Estimating Watershed Level Nonagricultural Pesticide Use From Golf Courses Using Geospatial Methods1

Abstract: Limited information exists on pesticide use for nonagricultural purposes, making it difficult to estimate pesticide loadings from nonagricultural sources to surface water and to conduct environmental risk assessments. A method was developed to estimate the amount of pesticide use on recreational turf grasses, specifically golf course turf grasses, for watersheds located throughout the conterminous United States (U.S.). The approach estimates pesticide use: (1) based on the area of recreational turf grasses (used as a surrogate for turf associated with golf courses) within the watershed, which was derived from maps of land cover, and (2) from data on the location and average treatable area of golf courses. The area of golf course turf grasses determined from these two methods was used to calculate the percentage of each watershed planted in golf course turf grass (percent crop area, or PCA). Turf‐grass PCAs derived from the two methods were used with recommended application rates provided on pesticide labels to estimate total pesticide use on recreational turf within 1,606 watersheds associated with surface‐water sources of drinking water. These pesticide use estimates made from label rates and PCAs were compared to use estimates from industry sales data on the amount of each pesticide sold for use within the watershed. The PCAs derived from the land‐cover data had an average value of 0.4% of a watershed with minimum of 0.01% and a maximum of 9.8%, whereas the PCA values that are based on the number of golf courses in a watershed had an average of 0.3% of a watershed with a minimum of <0.01% and a maximum of 14.2%. Both the land‐cover method and the number of golf courses method produced similar PCA distributions, suggesting that either technique may be used to provide a PCA estimate for recreational turf. The average and maximum PCAs generally correlated to watershed size, with the highest PCAs estimated for small watersheds. Using watershed specific PCAs, combined with label rates, resulted in greater than two orders of magnitude over‐estimation of the pesticide use compared to estimates from sales data.     

水稻秸秆经漆酶预处理后产沼气研究

利用秸秆产沼气是秸秆无害化处理解决环境污染问题的可行手段.本研究针对秸秆特殊结构而导致产沼气少、启动慢、利用率低等问题,采用自培养漆酶预处理水稻秸秆,提高了秸秆产气率及利用率.通过研究发现,当漆酶添加量为40 mL、发酵温度为35℃、预处理7d的条件下,秸秆的产气量最高;同时发现,金属离子的添加对沼气产量有很大影响,其中Cu2添加后产气量提高最多.另外,研究发现预处理天数为24 d的秸秆木质素纤维素降解率最高.     

农作物秸秆综合利用的研究进展综述

通过对农作物秸秆的研究现状、处理方法及综合应用情况进行综述,归纳出了目前农作物秸秆综合利用领域、主要处理方法及需要突破的关键技术.明确了突破农作物秸秆外表面物质结构实现完全降解和完成内部纤维素、半纤维素等高分子化合物降解转化是综合利用农作物秸秆研究的重点和难点.同时指出了解决农作物秸秆综合利用的技术层面、法律层面和人文认知理念等方面的发展趋势,为高效利用农作物秸秆及开展关键技术攻关提供参考.     

秸秆厌氧发酵产沼气技术现状进展

秸秆是世界上数量最大的可再生资源,但是秸秆内木质纤维素的复杂结构和难降解性限制了秸秆的应用,因此秸秆预处理成为秸秆发酵产气的重要一环。本文介绍了木质纤维素预处理物理技术、化学技术、生物技术、联合处理技术和秸秆厌氧发酵研究进展,并对秸秆预处理技术前景进行展望。     

作物种植专业化与化肥减量来源——兼顾经营规模的影响

以作物种植横向专业化和纵向专业化为切入点,运用中国13个粮食主产省份1980—2018年的面板数据,考察了作物种植专业化对农业化肥减量的影响及其作用机制。研究主要发现：（1）基础回归分析表明,作物种植横向专业化和纵向专业化均对化肥施用强度具有显著的削减效应,对化肥的利用效率有显著的增效作用。且作物种植纵向专业化或社会化服务卷入程度加深,能够增强横向专业化对化肥的减量增效作用。（2）影响路径分析表明,作物种植横向专业化通过扩大农地经营规模,进而增强了作物种植纵向专业化对化肥施用强度的削减效应和利用效率的增效作用。但也应警惕,通过扩大农地经营规模以增强作物种植纵向专业化的减量效应可能存在临界水平。此外,当作物种植横向专业化和纵向专业化积极配合时,可能推移临界点的到来。据此,通过发展作物种植横向专业化,鼓励农户通过服务外包卷入农业的纵向专业化分工以及发展农业适度规模经营,进而实现农业领域化肥的减量增效。     

柑橘/大球盖菇套作下土壤CO2排放及其效率对秸秆还田量的响应

以柑橘/大球盖菇套作模式为研究对象,利用秸秆作为大球盖菇的培养基原料,通过原位试验,连续监测大球盖菇生长期内,不同秸秆还田量(半量、全量和倍量)下土壤CO_2排放规律,并进一步对比栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)和未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理下土壤CO_2排放量变化及其影响因素,结合大球盖菇产量及土壤碳排放效率,分析不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,为合理利用柑橘园林下土地提供理论依据.结果表明:①秸秆还田处理的土壤CO_2累积排放量均高于常规种植(CK),随着秸秆还田量的增加呈增加趋势;且栽培大球盖菇处理的土壤CO_2累积排放量大于未栽培大球盖菇,表现为:DSM(52. 09 t·hm-2) ASM(41. 10 t·hm-2) HSM(33. 20 t·hm-2) DS(27. 15 t·hm-2) AS(25. 34t·hm-2) HS(18. 94 t·hm-2) CK(12. 16 t·hm-2);其中,倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO_2累积排放量增加最为显著,较CK增加了328. 37%;②对于栽培了大球盖菇的处理,土壤CO_2排放量最大时段均集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期;其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO_2累积排放量占其总累积排放量的43. 27%,其次为全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM,42. 63%)和半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM,40. 57%);③栽培大球盖菇处理降低了温度敏感系数Q10; 5cm土壤温度能解释27%～71%的土壤CO_2排放速率变化(P 0. 01),而土壤体积含水量单因子对土壤CO_2排放速率不存在显著影响;但双因子拟合发现,5 cm土壤温度和体积含水量可以解释土壤CO_2排放速率变化的36%～82%;④对于栽培了大球盖菇的处理,各处理产量分别为:DSM(49. 7 t·hm-2) ASM(47. 0 t·hm-2) HSM(23. 3 t·hm-2),其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1. 14).综上,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会显著促进土壤CO_2排放,但同时也提高了柑橘园综合经济效益,其中全量秸秆还田能较好地协调其产生的经济及环境效益.     

轮作方式对冬水田温室气体排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的冬水田(RF)、水稻-油菜轮作(RR)和水稻-儿菜轮作(RV)农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对农田的温室气体的排放通量进行了为期一年的原位观测,其中采用静态暗箱技术观测CH4和N2O,静态明箱技术观测CO2.结果表明,不同轮作方式下CH4的年排放总量[以CH4计,kg·hm-2]RF(422.87±27.1) RR(132.05±23.11) RV(50.91±3.83),其中RV与RR处理较RF处理CH4排放量有明显下降(P0.05);N2O的年排放总量[以N2O计,kg·hm-2]依次为RV(21.38±6.51) RR(20.02±5.23) RF(0.48±0.02),RV和RR处理N2O的排放总量均显著高于RF(P0.05);CO2的年净排放总量[以CO2计,t·hm-2]为RR(-55.43±5.04) RV(-29.1±3.00) RF(-14.08±1.81),RV和RR处理CO2的吸收量显著高于RF处理(P0.05).在100a时间尺度上,全年排放的CH4、N2O和CO2所引起综合GWP(以CO2计,t·hm-2)为RR(-46.43) RV(-22.01) RF(-2.11),表明冬水田转变为水旱轮作系统后能显著提升农田生态系统的增汇效果,相比于RV处理,RR处理增汇效果更好,即在西南地区水稻-油菜轮作农田在生态系统增汇上是一种最有效的轮作方式.     

黄土旱塬24 a不同秸秆还田土壤碳、氮、磷和胞外酶计量特征

探索黄土旱塬区农田土壤碳、氮和磷生物地球化学循环特征,可为农作物高效生产和土地可持续利用提供科学依据和技术支撑.以山西寿阳24 a玉米旱作试验田为对象,研究长期秸秆覆盖还田、直接还田、过腹还田和不还田对土壤元素和胞外酶活性化学计量比的影响,并计算向量角度和长度用于指示微生物面临的资源限制情况,向量角大于45°和小于45°分别表示微生物受磷限制和氮限制,偏离45°越大表示限制程度越大,向量长度越长表示微生物受碳限制越严重.结果表明：(1)长期秸秆还田土壤C/N和C/P分布在9.81～14.28和14.58～21.92之间,均值分别为12.36和17.51,分别较试验初期降低了6.0%和4.2%;土壤N/P分布在1.27～1.57之间,均值为1.42,较初期提高了2.2%.土壤C/N和C/P均呈现出先降低后升高的变化趋势,土壤N/P基本呈现出持平趋势,且不同秸秆还田处理之间土壤元素计量比均无显著性差异.(2)相比24 a长期不还田处理,长期秸秆覆盖还田处理土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)活性显著提高了134.4%和107.5%(P<0.0...     

水解液出料和回流对秸秆水解产酸的影响

为了解秸秆两相发酵水解相水解液出料和回流对秸秆水解产酸过程的影响,以打捆麦秸为原料,在中温[(37±1)℃]条件下,采用批次进料方式,进行秸秆水解产酸实验.实验设置水解液出料量为排空、排1/2和排1/3,水解液回流频次为不回流、1d回流1次和3d回流1次.结果表明:水解液出料促进了秸秆有机物的水解溶出,水解液出料后秸秆中有机物大量水解溶出,水解液COD、SCOD浓度迅速回升,pH值迅速降低,TVFAs先增加后降低;水解液大出料量更有利于秸秆有机物水解溶出,水解液排空的处理累积COD获得量、TS损失率、半纤维素损失率和纤维素损失率较排1/3的处理分别提高44.45%、25.97%、30.23%和43.34%,排空的处理单位秸秆水解获得COD质量达0.33g COD/g秸秆;水解液回流对秸秆有机物水解溶出并未表现出明显的促进作用,但在实验后期对日产气量及产气中甲烷含量影响明显,3d回流1次的处理累积产气量和产气中甲烷含量均高于不回流和1d回流1次的处理.     

烟草—红叶甜菜轮作对镉污染农田的修复潜力试验

植物修复重金属污染土壤具有环境友好、成本适中、可原位修复等优势。采集中、高重金属污染风险的农田土壤开展盆栽试验,探究烟草—红叶甜菜轮作模式对2种农田污染土壤中Pb、Zn、Cu、Cd的修复潜力。结果表明:烟草和红叶甜菜对2种农田污染土壤中Pb、Zn、Cu、Cd均有一定的富集能力,其中对Cd的富集能力最为显著;在高重金属污染风险土壤中,烟草成熟期下部叶的Cd浓度最高,达41.63 mg/kg,富集系数(BCF)和转运系数(TF)分别为17.06和17.42,红叶甜菜成熟期根部Cd浓度为7.55 mg/kg,BCF为3.85,高于地上部位;在中重金属污染风险土壤中,烟草成熟期下部叶的Cd浓度达34.59 mg/kg,BCF和TF分别为40.69和13.67,红叶甜菜成熟期根部Cd浓度为4.33 mg/kg,BCF为7.69;轮作试验结束后,中、高重金属污染风险土壤中Pb、Zn、Cu、Cd全量浓度分别下降了2.99%、3.55%、12.41%、57.64%和3.32%、1.63%、9.45%、24.59%,同时,土壤中Pb、Cu、Cd有效态浓度显著降低。烟草—红叶甜菜轮作模式在中、高重金属污染风险农田土壤修复中具有一定的应用潜力。