农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——水环境生态修复技术

当前,我国农村水体普遍污染严重,作为农村面源污染治理技术体系中的最后一环,农村水环境生态修复技术的实施具有十分重要的现实意义。本文在自己已有工作的基础上,总结和梳理了国内外适合我国农村的水环境生态修复技术,并分别按技术原理进行了阐述。研究表明,其中的生态浮床技术具有投资少、见效快、管理方便等优点,是一种行之有效的水体原位生态修复技术,尤其是采用水稻等能产生经济效益的植物作为浮床植物,不仅可以改善水质,其收益也能补偿部分投资成本;水生植物恢复技术是提高水体自净能力、恢复水生态系统结构和功能的必然选择,按照目标要求进行水生植物恢复,可以有效降低水体污染物浓度,促进水生态系统良性发展;以土壤生物工程为主的生态护坡技术适合我国农村河道的边坡修复,河岸植被群落能够得到良好恢复,坡岸土壤侵蚀和农业面源污染均能得到有效控制。生态修复技术的应用需与生态拦截技术和养分利用技术相协调,要以不同功能和目标需求为导向,注重采用组合技术工艺进行修复,以提高水环境生态修复的效果。     

水体富营养化水平对纸莎草地下部化学成分的影响

水体富营养化会导致纸莎草营养状况的变化及次生代谢产物含量的改变。通过典型样地采样和HPLC分析,研究了亚热带高原季风区（昆明）受生活污水污染的沟渠中3种富营养化程度（超富营养一上游、富营养一中游、中富营养一下游）水质对纸莎草地下部生物量和化学成分的影响。结果表明：自上游至下游随着水体富营养化程度的降低,纸莎草地下部生物量显著下降,纸莎草地下部生物量为1．74~3．18kg·m^-2,与原产地相当甚至略高;不同富营养化水质显著影响纸莎草地下部氮、磷的含量,其中中游、下游氮的含量分别较上游下降了43．5％和38．2％,磷的含量分别下降了16．2％和27．7％;不同富营养化水质使纸莎草地下部化学成分发生了显著变化,从上游到下游1-芝麻脂素（38）的含量显著增加,柳杉醇（40）的含量有增加的趋势,黑麦草内酯（18）含量显著减小,猫眼草黄素（35）和青蒿亭（37）的含量受水质影响不大;在未分离鉴定的化合物中,还有10种化合物的含量随着水体富营养化程度的降低而显著增加,有2种显著减少,水质对其他化合物含量的影响不规律。     

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——案例分析

农村面源污染问题日益突出,是当前水污染控制与水环境改善的重点和难点。“十一五”期间,在国家水专项的支持下,以农村面源污染治理的“4R”理论（源头减量-过程阻断-养分再利用-生态修复）为指导,选择江苏省无锡市的直湖港小流域龙延村为综合示范区进行了技术的集成与工程化应用,取得了良好效果。本文以此为典型案例,详细介绍了综合示范区的污染现状、“4R”技术的集成应用与衔接配套、各项技术应用的污染控制效果以及区域环境改善效果,并对“4R”理论的核心内涵以及未来的发展进行了总结和讨论。     

我国农业面源污染治理技术研究进展

随着我国经济社会的进一步发展,农业面源污染已经成为造成我国环境污染尤其是水环境污染的主要因素,农业面源污染治理技术的研究也越来越得到政府和科技工作者的重视。本文重点介绍了当前我国农业面源污染的状况、农业面源污染的成因及特征,并从农村生活污水的治理技术、农村生活垃圾的处理处置技术、农田径流生态拦截技术以及包括化肥减量化技术和农药减量化与残留控制技术为主的农业化学品减量使用技术等方面介绍了我国农业面源污染治理研究的发展现状,提出未来我国农业面源污染治理的系统控制思想和相关技术研究的趋势,包括系统控制与区域治理结合、技术研发与工程示范结合、面源污染控制与管理结合及建立健全国家级农业面源污染监测评价与预警体系等。     

天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征

以荣成天鹅湖这一天然泻湖为研究对象,研究了6个样点沉积物对磷的吸附动力学曲线和等温吸附方程,并分析了沉积物理化性质与磷吸附参数间的关系.结果表明,天鹅湖不同区域沉积物对磷的吸附动力学均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10h内完成,且0～2h内反应迅速.根据Langmuir模型,6个样点沉积物对磷的理论吸附容量(Qmax)的范围为294.12～1 111.11 mg/kg,其中湖区北部和中部沉积物的吸附能力高于南部.沉积物对水体中磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002 ～ 0.033 mg/L,其与沉积物本底吸附态磷(NAP)呈较弱的正相关关系.本研究条件下,大部分样点的EPC0小于上覆水中磷的浓度,其中湖区西北部和东南部沉积物中磷具有向上覆水体释放的趋势.沉积物的NAP与总氮、有机质、活性铝和黏粒间均呈显著正相关,Qmax与铁铝结合态磷、有机质、活性铝和粉粒间呈显著的正相关关系.活性铝、有机质和粒度是影响沉积物磷吸附的主要因素.     

铅胁迫对向日葵幼苗矿质元素吸收和积累的影响

以不同浓度铅胁迫的向日葵整株幼苗为试验材料,用火焰原子吸收光谱法测定3个不同基因型向日葵中大量元素(K、Ca、Na、Mg)和微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn)的含量。结果表明:不同浓度铅胁迫下3个基因型植株中的矿质元素累积量有明显的不同。首先,相同浓度铅胁迫下不同基因型向日葵幼苗对矿质元素吸收和积累的表现不同;其次,不同浓度铅胁迫下相同基因型向日葵幼苗对矿质元素的吸收和积累存在显著的差异(Cu、Zn元素除外)。     

休牧对草原生态系统影响研究进展

对退化草地进行合理休牧已成为当前退化草地生态恢复与重建的有效措施之一。退化草地通过实施休牧措施,对草地地上植被和凋落物及对地下植物根系和土壤等方面产生直接的影响。从植物群落特征变化看,群落高度、密度、盖度随休牧时期的延长主要有3种变化趋势:增加;先增加后降低;先显著降低后显著升高、再显著降低。从群落生物量看,休牧可显著提高草地生产力,地上生物量随季节的变化呈"S"型增长曲线,凋落物量呈"W"型动态变化,对植物地下生物量的增加有促进作用。随着休牧年限增加,禾本科、豆科植物等优良牧草显著增加,菊科植物、杂类草、藜科、有毒有害植物在草群中的比重有所下降。休牧对土壤的恢复效果明显,土壤表层粘粒和粉粒比例总体呈上升趋势,容重随休牧年限的延长先降低后升高,含水量增加,土壤有机质、全氮、全磷、全钾及速效氮、磷、钾含量均有所提高;土壤脲酶、磷酸单酯酶、脱氢酶、蛋白酶活性均有不同程度的增加,氧化酶-多酚氧化酶和过氧化氢酶活性则降低;微生物量提高;草原土壤种子库植物种类和数量增加;从休牧对草地碳储量影响来看,休牧使土壤有机碳含量有明显的增加。但休牧时间过长,也不利于植被的正常发育和更新。为了能够更好地为制定科学的草原休牧策略服务,建议今后应加强休牧对退化草地植物多样性和生产力的影响,休牧对退化草地土壤种子库影响,不同类型、不同退化程度以及不同利用方式草地合理休牧季节、休牧期长短和休牧年限的研究。     

吉林省玉米施肥效果与肥料利用效率现状研究

【目的】本研究通过收集整理2005~2013年国家测土配方施肥项目在吉林省布置的1110个“3414”田间试验,分析了施用氮、磷、钾肥对玉米产量、经济效益的影响,测算了氮、磷、钾肥的利用效率,目的在于明确当前生产条件下吉林省玉米的施肥效果与肥料利用效率,为肥料的合理施用与配置提供依据。【方法】选取玉米“3414”田间试验的处理1（N₀P₀K₀）、处理2（N₀P₂K₂）、处理4（N₂P₀K₂）、处理6（N₂P₂K₂）和处理8（N₂P₂K₀）,分别记为不施肥（CK）、不施氮（-N）、不施磷（-P）、氮磷钾配施（NPK）和不施钾（-K）处理,研究不同施肥处理下的玉米产量、产值、施肥利润和产投比,比较增施氮、磷、钾肥的增产效应以及不同肥料的农学效率、偏生产力和肥料贡献率。另外,分析不施肥处理（缺素处理）玉米产量与相应肥料贡献率之间的关系,并利用模型进行模拟。【结果】不施肥条件下,当前吉林省玉米的平均产量和产值分别为6.6 t/hm2和1.21×103 yuan/hm2。施肥可显著提高玉米的产量和经济收益,其中以NPK处理的玉米产量和施肥利润最高,平均分别为10.1 t/hm2和5.07×103 yuan/hm2,其后分别为-K处理（8.9 t/hm2、3.27×103 yuan/hm2）、-P处理（8.7 t/hm2、2.83×103 yuan/hm2）和-N处理（7.7 t/hm2、1.39×103 yuan/hm2）。在其他养分施用基础上,增施氮、磷、钾肥可平均分别增产2.36 t/hm2（35.1%）、1.39 t/hm2（18.0%）和1.18 t/hm2（14.9%）,平均施肥利润分别为3.68×103、2.24×103和1.80×103 yuan/hm2。当前生产条件下,吉林省玉米在氮磷钾配施条件下的肥料农学效率、偏生产力和肥料贡献率分别为11.4 kg/kg N、32.8 kg/kg和34.7%,而增施氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P₂O₅和17.2 kg/kg K₂O,平均偏生产力分别为61.1、146.4和142.4 kg/kg,平均肥料贡献率分别为23.4%、14.1%和11.9%。分析发现,氮磷钾肥配施（或某一肥料）的肥料贡献率随不施肥处理（或相应缺素处理）玉米产量的提高而显著下降,且关系符合对数函数模型,说明提高基础地力可减少对外源肥料的依赖。【结论】吉林省玉米氮磷钾肥的增产效果和肥料利用率相比全国平均水平较高,但仍需重视氮肥管理以稳产增效,继续大力推广平衡适量施肥理念及相应技术,在实现作物增产的同时提高肥料利用效率并促进土壤培肥。     

基于不同地表曲面模型预测土壤有机碳含量

Local terrain attributes,which are derived directly from the digital elevation model,have been widely applied in digital soil mapping.This study aimed to evaluate the mapping accuracy of soil organic carbon (SOC) concentration in 2 zones of the Heihe River in China,by combining prediction methods with local terrain attributes derived from different polynomial models.The prediction accuracy was used as a benchmark for those who may be more concerned with how accurately the variability of soil properties is modeled in practice,rather than how morphometric variables and their geomorphologic interpretations are understood and calculated.In this study,2 neighborhood types (square and circular) and 6 representative algorithms (Evans-Young,Horn,Zevenbergen-Thorne,Shary,Shi,and Florinsky algorithms) were applied.In general,35 combinations of first-and second-order derivatives were produced as candidate predictors for soil mapping using two mapping methods (i.e.,kriging with an external drift and geographically weighted regression).The results showed that appropriate local terrain attribute algorithms could better capture the spatial variation of SOC concentration in a region where soil properties are strongly influenced by the topography.Among the different combinations of first-and second-order derivatives used,there was a best combination with a more accurate estimate.For different prediction methods,the relative improvement in the two zones varied between 0.30％ and 9.68％.The SOC maps resulting from the higher-order algorithms (Zevenbergen-Thorne and Florinsky) yielded less interpolation errors.Therefore,it was concluded that the performance of predictive methods,which incorporated auxiliary variables,could be improved by attempting different terrain analysis algorithms.     

土壤因子对莫索湾梭梭林林下植被分布和多样性的影响

[目的]研究土壤因子对古尔班通古特沙漠西南缘莫索湾地区天然梭梭林、天然—人工梭梭林、人工梭梭林林下植被分布和物种多样性的影响,为该区物种多样性保护提供理论依据。[方法]采用典范对应分析法(canonical correspondence analysis,CCA)和广义加型模型(generalized additive model,GAM)分析了6个土壤因子(共8个指标)与物种分布和多样性之间的关系。[结果](1)土壤水分、电导率、pH值和生物结皮的发育是影响植物分布的主要土壤因子。刺沙蓬和狭果鹤虱主要分布在土壤水分和电导率较高的林地,细裂补血草分布在高pH值环境中,虫实分布在土壤水分和电导率较低,同时生物结皮发育较好的林地,甘新念珠芥和滨藜对环境的适应能力较强,各生境均有分布,自然更新的梭梭幼苗分布随着土壤水分、电导率降低和生物结皮增加相对重要值逐渐增大;(2)土壤水分、电导率、pH值和土壤质地是影响物种多样性的主要因素。物种多样性指数与土壤水分和粉粒含量呈极显著正相关(p0.01),与电导率和pH值呈极显著负相关(p0.01),在土壤水分较低的环境条件下(2.19%~6.28%),土壤水分是影响多样性指数的最主要因子,当土壤水分8.0%时,多样性指数趋于稳定,同时,土壤pH值9.0时,多样性指数有明显下降趋势。[结论]梭梭林林下植被的分布和物种多样性是由土壤水分、电导率和土壤质地为主的多种土壤因子综合作用的结果。