湖南省农业碳排放特征及碳达峰分析

了解湖南省农业碳排放特征及影响因素,可为湖南省绿色低碳农业发展提供科学依据。基于统计年鉴对作物种植面积、农业物资投入量及畜禽养殖量进行数据整合,利用联合国政府间气候变化专门委员会经典碳排放计算理论计算湖南省2007—2020年间农业碳排放量。以2007年为基期年,采用Kaya碳排式和对数均值迪氏分解法(Logarithmic Mean Divisia Index,以下简称LMDI)分析其影响因素,并引入灰色预测模型[gray forecasting model,以下简称GM(1,1)]预测湖南省2021—2040年间碳排放量。计算结果表明,湖南省农业碳排放量呈现出三段式变化:因2008年特大冰雪灾害对农业产生严重影响,农业碳排放量在2007—2008年间呈下降趋势;2009—2015年稳步上升并于2015年达到峰值(6550万t);2015—2020年间整体呈现下降趋势。与此同时,不同地市间存在明显差异:长沙、湘潭、衡阳、邵阳、岳阳、常德、益阳于2015年前后达峰,而其他地市,如株洲、张家界、郴州、永州、怀化、湘西在2018年前均有一段平稳上升期,娄底波动上升,因此难以在2030年前实现碳达峰。湖南省各地市农业碳排放强度呈下降趋势,2007年农业碳排放强度越大的地市其在后续年份中农业碳排放强度下降幅度越大。2007—2020年间各地市农业碳排放量平均变异系数为42%,农业碳排放强度平均变异系数为20%,说明地市之间的农业碳排放量差异程度远大于农业碳排放强度差异程度。农业碳排放源排放占比从大到小依次为:农田土地利用>畜禽养殖>农资投入。地区经济发展水平、劳动力水平和农村总用电量对增加农业碳排放量起主要作用,其中地区经济发展水平、农村总用电量是主要影响因素;农业生产效率、农业产业结构、地区产业结构、农村居民人均用电量的倒数在农业碳排放量减少的过程中起重要作用。本文提出优化产业结构、各地因地制宜地推动绿色创新、加强政府职能等建议,以期为湖南省农业碳减排决策提供参考。

柠檬酸与皂素对重金属污染土壤的联合淋洗作用

以重金属Zn、Pb、Cu复合污染土壤为对象,采用淋洗方法,研究了柠檬酸与皂素对人工污染土壤的联合淋洗修复效果。结果表明,40 mmol·L-1的柠檬酸与质量分数为3%的皂素在体积比为1∶5的情况下对重金属Zn、Pb淋洗的累计去除效率较高,分别为67.2%,68.8%;在体积比为1∶1时对Cu的累积去除率较高,为37.7%,不及单独用柠檬酸淋洗的效果好。柠檬酸与皂素对土壤中重金属淋洗的联合效应与二者的体积比和重金属种类有关,两者的联合淋洗可去除Zn的96%酸溶态、38.9%可氧化态,淋洗后可还原态显著增加;Pb酸溶态、可还原态均减少了80%左右;Cu的酸溶态、可还原态减少了80%以上,可氧化态和残渣态则没有显著性变化。

土壤中溶解性有机质的环境特性与行为

本文就土壤中溶解性有机质 (DOM)的吸附 解吸特性、迁移 转化特性及其影响因素、DOM对重金属吸附 解吸及生物毒性的影响、DOM对农药等有机污染物吸附 解吸及生物可降解性的影响进行了评述 .同时 。

铅-锌-镉复合污染物在土壤-芥菜/油菜系统中的迁移及交互作用

了解重金属复合污染物在土壤-植物系统中的迁移分配情况对污染土壤的安全利用、土壤环境质量标准的修订以及重金属污染土壤的植物修复具有重要意义。通过盆栽试验,以芥菜和油菜为例,研究了铅-锌-镉复合污染物在土壤-植物系统中的迁移分配情况。结果表明:与对照相比,复合污染条件下,芥菜和油菜体内重金属含量显著提高,且Cd含量的提高程度要远远高于Pb和Zn;芥菜和油菜对Cd的吸收达到了100 m g/kg以上,表现出超富集植物的吸收水平。重金属的富集系数大小依次为Cd>Zn>Pb,地下部富集系数要高于地上部,转运系数大小为Cd≈Zn>Pb。Pb、Zn、Cd的富集系数均随各自元素在土壤中含量增大而减小,而且表现为低含量时显著减小,高含量时缓慢减小;重金属在土壤-植物系统的迁移分配深受共存元素的影响,且在不同元素之间和不同浓度范围内表现出不同的特点。Pb、Zn、Cd在芥菜和油菜体中积累量,均与其各自在土壤中的含量成正相关;Zn和Cd对Pb的吸收积累以及Pb对Zn的吸收积累具有明显的抑制作用;Zn-Cd对Zn的吸收积累具有正的交互作用,而对Cd的吸收积累具有负的交互作用。

模拟酸雨对红壤中铬释放的影响研究

采用室内模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨淋溶下4种红壤铬的释放特征与规律。结果表明:经过相当于9150和10650mm降水量的淋溶后,与对照(pH为5 6)相比,pH为4 5的酸雨使红壤铬的累积释放量提高4 03%～88 54%,pH为3 5的酸雨使其提高6 75%～308 42%;不同红壤铬的释放量随淋溶量的变化规律较为相似,总体上表现为释放量随淋溶量的增加而缓慢上升。酸雨对红壤铬释放的促进作用一方面是由于酸雨提高了Cr(OH)3的溶解度;另一方面是由于H+对Cr3+的竞争吸附作用、酸雨所导致的土壤溶液中离子强度增加及酸雨对土壤胶体(主要是铝和铁的氧化物及氢氧化物)的溶蚀作用而降低了Cr(Ⅲ)的吸附量。

红壤中铝、锰和铁在酸雨作用下的释放特征

酸雨作用下红壤中Al、Mn和Fe的释放大多具有阶段性特征,旦土壤不同,其阶段性特征存在明显的差异。多数情况下同一土壤中Al和Fe的阶段性释放特征较为相似。3种元素累积释放量(Q)随淋溶量(H)的变化符合二次模型:Q=A+B1H+B2H2。经过9150～10650mm的酸雨淋溶以后,与对照(pH5.6)相比,pH4.5的酸雨使Al累积释放量增加8.16%～87.49%,Mn增加-4.29%～24.75%,Fe增加5.78%～86.03%;pH3.5的酸雨使Al累积释放量增加68.59%～158.60%,Mn增加26.11%～205.53%,Fe增加8.48%～138.88%。3种元素对酸雨的敏感性依次是:Al>Fe>Mn。其累积释放量在不同土壤之间表现出基本一致的特点:Al和Mn的释放量较为接近,且远远大于Fe的释放量。

模拟酸雨对红壤结构体及其胶结物影响的实验研究

通过模拟酸雨对浙江杭州红壤的淋溶实验 ,研究了酸雨对红壤结构体及其胶结物的影响。结果表明 ,酸雨降低了红壤团聚体的稳定性 ,表现为水稳性大团聚体的含量随酸雨 p H值的降低、持续时间的延长而减少 ;酸雨导致团聚体破坏率增高、稳定性降低。酸雨对红壤胶结物质的影响 ,表现为土壤有机质淋失增加 ,氧化铁活性提高。红壤团聚体的稳定性和结构性变差 ,会加速土壤侵蚀 ,表现出酸雨对红壤的可蚀性。

酸雨地区蔬菜对重金属的吸收及重金属健康风险基准的估算

通过盆栽实验,以小白菜(上海青)、大白菜和萝卜为指示作物,研究了酸雨作用下Cu,Zn,Pb,Cd,Cr和Ni复合污染物在土壤-作物系统中的吸收与富集情况。结果表明,酸雨-重金属复合污染处理使Cu,Pb,Cr和Ni在蔬菜中积累量明显高于对照处理;Zn和Cd一般只有在复合污染处理中外源Zn或Cd含量较高时才明显高于对照处理。与对照相比,酸雨-重金属复合污染处理使Pb和Ni的富集系数增大,Cu的富集系数多数情况下增大,Cd的富集系数多数情况下减小,Zn和Cr富集系数的变化在不同蔬菜之间存在较明显的差异;重金属在不同蔬菜中的富集系数一般表现为萝卜>上海青>大白菜,蔬菜中不同重金属富集系数一般表现为Zn>Cd>Ni>Cu>Pb>Cr。酸雨-重金属复合污染条件下蔬菜中重金属积累量与其在土壤中总量之间的相关性均达到显著或极显著水平。以大宗蔬菜上海青、大白菜和萝卜为指示作物对酸雨地区蔬菜地中重金属的健康风险基准进行了估算,这对开展酸雨地区土壤重金属环境容量评价、重金属污染修复目标及地方性土壤环境质量标准的制订提供了参考依据。

氟污染对土壤胶体稳定性影响的研究

通过对土壤黏粒悬浮液中加入氟,研究了氟污染对1种水稻土和2种红壤胶体稳定性的影响.结果表明,氟污染使土壤黏粒的稳定性增强,土壤胶体的临界聚沉浓度增大;土壤中增加氟,对土壤胶体临界聚沉浓度增大的影响程度因土壤类型不同而不同,表现为红壤大于水稻土;氟污染使土壤胶体的临界聚沉浓度增大的机理是土壤胶体对氟的配位吸附放出羟基而使溶液的pH值升高,增大了胶体负电荷间的静电排斥力,土壤胶体趋向稳定.表明氟污染不利于土粒聚沉,且使其他污染物质易从土壤进入水体,进而污染水源.

人为因素诱导下的红壤酸化机制及其防治

探讨了各种人为因素,如施用化学肥料、酸沉降、酸性矿坑水排放、土地利用以及植物体被移去、皆伐、全树利用等诱导下的红壤酸化机制。通过比较分析,导致酸化发生的两个基本过程:一是增加H+,二是减少盐基;任何有利于这两个过程进行的人为因素都将导致或加重土壤酸化。对各种酸化提出了相应的防治对策。

酸雨对旱地红壤磷素释放的影响研究

为了探明酸雨对红壤磷素释放的诱导效应 ,采用室内模拟酸雨淋溶土柱的方法 ,研究了酸雨作用下旱地红壤磷素释放的特征与规律 .结果表明 ,从长期的淋溶效果来看 ,酸雨可促进红壤磷的释放 ,且酸雨pH值越低 ,磷累积释放量越大 ;磷释放的动态变化在不同土壤之间存在一定的差异 .红壤磷素的释放强度主要取决于土壤有效磷含量 ,而与阳离子交换量关系不大 .磷释放量与钙释放量相关性很弱 ,与铝释放量呈较强的正相关性 ,与铁释放量呈显著的正相关性 .酸雨对红壤磷释放的促进作用主要是由于酸雨对铁铝化合物尤其是铁化合物的溶蚀作用所至 .

复合污染条件下莴苣对Zn、Cd的吸收与富集

采集莴苣及根际土壤样品,分析Cu、Zn、Cd、Pb复合污染条件下莴苣对Zn、Cd的吸收与富集规律。结果表明:复合污染条件下,莴苣不同部位对4种重金属元素的吸收积累表现为根>叶>茎,莴苣中重金属含量为Zn>Cu>Cd>Pb,富集系数为Cd≈Zn>Cu>Pb;不同采样区莴苣对重金属的吸收积累与富集能力存在明显差异。用于描述Zn和Cd在土壤-莴苣系统中迁移的响应模型均为非线性方程,模型类型在2种元素之间以及莴苣不同部位存在一定差异,但2种元素在不同部位中的响应均可用3次曲线方程来描述。莴苣对Cd、Zn的吸收除了受到元素自身性质的影响外,还受到共存元素的影响,这种影响与共存元素的含量有关。

氮循环的人为干扰与土壤酸化

从生物地球化学循环的观点出发 ,研究了N循环的人为干扰与土壤酸化的关系 ,并探讨了N循环扰动下导致土壤酸化的机理。在土壤酸化中 ,人类对N循环干扰起作用最大的是对大气中NOx 排放的影响以及对N固定的影响 ;前者通过酸雨导致土壤酸化 ,后者则通过施肥导致土壤酸化。

模拟酸雨对红壤重金属元素释放的影响研究

经过9 15010 650 mm的模拟酸雨淋溶以后,与对照相比,pH4.5的酸雨使红壤Cr累积释放量增加4.02%-88.54%,Co增加-2.35%56.14%,Ni增加5.82%79.53%,Cu增加-3.45%82.23%,Cd增加4.87%83.14%,Pb增加10.64%99.19%;pH3.5的酸雨使Cr累积释放量增加6.72%308.42%,Co增加14.17%134.81%,Ni增加10.06%140.32%,Cu增加-3.11%258.89%,Cd增加8.44%630.84%,Pb增加17.02%483.15%。几种重金属元素释放对酸雨的敏感性依次是:Pb和Cd释放对酸雨较敏感,其次为Cr和Cu,而Ni和Co的释放对酸雨较不敏感。红壤中Cr,Co,Ni,Cu,Cd,Pb累积释放量差别较大,但不同土壤之间其分布表现出基本一致的特点,释放量大小依次是:Pb>Co>Ni>Cu>Cr>Cd。红壤中Cr,Co,Ni,Cu,Cd,Pb的累积释放量(Q)随淋溶量(H)的变化符合二次模型。

表面活性剂对土壤粘粒絮凝-分散的影响

以浙江红壤为例,研究了两种阴离子表面活性剂和一种非离子表面活性剂对土壤粘粒悬浮液稳定性的影响。结果表明,表面活性剂对土壤粘粒的分散作用影响较大,且非离子表面活性剂的影响大于阴离子表面活性剂的影响。表面活性剂对土壤粘粒的分散作用主要是土壤颗粒对表面活性剂的电性吸附和配位吸附所致。表面活性剂进入土壤环境,会导致土壤粒子的分散,流动性增加;其结果是:一方面加重水土流失,另一方面使水环境污染程度加深。

酸雨作用下红壤铅的释放特征与规律研究

采用人工模拟酸雨淋溶装置,研究了酸雨作用下红壤铅的释放特征与规律。结果表明,酸雨对铅释放的影响呈现一定的规律性,在淋溶前期,铅释放因土壤不同而表现出较大的差异,当淋溶到中期以后,供试红壤铅释放量均表现为随淋溶量的增加而上升。模拟酸雨对红壤中铅的释放产生明显影响,影响的程度因供试红壤不同而异。经过9150～10650mm模拟酸雨淋溶以后,与对照相比,pH4.5的酸雨使红壤铅累积释放量提高10.64%～99.19%,pH3.5的酸雨使其提高17.02%～483.15%。铅累积释放量与淋溶量的关系可用一元二次式来描述,供试红壤平均铅累积释放量(Q)随淋溶量(H)的变化为Q=-2.5335+0.0266H+6.8677×10-7H2。

通径系数法分析中国酸雨中主要离子与pH值的关系

为客观评价酸雨中各主要阴、阳离子对酸度的相对贡献 ,首次运用通径系数法对中国酸雨中主要离子与 pH值的关系进行了探讨 .分析结果表明 ,在影响酸雨 pH值的主要离子中 ,阴离子的致酸作用是主要的 ;致酸阴离子以SO2 -4 最重要 ,其次是NO-3 ,两者的重要性SO2 -4 是NO-3 的 4.5倍 ;而Cl-的作用相对较弱 .Ca2 + 和Mg2 + 在中和酸度的作用上其重要性大致相当 ,是最为重要的两种碱性阳离子 ,其次是NH+ 4;而K+ 和Na+ 的重要性不大 .在所考虑的主要离子中 ,除了对pH值的直接影响外 ,还存在程度不同的间接影响 .酸雨中大部分离子的百分含量与其直接通径系数 (绝对值 )百分比大致相当 ,而Mg2 + 和Cl-却成反向相差很大 ,说明离子的重要性不仅与其含量有关 ,而且可能和其来源关系密切 .表4,参 30 .

模拟酸雨对南方红壤镉释放的影响

采用室内模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨对2种红壤镉释放的影响。结果表明,酸雨加速了红壤中镉的释放。在pH4.5的酸雨作用下,镉的平均释放水平是对照的1.6～1.7倍,在pH3.5的酸雨作用下,镉的平均释放水平是对照的2.0～6.5倍。经过相当于9150～10650mm降水量的淋溶后,pH4.5的酸雨使红壤镉的累积释放量提高63.0%～80.0%,pH3.5的酸雨使其提高102.7%～630.6%。红壤镉的释放与铝、铁的释放具有极显著或显著相关性。酸雨对镉释放的影响可增加水体中镉的负荷,从而加重镉对人类的直接或潜在危害。

模拟酸雨对红壤稀土元素释放的影响研究

模拟酸雨作用下红壤中稀土元素的释放水平大小依次为Pr＞Ce＞Nd＞Tb＞Sm＞La＞Er＞Ho＞Gd＞Dy＞Eu＞Y＞Lu≈Yb,轻稀土元素的释放水平要高于重稀土元素.酸雨对稀土元素的释放有明显的促进作用,且不同元素的CAR1/CCK、CR2/CCK比较接近(CAR1、CAR2和CCK分别表示pH4.5的酸雨、pH3.5的酸雨和对照3种情况下淋出液中稀土元素的含量).CAR1/CCK介于1.43～1.93之间,平均为1.61;CAR2/CCK介于1.76～2.27之间,平均为2.06,经过9 150～10 650 mm的模拟酸雨淋溶以后,pH4.5的酸雨使稀土总累积释放量平均提高37.61%,pH3.5的酸雨使稀土总累积释放量平均提高78.05%.稀土总释放量与Fe、Mn的释放量相关分析表明:多数红壤稀土总释放量与Fe、Mn的释放量呈显著或极显著性相关.初步推断红壤中的稀土释放可能是由于吸附载体Fe-Mn氧化物因H+的输入而解离所致.

模拟酸雨影响下红壤中硼的释放特征

为了探明酸雨对红壤中硼释放的影响,了解土壤缺硼机制,采用室内模拟酸雨淋溶土柱的方法,研究了酸雨作用下红壤中硼的释放特征.结果表明,酸雨加速了红壤中硼的淋溶损失.酸雨作用下红壤中硼的释放随淋溶量的变化具有初期阶段减小,中期阶段显著增大和后期阶段又减小的阶段性特点.模拟酸雨的pH值越低,硼的释放量越高.酸雨对硼释放的这种促进作用,一般表现为中期阶段的影响要大于初期和后期阶段的影响.淋出液中硼含量的动态变化与pH值的变化成负相关关系.供试土壤不同,硼的释放强度和释放特征存在一定的差异性,硼的释放强度和特点明显受土壤硼的背景值和土壤对酸缓冲能力的影响.