基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

地下水硝酸盐（NO₃^-）污染已经成为全球严重的水环境问题之一，由于饮用水中高含量NO₃^-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险，其来源的确定对于NO₃^-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例，首次采用NO₃^-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO₃^-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明，地下水NO₃^-含量分布在0.1~197.0 mg·L^-1，平均值为34.2 mg·L^-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO₃^-最大含量[20 mg（N）·L^-1，相当于NO₃^-含量90 mg·L^-1]相比，有10%的样品NO₃^-含量超标。井深<30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO₃^-平均含量分别为25.9 mg·L^-1、39.7 mg·L^-1和20.1 mg·L^-1。空间上，宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO₃^-含量较高。地下水NO₃^-的δ¹⁵N组成范围为0.72‰~23.93‰，平均值为11.62‰；δ¹⁸O组成范围为0.49‰~22.50‰，平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO₃^-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO₃^-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示，粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO₃^-平均贡献率高达56.2%，化肥的平均贡献率为19.3%，大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO₃^-的主要来源，为保护和改善研究区地下水水质，建议加强污水管道建设，强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

我国农业水资源可持续利用面临的问题与对策

分析了我国农业水资源分布特点，从可持续发展角度论述了农业水资源存在着供需矛盾日益突出、污染和超采严重、地下水位和水质下降、农业用水效率低且浪费严重等问题，提出了实施农业高效用水技术、控制污染保护生态平衡、污水、海水、雨水资源化以及区域水资源调度等解决对策。     

不同水分条件下小麦旗叶叶绿素a荧光参数与子粒灌浆速率

利用OS－30型叶绿素荧光分析仪研究水分胁迫对小麦旗叶叶绿素a荧光动力学参数的影响。结果表明，水分胁迫下旗叶的T1／2值减少，旗叶光系统Ⅱ（PSⅡ）原初光能转化效率（Fv/Fm)和潜在活性（Fv/Fo)降低，光合作用的潜在活力降低，这些参数下降影响了光合电子的传递和CO2同化的正常进行，表现在可变荧光淬灭速率减慢，可变荧光下降比值减小。同时还讨论了水分胁迫对灌浆速率的影响。     

太行山小流域降雨—径流关系及其过程的研究

观测了水源区的太行山小流域径流及降雨过程 ,分析了径流与降雨的关系。结果表明 ,流域降雨季节性变化很大 ,主要集中于 6～ 9月 ,总量达 3 89.2 mm ,占 86.5 % ,11月到翌年 5月仅 60 .75 mm。在旱季 ,流域径流量逐渐下降 ,11月到翌年 5月底减少 0 .0 0 2 3 m3/ s,此期降雨次数和量较少 ,径流量持续下降 ,11月至翌年 3月由于植物叶片枯落 ,浅层土壤水经长时间蒸发后对深层裂隙水无明显影响 ,径流量较稳定 ,进入生长季后 ,流量近至枯竭。雨季降雨是流域径流的主要来源 ,当降雨量小于 5 0 mm时 ,降雨对径流的影响很小。连续暴雨使径流迅速形成洪峰 ,在平均雨强达到 2 8.91mm / h后 ,4 h径流量达最大值 0 .90 5 m3/ s,此期径流量与累积降雨量呈极显著的线性正相关。但洪峰仅持续 1～ 2 h,后期 5 7.3 m m的降雨量并未再次引起洪峰。     

近10年黄河三角洲地区粮食产量及灰色预测

通过收集粮食产量的历史数据,分析了黄河三角洲地区近10年来粮食产量的变化趋势、19个县(市、区)的粮食贡献以及其空间分布格局。基于灰色理论和Matlab软件编程建立了现代黄河三角洲地区的粮食产量定量预测模型,并进行不确定性分析。结果表明,黄河三角洲地区未来几年内粮食产量呈上升趋势,GM(1,1)模型模拟预测值序列与实际值序列残差的关联度R、均方差比值C及小误差概率均判定该模型的精度为一级,误差较小,预测结果可靠。本研究所得结果可为粮农管理部门做相关决策提供依据。     

气候变化对浙江省植物气候生产力的影响

根据1961～2002年浙江省大致分布均匀的39个气象台站的气温和降水资料,利用Thornthwaite Memorial模型,计算了浙江省植物气候生产力,分析了其空间分布特征、长期变化趋势以及20世纪60年代、70年代、80年代和90年代以来的距平场变化,讨论了不同气候变化情景下气温和降水变化对植物气候生产力的影响.研究结果表明:浙江省植物气候生产力在14 424～17 323 kg·hm-2·a-1之间,其空间分布由浙北地区向浙中南地区逐步增加.近42年来浙江省植物气候生产力的趋势系数为0.211～0.603,气候生产潜力呈增加趋势,尤其是20世纪90年代以来(1991～2002年),随着气温的升高和降水量的增加,浙江省植物气候生产力比平均值偏多1.7%～9.6%."暖湿型"气候变化情景有利于提高气候生产力,而"暖干型"气候使浙江省植物气候生产力下降.     

水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响

通过对冬小麦生育期不同阶段进行水分控制试验,研究了不同控水处理对冬小麦的产量的影响,同时对不同水分条件下不同冬小麦品种的产量、水分利用效率和耗水量之间的关系以及产量构成因素对产量的贡献进行了探索.结果表明,各种灌水方案中,以拔节-抽穗期的2次灌水效果最好.随灌水量的增加,产量表现出抛物线型变化,而水分利用效率呈现对数关系.参试品种中,以品种6365的抗旱性能和产量潜力最好.     

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

地下水硝酸盐去除中反硝化微生物的研究进展

地下水硝酸盐污染已经成为一个全球问题,由于饮用高硝酸盐含量的地下水会增加高铁血红蛋白症和癌症风险,地下水硝酸盐污染受到越来越多的关注。反硝化脱氮是地下水硝酸盐脱氮的主要途径之一。本文就参与地下水硝酸盐去除的反硝化微生物种类、反硝化机理、碳源类型以及地下水污染中微生物作用的国内外研究现状进行了较全面系统的评述。在此基础上,提出了该类研究中存在的不足,包括实验室研究较多但野外研究较少,野外原位应用中对特定微生物特性方面研究缺乏,碳源利用率低和硝酸盐去除速度慢,去除过程中有效微生物的代谢途径仍不清楚等问题。针对这些问题,本文认为以后的研究应该进一步开发野外原位应用中反硝化微生物资源,并借助先进的分子方法和功能基因鉴定此类特殊微生物的种类、功能及其生态学行为,选择最佳碳源,完整深入地了解地下水硝酸盐去除中微生物的代谢过程,识别反硝化过程中氮的来源与去向,为寻找提高处理效率的方法提供理论依据,真正将理论和实践结合起来。