苏南麦田基施包膜尿素的农学和环境效应评价

为验证包膜尿素一次性基施、速效矿质氮肥分次施用在南方冬小麦系统中的可替代性,在江苏江宁麦田建立田间试验,通过连续3 a的3个作物季观测,比较了0、160 kg N·hm~(-2)(低量)和240 kg N·hm~(-2)(习惯用量)施氮量下树脂包膜尿素一次基施(PU)和非包膜尿素分次施用(U)对小麦产量、氮肥利用率及NH_3挥发与N_2O排放的影响,并从经济效益和气态活性氮减排两方面评估了包膜尿素施用的农学和环境效应。结果表明:U和PU处理小麦产量均随施氮量增加而提高,但PU下增产更显著。习惯施氮量下,PU比U平均增加小麦产量16.6%,提高氮肥偏生产力和农学利用效率16.7%和26.6%。等氮量下PU虽不能提高氮肥生理效率,但却显著提高氮肥利用率35.7%～65.2%。同时,PU较U处理能有效削减NH_3和N_2O排放峰,习惯施氮量下可降低NH_3和N_2O季节累积排放量43.3%和37.6%。综合分析产量、肥料和其他管理成本的产投收益结果表明,施用160 kg N·hm~(-2)PU即可近似达到U习惯施氮量下小麦产量水平和净收益;且当PU施氮量增至240 kg N·hm~(-2)时,可在不显著增加NH_3和N_2O排放情况下,显著增加小麦产量,近而大幅提高农户净收益41.8%。研究表明,与农户习惯施氮相比,供试聚氨酯包膜尿素一次基施不仅能够获得高产,而且也有利于农户增收和环境保护。     

三重耦合改性防止水基聚合物包膜肥料粘连并延缓释放

  【目的】  水基聚丙烯酸酯价格低廉、成膜性好,具有作为控释肥料包膜材料的潜力,但其玻璃转化温度低和耐水性差,导致用其制备的包膜控释肥料颗粒容易相互粘连并且养分释放过快。本研究旨在通过改性措施防止水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料的粘连,并提升其控释性能。  【方法】  选用易获取且价格低廉的3种改性剂纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷,通过简单的物理混合方式对水基聚丙烯酸酯进行耦合改性。采用动态热机械性能测定了改性前后包膜材料的玻璃转化温度和储能模量,采用接触角仪和水蒸气渗透装置分别测定了包膜的水接触角和水蒸气渗透率,采用静水溶出法测定了控释肥料的养分释放特征。为了更好地比较耦合改性的效果,将未改性的丙烯酸酯 (PA)、纳米二氧化硅单独改性的丙烯酸酯 (PA+Silica)、FeⅢ-单宁酸配合物单独改性的丙烯酸酯 (PA+Fe) 和十六烷单独改性的丙烯酸酯 (PA+HD)作为对照,分析了包膜材料性质改变对控释肥料养分释放特征的影响。  【结果】  耦合改性后包膜的玻璃转化温度提升了4.4℃,?70°C的储能模量提升了72.2%,水接触角提高了22°,水蒸气渗透率降低了13.6%。以上包膜材料性质的改变不但有效防止了控释肥料的粘连,也将其初期溶出率从未改性的38.29%降低到2.04%,控释期从未改性的8天延长到52天,释放模式也从和作物养分需求不匹配的“倒L”型变为和作物养分需求相匹配的“S”型。耦合改性改善包膜肥料粘连现象的原因为耦合改性将包膜材料的玻璃转化温度从20.40℃提升到了24.80℃。相关分析表明,包膜肥料初期溶出率的显著降低主要是因为FeⅢ-单宁酸配合物所降低的水蒸气渗透率和纳米二氧化硅所提高的玻璃转化温度和储能模量,而控释期的延长主要是由于十六烷所带来的水接触角的上升。  【结论】  采用纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷耦合改性水基聚丙烯酸酯后,有效防止了控释肥料的粘连,显著提升了控释性能,并且该改性方式易于应用到工业生产中,是一种可行的水基聚合物包膜材料的改性方法。     

贵州锁黄仓湿地沉积物重金属空间分布及生态风险评价

以贵州锁黄仓湿地表层沉积物为研究对象,利用空间插值分析、主成分分析与相关性分析方法,研究沉积物中镉(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)、砷(As)、铅(Pb)5种重金属元素含量的空间分布特征和来源情况,并通过Tomlinson污染负荷指数法和Hakanson潜在生态风险指数法进行生态风险评价,为锁黄仓湿地公园的生态安全以及有序发展提供基础数据。结果显示,Cr、Ni、Zn、As、Pb平均值分别为98.44、73.14、148.67、21.93、54.32 mg/kg,与土壤重金属背景值(95.90、51.20、99.50、20.00、35.20 mg/kg)相比较,5种重金属含量均偏高;而各重金属变异系数相对较小(13.94%~21.55%)。Cr、Ni、As之间以及Zn与Pb呈极显著正相关(P<0.01)。主成分分析中,第一主成分(A1)包括Cr、Ni和As,第二主成分(A2)包括Zn和Pb。锁黄仓表层沉积物重金属污染负荷指数为1.348,且上游(1.379)>下游(1.372)>中游(1.303),均属于"中等"污染程度。潜在生态风险评价表明,5种重金属潜在生态风险指数小于下限(RI=150),属于轻度生态污染。Cr、Ni和As的来源途径可能相同,主要受周边农业活动和环境影响;Zn和Pb具有相同输入源的可能性较大,主要受炼锌业和交通运输影响。研究表明,锁黄仓湿地受到中等程度的污染,但生态环境质量属于可控范围。