再生水灌溉土壤Cd累积的模拟和预测

假定灌溉用再生水是土壤中重金属污染主要来源,并且土壤中重金属主要通过作物收获离开土壤,对北京东南郊再生水灌溉小麦土壤中Cd的累积进行模拟和预测。以土壤中Cd的质量分量为预测变量,作物茎叶和籽粒中Cd的质量分量为响应变量,分别进行拟合,结果表明,随着作物收获而离开土壤的重金属Cd量相对于灌溉水带入土壤的量非常小,但土壤中Cd含量较低时,随作物收获离开土壤的Cd量相对较大。预测结果显示,如果按当前实测数据污水处理厂二级出水Cd含量10mg/m3、土壤Cd的质量分量背景值0.1333mg/kg计,土壤中Cd含量将在40年后超过国家土壤环境质量标准。如果假定灌溉水Cd含量降到5mg/m3,土壤中Cd含量将在100年后达到国家土壤环境质量标准的临界值。     

控制灌溉稻田土植系统Cd,Cr迁移转化

为研究不同灌溉模式下稻田土壤Cd,Cr淋失量差异及其对Cd,Cr迁移转化的影响,基于田间小区试验对土壤和水稻植株中Cd,Cr含量进行了分析.研究结果表明:与淹水灌溉相比,控制灌溉可减少水稻全生育期稻田土壤Cd,Cr淋失量53.3%和19.3%.控制灌溉降低了稻田土壤Cd,Cr含量,但处理间稻田土壤Cd,Cr含量不具有统计学意义.与淹水灌溉相比,控制灌溉0～20 cm土壤Cd,Cr含量分别下降了1.2%和0.6%.由于水分管理不同,导致控制灌溉表层土壤Cd,Cr的赋存形态与淹水灌溉的差异.大部分时间里控制灌溉的稻株地上部和地下部Cd,Cr累积量均高于淹水灌溉,说明控制灌溉增大了土壤Cd,Cr在植株体内的吸收.无论是控制灌溉还是淹水灌溉,稻穗Cd含量低于我国食品安全国家标准(0.2 mg/kg),而稻穗Cr含量略高于我国食品安全国家标准(1.0 mg/kg),存在着Cr超标的潜在风险.因此,这2种灌溉方式在预防重金属污染方面不可取,会影响人类健康.     

灌溉水湿地净化系统中植物对镉的去除效果研究

我国南方重金属超标水灌溉已成为农田生态系统重金属输入最主要来源。【目的】从源头治理农田灌溉水的重金属Cd污染。【方法】选取梭鱼草、狐尾藻、轮叶黑藻共3种湿地植物作为材料,构建了沉砂池+生态塘+表面流湿地+吸附池系统,探究了系统底泥含Cd量及有机质量的变化与3种湿地植物体内的Cd质量浓度变化趋势及富集转运系数。【结果】①该湿地系统底泥中含Cd量随水流方向呈现递减趋势,各个采样点Cd质量浓度随时间推移而增加,底泥中含Cd量变化范围为1.15～38.58 mg/kg。②底泥有机质量随水流沿程呈缓慢下降趋势,下降幅度最高为13.9 g/kg。3种湿地植物中,梭鱼草地下部含Cd量较高,最高达125.88 mg/kg,地上部最高达9.16 mg/kg,狐尾藻、轮叶黑藻体内质量浓度最高分别达到32.55、6.94 mg/kg。③梭鱼草的富集与转运系数范围分别为8.24～34.96、0.036～0.176,说明梭鱼草中大部分Cd固定于根部,向上转运较少。【结论】3种植物中梭鱼草具有较高的农田灌溉水中Cd净化潜力。     

融合光谱和空间特征的土壤重金属含量极端随机树估算

针对高光谱遥感土壤重金属含量估算研究中光谱特征信息弱、模型反演鲁棒性差的问题,提出构建污染源-汇空间特征量化污染物扩散与汇聚空间影响因子,融合光谱特征建立基于极端随机树（Extremely randomized trees,ERT）的土壤重金属含量估算模型。以济源市耕地土壤为研究区,布设采集土壤样本249个,分析了光谱特征、地形特征和污染源空间特征在土壤重金属铅（Pb）、铬（Cd）含量反演中的有效性及影响机理,采用置换重要性指数优选多源特征,通过与多种回归模型对比,评价ERT模型的预测精度。研究表明,变换后的土壤光谱特征构建ERT模型引入地形特征和污染源空间特征后精度提升显著,尤其是污染源空间特征优势更为明显,Pb的ERT模型均方根误差由43.185mg/kg下降到22.301mg/kg,下降了48.36%。Cd的ERT模型均方根误差由0.738mg/kg下降到0.371mg/kg,下降了49.73%,充分说明引入污染扩散空间特征的有效性。与其他回归模型对比,ERT估算模型在各项指标评价中优势明显,其中Pb的ERT模型的测试集R2达0.964,Cd的ERT模型R2为0.923。     

煎炸条件对玉米油品质裂变的影响研究

研究以富含亚油酸的玉米油为原料,探讨煎炸条件对油中反式脂肪酸含量、酸值、过氧化值、p-茴香胺值、氧化脂肪酸、维生素E及羰基值的影响。研究表明:玉米油在170～210℃条件下煎炸食品2～6h,其理化特性及品质均发生显著变化;玉米油在190℃及210℃煎炸6h羰基值由5.4meq/kg分别上升到61.5meq/kg及93.5meq/kg;生成的反式脂肪酸不但有t18:2、t18:3也有t18:1,总反式脂肪酸含量最高达到2.34%,为原样的近1倍;玉米油中维生素E含量由94.55mg/100g下降为190℃37.14mg/100g、210℃22.11mg/100g,煎炸温度越高、时间越长油中维生素E热氧化破坏越大,结果说明:玉米油不易在190℃以上的温度长时间煎炸食品。     

猪场废水与氮肥配施对土壤氮矿化特性影响研究

猪场废水作为一种替代水源,受到越来越多的关注。土壤氮素利用效率与土壤供氮能力密切相关,而猪场废水灌溉和施氮量都会影响到土壤的供氮能力,研究猪场废水与氮肥培肥土壤氮素的转化特征可为合理施肥及提高氮素利用效率提供理论依据。本文通过室内恒温好气培养试验,分别在培养的7、14、21、28、35、42 d测定土壤铵态氮、硝态氮及全氮含量,研究了等氮投入猪场废水与蒸馏水相比氮素矿化及其影响因素的差异特征。培养期间,各处理土壤全氮和铵态氮呈逐渐下降的趋势,降幅在20%~49.23%之间。硝态氮随培养期延长呈逐渐上升的趋势, 增幅在89.28%~511.72%之间。猪场废水高氮处理PWH铵态氮和硝态氮含量在培养末期均为最高,分别达40.12 mg/kg和152.32 mg?kg-1,蒸馏水高氮处理CKH在培养末期全氮含量最高,为0.43 g?kg-1。培养前期土壤氮素矿化较快,中后期变化较慢,土壤供氮平稳,同一时段不同处理间土壤累积矿化氮量存在显著差异(p0.05),表明不同外源氮肥输入对土壤氮素的矿化能力影响显著。PWH、PWL、CKH、CKL处理最大累积矿化氮量分别为59.69 mg?kg-1、31.07 mg?kg-1、24.26 mg?kg-1及23.49 mg?kg-1,且峰值出现的阶段不同。土壤氮素的矿化速率随着培养时间的增加而逐渐降低,且等氮投入的猪场废水培养处理土壤氮素矿化速率显著高于蒸馏水培养处理。综上所述,猪场废水高氮处理PWH处理的供氮能力最强,该处理有利于土壤微生物数量及氮转化相关酶活性的增加。     

负压灌溉对菠菜生长及水分利用效率的影响

为筛选出南方地区菠菜生长最适宜的灌溉负压值, 采用土壤盆栽试验, 以人工浇灌为对照(CK),研究3个供水负压(-5.0,-10.0,-15.0 kPa)对菠菜生长、生理指标、品质指标、水分利用效率及养分吸收的影响.结果表明:-5.0 kPa负压供水,菠菜地上部产量178.2 g/pot, 显著高于-10.0和-15.0 kPa, 与CK差异不具有统计学意义; 地下部生物量9.99 g/pot, 显著高于CK和-15.0 kPa; 根系活力419.0 μg/(g·h), 显著高于CK,-10.0和-15.0 kPa,分别提高65.3%,51.5%和91.0%;VC和可溶性糖含量分别为50.72 mg/100 g和1.74%, 较CK,-10.0和-15.0 kPa分别提高18.3%,10.5%,44.9%和6.1%,23.4%,47.5%.-5.0 kPa负压供水,水分利用效率为3.89 g/kg,显著高于CK和-15.0 kPa, 与-10.0 kPa差异不具有统计学意义;菠菜地上部氮的累积吸收量显著高于CK,-10.0和-15.0 kPa, 磷、钾累积吸收量与CK差异不具有统计学意义, 但显著高于-15.0 kPa.综合菠菜产量和水分利用效率,-5.0 kPa负压供水较适合南方地区菠菜生长发育.     

炭肥混施下土壤养分缓释特征与芥菜镉富集响应模拟

土壤养分有效性是影响重金属富集植物的重要因素,为研究炭肥混施下土壤养分缓释特征及芥菜镉富集趋势,试验设置施肥比例(分别为基准施肥量的0、20%、40%、70%、100%,基准施肥量为N 350 kg/hm^2、P_2O5180 kg/hm^2、K_2O 180 kg/hm^2)以及施炭比例(炭肥质量比0、3%、9%)完全组合设计。结果表明:基于Logistic曲线模型模拟炭肥混施下土壤养分缓释特征及镉富集趋势效果较好,均方根误差占实测平均值的3. 29%～8. 37%且R2不小于0. 957 0。炭肥混施下土壤养分高效缓释的施肥比例区间为0. 99%～55. 18%,相比未施炭的有效氮、有效磷最大缓释效率值分别提升49. 17%～90. 00%、13. 25%～37. 35%,高效缓释下土壤养分含量提高17. 38%～40. 93%。镉富集下芥菜生物量通过土壤养分高效缓释增长119. 65%～263. 36%,且地上部相比根部的生物量高效累积最大效率值提高166. 67%～300. 00%,有效氮、有效磷响应区间分别扩大150. 00%、12. 51%,为镉由根部向地上部的转运提供动力基础;芥菜镉含量、富集系数在土壤养分高效缓释区间增长97. 79%～201. 96%。为满足芥菜镉高效富集并兼顾肥料节约,通过模型反算得炭肥混施策略优化为:9%施炭下有效氮、有效磷和有效钾肥的比例分别为60. 58%、61. 32%、21. 48%。     

沼液灌溉对冬麦田CO_2、N_2O排放及土壤因子的影响

采用静态箱-气相色谱仪法,共设置不施肥灌溉清水CK、习惯施肥灌溉清水CF、不施肥灌溉一次2∶1(清水∶沼液)奶牛场沼液T1、不施肥灌溉两次2∶1奶牛场沼液T2、不施肥灌溉两次1∶1奶牛场沼液T3等5个处理。通过田间原位观测试验对不同比例、不同次数沼液灌溉对华北平原麦田土壤CO2、N2O排放及其相关土壤因子的影响进行研究。结果表明:小麦主要生育期内各处理CO2排放具有明显的季节变化趋势,变化范围为1.93~13.70kg/(hm2·d),分别在4个重要时期即返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期出现了排放高峰。N2O变化范围为:-3.93~41.86g/(hm2·d),排放高峰仅出现在灌溉奶牛场沼液后的很短一段时间(7d)内,很快下降并维持在较低水平。整个观测期内与CK和CF处理相比,3种不同模式沼液灌溉都不会引起CO2累积排放量增加;与CF处理相比,3种不同模式沼液灌溉都不会引起N2O累积排放量增加。T3处理为较为合理的沼液灌溉模式,既能保证小麦产量,也不会引起CO2和N2O排放量的增加。3种不同模式沼液灌溉均显著(p0.05)提高了冬小麦田土壤DOC含量,T3、T2、T1处理较CK处理分别提高了203.0%、114.9%、40.3%。在实验条件下,土壤的CO2排放量与土壤DOC含量显著相关;土壤的N2O排放量与土壤的NO-3-N含量、DOC含量极显著相关,与土壤WFPS显著相关。