树木枯落叶在河流水体中的分解及氮、磷释放动态

以郑州市东风渠为试验点,选择法国梧桐枯落叶为对象,利用分解袋法,在为期39d的分解试验中,研究了落叶分解及氮、磷的动态变化。结果表明:分解过程中,样品质量变化呈现持续减少的趋势,试验期间质量损失约11.6%,理论完全分解时间约8.21a。在生物和非生物因素共同作用下,落叶中的氮、磷含量变化波动较大。试验初期(0-9d),氮含量快速降低;然后又表现为逐渐升高,在分解后期(29-39d)又呈现下降趋势。落叶中磷含量在分解初期呈下降趋势,随后又逐渐升高,到分解中期,磷含量又表现为先下降后升高的趋势,至分解末期,再次出现下降。落叶中氮素的累积指数NAI和磷素累积指数PAI整体上表现出以释放为主。随分解时间,大体上呈现释放-积累-再释放的规律。     

三峡库区澎溪河流域消落区土壤氮磷释放研究

通过模拟试验研究了温度和施肥对三峡库区澎溪河流域消落区冲积土、紫色土和水稻土氮磷释放的影响,估算了这3种土壤氮磷的释放量。结果表明,淹水后消落区土壤氮的释放潜力为水稻土冲积土紫色土,不同温度下消落土壤氮的释放潜力表现为20℃略高于10℃,明显高于30℃;消落区土壤间磷释放的差异因温度的不同而异,10℃时3种土壤间上覆水磷浓度相近,20℃和30℃时,土壤磷的释放潜力为冲积土紫色土水稻土,土壤磷的释放随淹水温度的提高而升高。按云阳县耕地平均施肥量(N0.21g/kg和P0.15g/kg)向消落区土壤施入氮磷肥,冲积土、紫色土和水稻土向水体释放的氮分别提高7.05～17.27,10.03～25.41,5.84～13.70倍,释放的磷分别提高1.47～4.88,4.99～16.49,1.18～3.03倍。根据澎溪河流域水温、水位变动情况及消落区土壤面积,估算出未施肥条件下澎溪河流域消落区冲积土、紫色土和水稻土的氮释放负荷为19.36,29.45,236.07t/a,磷释放负荷分别为0.49,0.94,1.91t/a。     

水泥-粉煤灰基植生固沙材料的正交优化和氮、磷、钾初期释放速率研究

以本实验室设计的配方来制备水泥-粉煤灰基固沙材料,以3～4个月释放期的美国Osmocote 14-14-14为控释肥肥源,以PAM、自制SAP1和SAP2为吸水保水剂,采用沙柱法对植生固沙材料的吸水剂种类、吸水剂用量、肥料用量和水灰比材料参数进行正交优化试验,研究材料参数与NPK释放速率和材料抗压、抗折强度的关系。结果表明,影响N释放速率的主要因素是肥料用量和吸水剂种类,影响抗折强度的主要因素是水灰比和吸水剂种类,优化配方是1.5%PAM,0.8 g Osmocote/100 g沙和水灰比为1.2。在水泥-粉煤灰基固沙材料中NPK的28 d初期释放量大小顺序为K＞N＞P,其原因是水泥基材料富钾和固磷特性使得增K减P,水泥基材料毛细孔多孔特征使得N将以气态氨和液态銨释放。N的初期释放率受N的水溶肿胀和控释肥薄膜孔缝扩大速度的影响。     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

铬在含水介质中的迁移及释放规律

根据天津某铬渣堆周边地区的污染情况和水文地质条件,选取该区域3种典型含水介质(黏土、粉质黏土、粉土)填充土柱,开展室内土柱淋滤实验,研究铬在含水介质中的迁移及释放规律。铬溶液淋滤实验表明,Cr(VI)在粉土中的迁移速率最快,粉质黏土中次之,黏土中最慢。清水淋滤实验表明,吸附在含水介质中的铬会在清水淋滤作用下解吸并重新释放到地下水中,从而造成地下水再次污染。根据土柱实验结果获得铬在黏土、粉质黏土和粉土中的弥散系数分别为1.87×10~(-4)m2d~(-1)、7.49×10~(-4)m2d~(-1)和1.17×10~(-4)m2d~(-1),渗透系数分别为8.60×10-6cm s~(-1)、2.14×10-5cm s~(-1)和1.34×10-5cm s~(-1),为模拟铬在含水介质中的迁移模型提供实测参数,进而为地下水中铬污染的控制与防治提供理论参考。     

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。     

狗牙根与空心莲对水库消落带土壤氮磷释放影响的模拟

通过水库水位涨落室内模拟试验,探究丹江口库区消落带优势物种狗牙根和空心莲2种草本植物对土壤氮磷释放过程影响。结果表明:(1)水淹结束后(32天),空心莲子草土壤TN、TP分别降低11.75%,25.28%,狗牙根分别降低3.62%,25.77%。(2)干湿交替环境主要影响土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和AP的含量的变化,对土壤中的TN、TP含量的影响较小。(3)狗牙根的死亡增加土壤TN、NH_4~+-N、TP量,即不耐淹植被过滤带虽然能净化径流中N、P等污染物,但截留的污染物和植物吸收的养分随着植物体的分解再次进入水体或土壤,无法达到有效防控农业面源污染的目的。该研究为丹江口水库利用植被缓冲带防控水体富营养化提供一定理论依据。     

发展生物质产业

地球上能量的终极来源,除形成之初集聚的核能与地热外,与我们关系最为密切的是地球形成后持续来自太阳的辐射。绿色植物出现前,辐射能尽散失于大气,唯绿色植物可利用日光能将它吸收的二氧化碳和水合成为有机物——碳水化合物,将光能转化为化学能并贮存下来。绿色植物成为地球上最重要的光能转换器和能源之源。碳水化合物是光能储藏库,生物质是光能循环转化的载体,连煤炭、石油和天然气也是地质时代的绿色植物在地质作用影响下转化而成的。     

高密度二氧化碳对蛋清液中沙门氏菌和大肠杆菌杀菌效果和杀菌动力学的研究

研究了不同温度、压力和时间条件下,高密度二氧化碳(DPCD)处理对蛋清液中沙门氏菌和大肠杆菌的杀菌效果,并对DPCD处理蛋清液中大肠杆菌的杀菌动力学进行了分析。结果表明,在15 MPa,45℃下DPCD处理60 min,沙门氏菌和大肠杆菌分别降低了4.46和5.57个对数值,其中大肠杆菌对DPCD处理较沙门氏菌敏感。30 MPa,45℃,DPCD处理30 min,可以完全杀灭蛋清液中的大肠杆菌。线性模型能较好地拟合DPCD对大肠杆菌的杀菌效果,其中30 MPa,45℃下D值最小为5.830。     

设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷形态及吸附与释放特性的影响

针对设施土壤中长期大量施用有机肥可能造成的土壤磷素过度积累及易流失等问题,本研究拟通过施用生物炭增加土壤中磷的吸附,从而减少磷流失。此外,目前关于在设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷素形态和有效性的影响作用尚不清楚。为此,在辣椒大棚中通过长期定位试验,研究连续4茬施用生物炭对土壤有效磷、不同形态磷、磷吸附及释放的影响。结果表明：在每公顷施用15 t猪粪稻草有机肥基础上施用生物炭可显著增加土壤有机碳含量和土壤pH,并显著改变了土壤磷各组分含量,显著增加了NaHCO₃ P_i、NaHCO₃ P_o、Fe/Al-P_i和Ca-P_i含量,且显著降低了Ca-P_o含量。此外,连续4茬施用生物炭还增加了土壤对磷的吸附,从而降低土壤磷的释放。本研究结果说明,在设施土壤中长期大量施用有机肥下结合施用生物炭在保持土壤有效磷供应下可提高土壤磷的吸附,从而降低土壤磷素的流失风险。