分别下降0.79、0.59和0.48 g,表明孕穗期是小麦渍害胁迫的敏感期。此外,不同生育时期渍害胁迫对小麦产量构成的影响存在明显差异。拔节期渍害胁迫同时降低小麦株穗数、穗粒数和千粒重,但主要通过降低小麦穗粒数造成产量下降;灌浆期渍害胁迫对小麦株穗数和穗粒数的影响较小,主要通过降低千粒重造成小麦产量下降;孕穗期处于小麦从营养生长转为生殖生长阶段,此时发生渍害胁迫,对小麦株穗数和穗粒数的影响大于灌浆期,对千粒重的影响大于拔节期,因此,孕穗期渍害胁迫造成小麦减产最严重。为预防渍害胁迫造成小麦严重减产,应在孕穗期前后密切关注天气状况,在田间及时开沟排水。     

生活污水灌溉对稻田土壤磷形态和吸附特征的影响

通过设置不同氮、磷浓度的生活污水进行水稻的盆栽实验,采用改进的Hedley法研究了生活污水灌溉后土壤磷形态和吸附特征的变化。结果表明,相对于施用化肥,生活污水灌溉下养分分散进入稻田,而且氮、磷投入量偏低。这导致了种植水稻后土壤总磷(TP)略有下降,土壤有效磷有显著的降低。施化肥促进了土壤易利用态磷的增加,主要是碳酸氢钠提取态无机磷(NaHCO_3-Pi)的增加。水稻种植条件下生活污水灌溉显著降低了土壤易利用态磷,增加了土壤中等活性磷,主要特征是土壤碳酸氢钠提取态有机磷(NaHCO_3-Po)减少,氢氧化钠提取态无机磷(NaOH-Pi)增加。生活污水灌溉能增加土壤对磷的最大吸附量,增强了土壤对磷的吸附和缓冲能力。生活污水中不同氮、磷浓度对土壤磷的影响主要表现为高磷污水灌溉显著增加了土壤氢氧化钠提取态有机磷(NaOH-Po)的含量,而高氮污水灌溉促进了水稻生长,提高了土壤溶液磷的平衡浓度,从而促进水稻对磷的吸收并影响土壤的磷形态。生活污水灌溉对土壤有机磷矿化过程影响显著,但其影响机理还需进一步研究。     

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。     

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.     

江苏省小麦秸秆养分垂直分布特征与不同茬高下麦秸养分归还量估算

为明确小麦植株不同层次的秸秆养分特征,科学估算不同留茬高度下麦秸养分还田量,通过采集江苏省生产上主推的9个春性品种和16个半冬性小麦品种植株,用分层切断法,将秸秆从基部向上依次截取4段长度为5 cm的秸秆,剩余部分为第5段(分别用0~5、5~10、10~15、15~20 cm和>20 cm表示5段秸秆),对穗部单独进行脱粒处理获取颖壳与穗轴,对植株各部分秸秆分别进行烘干称重,并进行养分分析。结果表明:在基部0~20 cm范围内,4个层次秸秆干重占植株秸秆干重的比例都表现为半冬性品种大于春性品种,20 cm以上部分则相反;在同一空间层次上,春性品种的秸秆氮(N)与磷(P)含量高于半冬性品种,而秸秆钾(K)含量低于半冬性品种;春性小麦品种秸秆N与P含量都呈现出从基部向顶部依次递减的趋势,半冬性小麦品种从基部向上秸秆N含量变化不大,而P含量呈“U”型变化,两类品种秸秆K含量都表现为从基部向顶部依次增加的趋势。在留茬10~20 cm且秸秆还田量大致相同的情况下,与春性品种相比,半冬性品种秸秆N归还量高23.4%~26.9%,秸秆P归还量高16.7%~30.8%,而秸秆K归还量低20.4%~25.9%。江苏省小麦秸秆N、P、K总量分别为10.20×10⁴、1.16×10⁴ t和19.52×10⁴ t,在留茬15 cm高时,小麦秸秆N、P、K养分归还量分别为4.90×10⁴、0.56×10⁴ t和8.47×10⁴ t。江苏省2种类型小麦品种秸秆养分含量不同,在麦秸还田后不同麦区的养分管理策略应有所不同。     

饲料中添加抗氧化剂对鲫鱼抵抗藻毒素作用的影响

通过40 d的体表暴露试验,研究了饲料中添加α-硫辛酸、抗坏血酸(V_C)对鲫鱼暴露于铜绿微囊藻污染水体的保护作用。试验期间水体中微囊藻毒素-LR(MC-LR)质量浓度维持在19.40μg/L左右,试验组饲料中α-硫辛酸和V_C的添加量均为600 mg/kg,测定鲫鱼生长性能、MC-LR解毒效果和肝脏抗氧化能力。结果表明,与负对照组相比,饲料中添加α-硫辛酸组和V_C组鲫鱼增质量率显著提高(P0.05),分别提高了4.91%和3.21%;鲫鱼肌肉中MC-LR含量显著降低(P0.05),分别降低了40.72%、14.20%;肝脏谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、总抗氧化能力(T-AOC)显著提高(P0.05),分别提高了79.35%和72.53%、79.35%和72.53%、34.93%和24.43%;肝脏丙二醛(MDA)含量显著降低(P0.05),分别降低了57.26%和48.86%。可见,饲料中添加α-硫辛酸、V_C能够显著提高鱼体的抗氧化能力,减轻MC-LR对鱼体的氧化损伤,进而减少MC-LR在鱼体内的积累,减轻MC-LR对鲫鱼的毒害作用。