水芹-绿狐尾藻人工湿地对养殖废水的处理效果

在安徽淮南构建水芹〔Oenanthe javanica(Bl.)DC.〕-绿狐尾藻(Myriophyllum quitense Kunth)人工湿地,研究人工湿地(水力停留时间37 d)对猪场养殖废水的处理效果。结果表明:水芹-绿狐尾藻人工湿地对养殖废水中总氮、总磷和化学需氧量的总去除率分别为96.52%、92.79%和65.27%。试验运行50 d时人工湿地中总氮、总磷、化学需氧量的出水浓度分别为1.96、0.14和39.60 mg·L^(-1),均达到GB 3838-2002的Ⅴ类标准,其中,总磷出水浓度达到Ⅲ类标准。植物吸收对人工湿地中总氮和总磷的去除贡献率分别为19.30%~56.32%和23.38%~97.10%,其中,绿狐尾藻吸收对总氮和总磷的平均去除贡献率分别为49.84%和90.41%,为人工湿地脱氮除磷的主要途径;绿狐尾藻湿地中总氮、总磷和化学需氧量的沿程削减模型以指数削减模型为最佳,公式分别为y=(-10.80+1.30 C_(i0))e(-0.24-0.01 C_(i 0))t、y=(0.97+1.33 C i0)e^(-0.23-0.09 C_(0)t和y=(23.56+0.83 C_(i0))e^(-0.27+0.01 C_(i0))t。采用上述模型对绿狐尾藻湿地总氮、总磷和化学需氧量的出水浓度进行预测,在水力停留时间为24 d时各污染物浓度可达到GB 8978—1996的一级标准,在水力停留时间为36 d时各污染物浓度均可达到GB 3838—2002的Ⅴ类标准。综上所述,通过经济湿地(种植水芹)与生态湿地(种植绿狐尾藻)相结合的模式,完全可以实现对养殖废水的有效处理和达标排放。

典型高原湖泊人类活动净氮磷输入时空变化及其影响因素——以云南星云湖为例

星云湖作为人类农业生产活动影响下环境问题突出的代表性高原湖泊,其水体健康与生态平衡对于区域可持续发展至关重要。因此,量化解析星云湖流域人类活动净氮磷输入时空来源变化及影响因素对于流域管理和湖泊恢复具有重要意义。基于社会经济统计数据,采用人类活动净氮输入(NANI)、人类活动净磷输入(NAPI)模型量化星云湖流域NANI、NAPI强度。结果表明,19892020年研究区NANI、NAPI均值分别为(14614±2196)和(3135±452)kg/(km^(2)·a),时间上呈现先上升后下降的变化趋势,且峰值出现在2015年,分别达到18076和3889 kg/(km^(2)·a);空间分布上,除东部NANI、NAPI较低外,其余区域均较高;化肥和食物/饲料输入分别是NANI和NAPI的最大来源,占比分别为58.2%~63.8%和30.5%~59.5%。此外,基于模型选择和变量重要性分析发现,经济作物产量和畜禽密度是影响NANI、NAPI变化的最主要因素。因此,星云湖流域氮磷管控应从调整种植结构和模式等控源措施入手,加快经济模式转型。本研究结果可为星云湖流域建立有效的氮磷综合管理措施提供科学依据。

基于细胞水平高通量测序的土壤水分对活性微生物的影响研究

细胞水平高通量测序技术是从复杂土壤微生物群落中鉴定活性微生物的有力工具。针对我国东北典型水稻土,采用微宇宙控制试验,设置空白对照、湿润(60%田间持水量)和淹水(100%田间持水量)三种处理,通过土壤微生物细胞提取和高通量测序等技术研究了土壤水分对土壤活性微生物的影响规律。结果表明:土壤水分含量增加显著降低了土壤微生物呼吸活性,淹水土壤CO_(2)累积排放量是湿润土壤的87.1%。高通量测序分析表明,土壤DNA和细胞DNA两种水平均能较好地表征土壤优势的活性微生物类群,湿润和淹水土壤优势的门均为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),而优势的属主要为假单胞菌属(Pseudomonas)。然而,不同水分状况下土壤活性微生物数量、多样性和群落结构发生明显分异。土壤水分增加显著增加了微生物数量,但降低了活性微生物多样性,优势的活性Pseudomonas在湿润状况下微生物丰度(6.7%)显著低于淹水土壤(11.6%)。微生物共存网络分析表明,高水分状况增加了土壤活性微生物间的负相关关系,进而强化了微生物间的竞争关系。湿润土壤正向网络关联度占比高达86.2%,显著高于淹水土壤(61.4%)。功能预测结果表明,土壤水分对生物固氮和硫相关的微生物代谢过程影响显著,且土壤总微生物水平和活性微生物水平上变化趋势一致。上述结果表明,土壤水分增加通过强化微生物群落间的竞争关系进而影响微生物区系及其功能。因此,适当的减少稻田土壤水分的管理方式对东北水稻土微生物功能稳定性具有重要意义。

三种湿地植物在高负荷养猪废水脱氮过程中的根际效应

为了探究不同湿地植物在处理高负荷养猪废水时的根际效应,本研究通过野外小区控制试验,以3种常见的挺水植物美人蕉(Canna indica)、梭鱼草(Pontederia cordata)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)为研究对象构建表流人工湿地,研究人工湿地植物根系分泌物与根际氮循环微生物之间的关系。结果显示,梭鱼草对养猪废水的处理效果最好,氨氮、硝氮和总氮的去除率分别为78.3%、93.4%和81.2%。与试验前相比,梭鱼草和黄菖蒲根系可溶性有机碳(DOC)分泌速率在试验后分别增加了44.9%和13.5%;根系总有机酸(TOA)分泌速率分别增加了125.1%和147.5%。在处理养猪废水后,3种植物根际硝化过程氨氧化细菌(AOB)占主导地位,AOB-amoA基因丰度在黄菖蒲根际土中最高,为2.6×10^(8) copies·g^(-1);反硝化过程nirK基因占主导地位,nirK基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为4.3×10^(8) copies·g^(-1)。同时,3种植物根际均存在较明显的厌氧氨氧化过程,hzsB基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为2.6×10^(7) copies·g^(-1)。研究表明,根系分泌DOC和TOA可促进根际氮循环微生物的生长繁殖,进而提高人工湿地系统的脱氮能力。3种植物中梭鱼草生物量较大,根系分泌能力较强,在养猪废水的生态修复方面具有更高的应用潜力。

基于^(15)N稳定同位素示踪技术的植物组合湿地对氨氮去除途径研究

人工湿地是生态修复受污染水体的重要手段,对氮的去除效果显著,但不同植物湿地对氮去除效果差异明显,因此不同类型植物组合后的湿地对氮去除效果及去除途径值得进一步研究。通过室内控制试验,以常见浮水植物绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)和挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)为研究对象,利用^(15)N稳定同位素示踪技术探究绿狐尾藻、梭鱼草及绿狐尾藻+梭鱼草植物组合对氨氮(NH_(4)^(+)-N)的去除途径。结果表明,绿狐尾藻+梭鱼草植物组合处理相较于单一绿狐尾藻和梭鱼草处理对氮的脱除量分别提高1.8%和3.6%。基于^(15)N质量平衡,绿狐尾藻、梭鱼草和绿狐尾藻+梭鱼草植物组合处理氮去除途径的底泥吸附贡献分别为8.30%、7.96%和6.94%,植物吸收贡献分别为41.76%、35.34%和48.67%,微生物作用去除贡献分别为49.94%、56.71%和44.39%。微生物作用在湿地脱氮过程中占主导地位。相较于单一植物湿地,植物组合湿地对氮的去除效果得到提升,同时促进了植物对水体NH 4+-N的吸收。该研究有助于更好地理解植物组合湿地对氨氮的脱除途径。

牛粪化肥配施对双季稻田CH_(4)和N_(2)O排放的影响

畜禽粪便有机肥替代化肥是实现农田化肥减施和养分循环利用的重要措施。以湖南典型红壤双季稻田系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法结合土壤理化和生物学性质测定,研究了水稻生长季基肥配施牛粪条件下CH_(4)和N_(2)O的排放特征及其主要影响因素。结果表明,与常规施用化肥处理相比,牛粪化肥配施显著影响CH_(4)和N_(2)O累积排放量。具体而言,两个稻季生长期内牛粪替代50%化学氮肥处理(CM)的CH_(4)累积排放量较常规氮肥处理(CON)显著提高43.2%;而CM处理N_(2)O累积排放量较CON处理显著降低45.2%。同时CM处理显著增加了土壤有机碳、土壤总氮、土壤可溶性有机碳、土壤铵态氮和硝态氮质量分数和土壤pH,但显著降低了土壤Eh。受土壤性质改变的影响,早晚稻季土壤中甲烷产生功能基因、甲烷氧化功能基因的基因拷贝数平均分别显著增加79.1%、13.0%;同时完全氨氧化细菌amoA功能基因、反硝化nirS功能基因、反硝化nosZ功能基因的基因拷贝数平均分别显著增加35.8%、50.8%、7.1%,但反硝化nirK功能基因和反硝化nosZⅡ功能基因的基因拷贝数平均分别显著降低了46.5%和17.5%。通过冗余分析发现,土壤有机碳和土壤总氮质量分数对CH_(4)平均排放通量、甲烷产生功能基因拷贝数、甲烷氧化功能基因拷贝数的影响作用最大。另外土壤有机碳、土壤铵态氮和土壤总氮质量分数对N_(2)O平均排放通量、完全氨氧化细菌amoA功能基因拷贝数、反硝化nirS功能基因拷贝数、反硝化nosZ功能基因拷贝数、反硝化nirK功能基因和反硝化nosZⅡ功能基因的基因拷贝数的影响作用最大。考虑CH_(4)和N_(2)O的总的温室效应,与CON处理相比CM处理的温室气体排放(以CO_(2)计)显著增加了41.0%。综上所述,稻田有机无机肥配施改变土壤理化和生物学性质而增加了温室气体排放,需要在稻田温室效应评估中加以考虑。

基于模糊c-均值聚类的亚热带丘陵区土壤肥力空间分异与管理分区

[目的]亚热带丘陵区地形复杂,土壤肥力空间变异大,科学地将土壤按照相似地力进行分区,是实现丘陵区土壤精确管理,优化土壤培肥技术的理论基础。[方法]研究对象位于亚热带丘陵区的典型小流域-湖南省长沙县金井镇,2009年在全镇范围内(112 km~2)密集布置946个样点采集土壤样品,以测定的土壤肥力指标为数据源,包括土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、有效磷(AP)和pH,采用地统计学和模糊c-均值聚类算法,分析流域土壤肥力的空间异质性;采用主成分分析法进行土壤肥力分区,并根据数据的差异显著性和变异系数对分区结果进行验证。[结果]除pH外,流域内土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮和有效磷均存在中等至强的空间变异,变异系数(CV)介于36%~125%。基于主成分分析和模糊c-均值聚类可将研究区划分为3个肥力管理分区:MZ1、MZ2和MZ3,分区后各土壤肥力指标的变异系数(CV)不同程度地降低,以pH变异系数降幅最小(6%),AP变异系数降幅最大(96%)。同一分区内主要土壤肥力指标趋于同质化,分区间则异质化显著(P<0.01)。分区间水稻产量差异明显,MZ1区晚稻产量和早晚稻总产量显著高于MZ2和MZ3 (P<0.01)。MZ1、MZ2和MZ3区土壤pH值分别为4.12、4.04和4.00,均属于极酸水平;SOC分别为15.15、14.38和12.24 g/kg,均处于高水平;TN也为高水平(1.56、1.48和1.34 g/kg);TP为高至很高水平(0.86、0.69和0.60 g/kg);AN则处于很低至低水平(41.08、35.33和26.16 mg/kg);AP为中低水平(8.63、4.46和3.39 mg/kg)。[结论]亚热带丘陵区地形地貌复杂,是土壤肥力空间变异较大的主要影响因素。通过土壤肥力管理分区,可有效降低区域内肥力指标的变异程度,优化复杂丘陵区耕地管理措施。本研究区域中MZ1、MZ2和MZ3区均应着重改良土壤酸化现象,提高肥料氮素利用率,避免过量施用化学氮肥;MZ1区可适当减施磷肥,避免关键生育期过量施用磷肥;MZ2和MZ3区可以考虑适量施用生物酶活化磷肥或增施有机肥,以提高作物对磷素的利用效率。

凿毛台车在沥青混合料面层处理中的应用研究

层间胶结性能差是目前我国公路建设中的一种重要病害。本项目以成南高速为研究对象,以四川成南高速扩容9标为研究对象,利用凿毛台车,在试件表面进行喷砂打毛及凿毛台车凿毛,检测混凝土基面露骨率、构造深度及摆型摩擦因子,并通过剪切仪、拉拔仪等仪器对其层间剪切及抗拉性能进行测定,比较两种加固方式的经济性。研究发现,凿毛机钻削后,其凿毛界面的出骨比例大于85%,结构厚度为1.17mm,抗剪强度为0.8MPa,抗拉强度为0.54MPa,比传统的喷砂工艺有明显提高。对于混凝土的界面改性,不能使用摆型的摩擦因数进行评估。采用凿毛工艺可消除表层悬浮物,提高了接触面的粗糙度和层间结合的效率,达到了良好的打毛效果,同时也提高了产品的经济性。

亚热带丘陵区集约化养猪场氨气近源沉降的土壤和植物氮素响应

选取中国亚热带丘陵区一集约化育肥猪场为研究对象,采用环形扩散管大气采样系统(DELTA),开展为期1 a养殖场500 m近源区大气氨浓度监测,采用双向交换模型,估算氨沉降量。采集养猪场近源区土壤、植株样品,探究大型集约化养殖场近源区土壤、植物氮素对氨沉降梯度的响应特征。结果表明:养猪场近源区土壤无机氮含量为2.3—32.4 mg·kg^(-1)(以铵态氮为主),随氨沉降量增加而增加。草本(白茅)盖度随氨沉降量增加而增加,500 m范围内增幅平均可达45.7%;灌木(黄荆)盖度随氨沉降量增加而减小,降幅平均为27.5%。植株叶片氮含量与氨沉降间关系不明显,灌木、苔藓叶片δ^(15)N值为-13‰—-2‰,且随氨沉降增加而减小。δ^(15)N可用于识别植物叶片氮素来源,与植株叶片总氮含量相比,植株叶片δ^(15)N对氨沉降具有更好的生物指示作用。

底土有机碳特征、影响因素与作用机理研究进展

土壤有机碳是陆地生态系统最大的碳库,其源/汇特征深刻影响全球气候变化。土壤碳库中约50%以上的碳储存在20 cm以下的底土层,底土有机碳是土壤碳库的重要组成部分,对全球碳循环具有重要影响。底土碳库变化及其关键调控机制已成为土壤学研究领域的热点之一。本文综述了国内外有关底土有机碳变化特点、影响因素及其周转与稳定的关键机理等方面的研究进展。综合国内外的研究表明,底土有机碳并不稳定,其对植被、环境因素以及土地利用变化等的响应比较敏感,从而影响整个土壤剖面碳库的源/汇功能并反馈于全球气候变化。影响表土有机碳周转与稳定的主要作用机理在底土中同样适用,包括团聚体物理保护、有机碳自身的化学结构稳定以及与矿物质的化学键合稳定等。但是,底土独特的土壤特性和生物特性,导致有机碳周转与稳定机理的作用程度可能与表土存在差异。由于当前对底土有机碳时空变化及其源汇特征的了解尚不明确,未来研究需要系统阐明底土有机碳周转的关键作用机理,并将底土碳库周转纳入区域土壤碳循环过程与固碳减排潜力评估。

半干旱区农田土壤无机氮积累与迁移机理

研究黄土旱塬区长期定位试验中 1 0个典型处理土壤剖面 (0～ 30 0 cm)水分和无机氮的季节变化 ,探讨在半干旱区农田无机氮的积累与迁移机理。结果表明休闲处理除表层外土壤剖面的水分、硝态氮和铵态氮的含量分别稳定在 1 7%～ 2 0 %、4～ 7mg N/kg和 6～ 1 0 mg N/kg土的范围。种植作物显著地改变土壤剖面水分和硝态氮的分布状况 ,并使其含量发生大幅度的季节变化。作物利用限制了农田土壤硝态氮向深层的迁移。小麦连作无化肥氮处理及苜蓿连作不施肥或氮、磷加有机肥处理土壤硝态氮主要集中在 0～ 40 cm土层。小麦连作单施氮肥 (1 2 0 kg N/(hm2· a) )处理经 1 7年后土壤剖面硝态氮积累总量达到施氮总量的55% ,40～ 60 cm和 1 4 0～ 2 2 0 cm土层出现两个高峰 ,并表现出随季节性变化向土壤深层迁移的趋势。氮肥与磷肥或有机肥施用大幅度减少了土壤剖面硝态氮积累 ,并使其限制在 1 60 cm以上的土层内 ,2 0 0 cm以下土层的硝态氮含量极低 (<1 mg N/kg土 ) ,因而不具向深层迁移的条件。土壤剖面的铵态氮含量不受作物。

旱地土壤微生物磷测定方法研究

介绍了国外关于土壤微生物磷测定方法的研究进展 ,讨论了常用的几种方法所存在的问题 ,介绍了主要操作过程要求。对我国 5种主要母质类型的土壤 (pH 3 .3～ 7.4,1molL- 1KCl)的对比研究表明 ,我国土壤采用氯仿熏蒸、0 .5molL- 1NaHCO3在 1∶2 0土水比提取测定无机磷 (Pi)、并以同时测得的培养土壤微生物的磷的回收率作为计算常数得到的结果最佳。测定的大多数南方土壤的微生物磷占土壤全磷的比例小于 1 .5 % ,微生物碳磷比值大于 3 0∶1 ,反映南方土壤磷的生物活性较低 ,土壤微生物对磷的作物供应调节能力不强。

稻田土壤关键元素的生物地球化学耦合过程及其微生物调控机制

水稻土是在长期植稻下人为培育的特殊耕作土壤,是我国土壤学的特色,其研究也反映我国土壤学的国际地位。水稻土是研究土壤生物地球化学过程的理想模型。稻田土壤关键元素(碳氮磷硫铁等)的生物地球化学循环过程、耦合机理及其驱动机制研究是土壤生物学研究的核心之一。因此,以国际土壤年为契机,结合中国科学院院士工作局资助的"土壤生物学发展战略研究"项目的部分成果,以稻田关键元素(碳氮磷硫铁等)生物地球化学循环过程及其耦合的微生物驱动机制为核心,重点讨论了稻田土壤基本生物化学特征、稻田土壤碳-氮、碳-氮-磷、碳-氮-铁等多元素耦合过程及其与微生物之间的反馈机制,并由此提出了稻田土壤关键元素生物地球化学循环微生物驱动机制研究的未来重点发展方向为:1)土壤关键元素生物地球化学过程的异质性及其微生物过程的互作机制研究;2)微生物参与机制对土壤关键元素循环过程的响应、反馈机制与调控机制研究;3)土壤关键生物地球化学过程的计量学研究。

土壤有机质周转计算机模拟原理

土壤有机质变化与土壤肥力和大气CO2 变化有密切的关系 ,建立土壤有机质周转计算机模型并进行模拟是预测土壤有机质长期变化的重要手段。本文简要回顾了土壤有机质周转计算机模拟模型的发展和现有主要模型 (如RothC、CENTURY等 )的特点和应用范围 ,着重讨论了建模基本原理 ,包括模型结构和过程、主要因子选择、模拟和预测能力的检验和评估方法等 ,并分析了目前所存在的问题。

土壤微生物生物量碳的表观周转时间测定方法

土壤微生物生物量碳周转对土壤有机质和养分循环起着决定作用。本研究建立了土壤微生物生物量碳周转时间的测定方法。培养条件下 (2 5℃、10 0 %湿度 ) ,加入14 C标记葡萄糖标记土壤微生物生物量碳 ,在 10 0d培养期内 ,每隔 2 0d测定一次14 C标记微生物生物量碳 (14 C BC) ,采用一级热力学方程拟合测定期内 (2 0～ 10 0d) 14 C BC 的周转速率常数 (k) ,由此计算土壤微生物生物量碳的表观周转时间。测定的 5个土壤在培养条件下微生物生物量碳的周转时间为 93～ 4 0 0d ,根据培养温度和实际田间年平均温度推算得到田间条件下土壤微生物生物量碳的周转时间为 1 0～ 4 1a。其主要影响因子为土壤质地 ,土壤利用方式的影响较小。土壤微生物生物量碳的周转时间能较好地反映土壤微生物生物量的周转状况及其与土壤有机质的周转和积累的关系。

亚热带和黄土高原区耕作土壤有机碳对全球气候变化的响应

采用计算机模拟方法研究了我国亚热带和黄土高原地区耕作土壤有机碳状况及其对全球气候变化的响应。结果表明,在新鲜有机质输入相同的情况下,亚热带地区的耕作土壤(0～20cm)有机碳积累量比北温带地区大约低50%,黄土高原地区的耕作土壤有机碳积累量略高于北温带。预测到2050年气温升高1.5～3℃,而其它条件不变的情况下,亚热带地区和黄土高原地区的耕作土壤有机碳积累水平将分别下降5.6%～10.9%和3.6%～9.4%。在保证化肥使用量不变的同时增加有机肥投入,亚热带地区的稻作土壤和黄土高原地区的旱作土壤的有机碳含量都表现出逐步增加的趋势,且大于同期因气温升高所造成的不利影响。

国内某抽水蓄能电站发电电动机通风系统改造

国内某抽水蓄能电站发电电动机定子绕组端部通风冷却效果不佳,温升偏高,长时间运行会引起线棒绝缘加速老化。笔者对定子绕组端部温升偏高的原因进行分析,提出通风系统改造方案,并采用经典网络法和CFD流体解析法对通风系统改造方案进行分析。试验结果表明,改造后定子绕组端部温升大幅下降,改造效果显著。该改造实践结果可为类似机组通风系统设计提供一些借鉴。

土壤微生物对硫素转化及有效性的控制作用

土壤微生物不仅是一个重要的S(硫)养分库,而且控制土壤S的转化及其作物有效性。在不同土壤,微生物生物量变化很大,从贫瘠耕地土壤(表层)的1t/hm 2(干物质)以下到肥沃草地土壤的10t/hm 2 以上。耕地表层土壤微生物生物S含量通常为4- 43kg/hm 2,一般相当或大于土壤有效S含量和植物S吸收量。土壤微生物生物S的全周转时间估计小于1 年。由于建立了新的土壤微生物生物S测定方法并结合同位素35S标记技术,S的微生物转化动力学研究取得了很多的进展。研究表明,外源有机物S在土壤中能迅速的转化为无机S和被微生物同化和转化,但对土壤有效S含量的影响却取决于它本身的C∶S比率。无机SO2-4 - S的转化是通过微生物的同化和有机转化进行的。元素S的氧化速度在不同土壤相差极大,其产生的SO2-4 - S有相当一部分(29% —57% )被微生物利用和转化为非提取态有机S。

松阳县森林资源有偿流转的调查

松阳县森林资源有偿流转有 5种主要形式 :即国乡合作联营、股份制经营、租赁经营、林地使用权和林木所有权拍卖、活立木转让等。通过对森林资源有偿流转的作用、意义和存在问题的分析 ,提出了规范森林资源有偿流转、加快林业生产发展的建议。

土壤微生物对硫素转化及有效性的控制作用

土壤微生物不仅是一个重要的S(硫)养分库,而且控制土壤S的转化及其作物有效性.在不同土壤,微生物生物量变化很多,从贫瘠耕地土壤(表层)的 1 t*ha-1(干物质)以下到肥沃草地土壤的10 t*ha-1以上.耕地表层土壤微生物生物S含量通常为4～43 kg*ha-1,一般相当或大于土壤有效S含量和植物S吸收量.土壤微生物生物S的全周转时间估计小于1年.由于建立了新的土壤微生物生物S测定方法并结合同位素35S标记技术,S的微生物转化动力学研究取得了很多的进展.研究表明外源有机物S在土壤中能迅速的转化为无机S和被微生物同化和转化,但对土壤有效S含量的影响却取决于它本身的C∶S比率.无机SO42--S的转化是通过微生物的同化和有机转化进行的.元素S的氧化速度在不同土壤相差极大,其产生的SO42--S有相当一部分(29%～57%)被微生物利用和转化为非提取态有机S.