模型模拟土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响

为推动再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势,探讨了土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响.研究发现,不同土壤初始含盐量下,经多年重复模拟后最终达到统一的平衡状态;而不同土壤质地下,随着灌溉年份的增加,壤土、黏壤土中的土壤ECe年均值逐渐增加直到平衡,砂壤土中的土壤ECe年均值逐渐减少直到平衡,平衡时土层中的ECe值砂壤土〈壤土〈黏壤土.3种植被下,大叶黄杨、油松的土壤ECe值增加量小于早熟禾;土壤盐分在土层中的空间、时间分布也均有所不同.此外,不同模拟情景下,土壤盐分累积都不会影响植被的生长（黏壤土除外）,但均出现轻度盐渍化（砂壤土除外）.     

绿地再生水灌溉土壤盐度累积及风险分析

和常规水源相比,再生水常含有较高的盐分,因而再生水灌溉下土壤盐分的风险引起学者的广泛关注.以再生水利用程度较高的北京市为研究区域,分层采集了不同再生水灌溉历史城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了土壤电导率（EC）和钠吸附比（SAR）等盐分相关指标,探讨再生水灌溉下土壤盐分的累积特征,分析了长期再生水灌溉下土壤盐分累积的风险.结果表明,再生水灌溉下城市绿地和农田土壤EC1：5值和SAR1：5值均显著高于其对照灌区,这种差异在农田中更加显著.公园与农田中再生水灌区土壤EC1：5值较对照灌区分别上升了12.4%和84.2%;土壤SAR1：5值上升幅度分别为64.5%和145.8%.调查区土壤0～10 cm与10～20 cm土层间EC1：5值和SAR1：5值差异不显著.长期再生水灌溉会使盐分累积在土壤表层,同时土壤孔隙度有轻微的减小.在北京地区再生水用于城市绿地灌溉引起表层土壤盐渍化的风险不容忽视.     

盐度水平对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮排放的影响

选取内蒙古河套灌区3种不同盐渍化程度土壤(盐土、重度盐渍化土壤和轻度盐渍化土壤),采用室内培养方法,用不同浓度KCl溶液调节不同盐渍化程度土壤盐含量分别为原土壤盐含量(对照)的2倍和3倍,研究盐分对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响.结果表明,盐分含量显著影响不同盐渍化程度土壤N_2O排放.无外源盐分加入时,不同盐碱程度土壤中盐土N_2O排放量最高,重度盐渍化土壤次之,轻度盐渍化土壤最低.外源盐加入后,随盐度梯度升高,与其对照相比,盐土N_2O排放量降低;重度盐渍化土壤N_2O排放量呈现先增加后降低趋势;轻度盐渍化土壤N_2O排放量升高.与其对照相比,土壤的盐分含量增加2倍时,盐土N_2O排放量减少90%;轻度盐渍化土壤N_2O排放量增加9倍.外源盐加入不同盐渍化程度土壤对N_2O排放的影响程度取决于土壤培养前后铵态氮含量差值,加入外源盐后,N_2O累积排放变化量的94.6%由土壤NH_4~+-N含量差值解释(R2=0.95,p0.01).     

再生水灌溉利用的生态风险研究进展

污水再生回用因其具有显著的社会、经济及生态效益,已成为缓解水资源危机的一项重要举措.城市绿地和农业灌溉作为再生水的主要利用途径之一,在国内外已经得到广泛推广实践.为了解国内外在再生水灌溉利用风险方面的研究进展,本文围绕再生水典型污染物包括盐、氮、重金属和新型污染物、病原菌等,从对土壤质量、植物生长、地下水质量和公众健康等几方面,对再生水灌溉利用的生态风险进行了系统分析.结果表明,盐分及盐离子是再生水灌溉利用的主要风险,灌溉利用导致疾病传播的风险始终存在,而新型污染物的生态风险是科学研究热点.借鉴国外经验,分别就城市绿地和农业的灌溉提出了风险管理措施.最后,提出了加强长期定位研究和模型研究,建立再生水水质、灌溉管理与生态风险的有机关联,进行再生水灌溉土壤承载力评价和建立风险管理体系等5项建议,以促进再生水安全利用.     

再生水灌溉对土壤性质及重金属垂直分布的影响

再生水利用是解决水资源危机的重要手段之一,再生水灌溉对土壤的影响一直是受到关注的问题.以北京市典型再生水灌溉区为研究对象,对选定区域土壤进行剖面取样、样品分析以及灌溉用水中的重金属含量的分析来确定再生水灌溉对于土壤中重金属含量分布的影响,同时分析了对土壤中总碳、总氮、有机质含量以及pH的影响.结果表明,凉水河灌区灌溉用水中重金属含量大于北野厂灌区灌溉用水,是其2.5～10.5倍.再生水灌溉导致土壤有机质、总碳、总氮含量增加及pH值降低.灌溉再生水有利于提高土壤肥力,但是也会提高土壤重金属累积的风险.再生水灌溉作为土壤重金属来源之一会对土壤表层重金属累积和迁移有一定影响,同时土壤重金属的迁移分布受到土壤有机质含量的影响,凉水河灌区有更多的重金属被植物吸收或进入更深土层中.     

再生水灌溉土壤人工合成麝香累积模型模拟

人工合成麝香(HHCB/AHTN)是近几年来受关注较多的药品与个人护理品(PPCPs)类新型污染物之一,再生水灌溉是HHCB/AHTN输入土壤的主要途径.本研究结合再生水灌溉土壤的实地检测结果,采用HYDRUS-1D模型,模拟了长期灌溉再生水条件下土壤中HHCB和AHTN的迁移转化和累积趋势.结果表明,尽管土壤中这两种麝香的含量极低,但是再生水灌溉土壤中的含量是自来水灌溉土壤的5倍;再生水灌溉下HHCB/AHTN累积趋势从lgKoc较低为3.44时的指数型增加,到lgKoc较高为4.12和4.86时的线性增加;半衰期的变化对再生水灌溉途径输入土壤的HHCB/AHTN的表层累积影响并不明显;再生水灌溉下土壤中HHCB/AHTN的垂直迁移能力较小,灌溉40 a以后最大迁移距离只有53 cm,且受Koc变化的影响较大;通过灌溉水途径进入土壤的HHCB和AHTN通过生物降解与植物吸收途径消解的比例较低,最高只占输入总量的7.69%,但是随着lgKoc的减小和灌溉时间增加,通过生物降解和根系吸收的消解率增加.本研究结果能够为准确评估再生水灌溉途径引起的土壤中人工合成麝香HHCB/AHTN的生态风险提供依据.     

上海市郊设施大棚次生盐渍化土壤盐分含量调查及典型对应分析

调查和分析了上海市郊出现耕作障碍的设施栽培土壤的盐分特征.随着种植年限的增加,设施栽培盐渍化土壤中含盐量表现出先升高后降低的趋势.大棚盐渍化土壤主要以微盐渍土、轻度盐渍土和盐土为主,分别占17.39%、56.52%和13.04%,其中崇明县芦笋大棚土壤的盐渍化程度最高.大棚土壤盐分离子组成中,阳离子以Ca2+和Na+为主,其次为Mg2+;阴离子以NO-3和SO2-4为主,其次为Cl-.施肥方式、种植年限、作物种类和管理水平都会影响盐渍化程度,使得土壤含盐量和盐分离子的变化较大.典型对应分析发现,Ca2+、Mg2+和NO-3含量受种植年限影响较大;长期施用单一肥料会加重土壤次生盐渍化,混施化肥和有机肥的土壤盐渍化程度较低;根据土壤中盐分离子与样方的关系,上海市郊设施栽培土壤可划分为4种类型,每种类型土壤受不同盐分离子的影响,其中以受Ca2+、Mg2+、NO-3和Cl-影响的土壤最多,应重点控制.     

天山西部伊犁河流域土壤盐分特征

采用相关分析法与主成分分析法研究了伊犁河流域土壤盐分特征.结果表明:研究区域耕层(3～20 cm)土壤53.68%样地为非盐渍化土壤,18.38%为轻度盐渍化,13.97%为中度盐渍化,8.82%为重度盐渍化,5.15%为盐土;土壤盐渍化类型以硫酸盐渍土为主,占68.41%.盐分组成中,阴离子以SO₄2-和Cl-为主,阳离子以Na+和Ca2+为主;土壤盐分与Cl-和SO₄2-分别呈极显著、显著正相关关系,揭示了土壤盐分大小与w(Cl-)和w(SO₄2-)有关;表层(0～3 cm)土壤盐分平均值占0～60 cm土层盐分平均值的60.19 %,即土壤盐分垂直分布呈现强烈表聚性.主成分分析结果表明,盐分,w(Cl-),w(SO₄2-),w(Mg2+)与w(Ca2+)可作为研究区域土壤盐渍化状况的特征因子.不同土地利用类型条件下,耕层土壤盐分平均值从高到低依次为草地、旱田、稻田、林地.不同灌溉条件下,井灌农田耕层土壤盐分平均值为1.12 g/kg,渠灌农田耕层土壤盐分平均值为0.73 g/kg,渠灌农田耕层土壤盐分平均值比井灌农田小0.39 g/kg.不同时期耕层土壤盐分平均值从高到低依次为非灌溉期、夏灌期、秋灌期.      

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

土壤微生物群落结构对生活源和工业源再生水灌溉的差异化响应

为研究不同来源再生水灌溉对土壤微生物群落结构的影响,以地下水灌溉土壤为对照,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对长期利用生活源和工业源再生水灌溉的土壤微生物群落结构进行分析,进一步探究土壤环境因子及其相互作用对微生物群落结构的影响.结果表明,与地下水灌溉相比,长期生活源再生水灌溉可显著提高土壤中TOC、 DOC、 Eh、 NH~+_4-N和TP的含量,长期工业源再生水灌溉导致Cd、 Cr、 Cu、 Pb和Zn在表层土壤大量累积.再生水灌溉显著增加了土壤中Acidobacteria和Planctomycetes的相对丰度,降低了Firmicutes和Tectomicrobia的相对丰度,且不同来源再生水对土壤中功能微生物的影响不同,生活源再生水灌溉可显著增加Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度,而工业源再生水灌溉对Actinobacteria具有显著的抑制作用.db-RDA分析结果表明,生活源再生水灌溉土壤菌群主要受TN、 TP、 DOC和Eh影响(P0.05),工业源再生水灌溉土壤菌群主要受重金属影响(P0.05).长期再生水灌溉可改变土壤环境因子间的相互作用,进而影响微生物群落结构,生活源再生水灌溉土壤中微生物主要受DOC、 TN和TP等营养物质含量的增加和氧化还原条件的改变控制,工业源再生水灌溉土壤中微生物与重金属的积累显著相关.     

基于宏基因组学揭示咸水滴灌对棉田土壤微生物的影响

咸水灌溉已成为缓解干旱区淡水短缺的重要手段,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,影响土壤微生物群落结构,进而影响土壤养分转化.通过宏基因组学的手段探究长期咸水滴灌对棉田土壤微生物群落结构的影响,试验中灌溉水盐度(ECw)设2个处理：0.35 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1(分别用FW和SW表示),施氮量分别为0 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2(分别用N0和N360表示).结果表明,咸水灌溉提高土壤含水量、盐分、有机碳和全氮含量,降低土壤pH和速效钾含量,氮肥施用增加土壤有机碳、盐分和全氮含量,降低土壤含水量、 pH和速效钾含量.各处理土壤的优势菌门为：变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著提高放线菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门的相对丰度,显著降低变形菌门、酸杆菌门、蓝细菌和硝化螺旋菌门的相对丰度.氮肥施用显著提高绿弯菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,显著降低酸杆菌门、芽单胞菌门、浮霉菌门、蓝细菌和疣微菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉对土壤微生物群落...     

利用化学分析和生物测试方法比较研究污染土壤中芳烃受体效应物质的积累

长期使用污水或再生水灌溉的潜在生态风险已经引起普遍关注,但是少有研究持久性有机有毒物质在土壤中积累所产生的慢性毒性.采用7-乙氧基-异吩唑酮-脱乙基酶(EROD)方法测试了北京郊区某再生水灌溉土壤中的芳烃受体效应物质,并用2,3,7,8-TCDD标定出相应的二英毒性当量(TEQ_bio).同时利用化学分析得到的土壤中16种多环芳烃(PAHs)的含量,根据文献报道毒性当量因子(TEF)换算成二英的毒性当量(TEQ_PAHs).分析生物测试的结果,发现灌溉土壤中芳烃受体     

咸水滴灌对棉田土壤N2O排放和反硝化细菌群落结构的影响

淡水资源短缺是干旱区农业可持续发展所面临的严峻问题,合理利用咸水灌溉是缓解淡水资源不足的重要手段.长期咸水灌溉会导致土壤盐分积累,进而影响氮素的转化和N_2O的排放.本研究通过10 a咸水灌溉试验,探究咸水灌溉对棉田土壤N_2O排放、反硝化细菌丰度和群落结构组成的影响.试验采用灌溉水盐度和施氮量两因子2×2随机区组设计,其中灌溉水盐度(以电导率表示)设置2个水平:0.35 dS·m~(-1)和8.04 dS·m~(-1),施氮量设2个水平:0 kg·hm~(-2)和360 kg·hm~(-2)(分别用SFN0、SHN0、SFN360和SHN360表示).结果表明,长期咸水滴灌棉田土壤盐分、含水量和NH~+_4-N含量显著增加,pH值、NO~-_3-N、有机质和全氮含量显著降低.咸水灌溉处理显著抑制N_2O排放,不施氮肥和施氮肥处理下分别较淡水灌溉降低45.19%和43.50%.氮肥施用显著增加N_2O排放,施肥处理N_2O排放较不施肥处理增加161%.不施肥条件下,咸水灌溉显著降低反硝化酶活性、nirK、nirS和nosZ基因丰度,α多样性.施肥条件下,咸水灌溉对nosZ型反硝化细菌的丰度无显著影响,但显著降低反硝化酶活性和nirK、nirS基因丰度.咸水灌溉和氮肥施用共同改变nirK、nirS和nosZ型反硝化细菌群落结构,灌溉水盐度对于反硝化细菌群落结构的影响要大于施肥.Lefse分析显示nirK、nirS和nsoZ型反硝化细菌差异物种随着灌溉水盐度的增加而增加,咸水灌溉显著改变反硝化细菌群落结构,导致优势种群数量增加.上述结果表明,长期咸水灌溉降低土壤N_2O排放,但会导致土壤盐分的持续上升,nosZ、nirK和nirS丰度的增加会促进N_2O排放.     

生物炭和秸秆还田对微咸水滴灌棉田土壤真菌群落结构多样性的影响

微咸水灌溉增加土壤盐分,改变土壤环境,进而影响土壤真菌的结构和多样性.在长期微咸水灌溉的基础上,分别添加生物炭和秸秆（采用等碳量设计,分别为3.7 t·hm^-2和6 t·hm^-2）,探究生物炭和秸秆对土壤理化性质和真菌群落结构多样性的影响.结果表明：与不施生物炭和秸秆（对照）相比,生物炭施用显著增加土壤的pH、全碳、速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤电导率,降低幅度为20.71%;秸秆处理显著增加土壤的速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤容重和电导率,降低幅度为4.17%和64.50%.生物炭和秸秆处理对真菌群落Chao1指数和ACE指数有增加趋势,对Shannon指数和Simpson指数有降低趋势.土壤优势真菌门类为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门和球囊菌门;优势真菌属为毛壳菌属、赤霉菌属、镰刀菌属、Idriella和被孢霉属.施加生物炭和秸秆提高子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、球囊菌门和毛壳菌属的相对丰度;但降低壶菌门、赤霉菌属和Idriella的相对丰度.LEfSe分析表明,施用生物炭和秸秆还田降低真菌群落潜在生物标志物数量.RDA结果显示,土壤真菌群落结构与EC_1：5和TN显著相关.微咸水灌溉给土壤带来了不利影响,其中EC_1：5和TN是驱动土壤真菌群落结构变化的主要因子,土壤真菌群落通过生物炭和秸秆对土壤的改良作用来适应盐胁迫环境.     

不同施氮水平对再生水灌溉土壤释氮节律的影响

土壤供氮能力是影响土壤氮素利用效率的一个重要指标,再生水灌溉和施氮水平均影响着土壤供氮能力,研究不同施氮水平对长期再生水灌溉土壤氮素的转化特征可为合理施肥及农产品增产增效提供理论依据.本研究选择河南新乡洪门试验站温室大棚内长期再生水灌溉和清水灌溉土壤,试验共设8个处理:A(N200)(施氮量200 mg·kg-1)、A(N160)(施氮量160 mg·kg-1)、A(N140)(施氮量140 mg·kg-1)、A(N100)(施氮量100 mg·kg-1)、A(N0)(施氮量0 mg·kg-1)、E(清水灌溉常规施氮)、CK(清水灌溉不施氮)、Re CK(再生水灌溉不施氮),采用实验室内常温培养法,分别在培养的7、14、21、28、35、42 d测定土壤铵态氮、硝态氮及全氮含量,并分析了土壤氮素矿化量和氮素矿化速率的变化,通过Freundlich线性等温吸附模型及一级动力学方程拟合了土壤吸附参数Kd和氮素矿化势N0.结果发现,培养前期土壤氮素矿化较快,释放的氮量较高,中后期变化较慢,土壤供氮平稳,同一时段不同处理间土壤累积矿化氮量存在显著差异(p0.05),表明不同外源氮肥输入对土壤氮素的矿化能力影响显著,A(N160)处理的供氮能力最强;同时,在培养前期Re CK处理的土壤氮素矿化累积量显著高于CK处理,表明再生水灌溉较清水灌溉促进了土壤氮素的矿化,显著提高了土壤氮素活性;土壤氮素的矿化速率随着培养时间的增加而逐渐降低,但降幅依次减小并趋于平稳,且不同施氮处理再生水灌溉土壤氮素矿化速率显著高于清水灌溉;不同土壤肥力水平(B0)、外源施氮A(N160)调控,土壤氮素矿化潜势可表达为N0=B0+117.5072t-0.1062.因此,外源氮肥输入显著影响了土壤氮素释放节律,再生水灌溉辅以适宜的施氮量可促进土壤氮素矿化,提高土壤氮素活性.