生物炭在农业增产和污染治理中的应用

生物炭(biochar)作为重要的碳汇、土壤重要的改良剂以及污染物有效地吸附剂受到了国内外研究人员的普遍关注。在阅读近几年国内外关于生物炭在农业增产和污染方面文献的基础上,作者总结了生物炭应用规律并提出一些未来研究的展望。表述如下:生物炭具有多孔性和巨大的表面积,它能够增加土壤的持水量、增加对营养元素的吸附以减少其流失并改善土壤的结构,此外生物炭本身含有丰富的营养元素并能够缓慢释放以供作物吸收,因此生物炭能改善土壤肥力并增加农作物产量。同时,生物炭巨大的吸附功能可以降低重金属和有机污染物在土壤及污水中的活性,起到降低污染物浓度的作用。因此生物炭在农业增产和减少污染方面有巨大的潜力。但是,到目前为止,对于生物炭很多的作用机制还未搞清楚,对不同种类生物炭性状、生物质在高温热解过程中内部化学成分和结构的变化、长期定位实验以及危害方面还应加强研究。对此,研究人员应该结合当地情况,尽多的用当地主要的动植物废料来生产生物炭以达到当地农业增产和治理污染的目的;其次,增加长期定位试验,找到适合当地的生物炭种类及其生产条件;另外还应增加对我国新疆、西藏等土壤贫瘠的偏远地区的研究,使当地的土壤更大程度的被利用以改善当地人民的生活;最后,当地政府及相关部门应该加大对生物炭研究的支持,使生物炭早日被普遍运用,造福百姓。     

长江三角洲地区秸秆露天焚烧大气污染物排放清单及其在空气质量模式中的应用

基于长江三角洲江苏、安徽、浙江和上海地区2008年粮食产量的统计年鉴,结合作物谷草比、排放因子等估算了上述地区2008年秸秆焚烧排放污染物清单,重点完善了各县级市污染物排放.结果表明2008年江苏、安徽、浙江和上海地区SO2、NOx、CO、CO2、PM2.5、BC、OC、NH3、CH4、NMVOC的排放总量分别为14.28、86.01、1 744.56、36 893.03、517.54、11.74、114.63、19.93、89.37和208.57 kt.江苏中部和北部、安徽北部地区秸秆露天焚烧污染物排放较多,而江苏南部和浙江地区污染物排放量较少.将建立的秸秆露天焚烧排放污染物清单应用于WRF-CMAQ空气质量模式,结果表明,考虑秸秆焚烧排放源后,对PM10、CO等大气污染物的模拟能力大幅提高,模拟浓度比使用原始排放源分别提高42%和28%,模拟浓度与实测浓度的相关系数分别提高0.25和0.17,模拟值较使用原始排放源更加贴近实测值.     

不同轮作模式下土壤细菌群落特征及其对土壤全碳、全氮与温室气体释放潜力影响

为了探讨不同轮作模式下农田土壤细菌群落特征对土壤全碳(TC)、全氮(TN)含量及温室气体释放潜力的影响,以安徽铜陵两种不同轮作模式农田土壤为研究对象,设置旱-旱轮作(姜-菜)及水-旱轮作(姜-稻)两种轮作模式样地,测定并分析土壤细菌群落及其多样性、土壤TC、TN含量及CH₄和N₂O释放潜力.结果表明,旱-旱和水-旱轮作模式下姜季均降低了土壤TC、TN含量,水-旱轮作模式下稻季增加了土壤CH₄释放潜力(p<0.05),其他时期CH₄和N₂O释放潜力差异不显著.不同轮作模式对土壤细菌群落多样性影响不同,细菌多样性指数表现为水-旱轮作模式>旱-旱轮作模式(p<0.05).水-旱轮作相比于旱-旱轮作节杆菌属(Arthrobacter)相对丰度增加,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽胞杆菌属(Bacillus)相对丰度降低.芽胞杆菌属、Gaiella、Paenibacillus、Blastococcus等菌属在不同轮作模式下呈显著差异(p<0.05).Bryobacter、Bradyrhizobium和Mycobacterium与土壤C/N呈显著正相关(p<0.05).Acidothermus、Geodermatophilus、Blastococcus、Bacillus、Paenibacillus菌属对土壤N₂O释放有显著负效应(p<0.05).Conexibacter、Acidothermus和Geodermatophilus菌属对土壤CH₄释放具有显著正效应(p<0.05).本研究的开展对农田管理方式的选择及可持续生产均具有重要意义.     

互花米草厌氧消化产沼气的实验研究

为探索入侵物种互花米草厌氧生物处理的可行性,研究了互花米草中温批式厌氧发酵的产气特性和物质转化过程.结果表明,互花米草的产气率随VS负荷的增加呈现先增加后降低的趋势,当VS浓度为6.0%时,产气效果最好,产气量为294.84mL/g VS.发酵过程中,有机酸先增加后降低,pH值与有机酸呈极显著的负相关(R=-0.97508),该发酵过程为丁酸型发酵.互花米草中的维管束、薄壁细胞以及纹孔,有利于其进行厌氧生物处理, 发酵后的互花米草外观变得毛糙,出现了很多丝状物,维管束结构破坏严重,皮层和薄壁细胞不易被厌氧微生物破坏.FTIR和XRD结果显示,厌氧微生物不但利用互花米草中的易分解有机物,对纤维素的结晶区也有一定的破坏,发酵后的互花米草木质素相对含量增加.     

大伙房水库水体氮、磷污染分析

分析了大伙房水库水体中氮、磷污染物来源及份额，结果表明：1992～2005年均入库总氮、总磷量分别为1731t和84t，总氮、总磷主要水库上游的的种植业、养殖业、林业和生活污水。     

北京市再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险

如何准确、客观表征再生水长期灌溉的重金属污染风险是人们关注的主要问题之一。研究通过调查不同水源灌溉条件下土壤、小麦重金属含量,结合不同输入途径对再生水灌区土壤重金属的贡献,评估再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险。结果表明,污灌区、再生水灌区土壤均呈现不同程度的重金属累积,但不同灌区小麦籽粒的重金属含量之间没有差异。北京市再生水重金属浓度远远低于农田灌溉水质标准,再生水灌渠中采集的水样重金属浓度与地下水重金属浓度之间的差异并不显著。通过再生水灌溉途径带入的重金属与地下水灌溉相当,低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属。当前再生水灌溉导致土壤重金属污染的风险较小,并不会导致农作物重金属超标。再生水灌区土壤重金属污染并不一定是由于再生水灌溉导致,更大程度是早期的污水灌溉或有机肥施用造成的。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

Bt作物杀虫蛋白在农田土壤中残留动态的研究进展

综述了转Bt作物释放的杀虫蛋白在农田土壤中的残留动态．重点阐述了：①土壤中Bt毒素蛋白的检测方法；②Bt毒素在土壤中残留、富集与降解动态；③Bt毒素蛋白与土壤中具有表面活性颗粒的吸附结合规律；④土壤中Bt毒素的杀虫活性．国内外研究结果表明，转基因植物释放到土壤中的Bt毒素蛋白迅速与土壤中具有表面活性的颗粒吸附并紧密结合，降低生物降解，但结合后的Bt毒素结构没有改变，致使毒素蛋白在土壤中长期滞留并保持其杀虫活性，可能会对土壤中非靶标生物造成不良影响．因此深入、系统地研究和评价转Bt作物释放的Bt毒素对土壤生态系统的风险迫在眉睫．参50     

近50年东北地区春玉米干旱的时空演变特征

利用东北地区70个气象站点1960-2007年间的逐日气象资料,计算了作物水分亏缺指数(CWDI)并划分了干旱等级;利用ArcGIS软件,绘制了东北地区春玉米种植区的干旱等级时空分布图,对各个年代和生育期的玉米干旱灾害时空分布特征和演变趋势进行了分析。结果表明:在春玉米生长季内,玉米的需水量与降水量均呈现先增加后减少的变化趋势7,月下旬达到峰值,在4-6月和9月份水分亏缺指数(CWDI)值较高,易引起玉米发生干旱。     

吉林省主要农作物病虫害风险防御区划

农作物病虫害风险的研究,对有效防御病虫害发生、制定相应的防御对策及有效评估病虫害造成的损失有重大意义。利用吉林省50个县市的玉米、水稻和大豆产量、面积资料,及相应各站1961-2009年主要病虫害——玉米螟、稻瘟病、大豆蚜资料,根据灾害发生的频数确定病虫害影响指数,分析了各因子的影响程度。通过将各因子极差化处理,计算出综合风险防御指数,对吉林省主要农作物病虫害高、中、低风险防御区进行了区划评估。