植物13C标记对生物质炭理化性质的影响

研究了未标记和¹³C脉冲标记的水稻和杨树在不同温度下制备得到的生物质炭理化性质的差异.以水稻和杨树为原料,进行¹³C脉冲标记,分别在300 ℃和500 ℃下裂解,得到8种不同的生物质炭,即300 ℃和500 ℃未标记水稻生物质炭、300 ℃和500 ℃ ¹³C标记水稻生物质炭、300 ℃和500 ℃未标记杨树生物质炭及300 ℃和500 ℃ ¹³C标记杨树生物质炭,分析植物¹³C标记、裂解温度和原料对生物质炭主要理化性质的影响.结果表明,植物¹³C标记后,制备得到的生物质炭TC含量降低,固定碳含量增加,水稻生物质炭的NO₃^--N含量增加.随着裂解温度从300 ℃升高到500 ℃,¹³C标记生物质炭的灰分、pH、固定碳含量增加,DOC、TN和NH₄⁺-N含量减少,C/N有所增加.三因素方差分析表明,制备原料是影响生物质炭的灰分、TC和固定碳含量的最重要因素,对变异的解释程度分别为0.87、0.92和0.55;裂解温度是影响生物质炭的pH、DOC、TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的最重要因素,对变异的解释程度分别为0.94、0.91、0.79、0.47和0.67;生物质炭的理化性质受到制备原料、裂解温度和植物¹³C脉冲标记三者的交互作用的影响,尤其是制备原料和裂解温度之间的交互.进一步通过主成分分析发现,裂解温度对生物质炭的理化性质影响最大,其次是制备原料,植物¹³C标记的影响最小.综上所述,植物¹³C脉冲标记对所制备的生物质炭的主要理化性质存在明显影响,易分解碳和氮则主要受裂解温度的影响.本研究将为同位素技术在生物质炭研究中的应用提供基础数据,并为相关研究选择合适的生物质炭种类提供参考.     

施用水溶性有机肥条件下水稻对稻田土壤砷镉的提取效能

为了对砷(As)、镉(Cd)复合污染稻田土壤进行清洁修复,开展了田间试验,在施用水溶性有机肥强化As、Cd溶出条件下利用水稻作为修复稻进行提取. 为了评估水溶性有机肥的作用以及水稻的提取效能,分别在水稻分蘖期、抽穗扬花期和灌浆成熟期,利用扩散梯度薄膜技术(DGT)原位监测土壤剖面有效态As、Cd浓度的变化;收获时利用分级提取方法揭示土壤As、Cd赋存形态的变化,并分析植株各部位As、Cd的积累量;为了阐明去除根系的重要性,对比分析了保留和去除根系处理间土壤As、Cd浓度的差异. 结果表明,施用水溶性有机肥(OF)促进了土壤As、Cd的溶出释放,例如,OF处理39 d后土壤DGT-As (扩散梯度薄膜提取态As)和DGT-Cd (扩散梯度薄膜提取态Cd)平均浓度分别较空白对照升高了34.2%、54.9%. 水稻单株提取As、Cd总量分别为12.63、1.18 mg,其中根系As、Cd积累量占比分别为97.6%、81.3%. 与保留根系处理相比,移除根系使土壤As、Cd总量分别降低了5%、10%,土壤剖面DGT提取态的As、Cd平均浓度分别降低了41.9%、56.4%,作物易利用态As(F1+F2)和Cd(F1+F2)浓度分别降低了9.8%、6.1%. 研究显示,水溶性有机肥可促进土壤As、Cd的溶出,可作为利用水稻生长及根系移除来降低稻田土壤作物有效态As、Cd的强化策略,为As、Cd复合污染稻田土壤清洁与安全利用提供了一条有益路径.      

氮素抑制剂对水稻吸收转运镉的影响

在典型镉(Cd)污染稻田上,采用田间小区试验研究脲酶抑制剂N-丁基硫磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂双氢胺(DCD)与尿素同步基施对土壤氯化钙提取态Cd(CaCl₂-Cd)、根表胶膜Cd和水稻各部位Cd含量的影响.结果表明:与对照相比,NBPT、DCD和NBPT+DCD处理均在一定程度上降低土壤CaCl₂-Cd含量,NBPT+DCD处理CaCl₂-Cd含量显著降低15.0%.NBPT与NBPT+DCD处理提高了水稻根表胶膜量.NBPT+DCD处理稻米Cd含量显著降低18.4%,Cd由根向稻米的转运系数(TF_米/根)、茎向叶的转运系数(TF_叶/茎)和茎向稻米的转运系数(TF_米/茎)分别降低20.0%、40.6%和38.1%.Cd的TF米/根和TF米/茎降低是NBPT和DCD配施降低稻米Cd含量的主要原因.NBPT和DCD与尿素同基施是一种降低稻米Cd含量的有效措施.     

土工格栅在复合地基中对桩与土的作用机制数值分析研究

土工格栅加筋垫层复合地基近年来在处理软土路基中得到了广泛应用,但土工格栅在复合地基中对桩与土的作用机制,尚无系统研究。基于弹塑性摩尔库仑模型,采用PLAXIS有限元软件,详细分析了无土工格栅和有土工格栅在不同抗拉强度下对路基沉降、侧向位移,桩的轴力和剪力以及基础的应力扩散等影响,得到土工格栅能有效减少路基沉降及侧向位移等结论,对于路基工程中土工格栅强度的选取及其它应用具有一定的指导作用。     

污泥酵制园林营养土好氧-厌氧交替法可行性分析

为研究好氧-厌氧交替法用于脱水污泥酵制园林营养土达到无害化、营养化、腐殖化(三化)目标的可行性,开展了好氧、厌氧、交替实验效果分析。结果表明:大肠菌群死亡率,酵温50℃时为80%,60℃时为95%;好氧、厌氧、交替,冬季最高酵温分别为52.5、29.5、52.2℃(夏季分别为62.5、41.8、64℃),大肠菌群达标所需时间好氧、交替均为8 d(冬)和3d(夏),厌氧28 d以上;平均碱解氮,厌氧0.859 g/kg>交替0.856 g/kg>好氧0.798 g/kg;20 d后平均有效磷,交替1.852g/kg>好氧1.692 g/kg>厌氧1.636 g/kg;20 d后平均有效钾:交替14.215 g/kg>好氧13.187 g/kg>厌氧11.945 g/kg;20d后平均腐殖质,交替10.510 g/kg>厌氧9.398 g/kg>好氧8.768 g/kg。分析可知,好氧法、交替法可使发酵污泥达到无害化,营养化、腐殖化指标交替法高于好氧法,交替法用于污泥酵制园林三化营养土可行,其控制参数需实验确定。     

非塑性细粒粒径与含量对饱和砂类土强度的影响∗

松散状态下的饱和砂类土受剪切后出现静态液化现象,且受到细粒含量、颗粒级配、固结围压等因素的影响。而目前对于中密状态下砂类土的相关研究鲜有报道,特别对于细粒粒径的影响研究尚少。采用福建标准砂与三种不同粒径的石英粉进行混合,开展了一系列三轴不排水压缩试验。试验中保持所有土样的相对密度相同,相对密度控制为 50%,同时还考虑了细粒含量(FC = 10%,20%,30%)、围压(50,100,200 kPa)等因素的影响。试验结果表明:相同细粒含量下随着标准砂平均粒径与石英粉平均粒径比 R_d的增大(Rd = 10~65.76),最大孔隙比和最小孔隙比均有增大趋势;在细粒含量较低时(FC = 10% 和 20%),峰值偏应力随着 R_d的增大呈现近似线性递减关系,而在细粒含量较高时(FC =30%),峰值偏应力在 R_d达到某个临界值迅速下降,而后基本保持不变或者缓慢下降;中等密实状态的砂类土在高细粒含量的情况下可发生静态液化,且平均粒径比 R_d越大静态液化越容易发生,因此,评估饱和砂类土的强度需要考虑非塑性细粒粒径的不利影响。     

小农发展气候智慧型农业的效率与成本改进:倡导农地流转还是发展社会服务?

气候智慧型农业是联合国粮农组织所提出的积极响应气候变化、有效保障作物生产安全的新型农业发展模式。碳减排是发展气候智慧型农业的核心要义,而中国大量且长期存在的小农是发展气候智慧型农业不可背离的重要主体。基于湖北省水稻主产区气候智慧型农业发展的调研,继而利用方向性距离函数对小农发展气候智慧型农业,即低碳生产效率与碳边际减排成本进行测算,并进一步考察小农通过土地流转或农业社会化服务衔接现代农业,对低碳生产效率和碳边际减排成本的影响。结果表明:(1)基于小农发展气候智慧型农业仍处于"低效率—高成本"阶段,水稻低碳生产效率仍存在平均56%的提升空间;碳边际减排成本均值为34.13元/kgCE;(2)土地转入虽未能提升水稻低碳生产效率,但却具有碳边际减排成本优势;(3)生产雇工和农机服务对水稻低碳生产效率和碳边际减排成本均具有显著的正向影响,可见通过农业社会化服务实现低碳生产效率的提升仍面临分工与交易费用的两难之困。基于上述结论,提出促进小农发展气候智慧型农业,实现低碳生产相关政策启示。