蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响

生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%(C1)和3%(C2)蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照(CK),共3个处理,通过 15 NH 4 NO 3 和NH^15 4 NO 3 成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮(NH^+ 4 )和硝态氮(NO^- 3 )的微生物同化和异养硝化速率,但NH^+ 4 吸附速率随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH^+ 4 释放速率,但C1和C2处理的土壤NH^+ 4 释放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH^+ 4 吸附,降低自养硝化速率,减少NO^- 3 产生,从而降低了其损耗和淋失风险。     

生物炭对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放的影响

岩溶区黄龙病柑橘园土壤氮转化存在特殊性。土壤改良剂生物炭对岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O排放的影响及其微生物调节途径目前尚不清楚。本文通过室内培育试验研究了生物炭添加对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放、土壤氮素净硝化率/矿化率、硝化和反硝化功能基因的影响及其相互关系。结果表明, 添加生物炭改变了土壤氮素净硝化率/矿化率、反硝化相关功能基因nosZ和硝化相关功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的丰度, 添加量为2%时是多数指标增长的峰值, 与对照差异显著。添加生物炭降低了岩溶区脐橙园土壤N2O的平均排放速率和累积排放量, 但各处理间差异不显著。DCA排序显示生物炭添加不同处理N2O的排放速率主要受NH+ 4-N含量、nirK丰度、nosZ丰度的负向影响, NO– 3-N含量和AOA-amoA丰度的正向影响。若要进一步提升生物炭对该土壤的减排效果, 应注意提升土壤NH+ 4-N水平和反硝化相关功能基因丰度, 抑制土壤NO– 3-N水平和硝化相关功能基因AOA-amoA的丰度。本研究结果可为岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O减排及调节机制研究提供借鉴。     

节水条件下土壤氮素的环境影响效应研究

土壤无机氮素的损失主要是铵氮的挥发损失和硝氮的反硝化和淋失.土壤水分和氮素含量的增加,都将增加氮肥淋失的潜在威胁,如处置不当,获得高产可能需要以环境的污染为代价.节水条件下土壤无机氮素的损失量有所减少,但是氮素利用效率也同时受到了土壤水分状况的限制.探讨了作物产量、氮素损失和农业生产要素(水分、氮素)实际投入量之间的关系,建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型,通过在北京水利科学研究所永乐店灌溉试验站3年的试验资料对模型进行了参数求解及校验.     

河套平原盐渍化地区非饱和带氮的分布特征及影响因素

土壤氮在植物生长、土壤理化性质和微生物活动中扮演着重要的角色.为了识别盐渍化地区非饱和带氮的迁移过程,以河套灌区典型盐渍化耕地为例,通过非饱和带监测和水化学统计分析,探究了土壤剖面中氮素分布的差异性及主要影响因素.结果表明,研究区0～100 cm土层深度土壤氮含量处于较低水平,NO3-N、NH4-N和NO2-N含量平均...     

卫河流域河流地下水流系统氮素运移的数值模拟

卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。     

包气带土层防护地下水污染的反硝化测定影响综述

施加氮肥是农业增产的有效途径,土壤反硝化作用可使其中的剩余、淋洗氮素得到消散和净化,使地下水免受污染。但影响包气带土层中反硝化测定的因素较复杂,目前还没有较完善的测定方法。文章在论述包气带土层反硝化作用的实质与影响因素基础上,总结了现行反硝化测定方法的影响与不足。结合现有监测技术的发展及对包气带土层中物质、能量的转化和分布认识,探讨分析了适宜于研究包气带土层防护地下水污染的反硝化测定方法,为相关学科研究提供借鉴。     

滇池流域集约化农田区氮素损失研究

集约化农田区氮素流失是构成滇池流域面源污染、水体富营养化的重要因素。基于滇池流域集约化农田区产业结构特征、施肥方式、土壤物化性质分析,利用现场模拟试验,探讨水土生复合系统中氮素输移、分布和损失机制,量化不同情景下氮素损失量。研究表明,集约化农田土壤氮素损失主要途径是通过气态(NH3、N2O、NO/NO2、N2等)、作物吸收、生物作用和淋失。气态氮损失受温度、土壤特性、施肥类型、方式与施肥量、地下水埋藏条件等因素综合制约,NO-3 N是氮淋失的主要形式。根据试验与计算结果,Ⅰ区和Ⅱ区的合理施肥的氮利用率分别为30 8%和20 8%,高于习惯施肥的11 5%和8 5%,气态损失和淋失率均低于习惯施肥。显然,施肥的合理性是控制集约化农业区氮素损失的重要措施。     

硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程记录的海洋氮循环研究进展

海洋生态系统中的氮素生物地球化学循环主要是由微生物的代谢过程来驱动的,包括氮固定、氮同化、硝化以及反硝化和厌氧氨氧化过程,这些过程都伴随着不同程度的氮氧同位素的分馏,直接影响着海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素组成.因此,通过检测海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素信号,就可以捕捉到海洋中发生的具体氮素循环过程.细菌反硝化法是这一研究最有力的手段,通过细菌的作用把硝酸盐中记录的氮氧稳定同位素信号转化到N2O中,再通过痕量N2O的同位素质谱测定和分析,准确地反映海洋中发生的氮素转化过程.硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程为深入理解海洋氮循环提供了一个重要的工具,有力推动了海洋氮素生物地球化学的研究,在近10年来取得了重要进展.     

渗滤液污染物在地下环境中的生物地球化学作用

通过实验室土柱模拟实验,研究垃圾渗滤液污染晕中不同污染物的迁移转化规律和生物地球化学降解作用。实验结果表明:微生物在前28 d的增长速度较快,平均每天增长1.7×105个;TOC在土壤中以“梭形”向前迁移,而且微生物的增长对其衰减具有明显的影响;NH4 -N在土壤中以“活塞式”向前推进,其衰减和微生物的增长在短期内未见明显的关系;TOC在土壤中的迁移速度比NH4 -N的迁移速度快,TOC的迁移速度约为3.0 cm/d,而NH4 -N的迁移速度约为2.4 cm/d。     

潜流构建湿地氮素转化运移的理论模型研究

构建湿地中氮素的主要存在形态为有机氮和无机氮,无机态氮主要包括氨态氮和硝态氮两种形态。一方面,这些氮素之间通过矿化、氨同化、硝化、反硝化、吸附交换、植物吸收等物理、化学及生物学过程相互联系并相互转化;另一方面在构建湿地污水处理系统中,从进水到出水,这些不同形态的氮素又随多孔介质中的饱和流发生运移。根据氮素的转化机理和溶质运移理论,以构建湿地中氮素的溶质运移模型为基础,将氮素转化的机理过程作为源汇项包括到基本模型中,由不同形态氮素的运移转化模型相联合形成构建湿地中氮素转化运移的理论模型系统。根据文献调研,给出模型系统参数的参考值,并简要介绍了模型系统的计算机语言求解方法。该模型为深入研究构建湿地中污水脱氮综合机理提供工具,其结果为以脱氮为目的的构建湿地的设计提供科学参考。     

氮素输入影响下淡水湿地碳过程变化

通过野外控制试验和室内培养试验研究了氮素输入对淡水沼泽湿地碳循环过程的影响。结果表明，氮素的输入能够提高沼泽湿地碳的生物累积，但过多的氮素输入则引起植物生产力的降低，并对常年积水沼泽湿地有机物质的分解有抑制作用。在非淹水条件下，氮素输入后有机物质的分解速率明显大于淹水条件，说明水文条件和氮素输入对枯落物的分解过程都有重要的影响，只是在不同环境条件下的响应存在一定的差异。氮素输入后，植物—土壤系统CO2排放量增大；但是，过多氮素输入后植物—土壤系统呼吸速率降低，这说明一定量的氮素输入可促进植物的生长和根的发育，对微生物的活性也有一定的影响，但过多的氮素输入则会对这些过程产生一定的抑制作用。氮素输入对土壤溶解有机碳（DOC）有明显的影响。氮素输入后，根层土壤DOC含量明显降低（P<0.05），不同土壤深度DOC的变化有一定的差异。     

再生水干湿交替回灌过程氮素动态变化特征研究

再生水地下回灌过程中,研究了前处理和含水层中氮污染物在干湿交替回灌过程中的变化特征。结果表明:回灌期间,在臭氧氧化作用下会发生硝化反应,使NH4-N平均浓度降低0.196 mg/L,NO_3-N平均浓度上升为2.26 mg/L。再生水进入含水层后,水中游离氧仍然较高(6.89 mg/L),注入井附近会继续发生硝化反应,使5#井中NH4-N下降至0.07 mg/L;NO_3-N浓度在3#井到5#井之间符合线性方程y=-0.172 8 x+31.245;NO_2-N在3#井、4#井和5#井中平均浓度分别为2.02 mg/L、2.023 mg/L和2.427 mg/L。非回灌期地下水中反硝化反应使NO_3-N降低了12.241 mg/L,NO_2-N均上升了0.918 mg/L。另外,TN的变化规律与NO_3-N类似,非回灌期5#井中TN的去除率达56.6%。     

贵阳雨水无机氮沉降的氮、氧同位素特征

雨水中氮沉降主要以铵盐(NH+4)和硝酸盐(NO-3)形式存在,这与地表生态氮循环和酸雨等环境问题直接相连.我们测定了贵阳地区雨水中的NH+4和NO-3的氮氧同位素值,讨论了氮素形态分布及其同位素组成特征,探讨了雨水中溶解无机氮的成因.雨水中的NH+4和NO-3平均值分别为0.81和o.51mg N/L;铵盐的δ15N平均值为-4.7‰,较硝酸盐的δ15N平均值负,雨水中硝酸盐δ18O值为25.2‰～40.1‰,平均值为34.2±4.3‰,季节性差别不显著.     

黄土高原植物与不同粒级中土壤体系氮同位素组成变化及意义

目前观点认为，自然生态条件下的非固氮植物-土壤体系中，根据分解供给是土壤中氮的主要来源。研究植物-土壤体系中氮素的分布转化规律是评估土壤中氮素有效性的重要基础。笔者选取黄土高原这一典型西北生境中植物-土壤样品，通过测定样品氮含量与同位素自然丰度组成变化，来说明不同粒级土壤中氮素的分解水平与潜力。 结果表明，植物在分解过程中氮同位素产生3‰-5‰不等的分馏，在粒级由大到小变化的土壤组份中，随着可分解氮素的减少，土壤总氮同位素比值表现不同程度的偏正趋势，并于小粒级中趋于稳定，这与含量测量中表现出的矿化氮含量增加规律一致。氮的同位素自然丰度组成对于植物分解程度的灵敏响应，使其可以作为一种指示植物-土壤体系中氮素转化程度与趋势以及评估土壤中氮的有效性的指标，应用于自然生态研究。     

岩溶型地热尾水排放对周边环境的影响

根据地热井原水、排放尾水、周边地表水、浅层地下水样品全分析、有机分析及周边表层土壤重金属分析测试结果,从地热井尾水排放对周边地表水、地下水的主要离子、"三氮"、重金属、有机物及表层土壤的影响进行分析,认为:研究区岩溶型地热尾水直接排放可能导致周边地表水、浅层地下水中的SO42-、TDS、NH4+升高;地热尾水中NH4+...     

再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析, 结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程, 土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况, 分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况, 结果表明: 适度的污水灌溉, 硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层, 不会对地下水造成氮磷污染; 施入土壤的铵态氮, 由于有较强的吸附性, 不易被作物直接吸收, 49%转化成硝态氮, 作物根系吸收以硝态氮为主, 氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式, 约占施入氮量的12.6%.      

土地利用变化对典型碳酸盐岩流域风化碳汇的影响——以云南小江岩溶流域研究为例

地球陆地岩石的风化过程要消耗大气或土壤中的CO2,成为大气CO2巨大的汇。以中国云南小江流域为例,研究了典型岩溶地区碳酸盐岩风化吸收CO2(碳汇)强度与土地利用变化之间的关系。选择了有代表性的12块土地及其利用变化的25个地下水监测点,分析了1982年、2003年这些监测点的600多组地下水化学监测数据。12块土地利用变化中,有4块为林地变耕地,3块未利用地变耕地,4块未利用地变林地,1块为林地变建设用地。研究结果表明:首先,土地利用变化后,地下水化学成分变化极大;第二,将风化过程中吸收大气或土壤中CO2的那部分C(用HCO3-表示)与整个风化过程中参与风化的全部C的百分比,定义为碳酸盐岩化学风化对土壤或大气CO2吸收强度(简写为CIS,%),推出了计算式子为CIS(%)=100×[1-(Ca2++Mg2+)total waters)/HCO3-total waters]。估算了4种土地利用类型从1982年到2003年22年间CIS的变化值。结果是,(1)林地的CIS比未利用地高,前者为48.84%,后者47.66%;(2)未利用地转变为耕地后,CIS平均减少了7.85%;林地转变为耕地后,CIS平均减少了8.59%;林地转变为建设用地后,CIS平均减少了1.66%,而未利用地转变为林地后,CIS平均增加了1.74%。(3)讨论了土地利用变化对CIS的影响机理,如未利用地或林地变为耕地后,(NH4)2PO4、CO(NH2)2、NH4NO3、(NH4)2SO4等氮肥的大量使用,硝化后产生的硝酸等干扰或抵消了碳酸对碳酸盐岩化学风化作用,导致了岩溶地下水中Ca2+,Mg2+离子的相对增多,HCO3-离子相对减少,促使CIS减小。     

地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展。阐述了生物固氮，微生物吸收同化，有机氮素矿化，硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏。提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征。生物固氮，土壤有机氮矿化过程中分馏效应小，而吸收同化，硝化和反硝化过程中同位素分馏较大，利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源。转化和迁移等。     

丰水期红枫湖流域氮污染特征的变化规律研究

丰水期对汇入红枫湖的后六河、麻线河、羊昌河和桃花园河等河水中氮素的形态和含量进行测定,结果表明NO3--N是氮素的主要形态,约占TN的25%~65%;三态氮在空间分布上,从上游至下游,四条河流表现出不同的变化规律,后六河NH4+-N、NO2--N与NO3--N的变化规律基本上一致外,含量总体上逐渐增加;其它三条河流中,NH4+-N与NO3--N的含量呈现相反的变化趋势,NO2--N的变化规律则不明显。该流域整体上表现为非点源污染的特征。后六河和麻线河地下水中NO3--N的含量明显高于相应河水中的含量。该研究对亚热带小流域河水中氮磷含量及形态变化研究具有借鉴意义,对该流域的环境规划、环境管理和环境污染治理具有指导意义。     

兴隆水利枢纽对汉江河岸带氮素分布特征的影响

河岸带作为地表水和地下水的连接枢纽,主要通过反硝化等作用控制着二者之间的氮循环。水利工程会显著改变河流区域水文环境,进而影响河岸带氮素的分布和循环,探明水利工程对河岸带氮循环的影响机制对了解区域氮素的控制及利用具有重要意义。以兴隆水利枢纽为对象,在枢纽上、下游沉积物样品进行了总氮、“三氮”（铵态氮、亚硝态氮、硝态氮）及相关土壤理化性质的分析。结果表明:（1）水利枢纽上游河岸带沉积物氮素含量显著高于下游,上游A剖面总氮、“三氮”平均含量是下游B、C剖面的1.12～3.27倍;（2）水平方向上,3个剖面的河岸带的总氮、“三氮”含量变化具有相似性,即同一剖面上总氮含量在堤内较高,且“三氮”含量均会在堤内靠近堤防的采样点发生突变（剧增或锐减）;（3）垂向上总氮、“三氮”分布规律相似,即0～60 cm氮素含量迅速减少,60 cm以下呈不规则变化,总体上氮素含量呈自上而下减少的趋势。兴隆大坝主要影响其上游,通过蓄水抬升了上游河岸带地下水位,沉积物长期处于被淹没状态导致其脱氮能力下降。此外,同一剖面由于堤防导致的微地貌差异,堤内的地下水埋深较堤外的浅,堤内沉积物脱氮能力弱于堤外。