作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

抽排厕所废物原位发酵回用可行性研究：杭桥村案例

为适应农村居民对现代化生活的追求、顺应可持续发展的趋势,本研究结合我国农村实情提出以“抽吸式-源分离-就地就近资源化”为技术路线的现代资源化模式作为农村家庭粪尿处置与利用的解决方案,选取一自然聚落,建设服务于20户居民的示范工程开展可行性研究。方案采用组合式多级厌氧发酵制肥工艺对单独收集的抽排厕所废物进行无害化处理,就地就近回用于附近农田,考察抽排厕所废物性质,对制肥设施进行定期监测,并于运行32个月后破拆清扫、取样分析。结果显示：设施未出现堵塞、满溢及渗漏现象,污泥积累不超过设施总有效高度的20%且充分稳定,具有维护简单、清扫周期长的特点;设施出液及底泥均未检出活寄生虫卵,粪大肠菌值>10^-4,符合《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）中的卫生标准;设施出液及底泥的总养分含量分别为0.18%和0.43%,有机质含量分别为0.05%和2.65%,每年产生的出液及污泥共计可取代氮肥（N）161.19 kg、磷肥（P₂O₅）9.67 kg、钾肥（K₂O）42.11 kg。现代资源化模式的成功运用不仅可以提高居民生活水平,还能满足可持续发展要求,降低家庭废物处理成本的同时,实现资源就地回用,具有较高的工程应用和推广价值。     

农户与政府气候变化认知及适应措施比较研究——以河南省为例

基于河南省314家麦农和30个基层政府部门55名工作人员的实地调研数据,对农户和政府的气候变化认知与适应措施进行比较研究。结果显示,麦农和基层政府对气候变化及其对农业生产的影响具有较高的认知度。其中,对于气候系统的变化,麦农的认知度高于基层政府;对于气候变化的具体表现和气候变化对农业生产的影响,麦农的认知度低于基层政府。研究还发现,麦农和基层政府对气候变化适应措施的选择偏好不同。超过80%的小麦种植户采取了气候变化适应措施,但主要是增加农药化肥投入和增加灌溉等被动性适应措施,基层政府倾向选择营造农田防护林和推广农作物新品种等主动性适应措施。对于气候变化适应的政策支持,加强气候变化相关的教育和培训、推荐农作物新品种、暴雨和干旱预警是麦农和基层政府的共同选择。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

铁碳复合材料活化过氧化氢吸附-氧化萘的机理

为探讨不同铁源对铁碳复合材料结构及其吸附-氧化萘污染的影响,分别以硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁、纳米零价铁和纳米四氧化三铁为铁源,葡萄糖为碳源,采用水热-碳热法合成了铁碳复合材料。采用比表面积测试、红外光谱仪、X射线衍射仪和电化学工作站分别测定材料的比表面积和孔结构、表面官能团、晶体结构和氧化还原能力,同时通过动力学实验研究不同复合材料吸附和活化过氧化氢氧化萘的效果。结果表明：Fe₂SO₄@C、FeCl₃@C和Fe（NO₃） ₃@C因较小的孔体积或较高的表面含氧官能团含量,而对萘的吸附去除率较低,且无法对萘的氧化起到活化作用。而nFe⁰@C和nFe₃O₄@C的孔体积较大,且生成结构态亚铁[Fe（Ⅱ）]和碳化三铁（Fe₃C）活性物质,可通过吸附和活化过氧化氢氧化去除萘,其中nFe₃O₄@C对萘的去除效果最好,去除率达到63.7%。研究表明,使用固态铁源制备的铁碳复合材料,具有较低的极性、较大的孔体积以及结晶较好的铁活性物质,在萘污染水体修复中具有较大应用潜力。     

土壤中有机肥源抗生素抗性基因环境归趋与风险管理研究进展

抗生素抗性基因——一类新型污染物,已对人类健康和环境安全构成威胁,如何有效应对日益严峻的耐药性危机已成为一项全球性挑战。有机肥源抗生素抗性基因是土壤抗生素抗性基因的主要来源,而土壤参与并主导不同环境单元中抗生素抗性基因演化的多元交互作用,因此,有必要厘清有机肥源抗生素抗性基因在土壤和其他环境介质中的命运、归趋与风险。本文综述了近年来有机肥源抗生素抗性基因在土壤中的分布特征、环境归趋、人体暴露风险以及风险管理方面的研究进展,并提出建议与展望,以期为有效减轻抗生素抗性基因在环境中的危害,遏制抗生素抗性基因的增殖与传播提供理论依据与决策参考。     

沂蒙山区某村庄生物质氮资源量及其有机粮食生产潜力

农村生物质含有大量的氮素,就地肥料化既缓解环境污染问题,又能创造经济效益.该研究以沂蒙山区典型村庄蒋家庄为例,实地调查和分析了该村生物质资源量与氮含量,并利用田间试验探讨了其生产有机主粮的潜力与经济效益.结果表明,蒋家庄植物生物质量(干基)为722.5t·a-1,禽畜粪尿(鲜量)2703.1t·a-1,可降解生活垃圾(鲜基)25.4t·a-1,三者折合纯氮为18.88t·a-1.1kg牛粪可生产1.04kg有机主粮,1kg植物生物质有机肥平均可生产0.53kg有机主粮.该村生物质氮总量可满足全村农作物有机种植需求,经济效益可增加2倍以上.     

广州市道路绿地植物多样性调查及评价

在对广州市主要道路绿地全面调查的基础上,布置30个典型样方调查,系统调查了广州市道路绿地植物物种多样性现状。结果表明:共记录植物485种(含种下单位),隶属111科322属,占广州市观赏植物总种类的23.3%,其中乔木∶灌木∶草本种类之比为1.0∶1.0∶1.5,灌木种类应用相对较少;乡土植物286种,占总种数的59%,种类上多于外来种(199种),但应用比重低;入侵植物28种,其中一些草本入侵植物所占重要值大,对不少地方已造成严重危害;植物区系以热带亚热带成分为主;并针对上述问题,对广州市道路植物景观改造提升提出了几点建议。     

城市滨水区域空间形态探讨

城市滨水区域是城市中重要的景观资源,它在提高城市环境质量、丰富地域风貌等方面具有极为重要的价值。城市滨水区域设计具体化须以滨水区域的实物环境为依托。以景观设计为手段,综合考虑水体本身、滨水开放空间以及滨水区域的地形地貌,形成多层次连续的城市滨水区域空间形态。本文以城市滨水区域为研究对象。从城市规划设计的研究角度,分析城市滨水区域构成的要素。总结滨水区域城市设计原则,探求滨水空间构成的形态要素与设计方法。     

科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征比较研究

[目的] 探究科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征的差异,为干旱—半干旱区包气带水分与物质运移等相关研究提供科学参考。[方法] 利用双环入渗仪野外实测和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地具有代表性的8种土地利用类型(樟子松林地、小叶锦鸡儿林地、白柠条林地、撂荒草地、草甸草地、疏林草地、玉米农田以及裸沙地)土壤入渗特征及其影响因素,同时采用Kastiakov模型、Horton模型、Philip模型和G-P综合模型对其水分入渗过程进行了拟合,比较其拟合优度。[结果] ①不同土地利用类型土壤入渗特征存在显著差异,初始入渗率变化范围为1.595～12.020 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>草甸草地>撂荒草地>疏林草地;15 min入渗率变化范围为0.617～3.690 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>玉米农田>撂荒草地>草甸草地>疏林草地;土壤稳定入渗率变化范围为0.576～3.495 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>小叶锦鸡儿林地>樟子松林地>撂荒草地>草甸草地>疏林草地; ②不同土地利用类型入渗率与土壤容重、细砂含量呈极显著负相关,与中砂含量呈极显著正相关;稳定入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关; ③各模型对科尔沁沙地土壤入渗过程的拟合优度依次为：Horton模型>G-P综合模型>Kastiakov模型>Philip模型,其中Horton模型决定系数最高且相对误差最小,能更准确地模拟科尔沁沙地土壤入渗的实际情况。[结论] 科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征存在差异,土壤性质对其入渗特征影响显著;Horton模型在科尔沁沙地拟合度较高,可应用此模型来估算水分入渗过程。