基于能值方法的成都平原农田生态系统秸秆循环利用模式研究

本文采用能值分析方法与理论,以成都平原"稻-麦"轮作农田生态系统不同秸秆循环利用模式为研究对象,通过系统定位试验与随机抽样调查,对农田生态系统常规施肥生产模式(CF)、秸秆直接还田生产模式(CFS)和食用菌菌废料还田生产模式(按物质投入量不同分为FR1、FR2和FR3)的能值投入产出进行比较。研究表明:CF和CFS模式不可更新能值投入比例较大,主要依附工业辅助能的投入;不同模式系统的总能值产出量依次为CF>FR2>CFS>FR1>FR3,与CF和CFS模式相比,FR1、FR2、FR3模式的产投比相对较大,FR2模式最大,其产投比为2.35。菌废料还田生产模式下农田生态系统有机能值占系统总能值比例较高,系统净能值产出率高,环境负载率较低,环境压力小,可持续发展性能较强,FR2菌废料还田生产模式是最适合成都平原的秸秆循环利用生产模式。

不同干燥方式对钠基蒙脱石吸附雌酮的影响研究

为了探明2种干燥方法对钠基蒙脱石吸附的影响及机制,通过冻干和110℃烘干方式分别制备钠基蒙脱石并作为吸附剂,以雌酮(E1)为吸附质,考察2种不同干燥方式下制备的钠基蒙脱石对E1的等温吸附和吸附动力学,并分析pH值对吸附的影响。结果表明,冻干钠基蒙脱石比表面积和孔容积均大于烘干钠基蒙脱石,2种处理方式对钠基蒙脱石官能团影响较小。吸附动力学结果显示,2种蒙脱石对E1均具有较快的吸附速率,冻干钠基蒙脱石45 min达到吸附平衡,烘干钠基蒙脱石20 min达到吸附平衡。其中,冻干钠基蒙脱石符合拟一级动力学方程,烘干钠基蒙脱石符合拟二级动力学方程。吸附等温线结果表明,冻干钠基蒙脱石对E1的吸附亲和力明显高于烘干钠基蒙脱石。pH值对2种钠基蒙脱石吸附E1的影响相似,pH呈强酸性或碱性均不利于钠基蒙脱石对于E1的吸附,pH值为6左右时吸附效果最好。

生物炭早期植物毒性评估培养方法研究

为更加科学地评估生物炭潜在植物毒性,采用生物炭(B)、生物炭+土壤(B+S)、生物炭水浸提液+土壤(AE+S)、生物炭+石英砂(B+Q)、生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)5种不同的培养方法进行早期植物毒性效应实验。比较分析不同培养方法中西红柿种子发芽率、根长、芽长对生物炭的响应。结果表明:在5种培养方法中,随生物炭剂量增加,西红柿种子发芽率、根长、芽长呈现先增后降的变化趋势。虽在低剂量生物炭处理下(10.0 g·kg^(-1)),种子萌发表现出促进作用。但随剂量增加,除B+S和AE+S外,均表现出一定的抑制作用,且当剂量为160.0 g·kg^(-1)时,抑制作用达到最大。对比有土和无土培养方法中种子萌发情况发现,在高剂量下,无土培养方法中种子发芽率,根、芽生长所受抑制作用显著高于有土培养方法。无土方法中,尤其AE+Q方法中,高剂量生物炭对种子发芽率、根长、芽长表现出最大的抑制作用,其中发芽率抑制率为91.1%,根长抑制率为77.7%,芽长抑制率为93.7%。综合比较分析,生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)的培养方法干扰因子少,可提高毒性响应灵敏度。因此,在生物炭早期植物毒性效应评估中,该法可作为推荐的培养方法。

成都平原农业废弃物施用下稻田田面水氮磷动态变化特征

为合理利用农业废弃物,设置不同量的废弃物还田处理,以期通过研究稻田田面水中氮素和磷素的动态变化探明废弃物施用下面源污染风险。结果表明:总氮(TN)、可溶性总氮(DTN)、铵态氮(NH+4-N)以及硝态氮(NO-3-N)在各施肥处理下均表现为先升后降的趋势,施肥后2~3 d达到峰值,之后迅速下降;各处理下各形态氮含量在施肥后21 d内差异趋同。总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)在施肥后1 d达最大,之后迅速下降,猪粪施用处理的田面水TP、DTP含量在施肥后5~7 d明显回升。与纯化肥相比,加施全量麦秆对田面水中各形态氮、磷含量及分配无显著影响;高量猪粪施用会显著降低田面水NH+4-N含量,降低氨挥发潜能,显著提高各形态磷含量,延长磷素流失风险期,增加磷素流失风险;废弃物施用对水稻产量及糙米磷含量无显著影响。综合考虑废弃物施用下的环境风险与粮食生产,成都平原麦秆全量还田模式下水稻季每667 m2田的猪粪承载量不宜超过3头猪0.5年的排泄量。

水稻秸秆及其厌氧消化残渣生物炭对Cd(Ⅱ)吸附性能研究

为了寻求水稻秸秆(RS)及其厌氧消化物(DRS)新型的资源化利用途径,采用慢速热解在500℃下制备生物炭(RS500和DRS500)。在对生物炭形貌结构、元素组成、电导率、pH和表面官能团等理化性质及其热稳定性研究的基础上,考察RS500和DRS500去除Cd(Ⅱ)的性能,探讨了潜在的去除机理。结果表明,相比于RS500,经厌氧消化后,DRS500的C、H、O含量下降,而N的含量上升,非极性增大,电导率及比表面积下降,且热重分析显示DRS500热稳定性更好。RS500对Cd(Ⅱ)吸附在12 h达到平衡,而DRS500在48 h仍不能达到平衡。增加pH有利于RS500的吸附,但不利于DRS500的吸附,且吸附过程均为吸热反应。Langmuir模型对Cd(Ⅱ)吸附结果拟合较好,RS500和DRS500对Cd(Ⅱ)吸附符合二级动力学,表明RS500和DRS500主要通过化学作用对Cd(Ⅱ)进行吸附。表面官能团(-OH、C=O、Si-O-Si和C-H等)对Cd(Ⅱ)的吸附起重要作用。

钝化材料对镉污染农田原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。该文以Cd污染农田酸性土壤为研究对象,选择2种水稻品种(DY:德优4727;CY:川优6203)为供试材料,设置T1(石灰0.15kg/m^2)、T2(海泡石1.12 kg/m^2)、T3(石灰0.15 kg/m^2+海泡石1.12 kg/m^2)、T4(石灰0.15 kg/m^2+偏硅酸钠30 g/m^2+七水硫酸镁7.5 g/m^2)、T5(石灰0.15 kg/m^2+腐殖酸75 g/m^2)、T6(秸秆生物炭1.12 kg/m^2)和T7(灌浆期叶面喷施0.2%螯合铁肥)7个钝化处理。通过田间试验,研究不同钝化剂处理对土壤理化性质、Cd形态、水稻产量及糙米Cd含量的影响。结果表明,与对照相比,施加钝化剂后土壤pH降低了0.09～1.07个单位,有机质增加了2.48%～41.96%,速效钾增加了3.62%～103.91%,碱解氮降低了0.25%～29.71%,其中,T3、T5和T6能有效提高土壤有机质,且对土壤肥力影响较大。T1、T4和T6处理的Cd形态向更稳定的氧化态和残渣态转化。T1和T5处理下,不同品种水稻产量及糙米Cd含量均表现为CY>DY。因此,推荐以DY作为水稻品种,选用T5钝化处理作为修复酸性Cd污染农田具有较好的修复效果。

不同前处理方式下钠基蒙脱石对重金属镉的吸附研究

采用不同前处理方式(100℃烘干、200℃煅烧、300℃煅烧、冻干)制备出钠基蒙脱石,通过表征手段分析了其理化性质差异,并考察了其对溶液中Cd^(2+)的吸附行为,以探究不同前处理方式对钠基蒙脱石物化性质的影响及对Cd^(2+)吸附的差异。结果表明:不同前处理方式对钠基蒙脱石比表面积、孔容与层间距等物理性质影响较大,但对表面官能团、阳离子交换量等化学性质影响较小。吸附动力学显示钠基蒙脱石对镉的吸附符合拟二级动力学方程,属离子交换吸附,24 h可达吸附平衡;吸附等温线符合Langmuir等温线方程,属单层吸附。不同方式处理的钠基蒙脱石对于Cd^(2+)吸附效果是有差异的。300℃煅烧处理的钠基蒙脱石吸附效果最好,饱和吸附量达到11.1 mg·g^(-1);100℃烘干处理的钠基蒙脱石吸附量最差,饱和吸附量为9.1 mg·g^(-1)。

不同玉米品种对镉吸收累积特性研究

【目的】探讨玉米对土壤重金属镉(Cd)的吸收规律,筛选对重金属Cd具有富集能力的品种,为重金属Cd污染地区的环境修复提供理论依据。【方法】以西南地区主推的9个玉米品种为研究对象,利用四川某铅锌矿区镉污染土壤为供试土壤,通过盆栽实验研究不同玉米品种对重金属Cd的吸收累积差异。【结果】研究结果表明:(1)各玉米品种对Cd的吸收量均表现为地下部分>地上部分。(2)玉米单株富集量表现为:正红6号(0.26 mg/株)>雅玉12号=川单13号(0.21 mg/株)>农大95号(0.20 mg/株)。(3)不同玉米品种的富集转移系数不同。其中正红6号、雅玉12号、农大95号地下部分重金属Cd富集系数均大于1。(4)各玉米品种根与茎、根与籽粒的重金属Cd含量均表现为负相关性。【结论】根据玉米植株的生长状况、生物量、对Cd的富集能力和转运能力等指标进行评价,认为正红6号、雅玉12号、农大95号可作为对重金属Cd污染土壤修复的首选玉米品种。

基于GIS的沱江中游土壤全氮空间变异特征及其影响因素研究

本研究基于ArcGIS 9.3平台,运用地统计学方法研究了沱江中游表层土壤全氮(STN)的空间变异分布特征及影响因素。结果表明,沱江中游土壤全氮含量为(1.06±0.02)g·kg-1,呈对数正态分布;研究区内水稻土(1.43±0.49)g·kg-1全氮含量极显著高于紫色土(0.93±0.32)g·kg-1(P<0.01),其空间分布具有明显异向性,西北部为带状分布,中部及南部呈团块状分布。成土母质显著影响了全氮的含量(P=0.000),随侵蚀程度的增强,土壤全氮含量降低。不同土地利用类型土壤全氮含量顺序为菜地、灌溉水田、果园、旱地、荒草地、有林地。土壤全氮含量与pH呈显著负相关(P=0.036),与有机质含量呈极显著正相关(P=0.000)。

稻壳生物炭对三氯乙醛的吸附特性研究

为寻求高效廉价的三氯乙醛吸附剂以及资源化有效利用农业废弃物稻壳的途径,采用限氧控温炭化法将稻壳在300、500和700℃条件下裂解制备生物炭。文章对生物炭结构、元素组成和表面官能团等理化性质进行研究,并用于吸附水中的三氯乙醛,研究了吸附时间、系统温度、初始浓度和pH对生物炭吸附三氯乙醛的影响。结果表明,生物炭对三氯乙醛的吸附动力学过程更满足准二级动力学模型(R>0.9253);等温吸附过程用Freundlich模型能够较好地描述,拟合系数>0.9472。随着制备温度提高,生物炭对三氯乙醛的吸附效果越好;吸附性能与三氯乙醛初始浓度和溶液p H呈正相关。研究显示,稻壳生物炭对三氯乙醛的吸附强度随比表面积和平均孔径的增大而增强。

解磷细菌强化煤矸石肥力及影响因素研究

以废弃煤矸石为研究对象,以巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium strain B1(简写为B1)和地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis strain B2(简写为B2)为供试菌株,通过单因素培养实验研究解磷细菌对煤矸石基础肥力的强化效果;通过吸附实验及扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位、傅立叶红外光谱(FT-IR)等表征手段深入探讨B1、B2菌株与煤矸石的相互作用机制。结果表明,接种微生物能明显提高煤矸石养分含量并有效降低其pH,在接菌量为150.0 mL、培养6 d、30℃、体系初始pH=7.00的培养条件下,煤矸石有效磷、速效钾、碱解氮、有机质显著提高了4.98、1.17、1.16、0.32倍,pH降低了0.41。解磷细菌主要吸附于煤矸石表面,在420 min左右细菌吸附量较大;Zeta电位结果表明,在体系初始pH=7.00的前提下B1菌株与煤矸石样品的电位差高于B2,更有效地吸附于煤矸石表面。FT-IR分析表明,在细胞层面上B2菌株的稳定性强于B1,所以吸附性低于B1。因此,相较于B2菌株,接种B1菌株更能有效改善煤矸石养分含量。

"产学研"协同教学,助力新工科"金课"建设——以"环境工程原理"教学与实践为例

为助力四川农业大学环境学院新工科"金课"建设,环境生态工程和环境工程专业核心课"环境工程原理"充分融合产业现状需求和学科科学问题导向,以激发学生自主学习为目的,采用理论讲解、分组案例设计、讨论汇报、设计比赛、实践观摩、反哺科研等多个环节相结合,构建了企业工程技术人员、研究所科研人员和课程理论教学团队协同参与的"产学研"的课程教学模式.它使教学班级的学生参与和学习热情高涨,达到了令人满意教学效果.

浓H3PO4联合H2O2预处理能源植物地肤的性能研究

采用H3PO4联合H2O2(简称PHP)预处理地肤,基于木质素、半纤维素去除率、纤维素回收率、酶水解率等,研究温度、时间、H3PO4与H2O2浓度配比对预处理效果的影响。结果表明:提升预处理温度、时间和H3PO4浓度配比对半纤维素和木质素去除率有明显的促进作用,半纤维素和木质素去除率最大可达100.0%和90.7%,但也会加剧纤维素的损失。过高的H3PO4浓度配比(≥70%)不利于半纤维素和木质素去除。除10℃外,其他条件下,酶水解率差异不显著(>90%),但过高强度会导致一定程度的水解速率下降。

生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的植物毒理效应

为明确生物炭对植物的毒性效应,以石英砂+生物炭水浸提液培养方法研究不同剂量生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:在不同剂量(0.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0 g·kg^(-1))生物炭水浸提液处理下,虽然小麦发芽率较对照组无显著性变化(P>0.05),但根、芽生长表现出低剂量促进高剂量抑制,且在160.0 g·kg^(-1)时抑制率最大,分别为18.11%和22.22%。在幼苗的生长期(11 d),高剂量生物炭对幼苗根生长的抑制作用增强,160.0 g·kg^(-1)处理下抑制率显著增加至55.59%(P<0.05)。此外,当生物炭剂量较低时,小麦幼苗根、叶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活力增加;随生物炭剂量的增加,3种抗氧化酶活力降低,丙二醛(MDA)含量升高,幼苗生长出现生理损伤,表现出明显植物毒性效应。

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液p H、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.

基于PCA-RBF神经网络的成都市建设用地需求预测

为建立"突变"增长条件下建设用地需求预测模型以利于区域土地资源的可持续利用和土地利用总体规划的定期修编,本文提出了基于主元分析(PCA)与径向基函数(RBF)神经网络模型相结合的建设用地需求预测方法.首先,利用灰色关联分析筛选出主要驱动因子作为输入数据;然后,利用主元分析消除其相关性,并达到降维目的;最后,以PCA结果为输入建立建设用地需求的RBF神经网络预测模型.实例研究表明,建设用地需求PCA-RBF神经网络预测模型具有较好的预测效果,平均绝对误差(MAE)、误差均方根(RMSE)、平均相对误差(MRE)、分年度残差和突变点残差都较常规的多元线性回归(MLR)模型更小,更适宜在复杂非线性条件下应用.

成都平原菌渣还田下稻田田面水氮磷动态变化特征

为合理利用菌渣,以化肥施氮量为基准,设置1,1.5,2,2.5倍氮量的菌渣还田处理,采用田间定位监测并结合室内分析实验,以期通过研究稻田田面水中氮素和磷素的动态变化探明菌渣还田下面源污染风险。结果表明:与化肥处理相比,菌渣还田处理显著降低田面水TN、DTN、DON、PN和NH4+-N含量,显著提高NO3--N/TN比例(P<0.05);其田面水TN、DTN和NO3--N含量在施肥后均呈下降趋势,NH4+-N含量则表现为"先增后减",施肥后第5d达最大值,其中TN、DTN和NH4+-N含量变化均可用指数降低模型Y=C0×ekt(k<0)拟合,NO3--N含量变化可用倒数模型Y=C0+k/x拟合;受田面水中氮含量等因素的影响,其TP、DTP和PP含量均显著降低(P<0.05),TP和DTP含量表现为"先降后升再降"。总体来看,较化肥处理,菌渣还田不会延长田面水氮磷素流失风险期,同时显著降低田面水NH4+-N含量,缩短NH4+-N流失风险期,但等氮量还田会显著降低水稻产量及糙米氮含量(P<0.05),超过2倍氮量还田会增加NO3--N流失风险。综合环境风险与粮食生产,应以1.5倍氮量还田为宜。

基于灰渣和猪粪制造的有机无机复混肥对土壤易变性有机碳的影响

通过田间试验研究了不施肥（CK）、化肥（NPK）、基于灰渣和猪粪制造的有机无机复混肥高、中、低水平（CFI、CF2和CF3）5种施肥处理下0～60cm土壤易变性有机碳含量及其在玉米生长期内的动态变化。结果表明：CF1、CF2和CF3处理能显著提高0～60cm土壤总有机碳（TOC）和易变性有机碳的含量及易变性有机碳的活性（P〈0．05），其中以CF2处理提高最显著；施肥对土壤易变性有机碳影响随着土层的加深而减弱。土壤易氧化有机碳（ROC）、溶解性有机碳（DOC）、水溶性有机碳（WSOC）这3种易变性有机碳中ROC和DOC可以作为指示土壤有机碳对有机无机复混肥敏感的指标，可用于预测土壤有机碳的变化趋势。研究基于灰渣和猪粪制造的有机无机复混肥对土壤有机碳库含量的影响，还需进行长期的定位试验。

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响,通过田间试验,在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂(海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥)开展相关研究。结果表明:施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位,Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数(ACE、Chao1、Shannon)增加,但螯合铁肥不利于微生物群落的生长,多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变,变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加,芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明,pH和Cd是影响微生物群落的关键因素,此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明,施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险,改变土壤微生物群落结构,使多种微生物群落得到抑制或增强。

磷石膏堆场周边水稻土重金属污染特征及稻米的人体健康风险分析

为查明德阳绵竹市某磷石膏堆场周边土壤及农作物重金属污染情况,确定治理优先权,对堆场周边土壤、水稻协同采样并测定分析,利用健康风险评价模型,分析磷石膏堆场周边水稻土污染特征、稻米中重金属累积特征及食用风险,并进行人体健康风险评价。结果表明:磷石膏堆场周边土壤和稻米中重金属含量均与采样点和尾矿中心距离负相关,距离越近重金属含量越高。堆场周围200 m范围内土壤综合污染指数小于1,为警戒范畴;100 m、50 m范围内,为轻度污染,其中50 m范围内Cd、As分别超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)所规定筛选值的1.15倍、0.14倍。距堆场50 m处,稻米中的As、Pb含量均严重超标。根据稻米重金属的人体健康风险评价结果,在磷石膏堆场周围200 m范围内,稻米中重金属的非致癌风险大于1,对儿童和成人都存在着明显的非致癌健康影响,各重金属非致癌风险表现为Pb>As>Zn>Cd。稻米中Cd与As的致癌风险超过可接受水平,其中Cd为主要的致癌因子。稻米中重金属元素之间为正相关性,存在着几种重金属的复合污染,协同作用明显。在磷石膏堆场200 m范围内,应加强对土壤风险管控,保证粮食安全和人体健康安全。