Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area

Agricultural activities are the main source of non-point pollution in the Taihu Lake region, and therefore reduction of nitrogen (N) fertilizer is imperative in this area. A two-year experiment was carried out in a paddy field of summer rice-winter wheat rotation in the Taihu Lake area, and the rice growing seasons were mainly concerned in this research. Grain yield, N accumulation at rice crucial stages, N use efficiency, as well as N losses via run off during rice growing season were determined under different N application rates. No significant differences were observed in grain yield under N fertilizer application rates of 135-270 kg N ha⁻¹ (50-100% of the conventional N application rate). Nitrogen accumulation before the heading stage (Pre-NA) accounted for 61-95% of total nitrogen absorption in mature rice, and was positively correlated with straw dry matter at harvest. Positive correlations were found between Pre-NA and straw (0.53, p < 0.05), and between grain yield and N accumulation after the heading stage (Post-NA) (0.58, p < 0.05), suggesting that increasing nitrogen accumulation after the heading stage is crucial for grain yield improvement. Poor agronomic efficiency of applied N (AE_N), partial factor productivity of applied N (PFP_N) and internal utilization efficiency of applied N (IE_N) were observed for the higher soil fertility and a higher N fertilizer input; a simple N fertilizer reduction could significantly increase the nitrogen use efficiency in this region. Nitrogen loss via runoff was positively linearly related to N application rates and severely affected by rainfall events. The highest-yielding N rates were around 232-257 kg N ha⁻¹, accounting for 86-95% of the conventional N application rates for the rice season. To reduce N losses and enhance N use efficiency, the recommendable N fertilization rate should be lower than that of the highest yield rate for rice season. Our findings indicated that nitrogen fertilizer reduction in the Taihu Lake area is feasible and necessary for maintaining grain yield, enhancing nitrogen use efficiency, and reducing environmental impact. However, the longer-term yield sustainability for the proper N application rate needs to be further investigated.     

基于改进IPAT模型的中国未来碳排放预测

在"碳排放量与能源消费成正比"假设的基础上,对中国1987—2010年的历年碳排放量和人均碳排放量进行了分区域研究与计算.经数据分析,发现以2002年为界线,前后两个时期中国碳排放变化缺乏内在的连贯性,2002年以前的碳排放曲线无法表征未来年份碳排放趋势.在此发现的基础上,以2002—2010年碳排放数据为基础,引入表征科技进步的变量,对IPAT模型进行改进,进而对2010—2050年中国碳排放进行了预测和分析.结果表明:中国排放峰值发生在2030年,全国碳排放总量将达到3684.1636Gg,人均碳排放为2.6476t;在2030年之前中国碳排放量将以平均每年2.89%的速度持续增加.2030—2050年碳排放量将以每年2.09%的速度减少,至2050年,全国碳排放量为2366.4522Gg,人均碳排放为1.8521t.本研究为中国未来碳排放政策的制定提供了方法与数据支持.     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

“散乱污”企业遥感动态监管技术及应用

针对京津冀及周边等大气污染重点地区“散乱污”企业监管缺乏有效技术手段的问题,以卫星遥感技术为基础,综合利用地面站点空气质量监测、车载走航遥测技术、污染源在线监测等多种技术手段,建立了一套“散乱污”企业动态监测与整治效果评估的方法体系,并以京津冀及周边大气污染重点区域“2+26”城市中的廊坊市为典型示范区开展了应用.结果表明:①基于卫星遥感建立的大气污染指数模型及重点关注网格可以很好地指示“散乱污”企业重点集聚区,2018年3月廊坊市在重点关注网格内识别出疑似“散乱污”企业42处.②廊坊市“散乱污”企业PM_2.5和NO₂的整治效果明显,与2017年相比,2018年其对全市PM_2.5浓度和NO₂对流层柱浓度下降的贡献率分别达11.14%和5.95%.③廊坊市“散乱污”企业分布及整治效果核查验证表明,建立的“散乱污”企业识别方法有效,污染企业识别率达79%,“散乱污”企业整治效果明显,待核验的42处疑似企业中已拆除或关停的企业有14家,其他为中小型企业.车载走航遥测技术可以有效配合现场核验,核验的疑似“散乱污”企业沿线中因“散乱污”企业已整治完毕,现场观测显示污染程度较低.研究显示,建立的“散乱污”企业动态监管技术,不仅可以掌握“散乱污”企业区域污染分布规律,而且可以有效提取重点监管目标及评估管控效果,解决了目前“散乱污”企业监管技术手段缺乏的问题,并可应用于中小企业的监管,对提升我国大气环境精准治污、科学治污水平意义重大.      

伊犁河谷夏季PM2.5和PM10中水溶性无机离子浓度特征和形成机制

区域尺度大气颗粒物的同步观测与分析是制定大气污染防治策略的重要途径.为研究伊犁河谷城市群大气颗粒物和水溶性无机离子的空间分布特征,于2021年7月19~29日期间同步采集伊宁市和周边三县大气颗粒物样品,深入分析了PM_2.5和PM₁₀中9种水溶性无机离子（WSIIs）的空间分布特征、存在形式和影响因素,并对二次无机颗粒物的形成机制进行了探讨.结果表明,夏季伊犁河谷城市群ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）均值分别为（23±3）μg ·m^-3和（59±7）μg ·m^-3,伊宁市受本地工业源和移动源排放影响,导致其PM_2.5浓度在区域中最高;伊宁县受扬尘源和地形影响,使其PM₁₀浓度在区域中最高;而霍城县的良好扩散条件使其PM_2.5和PM₁₀浓度最低.PM_2.5和PM₁₀中WSIIs占比分别介于28.2%~29.9%和16.0%~20.2%之间.4种主要离子（SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺和Ca²⁺）占到WSIIs的90%左右,在PM_2.5中浓度大小排序为：SO₄^2->Ca²⁺>NH₄⁺>NO₃^-,在PM₁₀中浓度大小排序为：SO₄^2->Ca²⁺>NO₃^->NH₄⁺;相关性研究结果显示4个城市SO₄^2-浓度相近主要是由区域输送所致,而Ca²⁺在PM_2.5和PM₁₀中占比高于国内大部分城市反映出伊犁河谷核心区城市受扬尘源的影响较大.PM_2.5和PM₁₀中n（NO₃^-）/n（SO₄^2-）分别为0.78和0.76,表明伊犁河谷受固定源影响大于移动源;4个城市n（NO₃^-）/n（SO₄^2-）的大小排序为：伊宁市>霍城县>伊宁县>察县,与各城市机动车保有量大小一致,反映出伊宁市受机动车等移动源的影响高于周边三县.二次组分主要以（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄和NH₄NO₃的形式存在,各城市NH₄⁺与SO₄^2-反应后均有盈余,盈余的铵盐在伊宁市主要以NH₄NO₃存在,与伊宁市较高的NO₂浓度有关.夏季PM_2.5和PM₁₀中NOR变化幅度分别为0.03~0.10和0.03~0.16,受夏季高温影响导致NO₃^-二次转化较弱;SOR分别介于0.21~0.41和0.23~0.44之间,察县相对较高的湿度使其SOR较高,而霍城县受区域输送影响使其SOR高于伊宁市.形成机制表明：察县和伊宁市的SO₄^2-主要由非均相反应生成,伊宁县主要由均相反应产生,而霍城县SO₄^2-的形成机制较为复杂,受到均相反应和非均相反应的共同影响.     

NO2对SO2/H2O/空气体系气溶胶成核过程的影响

为研究NO₂对SO₂/H₂O/空气体系气溶胶成核过程的影响,采用纳米扫描迁移率粒子粒径谱仪(Nano-SMPS),对NO₂/SO₂/H₂O/空气混合气体在X-射线作用下生成粒子的粒径和浓度进行测量. 结果表明,粒子的粒径在2.0~63.8 nm之间,最高数浓度可达到1.4×107 cm-3. 成核粒子谱的分布呈双峰模式,其中一个谱峰中心位置在4.0 nm附近,另一个在7.0~14.6 nm之间,分别对应于均相成核和离子诱导成核两种过程. 在均相成核方面,NO₂和SO₂均能参与气溶胶成核,而对气溶胶的生长没有明显影响,粒子的粒径主要集中在4.0 nm附近. 在离子诱导成核方面,当混合气体中φ(SO₂)低于2.12×10-6时,加入NO₂可促进粒子生成;而当超过该值时,NO₂的加入反而会降低气溶胶成核粒子的总数浓度. 当φ(SO₂)为3.61×10-6时,在φ(NO₂)分别为0.13×10-6、0.18×10-6和0.84×10-6的条件下,气溶胶成核粒子的总数浓度比不含NO₂下分别减少了25.9%、33.1%和49.0%. 研究显示,NO₂和SO₂对·OH的反应竞争作用是影响NO₂/SO₂/H₂O/空气体系气溶胶成核的重要机制.      

大气气溶胶性质及其卫星遥感反演

论述了大气气溶胶的物理性质(含微物理性质)、化学性质及光学性质,特别是黑碳气溶胶的物理、化学和光学性质及其对气候强迫作用和对人居环境的影响,同时对光化学形成的二次气溶胶进行了简要介绍.指出一般气溶胶具有负气候强迫效应,而黑碳气溶胶具有较强的正气候强迫效应.在分析影响气溶胶性质的各种因素时发现,气溶胶性质除受外在环境因素影响外,也受内在的自身因素的相互影响.对卫星遥感气溶胶的原理及其在卫星遥感反演中气溶胶多种性质间复杂的相互关系进行了论述,并针对未来气溶胶的研究提出建议.      

Tetrasphaera聚磷菌研究进展及其除磷能力辨析

强化生物除磷（EBPR）工艺在污水脱氮除磷中扮演着重要角色，其机理研究与工程应用也较为成熟.长期以来，Accumulibacter菌属（A菌）作为EBPR工艺最主要的聚磷菌（PAOs）已被广泛接受.同时，具有聚磷能力的Tetrasphaera菌属（T菌）亦被发现，且在某些特定环境下其丰度甚至远高于A菌，进而引发业内一定的关注.本文通过对T菌发现、研究过程的梳理，总结了关于T菌丰度、代谢途径及影响其活性的因素等方面的研究成果.与A菌不同，T菌代谢途径具有多样性，可依赖发酵代谢进行细胞维持和增殖，其发酵产物甚至可以供给A菌利用.T菌可利用大分子有机物（如葡萄糖、氨基酸等）和VFAs（亲和性较低）进行厌氧释磷，继而完成好氧、甚至缺氧吸磷过程.T菌主要菌株（T.elongata）因缺少合成PHA相关酶基因而不能以PHA作为内聚产物在厌氧环境下储能；糖原和游离氨基酸被检测到可作为T菌的能源/碳源内聚物，但亦有结果相左的研究.借助于拉曼光谱技术，一些污水处理厂中T菌与A菌被证实对磷去除的贡献大小相当.总之，目前对T菌的研究还十分有限，现有研究仍不足以证明它们在EBPR中可稳定发挥除磷贡献.今后应在T菌不同代谢途径控制因素及所需环境条件方面进行深入研究，以确认T菌可否持续、稳定地实现除磷作用.     

我国玉米自然灾害风险区识别研究

自然灾害严重影响和制约我国农业生产的持续稳定发展,识别主要作物自然灾害风险因子和风险区,对作物生产风险监测预警和风险防范及有效评估作物因灾损失有重大意义。基于区域自然灾害理论,构建了由致灾因子、孕灾环境因子和承灾体因子构成的作物自然灾害风险评价指标,利用1980-2010年全国各省市玉米产量数据和1991-2010年全国257个气象站点以玉米为承灾体的灾情数据,计算了省级单元不同因子自然灾害影响指数和灾害风险综合评价指数,揭示了我国玉米主要自然灾害的时空分布规律,识别了玉米自然灾害极高风险区、高风险区、中风险区、低风险区和可忽略风险区。结果表明,干旱是我国玉米产区主要自然灾害,其次是低温和风雹,干旱、洪涝、风雹、病虫害等多发于6-8月份,低温灾害多发于4-5月份;不同种类自然灾害大多具有连片发生的特点;自然灾害高风险区省份主要集中于北部和黄淮海平原玉米产区,同一级别风险区的风险影响因子不尽相同,在风险监测预警和防范中需区别对待。     

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中甲基橙的吸附

采用溴化十六烷基吡啶(CPB)对天然沸石进行改性制备得到了CPB改性沸石,通过批量吸附实验考察了CPB改性沸石对水中阴离子染料甲基橙的去除作用。结果表明,天然沸石对水中甲基橙的吸附能力很差,而CPB改性沸石则可以有效吸附去除水中的甲基橙。CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附能力随CPB负载量的增加而增加,CPB负载量最大的改性沸石对水中甲基橙的吸附能力最强。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而CPB改性沸石对水中甲基橙的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附平衡数据可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述。根据Langmuir模型计算得到的CPB负载量为341 mmol/(kg沸石)的双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的最大吸附容量为63.7 mg/g(303 K和pH 7)。准二级动力学模型适合用于描述双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附动力学过程。pH和反应温度对双分子层CPB改性沸石吸附水中甲基橙的影响较小。以上结果说明,双分子层CPB改性沸石适合作为一种吸附剂用于去除废水中的甲基橙。