干湿交替下生物炭添加对灰漠土CO2排放的影响

为探究干湿交替条件下,农田土壤CO₂排放对生物炭添加的响应特征及其影响因素,通过室外土柱模拟试验,在灰漠土中添加不同粒径棉花秸秆生物炭(<0.25 mm, M1; 0.25～1 mm, M2; 1～5 mm, M3;>5 mm, M4)和葡萄藤生物炭(<0.25 mm, P1; 0.25～1 mm, P2; 1～5 mm,P3;>5 mm, P4),研究干湿交替下生物炭的类型、粒径对土壤CO₂排放特征的影响.结果表明,添加生物炭改变了土壤CO2排放速率,土壤CO₂累积排放量随棉花秸秆生物炭粒径的增加而降低,不同生物炭类型对土壤CO₂排放速率的影响存在极显著差异(p <0.001).在湿润阶段,棉花秸秆生物炭处理土壤CO₂累积排放量为20.67～28.26 g·m-2·d-1,与其相比,同一粒径下葡萄藤生物炭处理土壤CO₂累积排放量显著降低,降低了13.18%～28.83%;在干旱阶段,与对照处理相比,葡萄藤生物炭处理下土壤CO...     

持续淹水和干湿交替预培养对2种水稻土中Cd形态分配及高丹草Cd吸收的影响

采用盆栽试验的方法,研究了前期持续淹水和干湿交替预培养对2种水稻土———太湖地区黄泥土、江西鹰潭红壤性水稻土中外源Cd形态分配及高丹草吸收Cd的影响.结果表明,在5mg·kg^-1和10mg·kg^-1外源Cd处理下,与干湿交替预培养比较,持续淹水预培养后黄泥土中MgCl₂提取态Cd分别由21.8%、28.5%下降为8.0%、16.9%,而NH₂OH.HCl提取态Cd由17.7%、17.3%升高为28.1%、37.5%;红壤性水稻土NaAc提取态Cd由20.8%、29.6%下降为11.6%、12.6%.回归分析表明,MgCl₂提取态Cd与高丹草Cd吸收量呈显著负相关关系.长期淹水预培养显著降低高丹草对黄泥土Cd的吸收.     

外源氧化铁对水稻土甲烷形成的抑制

通过添加不同氧化铁的土壤泥浆厌氧恒温养实验发现，无定形氧化铁和纤铁矿能显著的降低水稻土中的H2和乙酸浓度，并导致甲烷形成被抑制，易还原氧化铁可使H2的稳态浓度由对照的2－4mg/m^3降低到0．3－1.0mg/m^3，并使得体系的Gibb's自由能（△GH）增大到－10kJ/mol，从而有效地抑制了依赖H2营养的产甲烷过程，添加氧化铁同样能消耗体系中的乙酸，使乙酸浓度明显低于对照，但对依赖乙醇营养的△GAc的影响不显著。     

根表铁氧化物胶膜对水稻吸收诺氟沙星的影响

采用水培法研究了水稻根表铁氧化物胶膜对水稻吸收诺氟沙星的影响.结果表明,水稻根表的铁氧化物胶膜生成量随溶液中Fe2+质量浓度的增加而增加.营养液中添加诺氟沙星之后,根表铁膜量不同程度地降低,且随着添加诺氟沙星质量浓度的增加铁膜减少量有所增加.根表诺氟沙星含量与根表铁膜含量具有相关性,且相关性系数为0.959(诺氟沙星=10 mg·L-1)和0.987(诺氟沙星=50 mg·L-1),根内诺氟沙星含量以及地上部诺氟沙星含量,与根表铁膜含量没有显著相关性.添加不同质量浓度的诺氟沙星,水稻根表、根内以及地上部所含诺氟沙星的质量分数:水稻根表为87.7%~97.6%,根内为0.8%~4.8%,地上部为1.5%~7.5%,根表诺氟沙星远远大于根内以及地上部的诺氟沙星含量.因此,水稻根表形成的铁氧化物胶膜在一定程度上是一个诺氟沙星富集库,但是并没有对诺氟沙星迁移到水稻根内和地上部起到明显的促进或抑制作用.     

干湿交替对湿地土壤氮磷缓冲能力的影响

干湿交替改善人工湿地净化能力的机制尚未得到充分地研究。文章系统分析了2013年冬季表流湿地在干湿交替的落干过程中,土壤中有机质(OM)和氮(N)磷(P)含量的变化以及对营养元素的吸附和蓄积能力。结果表明,表流湿地正常运行时,小范围的水深差异对经历落干过程的土壤OM、N和P含量变化没有明显影响;在干湿交替的落干过程中,土壤有机质和氮磷含量均明显低于对照值,土壤对氮素的缓冲能力和对磷素的蓄积能力均明显增强。因此,落干能够明显恢复表流湿地土壤的净化能力。     

不同基因型水稻吸镉差异及其与根表铁氧化物胶膜的关系

采用琼脂培养方法，模拟铁在不同基因型水稻根表的氧化与淀积，研究了不央水稻吸镉的差异及其有表铁氧化物胶膜的关系，结果表明不同水稻基因型其根表淀积换的氧化物数量存在显著性差异，根表富集的镉量及根部，地上部合镉量均存在显著性差差，且镉在不同水稻植株体内转移运输能力不同；不同水稻基因型根膜中的含铁量与根表铁氧化物富集的镉量、根部的含镉量、地上部的含量存在显著性年线相关。     

几种牺牲阳极在干湿交替条件下的自放电行为比较

模拟海水与空气的干湿交替条件,对四种海船常用牺牲阳极的自放电行为进行了研究。通过测定工作电位、发生电流、溶解性能、溶解产物成分,分析了四种牺牲阳极在经历不同间浸工作周期后的电化学性能,特别是再活化性能。结果表明:在干湿交替条件下,Zn-Al-Cd阳极的电化学性能降低幅度最大,Al-Zn-In-Cd阳极次之,它们均不适合在此环境中使用;Al-Zn-In-Mg-Ti的电化学性能比前两者好,Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn则最适合作为干湿交替环境中的牺牲阳极。     

干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响

目的研究干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响。方法应用电化学阻抗谱技术,结合浸泡过程中涂层表面以及基底金属的形貌变化,对比研究高频率干湿交替环境和低频率干湿交替环境下,浸泡初期、浸泡中期、浸泡末期有机涂层的失效过程及特征。结果高频率干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为13、2、5d,而低频干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为18、4、46 d。对比来看,高频率干湿交替显著缩短了浸泡后期的时长,加速涂层失效过程。此外,高频干湿交替使涂层起泡位置分布均匀,基底金属均匀腐蚀,这与低频干湿交替环境恰好相反。结论高频率干湿交替环境下,涂层失效较快,涂层剥离及基底金属腐蚀较均匀。     

厌氧条件水稻土铁对砷释放的影响

水稻土无定型铁矿物是砷的重要吸附载体,水稻种植需要经历的淹水厌氧阶段能促进铁矿物还原溶解并使其吸附的砷释放进入水稻土溶液.本研究重点考察了厌氧环境中水稻土在培养液的富集培养下不同形态砷对砷释放的贡献作用,并探究淹水缺氧环境下水稻土无定型铁矿物对砷迁移转化的影响.结果表明,相比于第一阶段,第二阶段培养液中铁(Ⅱ)和总砷浓度均显著提高(P0.05),其中两个阶段的土壤溶液均主要来源于可交换态砷(F1)和专属吸附态砷(F2),且两个阶段的培养液砷与F1+F2均呈显著正相关关系,分别为r=0.73,P0.05和r=0.657,P0.05,无定型铁结合态砷(F3)与砷浓度呈不显著正相关.两阶段的水稻土不同形态铁与培养液砷浓度均存在一定关系,水稻土盐酸提取铁(Ⅱ)浓度与砷浓度呈显著正相关(r=0.577,P0.05;r=0.613,P0.05),无定型铁矿物与砷存在负相关关系(r=-0.428,P=0.126;r=-0.564,P0.05).因此,厌氧环境下水稻土中处于亚稳状态的无定型铁矿物在总体上能有效地吸持固定砷从而抑制砷的移动和迁移.     

种植杂交稻对甲烷排放的影响及评价

早、中、晚稻三季24h稻田甲烷监测结果表明,种植杂交稻没有明显增进福田甲烷排放的作用．甲烷释放总量在3个种植季节中,除连作晚稻的杂交稻田比常规稻田高11．6％外,早稻、单季稻杂交稻田分别低于常规稻田6．4％和8．9％．稻田甲烷每周日平均释放量在水稻生长前期（移栽后5～7周）杂交稻高于常规稻,孕穗至收获期杂交稻低于常规稻．温度对甲烷释放影响十分明显．在不同水稻种植季节,稻田甲烷释放模式各不相同．经测定,杂交稻田的土壤产甲烷细菌数量及土壤产甲烷潜力明显高于常规稻田,其中产甲烷细菌数可相差数倍至2个数量级．试验结果还表明,种植水稻明显增加了稻田甲烷排放量,与侵水稻田相比．植稻田甲烷排放量增加了41．4％．     

Eh、pH和铁对水稻土砷释放的影响机制

水稻水淹管理是导致水稻土砷大量释放和水稻对砷富集累积的关键环节.为研究土壤氧化还原电位(Eh)、pH值和铁对水稻土砷释放的影响,采用有氧/厌氧和间歇式有氧水淹培养方式,并分析土壤Eh、pH值、溶解态砷和铁(Ⅱ)随时间的变化,结果表明,长期厌氧水淹培养具有最大的砷释放量,且随着土壤Eh降低,砷(Ⅲ)和总砷(Ⅴ)的浓度均显著提高,其中相比于第一阶段,第二阶段砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)浓度分别提高了1.37μg·L~(-1)和0.99μg·L~(-1);相反,间歇式有氧水淹处理砷的释放量则相对较低,当有氧处理时间最长(6 d)时,砷的释放量最低.土壤Eh与pH值和砷的关系研究表明,二者均与土壤溶液砷呈指数关系,且随着土壤Eh降低和pH提高,水稻土砷的释放速率增大;土壤溶液铁(Ⅱ)与砷则存在显著正相关关系(r=0.868,P0.001).水稻土微环境中Eh降低和pH值提升是驱动砷释放的关键因素,因而有氧水管理模式是能够抑制砷的释放和降低水稻对砷吸收累积的有效方法.     

不同施肥处理对红壤丘陵区水稻土养分状况的影响

研究依托千烟洲生态站,利用1998年建立的红壤稻田长期定位施肥试验,研究不同施肥处理对水稻土土壤碳及养分的影响。结果表明:①施用有机肥有利于提高土壤碳、 氮、 磷含量,土壤总有机碳(SOC)含量达到16.8 g·kg^-1,全氮(TN)含量达到1.5 g·kg^-1,速效氮(AN)含量达到153.8 mg·kg^-1,速效磷(AP)含量达到43.3 mg·kg^-1,而土壤速效钾(AK)含量仅达到23.0 mg·kg^-1,低于施用化肥的各个处理;②施用氮、 磷、 钾肥减缓了红壤水稻土酸化趋势,显著增加土壤AP(12.3~47.1 mg·kg^-1)、 AK(22.3~54.5 mg·kg^-1)含量;③秸秆还田可以提高稻田红壤SOC(10.8 g·kg^-1)、 TN(1.1 g·kg^-1)含量。因此,建议在红壤稻田施入适量有机肥,提倡秸秆还田,提高土壤碳含量,同时配合施用钾肥,满足作物对养分的需求;化肥、 有机肥施用量需要考虑其对水体氮、 磷污染的潜在风险。     

稻田土壤不同水分条件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的变化特征

以湖南桃源县一长期种植水稻的酸性土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了4个水分梯度处理,分别为田间持水量(water holding capacity,WHC)的30%、60%、90%和淹水2 cm深.考察了水分条件变化对硝化和反硝化作用影响,并结合定量PCR和限制性末端片段长度多态性(T-RFLP)技术研究了硝化-反硝化微生物的响应特征.结果表明,30%WHC处理土壤无明显的硝化和反硝化作用发生,硝化作用主要发生于60%WHC和90%WHC处理土壤,90%WHC处理土壤硝化作用明显强于60%WHC,并检测到明显的N2O释放,表明该水分条件可能发生了硝化-反硝化耦合作用.淹水处理土壤氧化还原势Eh显著低于非淹水处理土壤,无明显的硝化作用发生,但能检测到N2O释放且释放量小于90%WHC处理土壤.除培养初期(7 d)外,反硝化功能基因nirS和nirK,以及氨氧化细菌(AOB)amoA基因的丰度先随着水分增加而增加,并在淹水处理中小幅下降,三者之间呈明显的正相关关系,且AOB amoA、nirS和nirK基因丰度均在90%WHC处理中最高,与该处理中硝化和反硝化活性最高相一致.T-RFLP结果表明,培养2周后,nirS基因为代表的反硝化微生物群落组成对水分梯度变化产生明显响应,Eh和含水率Cw是影响其群落组成的主要因子.     

基于支持向量回归模型的水稻田甲烷排放通量预测研究

利用静态箱和气相色谱仪法获取水稻田甲烷排放通量数据,选取大气温度、土壤5 cm深温度、土壤pH、土壤Eh、土壤含水量和地表生物量作为影响因子.应用建立在结构风险最小化优化上的支持向量回归(ε-SVR)模型,采用留一法交叉检核网格搜索法(LOOCV)优化ε-SVR预测模型的参数,采用k折交叉检验的方法依据平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)对模型的精度进行验证,并与BP人工神经网络(BP-ANN)模型比较,评价ε-SVR预测模型的准确性.结果表明,通过LOOCV选择最优的惩罚因子C和损失系数ε,并由此构建的ε-SVR预测模型预测值和实测值具有很好的一致性,通过11折交叉验证后,测试样本的平均MRE为44%,平均RMSE为16.21 mg·(m2·h)-1.通过与BP-ANN模型比较,预测值和实际值相关系数达0.863,各项指标均优于BP-ANN预测模型,说明ε-SVR模型能够适用于水稻田甲烷排放通量的预测.     

节水灌溉模式对稻田CH4排放规律的影响

基于水稻节水灌溉技术和密闭静态箱技术田间原位采集甲烷气样,试验研究了水稻节水控制灌溉模式对稻田CH₄排放规律的影响.结果表明,控制灌溉稻田CH₄排放呈现明显的下午极大值型日变化,CH₄排放高峰主要出现在下午13:00,淹水处理CH₄排放峰值在1 d中各个时刻的出现具有一定的随机性.控制灌溉稻田CH₄排放呈现明显的单峰型季节排放规律,排放高峰发生在分蘖前期,比淹水处理提前了10 d.所以,控制灌溉模式在水稻返青期后的水分调控及生产性用水等水管理措施对稻田CH₄排放的影响至关重要.控制灌溉水稻全生育期的稻田CH₄排放总量为24.46 g·m^-2,比淹水稻田减少了39%,平均排放率为7.96 mg·(m²·h)^-1,但返青期和分蘖前期的CH₄平均排放率比淹水稻田高,在以后的各个生育阶段均低于淹水稻田.     

生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响

为探究生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥对照(CK)、常规施肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+NPK(LBC)、20 t·hm-2生物炭+NPK(MBC)、40 t·hm~(-2)生物炭+NPK(HBC)这5种处理下温室气体的排放规律.结果表明:(1)生物炭施用显著降低了土壤CH_4排放通量,其排放通量大小顺序为:NPKCKLBCMBCHBC,各处理CH_4排放通量均呈单峰型曲线,峰值主要集中在水稻的生长后期,整个观测期CH_4的排放通量在-0.05~47.34 mg·( m~2·h)~(-1)之间;各处理CO_2排放通量变化较复杂,介于32.95~1 350.88mg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC和MBC处理呈双峰型曲线外,其余处理均呈单峰型,不同生物炭施用量处理均延后了CO_2排放通量峰值出现的时间;N_2O的排放通量在-309.39~895.48μg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC处理呈双峰型曲线变化外,其余处理均呈单峰型曲线;(2)与空白对照处理相比,生物炭处理均可显著降低CH_4的累积排放量,而促进了CO_2和N_2O累积排放量,CH_4、CO_2和N_2O的平均累积排放量从大到小分别为CKLBCMBCHBC处理、LBCMBCHBCCK处理和HBCMBC≈LBCCK处理;与常规施肥处理相比,不同施用量生物炭添加均可显著降低CH_4和CO_2的排放,且生物炭添加量越多,对CH_4和CO_2排放的减缓作用越明显,但是对N_2O排放的抑制作用尚不明显;(3)在100 a时间尺度上各生物炭处理可显著降低温室气体的综合增温潜势,表明生物炭配施化肥是一种有效的减排措施.     

脱硫石膏对稻田CH4释放及其功能微生物种群的影响

为探究脱硫石膏对温室气体CH_4排放及其功能微生物种群的影响,采用静态暗箱/气相色谱法,高通量测序和荧光定量PCR技术,研究了FGDG0(0 t·hm~(-2))、FGDG1(2 t·hm~(-2))、FGDG2(4 t·hm~(-2))、FGDG3(8 t·hm~(-2))、FGDG4(16 t·hm~(-2))这5个施加脱硫石膏处理下CH_4排放特征、稻田细菌群落结构及产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度的变化.结果表明施加脱硫石膏后,土壤p H显著提高(P0.05),土壤氧化还原电位、有机质、速效钾含量增加,但处理间无显著差异(P0.05);稻田CH_4平均排放通量随着脱硫石膏用量增加而降低,且FGDG1FGDG2FGDG3FGDG4,较对照分别减少31.56%、57.30%、83.60%、90.66%;与对照相比,FGDG1、FGDG2处理增加了土壤细菌丰富度和多样性,但用量超过4 t·hm~(-2)后,细菌丰富度和多样性逐渐降低;与对照相比,稻田土壤硫酸盐还原菌属相对丰度显著提高6.98%~13.56%,甲烷氧化菌pmo A基因丰度增加0.3%~6.2%,产甲烷菌mrc A基因丰度显著下降2.4%~15.8%,且丰度比(pmo A/mcr A)随着脱硫石膏用量增加而增大;相关性分析表明,CH_4平均排放通量与土壤中硫酸盐还原菌属相对丰度呈显著负相关,与产甲烷菌mcr A基因丰度呈显著正相关,与pmo A/mcr A比呈显著负相关.综上,脱硫石膏能够提高稻田土壤细菌群落多样性,抑制稻田CH_4排放.     

水稻土中甲硫氨酸分解释放挥发性含硫气体的影响因素

为了探讨水稻土中含硫气体产生和释放的途径 ,在室内培养条件下 ,测定了南京水稻土中含硫气体的释放 .从该淹水土壤中测出 3种含硫气体 ;羰基硫 (COS)、二甲基硫 (DMS)和少量硫化氢 (H₂S)气体 .当土壤中加入甲硫氨酸后 ,DMS气体的释放量有了明显增加 ,此外还有大量甲硫醇 (CH₃SH)和二甲基二硫 (DMDS)气体测出 .而 COS在好氧条件 (普通大气淹水 )下的释放量明显增加 ,在厌氧条件 (充氮淹水 )下的释放量变化不明显 ;只有 H₂S的释放量几乎没变 .这些结果表明 ,甲硫氨酸的分解可能是 COS、DMS、CH₃SH和 DMDS的产生源之一 ,且释放含硫气体的种类明显不同于胱氨酸和半胱氨酸 .在好氧 (普通大气 )条件下 ,DMDS和 CH₃SH的释放量低于厌氧情况 (充氮气 )下的释放量 ,DMS则高于厌氧条件下的释放量 .这表明 ,水稻土中甲硫氨酸分解产生 DMDS和 CH3SH需较强的还原条件 ,产生这 2种气体的微生物需要严格的厌氧条件 .产生 DMS的微生物则比前者需要高一些的含氧量 .土壤 pH值和含水量及光照对甲硫氨酸分解释放含硫气体均有影响 .各含硫气体在持水率 50%、普通大气、光照条件下的释放量明显高于无光照条件下的释放量 .     

水稻土中胱氨酸分解产生含硫气体的研究

测定在室内培养情况下南京水稻土中挥发性含硫气体的释放．结果表明,该土壤中产生Ｈ２Ｓ、羰基硫（ＣＯＳ）和二甲基硫（ＭＤＳ）气体．当土壤中加入胱氨酸后,检测到甲硫醇（ＣＨ３ＳＨ）、二硫化碳（ＣＳ２）、ＣＯＳ、Ｈ２Ｓ和ＤＭＳ气体．除ＤＭＳ之外,这些气体的释放量随胱氨酸添加量增加而增加．据此推测,水稻土中胱氨酸的分解可能是ＣＨ３ＳＨ、ＣＳ２、ＣＯＳ、Ｈ２Ｓ等４种气体产生释放的来源之一．在厌氧条件（充氮淹水）下检测到的含硫气体低于好氧条件（普通大气淹水）．光照、ｐＨ值、土壤含水量等对含硫气体的释放量均有影响