不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响

为了探明不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响,采用定位试验,对比研究了深松耕(ST)、免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(CT)这4种耕作方式下土壤呼吸速率的动态变化特征;并利用根去除法研究了根呼吸对土壤呼吸的贡献.结果表明,夏玉米生长季,4种耕作方式下土壤呼吸速率随生育期均呈单峰型变化趋势,在抽雄期达到最大,各生育期土壤呼吸速率大小顺序依次表现为:抽雄期开花期灌浆期成熟期拔节期苗期.不同耕作措施对平均土壤呼吸速率的影响表现为CTSTRTNT;土壤呼吸速率与土壤温度的相关系数达到显著性水平(P0.05),不同耕作措施下5 cm地温可以解释土壤呼吸速率变异的35%~75%.而土壤呼吸速率与土壤水分的相关系数却未达到显著性水平.夏玉米生长季中,不同耕作措施下根呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在45.13%~56.86%之间波动,均值为51.72%.因此,利用根去除法可以用来了解作物生长对土壤碳排放的贡献及比较不同耕作措施对根系呼吸贡献的影响,从而为筛选出减缓农田土壤有机碳分解的耕作措施提供依据.     

三丁基锡对正常人胚胎羊膜细胞凋亡相关蛋白表达的影响

首次采用蛋白质印迹法研究三丁基锡(tributyltin,TBT)对正常人胚胎羊膜细胞FL(human amniotic cells)的Bcl-2、Bax和p53表达的影响.结果显示,在0、1、2、3、4μmol·L-1三丁基锡下作用2 h后,FL细胞的Bax蛋白表达量随浓度增加逐渐升高,Bcl-2蛋白表达量仅在3、4μmol·L-1浓度组相比于对照组明显下降.作为凋亡是否发生的决定因素,Bax/Bcl-2比值在三丁基锡高浓度组(3、4μmol·L-1)相比于对照有显著升高;而p53蛋白表达量没有明显变化.研究表明,Bcl-2和Bax参与了TBT诱导的细胞凋亡.     

保护性耕作对土壤养分及碳库管理指数的影响

2008-2010年在丹江口库区坡耕地进行了保护性耕作试验,观测了不同保护性耕作措施对坡耕地土壤养分和碳库管理指数的影响。结果表明:不同保护性耕作措施在改善土壤养分和碳库管理指数上存在差异",免耕+秸秆覆盖"(NTS)在土壤全量养分和速效养分的保持上均表现出了相对较好的效果。相对于传统的坡耕地种植模式,不同保护性耕作措施可以显著改善土壤碳库管理指数,促使土壤系统向着良性方向转变,其中改善措施以"免耕+秸秆覆盖"(NTS)最为明显,相对传统耕作(T)增加了32.73%,其次为横坡垄作(CSP),最后为免耕(NT)。     

四川盆地紫色丘陵区不同种植模式下氮流失特征

氮素流失是农业面源污染的重要来源.为了解四川盆地紫色丘陵区不同种植模式下氮的流失特征,以四川盆地紫色丘陵区4种典型耕作模式紫云英-水稻(M1)、空地-大豆-空地(M2)、空地-生姜(M3)、空地-玉米+红薯(M4)等为研究对象,研究了4种模式从2008年12月到2009年8月共8次有效降雨中氮通过地表径流和渗透水的流失特征.研究期间,4种模式下氮流失量随着降雨量的增加而增加,总氮流失量表现为:M3((30.388±2.86)kg·hm-2)M4((17.118±1.677)kg·hm-2)M2((10.987±1.108)kg·hm-2)M1((6.090±1.051)kg·hm-2).相对于其它模式,M4模式下地表径流量和渗透水量在研究期间均最大,但M3模式下氮通过地表径流和渗透水的流失量最大.另外,非生长季节4个模式下氮流失量相对较低且各模式间差别较小,生长季节4个模式间可溶性氮和总氮通过地表径流和渗透水流失量均表现为M3M4M2M1.4种种植模式下氮通过地表径流和渗透水的流失形态均以硝态氮为主.渗透水中铵态氮和可溶性总氮占总氮的比例高于地表径流.这些结果为该区区域合理选择耕作模式、优化耕作方式、加强管理以控制区域农业面源污染提供了一定的基础数据.     

不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响

以2001年在东北典型黑土上进行的保护性耕作长期定位试验下免耕、垄作及常规耕作土壤进行了室内培养实验,按照田间持水量(water-holding capacity,WHC)的30%、60%、90%、120%、150%、180%、210%、240%、270%设定了9个水分梯度,并分别对其二氧化碳(CO_2)排放量进行了22 d的短期观测,以研究不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响.结果表明:1干土条件下在加水培养初期,3种耕作方式均产生了明显的激发效应,并且土壤呼吸速率与土壤含水量间存在正相关关系.2除干旱(30%WHC)及淹水(240%WHC、270%WHC)条件下,3种耕作方式CO_2排放通量分别为免耕垄作常规耕作.3对不同耕作方式下土壤水分状况及CO_2排放通量进行了方程拟合,在30%~270%WHC条件下,免耕的CO_2排放通量与水分状况拟合为二次回归方程,而垄作与常规耕作则是线性回归方程.在30%~210%WHC条件下,免耕与垄作下土壤CO_2排放通量与水分状况均可拟合为较好的对数方程,可决系数R~2分别为0.966、0.956.     

基于荧光信号的大气生物气溶胶测量方法探讨

使用双波段荧光生物气溶胶检测仪(WIBS-4A)于2015年夏季在深圳城市点进行了大气在线观测,得到3个不同荧光通道上(FL1、FL2和FL3)的荧光粒子数浓度分别是0.41cm~(-3),0.61cm~(-3)和0.24cm~(-3).根据荧光阈值将粒子分为7种类型,其中Type B和Type ABC是最丰富的类型,数浓度均值分别是0.214cm~(-3)和0.202cm~(-3).不同类型粒子日变化不同,总体表现为日间低值,晚间高值的特征.Type ABC粒子粒径峰值主要出现在2.2μm,其余粒子主要峰值集中在1.1μm.进一步讨论了非生物成分对生物气溶胶监测的影响,利用黑碳、乙腈和m/z44等污染来源示踪物与不同类型荧光粒子的相关分析和主成分分析,发现多种粒子受到不同非生物性成分的影响,但Type C受到的影响很小,平均浓度为0.016cm~(-3),可能代表真实的生物气溶胶浓度水平.本研究表明在城市环境中,非生物性化合物对基于荧光检测的生物气溶胶结果有较大影响.     

不同耕作措施下土壤有机碳含量的模拟研究

应用甘肃农业大学定西旱农综合试验站的2001-2008年长期定位实验数据对DNDC模型进行验证,4个处理的相对误差均小于±10%,均方根误差在6.41%~12.96%之间,模型模拟值与实测值表现出较强的一致性,证明DNDC在模拟预测该地区土壤有机碳储量上是可行的。对定位试验的4个处理的长期(100 a)模拟表明,免耕覆盖秸秆(NTS)和传统耕作+秸秆还田(TS)能够较大幅度地提高土壤有机碳含量,其土壤有机碳含量分别较初始值增加了74.76%和71.13%,免耕(NT)处理下土壤有机碳含量增加了39.18%,趋势较为平缓。而传统耕作不覆盖(T)处理下土壤有机碳呈下降趋势,较初始值减少了35.54%。土壤有机碳含量对土壤性状以及耕作管理措施变化的响应模拟研究表明,秸秆还田和施用有机肥是最有效的提高土壤有机碳含量的耕作措施,而土壤性状,尤其是初始有机碳含量是影响土壤有机碳变化的最主要敏感因素。DNDC模型模拟得出,实行秸秆覆盖或还田及免耕等耕作措施将有效持续地增加土壤有机碳含量,提高土壤的可持续利用能力。     

郑州-新乡冬季PM2.5中元素浓度特征及其源分析

为了探究郑州-新乡地区PM_(2. 5)中各化学组成的污染特征和可能来源,用中流量大气采样器于2016年冬季分别在郑州、新乡市区进行连续1个月大气PM_(2. 5)膜采集,利用重量法、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和离子色谱法分别进行了PM_(2. 5)浓度、17种金属元素的含量和7种水溶性离子含量的测定,并采用富集因子法和主成分分析法分析元素污染特征及其来源.结果表明,新乡地区2016年冬季PM_(2. 5)的质量浓度日均值为223. 87μg·m~(-3),郑州2016年冬季PM_(2. 5)质量浓度日均值为226. 67μg·m~(-3),两地污染水平相对较高.两地PM_(2. 5)中主要常量元素均为Al、Ca和Fe,约占17种元素总量的50%,而主要重金属含量差异明显,新乡PM_(2. 5)中重金属的含量均高于郑州地区,其中Cd、Ag和Pb富集因子超过1 000,新乡Cd元素富集突出.两地水溶性盐离子均以SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+这3种离子为主,占水溶性离子总量超过94%,(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3是两地PM_(2. 5)中主要存在形式.源解析结果显示,新乡2016年冬季的主要来源是生物质燃烧及二次气溶胶混合源,贡献率为34. 94%.郑州2016年冬季PM_(2. 5)的主要来源是燃煤及交通混合源,贡献率为33. 99%.     

富硅肥料和水分管理对稻米镉污染阻控效果研究

在已筛选出的施硅方式(基施和叶面喷施相结合)基础上,选择典型单一镉污染稻田土壤(pH=4.97,总Cd 4.1 mg·kg~(-1)),并结合2种稻田水分管理方式,进一步开展不同水肥管理方式对常规早稻(湘早籼45)和杂交晚稻(丰源优299)的3个生育期内各部位中Cd含量及成熟期生物量的影响研究.实验设计4个处理:不施硅肥+常规间歇淹水措施(CK)、不施硅肥+全生育期淹水措施(W)、2种硅肥配施+常规间歇淹水措施(SiLsi)、2种硅肥配施+全生育期淹水措施(SiLsi+W).结果表明,4个处理下,早晚稻试验结果基本一致,但各试验处理对晚稻的阻镉效果更加明显;与CK相比,各处理都能显著降低水稻籽粒中Cd的含量且不会明显影响水稻产量,其中以SiLsi+W对籽粒的降Cd效果最佳(晚稻精米中Cd的含量为0.12 mg·kg~(-1),达到了国家粮食安全生产标准:Cd0.2 mg·kg~(-1)),分别使晚稻谷壳、糙米和精米的降Cd幅度达到93.65%、86.70%和91.18%,W和Si Lsi处理的降Cd效果次之.因此,SiLsi+W可作为一种有效的稻米镉污染控制技术.     

基于荧光信号的海陆源生物气溶胶特征研究

生物气溶胶是悬浮在大气中直接来源于生物有机体的粒子,基于生物材料存在荧光的特性利用紫外诱导荧光技术对其监测是近年来的热门研究方法。该研究利用双波段荧光生物气溶胶(WIBS)分别以深圳南澳和韶关南岭监测点作为海陆源背景点进行了大气在线观测,得到了海陆源生物气溶胶特征。深圳南澳3个通道FL1、FL2和FL3的荧光粒子数浓度是0.067、0.067和0.057 cm~(-3),韶关南岭3个通道FL1、FL2和FL3的荧光粒子数浓度是0.012、0.032和0.016 cm~(-3)。进一步根据不同通道荧光阈值将粒子分为7种类型,深圳南澳总荧光气溶胶浓度是0.106 cm~(-3),其中主要是Type ABC和Type A。韶关南岭总荧光粒子浓度为0.053 cm~(-3),其中主要是Type B和Type AC。深圳南澳生物气溶胶的粒径分布在2μm分布显著,韶关南岭点粒径分布主要集中在1~3μm。利用黑碳、乙腈和m/z44与不同类型荧光粒子的相关分析,得到深圳南澳和韶关南岭受到非生物性成分的影响较小,能较好地代表海陆源生物气溶胶。进一步比较海陆源和深圳15 a夏季荧光粒子的粒径特征,通过PMF模型运算,得到海洋源生物气溶胶对深圳夏季生物气溶胶的贡献有0.020 cm~(-3),占到总荧光粒子的2.9%。     

Emissions of N2O and NH3, and nitrogen leaching from direct seeded rice under different tillage practices in central China

Tillage practices affect the fate of fertilizer nitrogen (N) through influencing transformations of N, but few studies have examined N₂O and NH₃ emissions, and N leaching from different rice tillage systems. Thus the objective of this study was to assess N₂O emission, NH₃ volatilization and N leaching from direct seeded rice in conventional tillage (CT) and no-tillage (NT) production systems in the subtropical region of China during the 2008 and 2009 rice growing seasons. Treatments were established following a split-plot design of a randomized complete block with tillage practices as the main plot and N fertilizer level as the sub-plot treatment, and there were four treatments: NT + no fertilizer (NT0), CT + no fertilizer (CT0), NT + compound fertilizer (NTC) and CT + compound fertilizer (CTC), respectively. Results showed that N fertilization significantly increased (p < 0.01) N₂O emissions, NH₃ volatilization and N leaching from rice fields in both years. In general, there was no significant difference in N₂O emissions and NH₃ volatilization between NT0 and CT0 in both years, while NTC had significantly higher (p < 0.05) N₂O emissions and NH₃ volatilization compared to CTC. Over the two rice growing seasons, NTC showed 32% and 47% higher N₂O emissions, and 29% and 52% higher NH₃ losses than CTC. Higher (p < 0.05) N₂O emissions from NTC than CTC were presumably due to higher soil organic C and greater denitrification. Total N and NO₃^? concentrations were higher (p < 0.05) in CTC than NTC, but larger volumes of percolation water in NTC than CTC resulted in no significant difference in leakage of total N and NO₃^?. Hence, application of N fertilizer in combination with NT appeared to be ineffective in reducing N losses from N fertilizer in paddy fields.     

垄作对降低黄土高原南部冬小麦田氨挥发风险的影响

为研究黄土高原南部冬小麦田NH₃挥发对垄作的响应,揭示其释放机制及污染风险,于2011—2013年冬小麦生长季,按照随机裂区试验设计布置田间试验,采用通气式田间原位酸吸收方法测定NH₃挥发. 主区为常规栽培及3种垄作,副区为2种施N(氮)处理——未施N(0 kg/hm2,以N计)和施N(180 kg/hm2). 结果表明:不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量在施肥后10 d均达到峰值,在施肥后30 d稳定在较低水平. 垄作单季NH₃累积挥发量(以N计)平均值为5.748 kg/hm2,比常规栽培降低4.9%;施N处理下NH₃累积挥发量平均值为6.512 kg/hm2,比未施N处理提高26.8%. 氮肥NH₃挥发损失率为0.47%~1.38%,其中垄作平均损失率比常规栽培降低60.1%. 不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量与土壤w(NH₄+)、含水量呈正相关;与25 cm深度处土壤温度、pH在冬前(施肥播种至土壤结冰阶段)呈正相关,而在冬后(土壤解冻至小麦收获阶段)则呈负相关. 土壤w(NH₄+)和土壤温度是控制NH₃挥发的两大主要因素. 冬前垄作降低NH₃挥发通量主要是由于垄作集中深施肥会增加NH₃挥发扩散阻力所致. 可见,旱作冬小麦种植区采用垄作可降低NH₃挥发风险.      

Pulse emissions of N2O and CO2 from an arable field depending on fertilization and tillage practice

Nitrous oxide (N₂O) emissions from soil are characterized by strong emission pulses. Although several mechanisms are known to create them, pulses are difficult to predict. Currently there is no established systematic way to identify pulses from long-term static chamber measurement results. In this study we suggest a simple algorithm for pulse identification. The algorithm was applied on time series of N₂O and carbon dioxide (CO₂) fluxes from a field study on the long-term impact of fertilization and tillage practice. Between 4 and 9% of N₂O values were pulse values; 20-60% of total emission was emitted as pulses. Minimum tillage resulted in more pulses than plowing. In contrast, long-term averages of N₂O losses from nitrogen (N) fertilizer were similar (3-4%) for all management practices. N₂O emissions per crop yield for increased fertilization practice were double the values for reduced fertilization practice independent of tillage practice. CO₂ emission pulses were scarce and there was no significant effect of management practice on CO₂ pulse probability.     

Nitrogen use efficiency: A potential performance indicator and policy tool for dairy farms

Escalating fertilizer and feed costs, declining product prices, and increasing regulations to reduce environmental pollution have created new pressures to improve nutrient use in agricultural production. This study provides an overview of factors and processes that impact nitrogen use efficiency (NUE) in dairy production, identifies practices that may bridge gaps between actual-NUE obtained on commercial farms and potential-NUE obtained under experimental conditions, and explores the possibility of using NUE as a performance indicator and policy tool for dairy production. Actual feed-NUE varies from 16% to 36% and is impacted by of a range of dairy practices; manure/fertilizer-NUE varies from 16% to 77% and is very site-specific; and whole-farm NUE varies from 8% to 64% and declines as stocking rates increase. Optimal stocking rate and manure nitrogen (N) crediting can enhance NUE, increase farm profits, and reduce N loss from dairy farms. NUE could be used to further engage dairy producers in collaborative assessments of gaps between their actual N use and the biological potential of N use, to develop performance goals for N use in various production components, and to monitor and evaluate the impacts of alternative feed, manure and fertilizer management practices on N use, profitability, and environmental outcomes.     

基于GIS和模型的流域非点源污染控制区划

采用GIS技术和USLE,SCS-CN,污染物流失经验模型及AnnAGNPS机理模型相结合,对农业集约化程度较高的南方中等尺度流域进行农业非点源污染控制区划.结果表明:利用GIS和经验模型回答了流域农业非点源污染氮磷来源与贡献,标识了农业非点源污染氮磷等污染物的关键源区,发挥了经验模型所需模型参数少、研究尺度较大、效率较高的优点,通过GIS的栅格数据空间分析功能,实现了流域非点源污染的分布式模拟,识别了NPS的关键源区.借助AnnAGNPS机理模型,在模型得以校验的前提下,模拟了非点源污染管理措施方案.以模型和GIS的定量结果为依据,对九龙江流域农业非点源污染控制进行了区划,共划分了水土流失控制区、生猪养殖+水土流失控制区、化肥施用+生猪养殖控制区、水土流失+化肥施用控制区及化肥施用+水土流失控制区5类控制单元.      

最佳管理措施对非点源污染控制效果的预测——以北京密云县太师屯镇为例

选取北京市密云水库上游太师屯镇为研究区,针对该区农业非点源污染特征,设计了最佳管理措施(BMPs).同时,在非点源污染损失估算的基础上,率先尝试从经济学角度预测8种不同非点源污染措施在控制氮、磷和泥沙流失的效果及所获得的环境效益、经济效益,并将各单项措施的控制效率进行了比较分析.研究结果表明：改变土地利用类型的3种措施中,25°以上荒草坡还林措施效果最好,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过15%,最高可达30%以上,且经济效益最大;25°以上坡耕地还林效果次之,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过5%,最高可达12%;15°~25°坡耕地变果园措施最差,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果一般为4%~8%.坡度为0°~15°坡耕地在土壤侵蚀控制中具有重要地位;坡耕地植物篱和保护性耕作对土壤侵蚀类非点源污染的控制效果相近,削减的污染损失占非点源污染损失总价值的13%,具有明显的环境效益.针对畜禽养殖污染设计的农村户用沼气池,其经济效率在10%左右;测土施肥技术可减少氮素流失、节约大量化肥,且削减的污染损失达到非点源污染损失总价值的19%.作为综合污染控制措施的河岸缓冲带,可以有效地拦截氮、磷和泥沙的流失,对泥沙的控制效果最好,为83%,对氮的控制效果最低,仅为27%;而从经济效益方面比较,缓冲带减少氮素流失所获得的经济效益最大,约为该措施总经济效益的56%,泥沙次之,占28%;植被缓冲带削减非点源污染的总经济效率最高,可达35%,折合经济价值约1.69×106元.     

横坡与顺坡垄作径流氮磷输出及其富营养化风险对比研究

以沂蒙山区典型的坡耕地为例,通过2种雨强(40 mm·h-1和70 mm·h-1)下的野外原位模拟降雨试验,分析了横坡与顺坡垄作地表径流溶解态无机氮Inorganic-N(NO3--N、NH4+-N)以及溶解态磷(DP)的输出特征,并利用Inorganic-N/DP、NO3--N/DP和NH4+-N/DP等3种氮磷比对...     

有机肥施用对田面水氮磷流失风险的影响

为探明化肥配施有机肥对田面水氮、磷流失及水稻系统养分吸收的影响,采用田间小区试验,设置常规施肥处理（FN）、常规施肥减氮磷量20%处理（F0）、减氮磷20%+有机肥处理（F1~F4处理有机肥施用量分别为1 500、3 000、4 500和6 000 kg/hm2）共6个处理,探索化肥减量20%配施有机肥的最优组合.结果表明:不同施肥处理下,田面水中ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）均于施肥后第1天达到峰值,随后迅速下降,于第7天后逐渐趋于稳定,ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）分别维持在各自峰值的5.1%~10.9%与4.8%~9.6%,田面水中ρ（TP）的变化趋势与ρ（TN）相似;F0与F1处理均能有效降低田面水中ρ（TN）和ρ（TP）.与FN处理相比,F1处理下ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）与ρ（TP）平均值分别降低了6.5%、9.1%和3.1%,该处理能够有效地降低氮、磷养分流失风险,且增施有机肥可使水稻增产0.2%~19.8%,地上部分氮、磷累积量随有机肥施用量的增加而显著增加（P < 0.05）.综合水稻产量、养分吸收和田面水养分动态等指标发现,F1处理不仅能提高区域双季稻产量,还能有效控制田面水氮、磷养分浓度,降低氮、磷地表径流产生的农田面源污染风险,是针对南方双季稻田的一项"控源节流"优化施肥模式.      

基于关键源区识别的饮用水水源保护区划研究

准确划定饮用水水源保护区是实现饮用水安全精细化管理的重要前提.基于源头削减和全过程协同管理的思路,将GIS平台、ArcSWAT模型、成本-效益分析技术相结合,以贵州省红枫湖饮用水水源保护区为例,通过对近5年（2010-2014年）水污染负荷特征进行模拟,识别影响水环境污染控制的关键源区,在此基础上划定水源保护区.结果表明:① 研究区总氮、总磷污染负荷主要来源为农业面源,其中农业种植和畜禽养殖的负荷贡献分别达到89.7%和91.8%,总氮和总磷负荷高风险区主要集中在流域西北部地势较高且农业耕作活动频繁区域;② 污染控制措施的成本效益分析表明,测土配方施肥、1°~15°坡耕地等高植物篱、保护性耕作、植被缓冲带的成本-效益比较高,在该区域水环境污染控制中具有较高的推广应用价值;③ 基于水污染关键源区识别结果,划定饮用水源四级风险区,其中一级、二级风险区总面积为97.6 km2,仅占原饮用水水源一、二级保护区面积的41.4%,可削减总氮、总磷负荷的60%~70%,所需的搬迁成本仅为原划定方案的35%.研究结果可为我国中西部人口密度大且逐水而居的地区饮用水水源保护区及管控政策的制订提供理论基础和技术参考.