湿地沉积物重金属环境化学行为研究进展

湿地沉积物重金属污染是当前环境科学领域的研究热点.本文在简要回顾国内外湿地沉积物中重金属污染研究成果的基础上,从湿地沉积物重金属来源、形态组成及提取方法、重金属在沉积物-水界面的迁移转化、质量基准以及风险评价等方面综述了当前国内外研究的最新进展,并提出了该领域未来可能的研究方向.认为针对湿地沉积物重金属向水体释放引起的二次污染问题,应重点对湿地沉积物重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和研究手段上应注重新技术的开发与应用.     

Soil Redistribution investigations by combined use of soil 137Cs and selected chemical properties

Abstract

To improve the methods of application of phosphorus or supply of soil P to Azolla (A. microphylld), basal application, split application, inoculation of P-enriched Azolla, and soil disturbance were compared. Soil disturbance did not increase the floodwater P content. Phosphorus was applied to inoculum production plots to enrich Azolla with P. Thus, phosphorus-enriched Azolla could multiply 5–7 times after inoculation until it became P deficient. Trials on the methods of enrichment of Azolla with P showed that the best method was to broadcast twice 4.33 kg P (10 kg P₂O₅/ha) at 2-day intervals and to harvest Azolla 3 days after P application. Addition of P once or twice 2 weeks after the inoculation of P-enriched Azolla further increased the biomass production. Efficiency of P application was analyzed in terms of N gain in relation to the amount of P applied. This ratio in the P-enriched Azolla treatment was higher than the economically sound ratio -5-, and higher than or equal to that in the standard split application.     

Minimizing ammonia volatilization from urea,improving lowland rice (cv. MR219) seed germination,plant growth variables,nutrient uptake,and nutrient recovery using clinoptilolite zeolite

The anionic nature and high cation exchange capacity (CEC) of clinoptilolite zeolite can be exploited to reduce ammonia (NH₃) loss from urea and to improve soil chemical properties to increase nutrient utilization efficiency in lowland rice cultivation. A closed-dynamic airflow system was used to determine NH₃ loss from treatments (20, 40, and 60 g clinoptilolite zeolite pot^?1). Seed germination study was conducted to evaluate the effects of clinoptilolite zeolite on rice seed germination. A pot study was conducted to determine the effects of clinoptilolite zeolite on rice plant growth variables, nutrient uptake, nutrient recovery, and soil chemical properties. Standard procedures were used to determine NH₃ loss, rice plant height, number of leaves, number of tillers, dry matter production, nutrient uptake, nutrient recovery, and soil chemical properties. Application of clinoptilolite zeolite (15%) increased shoot elongation of seedlings and significantly reduced NH₃ loss (up to 26% with 60 g zeolite pot^?1), and increased number of leaves, total dry matter, nutrient uptake, nutrient recovery, soil pH, CEC, and exchangeable Na⁺. Amending acid soils with clinoptilolite zeolite can significantly minimize NH₃ loss and improve rice plant growth variables, nutrient uptake, nutrient recovery, and soil chemical properties. These findings are being validated in our ongoing field trials.     

回生抗性淀粉种类对米淀粉凝胶形成的影响

为寻找改善普通米淀粉制品的结构及品质的新型食品添加剂,该文以普通米淀粉为原料,采用快速黏度分析仪、扫描电子显微镜、质构分析仪、全自动X射线衍射仪及示差扫描量热仪等手段,研究添加锥栗、马铃薯与绿豆回生抗性淀粉(retrograded resistant starch,RSⅢ)对米淀粉凝胶微观结构及理化性质的影响。结果表明:添加锥栗、马铃薯及绿豆RSⅢ对米淀粉凝胶的结构及性质产生显著影响(P0.01),以锥栗RSⅢ的作用最为突出。添加锥栗、马铃薯与绿豆RSⅢ对米淀粉糊的黏度特性没有影响(P0.05)。未添加RSⅢ的米淀粉凝胶存在很多不规则、深浅不一的大洞,而加入RSⅢ使米淀粉凝胶的网状结构变得更为规整、致密,且其胶着性与黏聚性变化不大(P0.05);添加锥栗、马铃薯与绿豆RSⅢ后能加速米淀粉凝胶的形成,与未添加RSⅢ的米淀粉凝胶比,其硬度分别增加了2.38、1.97和1.25倍(P0.01),黏着性分别增加2.56、1.99和1.32倍(P0.01),弹性增加1.07、0.81和0.53倍(P0.01)。米淀粉以A-型晶体占优,锥栗RSⅢ以V-型晶体占优,马铃薯与绿豆RSⅢ均以B-型晶体占优;不加或加入RSⅢ的米淀粉凝胶粉末都转变为以V-型晶体为主,且总相对结晶度没有改变(P0.05)。加入RSⅢ后的米淀粉糊除有低温吸热峰外还出现高温吸热峰,是否添加RSⅢ对低温吸热峰的温度参数影响不大(P0.05),但吸热焓显著降低(P0.01);而对于高温吸热峰,添加马铃薯与绿豆RSⅢ的各项参数没有差别(P0.05),但比添加锥栗RSⅢ的显著增高(P0.01)。可见添加不同来源的RSⅢ可以有效改善米淀粉凝胶的结构与品质。该研究结果为抗性淀粉用于提高米制品品质与营养功能的研究和生产提供了重要参考。     

间伐对杉木人工林土壤理化性质的季节影响

以南京市溧水林场实施了4种间伐强度（CK:0%、LIT:30%、MIT:50%、HIT:70%）的25 a生杉木人工林为研究对象,探讨了间伐7 a后0—20 cm土层的土壤温度、含水率、土壤全C、全N、全P,C/N和N/P的季节变化。结果表明,间伐对土壤理化性质的影响存在明显的季节差异性。春季,间伐对土壤温度、含水率和全C均无显著影响,MIT显著降低了土壤全N和全P的22%和26%,HIT显著降低了土壤全N的11%。夏季,间伐对土壤温度、全N、全P和N/P无显著影响,但3种间伐强度均显著提高了土壤含水率,平均为22%,MIT和HIT均显著降低了土壤全C和C/N。秋季,间伐对土壤理化性质的各个指标均有不同程度的显著影响。其中,3种间伐强度均显著提高了土壤温度、含水率、N/P,但显著降低了全P。冬季,间伐对土壤理化性质影响较小,除MIT显著降低了土壤温度而提高了土壤C/N及HIT显著提高了土壤全P外,间伐对其余指标均无显著影响。这些结果表明,在评价间伐对土壤理化性质影响时应考虑季节差异。间伐7 a后林内土壤全N和全P在一定程度上有所降低,尤其是土壤全P,建议在春季对LIT施适量的氮肥,对MIT施适量的氮肥和磷肥,在秋季对3种间伐处理施适量的磷肥,以提高土壤肥力促进林木生长。从土壤N和P年平均值来看,HIT最有利于保持林地的氮磷养分,LIT次之,MIT最差。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。     

亚热带土壤亚铁与厌氧反硝化

本文就亚热带土壤亚铁参与反硝化的可能性进行了探讨。研究结果表明:厌氧还原条件下加入KNO3的处理中,Fe2+浓度随培养时间延长而下降,且Fe2+浓度的降低和NO3–-N浓度的降低呈显著正相关。预培养结束后的亚铁浓度(In-Fe2+)和厌氧培养期间Fe2+浓度降低速率与反硝化势表征指标k、b、v7,以及与无定形铁氧化物(活性铁)含量的显著正相关性初步证明,活性铁通过不同价态铁离子(Fe2+和Fe3+)之间的转化,参与了反硝化的电子传递过程。当有机碳等电子供体受限时,Fe2+可作为电子供体参与反硝化还原NO3–-N。这一结果表明,NO3–-N作为电子受体参与厌氧条件下Fe2+氧化成Fe3+的反应可能在铁氧化物含量丰富的亚热带土壤中普遍存在。     

初始pH值对鸡骨素酶解液Maillard反应产物的影响

以鸡骨素酶解液为原料,研究了不同初始p H值条件下,添加木糖、半胱氨酸及硫胺素制备的Maillard反应产物(MRPs,maillard reaction products)在热反应过程中的特性变化。研究表明,p H值差异引起各体系氨基酸和总糖初始含量及变化趋势差异,p H值5、7和9体系反应终点多肽含量分别为100.11、100.01、104.55 mg·m L-1;与其它2个体系相比,p H值9体系分子量为2.3、1.39k Da的峰消失,出现峰面积较大的2.95k Da峰和较小的1.04k Da峰,褐变程度为p H值7体系的1.7倍;随着p H值升高,不同体系的MRPs风味主成分存在一定差异,p H值7体系的有机硫化物电子鼻响应值约为其它两个体系的1.6倍,p H值9体系的氮氧化物响应值最大。不同初始p H值影响添加物的含量及状态,导致各体系Maillard反应历程不同,引起MRPs化学组分的差异。本研究为鸡骨素酶解液MRPs风味及功能组分生成机制的研究及鸡骨高值化衍生产品的开发提供一定理论参考。     

土壤有机质测定方法述评与展望

有机质是土壤的重要组成部分,是判定土壤质量动态变化的重要标准。为了便于了解当前土壤有机质测定方法的优点和局限性,利于今后有机质研究和测定工具的开发,本文对当前测定有机质的方法,包括干烧法、湿烧法、化学氧化法、灼烧法和土壤有机质光谱测定法进行了阐述,分析了各方法的优缺点以及研究中适宜选择的方法,并对当今农业的需求和测定方法的不足,提出了研究无损、原位测量有机质工具的构想,展望了土壤有机质快速测定方法的发展趋势,以此为精准农业的实施和农业的可持续发展,提供基本的信息及建议。     

长期施用化肥条件下土团聚体中有机碳与养分分布

[目的]探究长期施肥与小麦—玉米轮作下(蝼)土表层水稳性团聚体组成及对团聚体中有机碳和养分分布的影响,为评价长期施肥对改善(蝼)土肥力状况的影响提供科学依据.[方法]利用田间长期施用化肥与轮作定位试验,通过湿筛法分离土壤水稳性团聚体,得到土壤团聚体构成,并测定不同粒径团聚体中有机碳和养分的含量.[结果]结果表明长期施用化肥显著影响土壤水稳性团聚体含量,长期施肥降低了＞2 mm的水稳性团聚体数量,增加了＜1 mm的水稳性团聚体含量.施肥在一定程度上提高了水稳性团聚体有机碳的含量,但施用高量氮、磷下0.25～0.5 mm和＜0.25 mm水稳性团聚体中有机碳含量明显低于施用低量氮、磷肥料.不同施肥处理土壤水稳性团聚体全氮含量变化趋势与水稳性团聚体有机碳含量基本一致.磷素在不施肥处理各粒径团聚体中均匀分布,低氮、磷处理各粒径团聚体中全磷含量差异较小,高氮、磷处理各粒径土壤团聚体中全磷含量变化无明显趋势.长期施肥降低了＞2 mm水稳性团聚体中全K含量,增加了＜2 mm的水稳性团聚体中全K含量.[结论]水稳性团聚体关系土壤有机碳、氮的数量,水稳性团聚体及其中有机碳、氮含量在氮磷化肥的长期施用下变化无明显规律,并且,长期施用氮、磷化肥下土壤磷素和钾素在土壤中的保存及供应能力也受到影响.因此,需要合理施肥管理,促进农田生产力的可持续发展.