沅江八形汊长河流域农业面源污染“减源-循环-控污”治理及其实施效果

农业面源污染是影响流域水质和水生态的重要污染源,该研究基于“减源-循环-控污”的治理模式,在湖南省沅江市八形汊长河流域实施农业面源污染的综合治理工程,并对实施效果进行监测与评价。结果表明:治理工程实施前,流域内主要农业面源污染源为畜禽养殖,地表径流、种植业与水产养殖污染物排放贡献率较小,分别占比6.3%、6.9%和4.2%;通过对不同治理措施开展连续监测,发现研究治理区主要污染物总氮、总磷和化学需氧量的总排放量分别减排约472.69、66.10和1866.47 t/a,减排比例分别为88.21%、92.36%和78.84%;各污染防治工程对水体化学需氧量、氨氮、总氮和总磷拦截净化效果较好,平均去除率分别为58.22%、74.33%、60.11%和61.05%,流域出水水质相对稳定。总体而言,“减源-循环-控污”治理模式在沅江八形汊长河流域应用效果较好,有效降低了农业面源污染对流域的影响,为后续洞庭湖区小流域面源污染治理提供借鉴。

湖南省农业面源污染形势与综合管理对策

为深入了解湖南省农业面源污染现状与困难,进一步推进全省农业面源污染防治工作,结合第二次全国污染源普查数据和农业部门统计数据,系统分析了湖南省农业面源污染现状与农业面源污染防治工作的瓶颈与困难。结果表明:湖南省农业源排放的COD、TN和TP分别为65.36万、9.91万和1.45万t,分别占全省COD、TN和TP排放总量51.1%、51.6%和64.6%。因此,湖南省农业面源污染形势依然严峻、保障农业生态环境安全的压力依然巨大、制约湖南省农业面源污染防治攻坚战胜利的瓶颈与困难依然存在。从加强政策支持体系建设、完善政策保障,加强科普宣传、完善环境管理机制、扩大服务体系,支持卡脖子技术研发、强化污染防治技术体系,以及建设农业面源污染防治法律法规体系等4个方面对进一步推进湖南省农业面源污染防治工作提出了建议。

农作物秸秆纤维提取技术研究进展

农业废弃物的高值化利用有助于缓解资源约束、减少环境污染。秸秆纤维素是细胞壁中最主要的物质,与木质素和半纤维素稳定嵌套,难以分离。因此,秸秆有效组分分离提取是实现其高值化利用的基础和关键。本文对秸秆中纤维微观结构、形成机制及理化性质进行深入阐述,介绍了提取纤维素的多种技术,并对纤维素分离原理与优缺点进行了凝练。针对现有技术壁垒及局限性,展望秸秆纤维分离、提取及纯化等的研究领域和发展方向,以期为探索出高效绿色环保的工艺技术,实现秸秆纤维素的高值化利用奠定基础。

稻田氨挥发损失及减排技术研究进展

氨挥发是稻田氮素损失的主要途径,不仅降低了氮素利用率,还通过促进PM2.5形成和大气氮沉降造成严重的环境问题。本文通过查阅文献,分析了稻田系统氨挥发损失现状及相关影响因子,评价了国内外普遍采用的调整氮肥类型、有机废弃物资源化、添加土壤调理剂和优化水肥管理4种氮素减排措施的优劣,探讨了目前稻田氨挥发减排研究中存在的不足,为后期研究稻田氨挥发减排提供参考。

膜覆盖好氧堆肥系统冷凝液和渗滤液二次污染防治

为提高膜覆盖好氧堆肥系统在南方潮湿多雨地区推广的适用性,解决冷凝液、渗滤液污染问题,本文对不同批次牛粪-秸秆混合物膜覆盖好氧堆肥的冷凝液进行了检测,对常规膜覆盖好氧堆肥发酵槽进行了二次污染防治优化设计。结果表明,牛粪-秸秆混合物膜覆盖好氧堆肥冷凝液的pH值为8.6~9.2,氨氮含量为17.9~196.0 mg/L、COD含量为102~230 mg/L,硫化物含量为0.046~0.178 mg/L,pH值、氨氮、COD指标超过了污水综合排放标准限值,不能直接排放。优化设计后的系统经检验可杜绝系统露天运行时的冷凝液、渗滤液二次污染问题,但是当堆肥处理量大、系统使用频繁时,建议设置遮雨棚,以提高效率,降低劳动强度。

区域秸秆资源分布及全量化利用潜力分析

为进一步提高秸秆综合利用率,促进秸秆利用产业科学合理化,推动区域秸秆全量化利用,以湖南省为研究对象,对主要农作物秸秆资源量、人均秸秆占有量等进行了估算,明确了湖南省秸秆资源空间分布特征;同时结合湖南省秸秆利用竞争性需求量计算分析了全省秸秆全量化利用潜势。结果表明:2018年湖南省主要农作物秸秆理论和可收集资源量分别为4021.7和3039.1万t,主要以水稻秸秆为主,占比约65%;其次为油菜、蔬菜和玉米秸秆。不同农作物秸秆表现出不同的空间分布特征,水稻、油菜和蔬菜秸秆总体呈现自西向东、由南向北逐渐增加的趋势,而玉米秸秆则表现出相反的变化趋势。全省人均秸秆资源占有量仅为0.68 t,远低于全国平均水平。通过分析秸秆潜在利用途径,预测湖南省肥料化需求量为887.3万t,饲料化需求量为885.1万t,基料化需求量为83.2万t,原料化利用量为65.7万t;剩余秸秆可能源化利用量为1117.9万t。结合目前湖南省秸秆资源利用结构,全省实现秸秆全量化利用的总体趋势应为在保持基料化和原料化利用的基础上,适当减少肥料化,提高饲料化和能源化利用比率。

不同基质组合对氮磷吸附能力的研究

就地利用菜地改建小型湿地系统可能是实现农村生活污水消纳和资源化利用的一种有效途径,其中菜园土与吸附基质的组合直接关系水体污染物中氮磷的净化效果.选取沸石、谷壳、活性炭、陶粒和菜园土作为试验基质,使用BET比表面积孔径分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪(EDX)对其进行表征,通过等温吸附试验分别筛选出对氮磷吸附效果较好的沸石和陶粒,设置菜园土∶陶粒∶沸石质量占比基质组合:F1(10∶0∶0)、F2(6∶2∶2)、F3(8∶1∶1)、F4(8∶2∶0)、F5(8∶0∶2)、F6(6∶1∶3)和F7(6∶3∶1).在低、中、高3种氮磷浓度下,通过吸附动力学试验筛选出去除效果最好的基质组合.结果表明:①5种单一基质中,活性炭、陶粒的比表面积(35.72、33.23 m^(2)/g)和微孔体积(2.20×10^(-1)、8.25×10^(-2) cm^(2)/g)均较大;沸石和陶粒表面呈粗糙多孔结构.②Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合5种单一基质对氮磷的吸附,各基质对氮的饱和吸附量表现为沸石(2.00 mg/g)>陶粒(1.47 mg/g)>菜园土(1.17 mg/g)>活性炭(0.99 mg/g)>谷壳(0.21 mg/g),对磷的饱和吸附量表现为陶粒(1.28 mg/g)>活性炭(1.25 mg/g)>沸石(1.16 mg/g)>谷壳(0.80 mg/g)>菜园土(0.50 mg/g).③7种基质组合对氮磷吸附具有相似的动力学特征,Elovich模型、双常数速率模型和一级反应动力学模型均能较好地模拟基质组合对不同污染负荷条件下氮磷的吸附规律.④7种基质组合对氮磷的吸附速率均呈现先快后慢的趋势,最终于12~48 h趋于稳定.研究显示,F2、F4和F7基质组合对氮磷的去除效果均较好,但考虑菜地改造的简易性和可操作性,F4为最佳基质组合,其在3种不同氮磷浓度下对氮、磷的吸附量分别为0.36~0.68和0.10~0.39 mg/g.

硅肥等量施用对土壤砷赋存形态和水稻吸收砷的影响

为研究施用不同种类硅肥对土壤砷(As)的生物有效性和不同生育期水稻As含量的影响,采用含钾(Si1),含钙、镁(Si2),含钙、镁和钾(Si3),含钙、镁和铁(Si4),以及水溶性硅肥(Si5)共5种不同种类相同用量的硅肥(SiO2用量为225 kg/hm2)开展田间小区实验,分析水稻不同生育期水稻As含量和土壤As含量.结果表明:①Si4和Si5处理降低糙米As含量的效果较好,分别比CK处理显著降低31.3%(P<0.05)和27.6%(P<0.05).②施用硅肥,水稻分蘖期和拔节期根表铁膜Fe(DCB-Fe)含量高于CK处理,灌浆期和成熟期DCB-Fe含量低于CK处理;施用硅肥处理水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期的DCB-As含量均降低,分别比CK处理降低10.0%、27.0%、20.0%和29.5%.③施用硅肥条件下,与CK处理相比,水稻成熟期土壤非专性吸附态As(Nas-As)、结合态As(Al-As)和残渣态As(Res-As)的含量平均分别降低15.8%、9.8%和10.2%,铁结合态As(Fe-As)含量提高33.0%.④水稻成熟期,根系As含量和土壤有效态As含量影响稻米对As的吸收,土壤有效态硅含量影响水稻根系对As的吸收;整个生育期,水稻根表铁膜As和Fe显著影响水稻根系对As的吸收.施用硅肥条件下,土壤有效态Si含量提高,有效态As含量降低,Fe-As含量增加,成熟期水稻DCB-As含量降低,水稻植株对As的吸收量减少.研究显示,相同用量的硅肥中,硅的有效性高或添加铁素,对降低水稻吸收As的效果更好,可为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.

喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中生产力与多样性关系探讨

为了阐明植被恢复过程中喀斯特峰丛洼地生产力变化规律及与生物多样性的关系,以广西喀斯特峰丛洼地灌木林、次生林、原生林3种典型植被类型为研究对象,基于2007—2017年3次木本植物调查数据,利用统计学方法分析了植被恢复过程中三类植被群落生物量和生产力动态变化及生产力与物种多样性、结构多样性的关系。结果表明,(1)3种植被类型随着时间推移,次生林和原生林的生物量和生产力逐年增加,且次生林增幅更大,灌木林生物量随时间推移,呈先增加后降低趋势,导致整个10年间平均生产力仅为0.09 Mg·hm^(-2)·a^(-1)。(2)10年间来重要值前10的物种,灌木林除了小叶女贞(Ligustrum japonicum)和小巴豆(Croton tiglium)生产力增加,其余物种均减少,八角枫(Alangium chinense)降幅最大;次生林除了杜茎山(Maesa japonica)生产力小幅度降低,其余物种生产力均增加;原生林重要值排名前10的物种生产力全部增加,其中白毛长叶紫珠(Callicarpa longifolia)增幅最大。(3)灌木林生产力与物种多样性呈负相关,与结构多样性呈正相关;次生林生产力与物种Shannon-Wiener指数和物种Simpson指数呈正相关,与物种Pielou均匀度指数呈负相关,与结构Pielou均匀度指数和林分密度呈正相关,与结构Shannon-Wiener指数呈负相关,与结构Simpson指数无相关性;原生林生产力与物种Simpson指数、物种Pielou均匀度指数、结构Shannon-Wiener指数和结构Pielou均匀度指数呈负相关,与物种Shannon-Wiener指数、物种Simpson指数和林分密度无相关性。研究认为,不同植被类型在恢复过程中灌木林生物多样性对生产力的作用最大。综上,在森林经营管理过程中,提高群落结构的复杂性对提高森林生产力具有重要意义。

木论喀斯特峰丛洼地原始林木本植物生物量空间结构分布及动态变化

为了研究全球碳汇背景下森林生物量的空间分布与动态变化,以广西木论国家级自然保护区喀斯特常绿落叶阔叶林2 hm^(2)固定监测样地为研究对象,基于2007、2012、2017年3次调查数据,将空间结构参数角尺度(Wi)、混交度(Mi)、大小比数(Ui)与生物量相结合,利用一元分布、二元分布探究生物量在不同空间结构的分布情况。结果表明:(1)从林分整体来看,在单一的结构参数分布中,生物量主要集中于随机分布、极强度混交与优势树种等空间结构中。在空间二元分布中,在(Wi=0.50,Ui=0.00)、(Wi=0.50,Mi=1.00)以及(Mi=1.00,Ui=0.00)组合上,生物量的频率分布最高。(2)林分冠层地上生物量分布集中在随机分布、极强度混交以及优势树种中;下层林分生物量在角尺度与混交度空间结构占比方面与冠层呈现相似规律,在大小比数方面主要集中分布于亚优势以及中庸的林分中。通过数字化影像获取林木信息,利用空间结构参数可对森林空间结构信息进行详细的描述,对森林空间结构进行合理优化,增加林分多样性,使林分在水平分布上更加趋于随机,通过科学合理地调控竞争优势树种群体的植物个体数量与空间分布位置,能够有效增强森林的生物量。

秸秆与缓控释肥配施对双季稻田氨挥发的控制效果

为减少双季稻田氨(NH_(3))挥发损失,以农民常规施肥采取的尿素一次性表施(CF)为对照,在氮肥深施条件下,设置秸秆还田(R_(1))、秸秆移除(R_(0))两种水稻秸秆利用方式和常规尿素(CU)、包膜尿素减量(PU)、控释尿素减量(LU)3种不同施肥模式,研究了在双季稻种植模式下深施、秸秆利用方式及施肥模式对稻田田面水氮浓度、pH值及NH_(3)挥发损失的影响。结果表明:早、晚稻NH_(3)挥发均主要发生在施肥后一周,且晚稻NH_(3)挥发量远大于早稻。不同施肥处理双季稻NH_(3)挥发总量依次为CF>CUR_(0)>CUR_(1)>LUR_(0)>LUR_(1)>PUR_(0)>PUR_(1);秸秆利用方式显著影响NH_(3)挥发,但对田面水氮素浓度影响较小。与R_(0)处理相比,R_(1)处理NH_(3)挥发显著降低了8.67%;施肥模式显著影响NH_(3)挥发和田面水氮素浓度。与CU处理相比,PU和LU处理NH_(3)挥发分别显著降低了75.68%和39.14%;秸秆利用方式与施肥管理交互作用显著,其中R_(1)与PU结合效果最佳,PUR_(1)处理较PUR_(0)处理可降低15.07%的NH_(3)挥发。研究表明,适当降低施氮水平,采取包膜尿素深施并搭配秸秆还田的施肥管理模式,是具环境友好性的氮肥管理模式。