农业生态系统的氮素循环研究进展

在自然和人为作用的双重驱动下,地球表面氮素的生物地球化学过程及其环境效应成为当前全球变化中区域研究的重要内容。探讨了氮素循环各个过程及其数量特征,对氮素循环模型进行了介绍,并对当前生态系统中氮素循环的研究热点进行了简要的论述。     

煤矸石复垦中的氮素积累途径

进行了煤矸石上种植接菌种草及加覆盖物种植牧草的盆栽和小区试验。结果表明，接菌种植可以显著提高植物的固氮酶活性和结瘤率，改善煤矸石的氮素贫瘠状况，促进牧草根系和地上部分的生长和煤矸石的进一步风化；这些结果在施氮量中等区w(N)=15g/100kg更为明显。同时在煤矸石上加薄层覆盖物种植豆科植物，对其氮素的积累提高和生物性状的同样具有明显的促进作用，并以黄土覆盖效果更佳。这些结果为解决煤矸石复垦中氮素缺乏的问题提供了有效途径。表3参4     

Speciation and fractionation of heavy metals in soil experimentally contaminated with Pb,Cd, Cu and Zn together and effects on soil negative surface charge

Speciation and fractionation of heavy metals in soil subsamples experimentally loaded with Pb, Cd, Cu and Zn in orthogonal design was investigated by sequential extraction, and operationally defined as water-soluble and exchangeable(SE), weakly specific adsorbed( WSA),Fe and Mn oxides-bound(OX) and organic-bound( ORG). The results showed that fractions of heavy metals in the soil subsamples depended on their speciation. About 90% of Cd and 75% of Zn existed in soil subsamples in the SE fraction. Lead and Cu existed in soil subsamples as SE, WSA and OX fractions simultaneously, although SE was still the major fraction. Organic-bound heavy metals were not clearly apparent in all the soil subsamples. The concentration of some heavy metal fractions in soil subsamples showed the good correlation with ionic impulsion of soil, especially for the SE fraction. Continuous saturation of soil subsamples with 0.20 mol/L NH4CI, which is the first step for determination of the negative surface charge of soil by the ion retention method, resulted in desorption of certain heavy metals from the soil. It was found that the percentage desorption of heavy metals from soil subsamples depended greatly on pH, the composition and original heavy metal content of the soil subsamples. However, most of the heavy metals in the soil subsamples were still be retained after multiple saturation. Compared with the parent soil, the negative surface charge of soil subsamples loaded with heavy metals did not show difference significantly from that of the parent one by statistical analysis. Heavy metals existed in the soil subsamples mainly as exchangeable and precipitated simultaneously.     

流域氮素主要输出途径及变化特征

流域农业面源输出氮素是湖泊流域水体中氮的主要来源之一,对水环境安全造成了极大威胁.不同流域间地形、水文、植被覆盖等因子的差异及气象条件的变化,造成氮的输出途径具有流域异质性及时间变化特征.本研究以高原湖泊典型流域——凤羽河流域为例,基于2011-06~2013-05期间径流水量、水质高频监测数据,应用基流分割的方法,通过分析流域产流与氮素输出途径的季节性变化,探讨了流域氮素输出的主要途径及变化特征.结果表明,基流是高原湖泊流域水量输出的主要形式和总氮输出的主要途径;基流输出水量及总氮负荷分别占流域总输出水量的80. 0%和流域总氮输负荷的71. 1%;降雨显著增加了流域水量和总氮负荷的输出量,同时改变了总氮的输出途径;降雨导致地表径流量增加,进而使流域输出水量和总氮输出负荷中地表径流途径的比重升高;当地表径流占流域输出水量的比重约达40%以上时,流域总氮输出的主要途径由基流转变为地表径流;监测周期内,地表径流输出的总氮负荷占流域总输出负荷的比重最高达65. 6%.     

浑河流域沈抚段氮素污染综合溯源研究

通过对浑河流域沈抚段水体样品和主要污染源样品采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,统计分析研究区域氮素污染现状及氮素污染来源,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,准确追踪和定量外来性氮,从而更好地控制进入浑河流域的氮负荷.结果表明,浑河流域沈抚段受排污口、支流输入、工业废水的影响较大,氮素污染严重.研究区域δ15N值在-5.23‰~33.8‰范围内波动,δ18O值变化范围较大,为-4.12‰~61.54‰.工业废水对氮素贡献率为20.6%~96.3%,贡献率最高,其次是生活污水与粪便、化学肥料、土壤,贡献率分布范围分别为0.3%~29.4%、1.2%~33.5%、1.7%~30.1%,大气沉降对氮素贡献率最低,为0~7.2%.考虑大气污染及污废水排放规律能更准确的确定氮素的污染来源.     

共沸-分馏连续操作处理醇酮装置酸性废水

为了降低环己醇、环己酮生产装置产生的含甲酸废水的COD,使其达到排放标准,降低废水排放量,减少环境污染的目的,根据共沸-分馏间歇操作处理醇酮装置酸性废水研究获得的工艺参数,采用共沸-分馏连续操作处理该酸性废水,并从中回收甲酸。介绍了共沸-分馏连续操作处理醇酮装置酸性废水的工艺过程、操作方法,给出了共沸-分馏连续操作处理该废水并回收甲酸的实验数据,完成了间歇操作改连续操作过程的工艺研究,研究结论为进一步工业化生产装置设计奠定了基础。通过研究得出,采用共沸-分馏连续操作处理该酸性废水,废水的COD由1.6×105mg/L降至3.0×102mg/L以下,达此标准水为80%以上,废水的COD去除率达到99%以上,甲酸回收率80%,连续操作实验结果优于间歇操作。     

洱海流域农田土壤氮素的矿化及其影响因素

采用好氧间歇淋洗培养法,对洱海流域内的农田、菜地土壤样品培养2周,研究土壤氮的矿化及其影响因素.结果表明,表层土壤2周氮矿化量平均为65.54mg/kg.不同农田利用方式下,表层土壤氮矿化量的平均值为露地菜田粮田大蒜田.土壤氮素矿化以硝态氮为主,且随着土壤深度的增加而降低.土壤氮矿化同全氮、有机质含量呈明显的正相关关系,与pH值呈负相关;氮矿化与无机氮含量、C/N之间无显著关系.全氮、有机质和pH值是影响该流域农田土壤矿化的主要因子.     

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.     

Fractionation of heavy metals in shallow marine sediments from Jinzhou Bay, China

This work investigated the distribution and speciation of Cd, Cu, Pb, Fe and Mn in the shallow sediments of Jinzhou Bay, Northeast China, which has been heavily contaminated by nonferrous smelting activities. The concentrations of Cd, Cu and Pb in sediments were found to be 100, 13 and 7 times, respectively, being higher than the national guideline (GB 18668-2002). Sequential extraction test showed that 39%-61% of Cd were exchangeable fractions, indicating that Cd in the sediments posed a high risk to local...     

基于固定化氮循环细菌技术的镇江金山湖生态工程效果研究

通过细菌筛选、载体分析、固定化氮循环菌制备,获取了高效固定化氮循环细菌;采用固定化氮循环细菌技术对镇江金山湖富营养化水体进行了治理研究.结果表明,经过固定化氮循环细菌释放试验,金山湖示范工程区水体和水生植物根区氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量明显增加,重建的金山湖示范工程区水体水质明显改善,TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N和NO^-₂-N平均比示范工程前分别降低44.70％、 67.17％、 31.79％和74.21％,氨氮达到Ⅱ类、总氮达到Ⅳ类水标准.固定化氮循环细菌技术对于荒漠化水体生态重建与修复具有重要意义.