溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆 > 生物炭300℃ > 生物炭450℃ > 生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：生物炭300℃ > 玉米秸秆 > 生物炭450℃ > 生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr（Ⅵ）的最大吸附量约为141.24 mg·g^-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附。     

基于PEST的土壤-作物系统模型参数优化及灵敏度分析

农业生产管理系统模型输入参数多,参数率定过程十分耗时费力,大大限制了其推广应用。该研究以华北平原2 a的冬小麦-夏玉米田间试验观测数据为基础,使用PEST(parameter estimation)参数自动优化工具对土壤-作物-大气系统水热碳氮过程藕合模型(soil water heat carbon and nitrogen simulator,WHCNS)的土壤水力学参数、氮素转化参数和作物遗传参数进行自动寻优,同时计算分析模型参数的相对综合敏感度,并将优化结果与土壤实测水力学参数和试错法的模拟结果进行比较。参数敏感度分析结果表明,18个模型参数的相对综合敏感度较高,其中土壤水力学参数普遍具有较高的敏感度,以饱和含水率敏感度最高;作物参数中,作物生长发育总积温和最大比叶面积具有较高的综合敏感度;而氮素转化参数的敏感度远低于土壤水力学参数和作物参数。评价模型模拟效果的统计性指标(均方根误差、模型效率系数和一致性指数)表明,PEST法比实测水力学参数的模拟精度有所提高,其中土壤含水率、土壤硝态氮含量、作物产量和叶面积指数的均方根误差分别降低了61.8%、23.5%、73.6%和23.3%。同时PEST法比试错法对土壤水分和作物产量的模拟精度也有较大提高,但对土壤氮素和叶面积指数的模拟精度提高不明显。由于该方法大大节约了模型校准时间,在较短的时间内获得了明显高于试错法的模拟精度,因此PEST软件在WHCNS模型参数自动优化中是一个值得推广的工具。     

华北平原高产粮区不同水氮管理下农田氮素的淋失特征

为了降低集约化种植制度下华北平原农田硝酸盐的淋失,该研究选择华北平原高产粮区,开展了为期2 a （2006－2008年）的田间试验,试验设计了2个灌溉处理（常规灌溉处理和基于土壤水分实时监控的优化灌溉处理）和2个施氮处理（传统施氮处理和优化施氮处理）,利用张力计结合土壤溶液提取器对土体2 m处的水分和硝酸盐通量进行了监测和计算。研究结果显示,在相同施氮条件下,优化灌溉能够有效降低农田水分的渗漏量,渗漏量仅为传统灌溉渗漏量的50%左右。优化施氮能够有效降低2.1 m土体硝态氮含量,在相同灌溉条件下2.1 m土体硝态氮的残留量都在传统施氮的60%以下,而灌溉方式对硝态氮累积的影响不大。优化水氮管理相比传统水氮管理氮素的淋失量下降了60%,淋失率也下降了50%左右,粮食产量略有提高。     

不同施肥管理模式下农田氮素淋失及水氮利用效率模拟分析

通过分析定量化不同肥料管理模式下的农田水氮利用效率和氮素平衡状况,为推荐合理的肥料管理模式提供依据。以连续6年(1992年9月—1998年7月)不同肥料管理模式(传统化肥,T1;有机肥,T2;有机无机配施,T3)的田间试验数据为基础,对土壤-作物系统碳氮水循环过程模型WHCNS进行了校验,应用校验后的模型定量化分析了不同肥料管理模式下的农田氮素淋失、水氮利用效率及氮素平衡。结果表明:3个处理6年的总渗漏量均很大,在1230 mm左右,占总降雨量(无灌溉)的35%～38%,与试验地土壤质地偏砂性有关。3个处理的水分利用效率大小顺序为T3>T1>T2,作物产量的差异是其主要原因,T3处理的作物产量最高而T2处理的作物产量最低。3个处理的氮素利用效率大小顺序为T3>T2>T1,氮素的主要去向是作物吸收和硝态氮淋洗,其中只施化肥处理的氮素淋洗率最大,占氮肥总量的33.6%,有机无机配施处理的氮素淋洗率最低,仅占氮肥总量的23.5%。经过6年轮作后的土壤与初始条件相比,只施用化肥的土壤氮素亏缺严重,达到144 kg N·hm^-2,而加入有机肥模式土壤氮素亏缺较小,T2和T3处理分别为55、79 kg N·hm^-2。有机无机配施模式在保证作物较高产量的情况下,不仅减小了硝态氮的淋洗,提高了水氮利用效率,而且有利于保持土壤氮素平衡,是3种肥料管理模式中最好的。     

北京郊区土壤有机质含量的时空变异及其影响因素

【目的】揭示土壤有机质时空变化规律及其影响因素，为土壤肥力评价和管理提供指导。【方法】通过收集和实测北京南郊-大兴区1980、1990和2000年3个不同时期耕层土壤有机质含量的资料，应用地统计学方法对共进行分析。【结果】3个时期土壤有机质的平均含量分别为9.64、12.76和12.89 g·kg-1，它们的空间相关距离分别为80.5、59.2和49.0 km，呈递减趋势。大兴区土壤有机质含量空间分布呈北高南低之势。从1980年到2000年，有机质含量表现为由低向高逐级累积的规律，具体变化为有机质含量一级和二级的土地面积从无增加到分别占土地总面积的8.0%和14.3%，含量三级的土地面积从23.0%增加到37.1%，四级土地面积减少很少，约为2.19%，五级土地面积减少幅度最大，为50.4%。【结论】秸秆还田和施用有机肥是有机质含量普遍上升的原因，随着作物产量的不断提高，部分地区的有机质入不敷出，呈下降的趋势，应注意土壤的培肥管理。     

黄淮海平原土壤盐分及其组成的空间变异特征研究

本文应用地统计学的方法,对黄淮海平原0～200cm各土层的含盐量及其盐分组成进行了半方差函数分析,结果表明:黄淮海平原土壤盐分具有明显的空间变异特征,该区盐分已集中分布在某些较大的区域.目前,盐渍土或盐渍化土壤比较分散的局面已经不再存在;根据土壤盐分的空间分布特征,可将影响盐分分布的因素划分为区域因素(稳定因素)和非区域因素(随机因素);同时,还可以判断这些因素的影响程度.对黄淮海平原土壤盐分组分的空间特征分析,可将盐分组成离子分为二大类,K+、Na+、Ca2+、Cl-和CO32-为非区域性盐分离子;SO42-、Mg2+和HCO3-为区域性盐分离子.     

设施菜地WHCNS_Veg水氮管理模型

与一般大田作物相比,设施菜地集约化程度高、水肥投入量大,加上蔬菜根系浅,土壤养分淋失严重,不仅浪费资源,而且极易引起地下水污染等生态环境问题。定量研究设施蔬菜不同生长阶段的土壤水分动态和氮素去向是制定合理水氮管理方案的基础。该研究在农田土壤水热碳氮模拟模型(soil water heat carbon nitrogen simulator,WHCNS)的土壤水分、碳氮循环模块的基础上,耦合了蔬菜生长发育过程模型,构建了适用于设施菜地水氮管理的机理模型WHCNS_Veg。分别利用山东寿光的设施黄瓜和天津武清的设施番茄田间观测数据,主要包括不同水氮管理措施下实测的土壤水分(含水率和基质势)、土壤氮素(硝态氮含量和淋失量)、植株吸氮量和蔬菜可售卖鲜产量,对WHCNS_Veg模型进行了校准与验证。结果表明,作物生物学指标的模拟精度要高于土壤指标,模拟的黄瓜、番茄产量和植株吸氮量的相对均方根误差不大于12.1%、一致性指数不小于0.934和Nash-Sutcliffe效率系数不小于0.829。土壤指标中,土壤含水率的模拟效果也较好,相对均方根误差、一致性指数和Nash-Sutcliffe效率系数的范围分别为6.2%~9.1%、0.851~0.960和0.477~0.846;其次是土壤硝态氮含量和淋失量,相对均方根误差范围分别为22.2%~40.1%和4.6%~26.0%,Nash-Sutcliffe效率系数范围分别为-0.810~0.636和0.442~0.956。模型对土壤基质势动态模拟的精度相对较低,相对均方根误差、一致性指数和Nash-Sutcliffe效率系数范围分别为22.9%~30.1%、0.223~0.846和-6.344~0.113,主要是滴灌条件下模拟效果较差导致的,说明需要进一步提高滴灌条件下土壤基质势的模拟精度。总体来看,WHCNS_Veg模型较好地模拟了不同水氮管理条件下土壤水氮动态和蔬菜生物学指标,该模型在设施菜地水氮管理方面具有较大的应用潜力。     

北京平谷区土壤有效磷的空间变异特征及其环境风险评价

 【目的】探明土壤有效磷的空间分布,为合理科学配方施肥和识别农业面源磷污染重点控制区提供依据。【方法】在北京郊区平谷区布设1 058个采样点,测定其耕层（0～20 cm）与亚耕层（20～40 cm）土壤有效磷含量。应用地统计学方法对数据进行分析。【结果】平谷区耕层和亚耕层土壤有效磷的变异系数分别为1.15和1.29,均属强变异程度,其平均含量分别为32.80和9.74 mg?kg-1,耕层含量高于亚耕层,表现出一定的表聚性。耕层和亚耕层有效磷的空间相关距离分别为14.6和15.8 km。平谷区耕层土壤有效磷含量空间分布表现为：低山区＞平原区＞山区,主要与高程、土地利用方式及施肥量有关。亚耕层有效磷空间分布格局与耕层相似,但其含量远小于耕层。耕层土壤有效磷含量超过临界值（60 mg?kg-1）的概率为70%～90%的区域占研究区总面积的1.9%,主要分布在西北部的半山区。概率＜20%的区域占研究区总面积的70.1%,分散分布于东北部山区、东部半山区及中部、西南部平原区。【结论】平谷区果园、菜地和大田土壤磷素均有不同程度的盈余,有机肥和化肥的大量投入是平谷区土壤有效磷含量高的主要原因。大华山镇中部及刘家店乡东南部部分区域作为农业面源磷污染的重点控制区,应引起足够重视。     

不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响

定量分析不同水肥管理下设施菜地的氮素损失途径及氮素利用效率,可为合理制订菜地水肥管理措施提供科学依据。2009年在北京市顺义区设施番茄大棚设置了6种水肥管理模式：（1）传统施肥＋传统畦灌（N1F1）;（2）优化施肥＋优化畦灌（N2F2）;（3）减量施肥＋优化畦灌（N3F2）;（4）传统施肥＋传统滴灌（N1D1）;（5）优化施肥＋优化滴灌（N2D2）;（6）减量施肥＋优化滴灌（N3D2）。利用田间观测数据对EU—Rotate_N模型进行了校验,并计算了各水肥管理下设施菜地的氮素淋失、气体损失和氮素利用效率。结果表明,各处理的土壤氮素淋失量占施肥总量的1％-9％,气体损失占施肥总量的5％-14％,各处理氮素淋失表现为N1FI〉N3F2=N2F2〉N1D1〉N2D2〉N3D2。滴灌处理的淋失量比对应畦灌处理减少了72％-87％,气体损失量比畦灌处理平均降低了40％,其氮素利用效率比对应畦灌处理提高32％。36％。在保证蔬菜产量影响不大的情况下,优化施肥和滴灌均能有效地降低氮素淋失和气体损失,提高氮素利用效率。     

农田尺度下土体硝酸盐淋失的随机模拟及其风险性评价

以田间试验为基础,对所建立的简化土壤水氮联合运移模型进行了验证。将条件模拟方法所得到的表层土壤饱和导水率(Ks)的随机场与该联合模型相结合,随机地模拟了冬小麦地1999年3月15日至6月10日这一时段的硝酸盐淋失情况。在总来水量为353.8 mm、施N量为86.25 kg hm-2的情况下,2 m土体硝酸盐淋失量最小值为N 15.04 kg hm-2,最大值为N 26.04 kg hm-2,分别占此段施肥量的17.4%和30.2%。以传统方法(Ks平均值)所得到硝酸盐淋失量作为对照,发现硝酸盐淋失量超过该值且概率大于70%的面积约占到田块总面积的20%左右。说明由于田间空间变异的作用,造成了硝酸盐淋失的巨大差异,故不能用传统的方法来代替,因为这样做就掩盖了地下水可能造成硝酸盐污染的风险性。