微生物生理群在猪粪秸秆高温堆肥碳氮转化中的作用

在自制的强制通风静态堆肥反应箱中,猪粪与秸秆以鲜重7∶1的比例进行了堆肥化实验,在堆制的23 d里根据堆温变化分阶段采集堆肥样品,利用MPN法测定了堆料中纤维素分解菌和氮素微生物生理群的数量变化,同时测定了相应的碳、氮含量。结果表明,纤维素分解菌在稳定腐熟阶段较多,对于后期有机碳的降解和腐殖质含量的增大起了很大的作用,在堆制的23 d里,腐殖质增加了2.4%。整个堆制过程中,氨化细菌的数量最大且与氨气释放浓度和铵态氮含量呈显著正相关,都在高温期增加,降温期后减少,氨化细菌的数量在高温期的增加率远高于降温期后的减少率,而铵态氮在高温期的增加率远低于在降温后期的减少率,铵态氮总体上减少了74.1%;亚硝化细菌数量与硝态氮呈正相关;反硝化细菌数量在降温期上升幅度较大,堆制结束时为堆制初期的13倍,且与堆肥中硝态氮含量呈正相关;硝态氮含量增加了87.5%;堆肥后期硝态氮的增加可能与堆肥中存在能进行硝化作用的反硝化细菌有关。固氮菌数量在堆制结束时达堆制初期的2.61倍,主要在降温期增加较多,对堆肥中有机氮的形成起很大作用。     

新乡市冬、春季节PM2.5中水溶性离子及重金属的污染特征与源解析

于2015年12月—2016年1月(冬季,采暖季)和2016年3—4月(春季,非采暖季)在河南新乡采集了125个膜样本,用重量法分析了PM_(2.5)的质量浓度,电感耦合等离子体-质谱分析仪(ICP-MS)分析了20种常见的金属元素,离子色谱(IC)分析了颗粒物中NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)7种水溶性离子,同时结合气象因子与主因子分析法(PCA)对PM_(2.5)进行追因溯源.结果表明:新乡市采暖季和非采暖季PM_(2.5)浓度均值分别为250.17和148.67μg·m~(-3),污染严重;主要金属元素均为Al、Ca、Zn、Fe、Pb,5种元素总共分别占20种金属元素总量的68%和51%;NH_4~+、SO_4~(2-)和NO_3~-占比均超过水溶性盐离子总量的90%.气象条件与地形条件分别对采暖季和非采暖季的PM_(2.5)局地污染有重要影响;PCA结果发现,新乡市采暖季的PM_(2.5)有3个主要来源,分别为燃煤源(31.86%)、农业源/机动车尾气源(19.34%)和土壤/地面扬尘(22.69%);而非采暖季的3个主要来源分别为机动车尾气源/地壳源(41.67%)、煤炭燃烧源/工业排放源(32.20%)及地面扬尘(12.18%).可见煤炭燃烧、机动车尾气排放对新乡市冬、春季大气污染的贡献较大.     

猪粪秸秆高温堆肥过程中碳氮转化特征与堆肥周期探讨

将猪粪与秸秆以7：1（质量比,以鲜重计）的比例,在自制的强制通风静态堆肥反应箱中进行高温堆肥试验,研究了堆肥过程中碳氮转化特征及其腐熟时间.同时,在堆制的23d中,根据堆温变化采样6次,分析了堆肥样品中各种氮素和碳素含量及其它性质的变化情况.结果表明：堆肥结束时,硝态氮含量增加了103.0%,铵态氮、有机氮、总氮含量分...     

覆盖处理对猪粪秸秆堆肥中氮素转化和堆肥质量的影响

为了探讨覆盖措施对堆肥化中氮素转化与堆肥质量的影响,在自制的强制通风静态堆肥箱中,模拟研究了覆盖腐熟堆肥后,下层猪粪秸秆堆肥及覆盖层中氮素形态和其他腐熟度指标的变化.结果表明:覆盖处理降低了下层堆肥中的含水率、种子发芽指数(GI值)、升温期和高温期的pH值,增大了降温期后的堆肥电导率EC值,而对堆温影响不大.覆盖处理未改变堆制初期下层堆肥中氨气的释放总量,只延缓了氨气的释放时间,但明显增加了降温期后堆肥中硝态氮和有机氮的含量.在堆制期间,覆盖处理的下层堆肥中硝态氮、有机氮、总氮和总磷含量的增幅分别比对照高66.7％、33.8％、32.7％和138.6％;而有机碳降解率、铵态氮和腐殖质含量的降幅则分别比对照低1.1％、8.0％和3.7％.覆盖层中pH值、铵态氮和硝态氮含量的变化说明腐熟堆肥能够吸收下层堆肥释放的氨气并进行硝化作用;覆盖层的腐熟堆肥总体上进行了矿化作用,从而影响了下层堆肥的氮素转化过程及质量.     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

苹果园土壤呼吸的变化及生物和非生物因素的影响

了解果园土壤呼吸变化及其影响因素,有利于深入理解退耕还果条件下黄土高原地区土壤碳源汇功能.在长武农田生态系统国家野外站,以盛产期果园(2000年建成)为对象,利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)于2011、2012年监测了果树冠幅下距树干不同距离处土壤呼吸、土壤水分和温度变化,分析了土壤呼吸的时空变化及其影响因素.结果表明:①土壤呼吸速率随着距树干距离延长而降低.与2 m处相比,0.5 m处土壤累积呼吸量2011年提高20%,2012年提高31%;0.5 m和2 m处土壤呼吸的温度敏感性(Q10)2011年相应依次为1.79和1.56,2012年依次为1.79和1.38.②距树干2 m处温度和水分稍高于0.5 m处,但差异不显著(P>0.05).土壤呼吸与土壤温度均呈显著的指数关系,而与土壤水分的相关性不显著.温度变化可解释土壤呼吸的季节性变化,但并不能解释距离树干不同处的差异.③距离树干不同位置处的根系密度差异是影响果园土壤呼吸空间变化及其温度敏感性的重要生物因素;④冠幅下土壤呼吸的变异系数为23%~31%.估算果园土壤呼吸需考虑其距离树干的空间差异性.     

黄土区果园和刺槐林生态系统土壤有机碳变化及影响因素

果园和刺槐是黄土区小流域综合治理中两种典型土地利用方式,对比分析二者土壤固碳功能变化有助于深入了解小流域综合治理条件下陆地生态系统土壤碳循环过程及其影响因素.在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,针对20世纪80年代以来综合治理的王东沟小流域,选取坡地上不同生长年限苹果园和刺槐林群落,测定表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及根系生物量和地表凋落物含量,研究不同治理措施下SOC的变化特征及其影响因素.结果表明:1随生长年限的增加,苹果园中SOC、TN含量呈降低趋势,而刺槐林中呈增加趋势.与农地(对照)相比,3年、8年、12年、18年苹果园SOC、TN含量分别降低了3.26%、10.54%、18.08%、22.55%和-8.08%、-0.48%、4.97%、16.91%,12年、18年、25年刺槐林SOC、TN含量分别增加了5.31%、32.36%、44.13%和2.49%、15.75%、24.22%;23年、8年、12年、18年苹果园细根生物量,分别为农地(对照)的25.97%、66.23%、85.71%和96.10%,凋落物量均为0 g·m-2,而12年、18年、25年刺槐林细根生物量相较农地(对照),分别增加了23.53%、79.41%、157.35%,凋落物输入量分别为194、298、433g·(m2·a)-1;3有机物输入差异是导致果园和刺槐生态系统土壤固碳功能差异化的重要原因.     

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%.     

双氰胺对污泥堆肥过程中酶活性和细菌群落演变的影响

鉴于氮肥增效剂在农田中的保氮经验,研究其对堆肥中氮素的保持具有重要意义.因此,本研究以氮肥增效剂-双氰胺（Dicyandiamide, DCD）为添加剂,脱水污泥为堆肥原料,进行了20 d的堆肥试验,探讨DCD对堆肥过程中氮素转化和酶活性变化及其细菌群落演变的影响.结果表明,DCD的添加降低了堆肥高温期的温度,延长了高温期的持续天数;DCD组显著降低了高温期NH₄-N的含量和整个时期NO₃-N的含量.堆肥结束时,总氮含量与对照相比提高了14.8%.此外,DCD的添加抑制了高温期纤维素分解酶和蛋白酶的活性,抑制了整个过程的硝酸还原酶的活性,而且高温期时,DCD组中厚壁菌门和绿弯菌门的丰度显著低于对照.冗余分析表明,NH₄-N、pH和温度主要影响高温期时酶的活性,NO₃-N和总氮主要影响稳定期时酶的活性.综上所述,DCD通过降低高温期的微生物丰度和相关酶活性,减缓了高温期的氨化作用和后期的硝化作用,减少了氮素损失,是一种可行的污泥堆肥添加剂.     

施氮对黄土旱塬区春玉米土壤呼吸和温度敏感性的影响

了解施氮对土壤呼吸和温度敏感性的影响,是研究农田土壤呼吸变化的重要环节,对预测农田土壤呼吸变化具有重要意义.基于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站的氮肥管理试验,于2013年4月至2014年9月利用LI-8100系统(LICOR,Lincoln,NE,USA)监测施氮和不施氮条件下旱地春玉米生长季土壤呼吸、温度、水分以及根系生物量的变化,研究施氮条件下生物与非生物因素对土壤呼吸速率和温度敏感性(Q10)的影响.施氮显著提高了生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),与不施氮相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%.但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%.施氮显著提高了春玉米产量、地上部生物量和根系生物量(P0.05).施氮处理根系生物量较不施氮处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍.施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素.