Integrating soil carbon cycling with that of nitrogen and phosphorus in the watershed model SWAT: Theory and model testing

In this paper we describe and test a sub-model that integrates the cycling of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in the Soil Water Assessment Tool (SWAT) watershed model. The core of the sub-model is a multi-layer, one-pool soil organic carbon (S_C) algorithm, in which the decomposition rate of S_C and input rate to S_C (through decomposition and humification of residues) depend on the current size of S_C. The organic N and P fluxes are coupled to that of C and depend on the available mineral N and P, and the C:N and N:P ratios of the decomposing pools. Tillage explicitly affects the soil organic matter turnover rate through tool-specific coefficients. Unlike most models, the turnover of soil organic matter does not follow first order kinetics. Each soil layer has a specific maximum capacity to accumulate C or C saturation (S_x) that depends on texture and controls the turnover rate. It is shown in an analytical solution that S_x is a parameter with major influence in the model C dynamics. Testing with a 65-yr data set from the dryland wheat growing region in Oregon shows that the model adequately simulates the S_C dynamics in the topsoil (top 0.3 m) for three different treatments. Three key model parameters, the optimal decomposition and humification rates and a factor controlling the effect of soil moisture and temperature on the decomposition rate, showed low uncertainty as determined by generalized likelihood uncertainty estimation. Nonetheless, the parameter set that provided accurate simulations in the topsoil tended to overestimate S_C in the subsoil, suggesting that a mechanism that expresses at depth might not be represented in the current sub-model structure. The explicit integration of C, N, and P fluxes allows for a more cohesive simulation of nutrient cycling in the SWAT model. The sub-model has to be tested in forestland and rangeland in addition to agricultural land, and in diverse soils with extreme properties such high or low pH, an organic horizon, or volcanic soils.     

2008年初特大冰雪灾害对粤北地区杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林土壤理化性质的影响

2008年8月,选择具有代表性的样地（受冰雪灾害较轻、受到冰雪灾害影响、受到冰雪灾害后皆伐清理样地）,用野外调查和室内分析相结合的方法,对广东省天井山林场杉木人工林土壤理化性质进行分析。结果表明：（1）粤北地区杉木人工林在受到冰雪灾害后,0-60 cm的土壤容重比未受到损害的上升8.1%-16.4%,孔隙度下降8.9%-11.9%,自然含水量减少17.1%-28.6%,皆伐清理后,土壤容重比未受到损害的下降1.5%~9.5%;孔隙度上升1.2%~5.9%,自然含水量增加44.2%~68.1%。（2）受损后,土壤pH值未发生变化,浅层（0-40 cm）有机质质量分数比未损样地下降（1.3%-9.4%）,深层（〉40 cm）有机质质量分数提高30.5%;各层土壤全氮、全磷、有效氮、有效磷和有效钾质量分数分别下降13.4%、30.3%、16.7%、37.6%和37.2%,全钾质量分数上升21.0%,且与未损样地的差异显著;土壤交换性钙和交换性镁大幅减少,分别为28.1%和43.4%。进行皆伐清理后,有机质质量分数比未损样地提高207.9%,土壤全氮、全钾、有效氮和有效磷质量分数升高138.7%、10.2%、161.3%和540.0%,全磷、有效钾、交换性钙和交换性镁的质量分数下降2.6%、9.0%、28.7%和24.3%,各土层变化不一致。（3）冰雪灾害的发生使杉木人工林林下土壤紧实度增加,不利于土壤呼吸、空气传导和土壤养分的累积;而经过清理后,土壤变得较为疏松,通透性增强,含水量增加,有利于土壤团粒结构的增强、土壤微生物活动和土壤养分的累积及转化。因此,冰雪灾害后对受损林地进行及时的清理对植被恢复重建尤为重要。     

国际生态学研究发展态势文献计量分析

目前,全球的生态环境问题已经引起了各国政府和人民的高度关注,而生态学研究可以为人类与自然生态系统的共存提供理论依据和行动指南。利用Thomson Data Analyzer、NetDraw和Aureka等分析工具,结合Pathfinder算法,对SCIE和SSCI数据库中国际生态学研究相关文献进行统计分析,发现：北美、欧洲、澳大利亚等国及其研究机构在生态学领域的论文影响力较大,论文质量较高;美国是全球生态学研究合作网络的中心,其次是英国和德国;在机构层面上,加州大学戴维斯分校和马普学会是两个比较明显的合作中心;我国在生态学研究领域发文量上具有一定的优势,但论文总体质量仍有待继续提高,目前我国在生态学领域的主要合作国家有美国、英国、加拿大、德国、日本、澳大利亚和法国;2008—2010年国际生态学研究热点主要集中在生物多样性、气候变化、基因变异、物种间相互作用和性选择等研究领域。     

基于分形学的瓦斯爆炸事故时序数据分析模型及应用

针对煤矿瓦斯爆炸灾害子系统的复杂非线性动力学特性,以南方某省1958—2007年的煤矿瓦斯爆炸事故发生数构建时间序列,应用霍斯特时间序列数据的标度行为,提出瓦斯爆炸时间序列的重标极差分析(R/S分析)方法。结果表明:瓦斯爆炸时间序列的霍斯特指数为0.550 2,分形维数为1.449 8,其分式布朗运动轨迹表现出一定的持久性和非高斯性。为诊断瓦斯爆炸事故时间序列变异年份,对时间序列进行分段R/S分析,获得变异年份为1974年,以1974年为分界点构成2个时间序列,霍斯特指数分别为0.589 1和0.697 5,分形维数为1.410 9和1.302 5,与煤矿瓦斯爆炸事故时间序列的持久性趋势一致。煤矿瓦斯爆炸事故时间序列看似无序却蕴藏规律,反映了系统的动力学变化特征,R/S分析方法可以描述煤矿瓦斯爆炸事故时间序列的动力学特征。     

外军皮肤防护器材化学防护性能测试与评价用标准物质研究进展

本文简迷了皮肤防护器材--化学防护服(衣)化学防护性能试验与评价用标准物质的重要性,系统地概述了外军化学防护服(衣)化学防护性能试验与评价用标准物质的研究现状,并提出了我国化学防护服(衣)防护性能试验与评价用标准物质研制过程中应注意的一些问题.     

摩托车防护头盔发展现状和展望分析

当今保护人类健康安全日益受到社会普遍重视,头部安全是摩托车乘员的首要问题。摩托车头盔防护依然十分重要;国际上其标准修定较快并不断完善;通过对TBT通报,头盔安全类发明专利等数据分析,得出摩托车头盔的技术研发高峰近期爆发。     

苏南地区农村宅基地转型研究：基于利用状态的视角

农村宅基地转型是土地利用转型研究的重要内容。目前学界关于宅基地转型的研究主要集中在规模结构等显性形态方面,对隐性转型的研究仍较欠缺。以乡村经济发达的苏南地区为例,通过对正常使用、空置、废弃等不同利用状态宅基地空间分异规律的刻画,探索其功能转型的一般规律,并进一步分析宅基地空置与废弃的影响因素。结果表明：在乡村振兴战略实施背景下,“房子不用来住”的问题在农村地区同样存在,而且在不同代际和空间区位上农村宅基地的利用状态有所差异。具体地,1980年以前的老宅基地从距离城镇较远和较近的“两端”开始,其空废比率向中间地带递减;随着市场化和城镇化水平提升,1980—2000年的中龄宅基地空废比率呈现由近郊向外递减的趋势,城镇化影响下的距离衰减规律明显。近年来,伴随农村宅基地财产/资产属性的逐步显现,农村宅基地的利用状态与空间区位之间的关联关系弱化。2010年以后新宅基地的空置率出现反弹,尤其靠近城镇的农村地区“囤地”现象严重,发端于城镇地区的“地产霸权”正在向乡村地区蔓延。     

基于二次铝灰的地聚反应稳固化垃圾飞灰

基于工业生产铝过程中回收的二次铝灰（SAD）的地质聚合反应,提出了一种稳固化城市生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）的新方法,分析硅铝物质的量之比对飞灰中重金属浸出浓度及地聚物固化体力学性能的影响规律.结果表明,当硅铝物质的量之比小于2.5时,二次铝灰-SiO₂基固化体与偏高岭土-SiO₂基固化体中的重金属浸出浓度均随着硅铝物质的量之比的增加而逐渐降低,2种固化体的抗压强度随着硅铝物质的量之比的增加而增加;硅铝物质的量之比达到2.5时,重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度均趋于稳定.XRD分析结果显示,偏高岭土-SiO₂基固化体中聚合物的种类与数量均略高于二次铝灰-SiO₂基固化体.但从重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度来看,2类固化体对飞灰中重金属的稳固化效果的差别很小,二次铝灰加上部分硅基材料可以作为偏高岭土的替代品,用于稳固化飞灰重金属的地质聚合反应中.二次铝灰-SiO₂基固化体的抗压强度达到13.65MPa,具备一定的力学性能,可用于部分特定的建筑材料.     

A2/O+MBR工艺运行效果与碳排放特征研究

对北京市通州区H再生水厂采用的A²/O+MBR工艺运行效果与不同环节碳排放特征进行研究.结果表明：2018年该再生水厂对BOD₅,COD_cr,NH₄⁺-N,TN和TP的平均去除率分别为97.3%,94.1%,98.6%,77.0%,96.2%;全厂碳排放总量和吨水碳排放量呈春夏季节逐渐降低,秋冬季节缓慢升高的特征,全厂综合吨水碳排放量约为2.26kgCO₂e/t.碳排放总量中能耗碳排放量占主要地位,CH₄,N₂O和物耗碳排放量占比较小;统计分析显示CH₄,能耗和物耗吨水碳排放量与BOD₅,TN进水浓度及BOD₅去除率显著相关;N₂O吨水碳排放量与TN与BOD₅进水浓度显著相关;直接,间接吨水碳排放量与水量无显著相关性.     

EGSB-CANON工艺启动及动力学特性

采用EGSB（Expanded Granular Sludge Bed）反应器,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中通过改变曝气方式以及优化曝气/非曝气逐步实现CANON工艺的稳定运行.通过研究不同曝气/非曝气条件下CANON工艺的脱氮性能的变化,探究系统内不同污泥粒径中功能菌的活性,揭示EGSB反应器不同的运行条件以及系统内不同粒径的微生物聚集体在CANON工艺启动过程中的影响机制与菌群结构特性.结果表明,当恒定曝气量为0.5L/min,曝气/非曝气为2：1（60min：30min）时,实现了AerAOB（Aerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria）与AnAOB（Anaerobic Ammonium-Oxidation Bacteria）协同脱氮的目的,并成功将NOB（Nitrite-Oxidizing Bacteria）的活性由3.41mgN/（h·gVSS）抑制到0.75mgN/（h·gVSS）.在对AnAOB的双底物（NO₂^--N和NH₄⁺-N）抑制动力学结果进行Haldane拟合时,得到NH₄⁺-N和NO₂^--N的半饱和常数（k_s）、抑制动力学常数（k_h）分别为106.8,331.9mg/L,272.4,66.61mg/L,相关性系数（R²）分别为0.98133和0.99142.在CANON污泥颗粒化形成过程中,污泥粒径在0.154~0.335mm范围内主要以AerAOB为主,污泥粒径在1mm以上主要以AnAOB为主.不同粒径下微生物聚集体的协同作用以及稳定的群落结构实现了CANON工艺的稳定运行.