集雨种植下不同沟垄比对土壤呼吸的影响及其对水热因子的响应

为探明不同宽度沟垄集雨种植下土壤呼吸对土壤水热因子的响应机制,对比研究了沟垄比分别为20 cm∶40 cm(P40)、30 cm∶30 cm(P30)、40 cm∶20 cm(P20)的沟垄集雨种植和平作种植(CP)下冬小麦的土壤呼吸动态变化,及其与土壤温度和水分的关系.结果表明,4个处理的土壤呼吸速率在越冬期最低,返青期开始升高,扬花期前后达到峰值,之后逐渐降低.沟垄集雨处理土壤呼吸速率表现为P40P30P20,垄宽增加使呼吸速率提高1.2%~18.4%;苗期和越冬期,沟垄集雨种植提高了土壤呼吸速率,表现为P40P30P20CP,其中苗期3个沟垄集雨处理均显著高于CP(P0.05),越冬期P40处理显著高于CP;苗期和越冬期沟垄集雨种植提高了土壤温度,拔节期至成熟期CP土壤温度高于沟垄集雨处理;沟垄集雨种植能有效蓄水保墒,随着垄宽的增加集雨效果越好,苗期至拔节期降雨稀少,7.6 cm和12 cm土层土壤含水量均表现为P40P30P20CP.相关分析表明,土壤呼吸与温度的相关系数达极显著水平(P0.01),P40和P30的土壤呼吸与水分的相关系数小于P20和CP;水热双因子二次方程模型能解释呼吸变化的61.7%~74.1%,温度指数模型能解释50.3%~68.2%.本研究结果为沟垄集雨种植的生态效益评估提供理论依据.     

甘肃黄土塬典型地区窖水水质分析及健康风险评价

为明确甘肃黄土塬地区窖水水质现状及其潜在的健康风险,以甘肃陇东黄土塬地区某县的16口水窖的水质检测结果为基础,采用水质标识指数法对该县窖水水质进行评价,同时结合水环境健康风险评价模型首次对黄土塬地区窖水中重金属健康风险进行评估。结果表明：该县窖水水质满足地表水Ⅱ类标准,影响水质的主要限制性因子为总磷、总氮和溶解氧的含量;重金属年均致癌风险值在2.319 5×10^-5～3.760 16×10^-5,介于美国环保署和国际辐射防护委员会可接受标准之间,年均非致癌风险值在1.791 71×10^-10～2.54×10^-8,远低于上述标准,表明该地的健康风险主要来自于重金属致癌风险。2种评价方法均显示水窖集雨面优劣顺序依次为水泥地面、砖混地面、土路/打麦场面,窖体材质红胶泥优于混凝土,并对不同类型水窖的用途提出了建议。研究结论可为该县开展水窖集流面及其材质优选以及选择合适的水处理技术提供依据。     

不同降水下覆盖与缓释肥减量对油菜土壤微生物群落结构的影响

为探讨沟垄集雨、秸秆覆盖和减量缓释肥集成技术对油菜土壤微生物群落结构的影响,在大田定位试验条件下,设置3种栽培方式（秸秆覆盖、沟垄集雨、传统平作）和4种施肥水平（习惯施肥、缓释肥减量20%、缓释肥减量40%、不施肥）,比较分析2016~2017年（多雨年份）和2017~2018年（季节性干旱年份）这2种不同降水年型下油菜土壤微生物群落结构对集成技术的响应.结果表明,不同降雨条件下,秸秆覆盖+缓释肥减量20%（J80）与沟垄覆盖+缓释肥减量20%（M80）较习惯栽培（PC）更利于土壤微生物生长.在多雨年型和季节性干旱年型下,J80与M80能平均分别提高微生物量碳9.94%和10.32%;提高土壤微生物量氮2.38%和1.19%.多雨年型下,土壤微生物磷酸脂肪酸（PLFA）总量较干旱年型降低30.75%,覆盖能有效提高土壤PLFA质量摩尔浓度.多雨年型下土壤细菌、真菌PLFA质量摩尔浓度较干旱年型平均减少33.67%和53.21%;而放线菌PLFA增加13.04%.微生物群落对异常降水具有敏感响应.多雨气候会造成细菌/真菌升高;干旱气候则会增加直链饱和脂肪酸/直链单不饱和脂肪酸及直链单不饱和脂肪酸/环丙烷脂肪酸.通过秸秆覆盖与缓释肥的集成技术,能稳定异常降水下的土壤微环境,缓解水分和养分胁迫,为油菜稳产和可持续发展提供有效途径.     

三氯异氰尿酸在窖水中的余氯衰减规律及消毒效果

为保持集雨窖水水质,提高饮用水安全性,采用向窖水中投加三氯异氰尿酸(trichloroisocyanuric acid,TCCA)的消毒方法,检测主体水的余氯衰减规律和微生物的变化情况,重点研究了消毒剂投加量、温度及pH等因素的影响。实验结果表明:余氯衰减过程符合一级动力学模型;随初始氯投加量的增大,水中余氯衰减量增大,余氯衰减系数减小且与初始投加量的倒数成线性正相关;随水中有机物等反应物浓度的降低,余氯衰减量减少,余氯衰减系数减小;随温度的升高,余氯衰减量增大,衰减系数增大;随pH的增大,余氯衰减量减少,衰减系数减小;水中菌落总数的灭活率随消毒剂投加量的增加而增大。当消毒剂浓度为1.5～2.5 mg·L~(-1)时,在60 min内可完成对菌落总数99.0%的灭活;当消毒剂浓度大于2.5 mg·L~(-1)时,在30 min内可完成对菌落总数99.9%的灭活。在pH为6～9时,pH越小,消毒效果越好;在10～30℃时,温度越高,消毒效果越好;水中氨氮存在时,氯胺的生成会减弱短期消毒效果。与传统氯制消毒剂相比,TCCA在窖水消毒方面有较好的应用前景。     

酸性降雨的物理和化学性质研究

本文主要研究雨水中SO4^2-氧化成SO4^2-时pH值变化，硫酸铵型雨水的pH值，高空雨水和地面雨水的pH值差异等。亦研究了连续降雨时高空和地面的pH变化曲线，探讨了一些降雨地物理化学性质以及应该如何采集雨水样品。     

窖水中微生物降解污染物的关键细菌

为探究以氮、磷及有机物污染为主要特征的、窖水中参与污染物降解的关键细菌及它们之间潜在的相关关系,基于16S rRNA的微生物组学截面数据,分析了窖水中细菌群落结构与功能及其与水质因子间的相关性,并通过微生物物种的同现或相关种间作用推断模型,构建了7个微生物菌属间的共现性关联网络.结果表明,窖水中存在具有相对特定生态功能的细菌,进行着诸多活跃的与新陈代谢功能基因相关的代谢活动;窖水微生物类群共现性关联网络中大部分节点的菌属营互利共生类型的生态关系;Lacibacter、Arthrobacter、Candidatus Protochlamydia、Methylocaldum、Sulfuritalea、Mycobacterium、Aquirestis、Rhodobacter、Methylotenera等菌属拥有较高的点度中心度;较强的互作关系发生在Sulfuritalea-Rhodobacter、Azospirillum-Rhodobacter、Methylocaldum-Rhodobacter、Arthrobacter-Rhodobacter、Rhodoplanes-Rhodobacter、Candidatus Protochlamydia-Rhodobacter、Methylotenera-Rhodobacter、Rhodobacter-Aquirestis、Mycobacterium-Rhodobacter、PlanctomycesCandidatus Solibacter、Planctomyces-Legionella、Hymenobacter-Adhaeribacter、Luteolibacter-Crenothrix之间.综合分析节点微生物相关性、点度中心度及菌属间的互作强度,认为Rhodobacter、Methylocaldum、Methylotenera、Acinetobacter、Novosphingobium、Planctomyces、Hymenobacter、Luteolibacter为参与窖水污染物微生物降解的关键细菌,Rhodobacter为关键细菌的代表属.研究结果加深了对窖水中污染物微生物降解机制的认识.     

16S rRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落结构及多样性

为探究集雨窖水中细菌多样性及功能与主要水质因子之间关系,应用16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术分析和比较了不同类型集雨水窖中窖水的微生物群落结构及多样性.通过提取4组样品基因组DNA,对16S rRNA V4区测序,共获得用于物种分类的OTU 1605条,涵盖了22门、42纲、71目、115科、146属的细菌.微生物多样性分析表明,窖水具有很高的细菌多样性,不同样品多样性存在差异,细菌优势菌群分布呈现出大量的稀有种和少数常见种的模式.菌群分类发现,拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线细菌门（Actinobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和OD1是主要的细菌菌门,其相对丰度占群落的87.1%~94.8%;放线菌门的放线细菌纲（Actinobacteria）、酸微菌纲（Acidimicrobiia）,拟杆菌门的噬纤维菌纲（Cytophagia）、黄杆菌纲（Flavobacteriia）、鞘脂杆菌纲（Sphingobacteriia）,变形菌门中α-变形菌纲（α-Proteobacteria）、β-变形菌纲（β-Proteobacteria）、γ-变形菌纲（γ-Proteobacteria）,疣微菌门丰收神菌纲（Opitutae）、疣微菌纲（Verrucomicrobiae）、Pedosphaerae,OD1的ZB2为纲层次上的优势菌;红细菌属（Rhodobacter）、脱氮单孢菌属（Dechloromonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）、不动杆菌属（Acinetobacter）、丛毛单孢菌属（Comamonas）、假单孢菌属（Pseudomonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等优势菌属大多数为具有脱氮除磷功能的反硝化菌和异养硝化-好氧反硝化菌;RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响有着明显的不同,即第Ⅱ簇内的菌属主要与反映窖水有机物含量的指标UV₂₅₄、高锰酸盐指数、BOD₅之间呈显著正相关关系,而第Ⅲ簇内的菌属主要与反映窖水氮、磷水平的指标TN、NO₂^--N、NO₃^--N、TP、NH₄⁺-N显著正相关,体现了生态功能的簇内相似性及簇间差异性.研究结果加深了对窖水微生物群落结构和多样性的认识,为深入研究窖水细菌多样性及功能与水质因子之间关系提供了借鉴.     

西北典型村镇集雨窖水水质变化及特性

为研究西北村镇集雨窖水的水质状况和污染物变化规律,在2012年8月份的暴雨过后,对会宁县某农户3口不同集雨面(屋顶庭院、山坡土路、打麦场)水窖进行了长期水质监测分析。结果表明,窖水的水质变化分为3个阶段:以物理沉降为主的初期沉降阶段(0~15 d);以生物降解为主的中间过渡阶段(15~100 d)及水质基本不变的后期稳定阶段(100~250 d)。浊度与CODMn、NH3-N、细菌总数之间的相关性较好,相关系数达到0.60~0.96。窖水水质受集雨面特征影响较大,屋顶庭院水窖水质最优且最早到达稳定期,后期基本满足农村饮用水卫生标准;山坡土路面及打麦场水窖水质分别满足地表水环境质量Ⅲ、Ⅳ类标准。研究结论可为水窖的使用和管理、开发相应的水处理工艺及设备提供科学依据。     

KMnO4与PAC联用强化混凝处理西北村镇集雨窖水研究

针对西北村镇集雨窖水含浊、低温、微污染,采用常规混凝工艺效果不佳的情况,通过试验考察了单独采用高锰酸钾预氧化、单独投加粉末活性炭以及高锰酸钾与粉末活性炭联用3种工艺对常规混凝的强化效果,并对影响强化混凝效果的高锰酸钾和粉末活性炭不同投加量和投加顺序进行试验研究.结果表明:KMnO4与PAC联用具有最佳的强化混凝效果,在常规混凝的最佳条件下,当KMnO4的最佳投量为2 mg·L-1,预氧化时间为15 min,而PAC的最佳投量为10mg·L-1,并且在投加混凝剂后3 min投加,则经强化混凝后的窖水浊度和CODMn的去除率可达98.5%和56.6%;两者联用具有协同增效作用.     

典型集雨人饮地区窖水微生物群落多样性及差异解析

为阐释我国典型集雨饮水地区窖水水质自然变化机制,应用16S rRNA基因-Illumina Mi Seq高通量测序技术,对以庭院为组织单元、不同类型集流面和水窖组合模式构建的集雨水源地水体中微生物群落及功能多样性差异进行了研究,表明窖水微生物群落结构及其功能存在显著的差异,造成这种差异的主要因素是窖水内部环境因子、外部环境因子等的异质性.窖水微生物群落结构多样性差异呈现大量的稀有种和少数常见优势种的分布模式,不同类型集流面和水窖组合模式构建的集雨水源地水体中含有不同的显著差异性微生物类群;微生物群落功能多样性差异体现在:编码新陈代谢功能的基因序列与其他功能基因序列相比具有显著的优势性,氨基酸、碳水化物、能量、脂类、辅助因子和维生素、萜类和酮类化合物、核苷酸、多糖的合成与代谢、外来物质的降解与代谢是构成新陈代谢功能的主要基因序列类群,表明窖水中存在大量、具有相对特定生态功能的微生物进行着诸多活跃的与新陈代谢相关活动.研究认为混凝土集流面与混凝土水窖组合模式用于收集和贮存雨水,水质更好、更安全.研究结果加深了对窖水微生物群落结构和多样性的认识,为开展集雨窖水水源地优选及改善窖水水质提供了借鉴.