基于神经网络的东北地区秸秆焚烧预测

选取农作物秸秆露天燃烧严重的东北地区,采用人工神经网络的方法,结合卫星火点和气象数据,开展秸秆露天燃烧预测研究.结果表明：人工神经网络预测模型成功验证了松嫩平原地区2015年10月25日~11月15日的秸秆露天燃烧情况,其准确度为67.1%,经过多次试验,在神经网络建模与验证数据配比为80：20时,预测准确度最高,可达69.7%,同时该模型的稳定性较好.而对不同区域,不同时间段的预测研究表明,人工神经网络较适用于长时间序列的预测.就影响因素而言,相对湿度是影响秸秆露天燃烧的最重要因素.本研究结果可为空气质量模式提供火点预测数据,提高其预报预警能力,为区域联防联控政策的制定提供科技支持.     

施用缓/控释氮肥对玉米苗期土壤生物学活性的影响

采用盆栽试验并模拟田间生态环境,研究了施用不同种类缓/控释氮肥对玉米苗期土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、微生物生物量碳和氮含量的影响。结果表明,在玉米苗期,施用脲酶抑制剂nBPT涂层尿素及醋酸酯淀粉包膜脲酶抑制剂nBPT涂层尿素对土壤脲酶活性有显著抑制作用,脲酶活性分别为49.25和48.13μg.g-1.d-1(以NH3-N计);施用不同种类缓/控释氮肥时土壤硝酸还原酶活性普遍增强,其活性在0.76~1.03μg.g-1.d-1(以N计)之间,但相互间无显著差异,脲酶抑制剂nBPT对土壤硝酸还原酶活性无显著作用;施用不同种类缓/控释氮肥时土壤微生物生物量碳、氮含量变化趋势一致,施用脲酶抑制剂nBPT涂层尿素时微生物量最多,微生物量碳、氮含量分别为248.19和56.53 mg.kg-1,施用丙烯酸树脂包膜脲酶抑制剂nBPT涂层尿素时微生物量最少,微生物碳、氮含量分别为104.80和23.94 mg.kg-1。施用不同种类缓/控释氮肥时土壤生物学活性的变化特点表明,丙烯酸树脂包膜与脲酶抑制剂nBPT涂层相结合的缓/控释肥料控释效果最好。     

采伐林窗对马尾松人工林土壤微生物生物量的初期影响

为了解人为采伐活动形成的林窗对马尾松低效人工林土壤微生物生物量的影响,以39 a生的马尾松人工林7 种不同大小林窗(G1:100 m²、G2:225 m²、G3:400 m²、G4:625 m²、G5:900m²、G6:1 225 m²、G7:1 600 m²)以及林下为研究对象,分析了林窗中央和林窗边缘土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的季节变化。结果显示:①林窗大小显著影响了林窗内各位置土壤MBC和MBP,对MBN影响不显著;MBN与MBC变化趋势相同,均随林窗增大呈先升后降的单峰型变化,但MBN变化幅度较小,MBP仅在林窗中央具有单峰型变化。MBC、MBN和MBP分别在面积为400~900 m²、225~625 m²和625~900 m²的林窗较高。总体来看,中型林窗更有利于微生物生物量的增值。②季节变化对土壤MBC、MBN、MBP均有极显著影响,MBC为夏高春低,MBN夏高冬低;MBP的变化较复杂,秋季相对较高。③林窗中央与边缘间MBC、MBN、MBP差异不显著,但MBC、MBN显著高于林下。说明较之马尾松纯林,林窗内土壤微生物活性有较大提高。④土壤温度对MBC、MBN有显著影响,土壤含水量对MBN、MBP有显著影响,土壤温度和水分是林窗形成后影响土壤微生物生物量的重要环境因子。     

长三角背景点夏季大气PM2.5中水溶性无机离子污染特征及来源解析

为研究长三角背景点夏季PM_2.5污染特征,于2018年5月30日—8月15日在上海市崇明岛对PM_2.5样品进行昼夜采集,并对其中水溶性无机离子(Cl-、NO₃-、SO₄2-、Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+)进行了分析.运用PSCF(潜在源贡献)方法判别污染物排放源区,并结合PCA(主成分分析)和PMF(正交矩阵因子)源解析探究PM_2.5来源.结果表明:①观测期间崇明岛ρ(PM_2.5)平均值为(33±21)μg/m3,低于GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级标准限值(35 μg/m3),但在部分时段存在显著超标现象,ρ(PM_2.5)最高值在120 μg/m3以上.②水溶性无机离子质量浓度平均值为(14±9.3)μg/m3,占PM_2.5的42.4%,其中SNA(SO₄2-、NO₃-、NH₄+三者统称)为主要离子,占水溶性离子总质量浓度的85.7%.③n(NH₄+)/n(SO₄2-)(NH₄+与SO₄2-的摩尔浓度比)显示,清洁期〔ρ(PM_2.5) < 15 μg/m3〕呈贫铵状态,过渡期〔15≤ρ(PM_2.5)≤35 μg/m3〕和污染期〔ρ(PM_2.5)>35 μg/m3〕均呈富铵状态;过渡期SNA主要以NH₄HSO₄和NH₄NO₃形式存在,而污染期则主要以(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃形式存在.④通过对两次典型污染事件进行离子相关性分析和PSCF分析发现,E1污染事件(5月30日—6月8日)为局地生物质燃烧型污染事件,E2污染事件(7月23日—8月1日)为区域传输污染事件.源解析结果进一步表明,两次典型污染事件期间气态污染物的二次转化对PM_2.5的贡献最显著,贡献率分别为62.8%和59.8%;其次是生物质燃烧,其贡献率分别为32.5%和20.1%;E2污染事件期间海盐源对崇明岛PM_2.5贡献率较高(16.6%),远超过E1污染事件期间对PM_2.5的贡献率(2.7%).研究显示,区域输送对崇明岛PM_2.5有显著贡献,二次颗粒物累积是崇明岛PM_2.5超标的主要原因.      

Glucose production from hydrolysis of cellulose over a novel silica catalyst under hydrothermal conditions

A novel silica catalyst was synthesized by evaporation-induced self-assembly (EISA) method and tested for the catalytic selective hydrolysis of cellulose to glucose. This silica catalyst exhibited a higher catalytic activity than other oxides prepared by the same method, such as ZrO₂, TiO₂, and Al₂O₃. Using silica as a catalyst, cellulose was selectively hydrolyzed into glucose with a glucose yield as high as 50% under hydrothermal conditions without hydrogen gas. The silica catalyst was characterized by Brunauer-Emmett-Teller (BET), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The results of temperature-programmed desorption of ammonia (NH₃-TPD) and textural properties indicated that the synergistic effect between strong acidity and a suitable pore diameter of the silica catalyst may be responsible for its high activity. In addition, the catalyst was recyclable and showed excellent stability during the recycle catalytic runs.     

北京不同污染事件期间气溶胶光学特性

利用2005~2011年的AERONET观测数据,对北京不同污染事件期间(秸秆焚烧、烟花燃放以及沙尘天气)气溶胶光学特性进行了分析.气溶胶光学厚度受污染有显著上升,沙尘、秸秆、烟花气溶胶的AOD440 nm分别是干净背景的4.91、4.07、2.65倍.AOD与ngstrm波长指数的匹配能够较好地识别污染类型,沙尘对应高AOD和低α,烟花气溶胶α(1.09)稍低于秸秆(1.21)以及背景(1.27),表明烟花气溶胶的粗粒子更占优,秸秆对应更高的AOD则与其中黑碳颗粒较强的消光能力有关.单次散射反照率对波长敏感性不高,沙尘气溶胶的ω值(0.934)高于背景值(0.878)、秸秆气溶胶(0.921)以及烟花气溶胶(0.905),秸秆气溶胶受烟羽老化、吸湿性增长等影响表现出偏大现象.气溶胶粒子谱分布在背景与污染期间均为双峰模态,细模态和粗模态的峰值浓度半径分别为0.1~0.2μm以及2.24~3.85μm,粗细粒子浓度比值由小到大依次为背景(1.04)、秸秆焚烧(1.10)、烟花燃放(1.91)以及沙尘气溶胶(4.96).     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

生物炭对塿土土壤温室气体及土壤理化性质的影响

通过田间小区试验,分别向塿土土壤中添加0、20、40、60、80 t·hm~(-2)的苹果果树枝条生物炭后,分析了生物炭对土壤温度、土壤团聚体、NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳以及土壤温室气体排放的影响.结果表明,生物炭可以缓解土壤温度的变化,增加土壤大团聚体的数量,尤其是5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量.与对照相比,随着生物炭施用量的增加,土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳分别增加了4.9%~33.9%、9.1%~41.1%和11.8%~38.5%.本研究中生物炭对土壤温室气排放的影响主要表现为:添加生物炭后,土壤CO_2的排放量以及CH_4的吸收汇分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm~(-2)和40 t·hm~(-2)的生物炭降低了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP),而当生物炭施用量大于等于60 t·hm~(-2)时反而增加了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP).说明生物炭作为一种土壤改良剂和碳减排剂,能够改善土壤质量,提高土壤肥力,提高农田土壤增汇减排的作用,此外,选择合适的生物炭施用量至关重要.     

退耕植茶对川西低山丘陵区土壤活性有机碳组分的影响

为探讨退耕植茶对土壤活性有机碳组分的影响,选取退耕2~3年(RT 2~3)、9~10年(RT 9~10)和16~17年(RT 16~17)的茶园为研究对象,以邻近撂荒地为对照(CK),测定其土壤颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)、可矿化有机碳(MOC)含量,并分析其分配比例随退耕植茶年限推移的变化.结果表明,POC、MBC和WSOC对退耕植茶的响应较为一致,与对照相比,退耕植茶初期(RT 2~3),各组分含量均降低,但随着植茶时间的推移,各组分含量逐渐增加,在植茶9~10或16~17年后显著高于撂荒地;退耕植茶后MOC含量显著降低,总体表现为CKRT 16~17RT 9~10RT 2~3,0~10 cm土层,RT 2~3、RT 9~10和RT 16~17土壤MOC含量分别较对照显著下降35.25%、23.89%和16.87%,10~20 cm土层中分别下降32.31%、13.09%和23.22%,20~40 cm土层中分别下降36.43%、28.79%和30.76%.植茶后,土壤活性有机碳在总有机碳中的比例整体现为0~10 cm高于20~40 cm,相较于表层土壤,深层土壤碳库的稳定性更强.退耕植茶有利于土壤肥力的保持,对提升土壤有机质水平起到积极作用,且随植茶时间的推移,土壤对碳的固持作用增强,土壤质量得到提升.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.