河南粮食主产区土地生态文明建设评价指标体系构建研究

土地生态文明是生态文明建设的重要组成部分,评价指标体系构建是土地生态文明的基础和关键,也是土地生态学的重要研究内容。对土地生态文明的内涵进行了界定和分析,借鉴相关研究成果并结合河南粮食主产区实际状况,构建了以土地数量、土地质量、土地生态、土地利用制度等4项为准则层、13项指标层和30项元指标组成的土地生态文明建设综合评价指标体系,为粮食主产区土地生态文明乃至国家生态文明建设提供理论依据。

施肥对坡地土壤团聚体与磷素赋存形态的影响

紫色土为长江上游农耕区主要土壤,多分布在山地丘陵区,其耕层较薄(30~80 cm),土壤养分质量分数普遍偏低,作物养分利用率低,但目前国内外关于团聚体尺度耕作土壤的磷素分异与循环规律的研究较少.为深入了解紫色土坡耕地长期施肥过程中的磷素养分库容和供应机制,本研究基于2002年开始的长期施肥定位试验,分析研究了西南紫色土区玉米/小麦轮作制度不同施肥方式下土壤团聚体发育特征,并结合碳、氮转化过程探讨紫色土培肥过程中磷素赋存形态及转化规律.结果表明:长期有机无机配合施肥促进大团聚体的形成,不同施肥平均重量直径( MWD )依次为: OMNPK>RSDNPK>NPK>CK;长期施肥均不同程度提高了各粒径土壤团聚体中有机碳、全氮、全磷、速效磷及各形态无机磷(Ex-P, Al-P, Ca-P, Or-P)质量分数,其中主要提高了较大团聚体(>2,0.25~2 mm)中养分质量分数.无机肥配施粪肥处理提升有机碳和全氮的效果优于无机肥配施秸秆,而对全磷和速效磷提升效果则相反.长期有机无机配合施用可有效提高各粒径团聚体中Ex-P,Al-P,Ca-P和Or-P质量分数,并促进Al-P,Ca-P向大团聚体转移,提高了土壤对有效磷素的保持能力.有机质添加处理在提高土壤有机碳和有机磷质量分数的同时,也对土壤磷素转化、提高磷素有效性具有重要影响.

紫色土丘陵区农业小流域暴雨事件磷素多尺度流失特征

为了揭示自然小流域尺度降雨、地形、土地利用结构等对泥沙和磷素输出的影响,根据丘陵区农业小流域自然地貌与土地利用特征,设计了不同尺度的小流域监测点,分别为苏荣、截流、大兴、万安,监测面积分别为3.0,34.6,480.3,1 236.4hm^2,并选择了降雨侵蚀力(R)分别为1 411.5,595.7,391.4 MJ·mm/(hm^2·h)的3场降雨事件监测小流域内磷素流失过程特征。结果表明:(1)以居民点集镇和耕地为主的苏荣和截流小流域水文响应速度较快,暴雨事件中径流峰值出现在降雨峰值后的5~10min,较大尺度大兴和万安小流域泥沙浓度峰值与径流峰值滞后于降雨峰值0.5~3h。(2)3场暴雨径流中泥沙与全磷、颗粒态磷均存在较一致的显著相关关系(R>0.6,P<0.01),泥沙、全磷流失负荷在源头小流域(苏荣、截流)最高,3场暴雨苏荣全磷平均流失负荷达到0.36kg/hm^2,万安小流域泥沙、全磷流失负荷最低,全磷平均流失负荷为0.009kg/hm^2。(3)小流域径流中颗粒态磷占全磷流失量50%以上。(4)多元回归分析结果表明,径流量和泥沙含量可用于进行磷素流失通量预测。坡耕地、林地与水田带状组合结构可显著降低小流域泥沙和磷素流失负荷。研究结果为计算丘陵区农业小流域暴雨过程中磷素多尺度流失负荷提供参考。

不同水生植物对大肠杆菌去除作用的比较研究

目前国内外水体污染防治针对病原菌的去除技术研究甚少,基于研究区域内已有的人工湿地和生态沟渠基本配置形式,通过室内常温盆栽试验筛选可高效去除病原菌(总大肠菌群和埃希氏大肠杆菌)的水生植物,并在自然生态沟渠(200 m)进行实地筛选。结果表明:水生植物能通过根系分泌物(降低水体pH)抑制大肠杆菌生存繁殖,并增加湿地拦截吸附能力;大部分水生植物组能有效吸附并去除埃希氏大肠杆菌,其中以水芹去除效果最佳;除香菇草、野茭白外,其他水生植物均能有效去除总大肠菌群;自然生态沟渠中再力花、美人蕉、岩菖蒲对总大肠菌群去除效率较高。总体而言,岩菖蒲、狐尾藻、再力花、水葫芦、美人蕉、水芹对大肠杆菌的去除率较高,可作为适宜的生态沟渠水生植物用于生态防治实践中。

亚热带农业小流域暴雨过程硝态氮迁移特征及水文示踪研究

为揭示亚热带丘陵区农业小流域暴雨过程中硝态氮迁移规律及其主要水文输送途径,本研究通过对紫色土丘陵区典型农业小流域典型暴雨过程跨尺度（从3-1 236 hm^2）连续监测,分析径流硝态氮迁移动态特征及其尺度效应,并对比δ^18O和硝态氮作为示踪剂的端元混合分析（EMMA）解析结果,探讨硝态氮作为暴雨过程水文示踪剂的可行性。结果表明：（1）两场暴雨事件中源头小流域苏荣小流域（含集镇污水）径流中硝态氮浓度最高,而到达梯级小流域出口处（万安小流域）硝态氮浓度最低,林地来水的贡献是较大尺度小流域径流硝态氮浓度降低的主要原因,坡耕地壤中流补给可能是径流消退过程中硝态氮出现浓度峰值的主要原因。（2）EMMA模型解析结果显示：δ18O与硝态氮均能示踪农业小流域径流消退期间壤中流补给过程;但硝态氮在受人居活动强烈影响子流域的示踪应用需谨慎。以农业为主的亚热带丘陵区小流域中,硝态氮具有同时作为环境效应指示剂和水文示踪剂的潜力,但其应用效果仍有待于进一步验证。

不同填料对大肠杆菌去除能力的研究

针对丘陵农村地区水质恶化、经济基础差及污水处理能力有限的状况,目前一般采用人工湿地和自然沟渠综合措施处理生活污水,但迄今仍缺乏针对水体病原菌污染的自然生态去除技术研究。为了筛选适宜去除病原菌的人工湿地填料,选用林地土、旱地土、水稻土、生物炭、无烟煤、沸石和石英7种填料,测定不同填料对大肠杆菌的去除能力,并通过在旱地土添加不同比例生物炭(0%、2%、5%、10%、20%、50%),探讨基于大肠杆菌去除容量与去除成本的旱地土与生物炭颗粒物复合物最佳比例。结果表明:不同填料介质生活污水大肠杆菌去除能力由强到弱依次为生物炭>无烟煤>水稻土>旱地土>林地土>沸石>石英;添加生物炭可增大湿地土壤孔隙度,有效提高单位时间内渗滤污水速率,及大肠杆菌的去除率,特别对大肠埃希氏菌去除效果更加明显;生物炭添加可延迟填料到达吸附饱和的时间,有效增加人工湿地处理容量。综合考虑大肠杆菌去除效率和生物炭添加成本等因素,人工湿地生物炭最优添加比例为20%。