规模化奶牛场粪污处理及循环利用模式研究

为探索现阶段规模化奶牛场粪污处理与利用切实可行的模式,通过对大同四方高科农牧公司应用的粪污处理与循环利用模式从节约用水、环境污染、劳动力投入和运行资本等方面与常规模式进行对比分析。结果表明,与常规粪污处理模式相比,大同四方高科农牧公司粪污处理与循环利用模式年可处理粪便4.75万t,尿液2.70万t,污水0.91万t;通过污水循环利用,年节约用水2.63万t,节约开支302.7万元。因此,规模化奶牛场粪污通过固液分离后,尿液和污水通过循环利用,粪便发酵杀菌干燥后作为垫圈材料,对节约用水、改善环境污染、减少劳动力和能耗投入、降低运行成本、提高粪污资源利用效率等具有重要意义。     

小白菜间作对苎麻地上部分汞吸收富集的影响

将汞转运富集能力较强的苎麻与对汞富集系数较小的叶菜类蔬菜（小白菜）套作,研究这种套作模式下,土壤中汞的形态变化及两种作物对土壤中汞的吸收富集特征。结果表明：单作小白菜(T1)、单作苎麻(T2)及苎麻-小白菜间作(T3)体系中土壤酸溶态汞的含量较对照明显增高,增幅分别为39.49%、61.67%、58.47%,残渣态的汞含量也有降低趋势,从原来的51.22% (CK)下降到45.61% (T3);苎麻-小白菜间作(T3)提高了麻叶和麻皮中汞的含量,降低了小白菜体内汞的含量。通过苎麻与小白菜间作,可以实现汞污染农地的土壤修复与农业生产的双赢。     

新疆棉花生产面源污染防控的理论模式分析

为解决新疆区域内日益突出的农业面源污染问题,促进其新农村建设和农业可持续发展,本研究首先介绍新疆植棉区概况,了解棉花生产在新疆经济社会发展中的地位,然后通过分析新疆棉花生产面源污染的现状及问题,对新疆农业面源污染防控各理论模式进行比较分析,找出最适合新疆的防控模式,最后提出农业面源污染防控相关对策建议。     

小兴安岭红松苗木物候期变化特征及气象影响因子分析

为了探究红松苗木物候期的变化规律,为适时播种、采种、造林、培育等林业生产提供科学依据。利用1991—2014 年小兴安岭红松苗木物候期资料及同期气候资料,采用相关分析及最优子集回归方法,分析探讨了红松苗木物候期对气象条件的响应。结果表明：（1）红松苗木芽开放始期、新梢木质化盛期有所推迟,展叶始期和新枝形成盛期都有提前趋势,整个生长季延长。（2）除芽开放始期和顶芽形成盛期外,其他物候期与期间的日照时数呈显著正相关;顶芽形成盛期与气温呈显著负相关;≥10℃积温和日最低气温是影响整个生长期长短的2 个主要影响因子,其次是日照时数和平均气温。利用最优子集回归方法建立了红松苗木物候期与气象要素的回归方程。     

马铃薯干腐病病原镰孢菌体内产细胞壁降解酶特性研究

干腐病是马铃薯窖储期的主要病害,病原菌往往通过薯块表面的机械擦伤入侵块茎并破坏块茎的薄壁细胞而进行侵染,其中病菌的进一步扩展需要降解寄主细胞壁,因此,针对干腐病病原镰孢菌产酶特性的研究具有重要意义。以接骨木镰孢菌（Fusarium sambucinum）、燕麦镰孢菌（Fusarium avenaceum）、拟丝孢镰孢菌（Fusarium trichothecioides）、黄色镰孢菌（Fusarium culmorum）、拟枝孢镰孢菌（Fusarium sporotriodides）为试验菌种,以克新1号为寄主材料,对5种镰孢菌体内产细胞壁降解酶特性及温度对这些致病菌的产酶特性的影响进行了研究。结果表明,当5种镰孢菌接种在马铃薯薯块上后,均可以产生羧甲基纤维素酶（Cx）、β-葡萄糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲基半乳糖醛酸酶（PMG）,其中Cx的活性在侵染后期最高,PMG在侵染前期较高,且Cx活性低于PMG。在温度对镰孢菌活体内产细胞壁降解酶的影响试验中发现,相对于不接菌对照,Cx、PMG的活性在25℃时较高,β-葡萄糖苷酶在20℃下活性较高,PG在20℃和25℃的活性都较高。以上结果说明：镰孢菌侵染马铃薯时会产生大量的细胞壁降解酶,Cx活性在侵染后期较高,PMG活性在侵染前期较高,且低温不利于真菌细胞壁降解酶的产生。     

亚热带农业小流域水体氮素及其稳定同位素分布特征

为控制流域氮素养分流失、改善流域水体环境,以亚热带典型农业小流域脱甲河为研究对象,对表层水体铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3--N)浓度和水体硝态氮δ~(15)N(δ~(15)N-NO_3-)、沉积物有机质δ~(15)N(δ~(15)N-Org)浓度进行了连续试验观测,分析氮素浓度及其稳定同位素值的时空特征,探讨影响氮素分布的环境因子及水体NO_3-和沉积物有机质氮素的可能来源。结果表明:水体NO_3--N浓度明显高于NH_4~+-N,均值分别为1.62 mg·L~(-1)和0.90mg·L~(-1),并且分别在6月、8月及冬季较高;城镇区和农田区水体NH_4~+-N浓度与其他类型区差异显著(P0.05),并且显著高于其他水体;NO_3--N浓度在城镇区、农田区及山间林地区较高,水库区较低。支流NH_4~+-N浓度高于干流,均表现为冬季春季夏季秋季;干流、支流NO_3--N浓度分别表现为冬季夏季秋季春季、秋季冬季夏季春季。源头和出口处水体均表现为NO_3--N浓度高于NH_4~+-N,源头处氮素浓度低于出口处。水体δ~(15)N-NO_3-及底泥δ~(15)N-Org值分布范围分别为-19.87‰~8.11‰和-0.69‰~6.51‰,水体δ~(15)N-NO_3-最高值在Ⅲ级河段,最低值出现于Ⅳ级河段,各级河段间水体δ~(15)N-NO_3-11月差异较小,而1、2月差异明显;河流底泥δ~(15)N-Org最高值也位于Ⅲ级河段,而最低值则在Ⅰ级河段,Ⅲ、Ⅳ级河段δ~(15)N-Org值随时间变化趋势较为一致,Ⅰ、Ⅱ级河段δ~(15)N-Org最小值出现于1月。总之,脱甲河水体存在氮素污染现象且以外源输入为主,水体氮素来源主要为土壤有机质、人工合成肥料及陆源有机质,开展流域氮素分布及来源研究对认识流域尺度氮污染物的源解析具有一定科学意义。     

紫花苜蓿、黑麦草和狼尾草对Cu、Pb复合污染土壤修复能力的研究

随着经济和社会的发展,土壤重金属污染对粮食安全及人类的身体健康构成了巨大的威胁,而目前对于土壤重金属污染的治理主要以植物修复为主。为了寻找适宜修复Cu、Pb复合污染土壤的牧草,采用盆栽试验法,将试验的植物设置9组处理:1组对照组(CK),不添加任何重金属盐;4组单一污染,即单一Cu低(Cu1,200 mg×kg-1)、高浓度(Cu2 400 mg×kg-1),单一Pb低(Pb1 300 mg×kg-1)、高浓度(Pb2 800 mg×kg-1);4组Cu、Pb复合污染(Cu1Pb1、Cu1Pb2、Cu2Pb1、Cu_2Pb_2)。通过比较紫花苜蓿(Medicago sativa)、黑麦草(Lolium perenne)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)的适应能力和富集特征,研究了这3种常见牧草植物对受Cu、Pb复合污染土壤的修复效果。结果表明:1)紫花苜蓿地上部和根部生物量均在Pb1处理组时最大,显著高于其他处理组;黑麦草地上部生物量在Cu1Pb1处理组最大,根部生物量在Pb1处理组最大;狼尾草地上部生物量在Cu_2Pb_2处理组最大,根部生物量在Cu2处理组最大。2)Cu单一污染下,狼尾草抗性系数最大;Pb单一污染下,紫花苜蓿抗性系数最大;Cu-Pb复合污染下,狼尾草的抗性系数较大。高浓度Cu处理组3种牧草植物的地上部生物量、根部生物量和抗性系数均呈现:狼尾草黑麦草紫花苜蓿,且狼尾草显著大于黑麦草和紫花苜蓿。3)种植3种牧草植物后,土壤重金属Cu、Pb含量均有所降低。在一定浓度下,土壤Cu-Pb重金属间会相互促进对方在牧草植物中的吸收。4)3种牧草中紫花苜蓿地上部对Cu的富集系数在Cu_2Pb_2处理组最大,达1.61;黑麦草根部对Cu的富集系数在Cu_2Pb_2处理组最大,达3.80;3种牧草地上部和根部对Pb的富集系数只在黑麦草根部的Cu1Pb1处理组时大于1,达1.46。5)黑麦草对Pb的吸收能力较强,且主要积累在根系;紫花苜蓿对Cu-Pb复合污染综合修复效果最好。紫花苜蓿和黑麦草分别在Cu-Pb复合污染和Pb单一污染土壤中对Pb的转运系数大于1,分别为2.72和2.06,反映其对土壤中的Pb具有富集潜力。综合表明,黑麦草对重金属Pb具有较强的耐性,在Pb单一污染土壤的植物修复及尾矿废弃地的植被重建中,可优先作为选择的材料;紫花苜蓿对重金属Cu、Pb均具有较强的耐性,在重金属Cu单一或Cu-Pb复合污染土壤的植物修复及尾矿废弃地的植被重建中,可优先作为选择的材料。     

纳米矿物基土壤调理剂对水稻富集镉的影响

将纳米矿物基土壤调理剂应用于镉污染耕地水稻种植,施用土壤调理剂对水稻产量无显著影响,但可显著降低稻米中的镉含量,也可以有效降低土壤中有效态镉的含量。施用该土壤调理剂1 500~4 500 kg/hm2,土壤有效态镉含量下降25.00%~35.71%,稻米镉含量则下降20.31%~50.00%,降镉效果随调理剂用量的增加而提高。同时,对纳米矿物基土壤调理剂的降镉机理进行了探讨,对材料应用的经济效益进行了简要分析。     

洋河水库流域面源污染负荷空间分布特征

为探究洋河水库流域面源污染的空间分布特征,基于气象、土地利用、农业管理等数据资料,计算2013年洋河水库流域农村生活污水、固体废弃物、畜禽养殖流失、化肥流失、水土流失污染和城镇地表径流污染6种污染来源中总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学耗氧量（COD）4个污染物指标排放负荷,并通过GIS空间分析反映流域内的污染分布情况。结果表明,畜禽养殖污染物排泄量对研究区污染负荷贡献最大,年产生量约51621.34 t,入河量2961.52 t,占比分别为92%和85%;从总量上看,洋河水库流域的面源污染负荷分布在西洋河支流区域范围;单位面积负荷量最大的区域是迷雾河支流区域范围。据此确定了西洋河和迷雾河流域为今后洋河水库流域面源污染重点治理的区域,此研究结果可为洋河水库流域面源污染防治及消减提供理论依据。     

Suitability of common models to estimate hydrology and diffuse water pollution in North-eastern German lowland catchments with intensive agricultural land use

Various process-based models are extensively being used to analyze and forecast catchment hydrology and water quality. However, it is always important to select the appropriate hydrological and water quality modeling tools to predict and analyze the watershed and also consider their strengths and weaknesses. Different factors such as data availability, hydrological, hydraulic, and water quality processes and their desired level of complexity are crucial for selecting a plausible modeling tool. This review is focused on suitable model selection with a focus on desired hydrological, hydraulic and water quality processes (nitrogen fate and transport in surface, subsurface and groundwater bodies) by keeping in view the typical lowland catchments with intensive agricultural land use, higher groundwater tables, and decreased retention times due to the provision of artificial drainage. In this study, four different physically based, partially and fully distributed integrated water modeling tools, SWAT (soil and water assessment tool), SWIM (soil and water integrated model), HSPF (hydrological simulation program– FORTRAN) and a combination of tools from DHI (MIKE SHE coupled with MIKE 11 and ECO Lab), have been reviewed particularly for the Tollense River catchment located in North-eastern Germany. DHI combined tools and SWAT were more suitable for simulating the desired hydrological processes, but in the case of river hydraulics and water quality, the DHI family of tools has an edge due to their integrated coupling between MIKE SHE, MIKE 11 and ECO Lab. In case of SWAT, it needs to be coupled with another tool to model the hydraulics in the Tollense River as SWAT does not include backwater effects and provision of control structures. However, both SWAT and DHI tools are more data demanding in comparison to SWIM and HSPF. For studying nitrogen fate and transport in unsaturated, saturated, and river zone, HSPF was a better model to simulate the desired nitrogen transformation and transport processes. However, for nitrogen dynamics and transformations in shallow streams, ECO Lab had an edge due its flexibility for inclusion of user-desired water quality parameters and processes. In the case of SWIM, most of the input data and governing equations are similar to SWAT but it does not include water bodies (ponds and lakes), wetlands and drainage systems. In this review, only the processes that were needed to simulate the Tollense River catchment were considered, however the resulted model selection criteria can be generalized to other lowland catchments in Australia, North-western Europe and North America with similar complexity.