生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响

明确生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响,为提升紫色土旱坡地耕地质量及减少紫色土旱坡地农业面源污染发生风险提供科学依据.以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间试验,研究了不施肥(对照)、常规施肥、优化施肥及生物炭(化肥减量配施生物炭)这4个处理对紫色土旱坡地地表径流和壤中流氮素流失形态及通量的影响.结果表明:①在各施肥处理中,常规处理总径流量最大,为16 133 L·a~(-1),生物炭处理总径流量最小,为11 893 L·a~(-1).各施肥处理以壤中流为主要径流方式,壤中流流失量占总流失量的61.80%～68.60%;与对照(不施肥处理)相比,其余各施肥处理泥沙流失量均有所降低,其中常规处理降低的效果最明显.②铵态氮主要通过地表径流流失,占总流失通量的86.51%～96.58%;铵态氮流失通量最大的为施生物炭处理[0.69 kg·(hm~2·a)~(-1)].③各施肥处理产流中的颗粒态氮浓度均高于对照处理,且常规施肥处理的颗粒态氮流失通量最大,为2.87 kg·(hm~2·a)~(-1).④各施肥处理的壤中流和地表径流中的全氮浓度和硝态氮浓度均存在极显著正相关关系(P0.01).硝态氮是全氮流失的主要形态,且二者均以壤中流为主要流失途径;全氮通过壤中流流失占比为72.86%～89.13%,且常规施肥处理的全氮总流失通量最大,为35.58 kg·(hm~2·a)~(-1),而施生物炭处理全氮总流失通量最小,为21.49 kg·(hm~2·a)~(-1).化肥减量配施生物炭能明显降低径流量和氮的流失通量,可有效阻控农业面源污染发生的风险.     

三峡库区支流汝溪河沉积物重金属空间分布及生态风险

为了解三峡库区支流沉积物重金属空间分布、来源及生物毒害效应,选择典型入库支流汝溪河,分4个区域12个采样点采集沉积物柱状样和沿岸土壤样品,分析了Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb和Hg这8种重金属的空间和垂向分布特征.结果表明,沉积物中Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb、 Hg平均含量分别为(79.60±11.87)mg·kg~(-1)、(41.340±4.999)mg·kg~(-1)、(32.69±8.70)mg·kg~(-1)、(823.34±125.76)mg·kg~(-1)、(122.11±22.82)mg·kg~(-1)、(0.393±0.140)mg·kg~(-1)、(29.122±6.811)mg·kg~(-1)和(74.84±39.50)μg·kg~(-1), 8种重金属含量均超过长江水系沉积物背景值,空间上总体表现为受汝溪场镇生活影响河段回水区自然河段,回水区河道沿岸沉积物及土壤中重金属含量均远低于沉积物中,说明河道沿岸沉积物和土壤并不是汝溪河回水区沉积物重金属的主要污染来源.在垂向分布上,受汝溪场镇生活影响河段重金属(除Pb外)含量最大值均出现在8cm处,而自然河段和回水区重金属含量随深度的增加呈下降的趋势.除Ni外,其他几种重金属之间具有显著相关(P0.01),说明汝溪河重金属存在一定的同源性.地累积指数评价得出汝溪河整体呈现Cd和Zn的轻度至偏中度污染.生物毒性效应评价得出,Ni有10%～75%可能对生物造成毒害效应,Cd、 Zn、 Hg、 Cu、 Pb和Cr有10%的可能会出现生物毒害效应.综合效应系数表明汝溪河沉积物重金属的生物毒害风险为低级至中低级.     

稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程

研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)~(-1),AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对~(13)C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础.     

生物炭添加对湿地植物菖蒲根系通气组织和根系泌氧的影响

在处理污水的潜流人工湿地中,湿地植物容易受到缺氧胁迫.尽管菖蒲(Acorus calamus L.)是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但菖蒲的生理响应并不能完全消除湿地长期缺氧带来的胁迫.生物炭添加能够缓解菖蒲体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低膜脂过氧化程度,但生物炭对缓解缺氧胁迫的具体机制尚不清晰.因此,本研究通过在温室内构建5种不同的生物炭湿地,采用植物生态学分析方法,将植物根系通气组织、根孔隙度和根系泌氧相结合,研究菖蒲根部组织对生物炭添加的响应机制.结果表明,通过在传统潜流人工湿地中添加生物炭,有利于菖蒲形成根系通气组织,增大根孔隙度,生物炭投加量与根孔隙度具有显著正相关关系.在湿地中添加生物炭将利于O_2通过通气组织传输至地下部分,并以根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)的形式扩散至根际,显著提高根系泌氧量.与其它光强相比,在3 000μmol·(m~2·s)~(-1)条件下,菖蒲泌氧能力较强,生物炭投加比例对植物ROL的影响不显著.     

不同品种辣椒镉亚细胞分布和化学形态特征差异

前期试验对91个辣椒品种资源进行筛选,以高积Cd型品种(X55)、中积Cd型品种(27)和低积Cd型品种(17)各一份,采用盆栽试验研究不同镉水平(0、5和10 mg·kg-1Cd)下3个品种辣椒Cd转移和富集能力差异以及镉在果实中亚细胞分布和形态特征.结果表明,Cd胁迫下,辣椒地上部干重在种间表现为品种X55 17 27.果实Cd转移系数在同一Cd水平下均表现为品种17 27或X55.辣椒果实各亚细胞组分中Cd含量在种间表现为品种27 17 X55.辣椒根、茎、叶和果各亚细胞组分中Cd含量均表现为细胞壁(F1)细胞器(F2)细胞可溶性组分(F3),Cd被限制在细胞壁中,在辣椒Cd解毒机制和抗性中起重要作用. 3个品种辣椒果实各Cd化学形态含量随Cd处理水平的增加而增加,且大小均表现为CdNaClCdHAC CdR CdHCl CdW CdE.辣椒果实中的CdNaCl和CdHAC占比例较大可能是辣椒降低Cd生物毒性的一种防御机制.     

不同类型城市人工湿地水体汞的分布特征

为了解城市人工湿地水体中汞的时空分布及甲基化特征,以便探究其潜在的汞暴露生态风险,在重庆市选择4个不同类型的人工湿地,于2017年3月～2018年3月,按季度采集垂直剖面水样,分析总汞(THg)和甲基汞(MeHg)的分布.结果表明:城市人工湿地由于景观布局、功能设置不同,其汞分布特征有一定差异. 4个湿地水体THg均高于背景水域,但远低于有污染历史的水体;湿地中部水体THg均略高于进、出水口,表明城市湿地对水体THg有截留作用.除彩云湖湿地出水口MeHg浓度高于入水口外,其余3个湿地出水口MeHg均低于入水口;湿地中水体MeHg呈随水深增加而升高的趋势,且MeHg占THg的比例(MeHg/THg)均高于其他水域,说明城市湿地具有净汞甲基化的作用. 4个城市湿地水体THg春秋两季高,夏季略有降低,冬季最低;水体MeHg冬季最低,而其他三季差异不大但远高于冬季,约为冬季的3倍.本研究明晰了城市湿地中汞的时空分布和甲基化规律,探究了人类活动对湿地的干扰程度和湿地的响应特征以及湿地汞对下游流域的影响,从控制潜在汞暴露风险的角度,为人工湿地建设提供建议.     

三峡库区澎溪河与磨刀溪电导率等水质特征与水华的关系比较

三峡库区北岸最大一级支流自三峡大坝2003年蓄水以来,频繁暴发水华,而毗邻的一级支流磨刀溪却少有水华暴发.本文以澎溪河和磨刀溪作为研究对象,于2014年春季和夏季三峡库区水华高发期对两条河流同时采样,对比分析两条河流水体水质以及叶绿素a(Chl-a)含量的时空变化,探索澎溪河水华暴发机理.结果表明:澎溪河Chl-a含量较磨刀溪高,澎溪河春季Chl-a最大值为60.5μg·L~(-1),夏季Chl-a最大值仅7.8μg·L~(-1);磨刀溪Chl-a变化趋势与澎溪河相反,磨刀溪春季Chl-a含量为2.92μg·L~(-1),夏季Chl-a达到7.48μg·L~(-1).澎溪河与磨刀溪春季和夏季节水体温度分层,为温跃层+滞温层模式,而没有混合层;两条河流Chl-a含量均位于水深10 m温跃层.澎溪河春季总氮(TN)、总磷(TP)平均值为2.305 mg·L~(-1)和0.053 mg·L~(-1),夏季为1.673 mg·L~(-1)和0.097 mg·L~(-1);磨刀溪春季为1.875 mg·L~(-1)和0.075 mg·L~(-1),夏季为1.79 mg·L~(-1)和0.054 mg·L~(-1).TN、TP水平均超过了国际公认发生富营养化的阈值;水体氮磷含量与Chl-a浓度并无显著相关性,营养盐并不是藻类生物量的限制性因素.然而在水体电导率的规律方面,两条河却存在很大的差异;春季,磨刀溪上游上层水体(0~10 m)电导率只有下游和长江干流的75%,来自长江干流的回水可覆盖至磨刀溪中游(断面MD03),与Chl-a在此处密集保持一致;夏季电导率和回水区分布与春季相似.与磨刀溪不同,澎溪河春季上游电导率为下游和干流的150%,长江干流回水可到PX04与PX05之间,上游高电导率对应着高Chl-a含量;澎溪河电导率与藻类生长分布表现出显著正相关关系,水体中除N、P营养盐外的其它离子对澎溪河水华暴发起重要作用.     

阴离子型聚丙烯酰胺相对分子质量和水解度对污泥脱水性能影响的研究

通过对污泥絮凝颗粒粒径分布、污泥比阻、泥饼含固率、上清液体积及其中核酸、蛋白质和总糖浓度的测定,研究了不同剂型和剂量阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）对城市污泥沉降性能和脱水性能的影响及机制.结果表明,当PAM相对分子质量相同时,提高水解度能改善污泥的沉降和脱水性能;当PAM水解度相同时,提高相对分子质量亦可改善其沉降和脱水...     

紫色土旱坡地油菜/玉米轮作下氮流失的年际变化特征

明确三峡库区紫色土旱坡地氮流失的年际变化特征,为库区的施肥管理措施和面源污染治理提供参考.依托中国科学院成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站,于2018～2020年连续3 a设置不施肥(CK)、常规施肥(F)、优化施肥(OF)、化肥减量配施生物炭(BF)和化肥减量配施秸秆覆盖(SF)5种处理,研究紫色土旱坡地在油菜-玉米轮作模式下氮流失的年际变化特征.结果表明：(1)三峡库区紫色土旱坡地地表径流主要发生在5月和8月,壤中流主要发生在6～10月. 2018～2020年降雨量逐年增加,各处理地表径流产流量逐年减少,壤中流产流量大致呈逐年增加的趋势,年尺度下,壤中流产流量和产流次数均高于地表径流.(2)2018～2020年每年各形态氮的最高流失浓度出现时间大概一致,地表径流全氮、铵态氮和硝态氮最高流失浓度分别出现在5、 8～10和7月,壤中流各形态氮最高流失浓度分别出现在10、 10和5～7月.(3)地表径流各形态氮流失通量呈逐年降低趋势,壤中流各形态氮流失通量大致逐年增加.(4)生物炭和秸秆还田第一年降低氮流失通量的效果较好,但后续两年还田反而加剧了氮素流失通量.因此,三峡库区紫色土旱坡...     

土地利用方式对紫色土丘陵区土壤剖面碳、氮影响

采取野外调查与室内分析相结合的方法研究了紫色土丘陵区林地、撂荒地、水田、旱地土壤剖面(0～40 cm)有机碳、全氮变化特征.结果表明.有机碳、全氮均随土层深度增加而逐渐减小,且林地、撂荒地有机碳递减幅度高于水田、旱地.相对于撂荒地和旱地,水田、林地更利于有机碳、全氮的积累.林地有机碳和全氮在0～5 cm土层表现出绝对优势;随土层递增,与水田、撂荒地和旱地的差异逐渐减小.水田有机碳和全氮在大于10 cm土层显示最大值.而撂荒地有机碳和全氮仅在土壤表层高于旱地.有机碳与全氮存在显著正相关关系;w(C)/w(N)随土层深度增加而降低,且林地、撂荒地降低幅度较大.因此相对于水田、旱地,林地和撂荒地w(C)/w(N)仅在0～10 cm显示较大值.可见,土地利用方式对陆地生态系统碳、氮蓄积有明显影响,通过旱地还林或撂荒可以增加土壤特别是表层土壤对碳、氮的积累.