不同规格生态沟渠对排水中污染物的处理能力之比较研究

利用三种不同深度规格的生态沟渠（E_0.80、E_1.05和E_1.30）,通过控制相同的表面水力负荷,比较研究了动态进水（TN 0.86~6.13 mg?L^-1、TP 0.11~0.28 mg?L^-1）条件下生态沟渠对农业面源主要污染物的去除效果,同时考察其耐冲击负荷能力和适宜建造长度。结果表明：整个试验期间,三种不同深度规格的生态沟渠对铵态氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮物（SS）的去除率均达到50%以上,其中E_1.30对污染物的去除效率较高,NH₄⁺-N、TN、TP和SS的总平均去除率分别为64.8%、63.1%、71.8%和60.8%。同时,E_1.30的污染物出水浓度较为稳定,耐冲击负荷能力相对较强。进水浓度较高情况下,E_1.30在TN、TP出水浓度为2 mg?L^-1和0.2 mg?L^-1时所需长度分别为27.4 m和4.9 m,为三种规格生态沟渠中最短。表明生态沟渠是有效去除农业面源污染物的技术,在实际应用中可因地制宜地建设E_1.30规格的生态沟渠,并可辅以高效吸附氮磷材料等其他措施,进一步提高生态沟渠对农业面源污染物的去除能力。     

苹果和柑桔损耗与浪费的综合足迹评估

水果全产业链损耗不仅浪费了食物,还意味着生产、收获后处理、贮藏、流转消费等各环节中水、耕地、能源等各种资源的浪费。本研究采用问卷调查和"一对一"访谈的方法,在苹果和柑桔主产区和主销区进行实地调研,调查分析水果全产业链(生产、收获后处理、贮藏、流转和消费)损耗现况,主产区累计调研全产业链从业者209人,主销区调研消费者271人。通过生态足迹、碳足迹和水足迹等模型对损耗浪费产生环境和资源影响进行定量评估。结果显示,苹果和柑桔损耗浪费率分别为18.56%和17.15%,其中流转环节占比最高,约为总损耗的1/3。损耗量分别为719.86×10~4t和733.99×10~4t,损耗总量为1453.85×10~4 t。苹果和柑桔损耗浪费的生态足迹分别为13.33×10~4 hm~2和13.76×10~4 hm~2,总生态足迹为26.09×10~4 hm~2;碳足迹分别为92.37×10~4 t (CO_2 eq)和102.98×10~4 t (CO_2 eq),碳足迹总量为195.35×10~4 t (CO_2eq);水足迹分别为57.65×10~8 m~3和41.10×10~8 m~3,水足迹总量为98.75×10~8 m~3。其中生产环节碳排放占比最高,占总排放的9成以上。综上,水果损耗和浪费也产生了巨大环境影响,需要尽快采取相关措施,减损降耗,从而减轻环境资源压力,提高水果供给水平。     

针铁矿吸附态和包裹态有机碳在稻田土壤中的矿化及其激发效应

南方水稻土富含铁氧化物,土壤有机碳通过与铁氧化物结合的形式长期固存于土壤中;由于土壤中氧化铁和有机碳主要通过吸附、键和与包裹等形式存在,所以不同的碳铁复合物的稳定性存在一定的差异。尽管已有较多研究分析了土壤中有机碳与铁矿的结合与赋存形式,但是有机碳与铁矿间的结合方式对有机碳在水稻土中矿化及其激发效应的影响机制尚不明确。以葡萄糖为典型小分子外源有机碳,通过制备针铁矿吸附态葡萄糖和包裹态葡萄糖,采用室内模拟培养实验,研究了两种铁矿结合态葡萄糖在淹水水稻土中的矿化特征及其激发效应。结果表明：与单独添加葡萄糖处理相比,碳铁复合物的添加分别使CO2和13CO2释放量增加了0.39倍~0.53倍和0.87倍~1.07倍,却使CH4和13CH4释放量分别降低了0.44倍~0.59倍和0.25倍~0.44倍。相对于针铁矿吸附态葡萄糖,针铁矿包裹态葡萄糖显著抑制了CH4释放。而且,碳铁复合物的添加均在一定程度上促进了土壤原有有机碳矿化释放CO2,但抑制了来源于土壤原有有机碳的CH4释放。其中,针铁矿包裹态葡萄糖对来源于土壤原有有机碳的CH4释放量是针铁矿吸附态葡萄糖的1.33倍。针铁矿包裹态葡萄糖的快速矿化的碳库比例显著高于针铁矿吸附态葡萄糖,且其半衰期（T1/2）比针铁矿吸附态葡萄糖大10.85倍,其快库转化速率（k1）和慢库转化速率（k2）比铁矿吸附态葡萄糖的小10.74倍和19倍。其次,针铁矿包裹态葡萄糖对土壤有机质CO2累积激发效应表现为较弱的正激发(6.44 mg?kg-1),而对土壤有机质CH4累积激发效应则表现为负激发(-15.49 mg?kg-1),即针铁矿包裹态葡萄糖的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化(-9.05 mg?kg-1),从而增强了土壤有机碳的固持潜力。因此,不同结构碳铁复合物的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化,且针铁矿包裹态有机碳比针铁矿吸附态有机碳在水稻土中具有更强的稳定性和固碳效应。该研究结果也表明,水稻土中与铁氧化结合的小分子有机碳相对于游离态的有机碳,具有更强的生物稳定性,更低的矿化速率,而且能够抑制土壤有机碳的矿化,产生负激发效应,有利于增加土壤的长期固碳效应。     

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m~(-2)·a~(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

淤地坝赋存信息在流域侵蚀产沙研究中的应用

黄土高原淤地坝在拦蓄大量泥沙的同时,也赋存了大量环境变化信息。该文从淤地坝赋存信息在小流域侵蚀产沙速率、泥沙来源和泥沙输移比研究方面的作用进行了归纳和总结,分析了目前研究中存在的问题,提出了今后研究的发展方向,以期能为更好地利用这些赋存信息,发挥其在黄土高原土壤侵蚀和环境演变过程研究中的作用提供参考。     

南水北调陕西水源区水土保持效益评价

以陕西水源区为对象,运用因子分析法和专家咨询法从基础效益、生态效益、经济效益和社会效益4个方面构建了水土保持效益评价体系,并基于改进的层次分析法确定各指标权重,运用模糊综合评价法衡量了水土保持项目效果。结果表明:总体来看,水土保持项目改善了陕西水源区整体质量,但在不同效益之间存在差异。基础效益方面表现最优,治理度、土地利用率、道路硬化率等有大幅提升;生态和经济效益方面表现次之,森林覆盖率、环境质量提高率和资金产投比等提升不够明显;经济和社会效益还有很大发展空间,项目对受教育程度、农产品商品率等拉动不足。该研究为南水北调工程水土保持项目的进一步实施提供了科学依据。     

古蔺河流域古蔺县段农业非点源污染综合评价

为了能准确估算古蔺河流域古蔺县境内农业非点源污染的输出负荷,确定出农田地表径流、畜禽养殖和农村居民生活污染中TN,TP输出量对水环境不同程度的影响。基于输出系数法,对研究区内三种污染源和两种污染物进行农业非点源污染综合评价,得到以下结果:研究区内农业非点源污染的输出总量为4 051.14t/a。其中TN负荷量为3 738.50t/a,TP为312.64t/a。从污染源角度分析,农田地表径流、畜禽养殖和农村居民生活三种污染源的总等标污染负荷比分别为16.57%,37.97%,45.45%。从污染物角度分析,TN,TP两种污染物的总等标污染负荷比分别为70.51%和29.49%。结果表明,农村居民生活和畜禽养殖污染是研究区内最主要的污染源,TN负荷量远大于TP为主要污染物,根据研究区的水污染情况,有针对性地提出农业非点源污染的防控措施。     

商洛水源地土地利用总体规划环境影响评价

结合区域实际引入生态服务价值系数和敏感性指数进行验证,根据商洛水源地规划基年和规划目标年的土地利用变化,采用生态系统服务价值法评估商洛水源地土地利用总体规划(2006—2020)实施后生态系统服务功能总价值变化及其产生的环境影响。结果表明:在规划期内,未利用地和建设用地的动态度较大,分别为-3.07%,1.00%,方案实施后主要土地类型是林地和耕地;2005—2020年生态系统服务总价值呈增长趋势,2020年比2005年增加了101 428万元,其中林地和园地生态系统服务价值分别增加了119 575,89万元,耕地、牧草地、未利用土地和建设用地分别减少了6 416,235,9 389,2 196万元;各种生态服务功能价值除食物生产减少外,其余均呈增加趋势;规划期间各土地利用类型的敏感性指数均1,说明引用的生态系统服务价值系数可行。商洛水源地土地利用总体规划(2006—2020)方案实施后会产生良好的生态效益,未利用土地和耕地向建设用地转化以及86.59%林地对区域社会经济环境影响值得探讨。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N_2O和CO_2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO_3~--N与不同碳源组合对土壤N_2O和CO_2排放的影响。结果表明,NO_3~--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO_3~-+纤维素,其余土壤N_2O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO_3~--N和不同碳源组合的CO_2累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO_3~-+果胶的N_2O排放量在第1 d达到最大值1 383.42μg N·kg~(-1)·d~(-1);NO_3~-+葡萄糖的CO_2排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg~(-1)·d~(-1),CO_2累积排放量顺序为:葡萄糖果胶秸秆纤维素淀粉木质素。土壤NO_3~--N含量与N_2O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N_2O的排放,促进CO_2排放,并增加土壤中NO_3~--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N_2O和CO_2排放。