纳米碳及其复合材料对油菜生长和土壤氮素保持效应的影响

采用盆栽种植实验及淋溶试验方法,研究了纳米碳及其与沸石、保水剂等材料复合对油菜生长和土壤氮素淋溶情况的影响.结果表明,在各处理中,纳米碳与沸石和保水剂复合材料处理(N4)对油菜的株高和干重影响最明显,较空白对照组(CK)分别增加21.12%和16.51%;在土壤淋溶试验中,各处理的土壤总氮淋出量较CK减少25.00%~39.21%,其中,累积淋溶中NH+4-N量占总氮量的4.44%~6.73%,各处理间无显著差异,NO-3-N量占总氮量的49.33%~60.05%,但各处理间差异显著;纳米碳和沸石复合处理能有效延缓NO-3-N峰值出现时间,减少NO-3-N流失.因此,N4处理在促进作物生长和氮素保持增效利用方面效果最佳.     

生物炭对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的影响

滨海湿地盐碱土壤在全球碳氮循环及调节气候变化中起着重要作用。环境友好型土壤改良剂生物炭（Biochar,BC）在缓解气候变化和促进农业可持续发展方面前景巨大。然而,现有研究多关注BC对滨海湿地盐碱土壤中温室气体排放及土壤氮素流失的影响,缺乏其对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的深入研究和系统总结。本文综合分析了施用BC对滨海湿地盐碱土壤植被碳库、有机碳库、有机碳矿化及生物固氮、硝化、反硝化、矿化、氨损失等碳氮循环过程的影响和可能机制。指出未来应关注长期野外研究,利用宏基因组等现代分子生物技术,阐明BC对土壤碳氮循环影响的分子生物学机制,以期为滨海湿地生态系统的修复与功能保育提供理论依据。     

长江经济带氮淋溶流失空间格局及其水环境影响评估

氮淋溶流失是地表和地下水环境退化的重要驱动过程.由于氮素迁移转化过程复杂,量化氮淋溶流失及其水环境影响是区域营养盐管理的重点和难点.本研究从天然和人为输入角度构建了陆域氮淋溶流失模型,核算了2011—2015年长江经济带地级市单元的氮淋溶流失量,并基于灰水足迹和水资源量评估了氮淋溶流失的水环境影响.结果表明:①长江经济带的氮年均输入强度为8465 kg·km~(-2),以人为输入源为主,占总氮输入的89.9%;②研究区总氮输入的19.4%被淋溶流失到水环境中,平均淋溶流失强度为1656 kg·km~(-2);非点源是长江经济带的最大来源,淋溶流失系数平均值为0.143;③基于实测氮通量的反演结果与氮淋溶流失核算量存在显著的线性相关关系,表明基于氮输入核算的氮流失量能够反映氮淋溶流失空间分布规律;④长江经济带的氮淋溶流失导致的灰水足迹已经超过地区水资源总量,地级市单元的氮污染指数最高达到29.2,氮的水环境超载问题十分严重.     

四川盆地桢楠和马尾松人工林土壤磷截留及淋溶流失特征

为理解人工林土壤磷截留与淋溶流失特征随降水格局的变化,研究了2013年12月至2014年12月期间,四川盆地桢楠和马尾松人工林土壤磷元素在旱季早期、旱季末期、雨季早期、雨季中期和雨季末期5个关键时期的输入、淋溶输出和截留过程.通过连续采样,分析了水溶性全磷(TDP)、水溶性有机磷(DOP)和溶解性反应磷(DRP).研究结果表明,桢楠和马尾松林土壤对TDP的截留量别为2.65和0.84 kg·hm-2·a-1,土壤TDP淋溶输出量分别为1.10和3.23 kg·hm-2·a-1,其中,截留和淋失的土壤DOP占TDP的84%以上.桢楠和马尾松林土壤的磷截留和淋溶输出过程主要集中于旱季早期、旱季末期和雨季早期,并且两地土壤DOP和TDP的淋溶输出量及桢楠林土壤DOP和DRP的截留量都随这3个时期呈显著增加趋势,马尾松林土壤DRP的截留量随5个时期呈递减趋势,且雨季早期的土壤DOP的截留量为-0.46 kg·hm-2,表现为净流失.桢楠人工林土壤在雨季中期和雨季末期的DRP也表现为净流失.桢楠林土壤DRP的输入量和截留量与降水量呈显著正相关(p0.01),其输出量与降水量不相关.马尾松林土壤DOP和DRP的输入量、土壤DOP的截留量和土壤DRP的输出量与降水量显著正相关(p0.01).此外,桢楠和马尾松林土壤磷的淋溶输出和截留量与对应磷组分的输入量呈显著正相关(p0.01),但马尾松林土壤DOP的截留量与DOP的输入量不相关.由此可见,桢楠和马尾松人工林土壤磷的淋溶输出形式以DOP为主,主要发生在旱季和雨季早期.     

模拟酸雨对钝化剂修复镉污染土壤效果研究

采用土柱试验和盆栽试验方法,研究模拟酸雨淋溶和水淋溶1a期间,海泡石、生物炭和有机肥对四川(SC)和湖南(HN)镉(Cd)污染农田土壤稳定效果及小白菜富集Cd的影响.结果表明:与水淋溶相比,酸雨淋溶降低SC和HN土壤淋出液pH值,增加淋出液电导率(EC)、可溶性有机碳(DOC)和Cd含量,其中SC和HN土壤淋出液Cd含量增加幅度分别为48.85%~77.16%和50.92%~73.44%;而且酸雨淋溶降低两种土壤有机碳(SOC)含量,增加土壤Cd有效态含量(CaCl₂-Cd)和溶出量(TCLP-Cd),促进土壤Cd由残渣态向酸溶态转化,SC和HN土壤残渣态Cd含量平均降低3.61%和2.81%.无论是水淋溶还是酸雨淋溶,海泡石和生物炭均能显著降低两种土壤CaCl₂-Cd和TCLP-Cd含量(P<0.05),但有机肥仅对HN土壤Cd的固定效果显著.与水淋溶相比,酸雨淋溶后抑制小白菜的生长,促进小白菜对Cd的富集.添加海泡石和生物炭后两种土壤的小白菜产量显著增加(P<0.05),且小白菜可食部位Cd含量平均降低58.85%和43.08%.酸雨淋溶后SC土壤加海泡石和生物炭处理,小白菜可食部位Cd含量均满足国家安全食用标准(GB2762-2017) (Cd≤0.2mg/kg),HN土壤仅海泡石处理的小白菜可食部位Cd含量满足国家安全食用标准.本研究表明酸雨淋溶影响钝化剂对Cd的固定效果,进行污染土壤原位修复时要关注酸雨的影响,根据污染土壤性质选择合适的钝化剂.     

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

不同土壤湿润速率下中性紫色土磷素淋溶的动态变化

土壤的湿润过程是一种常见的非生物胁迫形式,为探明土壤湿润速率对土壤磷素淋溶的影响,以及土壤微生物生物量与磷素淋溶形式的相关性,设置0、2、4、24、48 h这5个不同土壤湿润速率,对5个长期不同施肥处理的中性紫色土进行了室内磷素淋溶模拟分析.结果表明:①土壤湿润过程中微生物生物量碳(MBC)在2 h降到最低,随着湿润速率的降低,MBC逐渐升高;②缓慢的土壤湿润速率有利于增强土壤的微生物活性,有机肥配施氮磷钾肥(MNPK)的增强效果更加明显;③所有施肥处理的磷素淋溶主要发生在0、2、4 h快速湿润速率下,对于施用化肥的土壤而言,缓慢湿润是减缓土壤磷素淋失的重要举措,在田间磷素管理过程中具有重要意义;④土壤淋洗出的磷以溶解态有机磷为主,所有处理的淋洗液中DTP/TP、DOP/TP变化幅度最高,分别为35.42%~85.99%、29.74%~78.58%;⑤随着湿润速率的降低,土壤微生物生物量碳与淋洗液中TP和TDP呈极显著负相关,与DOP呈显著负相关(P<0.05).综上所述,可以推测土壤湿润后淋洗出的磷主要来源于土壤微生物.     

西南酸雨地区土壤中铝溶出规律的探讨

本文介绍了实验室动态模拟结果,对西南地区酸性沉降引起的土壤铝淋溶过程予以探讨。通过计算机推算拟合,提出了预测土壤中铝淋溶容量计算法。运用正交实验法,研究了近似于天然的动态过程中影响铝淋溶的主要因素及各因素间的相关性。得到了当降雨pH<6.0时,酸性土或弱酸性土中铝溶量和时间呈指数关系,以及影响铝溶出因素主要是酸雨的pH值、土壤的缓冲能力和环境温度等结论。     

南方土壤酸沉降敏感性研究Ⅲ.Si释放与缓冲作用

研究了模拟酸雨淋溶过程中南方主要土壤硅释放量与缓冲机理。结果表明,土壤中存在两个缓冲体系,pH值高于3.0时,土壤以初级缓冲体系为主;pH值低于3.0,尤其是离子淋溶量高于或接近CEC值后,次级缓冲体系成为主要的质子缓冲源。淋溶液pH值的降低可加速矿物风化和Si的释放,从而促进土壤中Si的淋溶,但Si的淋溶同时受到吸附、沉淀与转化过程及土壤初始条件的影响。     

药物及个人护理品在土壤中的淋溶迁移性评价

为了进一步明确药物及个人护理品(PPCPs)的环境风险,利用EPI Suite(4.11)软件计算了54种PPCPs在土壤中的半衰期(T1/2)、有机碳-水分配系数(Koc)、辛醇-水分配系数(Kow)和溶解度(S),并采用地下水污染指数(GUS)法评价了PPCPs在土壤中的淋溶迁移性。结果表明:54种PPCPs中,28种(占总数的52%)淋溶迁移性高,17种淋溶迁移性低,其余9种淋溶迁移性中等。对于所研究的PPCPs,其GUS与log Koc有较好的负相关性,这为评价PPCPs的淋溶迁移性提供了简易方法。说明淋溶迁移性主要受吸附作用的影响,且随着PPCPs吸附性的增强而降低。验证表明评价结果具有一定的合理性,也应综合考虑PPCPs浓度、气候条件、水文地质条件等因素对淋溶迁移性的影响,以更好地预测PPCPs对地下水的污染风险。     

生物炭添加对两种类型土壤DOC淋失影响

生物炭能增加土壤碳库贮量,对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化起到不可忽视的作用。可溶性有机碳(DOC)是土壤碳库中十分重要的组分,研究生物炭对DOC淋失影响对深入了解生物炭对土壤有机碳循环具有重要意义。本文以新疆和河南两种土壤为对象,通过室内土柱淋滤试验研究生物炭添加对不同类型土壤中溶解性有机碳(DOC)淋失影响以及添加不同生物炭对同种土壤淋滤液中DOC淋失影响特征。结果表明,新疆和河南土壤淋滤液DOC浓度和淋失量随着生物炭添加比例增加(1%,5%,10%)而减少。与玉米秸秆和锯末混合物为原料制成生物炭相比,玉米秸秆生物炭能显著降低新疆土壤淋滤液中DOC浓度。     

土柱淋洗实验研究进展及其在土壤有机碳迁移研究中的应用展望

土壤碳库是陆地生态系统碳循环中重要的源与汇,其小幅的变化都将对大气CO2含量造成巨大的反馈.全球约有1 500 Gt的有机碳储存在土壤中,土壤有机碳的迁移转化一直以来是学者们关注的热点问题.土柱淋洗实验在农业、林业、环境科学等研究领域广泛应用,并在土壤溶质运移模拟、土壤水文性质、重金属和污染物迁移转化等科学研究中取得了...     

生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用

淋洗作用是土壤氮肥损失途径之一,也是环境水体氮素污染的重要途径。研发降低土壤氮素淋失的技术途径不仅有助于提高氮肥利用率和降低化肥的施用量,而且有助于防治水体污染和改善生态环境。本文通过淋滤实验研究了生物炭对我国两种重要土壤类型黒钙土和紫色土氮素淋失的影响。由玉米秸秆制成的生物炭按10 t/ha,50 t/ha,100 t/ha的比例施用于土壤,同时模拟田间尿素施用量240 kg.N/ha并用相当于每天10 mm的降水量用去离子水淋洗土壤。对淋滤液氮素组成和含量分析结果显示,在不施用生物炭的条件下,黒钙土和紫色土总氮的淋失量分别占土壤(土壤+尿素)总氮含量的7.5%和9.0%,氮素的淋失主要发生在前130 mm降水过程中,其淋失量占全部淋失量的96%。在淋失的成分中,除硝态氮外,有机氮也是重要的组成物质,二者均占淋失总氮量的48%。生物炭的施用可以大幅度地降低氮素的淋失作用。50 t/ha和100t/ha的生物炭施用量降低黑钙土氮素淋失分别为29%和74%,减少紫色土氮素淋失分别达41%和78%。但10 t/ha的生物炭施用量却增加黒钙土和紫色土氮素淋失量分别达到22%和2%。这表明较低的生物炭施用量会促进氮素的淋失。生物炭对有机氮淋失的抑制作用大于硝态氮。100 t/ha的生物炭施用量对有机氮和硝态氮淋失的降低率分别为88%和62%左右,因土壤类型不同而有所差异。上述研究结果为寻求防治土壤氮素淋失的技术方法提供了理论依据。     

中国南方喀斯特地区碳循环研究进展

中国南方喀斯特地区碳循环路径与过程基本清晰,与其他陆地生态系统明显不同,呈现出鲜明的区域特色:雨热同季、地质构造背景与碳酸盐岩可溶性的耦合,导致碳酸盐岩中大量封存的碳重新进入生态系统碳的循环;二元三维结构中地下空间CO_2具体动态变化性,可视为次级碳库,影响生态系统碳的循环过程;陆生植物、水生植物均有利用HCO_3~-碳源进行光合作用的新途径;发现了碳酸盐岩快速的风化作用与水生植物生物碳泵的耦合机制,喀斯特作用碳汇效应得以确证。但是,中国南方喀斯特地区碳循环的研究还存在明显不足:喀斯特作用碳汇量的估算受到气候变化、土地利用变化的正负机制、外源酸等多因素的挑战,还具有很大的不确定性;植被、土壤与岩石、地下空间次级碳库、大气、大气降水存在复杂的多界面作用过程,碳的通量及迁移转化机制仍不明确。未来研究应重视:针对喀斯特地区特点的新研究方法、技术的研发;喀斯特关键带理念的统领;联网长期观测;模型的集成与创新。     

碳中和战略下煤矿区生态碳汇体系构建及功能提升展望

煤炭资源开发引起矿区生态碳汇总量的降低,在碳中和战略下探索煤矿区生态碳汇提升技术和模式具有重大意义.通过研究构建了包括管理模式与技术方法两个层次,土壤碳汇、植被碳汇和湿地碳汇这3个主要类别,矿区生态碳汇规划、碳汇监测调查、碳汇功能提升和碳汇损失防控等多项技术内容的煤矿区生态碳汇体系框架,明确了煤矿区的主要生态碳汇类型(...     

水环境中化能自养微生物种群及固碳功能研究

化能自养微生物可通过还原性物质的氧化获取化学能以固定无机碳,在缺乏光照的海洋深处、水体沉积物等植物无法生存的环境中固碳,对吸收大气、海洋、湿地中的CO₂具有重要作用。本文基于化能自养微生物的研究现状,概述了其主要固碳途径及参与化能自养固碳的主要微生物类群,着重阐述了化能自养微生物在不同水环境中的固碳功能。同时,本文对水环境中化能自养微生物研究的趋势进行了展望,固碳量的精确计算与化能自养固定的有机碳的存在形式与去向应得到更多研究与探讨,以期增进对碳循环的相关认识。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

排水造林对小兴安岭湿地土壤溶解性有机碳生物降解和淋溶的影响

以小兴安岭湿地为研究对象,分析了不同年代排水造林的森林沼泽湿地土壤溶解性有机碳(DOC)含量变化及生物降解特征,探讨了排水造林时间对土壤DOC及无机氮(NH+4-N+NO-3-N)淋溶动态变化的影响.结果表明:1排水造林时间对土壤DOC含量变化影响显著(p0.05).2003年(PS03)、1992年(PS92)、1985年(PS85)排水造林后的人工兴安落叶松湿地土壤DOC含量均低于未排水造林的天然兴安落叶松苔草湿地(XATC),且排水造林时间越长,土壤DOC含量越少.2在生物降解过程中,土壤DOC的变化趋势表现为初期降解速率较快,而后逐渐减慢并趋于稳定.其中周转时间为1 d的易降解DOC所占比重表现为:PS92XATCPS03PS85,表明排水时间达到一定阈值后,易降解DOC部分可能会转化为难降解部分.3在淋溶过程中,随着淋溶次数的增加,淋出液中DOC含量呈现为先增加后减小的趋势,淋溶1 d后,不同年代排水造林的森林沼泽湿地土壤DOC的淋失率表现为:PS85PS92PS03XATC,表明排水造林时间越长,土壤DOC淋失率越大,因此长时间的排水造林改造可能进一步影响土壤养分的贮量及其有效性.     

洱海入湖河流水体悬浮颗粒物有机碳氮来源特征

以洱海主要入湖河流水体悬浮颗粒物为研究对象,运用稳定同位素技术,研究了不同季节、不同河流水体悬浮颗粒物中有机碳、氮的来源,探讨了其与流域环境和人类活动之间的关系. 结果表明:①入湖河流水体悬浮颗粒物δ13C的离散程度为夏季<秋季<冬季<春季,变化范围分别为-25.1‰~-16.9‰、-30.0‰~-10.7‰、-20.9‰~-11.0‰和-28.6‰~-14.4‰;δ15N的离散程度为冬季>夏季>春季>秋季,变化范围分别为-0.5‰~8.8‰、5.4‰~10.6‰、3.4‰~7.9‰和6.2‰~8.7‰. ②入湖河流水体悬浮颗粒物有机质的来源,春季以陆源C₃植物和自生有机质为主,并且C₃植物来源的有机质贡献呈逐渐增大趋势;夏季主要来源于陆源C₃植物;秋季仍以陆源C₃植物和水生植物的混合来源为主,但水生植物来源有机质比例有所上升;冬季则以陆源C₃、C₄植物和水生植物来源有机质混合来源为主. ③入湖河流水体悬浮颗粒物中的氮,春季主要来源于土壤流失和水生植物残体,并且土壤流失氮比例逐渐升高;夏季主要来源于土壤流失;秋季来源于土壤流失、化学肥料和水生植物死亡的共同作用;冬季来源于化学肥料、土壤流失和水生植物,并且化学肥料带来的氮比例有所上升.      

白云岩石漠化坡地土壤改良盆栽试验研究报道——以种植黑麦草为例

本文针对白云岩坡地土壤漏水、漏肥问题,通过对白云岩坡地土壤施用保水剂和活性炭,开展土壤改良的盆栽试验,探讨保水剂和活性炭对白云岩坡地土壤的理化性质和水分养分流失以及黑麦草生物量的影响。结果表明:(1)通过添加保水剂,可以有效改善土壤理化性质、减少水分渗漏,提高植物可利用水分。添加0.5%和1%的保水剂,渗漏水量和容重明显降低,孔隙度、土壤含水量、全氮、碱解氮、速效钾和有机质含量显著提高,总生物量分别比未添加保水剂处理增加了15.71%和22.79%。(2)添加活性炭,可以有效减少养分淋失,增加农作物产量,缓解白云岩坡地土壤"漏肥"问题。添加3%和5%的活性炭,土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质含量显著增加,总生物量分别比不添加活性炭处理增加了42.55%和64.76%。(3)保水剂和活性炭的建议添加比例分别为1%和5%。保水剂和活性炭作为土壤改良剂,可以有效改善土壤物理结构,降低土壤水分渗漏量,减少养分漏失,提高作物产量,为白云岩石漠化坡地土壤的"漏水"和"漏肥"问题探寻一种新的解决途径,提高土地生产力。