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.     

苗期棉花对向日葵列当种子萌发诱导作用初探

以5个推广棉花（Gossypium hirsutum L.）品种（中棉所63、中棉所57、中棉所47、中棉所44和中棉所41）为研究对象,利用盆栽试验分别采集棉花苗期3个时期（二叶一心、四叶一心和六叶一心期）的根际土和植株样品,并用其甲醇浸提测试对向日葵列当（Orobanche cumana Wallr.）种子的发芽率。结果表明,根际土、植株样（根、茎和叶）甲醇浸提液诱导种子发芽率高低顺序为根际土〉根〉茎〉叶,表明棉花的根际土和根的甲醇提取液对向日葵列当种子的萌发诱导作用较强。3个时期中,二叶一心期诱导向日葵列当的发芽在品种之间不存在显著性差异,表现为较稳定的诱导种子萌发作用。综合得出,棉花二叶一心期的根际土和根的甲醇提取液对向日葵列当种子萌发的诱导作用较强,二叶一心期为棉花作为＂诱捕作物＂生物防除寄生杂草提供科学依据。     

曝气复氧对底泥氮素生物地球化学循环影响的作用机制研究

通过分析底泥氮污染物释放规律和转化过程,以及底泥生境、氮形态变化和氮循环功能微生物群落结构变化的规律,探讨了不同曝气复氧条件影响底泥氮生物地球化学循环的生物代谢、物理化学联合作用的机制。结果表明：曝气复氧对底泥中氮的生物地球化学循环影响是一个包括微生物代谢作用和物理化学作用的复杂联合作用过程。水体好氧环境的改变主要引起参与底泥氮循环的硝化、亚硝化和反硝化功能菌群群落结构的演变,对异养菌和氨化菌的影响不大,证明环境好氧条件的改变对底泥有机质生物分解产生氨氮的微生物代谢过程影响不大,主要对底泥释放的氨氮硝化、反硝化等生物转化过程产生大的影响。不同溶解氧条件下,底泥释放的氮素在微生物作用下主要以NH4＋-N和NO3--N的形式进入试验体系,并在特定的氧化还原电位（临界值-200 mV）和pH（临界值6.70）条件下通过物理化学作用在底泥中以离子交换态氮（IEF-N）、碳酸盐结合态氮（CF-N）、铁锰氧化态氮（IMOF-N）及有机态和硫化物结合态氮（OSF-N）等不同形态氮相互转化,同时,在氮的转化和循环过程中部分输入上覆水体。在低溶解氧组实验条件下[ρ（DO）〈0.5 mg.L-1],底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的19.7%,主要为氨氮,最大释放速率达到289.13 mg.m-2.d-1,释放的质量浓度可达到18.8 mg.L-1;好氧条件下（DO饱和）,底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的1.8%;好氧-缺氧条件下为11.7%,主要以N2的形式释出系统。     

磁暴对沿海核电站变压器安全影响的研究

磁暴产生的地磁感应电流(GIC)直接损伤变压器和间接干扰继电保护等设备,强磁暴可能威胁到电网的安全运行。为探明磁暴对沿海核电站变压器的影响,对第23太阳周峰年强磁暴侵害广东岭澳核电站、江苏上河变电站的GIC测量数据,以及西北陕甘青宁750 kV电网计算数据进行统计分析,研究沿海核电站与内陆变电站变压器GIC大小及其差异原因。结果表明,由于受海岸效应现象的影响,沿海核电站的变压器更容易遭受磁暴的侵害。在此基础上,对极端磁暴的可能危害、灾害风险以及沿海核电站的磁暴灾害进行评估,并建议核电站选址和变压器选型时应评估磁暴的影响。     

环境规制影响资源型城市绿色全要素生产率的途径与政策建议

环境规制对资源型城市绿色全要素生产率是否具有推动作用,通过何种路径驱动以及是否存在城市类型异质性有待进一步理清。本文选取2004—2019年中国113座资源型城市的面板数据,利用非径向、非角度的SBM模型与GML指数对资源型城市绿色全要素生产率进行测算,随后通过构建多重中介效应模型实证检验了科技创新、外商直接投资和产业结构优化在环境规制影响绿色全要素生产率的传导机制及其在城市类型间的异质性。研究表明：（1）从全样本回归结果看,环境规制对资源型城市绿色全要素生产率的作用系数显著为正,产业结构优化和外商直接投资均发挥了显著的正向中介效应,而科技创新表现为间接抑制作用;在非资源型城市中,三类中介效应均不显著。（2）类型异质性检验显示,科技创新在成长型、成熟型城市中发挥了正向中介效应,在再生型城市中表现为间接抑制作用;外商直接投资在衰退型城市中的中介效应值为正,而在再生型城市中表现为负向中介效应;产业结构优化在成长型与成熟型城市中发挥了正向中介效应。（3）对比中介效应结果表明,全样本回归时,产业结构优化、外商直接投资和科技创新的中介效应梯次递减,产业结构优化的中介效应占比接近80%,环境规制的...     

气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...     

天津LNG接收站码头钢桩长效腐蚀防护技术对比研究

为解决码头钢桩防腐问题,针对国内同类场站进行腐蚀调研,并对钢桩长效腐蚀防护技术进行优选。调研和试验结果表明,复层矿脂包覆技术(PTC)的防护效果优于其他2类腐蚀防护技术,是码头钢桩浪花飞溅区腐蚀防护的最佳解决方案。天津南港LNG接收站打破国内码头防腐设计的传统,在设计建造初期就采用PTC技术进行防腐保护,在国内尚属首例。相关调研和试验结果可为国内码头钢桩防腐设计提供参考。     

土壤稀土元素的迁移-富集机制及其生态效应

稀土被称为“工业维生素”。随着稀土元素使用日益增加,导致其在土壤广泛分布并不断积累。土壤中稀土元素的地球化学过程已成为全球关注的热点。本文通过检索土壤环境稀土元素方向研究文献,综述土壤稀土元素迁移-富集机制的研究进展,识别土壤稀土元素主要来源,探讨土壤稀土元素的含量分布、分馏特征和赋存相态,以及稀土元素迁移富集和分馏的影响因素,分析稀土元素对土壤理化性质、动物、植物和微生物等产生的生态效应,以及对人体健康的潜在威胁,提出土壤稀土元素未来研究的关键问题和方向。相关认识有助于理解和掌握稀土元素在土壤中的迁移和归趋,并为稀土污染防治提供理论依据。     

三峡库区支流汝溪河沉积物重金属空间分布及生态风险

为了解三峡库区支流沉积物重金属空间分布、来源及生物毒害效应,选择典型入库支流汝溪河,分4个区域12个采样点采集沉积物柱状样和沿岸土壤样品,分析了Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb和Hg这8种重金属的空间和垂向分布特征.结果表明,沉积物中Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb、 Hg平均含量分别为(79.60±11.87)mg·kg~(-1)、(41.340±4.999)mg·kg~(-1)、(32.69±8.70)mg·kg~(-1)、(823.34±125.76)mg·kg~(-1)、(122.11±22.82)mg·kg~(-1)、(0.393±0.140)mg·kg~(-1)、(29.122±6.811)mg·kg~(-1)和(74.84±39.50)μg·kg~(-1), 8种重金属含量均超过长江水系沉积物背景值,空间上总体表现为受汝溪场镇生活影响河段回水区自然河段,回水区河道沿岸沉积物及土壤中重金属含量均远低于沉积物中,说明河道沿岸沉积物和土壤并不是汝溪河回水区沉积物重金属的主要污染来源.在垂向分布上,受汝溪场镇生活影响河段重金属(除Pb外)含量最大值均出现在8cm处,而自然河段和回水区重金属含量随深度的增加呈下降的趋势.除Ni外,其他几种重金属之间具有显著相关(P0.01),说明汝溪河重金属存在一定的同源性.地累积指数评价得出汝溪河整体呈现Cd和Zn的轻度至偏中度污染.生物毒性效应评价得出,Ni有10%～75%可能对生物造成毒害效应,Cd、 Zn、 Hg、 Cu、 Pb和Cr有10%的可能会出现生物毒害效应.综合效应系数表明汝溪河沉积物重金属的生物毒害风险为低级至中低级.     

基于高通量测序分析的生物修复石油污染土壤菌群结构变化

利用高通量测序技术对微生物修复石油污染土壤过程中的微生物群落结构变化进行研究.结果表明,经修复处理的土壤微生物群落结构及多样性发生明显变化.利用生物强化修复处理(BA)的土壤中,微生物丰富度与均匀度明显降低,土著菌群受到抑制,外加变形菌门(Proteobacteria)成为主要的优势菌门,相对丰度由修复前的37. 44%增加为87. 44%.假单胞菌属(Pseudomonas)成为土壤中的优势菌属,丰度由2. 99%增加为76. 37%;进行生物刺激修复处理的土壤(BS)菌群丰富度和均匀度与原污染土壤相比略有降低.菌群结构组成上,原优势菌门变形菌门(Proteobacteria)丰度由37. 44%降低为10. 90%,厚壁菌门(Firmicutes)丰度由9. 16%增加为35. 32%,属水平上,原优势菌属微小杆菌属(Exiguobacterium)和原小单胞菌属(Promicromonospora)丰度由8. 49%和18. 96%分别降低为2. 19%和14. 97%,诺卡氏菌属(Nocardioides)和芽孢杆菌属(Bacillus)丰度由5. 56%和0. 29%分别增加至28. 95%和22. 70%,成为主要优势菌属.生物强化修复处理引起土壤菌群多样性和结构发生明显变化,生物刺激修复处理可基本保持土壤菌群结构多样性不被破坏,土壤菌群结构的稳定有利于石油烃的生物降解.