灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时空分布量化分析

作物生产水足迹度量作物生产过程对不同类型水资源的消耗,为实现农业水资源管理与评价提供了更全面的新视角。该研究通过耦合土壤水分动态平衡模块,考虑输配水损失,构建灌区蓝、绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型;以宝鸡峡灌区为例,定量评价不同典型年灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度演变规律。结果表明:宝鸡峡灌区蓝绿水资源总量在2008-2017年呈上升趋势。各作物对绿水资源利用效率均持续上升,而小麦蓝水资源利用效率呈下降趋势;玉米、小麦生产总水足迹整体呈上升趋势,多年平均值分别为573和779 m3/t;作物生产绿水足迹在拔节-灌浆期占比较高,成熟期占比较低;作物生产水足迹在日尺度波动幅度最大;平水年、丰水年灌区用水存在不合理现象,枯水年作物生产单产水平最高,总水足迹最低,水资源利用效率最高。该研究所构建模型可移植适用于无排水渠系灌区水文模拟,准确量化灌区农业生产耗水,解析日-月尺度作物生产水足迹演变特征,有助于明确灌区作物耗水规律,进而高效利用绿水资源,合理配置蓝水资源,提高作物产量,实现高效生产。     

土壤总砷测定前处理方法探讨

采用加标回收方法比较研究了5种土壤总砷测定的前处理方法(分别为浓HNO3-浓H2SO4-HC1O4法、王水法、浓HNO3-浓H2SO4-V2O5法、浓HNO3-浓H2SO4-V2O5Ⅰ法和浓HNO3-浓H2SO4-V2O5Ⅱ法),结果表明,5种前处理方法的加标回收率在89.9%～102%之间,变异系数在0.56%～5.27%之间。其中,浓HNO3-浓H2SO4-V2O5Ⅰ法处理,土壤所用消解时间40min左右,其回收率较高,在98.5%～99.1%之间,变异系数较小,在0.56%～0.85%之间;该前处理方法具有消解时间最短、加标回收率和精密度高及重现性最好的特点,优于其他4种前处理方法,可作为推荐方法应用。     

河北沧州果品主产区土壤砷空间变异性研究

采用GIS技术和地统计学相结合的方法对河北沧州果品主产区献县、泊头、沧县3个县表层土壤(0～20 cm)砷的空间分异特征进行了分析。结果表明:3个县表层土壤砷的平均值为12.46 mg kg-1,砷污染存在的风险较低。土壤砷最优理论模型为指数模型,空间结构上具有中等程度空间相关性,说明其空间变异主要是由母质、地形、土壤类型等结构性因素引起的。各向异性分析表明地质背景、河流和飘尘可能影响着土壤砷的分布。Kriging插图结果直观的反映出研究区内土壤砷的空间变异特征。调查结果显示含砷污水的农田灌溉,含砷煤燃烧产生的大气降尘,含砷农药、化肥的使用等是影响土壤砷分布的人为因素。     

钼对滇重楼生长、养分和总皂甙含量的影响

采用盆栽试验,设4个施钼水平,即0、0.2、0.4、0.8 mg/kg,研究了施钼对滇重楼生长、养分元素含量和根茎总皂甙含量的影响。结果表明,与不施钼相比,施钼显著提高了滇重楼株高、光合速率、生物量和根茎产量,分别以0.4、0.2、0.4、0.2mg/kg处理最高。中低施钼水平（0.2、0.4mg/kg）下,叶和新根茎氮含量呈增加的趋势,高施钼水平（0.8mg/kg）可显著降低叶和新根茎氮含量;施钼降低了叶和新根茎中的磷含量,但增加了地上茎中的磷含量;施钼增加了叶中钾含量,但降低了茎中钾含量。各施钼处理叶、地上茎、新根茎中钼含量均显著高于不施钼处理;随施钼水平的增加,各部位钼含量呈先增加后降低的趋势。与不施钼相比,各施钼处理新根茎中总皂甙含量显著增加,以Mo 0.8 mg/kg处理最高。综合考虑滇重楼生长、药用部位生物量累积、钼和总皂甙含量,本试验条件下,以施Mo 0.2～0.4 mg/kg较为适宜。     

农田土地利用方式对紫色土总砷含量及其垂直分布的影响

为了探讨农田土地利用方式对紫色土总砷含量的影响,采用现场采样及室内分析测试方法,对重庆市旱地、水田、水旱轮作、果园4种土地利用方式下的紫色土总砷含量及其垂直分布进行了比较研究,结果表明:在旱地利用方式下,砷在紫色土剖面层次中呈现的分布规律由耕作层向底土层逐渐递减;在水田利用方式下,砷在土壤剖面层次间分布均衡,其各层次土体总砷平均含量分别为表层9.83 mg/kg、犁底层10.00 mg/kg、母质层10.51 mg/kg;在水旱轮作利用方式下,紫色土剖面中总砷含量呈现从B层→C层→A层依次递减的规律;在园地土地利用方式下,紫色土剖面层次间总砷的含量变化幅度较小.     

1961-2010年黄河源区蓝绿水资源时空变化

利用SWAT(soil and water assessment tool,SWAT)模型和非参数检验方法(Mann-Kendall),从时空尺度上分析了黄河源区1961-2010年蓝绿水资源量多年平均变化和各生长季节的变化规律。研究结果表明,在时间上,近50 a来,黄河源区绿水资源量多年平均是蓝水的2倍以上。黄河源区蓝水资源春、秋两季减少,秋季显著减少,减少幅度0.355 mm/a,夏季略微增加;绿水资源春季减少,夏、秋两季增加,秋季显著增加,增加幅度0.286 mm/a。在空间上,黄河源区蓝绿水资源量在各季节呈现出由东南向西北递减的趋势,东南部地区蓝水资源秋季减少明显,减小幅度最大为1.98 mm/a,绿水资源量夏、秋两季增加明显,最大为1.62 mm/a。随全球气候的变化,蓝绿水资源量在时空上差异将会进一步加大。因此,应加强黄河源区水资源的管理,减少源区绿水尤其是其中无效用水(蒸发)的消耗,减少生长季高耗水作物的种植,以保证中下游地区水量的有序供给。     

铁改性生物炭促进土壤砷形态转化抑制植物砷吸收

通过盆栽试验研究了不同砷污染水平(10、20、40和80 mg/kg)下,添加不同量(10、20和40 g/kg)改性前后的生物炭对土壤砷形态及植物吸收砷规律的影响。该文以棉花秸秆生物炭及改性生物炭(棉花秸秆生物炭与Fe Cl3?6H2O按质量比为20∶1)为试材,小白菜为供试植物。结果表明:生物炭(10~40 g/kg)和改性生物炭(10 g/kg)能促进小白菜的生长,在添加量分别为20和10 g/kg时生物量最大,其最大值分别为8.26和6.68 g/盆,改性生物炭在添加量为10 g/kg时高于对照组和等量未改性生物炭处理组。在砷质量分数为10和20 mg/kg的基础上,添加生物炭(10~40 g/kg)后,土壤中砷主要以残渣态形式存在;水溶态砷分别增加了0.22%~3.36%和0.96%~3.70%;改性生物炭添加对土壤砷质量分数为10 mg/kg时水溶态砷无明显影响,土壤砷质量分数为20 mg/kg时,添加改性生物炭(10~40 g/kg)后水溶态砷减少了0.12%~0.58%。在高浓度(40和80 mg/kg)砷土壤中,水溶态砷含量随着土壤中砷含量的增加而增大;添加生物炭(10~40 g/kg)后,土壤中水溶态砷分别增加了0.21%~1.56%和2.11%~8.94%,但砷主要以铝形砷形式存在,残渣态砷次之。各处理组小白菜可食部分和根部砷质量分数在添加10~40 g/kg生物炭后的变化规律不尽相同,等量的改性生物炭添加后,可食部分由18.28 mg/kg显著降低至2.66 mg/kg(P0.05),根部从133.99 mg/kg显著降低至20.21 mg/kg(P0.05)。改性生物炭与未改性生物炭相比,改性生物炭能降低土壤中水溶态砷的含量及对小白菜吸收砷有显著的抑制作用。因此,该研究可为改性生物炭在含砷土壤的修复应用中提供数据支撑与理论基础。     

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定水稻中的5种砷形态

为对水稻中各种形态As进行全面分析,本文建立了同时测定水稻植株及稻米中亚砷酸根、砷酸根、一甲基胂酸、二甲基胂酸和阿散酸共5种砷形态的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱分析方法。样品经甲醇水提取,采用阴离子分析柱Hamilton PRP-X100 (25 mm×4.1 mm, 10μm i.d.), 20 mmol/L磷酸氢二铵溶液和5%甲醇作为流动相进行等度洗脱,高效液相色谱分离,电感耦合等离子体质谱进行定性和定量分析。在0~12.5 mg/L范围内各砷形态线性良好,相关系数R2均在0.999 5以上, 5种砷形态的检出限为0.15~0.36μg/L,定量限为0.50~1.20μg/L。两个添加水平进行了方法验证,平均回收率为84.8%~105.6%,相对标准偏差为0.7%~4.2%。结果表明,该方法回收率高、稳定、可靠,适用于水稻组织中砷形态的分析检测。     

曲靖市植烟土壤有效钼含量状况及与土壤因素的关系分析

为研究云南曲靖烟区土壤有效钼含量状况及影响因素,采用田地实地调查取样与室内化验分析的方法,明确了区域内不同县(市)烟区土壤有效钼含量分布特征及土壤类型、土壤p H、不同金属氧化物等对土壤有效钼含量的影响趋势,结果表明:(1)曲靖中海拔烟区土壤有效钼含量范围为痕量～1.966 mg kg~(-1),平均含量0.199 mg kg~(-1),变异系数高达93.23%,土壤有效钼含量不足的样本所占比例达50.03%;地区间差异明显;(2)不同土壤类型有效钼含量表现为,红壤水稻土紫色土;(3)土壤有效钼含量与不同土壤类型pH差异显著,其中红壤、紫色土pH与土壤有效钼相关系数分别为0.283(P 0.01)和-0.191(P 0.05),水稻土与有效钼含量不相关;(4)土壤中不同金属氧化物与土壤有效钼含量相关性显著,铁、钙、锰的氧化物与土壤有效钼相关系数分别为-0.161**、-0.212**、0.233**。     

生物炭-铁锰氧化物复合材料制备及去除水体砷(Ⅲ)的性能研究

采用浸渍法制备了4种不同的生物炭-铁锰氧化物复合材料(F_1M_1BC_(10),F_1M_3BC_(20),F_1M_4BC_(25),F_3M_1BC_(20)),采用SEM,XPS和FTIR表征方法分析了几种复合材料与生物炭表面性质的差异,比较了4种不同配比生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)去除性能,分析了不同投加量的吸附材料对砷(Ⅲ)去除效率及吸附量的差异。结果表明,与生物炭相比,炭、铁和锰不同配比的生物炭-铁锰氧化物复合材料比表面积明显增大,由61.0 m~2·g~(-1)增加到208 m~2·g~(-1),孔径变小,由23.7 nm下降到2.76 nm;碱性官能团含量明显增加;材料表面形成了MnOx、FeOx。与生物炭相比,4种生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)的动力学吸附量大小与去除率顺序依次为F_1M_4BC_(25)F_1M_3BC_(20)F_1M_1BC_(10)F_3M_1BC_(20)BC。F_1M_4BC_(25)(m铁∶m锰∶m炭=1∶4∶25)是去除砷(Ⅲ)最优的复合材料,在用量为0.016 g·m L~(-1)时,对砷(Ⅲ)的去除率可达82.6%,是生物炭去除率的2.3倍。研究表明,生物炭-铁锰氧化物复合材料是一种潜在的去除水体砷污染的炭基材料。