黄壤颗粒表面离子吸附动力学中的离子特异性效应

基于考虑离子非经典极化作用的离子吸附动力学模型,以可变电荷黄壤颗粒为代表材料,研究了锂离子(Li+)、钠离子(Na+)和铯离子(Cs+)在黄壤颗粒表面的吸附动力学特征,进一步计算了离子在土壤/水界面的扩散距离与表面电化学参数。结果表明:(1)Li+、Na+和Cs+在黄壤颗粒表面吸附仅存在一级动力学过程并存在明显的离子特异性差异,这种差异随着电解质浓度降低而增大;(2)离子非经典极化与体积效应的共同作用决定了离子在固/液界面的扩散距离,在较高浓度电解质中,Na+和Li+的离子体积和极化效应基本平衡,导致Na+和Li+离子间差异不显著,但Cs+由于强烈的非经典极化作用,扩散距离表现为:Cs+Na+≈Li+;在低浓度电解质中,离子非经典极化作用占主导,扩散距离表现为:Cs+ Na+ Li+,表明离子扩散距离在低浓度下差异大,而高浓度下差异不显著;(3)离子扩散距离的差异导致固/液界面电位的不同,Stern电位、电荷密度和电场强度均受到离子扩散距离的影响,表面电位(绝对值)在各个浓度下均表现为:Li+ Na+ Cs+,说明表面电位仅受非经典极化作用的影响。本研究将对土壤/水界面反应理论的完善提供新思路。     

综合指数法定量评价玉米氮肥施用综合效应

针对传统农业技术措施的评价方法难以兼顾产量、品质、环境和资源成本等多因素的现状,采用戒上型隶属函数确定考核指标的隶属度值,采用相关分析法确定考核指标的权重系数,应用综合指数法定量、定性地对以氮肥施用综合效应为例的农业技术措施评价方法做了初步探讨。数据基于3年定位试验,研究不施氮肥、农民传统施氮、比传统施氮减氮20%的优化施肥、减氮20%配合秸秆还田、减氮20%施用包膜尿素对耕型壤质草甸土区玉米年际产量、土壤养分综合指数、肥料利用率、氮收获指数、氧化亚氮季节排放总量的影响。考核指标根据本试验设计的主要研究目的而选取。试验结果显示:减氮20%施用包膜尿素处理和减氮20%配合秸秆还田处理的综合评价指数分别比优化施肥处理高出37.0%和30.1%,比农民习惯施肥处理高出了33.2%和27.5%。根据试验技术措施的综合指数定量评价,建议推广比农民习惯施肥量减少氮量20%的包膜尿素一次性施入在玉米生产中的应用。     

天保工程对东北和内蒙古重点国有林区保育土壤生态效益的影响

为了直观地反映天然林资源保护工程所带来的生态效益,体现重大生态工程的巨大作用,实现林业及生态的可持续发展,依据LY/T1721-2008《森林生态服务功能评估规范》,应用分布式测算方法,对东北和内蒙古重点国有林区天保工程保育土壤物质量及价值量进行评估.结果表明:1)截至2015年,9个优势树种固土和保肥总量分别为13.17亿t/a和8 203.72万t/a,比天保工程实施前分别增加2.36亿t/a和1 738.23万t/a;2)9个优势树种固土和保肥总价值分别为905.29和2 408.92亿元/a,比天保工程实施前分别增加455.44和699.69亿元/a;3)桦木林和阔叶混交林固土效益突出,而红松林和樟子松林固土效益不显著;落叶松林和阔叶混交林保肥效益均最好,樟子松林保肥效益较差;4)对森林实施保护,能有效改善其生态系统服务功能,使森林保育土壤生态效益得到相应的提升.研究为评估天保工程区森林的其他生态服务功能,以及后续天保工程的实施提供科学依据.     

小盐芥 TsPIP1;1 与 TsTIP1;1 基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】为更好地了解植物水通道蛋白盐胁迫下的调节作用,对小盐芥质膜内在蛋白TsPIP1;1及液泡膜内在蛋白TsTIP1;1在转基因水稻中的盐胁迫生理响应机制进行探究,旨在为水通道蛋白在耐盐作物分子改良育种中的应用提供理论支撑。【方法】以野生型 (WT) 与 T3 代转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻为材料,进行了水培试验,并设置了 0、100、200 mmol/L NaCl 处理。处理一周后,分别测定水稻的光合参数、株高、生物量、相对含水量、失水率及钾、钠含量。【结果】在盐胁迫处理下,与野生型相比,转基因水稻的生物量和含水量明显增加,渗透势和失水率显著降低。转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻根部及地上部的 Na+ 含量都显著降低,K+ 在转基因株系中的累积显著高于野生型,降低了体内 Na+/K+ 比,并且能够保持更强的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率。在 200 mmol/L NaCl 处理下,与野生型相比,TsTIP-5、TsTIP-7 及 TsPIP-19 的株高分别高出 8.2%、11.6%、4.9%;单株干重分别高出 17.9%、23.9%、16.9%;地上部 Na+/K+ 比分别降低 24.3%、24.4%、24.8%;根部 Na+/K+ 比分别降低 29.6%、27.5%、32.4%;渗透势分别显著降低了 18.3%、19.4%、30.3%;相对含水量分别增加了 5.8%、5.5%、5.4%;净光合速率分别增加了50.4%、 78.5%、56.2%。【结论】TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 增强了转基因水稻的光合呼吸作用,通过降低植物体内 Na+/K+ 比,参与植物细胞的渗透调节,提高了细胞持水能力,促进转基因水稻的生长发育,增强了水稻的耐盐性。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

柠檬酸对西瓜幼苗铝毒害的缓解作用

为了探究柠檬酸对西瓜幼苗铝毒害的缓解作用,本试验采用水培法,以早春红玉(耐铝型,HY)和早蜜王(铝敏感型,ZM)2个西瓜品种为材料,用不同柠檬酸浓度(200、400、800、1 200μmol·L~(-1))处理铝胁迫(1 500μmol·L~(-1))下的西瓜幼苗,研究不同柠檬酸浓度对西瓜幼苗生长和生理特性的影响。结果表明,铝胁迫对HY和ZM幼苗的生长和生理均产生了明显的毒害作用,与HY相比,ZM受毒害的程度更大。加入柠檬酸后,铝对HY和ZM的毒害作用得到了有效的缓解,且缓解效果存在浓度差异,在一定浓度范围内(≤800μmol·L~(-1)),随着柠檬酸浓度增加缓解效果增强,其中以800μmol·L~(-1)效果最佳;当浓度增至1 200μmol·L~(-1)时,缓解效果反而减弱。柠檬酸对ZM的缓解作用强于HY,同时随着处理时间的延长柠檬酸缓解效果越明显。综上所述,柠檬酸能够有效缓解铝对西瓜幼苗的毒害作用,以400~800μmol·L~(-1)解毒效果最佳。本研究结果为明确柠檬酸缓解西瓜铝毒害作用机制以及西瓜优质高产栽培提供了理论依据。     

设施蔬菜生产系统重金属积累特征及生态效应

研究土壤重金属的空间变异特征,可以揭示人为活动对土壤中重金属积累特征的影响,进而为土壤利用、污染风险评价提供重要的基础资料.选取南京市郊区一处典型的设施蔬菜生产系统为研究对象,测定了土壤、灌溉用水、肥料、蔬菜等介质中重金属砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)含量,研究了土壤中重金属的空间变异及积累特征,分析了积累产生的原因,讨论了系统中作物的重金属积累效应.结果表明:(1)与露天蔬菜地相比,设施蔬菜地土壤重金属Cu、Hg、Pb、Zn均产生明显的累积,且土壤中Cu、Hg、Pb平均含量超过温室蔬菜产地环境质量评价标准.(2)农用投入品的大量输入对土壤性质的空间变异产生了明显影响,而土壤Cu、Hg、Pb、Zn也呈现与之一致的空间变异特征,且这些元素与土壤性质存在显著相关性.(3)土壤性质的变化和重金属的积累对叶菜类作物重金属吸收影响较大,且前者更为重要.     

Ameliorative effect of potassium on mice and tomato subjected to sodium salinization

Rice (Oryza sativa L. cv. Yamabiko) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill cv. Saturn) plants subjected to Na-salinization (NA: 80 mmol( + ) kg^-1 Na) in hydroponics were grown after the addition of K at five concentrations (K1: 10, K2: 20, K3: 30, K4: 40, K5: 50 mmol( + ) kg^-1). The effect of K on their growth was analyzed in terms of transpiration, cation uptake, and transport. A similar tendency for the above parameters was obtained in both species. The addition of 10 mmol( + ) kg^-1 K improved the growth by decreasing the content of Na and increasing the K content of the plants. The growth of the plants, however, was reduced along with the increase of the K concentration and became comparable to that of NA at K5. The total cation content increased with the increase of the K concentration, which was due to the increase of the K content.

A close relationship was observed among the osmotic potential of the solution, cumulative transpiration, and dry weight for both species among the K treatments.

Addition of K suppressed the uptake of other cations by rice and tomato in the order of Na>Mg>Ca, with a very small suppression for Ca and Mg. The depression of Na uptake by K could be due to the antagonism between the two cations.

In rice, the addition of K resulted in a decrease of the uptake concentration (UC) of Na and an increase of that of K, but did not bring about any changes in the UC of Ca and Mg. It was worth noting that K1 and K2 led to a higher UC of Na than NA in tomato, while the trend of the UC of K, Ca, and Mg was similar to that in rice. The transport of Na and Ca to the tops of rice was not affected by the addition of K, while that of Mg increased by K addition. In tomato, the transport of all the cations was promoted by the increase of the K concentration.     

型煤与型焦粘合剂的研究及开发

探讨了型煤粘合剂的粘结机理,介绍了几种主要粘合剂的分类,重点论述了W IN-1型民用与锅炉型煤粘合剂、W IN-2超微粉造气型煤粘合剂及W IN-3焦粉型焦粘合剂的研究和应用情况,利用这些粘合剂生产的锅炉型煤、造气型煤、焦粉型焦等产品均达到了应用要求。     

Empirical analysis and prediction of nitrate loading and crop yield for corn-soybean rotations

Nitrate nitrogen losses through subsurface drainage and crop yield are determined by multiple climatic and management variables. The combined and interactive effects of these variables, however, are poorly understood. Our objective is to predict crop yield, nitrate concentration, drainage volume, and nitrate loss in subsurface drainage from a corn (Zea mays L.) and soybean (Glycine max (L.) Merr.) rotation as a function of rainfall amount, soybean yield for the year before the corn-soybean sequence being evaluated, N source, N rate, and timing of N application in northeastern Iowa, U.S.A. Ten years of data (1994-2003) from a long-term study near Nashua, Iowa were used to develop multivariate polynomial regression equations describing these variables. The regression equations described over 87, 85, 94, 76, and 95% of variation in soybean yield, corn yield, subsurface drainage, nitrate concentration, and nitrate loss in subsurface drainage, respectively. A two-year rotation under average soil, average climatic conditions, and 125 kg N/ha application was predicted to loose 29, 37, 36, and 30 kg N/ha in subsurface drainage for early-spring swine manure, fall-applied swine manure, early-spring UAN fertilizer, and late-spring split UAN fertilizer (urea ammonium nitrate), respectively. Predicted corn yields were 10.0 and 9.7 Mg/ha for the swine manure and UAN sources applied at 125 kg N/ha. Timing of application (i.e., fall or spring) did not significantly affect corn yield. These results confirm other research suggesting that manure application can result in less nitrate leaching than UAN (e.g., 29 vs. 36 kg N/ha), and that spring application reduces nitrate leaching compared to fall application (e.g., 29 vs. 37 kg N/ha). The regression equations improve our understanding of nitrate leaching; offer a simple method to quantify potential N losses from Midwestern corn-soybean rotations under the climate, soil, and management conditions of the Nashua field experiment; and are a step toward development of easy to use N management tools.