废弃物基水热炭改良对水稻产量及氮素吸收的影响

生物炭农田回用是实现农林废弃物资源化利用和碳封存的有效手段.近年来,水热碳化技术由于在炭产率、能耗及生产过程中的烟气排放等方面显著优于常规热解碳化技术而受到关注.为实现农林废弃物的资源化利用,明确水热炭农田应用对作物生产力的影响,本研究通过原状土柱模拟试验和表征分析,研究了4种不同类型改良水热炭对两种典型土壤的水稻产量和氮素吸收的影响及可能的驱动因素.结果表明,锯末水热炭和秸秆水热炭经物理或生物改良后,在两种类型土壤上均能够增加水稻产量和氮素吸收,减少氮素损失,且其效应不受水热炭添加量影响（5‰,15‰;质量分数）.与对照相比,水热炭添加处理的产量和氮素吸收量分别提高9.2%~20.7%和7.7%~17.0%.高C/N比的锯末水热炭更有利于高肥力土壤水稻氮素吸收量的增加;而低肥力土壤由于限制性因子较多,受水热炭类型的影响较小.通过对水热炭的表征分析发现,其表面养分元素丰富;水洗或生物改良后其表面孔隙结构有较大改善,C元素相对含量明显降低,N和O元素相对含量明显增加,这对养分的固持/供应可能产生影响.因此,水热炭改良后孔隙结构的改变和N、O元素含量的增加可能是其施用后水稻产量和氮素吸收增加的关键驱动因素.结果说明,水热碳化材料改良后应用农田可以在实现农林废弃物资源化利用的同时,提高作物生产力,减少农田氮素环境损失.     

辽西北春玉米旱灾灾损风险区划

开展干旱风险区划研究,对实现抗旱减灾及粮食稳产增产至关重要。以辽西北为研究区域,以作物水分亏缺指数（CWDI）为干旱表征指标,利用该区1965—2019年逐日气象数据及多年玉米种植资料,通过数理统计和通径分析方法揭示研究区玉米干旱时空演变及对各气象因子的响应特征,在此基础上构建干旱灾损指数进行旱灾风险区划,结果表明:（1）近54年春玉米抽穗—成熟期CWDI值以2.2/10 a的速率上升,其他生育阶段呈下降趋势,空间上干旱频率由辽西向辽北递减;（2）相对湿度和降水量与CWDI指数呈明显负相关,其他气象因子呈正相关,其中气温和相对湿度对其直接影响最大;（3）辽西北分四个灾损风险区,且风险程度由辽北向辽西递增。研究结果可为优化春玉米农田管理和防灾减灾提供一定参考。     

“一带一路”沿线国家粮食消费时空格局

“一带一路”沿线国家是世界重要粮食生产—消费区,开展该区域粮食安全研究具有重要意义。聚焦粮食消费,剖析沿线国家1995—2017年粮食消费时空格局特征,揭示影响因素。结果表明：（1）1995—2017年,粮食消费数量逐渐增长,总量占世界比例介于55%~59%,人均消费量增至367 kg,为世界水平的95%。（2）1995—2017年,其他用粮和工业用粮高速增长,饲料和口粮快速增长,损耗和种子用粮缓慢增长,形成“口粮为主、饲料为辅”的消费结构,处于粮食消费初级阶段。（3）消费总量空间差异大而人均消费差异小,中东欧国家消费水平高,人口大国、岛屿小国、粮食生产条件欠佳国家消费水平较低。（4）各类用途粮食人均消费量空间差异不大,饲料总量空间差异最大且逐渐增大,近半数国家仍以口粮为主,约25%的国家完成了向相对均衡型转变的消费结构升级。（5）人口数量和消费水平累积贡献率约为43%和57%,中亚、东南亚、南亚多数国家受消费、人口共同影响,西亚及中东国家多受人口影响,中东欧内部差异大。口粮、饲料累积贡献量占比约为46%和34%,南亚、东南亚国家多受口粮影响,中蒙俄、中亚国家多受饲料影响,中东欧和中南半岛国家多为综合贡献型。     

碳负载富氧空位的NiCo2O4用于电催化还原硝酸盐

水体中硝酸盐是一种广泛存在的污染物,因此,开发用于水中硝酸盐还原的高效电催化剂受到广泛关注.采用溶胶-凝胶法耦合硼氢化钠还原法制备了碳负载富氧空位的NiCo₂O_4-x/C电催化剂,并研究其去除硝酸盐的性能.结果发现,在该体系中,耦合导电碳载体可改善半导体型电催化剂导电性,构建氧空位可促使原子H^*生成,最终实现硝酸盐高效还原.NiCo₂O_4-x/C阴极在电流密度为20 mA·cm^-2、pH=7的条件下,可于3 h内去除水中94.8%的NO₃^--N,相较于NiCo₂O₄及NiCo₂O₄/C阴极,NO₃^--N去除率分别提高了36.6%和12.2%.此外,NiCo₂O_4-x/C阴极在连续5次还原硝酸盐过程中性能并未有明显变化.结合掩蔽实验和电子顺磁共振波谱分析证实,NiCo₂O_4-x/C阴极除了可通过直接电子还原硝酸盐外,还可以通过生成原子H^*间接还原硝酸盐.通过对实际废水处理进一步验证其转化硝酸盐的性能,研究表明,NiCo₂O_4-x/C阴极可有效去除焦化废水生物出水中硝酸盐.     

基于摩擦纳米发电机的微塑料实时检测实验研究

采用基于自供电的摩擦纳米发电机(TENG)技术,设计开发了一种利用间断液柱检测水样内微塑料颗粒尺寸和丰度的实时快速检测方法和装置,并通过实验测试完成了对微塑料的尺寸形貌表征和化学元素组成的实时高效检测.研究发现,去离子水中加入微塑料颗粒时,溶液中zeta电位降低,改变了管壁表面的极化电场方向;随着水溶液中微塑料颗粒直径或丰度的增加,开路电压呈现减小趋势,50μm时减小了43.1%,0.250%浓度时减小了79.6%;微塑料颗粒对自来水的开路电压影响显著,以10μm微塑料颗粒为例,开路电压减小了20%,证明了TENG技术对海洋微塑料检测的可行性.     

不同肥源条件下Zn对农田土壤N2O排放的影响及其机制

为探究锌（Zn）污染对农田土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,分别以猪粪和尿素为肥源进行室内培养实验,对比分析不同含量Zn （0、50、500、1500和5000mg/kg）对N₂O排放的影响及其机制,并在培养第52d向所有处理再次添加尿素以探究其长期效应,共培养80d.结果表明：第1次添加肥料阶段,在尿素为肥源处理中不同含量Zn均表现为显著抑制作用（P<0.05）,而猪粪为肥源处理中除50mg/kg无显著影响外（P>0.05）,其它含量处理均显著促进N₂O排放（P<0.05）.第2次添加肥料阶段,不同肥源条件下Zn的作用规律一致,即50mg/kg无显著影响（P>0.05）,500和1500mg/kg显著提高N₂O排放而5000mg/kg处理与之相反（P<0.05）.此阶段500、1500和5000mg/kg处理以猪粪和尿素为肥源时其N₂O累积排放量与同肥源对照的比值分别为3.49、3.13、0.01和2.53、2.74、0.04,可见同等含量Zn在猪粪为肥源条件下作用更强,500和1500mg/kg Zn的促进机制为Zn提高了土壤中NH₄⁺-N、NO₃^--N含量以及控制反硝化过程N₂O产生和还原功能基因相对丰度的比值（nirS/nosZ）,而5000mg/kg Zn抑制了土壤中NH₄⁺-N进一步转化为NO₃^--N,从而降低了N₂O排放.     

污染土壤稳定化碳排放计算方法及案例研究

基于污染土壤稳定化全生命周期分析,确定碳排放核算边界,提出碳排放计算方法.稳定剂生产、基础设施建设、工程实施、稳定化土壤处置是污染土壤稳定化主要碳排放来源;方案设计、稳定化土壤养护和工程验收产生的碳排放量占总碳排放量的比例较小.基于提出的碳排放计算方法,评价了某砒霜厂遗留地块污染土壤原地异位稳定化的碳排放.结果表明,该工程总碳排放量为421516.31kg,稳定化每吨污染土壤的碳排放量为34.78kg;稳定剂原材料产生的碳排放是稳定化最主要的碳排放来源,占总碳排放量86.26%;其次为稳定剂原材料和稳定剂运输过程中运输工具能源消耗产生的碳排放,占总碳排放量10.82%.据此,研发低碳稳定剂和缩短材料运输距离是污染土壤稳定化碳减排的2个重要路径.     

O3纳米气泡强化表面活性剂修复柴油污染土壤

实验将纳米气泡(直径50~270nm)与臭氧相结合,对比臭氧纳米气泡处理后对3种表面活性剂去除土壤中柴油污染物的增效作用,并探讨表面活性剂浓度、土质以及土壤老化时间等不同条件对污染物去除率的影响。对不同方式处理后的土壤样品进行XRD、FTIR表征,采用GC/MS对柴油组分的降解产物进行分析。结果表明,同等条件下3种表面活性剂随着浓度的增加,对柴油的洗脱效率也随之提高,洗脱能力依次为SDS＞SDBS＞TX-100。表面活性剂在搅拌实验30min内对污染物的去除效果增效明显,30~40min增速放缓。臭氧纳米气泡提高表面活性剂对砂土中柴油去除率明显高于壤土,其中砂土和壤土中柴油去除率提高约13%和9%。壤土中污染物的老化时间与去除率成反比,臭氧纳米气泡处理对较长老化时间的壤土中柴油去除率也有显著提高,对老化60天污染壤土提高近8%。FTIR光谱表明含有臭氧纳米气泡的表面活性剂可以减少对土壤中有机质主要官能团的影响。GC/MS图谱分析表明残留污染物组分主要为烷烃,降解难度:烷烃<烯烃<环烷烃<芳香族化合物。     

白茅海潮滩重金属空间分布特征及生态风险评价

本研究于2020年8月测定了白茅海潮滩表层、次表层（50 cm深）沉积物及间隙水、排放废水中9种重金属（Zn、Cr、Pb、As、Cu、Cd、Ni、Fe、Mn）的含量,利用潜在生态危害指数法以及相关性分析法,结合沉积物粒度特征和TOC含量对白茅海潮滩重金属的分布特征、相关关系和污染风险进行了分析。结果表明,调查区表层沉积物以砂为主,粘土和粉砂含量极少,TOC平均含量为0.031%,重金属含量为Fe>Mn>Zn>Cr>Pb>As>Ni>Cu>Cd。沿岸方向上,P1剖面某些重金属含量高于整个调查区平均含量,出现富集趋势。表层沉积物中的重金属在垂岸方向未表现出明显的分布规律。不同深度沉积物Pb、Zn、Cu、Cr、As、Cd含量均低于国家海洋沉积物I类标准值。间隙水中重金属含量为Mn>Fe>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Cd,Cr、Fe、Mn在不同介质中含量差异较大。调查区氧化还原类金属对重金属含量影响较大,粒度和TOC对重金属含量影响较小。调查区综合潜在生态风险指数ERI为113.03,表现为轻微潜在生态危害。各重金属潜在生态污染程度为Cd>As>Pb>Cu>Zn>Cr。Cd为调查区表层沉积物中的主要污染因子,应列为白茅海潮滩优先控制的重金属。     

汾河下游水体nirS型反硝化细菌群落组成与无机氮关系

为了探明汾河下游水体中nir S型反硝化细菌群落结构组成及其与无机氮的相互影响关系,在分析河流9个水样水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对水样中的nir S型反硝化细菌群落结构和多样性进行诊断,并进行统计分析,解析水体nir S型反硝化细菌群落与无机氮之间的关系.结果表明,汾河下游无机氮污染严重,整体水质为Ⅴ类水标准.Shannon指数变化范围为3. 36～7. 54,说明该流域反硝化细菌群落多样性较高;水体中主导菌属相对丰度占总群落的89. 8%,分别为红细菌属Rhodobacter、假单胞菌属Pseudomonas和陶厄氏菌属Thauera; DO、p H值及无机氮含量是影响汾河下游水体反硝化细菌群落的主要因素;优势菌属红细菌属Rhodobacter、陶厄氏菌属Thauera与NO_3~--N、NO_2~--N呈负相关,与NH_4~+-N呈正相关,稷山、河津和入黄口这3处的主要菌属假单胞菌属Pseudomomas与NO_3~--N、NO_2~--N呈负相关,与NH_4~+-N呈正相关.汾河下游水体中nir S型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,对降低水体中硝态氮的含量有一定的影响.