生物结皮土壤-水文-侵蚀效应研究进展

生物土壤结皮(简称生物结皮)是由隐花植物、微小生物和土壤表层颗粒胶结形成的一种特殊复合体,广泛分布于各类气候和生境条件。作为生态系统的重要组分,生物结皮在不同生物气候区土壤的生态过程、水文过程、生物过程、地球化学循环过程以及生态修复过程中发挥着重要作用。从生物结皮影响土壤物理、化学、生物学性质以及土壤水文与侵蚀过程等方面对其生态功能进行总结和概述,在此基础上,从研究区域和时空尺度、多过程耦合机制、生物结皮影响氮循环的过程及其对氮沉降的响应机制、生物结皮与维管植物空间分布及互动关系等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向,以期促进我国生物结皮相关研究工作,加深对生物结皮生态功能及地表过程的认识。     

棉纤维生物炭对稻田土壤及水稻Cd含量的影响

为生物炭应用于农田Cd污染的控制及治理提供相关科学依据,研究通过根箱试验,研究棉纤维生物炭对水稻根际和非根际土壤可交换态和不可交换态Cd含量及水稻植株中Cd分配的影响。研究表明:随着棉纤维生物炭的施用量增加,根际和非根际土壤可交换态Cd含量都呈下降趋势,同时不可交换态Cd含量都呈上升趋势。随着棉纤维生物炭的施用量增加,非根际土壤pH值呈逐渐上升趋势。非根际土壤pH值与可交换态Cd含量之间存在显著负相关关系,与不可交换态Cd含量之间存在显著正相关关系。可见,施用棉纤维生物炭可在一定程度上提高非根际土壤pH值,进一步降低了非根际土壤可交换态Cd含量;而根际土壤可交换态Cd含量的下降,主要受棉纤维生物炭的理化性质影响,受土壤pH值影响不大。随着棉纤维生物炭的施用量的增加,水稻各部位Cd含量及累积量都呈现下降趋势,其中籽粒Cd含量的下降幅度最大,为36.57%,根的Cd含量的下降幅度最小,为12.56%。由于茎鞘的生物量和Cd含量都较大,茎鞘中Cd累积量最高,平均为25.44μg plant^-1,是籽粒的2.85倍。因此,在进行农田土壤Cd修复的同时,除了要关注农产品Cd污染,还要考虑如何妥善处理大量的富集Cd的农业废弃物,避免产生二次污染风险。     

DEM空间尺度对可照时数模拟结果的影响 ——以浙江省仙居县为例

以浙江省仙居县为实验区,基于4种不同空间分辨率DEM提取相关地形因子,结合可照时数分布式模型,利用数字地形分析和空间数据叠置分析等方法,模拟1月和7月4种空间分辨率下的可照时数,并定量分析DEM尺度效应对模拟结果的影响。结果表明：（1）模拟结果的空间异质性随分辨率减小而减小,其平均值逐渐增加,且1月增幅大于7月,最大值随分辨率的变化不大,而最小值差异较大,标准差逐渐减小。（2）受海拔和地形遮蔽影响,平地和山脊处可照时数最多,海拔200-400m区间最少,400-1100m区域可照时数随海拔增加而增加。以10m分辨率结果为参照,30m、90m和900m分辨率下的差值随分辨率减小而增加,海拔<100m处差值最小,700-900m区域差值最大,1月日均多算0.7、1.4和2.9h,7月日均多算0.5、0.9和2.3h。（3）坡度0-55°范围内,可照时数随坡度增加而减少,30m、90m和900m分辨率与10m分辨率的差值随分辨率降低而增加,且最小差值均在<5°区域,最大差值在不同坡度等级,1月日均多算2.1、1.8和1.7h,而7月日均多算0.3、0.6和1.2h。（4）受太阳高度角和方位角影响,可照时数在南坡-北坡间的差异较大,东南-西南坡、东坡-西坡以及东北-西北坡之间差异较小,30m、90m和900m分辨率与10m分辨率的差值随分辨率降低而增加,在偏北坡,1月差值大于7月,最大差值在1月的北坡上,日均多算1.4、2.5和4.8h,在偏南坡上,1月差值小于7月,最大差值在7月的南坡或西南坡上,日均多算0.5、0.9和2.1h。     

生物修复石油污染土壤研究现状

石油污染土壤的生物修复方法具有操作简便、费用低、对周围环境污染小、修复效率高等优点,应用前景广阔。从石油污染土壤生物修复过程中修复生物的选择、修复条件的优化、修复效果的评价等方面对近年来生物修复技术的研究进展进行了综述。为推动该方法的广泛应用,还应深入探究降解微生物之间的拮抗和协同机制、进一步降低修复成本、进一步完善修复评价标准,加强重石油污染土壤和特殊环境下石油污染土壤的治理研究,开展复合污染(如石油污染和重金属污染)土壤的修复研究。     

大豆秸秆生物炭对铅锌尾矿污染土壤的修复作用

采用盆栽空心菜的方法,研究了大豆桔杆生物炭对铅锌尾矿污染土壤的修复作用。污染土壤中Cu、Zn、Pb和Cd含量分别为50,400,1 119,3.4mg/kg。结果表明:土壤无论是否受到铅锌尾矿污染,添加3%生物炭(w/w)均能显著提高土壤pH;3%生物炭能够抑制铅锌尾矿污染导致的土壤pH降低。大豆桔杆生物炭对尾矿污染土壤和未污染土壤中重金属有效态的影响不同,与未污染土壤相比,3%生物炭的钝化作用不能抵消铅锌尾矿污染导致的重金属有效态含量的增加。铅锌尾矿污染抑制空心菜生长;施加3%生物炭可以消除铅锌尾矿污染对空心菜生长的抑制作用。生物炭显著降低污染土壤空心菜根部重金属含量,而对地上部分的影响,不同元素表现出不同的特点;3%生物炭能够阻控铅锌尾矿污染土壤中Cu、Zn、Pb和Cd向空心菜地上部迁移富集。大豆桔杆生物炭对空心菜吸收重金属的影响,在铅锌尾矿污染土壤和未污染土壤上表现不同,存在元素之间的拮抗作用以及由于生物炭提高空心菜生物量所产生的稀释作用。在研究设置条件下,与未污染土壤相比,从空心菜生物量和可食部分吸收重金属含量来评价,施加3%大豆桔杆生物炭可以修复铅锌尾矿导致的土壤污染。     

黄壤颗粒表面离子吸附动力学中的离子特异性效应

基于考虑离子非经典极化作用的离子吸附动力学模型,以可变电荷黄壤颗粒为代表材料,研究了锂离子(Li+)、钠离子(Na+)和铯离子(Cs+)在黄壤颗粒表面的吸附动力学特征,进一步计算了离子在土壤/水界面的扩散距离与表面电化学参数。结果表明:(1)Li+、Na+和Cs+在黄壤颗粒表面吸附仅存在一级动力学过程并存在明显的离子特异性差异,这种差异随着电解质浓度降低而增大;(2)离子非经典极化与体积效应的共同作用决定了离子在固/液界面的扩散距离,在较高浓度电解质中,Na+和Li+的离子体积和极化效应基本平衡,导致Na+和Li+离子间差异不显著,但Cs+由于强烈的非经典极化作用,扩散距离表现为:Cs+Na+≈Li+;在低浓度电解质中,离子非经典极化作用占主导,扩散距离表现为:Cs+ Na+ Li+,表明离子扩散距离在低浓度下差异大,而高浓度下差异不显著;(3)离子扩散距离的差异导致固/液界面电位的不同,Stern电位、电荷密度和电场强度均受到离子扩散距离的影响,表面电位(绝对值)在各个浓度下均表现为:Li+ Na+ Cs+,说明表面电位仅受非经典极化作用的影响。本研究将对土壤/水界面反应理论的完善提供新思路。     

生物炭提高花生干物质与养分利用的优势研究

【目的】 以秸秆为原料生产生物炭可用于改良土壤和提高养分利用率,其与秸秆直接还田以及传统的制作堆肥后还田相比是否具有优势需要用试验来验证,本研究可为生物炭的高效利用提供理论依据。 【方法】 以传统猪厩肥和秸秆直接还田为对照,连续进行了8年的花生田间微区 (2 m2) 试验。在氮磷钾总投入量相等的条件下,共设4个处理,分别为秸秆还田 (CS)、猪厩肥 (PMC)、生物炭 (BIO) 和基于生物炭的炭基花生专用肥 (BF),每个处理重复3次,随机区组排列。试验于2016年在花生苗期、开花下针期、结荚期和饱果成熟期进行采样,测定植株茎叶、根和荚果的干物质和氮磷钾养分积累量,并计算对应的分配情况,探讨其对花生产量的影响。 【结果】 生物炭处理的花生产量显著高于其它处理,达到7231.7 kg/hm2;生物炭复合肥和猪厩肥处理则相对较低,分别是生物炭处理的82.4%和83.8%,秸秆处理产量最低,为5623.9 kg/hm2。猪厩肥处理的出仁率显著高于其它处理。生育前期各处理的干物质和养分主要在茎叶中积累,从结荚期开始逐渐向荚果中转移。与对照处理相比,复合肥处理的干物质和氮磷钾养分整株积累量在各时期均较高,尤其在结荚期以前保持了良好的荚果干物质和养分分配系数;生物炭处理则至饱果成熟期时呈现出明显优势,干物质积累量达到6295.0 kg/hm2,分别高出专用肥、秸秆和猪厩肥处理43.1%、36.1%和50.8%,茎叶分配比例高达34.5%,氮、磷、钾积累量持续增长至236.4 kg/hm2、 21.7 kg/hm2、77.8 kg/hm2,显著高于其它处理,但此时期荚果的氮、钾分配系数仅有0.83和0.52,低于对照处理(CS、PMC处理) 0.02～0.03和0.15～0.21。 【结论】 在氮磷钾养分投入量相等、不考虑有机碳投入量的前提下,施用生物炭、炭基复合肥和猪厩肥效果均显著好于秸秆直接还田;生物炭可显著提高花生整株的干物质量和氮磷钾积累量,特别是提高生育后期的干物质和养分分配量,促进产量的提高,对花生高产增效有良好的促进作用;炭基复合肥在花生进入结荚期后,对花生干物质及养分积累分配的促进作用减弱,效果与施用猪厩肥相当。因此,在本试验条件下,生物炭直接施用具有维持其养分长期稳定释放,提高花生产量和肥料养分利用率的作用。      

硒碘联合生物营养强化规律及硒碘交互作用初步研究

硒和碘是人体重要的微量元素,硒和碘缺乏可能导致人体处于亚健康状态或患多种疾病。膳食是安全、高效的补充硒和碘的方式。目前,对植物吸收两种元素的相关性研究较为匮乏。本试验通过施加一定含量梯度的碘酸钾、硒酸盐,探究番茄、生菜两种作物对硒和碘的吸收能力,以及两种元素吸收的相关性。研究结果表明:番茄植株相比生菜,对无机硒和碘酸钾的富集能力更强;生菜和番茄中,硒和碘的吸收没有显著相关性。     

生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响

以黄河三角洲典型盐化潮土为供试土壤,设置12.5,25.0,50.0,100 g/kg 4个梯度生物炭添加量,通过盆栽试验研究不同添加量下生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响。结果表明:(1)与对照相比,随着生物炭添加量的增加,盐渍土的电导率、速效磷、速效钾、阳离子交换量及易氧化有机碳的含量呈现显著增加的趋势;不同生物炭添加量下,盐渍土的pH、碱解氮含量略有下降,但各添加量处理间差异不显著;而生物炭对盐渍土可交换态钠含量无显著影响。(2)添加适量生物炭(12.5,25.0,50.0 g/kg)可显著提高玉米幼苗叶片抗氧化酶活性和根系活力,并降低叶片超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量,从而改善玉米幼苗的生理性状;然而,较高的生物炭添加量(100 g/kg)对幼苗抗氧化系统产生不良影响,造成植物体内活性氧的累积。因此,添加适量生物炭可以改善滨海盐渍土的理化性质,并在一定程度上有效改善盐胁迫下玉米幼苗的生理特性,但较高用量对作物抗氧化系统具有抑制作用。     

羊栖菜粉对水溶液中Cu2+的吸附效果

以羊栖菜粉为吸附剂,研究羊栖菜粉对水溶液中Cu²⁺的吸附特性及吸附机理,考察羊栖菜对重金属铜的吸附能力,以扩展羊栖菜的综合利用范围。采用控制变量法考察pH值、吸附剂浓度、金属离子初始浓度和离子强度等环境因素对水溶液中Cu²⁺去除效果的影响,通过模拟吸附动力学和热力学试验考察羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附特性,并采用SEM、FTIR等方法初步分析了羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附机理。结果表明,在吸附温度35℃、初始浓度50 mg·L^-1、吸附剂浓度1 g·L^-1条件下,羊栖菜粉对Cu²⁺的去除率可达89.27%。当吸附时间为10 min时,Cu²⁺去除率达总去除率的90%以上;当吸附时间为60 min时,基本达到吸附平衡。羊栖菜粉吸附Cu²⁺的动力学数据符合准二级动力学模型,相关系数均在0.999 0以上。Langmuir可以很好地拟合热力学试验得到的平衡数据,理论最大吸附容量为71.17 mg·g^-1。羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附有多种反应参与,参与络合反应的官能团主要有-OH、-NH、-COO^-。羊栖菜粉对Cu²⁺的去除率较高,吸附性能良好,可通过解吸实现吸附剂的再生。