环境功能材料对半干旱地区土壤水肥利用效率的协同效应

针对我国半干旱地区水资源紧缺,土壤氮肥用量大、利用效率低及面源污染严重等问题,选取位于半干旱地区的神木试验站,采用田间试验方法,以玉米为试验作物,进行不同环境功能材料复合与氮肥混合应用的研究,探讨功能材料对土壤水分和氮肥利用效率的影响。结果表明,与当地常规氮肥施用量相比,减施氮肥30%后,土壤水肥利用效率及作物产量均显著增加。其中,未添加功能材料的对照小区土壤水分利用效率和氮肥利用效率分别提高56.1%和27.8%,籽粒产量增加35.5%,实现增收9 220元/hm2,表明氮肥施用应控制在合理范围,合理减施氮肥能在减少水肥流失的同时,提高产量和收益;环境功能材料高分子材料、吸附性材料及有机营养材料的混施,能很好地发挥各种功能材料的协同作用,实现土壤水分和肥料的最佳耦合,与常规耕作方式相比,可有效提高水肥利用效率110%和39%以上,增产47.4%,增收9 826元/hm2;而单施高分子材料的处理和高分子材料与吸附性材料的组合处理,可能由于受到铵态氮肥影响和材料间的相互抑制作用,效果次于3种材料混施和同等氮肥条件下空白对照处理。表明寻求功能材料的优化组合并合理配施,有助于提高水肥利用效率,降低农业面源污染,为多功能复合型材料的研制提供实践基础。

氢氧稳定同位素在SPAC水分循环中的应用研究进展

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制等,从而成为广泛应用于水分循环研究中的重要手段。本文介绍了稳定同位素技术在土壤植物大气连续体(SPAC)水分循环中的应用原理及研究进展,并阐述了其在SPAC水分循环应用中存在的问题及发展前景,以期为氢氧稳定同位素技术在SPAC水分循环研究中的深入应用提供参考,为研究水资源、水环境问题,特别是干旱、半干旱地区的水分利用效率、水分分配机制等关键性问题提供理论依据和技术支持。

环境功能材料水肥保持性能的综合评价

保持水肥、提高水肥利用效率是我国,特别是西北地区土地利用过程中亟待解决的问题。环境功能材料的应用是农业生产和环境治理中水肥保持的新途径。目前对于不同环境功能材料应用效果的综合定量评价仍难以实现,阻碍了环境功能材料的推广及应用。本研究引入层次分析-模糊综合评价法,以土柱淋溶试验结果为例,对一种环境材料配方的保水性、保肥性及经济性进行综合评价。结果发现:当该复合材料中保水剂、沸石、腐殖酸的配比关系为1∶10∶1时,综合效果最好。配比方式最优的复合材料对水分的最优保持效果为空白对照的1.22倍,对氨态氮、硝态氮和尿素态氮的最优保持效果分别是空白对照的1.2、4.12和1.19倍。实验结果为环境功能材料的筛选及综合评价提供了一种行之有效的方法。

门楼水库水质富营养化现状评价与治理对策

在对2004年门楼水库相关水质指标进行监测的基础上,以叶绿素a(Chl a)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)和透明度(SD)等表征富营养化的指标作为评价因子,对门楼水库富营养化进行了现状评价和原因分析。结果表明,整个门楼水库处于中营养状态,总氮的污染分担率达39.2%,从而得出总氮是引起水库富营养化的主要污染物,而面源污染是造成水库总氮超标的最主要原因。最后提出了治理门楼水库富营养化的对策。

烟台大沽夹河流域水质演变与趋势分析

从时空角度对大沽夹河水质演变规律及主要影响因素进行了探讨。结果表明,近20 a来大沽夹河水质无明显恶化趋势,总体状况良好;污染源以点污染源为主,其次为农业面污染源;选取的14个监测断面中,接近河流末端的福山水闸下断面污染最严重。通过建立灰色GM(1,1)预测模型,对大沽夹河流域未来5 a的水质演变趋势进行了预测,结果显示水质有好转趋势。

基于非线性映射的城市化水平聚类分析

采用非线性映射分析方法对区域城市化水平进行了聚类分析.结果表明,非线性映射方法通过对高维样本进行降维处理,使不同城市化水平等级的城市得以清晰地划分,结果直观形象地显示在二维平面中,从而实现了水平近似城市的聚类,克服了以往系统聚类分析法所得结果不够直观、存在虚假归并等问题,为城市化水平的定量判定提供了一种新方法.

基于集中度与集中期的径流年内分配研究

借鉴年降水量年内分配的向量法,描述径流年内分配的径流集中度和集中期,尝试提出一种计算河川径流年内分配不均匀性的定量新方法。实例研究表明,用月径流量计算的集中度比径流年内不均匀系数有更高的分辨能力和敏感性,用月径流量计算的集中期对应的月份与月径流最大值出现的实际月份完全一致,径流集中度、集中期能够充分定量地表征径流在年内分配的非均匀性。

中国北方农牧交错带C3草本植物δ^(13)C与温度的关系及其对水分利用效率的指示

由于植物稳定碳同位素组成(δ13C)综合反映了植物光合过程中C、H2O交换的信息,因而从理论上讲它可以作为植物长期水分利用效率的潜在指标,并揭示与植物生理生态过程相联系的一系列气候环境信息。通过对中国北方农牧交错带400 mm等降水样带上28个科的118种C3草本植物叶片δ13C值的测定,探讨了C3草本植物δ13C和水分利用效率(WUE)对环境温度梯度变化的响应以及气候环境因素对其产生的影响,揭示了样带控制植物δ13C变化的主要环境因子。结果显示:在400 mm降水带上C3植物δ13C分布区间为-31.5‰--23.0‰,平均值为-27.6‰,分布范围与黄土区干旱-半干旱区C3草本植物一致。整体C3植物δ13C随年均温度和夏季均温升高分别变重0.14‰/℃和0.27‰/℃,指示植物WUE随大气温度升高而增加。但这仅是一种表象,温度与植物碳同位素的这种关系实质上是温度升高导致的土壤相对湿度(或湿润指数)降低造成水分胁迫进而影响植物碳同位素分馏的结果,植物可利用的有效水分是本样带植物碳同位素分馏的控制因子。5种C3广适性植物δ13C均随温度升高而变重,但变化幅度不同,而且它们之间平均δ13C值有显著差异,表明不同物种的水分利用状况对温度的响应不同,说明不同物种有不同适应环境变化的策略。此外,本结果还显示不同寿命的草本植物δ13C值以及用碳同位素表征的WUE表现出多年生草本>2年生草本>1年生草本(可能与不同寿命草本植物的根系分布和吸水能力有关),这与Ehleringer等在沙漠地区研究的结果一致,而与湿润气候区的结果相反,表明不同寿命的草本植物δ13C值和WUE的变化可能与当地水分条件有关。

控温条件下C3、C4草本植物碳同位素组成对温度的响应

采取人工控制实验,探讨了6种C3、C4草本植物在昼/夜温度指标为20/12℃!36/28℃的范围内植物碳同位素组成(δ13C)及其对温度变化的响应,并结合植物比叶面积(SLA)、胞间CO2浓度(ci)与环境CO2浓度(ca)的比值、碳同化率(净光合速率Pn/胞间CO2浓度ci)等光合生长指标对植物δ13C的影响进行了分析。结果表明:所有C3、C4植物样品的δ13C值分别变化在-28.3‰!-32.1‰和-14.4‰!-17.6‰之间;在C3植物中,油菜δ13C值分布范围最集中,位于-31.1‰!-32.1‰之间;C4植物中,谷子δ13C值分布范围最窄。在控制的温度范围内,3种C3植物的平均δ13C值随温度升高而显著变低,而C4植物δ13C平均值与温度呈先增大后减小的抛物型关系,但线性回归结果未达到显著水平(P>0.05)。单个植物种的δ13C值对温度的响应不同,茄子、高粱的δ13C值与温度呈线性负相关,其它4种植物与温度均呈二次抛物线关系,这可能与不同植物种具有不同的光合最适温度以及植物δ13C分馏对温度变化的敏感程度不同有关。

人工模拟增雨对乌兰布和沙漠白刺生物量分配的影响

【目的】研究人工模拟增雨对白刺枝条生长速率、地上生物量及叶枝比的影响,揭示不同增雨条件下白刺光合产物的分配特征及其对水分条件变化的适应性。【方法】以乌兰布和沙漠东缘地区典型荒漠植物白刺为研究对象,在内蒙古磴口设置试验样地,对自然生长的白刺沙包进行人工模拟增雨(分别增加年均降水量的0%,25%,50%,75%和100%),增雨试验在2008—2014年连续进行。分析不同增雨条件下白刺的地上生物量、叶枝比、生殖枝和营养枝的生长速率及其季节内分配。【结果】1)2013年,75%和100%增雨对生殖枝和营养枝的干质量有显著影响;2014年,100%增雨对生殖枝和营养枝的干质量有显著影响。增雨使白刺生长季前期生殖枝和营养枝的相对生长量和相对生长速率增加,说明在增雨条件下白刺生殖枝和营养枝的生长速度加快,使其在群落中能够捕获更多的光能和吸收更多的CO_2。2)2013年生长季内,随着增雨量的增加,营养枝增加的速率以及生殖枝降低的速率逐渐增加,说明增雨使白刺在生长季前期对生殖生长以及生长季后期对营养生长的投入增加。2014年生长季内,随着增雨量的增加,营养枝增加的速率以及生殖枝降低的速率逐渐降低,主要是由于该年生长季前期自然降雨极少,而模拟增雨减缓了生殖枝生物量降低的缘故。在面对不同的增雨量时对光合产物表现出不同的分配策略,说明白刺对水分条件的变化有一定的调节能力,在适应降水增加的过程中已经具备较强的适应性。3)2013年,增雨使白刺地上生物量增加63.70%～ 151.60%,使叶枝比增加18.61%～ 48.83%;2014年,增雨使白刺地上生物量增加72.32%～ 134.28%,使叶枝比增加40.87%～ 140.56%。地上生物量和叶枝比随着增雨量的增加呈逐渐上升的趋势,说明在增雨量较大时,白刺将生物量干质量相对多地分配到地上部分的同时,分配更多的光合产物来促进叶片的生长。【结论】在未来全球气候变化条件下,白刺将通过提高枝条生长速率、调整干物质量在生殖枝和营养枝之间的累积以及增大光合产物对叶片的分配等一系列措施来积极应对降水的增加。

10种农用保水剂基本性能的比较研究

为了比较目前市场上各类保水剂的基本性能,为保水剂应用提供参考,文章比较分析了国内外10种农用保水剂在纯水中的吸水倍数、吸水速率、保水性能、反复吸水性,以及两种类别的保水剂在不同肥料溶液中的吸水性能。结果表明:所有保水剂在纯水中都有较高的吸水倍数;吸水速率方面,BY,S1,S2,S3和JF都能较快地吸水;在35℃加热蒸发条件下,HJ,BY,WT,FB,S2的保水能力好于其他保水剂;经过6次反复吸水—烘干后,WT,FB,S2和JD的吸水倍率仍可达到初始值的63.4%、75.7%、51.5%和66.6%;试验所用三种肥料溶液对保水剂吸水性能都有明显影响,受影响程度聚丙烯酸—无机矿物型保水剂大于聚丙烯酰胺—无机矿物型保水剂,且NKP复合肥的影响大于有机肥。

荒漠植物白刺对模拟增雨的光合响应机制

【目的】研究不同增雨条件下白刺叶片的光合作用和叶绿素荧光特性,从光合生理角度探讨白刺对增雨的响应机制。【方法】以乌兰布和沙漠东缘地区典型荒漠植物白刺为研究对象,设置不同的增雨梯度(增加年均降水量的0,25%,50%,75%和100%),对自然生长的白刺沙包进行人工模拟增雨,利用Li-6400xt便携式光合测定系统分析仪(USA,LI-COR)测定不同增雨条件下白刺叶片净光合速率(Pn)日动态变化、光响应曲线、CO2响应曲线以及叶绿素荧光参数,并根据Pn日变化曲线和响应曲线计算叶片日光合总量(∑Pn)以及各光合生理参数。【结果】1)75%和100%增雨对日均Pn和∑Pn影响显著,日均Pn比CK分别高32.74%和37.64%,∑Pn比CK分别高32.01%和38.43%,说明增雨使白刺光合能力增强,日光合产物的积累增加。2)增雨使白刺表观量子效率(AQY)和光饱和点(LSP)升高,25%,50%,75%和100%增雨的AQY比CK分别高17.24%,31.03%,37.93%和24.14%,LSP比CK分别高14.6%,6.0%,3.0%,26.1%,说明白刺叶片利用弱光的能力增强,对强光的利用范围增加,光能转化效率提高,有利于光合作用的高效进行。3)随着增雨量的增加,羧化效率(CE)呈现出逐渐增加的趋势,其中,100%增雨的CE比CK高5.73%;增雨使CO2饱和点(CSP)升高,50%,75%和100%增雨的CSP显著高于CK,分别比CK高23.67%,28.35%和29.13%,说明白刺叶片Ru BP羧化酶和光合碳循环酶的活性增强,对高CO2浓度的利用范围增加。4)增雨使白刺叶片的原初光化学量子效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ФPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)提高,说明增雨有利于白刺叶片PSⅡ反应中心活性增强、开放比例提高,有利于叶片把所捕获的光能转化为生物化学能,并将更多的光能用于推动光合电子传递。【结论】白刺能够调节光合机构的功能、改变自身生理特性、增强对环境资源的利用能力来适应增雨的变化。

胶东山丘区典型流域径流年内分配特征量化研究

采用Mann-Kendall法和最小方差法，对大沽夹河流域1966—2004年逐月实测径流数据进行均值变点分析。根据分析结果，将径流划分为水文变化特征相似的A（1966—1971年）、B（1972—1981年）、C（1982～1996年）、D（1997—2004年）4个时段。在此基础上借鉴年降水年内分配的向量法，提出了量化径流年内分配的集中度和集中期。结果表明：1．大沽夹河的不同水文年，其径流年内分配的特征不同。时段A集中度最小，时段D最大，4个时段变差系数为0．12。时段A和时段C的集中期比较接近，最大径流出现的时间均在7月下旬，时段B和时段D的集中期比较相似，最大径流出现的时间在8月中下旬。径流年内分配与降水年内分配两者呈显著正相关。2．用月径流量计算的集中度比径流年内不均匀系数具有更高的分辨能力和有效性，用月径流量计算的集中期对应的月份与月径流最大值出现的实际月份完全一致，径流集中度、集中期能够充分定量地表征径流在年内分配的非均匀性。

电耦合膜生物反应器中膜污染控制的研究进展

针对膜生物反应器(MBR)长期运行过程中的膜污染问题,阐述了MBR膜污染的成因及影响因素,分析了电耦合膜生物反应器(EMBR)减缓膜污染的机理,介绍了导电膜耦合EMBR和自生电场对膜污染的抑制作用。分析表明:EMBR可以通过电渗、电泳、电氧化、群体淬灭等电化学作用原位控制膜污染;微生物燃料电池(MFC)的自生电场应用于EMBR,在减缓膜污染的同时以电能的形式回收部分能量;导电膜的应用优化了EMBR结构,自生电场的MFC-MBR耦合工艺具有较好的应用前景。

贡嘎山东坡C_3植物碳同位素组成及C_4植物分布沿海拔高度的变化

通过对贡嘎山东坡C3植物碳同位素组成(δ13C)的系统研究和对C4植物分布的初步调查,探讨了C3植物δ13C在湿润环境下随海拔的变化规律,以及环境因素对其的影响.同时还揭示了C4植物在贡嘎山东坡随海拔的分布以及控制C4植物分布主要环境因子.结果显示:贡嘎山东坡C4植物主要分布在2100m以下的低海拔地区,过低的夏季温度是限制C4光合途径很难发生在高海拔的主要原因;在贡嘎山东坡海拔2000m以上的湿润地区C3植物δ13C随海拔升高显著变重,变化梯度为1.3‰·km-1.温度可能是影响δ13C变化的主要环境因子,降水量、大气压、大气中CO2浓度和碳同位素值的影响可能较小.

基于Logistic模型估算水资源污染经济损失研究

基于污染物的环境污染损失机理模型及环境价值相关理论,建立了以水污染损失率为基础的水污染经济损失Logistic估算模型。通过对Logistic方程曲线进行定量分析,根据曲线变化特征点和特征值,提出了物理意义明确的水体功能损害程度划分标准,即以综合污染损失率1%、20%、50%及80%为分级点,将水污染对水体功能的损害程度分为无损害、轻微损害、中度损害、重度损害和功能丧失5个等级,并将水体质量和功能损害程度与水环境状况发展过程相对应,将水污染发展过程分为安全阶段、初始阶段、发展阶段、恶化阶段和衰退阶段5个时期。以烟台市工业水质实测资料为例,分别建立了COD、石油类、悬浮物和挥发酚污染物水污染经济损失的Logistic模拟曲线及其与实测值之间的关系,计算了工业水污染引起的经济损失量。结果表明,Logistic模型用于计算水资源污染经济损失是可行的,模型有效性指数大于0.97,P值达极显著水平。总体上烟台市工业水功能受损严重,单项污染损失率以COD和悬浮物两项指标最大,石油类和挥发酚的污染损失率均低于1.5%;综合污染损失率2005年为53.71%,污染程度为重度损害,污染状况已进入恶化阶段;其它各年份综合污染损失率均在80%以上,工业用水功能丧失,水污染状况已发展至衰退阶段。

不确定性理论集对分析在海水水质富营养化评价中的应用

集对分析是处理不确定性问题的新的系统理论方法.利用该理论,建立了进行海水水质富营养化综合评价的新方法.实例研究表明,集对分析评价海水水质的富营养化程度是切实可行的,与人工神经网络方法和支持向量机方法相比,集对分析方法概念清晰,计算简便、快捷、精度高,具有较高的分辨率和较大的实用性,减少了评价过程中的人为主观因素;具有不遗失数据中间信息、评价结果与实际情况更为相符的优点,为海水环境质量综合评价提供了一种简单而适用的评价方法.

北京东灵山地区现代植物氮同位素组成及其对海拔梯度的响应

通过对北京东灵山地区现代植物氮同位素（δ^15N）的系统调查,初步探讨了植物δ^15N的组成特征、不同功能型植物δ^15N组成之间的差异,以及植物δ^15N随海拔的变化规律,揭示了环境因素对植物δ^15N的影响.结果显示：东灵山地区植物δ^15N分布区间为？8.0‰-14.0‰,平均值为-1.03‰;不同功能型植物的δ^15N值表现为乔木〉灌木〉草本,对土壤中具有不同δ^15N值氮源的选择性吸收可能是其主要原因;植物平均δ^15N值与海拔呈二次型曲线关系,低于1350m时植被δ^15N随海拔增加而偏负,而高于此值时则随海拔增加而偏正,分析表明前者水分是植物δ^15N分馏的主要控制因子,后者温度是主要限制因子;单个植物种δ^15N随海拔上升表现为增加、降低和变化不明显3种模式,这与植物本身的遗传特性、氮的代谢过程等有关;植物δ^15N随海拔的变化与不同海拔高度上土壤的氮同位素组成有关,其中由海拔引起的气温、降水的变化起到了关键作用,而叶片N含量不是控制植物δ^15N分馏的关键因子.

海水入侵危险程度的非线性映射分析

海水入侵是我国沿海地区出现的一典型资源与环境问题.作者选用地质、气候、地理环境和人为因素等四类指标来反映海水入侵存在的风险,采用非线性映射分析将高维空间问题转化为低维空间问题.根据离差极小、最大欧氏距离等原理提出了海水入侵风险阈值求解方法与海水入侵风险判定方法,使存在海水入侵风险的区域可被及时、准确地判定出来.实例分析表明,该方法使分析结果真实、准确,为沿海地区海水入侵风险管理开辟了一条新途径.