基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

风化煤对农田土壤重金属汞的钝化修复

风化煤钝化修复土壤主要是其活性官能团与重金属发生络合、鳌合等一系列反应,进而降低重金属在土壤中的可迁移性和生物有效性,以达到修复土壤的目的。本文系统研究了风化煤对重金属汞(Hg)的吸附特性及其对Hg在土壤中径向迁移和生物可利用性的影响。结果显示:风化煤对酸碱有一定的缓冲作用,pH对Hg的平衡吸附量影响不大,最大吸附量为8.19 mg/g,该吸附为吸热反应。风化煤对Hg的吸附作用采用Freundlich方程描述较好,为多分子层吸附,吸附动力可用拟二级速率方程描述。土柱试验中风化煤用量为1、2、4、8 g时,淋溶液中Hg含量分别下降2.62、1.66、1.10、0.70μg/g,风化煤的使用可以降低Hg从土壤向溶液的迁移。盆栽试验进一步验证了风化煤对土壤中Hg迁移的阻控作用,其中添加风化煤黄壤中移栽30 d和70 d收获的白菜叶中Hg含量较未添加风化煤黄壤中下降了0.14μg/kg和0.09μg/kg;添加风化煤和外源Hg黄壤中Hg含量是未添加风化煤黄壤的2.4倍,而收获的30、70d小白菜叶中Hg含量前者分别为0.53、0.82μg/kg,后者分别为0.35、0.48μg/kg,理论上可认为前者较后者分别下降了0.31、0.33g/kg。可见,风化煤实现了对土壤中Hg的吸附、钝化,减缓了其生物可利用性,是一种廉价高效的环境友好型钝化剂。     

基于气候生产潜力的云南人粮关系及其未来变化

基于云南117个气象站1961?2015年观测实况及全球气候模式模拟的2016?2055年年平均气温、降水量数据,使用Thornthwaite Memorial模型计算并分析云南各地气候生产潜力（Tspv）的时空变化特征,构建并计算Tspv的人口承载力（Tspv-人口承载力）和气候承载力指数。结果表明：（1）云南Tspv呈现明显的纬向分布及垂直分布特征,总体表现为南部高于北部,低海拔地区高于高海拔地区,降水是云南Tspv主要限制因子;（2）1961-2015年全省Tspv仅滇西的部分地区显著增加,滇中局部等地显著减少,其余地区变化不显著,全省平均Tspv年际波动大,在2009年前后发生突变;（3）2006-2015年云南人均粮食供应稳定增长,接近或超过小康型粮食需求,耕地的人口承载力（耕地,人口承载力）逐年增加,但远低于Tspv-人口承载力,即使在极端减产年,Tspv-人口承载力水平仍能满足当前人口、耕地规模下富裕型粮食需求,人粮关系状态为盈余;（4）如果保持现有稳定的人口、耕地及生产力水平增幅,未来不同的排放情景下,云南Tspv及Tspv-人口承载力都将稳定增加,人粮关系状态以粮食盈余为主,且高排放情景下承载力和人粮关系状态水平均优于低排放情景。     

淤地坝系安全运行保障技术探析

淤地坝作为黄土高原最主要的沟道治理措施之一,其安全运行对于流域保持水土、淤地造田具有重要的积极作用。淤地坝系安全运行保障技术作为一套相对完整的技术理论体系,对于指导区域坝系的安全运行具有重要意义。着重从淤地坝发展存在的问题、技术体系解析及目前存在的问题三个方面对该技术体系进行了介绍,分析了3大子技术在实践中的应用状况。同时通过文献查阅发现,以发现问题—解决问题—预防问题为理念构建的淤地坝系安全运行保障技术,目前主要集中于理论体系的构建阶段,在实践中应用较少,许多问题还有待于进一步解决。     

岷江源头区乔灌交错带地被物和土壤持水能力

通过野外调查和室内试验,定量评价了岷江源头区交错带云杉针叶林、云杉针叶林—山生柳灌丛交错区(乔灌)和窄叶鲜卑花灌丛3个林型的地被物(枯落物和苔藓)和土壤持水特征。结果表明:3个林型地被物储量差异显著,其大小顺序为乔灌(72.67t/hm~2)针叶林(43.87t/hm~2)灌丛(11.00t/hm~2);针叶林和乔灌的苔藓层的储量分别为27.00,44.71t/hm~2,占地被物总储量的61.5%以上。地被物层最大持水总量表现为乔灌(21.23mm)针叶林(11.33mm)灌丛(2.45mm);针叶林和乔灌枯落物层的最大持水量分别为7.45,12.12mm,均大于苔藓层的最大持水量;针叶林和乔灌枯落物层和苔藓层最大持水量分别是其储量的4.3~4.4,1.4~2.0倍。土壤容重随土层深度增加而增大,持水能力则随土层深度增加而降低;0—20cm最大持水量大小顺序为乔灌(153.70mm)灌丛(132.28mm)针叶林(128.25mm)。综合地被物持水和土壤持水,交错带生态系统的持水能力在不同林型间差异显著,其最大持水量表现为乔灌(174.93mm)针叶林(139.58mm)灌丛(134.73mm),其中,土壤层是生态系统持水能力的主导层,占综合持水量的87.9%以上。研究结果有利于全面认识岷江源头区生态水文效应。     

外源钾对三种不同土壤钾转化影响的研究

采用盆栽试验,在黄棕壤,砖红壤,黑土三种土壤上种植烟草,研究了外源钾对土壤中钾转化的影响,结果表明:在黄棕壤,黑土上,0.0-0.8 g kg-1施肥范围内,随着施钾量的增加,土壤中速效钾和缓效钾的总增量、作物的含钾量均在增加,尤其是在0.8 g kg-1施肥水平时,二者超出了施肥的增加量,说明施钾促进了其它钾的释放;三种土壤中粘土矿物含量为:黑土>黄棕壤>砖红壤。     

黄土丘陵区不同植被恢复对土壤入渗影响及适宜模型研究

研究植被恢复条件下土壤入渗特性及模型适应性,可为流域生态治理和效益评估提供科学依据。以延河纸坊沟小流域为研究区,采用野外单环入渗法和数值模拟法,对比研究不同恢复年限下的刺槐林地、柠条灌木林地、次生草地和农地的表层以下土壤和20 cm以下土壤的水分入渗变化特征,评价4种常用入渗模型在该区域的适应性。结果表明：(1)不同植被恢复地的表层以下土壤入渗过程在渗润阶段与渗漏阶段差异明显,相差4倍以上,20 cm以下的土壤入渗过程则在入渗稳定后的渗透阶段差异明显,相差5倍多;(2)不同植被类型及恢复年限会显著影响土壤入渗特征,整体呈现出林地>草地>农地的规律,并且随着恢复年限的增加,柠条灌木林地和次生草地的入渗能力增强,而刺槐林地入渗能力减弱;(3)Philip方程、Kostiakov方程、Horton方程与蒋定生方程对该地区土壤水分入渗过程均具有较好适用性,其中Philip方程适用性最好,决定系数(R²)能达到0.931～0.985,均方根误差(RMSE)相对最小,在0.057～0.283范围内,Kostiakov方程次之,Horton方程及蒋定生方程在个别情况...     

微波对大豆蛋白氧化聚集体结构及功能特性的影响

为了探究不同时间微波处理对大豆蛋白氧化聚集体的结构和功能性质的影响,由偶氮二异丁脒盐酸盐（2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride,AAPH）诱导构建大豆蛋白氧化反应体系,采用功率为350 W的微波对其照射不同时间(0、10、20、30、40、50、60、70 s),探究微波处理对氧化聚集大豆蛋白的结构特性和加工特性的影响。结果表明,氧化可诱导形成粒径、分子量更大,结构更致密的蛋白质聚集体,同时对加工特性造成损害。适当时间（<30 s）的微波处理会导致氧化聚集体的分子结构打开、粒径降低和浊度降低,无序结构减少,进而改善了起泡性、乳化性和持水、持油性。长处理时间（＞30 s）的微波处理导致已解聚的大豆蛋白分子重新形成更大的分子聚集体,降低功能性质。这表明微波物理场可以通过改变大豆蛋白氧化聚集体的结构和聚集行为调节其功能性质,为大豆蛋白功能性质的改善及微波在大豆蛋白氧化聚集体行为调控的应用方面提供参考。     

反硝化微生物分子生态学技术及相关研究进展

反硝化是微生物以氮氧化物作为电子受体产生能量的过程。由微生物推动的反硝化使地球生物圈中被固定的氮素重新回到大气中去,从而实现整个自然界的氮素循环。反硝化作用与人类的生产、生活密切相关,它能使江河湖海脱除氮素富营养化而得以净化,也能使农田氮肥反硝化流失造成重大经济损失。多年来,基于培养技术的传统微生物研究方法很难了解环境中的反硝化微生物,因为人们目前能够培养的微生物不足环境微生物总量的3%。近年来,分子生物学和现代生物技术的迅猛发展极大地推动了环境微生物学的发展,人们可以直接提取环境DNA、通过分子标记和多种技术研究环境微生物。本文综述了环境反硝化微生物的分子生态学研究技术及国内外相关领域的研究进展。     

畜禽废水磷回收产物的磷素释放特性及肥效试验研究

以畜禽废水沼气发酵液为磷回收对象,采用曝气沉淀结晶法磷回收工艺,对回收产物进行水溶性磷连续浸提试验和玉米盆栽试验,考察畜禽废水磷回收产物的磷素动态释放情况、玉米盆栽的肥效以及磷素利用情况。浸提试验表明,磷回收产物经6次浸提,水溶性磷的释放量呈缓慢下降的趋势,第6次与第1次相比只下降了1.42%,总释放量占总磷的57.97%,证明磷回收产物（RPP）具有良好的缓释性,作为肥料使用时不易被水淋失。盆栽试验表明,用RPP以不同比例代替磷酸一铵作为肥料对玉米均能起到显著的增产作用,最佳的质量替代比例为40%;RPP较磷酸一铵的地上部分和地下部分磷素利用率分别高出19.14%和2.50%,显示其具有较高的磷吸收效率。因此,从畜禽废水沼气发酵液中回收得到的磷回收产物具有较高的肥效价值,是一种节约资源、保护环境、缓解磷资源危机的新型肥料。