喀斯特流域径流侵蚀力的时空分异及其对岩溶特征因子的响应

[目的] 西南喀斯特区土壤侵蚀问题十分突出,严重影响着区域社会经济的可持续发展。而喀斯特流域特征环境因子如何影响土壤侵蚀的直接驱动力—径流侵蚀力,目前尚不十分明晰。[方法] 以西南喀斯特地区的野纪河流域为例,基于流域出口水文站长系列高频实测数据,采用水土评估工具(SWAT)和偏最小二乘模型(PLSR)评估了2005—2020年流域径流侵蚀力的时空演变特征,解析了主要喀斯特环境因子对径流侵蚀力的影响。[结果] 流域多年平均径流侵蚀力为2 326.47 m⁴/(km²·s),并具有较强的空间异质性,2005年径流侵蚀力高值主要分布北部和中部,而2010—2020年,径流侵蚀力高值区逐步向中南部转移。时间上,受益于岩溶区"十一五"以来坡耕地水土流失综合治理、石漠化综合治理等生态修复工程的实施,野纪河流域径流侵蚀力总体上呈降低趋势。岩性、基岩裸露、坡度是影响野纪河流域径流侵蚀力变化的主导控制因子,对径流侵蚀力时空分异的共同解释度达57.7%。[结论] 研究结果可为喀斯特流域水侵蚀导致的水土流失综合防治提供理论参考,有助于制定更加精准和有效的政策和措施,改善喀斯特区生态环境,促进该地区的可持续发展。     

基于RUSLE模型的妫水河流域土壤侵蚀时空变化特征

[目的] 为揭示流域土壤侵蚀时空变化特征并开展可持续流域治理工作。[方法] 基于妫水河流域1995—2018年降雨、土壤、数字高程模型及土地利用数据,采用GIS技术与RUSLE模型的方法定量分析妫水河流域土壤侵蚀时空特征,并对流域土壤稳定性进行评价。[结果] (1)1995—2018年,流域内林地和草地面积均呈下降的趋势,2018年林地和草地面积分别为4.41×10⁴,0.84×10⁴ hm²,较1995年分别下降13.52%和10.61%。耕地面积由1995年的3.53×10⁴ hm²增加至2018年的4.07×10⁴ hm²。建筑用地面积逐渐增加,由1995年的0.59×10⁴ hm²增加到2018年的1.90×10⁴ hm²。(2)妫水河流域内土壤侵蚀模数呈波动性变化,由1995年的8.71 t/(hm²·a)降至4.56 t/(hm²·a)后,于2018年升至11.07 t/(hm²·a)。(3)妫水河流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,1995—2015年,土壤侵蚀强度逐渐降低并保持稳定,中度及以上土壤侵蚀面积比例由4.95%降至3.05%,2018年后升至7.42%。(4)妫水河流域在研究时段内土壤稳定性降低,不稳定土壤面积升高。[结论] 妫水河流域城市化的进程中,林草覆盖度略有降低;土壤侵蚀强度整体下降,但在后期略有提高;不稳定土壤所占面积较少。研究结果可为妫水河流域综合治理及土地利用规划提供依据。     

东北黑土区融雪径流侵蚀力时空分布

[目的] 融雪侵蚀是东北黑土区主要土壤侵蚀形式之一,是该区土地退化的重要作用力,融雪径流侵蚀力是计算融雪径流侵蚀量的关键因子,因此研究融雪径流侵蚀力具有重要意义。融雪径流侵蚀力主要受积雪深度、辐射强度及升温速率影响,其主要驱动力包括融雪速率和地表径流作用。[方法] 通过计算近31年日均融雪径流侵蚀力,分析东北黑土区融雪径流侵蚀力时空分布特征,并利用地理探测器辨析各区域融雪径流侵蚀力的主要影响因子。[结果] 3个黑土亚区1990—2020年日均融雪径流侵蚀力均呈现先增大后减小态势,近些年逐步趋于稳定,多年日均融雪径流侵蚀力为0.01 (MJ·mm)/(hm²·h·a);空间上多年日均融雪径流侵蚀力在0~0.21 (MJ·mm)/(hm²·h·a)范围内,基本呈现中间小、四周大规律。融雪径流侵蚀力影响因子空间上表现为积雪深度北部大、南部小,太阳辐射强度呈现由西向东递减,升温速率值从北部向南部递减。通过地探测器辨析融雪径流侵蚀力影响因子作用强弱发现,升温速率对蒙东黑土亚区作用最强,而积雪深度对松嫩黑土亚区及三江黑土亚区作用最强。[结论] 通过分析1990—2020年东北黑土区融雪径流侵蚀力时空特征及其影响因子,对于深化研究区融雪径流侵蚀特征及融雪侵蚀防控具有一定的理论和实践意义。     

水力侵蚀对土壤碳循环及土壤微生物多样性影响的研究进展

[目的] 针对水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议,综述水力侵蚀对土壤有机碳矿化作用和土壤微生物多样性的影响机制,提出未来定量研究的方向与注意事项。[方法] 在提出水力侵蚀对土壤碳循环"源"汇"效应概念和理论的基础上,分析现阶段研究中水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议的核心问题,进而探讨水力侵蚀导致不同种类土壤微生物多样性变化的差异及其作用机制。[结果] 水力侵蚀过程导致土壤有机碳矿化作用形成碳循环中的"源"效应,而沉积过程导致有机碳迁移至低洼处固存形成碳循环中的"汇"效应,微生物的呼吸和分解作用可能解释土壤碳循环中消失的碳"汇"问题;水力侵蚀过程削弱细菌群落结构复杂性,而沉积过程可增加细菌群落结构的复杂性,但侵蚀和沉积过程都可能降低土壤真菌的α多样性和群落结构复杂性;水力侵蚀过程通过影响土壤有机碳含量、植被覆盖度和土壤pH等因素间接影响土壤微生物多样性。[结论] 未来研究应强化不同尺度水力侵蚀过程对土壤碳循环的影响机制、水力侵蚀过程与土壤微生物多样性的相互作用机制及水力侵蚀过程中土壤微生物对碳循环的影响机制相关量化研究。     

长江中游城市群生态网络构建、优化与协同治理

[目的] 科学构建长江中游城市群生态网络,为跨区域生态保护和协同治理提供科学依据。[方法] 遵循"源地识别—阻力面构建—廊道提取"框架构建多时点生态网络,基于网络属性和人类活动进行网络评价。[结果] (1)研究区生态源地面积由2000年的2.67×10⁴ km²下降到2020年的2.29×10⁴ km²,主要分布在湖北省西北部山区、江西、湖南交界处的山脉及鄱阳湖流域等地区。生态廊道数量由69条下降为42条,总长度由1.53×10⁴ km下降到1.16×10⁴ km。研究区内生态阻力逐渐上升,网络重心由湖北省转移至湖南省,形态上由"三横两纵"的条带式分布转变为集中组团式分布。生态网络全局集程度、网络连通性均在减弱,总体上呈现结构收缩、功能减弱的变化趋势。网络周围5,15 km范围受人类活动影响最为明显。(2)在网络优化中,基于生态网络与交通网络交汇识别102个断裂点,基于源地间距离设置17个踏脚石。在生态网络5,15 km的范围设立"核心保护带"和"生态控制带",总长1 505 km。[结论] 在协同治理中,省级层面上湖北、江西两省应当完善流域跨省生态补偿机制,湖南、江西两省应当强化协同机制实施中的司法保障;市级层面上针对管理重点实行差别化管控,通过规划潜在生态廊道推进市域层面协同治理。优化后的生态网络集程度由0.22提升至0.30,有效提升区域间生态连通性。     

1986—2020年黄河流域十大孔兑土地利用变化及驱动力分析

[目的] 十大孔兑是黄河几字湾的重要组成部分,生态环境敏感脆弱,开展其土地利用变化与驱动力分析对黄河流域高质量发展具有重要生态意义。[方法] 对十大孔兑基于1986年、2000年、2010年、2020年4期遥感影像,运用ArcMap 10.8空间分析法和主成分分析法系统分析其土地利用变化情况及驱动因素。[结果] 林地、建设用地、耕地呈逐期扩张趋势,未利用地、草地、水域呈逐期缩减趋势,截至2020年林地成为占地面积最大地类,面积达6 308.43 km²,占总面积的59.99%。2010—2020年综合动态度最高,达1.59 %,表明土地利用变化在2010—2020年变化最为剧烈。平原区地势平坦,耕地和建设用地在此扩张明显;风沙区在生态治理政策与工程作用下,未利用地向林草地转变,在风沙区东部尤为明显,而在风沙区中部则小比例转变为光伏发电建设用地;丘陵区主要由未利用地转变为林地,由于区域工矿业发达,丘陵区东南部极小部分林地转变为城乡工矿建设用地;水域在孔兑内部共减少75.81 km²,而耕地除北部平原区扩张外,在孔兑沿岸增加明显。土地利用变化主要受社会经济、农业生产力、地势、政策驱动变化。[结论] 近35年来,十大孔兑土地利用变化较大,整体生态向好的方向发展较为明显。该研究结果可为决策部门制定黄河流域生态保护政策提供科学参考。     

2000—2020年青海河湟谷地植被NDVI时空变化及影响因素

[目的] 为了解青海河湟谷地植被时空变化情况,明晰气候变化、土地开发利用及人类活动等因素对植被变化的影响。[方法] 利用2000—2020年MODIS NDVI数据集表征植被变化,基于Theil-Sen Median趋势检验法、偏相关性分析、地理探测器等方法,探究青海河湟谷地NDVI时空变化情况及其与气温、降水、坡度、土壤类型和人类活动等影响因素的关系。[结果] (1)近20年河湟谷地植被NDVI呈波动增长趋势,显著增长区域面积为2.21×10⁴ km²(p＜0.05),占河湟谷地总面积的53.39%;植被NDVI显著下降区域面积为7.04×10² km²(p＜0.05),主要分布在湟水谷地中部,占总面积的1.69%;(2)自然因素上,NDVI与气温、降水呈正相关区域分别占总面积的50.32%,80.14%。植被显著上升的区域主要分布在海拔2 800~3 100 m、坡度15°~20°、坡向为北向的区域。在高程小于3 200 m范围内,植被NDVI变化随高程增加呈现上升趋势,其中显著上升区域占总面积的54.37%。人类活动因素上,NDVI与人口密度、夜间灯光呈正相关区域分别占总面积的50.52%,38.53%。植被NDVI在森林、灌木、草地及建设用地上呈显著向好趋势。(3)综合偏相关性分析与地理探测器对植被NDVI变化归因分析可知,不同土壤类型上植被变化差异明显,年降雨量和人类活动是河湟谷地植被NDVI变化主要影响因素,各影响因素间存在交互作用,呈现相互增强和非线性增强关系。[结论] 研究结果揭示了河湟谷地植被NDVI时空变化特征,明确了自然因素与人为因素对植被NDVI变化的驱动机制,可为未来青海省河湟谷地生态保护、建设规划以及生态工程实施提供理论支撑。     

不同浓度微咸水灌溉对土壤水盐分布及冬小麦生长的影响

[目的] 微咸水灌溉是缓解农业用水紧张、保障粮食生产的重要途径之一,但灌溉水中的可溶性盐会导致土壤盐分累积,进而影响作物生长,寻求适宜的灌溉水盐分浓度是咸水、微咸水资源得到安全利用的有利保障。[方法] 研究采用遮雨盆栽试验种植冬小麦,以去离子水为对照(CK),添加氯化盐形成不同浓度的微咸水处理,灌溉水电导率(EC_w)分别为:0.26(CK),3.00(S1),5.26(S2),7.07(S3),9.24(S4) dS/m,研究土壤水盐分布和冬小麦生长、光合生理及产量形成的响应。[结果] 不同浓度微咸水灌溉下土壤含水率、土壤含盐量随盐分浓度的增加而增大。当灌溉水电导率为9.24 dS/m时,土壤含水率分别比CK高5.43%(0—10 cm),4.21%(10—20 cm),4.98%(20—40 cm);冬小麦收获后CK及S1-S4处理下0—40 cm土层土壤饱和浸提液电导率(ECe)分别为0.66,4.89,7.88,9.34,10.16 dS/m;与CK相比,灌溉水电导率为3.00,5.26 dS/m时,冬小麦生长、光合生理指标、产量无显著差异,而为7.07,9.24 dS/m时显著降低,当灌溉水电导率为9.24 dS/m时,冬小麦净光合速率、最大株高、最大叶面积、成熟期地上部干物质量、根系干物质量及产量相比CK分别降低71.00%,2.81%,15.33%,15.55%,47.25%,27.53%。利用FAO分段函数拟合计算得冬小麦灌溉微咸水电导率阈值为5.82 dS/m,超过该值,每增加1 dS/m,冬小麦相对产量下降8.80%。[结论] 综上所述,灌溉水盐分浓度越高,对土壤水盐分布及冬小麦生长的影响越大,5.82 dS/m为冬小麦的灌溉微咸水电导率阈值。综合考虑冬小麦生长、光合生理指标及土壤理化性质,建议使用微咸水灌溉冬小麦时,EC_w不宜超过5.82 dS/m。该研究结果可为微咸水安全利用提供理论支撑。     

金沙江干热河谷典型水电开发对局地气候的影响

[目的] 探究水电开发对局地气候的影响,是预防和减轻水电开发可能带来的负面效应,实现能源的可持续发展与环境保护的重要保障。[方法] 选取金沙江中游的龙开口、观音岩及下游的溪洛渡、向家坝4个典型水电站,运用气候倾向率、M-K趋势检验和小波分析等方法,定量分析了中下游水电局地气温、降水在蓄水前后的月、季、年变化及在水电开发中的突变情况和周期性特征。[结果] (1)蓄水后,水电站对河谷内最高温起抑制作用,最低温起抬升作用;夏季和秋季,下游水电站发挥了降温作用,月平均气温2,6,7,9,10,11月下降显著,而中游水电站调温作用不明显,仅7月平均气温略有下降。(2)蓄水后,各季节降水量均有增加,在4,8,9月增加显著,增幅为0.71~27.95 mm。(3)气温、降水与水电开发相关,中下游水电站的气温、降水在开发中和蓄水后发生不同时间的突变。(4)气温和降水在小波变化周期上呈现相似的特征,蓄水后,局地降水呈现出更显著的周期性,并且具有一定稳定性。[结论] 不同时间尺度上,水电开发在不同河段上影响局地气温和降水的程度不同,受到地理位置、周边环境及蓄水时长的多重因素制约。     

聚丙烯酰胺对花岗岩砂土分离与产沙过程的影响

[目的] 探究聚丙烯酰胺(PAM)施用对花岗岩母质发育砂土分离与产沙过程的影响,明确PAM改良砂土抗蚀性的浓度阈值,为崩岗侵蚀防治提供依据。[方法] 选取崩岗侵蚀区花岗岩母质发育的砂土,设置5个PAM施入水平(0‰,1‰,3‰,5‰,7‰),通过径流冲刷模拟试验,研究不同水力条件下砂土产沙速率、分离速率及细沟可蚀性对PAM施用浓度的响应规律。[结果] ①PAM显著降低了砂土的产沙速率、分离速率和细沟可蚀性,且显著提高了临界剪切力(p<0.01)。PAM的减沙效应随冲刷时间的增加呈降低后稳定的趋势,而随其施用浓度的增加逐渐增大。当PAM施用浓度在5‰以内时平均减沙效果最明显。②土壤分离速率与PAM施用浓度呈极显著的负相关关系(p<0.001),但随着PAM施用浓度的增加,分离速率的降低速率逐渐减缓,且PAM(F=37.39,p<0.001)对土壤分离与产沙过程的作用大于水流剪切力(F=15.38,p<0.001)。③PAM处理组与CK的细沟可蚀性之比与PAM浓度呈二次函数关系(R²=0.996,p<0.001),且5‰的PAM对细沟可蚀性的降低效率最显著。[结论] 施用PAM有效降低了花岗岩砂土的产沙速率、分离速率与细沟可蚀性,提高了其临界剪切力,改良效果在PAM施用浓度低于5‰时呈不断增加的趋势,而PAM施用浓度大于5‰时改良效果没有明显变化。因此,建议5‰为PAM改良花岗岩砂土抗蚀性的浓度阈值。     

A conceptual framework and an empirical test of complementarity and facilitation with respect to phosphorous uptake by plant species mixtures

Plant species have different traits for mobilizing sparingly soluble phosphorus (P) resources, which could potentially lead to overyielding in P uptake by plant species mixtures compared to monocultures due to higher P uptake as a result of resource (P) partitioning and facilitation. However, there is circumstantial evidence at best for overyielding as a result of these mechanisms. Overyielding (the outcome) is easily confused with underlying mechanisms because of unclear definitions. We aimed to define a conceptual framework to separate outcome from underlying mechanisms and test it for facilitation and complementarity with respect to P acquisition by three plant species combinations grown on four soils. Our conceptual framework describes both mechanisms of complementarity and facilitation and outcomes (overyielding of mixtures or no overyielding) depending on the competitive ability of the species to uptake the mobilized P. Millet/chickpea mixtures were grown in pots on two calcareous soils mixed with calcium-bound P (CaP) and phytate P (PhyP). Cabbage/faba bean mixtures were grown on both acid and neutral soils mixed with P-coated iron (hydr)oxide (FeP) and PhyP. Wheat/maize mixtures were grown on all four soils. Rhizosphere carboxylate concentration and acid phosphatase activity (mechanisms) as well as plant P uptake and biomass (outcome) were determined for monocultures rhizosphere and species mixtures. Facilitation of P uptake occurred in millet/chickpea mixtures on one calcareous soil. We found no indications for P acquisition from different P sources, neither in millet/chickpea, nor in cabbage/faba bean mixtures. Cabbage and faba bean on the neutral soil differed in rhizosphere acid phosphatase activity and carboxylate concentration, but showed no overyielding. Wheat and maize, with similar root exudates, showed overyielding (the observed P uptake being 22% higher than the expected P uptake) on one calcareous soil. We concluded that although differences in plant physiological traits (root exudates) provide necessary conditions for complementarity and facilitation with respect to P uptake from different P sources, they do not necessarily result in increased P uptake by species mixtures, because of the relative competitive ability of the mixed species.     

不同工艺对牛粪堆沤肥过程气体排放的影响

堆沤肥是中国畜禽粪便处理利用的最主要方式。为探究不同堆沤肥方式对温室气体和氨气排放规律和温室效应,在北京市密云区开展了为期71d的堆沤肥试验,以牛粪和玉米秸秆为原料,分析了静态堆沤 (T1)、堆沤+翻抛 (T2)、堆沤+覆膜 (T3)、翻抛+覆膜 (T4)等4种方式对堆沤肥过程中腐熟度、温室气体和氨气等指标的影响。结果表明,4个处理的种子发芽指数分别达到131.33%、134.49%、108.76%和136.24%,均满足堆肥产品的腐熟度要求（≥70%）。翻抛有利于CO₂、N₂O和NH₃的排放,而覆膜抑制了N₂O的生成,T2处理的增温潜势最高,T3处理的增温潜势最低,较对照组T1处理减排20.14%。因此,T3处理在能够保证堆肥产品的腐熟度要求的前提下,还可有效减少增温潜势。该研究可为中小养殖场户堆沤肥的工艺优化实践提供技术指导。     

南疆矮化密植高产优质香梨节水灌溉模式筛选

为探讨香梨节水灌溉模式,提高水分利用效率（water use efficiency,WUE）和产量,于2021–2022年基于新疆29团5年生香梨园开展田间试验,试验采用灌溉方式和灌溉定额双因素完全随机试验,设置了灌溉方式和灌溉定额设置了3种微灌方式：地表滴灌（M1）、地下滴灌（M2）、根区渗灌（M3）,设置3种灌溉定额：低水（I1）、中水（I2）、高水（I3）,以传统漫灌（CK）为对照。研究不同灌溉方式和灌溉量对土壤电导率（electrical conductivity,EC）和脱盐率（rate of desalination,ROD）、香梨生长、产量、WUE、果实品质和净效益的影响。结果表明：M2的产量和WUE最高,与M1和CK相比,其产量分别提高22.11%～26.27%、7.04%～14.14%,WUE分别提高26.51%～29.58%、20.11%～24.99%,且与M3相比差异不显著（P>0.05）;此外,M2可以促进香梨生长,提高果实品质以及促进盐分淋洗。M3前期的投入成本最大,但获得的净利润仅次于M2。灌溉方式相同时,增加灌溉定额能有利于香梨生长,提高产量和盐分淋洗。基于主成分分析等3种综合评价方法从环境效益、果实品质和经济效益3个方面,选取15个评价指标进行综合评价,M2I3处理综合得分最高,M1I1处理综合得分最低。因此推荐矮化密植初果期的香梨采用地下滴灌模式,生育期灌溉定额为6 750 m3/hm²。研究可为南疆干旱区林果业节水控盐高效生产提供理论依据和技术支撑。     

基于RGB和深度双模态的温室番茄图像语义分割模型

图像语义分割作为计算机视觉领域的重要技术,已经被广泛用于设施环境下的植物表型检测、机器人采摘、设施场景解析等领域。由于温室环境下未成熟番茄果实与其茎叶之间具有相似颜色,会导致图像分割精度不高等问题。本研究提出一种基于混合Transformer编码器的“RGB+深度”（RGBD）双模态语义分割模型DFST（depth-fusion semantic transformer）,试验在真实温室光照情况下获得深度图像,对深度图像做HHA编码并结合彩色图像输入模型进行训练,经过HHA编码的深度图像可以作为一种辅助模态与RGB图像进行融合并进行特征提取,利用轻量化的多层感知机解码器对特征图进行解码,最终实现图像分割。试验结果表明,DFST模型在测试集的平均交并比可达96.99%,对比不引入深度图像的模型,其平均交并比提高了1.37个百分点;对比使用卷积神经网络作为特征提取主干网络的RGBD语义分割模型,其平均交并比提高了2.43个百分点。结果证明,深度信息有助于提高彩色图像的语义分割精度,可以明显提高复杂场景语义分割的准确性和鲁棒性,同时也证明了Transformer结构作为特征提取网络在图像语义分割中也表现出了良好的性能,可为温室环境下的番茄图像语义分割任务提供解决方案和技术支持。     

Potential of plant growth-promoting rhizobacteria-plant interactions in mitigating salt stress for sustainable agriculture: A review

Soil salinization affecting different crops is one of the serious threats to global food security.Soil salinity affects 20%and 33%of the total cultivated and irrigated agricultural lands,respectively,and has been reported to caused a global crop production loss of 27.3 billion USD.The conventional approaches,such as using salt-tolerant varieties,saline soil scrapping,flushing,leaching,and adding supplements (e.g.,gypsum and lime),often fail to alleviate stress.In this context,developing diverse arrays of microbes enhancing crop productivity under saline soil conditions without harming soil health is necessary.Various advanced omics approaches have enabled gaining new insights into the structure and metabolic functions of plant-associated beneficial microbes.Various genera of salt-tolerating rhizobacteria ameliorating biotic and abiotic stresses have been isolated from different legumes,cereals,vegetables,and oil seeds under extreme alkaline and saline soil conditions.Rapid progress in rhizosphere microbiome research has revived the belief that plants may be more benefited from their association with interacting diverse microbial communities as compared with individual members in a community.In the last decade,several salt-tolerating plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) that improve crop production under salt stress have been exploited for the reclamation of saline agrosystems.This review highlights that the interaction of salt-tolerating microbes with plants improves crop productivity under salinity stress along with potential salt tolerance mechanisms involved and will open new avenues for capitalizing on cultivable diverse microbial communities to strengthen plant salt tolerance and,thus,to refine agricultural practices and production under saline conditions.     

生物炭强化生物滤池处理农村生活污水效果及碳排放

为研究生物炭对生物滤池强化作用及其在“双碳”背景下碳排放量与去除效果相结合的评估方法,以秸秆生物炭强化曝气生物滤池为研究对象,在中温环境（25～30 ℃）下,探究了生物炭强化生物滤池的挂膜启动时间、处理能力、稳定性以及日碳排放量。结果表明,滤池的挂膜时长为14 d;当水力负荷和进水流量分别为0.045m³/(m²·h)和0.9 m³/d时,系统的最佳进水水力停留时间为8 h,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为95.0%、79.1%、62.5%、78.4%;当水力停留时间和进水流量分别为8 h和1.2 m³/d,系统最佳的水力负荷为0.030 m³/(m²·h),平均去除率分别为95.3%、87.4%、68.1%、79.0%; 在系统运行过程中,不同时期悬浮球与陶粒上胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量相比刚驯化污泥上EPS的含量都有所增加,表明了生物滤池在实际运行过程中比较稳定且污泥活性也比较好;在8 h的最佳水力停留时间以及进水流量0.9 m³/d的条件下,曝气生物滤池使污水达标排放的碳排放量为9.08 kg/d,因此采用生物炭强化曝气生物滤池处理农村生活污水具有较高的应用前景。     

气体射流冲击干燥对脱盐海参理化特性和微观结构的影响

为改善脱盐海参干燥时间长、干制品品质差的问题,该研究将气体射流冲击干燥（air impingement drying, AID）技术应用于脱盐海参干燥,研究了干燥温度（50、60和70 ℃）和气流速度（4、6和8 m/s）对脱盐海参干燥速率及干制品水分分布及状态、微观结构、硬度和皂苷含量的影响,并与热风干燥（hot air drying, HAD）进行对比。结果表明,随着干燥温度的增加,脱盐海参的干燥速率增加。AID不同干燥温度下脱盐海参的干燥时间比HAD 60 ℃的海参干燥时间缩短了6.67%～33.33%。温度为60 ℃时,风速对脱盐海参的干燥时间影响不显著（P>0.05）。微观结构分析表明,温度升高有利于增加物料表面的多孔结构,相同条件下AID海参样品的表面比HAD海参具有更多更大的多孔结构,使得AID海参干燥速率快于HAD。但随着风速的增加,脱盐海参表面因发生结壳现象阻止了形变,使得干海参孔洞结构变小,干燥速率降低。与HAD相比,AID海参的不易流动水弛豫时间向短弛豫时间移动更快,且峰幅度显著降低;干燥相同时间时（6 h）,AID海参的质子密度信号比HAD减少更多,表明AID海参的水分迁移速率快于HAD的海参。随着AID温度和风速的升高,干海参的硬度呈先增加后减小的趋势。AID海参皂苷含量随着温度的升高而升高。AID海参的多孔结构不仅加速了水分迁移,而且利于营养成分渗出,提高了营养成分含量,相同条件下,AID海参的皂苷含量比HAD的海参增加了50.00%。综合考虑干燥效率和品质,温度为70 ℃,风速为6 m/s为脱盐海参AID的较好条件。研究结果有助于阐明AID提高脱盐海参干燥速率和营养成分保留率的机理,为生产高品质干海参提供理论依据和技术参考。     

基于转换点调控的怀山药多相态微波干燥及品质特性

为解决冻干和冻干-微波真空联合干燥技术存在的耗时长、能耗高、设备成本高等问题,同时获得品质较好的干制品,以怀山药为对象开展多相态微波干燥(multiphase microwave drying,MMD)研究,通过不同微波功率加载方案实现转换点调控,探究转换点干基含水率（0.36、0.59、0.79 g/g）对怀山药干制品品质的影响。并以真空冷冻干燥、微波冷冻干燥和微波真空干燥为对照,研究不同干燥方式对怀山药干燥特性、能耗和品质特性（复水性、收缩率、色泽、硬度、脆度、微观结构）的影响。结果表明：随着微波功率水平的增加,怀山药MMD转换点干基含水率增大,产品复水性降低,收缩程度增大,硬度变大,细胞结构破损程度增加。MMD方案Ⅰ（转换点干基含水率0.36 g/g）干燥时间与微波冷冻干燥相比缩短31.3%,能耗相比真空冷冻干燥、微波冷冻干燥分别降低68%、34%,同时,所得怀山药干制品具有良好的品质和均匀的微观孔隙结构,其复水比（2.44±0.04）、收缩率（0.88±0.02）、色泽、硬度（4.95±0.45）、脆度（2.48±0.51）与微波冷冻干燥无明显差异（P>0.05）。微波真空干燥虽所需能耗低,但其产品复水性最差,收缩最为严重。综合考虑高效低能耗干燥与产品品质提升的需求,可通过转换点调控的多相态微波干燥实现高品质怀山药加工。     

基于SWAT模型的武强溪流域非点源污染关键源区界定与控制策略

随着点源污染的控制与处理技术日趋完善,非点源污染成为重要的水污染源。武强溪作为流入千岛湖的第二大支流,量化武强溪流域非点源污染负荷,解析非点源污染时空分布特征,提出适合削减武强溪流域污染物的最佳管理措施（best management practices,BMPs）对千岛湖水污染高效治理至关重要。该研究基于土壤水分评估工具（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）分析了武强溪流域径流量、总氮输出负荷量的时空分布特征,探究了不同管理措施及组合的削减效果,提出了武强溪流域非点源污染针对性的治理措施。结果表明：1）SWAT模型对于武强溪流域径流量和总氮输出负荷量的模拟具有较好的适用性,径流量校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.86、0.97,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.83、0.96,百分比偏差（percent bias,PBIAS）分别为15.8%、?6.3%,总氮校准期和验证期的决定系数分别为0.87、0.74,纳什系数分别为0.63、0.66,百分比偏差分别为31.6%、21.2%;2）该流域径流量和总氮负荷主要集中在3—7月,分别占全年输出量的71.67%和75.76%。综合考虑氮的来源和流失途径,将耕地和林地面积占比大、坡度陡的子流域设置为总氮的关键污染源区。考虑调整化肥施用量/配方、改变耕作方式和设置植被缓冲带等削减非点源污染的手段,进行总氮输出负荷削减效率的情景模拟,表明10 m植被缓冲带是减少总氮输出负荷的最佳单一控制策略,总氮削减率可达到69.90%;实施综合管理措施对总氮的污染削减效果更佳,10 m植被缓冲带与施肥量减少20%可使总氮削减率达到74.79%。研究结果可为千岛湖水质管理与控制提供理论基础。