不同固体碳源释碳特征及其对反硝化脱氮效果研究

碳源是低碳氮比废水反硝化过程的限制性因素之一,外加固体碳源可以强化微生物反硝化脱氮效果。为筛选出合适的外加碳源,本研究选用廉价的农业废弃物(稻草和锯木屑)和水生植物(绿狐尾藻和梭鱼草)作为固体碳源材料,分析不同固体碳源材料的释碳特征,比较其对反硝化过程的脱氮效果。结果表明,4种材料的释碳过程均符合二级动力学方程,其释碳能力大小为:稻草(25.64 mg/(g·L))梭鱼草(23.64 mg/(g·L))锯木屑(22.37 mg/(g·L))绿狐尾藻(20.45 mg/(g·L)),其中,绿狐尾藻的释放速率最快,其COD释放浓度达饱和浓度一半时所用时间仅为3.56 h。4种材料作为外加固体碳源可显著提高反硝化脱氮效率,其对水体硝态氮的去除率均达80%以上。由于梭鱼草在试验后期出现氨氮的大量积累,会造成水体二次污染。因此,稻草、锯木屑和绿狐尾藻适合作为外加碳源材料利用。     

绿狐尾藻湿地对养殖废水中不同污染负荷氮去除效应

为研究绿狐尾藻湿地对不同污染负荷养殖废水氮去除效应和影响因素，该研究在野外建立了9条表面流绿狐尾藻湿地，以低负荷（60 L/d废水+120 L/d清水）、中负荷（120 L/d废水+60 L/d清水/d）和高负荷（180 L/d废水）养殖废水为处理对象，研究了不同污染负荷下绿狐尾藻湿地水体氮素时间变化规律；结合线性混合模型，进一步探究了影响绿狐尾藻湿地氮去除的关键环境因子。结果表明，整个试验期间（2014-07－2015-05），绿狐尾藻湿地对低、中、高负荷废水铵氮（NH4+-N）和总氮（Total Nitrogen，TN）去除率均较高，其中NH4+-N平均去除率为85.0%～98.6%，TN平均去除率为83.6%～97.1%。线性混合模型分析结果表明，影响绿狐尾藻湿地NH4+-N去除的关键环境因子是水体溶解氧和硝态氮以及底泥NH4+-N含量，其中水体溶解氧对绿狐尾藻湿地NH4+-N去除影响最大。由于绿狐尾藻湿地对不同污染负荷废水NH4+-N和TN去除率均达到80.0%以上，因此绿狐尾藻可作为耐铵植物处理高负荷养殖废水。该研究结果可为绿狐尾藻湿地在规模养殖场的实际应用提供参考。     

典型饮用水源地周边土壤环境质量及其潜在生态风险评价

受农业生产和工业活动等影响,集中式饮用水水源地周边土壤环境质量备受关注。本文以湖南省某典型集中式饮用水源为例,采用网格法和现场踏查分别在水源地一、二级保护区布设13个采样点（S1~S13）及4个底泥样点,开展了土壤及底泥样品的重金属含量监测与潜在生态风险评价。结果表明,饮用水源地周边土壤环境质量良好,土壤中重金属汞、砷、铬、铜和镍的均值都低于农用地污染风险筛选值（GB 15618—2018）,而重金属镉、铅和锌均值分别为0.86 mg/kg、509.53 mg/kg和215.78 mg/kg,均超过了项目风险筛选值,其中S7和S8样点底泥的铅含量超过了项目风险管制值。单因子污染指数结果显示,土壤中镉和铅分别为中度和重度污染。内梅罗综合污染指数结果表明,11.7%的点位样品重金属为中污染,58.8%的点位样点为重污染。综合潜在生态风险指数（RI）范围为153.75~508.44,处于中等和强生态风险水平的样品比例分别为76.5%和23.5%。研究表明,该水源地周边土壤中镉和铅等重金属含量超标,综合潜在生态风险等级为中等水平,应重视该水源地周边土壤环境生态保护,避免局域土壤重金属的潜在生态风险。     

水肥条件与稻草还田对土壤供氮及水稻产量的影响

通过2年田间裂区试验,研究了不同灌溉和施肥条件下,稻草还田对土壤供氮特征及产量的影响。结果表明：（1）上年晚稻稻草还田提高了来年早稻期间土壤NH4^＋-N浓度;配施氮肥后,新鲜早稻稻草还田也增加了晚稻期间土壤NH4＋-N浓度,但在不施氮肥情况下,淹水灌溉稻草还田处理的土壤NH4^＋-N浓度要低于移走稻草处理,间歇灌溉下稻草还田处理的土壤NH4^＋-N浓度仍高于移走稻草处理。（2）稻草还田能促进水稻中后期植株对氮素的吸收及生物量的累积。（3）稻草还田能增加水稻产量,早稻增产幅度为6.85%,晚稻为8.17%;施用氮肥后稻草的增产效应要显著高于不施氮肥,早、晚稻增产分别为9.18%和5.83%。稻草还田主要通过影响有效穗数来影响产量。水稻生长季节、灌溉模式和施肥条件对稻草还田的增产效应存在交互作用,早稻的最佳处理组合为“连续淹灌＋稻草还田＋配施氮肥”,晚稻的最佳处理组合为“间歇灌溉＋稻草还田＋配施氮肥”。     

不同土地利用方式对红壤坡地水土流失的影响

以红壤坡地长期定位试验(1998-2011年)为研究对象,研究自然林、草地、农作、油茶林和湿地松5种土地利用方式对坡地径流量和泥沙流失量的影响,以及不同坡地径流量和泥沙流失量的变化趋势。结果表明:观测年限内5种土地利用方式的产流量大小顺序为农作区>油茶林区>湿地松区>草地区>自然林区,年均产流量分别为287.4,124.7,85.7,51.2,21.3m3/hm2。泥沙流失量大小顺序为农作区>湿地松区>油茶林区>草地区>自然林区,年均产沙量分别为117.7,16.7,15.3,6.9,5.4kg/hm2。5种红壤坡地利用方式年际径流量都呈现下降趋势,农作区下降幅度最大(年均33.8m3/hm2),自然林、草地利用方式下降幅度平缓。农作区的泥沙流失量与径流量的规律并不一致,年际间波动较大,自然林、草地、油茶林和湿地松4种方式在试验后期(2001-2011年)年泥沙流失量较小,稳定保持在0～50kg/hm2。从水土保持角度出发,红壤坡地采用油茶林和湿地松利用方式,短期内(5年)水土流失就可降低到较稳定阶段;采用自然植被恢复或者草地利用方式,1～2年内水土流失量就降低到较低水平;农作区径流量虽然随着试验年限的延长呈现显著降低趋势,但是泥沙的流失风险较大(年际波动较大),不适宜在坡地耕作。     

稻草还田与施氮水平对土壤氮素供应和水稻产量的影响

比较研究了3年定位试验后稻草还田和施N水平对红壤双季稻作系统土壤供N能力、水稻吸N特征和水稻生产的影响。结果表明:头年晚稻草秋季还田对来年早稻土壤NH4+-N和作物吸N量的提高具有促进作用,而早稻新鲜稻草还田使晚稻土壤NH4+-N和作物吸N量均略低于移走稻草处理。稻草还田处理3年后,土壤可矿化N与移走稻草处理相比提高了35.4%~53.9%,且水稻各生育期干物质生产量均高于移走稻草处理,稻谷增产率达4.0%~4.7%。施用N肥可以显著增加土壤NH4+-N和可矿化N含量,且随着N肥用量的增加,水稻植株的累积吸N量和系统生产力(地上干物质量和产量)均显著的增加,建议N(全年施N量185 kg hm-2)和习惯N(全年施N量265 kg hm-2)处理相对于无N处理的增产率分别为35.2%和45.3%,而N肥的吸收利用效率分别为27%和25%,农学产量效益分别为每公斤纯N增产谷粒12.7 kg和11.4 kg。     

不同灌溉条件下稻草还田对土壤供氮特征及水稻产量的影响

通过2年裂区试验,研究了不同灌溉方式和施肥条件下稻草还田对土壤供N特征及产量的影响。结果表明:上年晚稻草还田提高了翌年早稻期间土壤NH4 -N浓度;配施N肥后新鲜早稻草还田也增加了晚稻期间土壤NH4 -N浓度,但不施N肥淹水灌溉下稻草还田土壤NH4 -N浓度低于移走稻草的处理,间歇灌溉下稻草还田处理土壤NH4 -N浓度仍高于移走稻草的处理。稻草还田能增加水稻产量,早稻增产幅度为6.85%,晚稻为8.17%;施用N肥后稻草增产效应显著高于不施N肥处理,分别增产9.18%和5.83%。稻草还田主要通过影响有效穗数来影响产量,但水稻生长季节、灌溉模式和施肥条件对稻草还田的增产效应存在交互作用,早稻以连续淹水灌溉条件下稻草还田的增产效果最大,而晚稻则以间歇灌溉条件下的效果最佳。