基于BP神经网络模型的全球森林土壤异养硝化过程N2O排放通量估算

N₂O作为重要的温室气体之一,对地球和人类都有很大的影响。为了深入探究对有机氮异养硝化作用及其产生N₂O过程的影响机制,完善全球N₂O通量估算模型,本研究采用Pearson相关性分析与广义可加模型(GAM)对全球135个样点有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的影响因子进行分析,然后将主要影响因子作为BP神经网络的输入层来模拟全球森林土壤有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的空间分布。结果显示,土壤pH和土壤C/N是影响有机氮异养硝化速率的主要因素,土壤C/N、土壤孔隙含水量(WFPS)以及土壤温度是影响有机氮异养硝化产生N₂O速率的主要因素。全球森林土壤异养硝化速率平均为0.4241(0.0014～0.689)μg N·g^-1·d^-1,异养硝化产生N₂O速率平均为0.2936(0.21～1.103)μg N₂O·kg^-1·d^-1     

若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N₂O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N₂O排放通量平均值为0.010mg·m^-2h^-1,最大值为0.079mg·m^-2h^-1,最小值为-0.051mg·m^-2h^-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N₂O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N₂O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a^-1。     

浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N2O的排放

在温室内采用浮床无土栽培技术,研究了黑麦草(Lolium mutliflorum)、水芹(Oenanthe javanica)和香根草(Vetiveria Zizanioides)3种植物对生活污水中N、P的去除效果及净化过程中N2O的排放特征。结果表明,浮床植物系统对生活污水的TN、NH4 -N和TP具有良好的净化效果。同对照系统相比,浮床黑麦草、水芹和香根草系统对TN的平均去除率分别提高了26.2%,22.9%,4.1%;对NH4 -N的去除率分别提高了31.4%,14.5%,3.0%;对TP去除率分别提高了33.1%,54.2%,15.5%。净化周期内,浮床各系统的TN、NH4 -N和TP浓度随着污水停留时间的延长直线下降,而NO3-N浓度却因系统内硝化强度大于反硝化强度而产生了累积;植物的存在明显的促进了浮床系统的N2O排放,浮床黑麦草、水芹、香根草和对照系统N2O的平均排放通量分别为174.44μg/(m2.h),82.19μg/(m2.h),112.49μg/(m2.h)和44.81μg/(m2.h)。浮床系统N2O排放通量的日变化呈现出夜间下降而白天增加的规律,与温度的昼夜变化规律基本相同,表明温度的升降直接影响了N2O的生成及排放。     

我国养殖水体N2O排放特征及其影响因素研究进展

养殖水体作为不可忽视的温室气体排放源,已引起社会广泛关注。本文通过文献综述分析了国内养殖水体N₂O溶存浓度、饱和度及排放通量的时空分布特征,并结合N₂O产生机制探讨了养殖水体N2O排放的影响因素。我国养殖水体N₂O介于饱和与过饱和状态,水-气界面排放通量范围为-9.82×10^-3~143.25×10^-3mg·m^-2·h^-1,养殖水体成为N₂O的重要排放源;空间变异特征表现为南方地区的排放通量显著高于北方地区,北方地区养殖水体N2O排放通量整体高于本区自然水体,而南方地区相反;从时间变化特征看,各养殖塘排放通量变化规律较为相似,大致表现为养殖中期排放量最高,养殖末期和养殖初期较低;季节变化上,夏季最高、冬春季较低。养殖水体N₂O的产生机制与其他水生生态系统相似,主要为硝化和反硝化作用,影响养殖水体N₂O在排放的因素除温度、pH、营养盐、盐度、叶绿素a等环境因素外,还与曝气活动、饵料投放、排水活动和养殖种类等人为因素有关。     

我国北方几种玉米和设施菜地土壤的N2O和N2排放特征

为了探究旱地土壤施入氮肥后的气态氮(N₂O和N₂)损失规律,本研究通过室内好氧培养试验(60 d,25 ℃,80%孔隙含水量),运用¹⁵N同位素示踪技术,研究了4个玉米地土壤(哈尔滨、沈阳、栾城、寿光)和2个设施菜地土壤(沈阳、寿光)在施入尿素后的氮转化、N₂O和N₂排放动态。试验中尿素添加量为167 mg N·kg^-1,以模拟田间氮肥施用量200 kg N·hm^-2。结果表明: 在4个玉米地土壤中,尿素施用60 d内N₂O累积排放量为寿光(20 mg N·kg^-1)>栾城(14 mg N·kg^-1)>沈阳(5 mg N·kg^-1)>哈尔滨(0.5 mg N·kg^-1),N₂累积排放量为栾城(176 mg N·kg^-1)>沈阳(106 mg N·kg^-1)>寿光(75 mg N·kg^-1)>哈尔滨(12 mg N·kg^-1);在2个设施菜地土壤中,寿光土壤N₂O累积排放量(21 mg N·kg^-1)是沈阳(2 mg N·kg^-1)的10倍,而两个站点N₂累积排放量分别为28和24 mg N·kg^-1。不同土壤N₂O排放占两种气体排放总量的5%～40%,其中寿光土壤(30%～40%)显著高于其他样地土壤(1%～10%)。在土壤排放的N₂O和N₂中,土壤氮库分别贡献了56%和61%,高于添加当季氮肥的贡献率。相关分析表明,N₂O累积排放量与本底土壤pH呈正相关,说明土壤本底pH可能是调控不同旱地土壤N₂O和N₂排放的重要环境因子。在华北碱性土壤区,采用能降低土壤pH值的措施可能具有较好的气态氮减排效果。     

不同灌溉措施下春玉米田间N2O和CO2日变化特征及影响因素研究

为探究西辽河平原浅埋滴灌下春玉米田N₂O和CO₂排放通量日变化特征及其影响因素,并确定1天中最佳观测时间。在春玉米吐丝期,采用静态暗箱-气相色谱法研究大水漫灌(CK)和浅埋滴灌(DG)处理N₂O和CO₂日排放动态变化特征,并分析其与土壤温度和湿度相关性。结果表明,在浅埋滴灌和大水漫灌两种灌溉方式下N₂O和CO₂排放具有明显的日变化特征,日变化趋势与大气温度变化相似,呈单峰型排放曲线,排放峰值均出现在观测当天大气温度达到最高值后2小时左右。大水漫灌N₂O和CO₂日排放通量均值分别为199.21μg·m^-2·h^-1、217.77 mg·m^-2·h^-1;浅埋滴灌N₂O和CO₂日排放通量均值分别为235.82μg·m^-2·h^-1、253.54 mg...     

蚂蚁筑巢对热带次生林土壤N2O排放季节动态的影响

采用静态箱-气相色谱法，对西双版纳热带次生林崖豆藤群落中的蚁巢土壤N₂O排放通量的季节动态进行定位研究，分析蚂蚁筑巢引起土壤碳氮库及温湿度等土壤性质变化对N₂O排放的影响特征。结果表明：蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤N₂O排放，蚁巢土壤N₂O排放通量(0.67 mg·m^-2·h^-1)显著高于非蚁巢土壤(0.48 mg·m^-2·h^-1),较非蚁巢土壤增加了40.2%;蚁巢与非蚁巢土壤N₂O排放通量具有显著的季节变化，6月分别为0.90和0.83 mg·m^-2·h^-1,显著高于3月(分别为0.38和0.19 mg·m^-2·h^-1);蚂蚁筑巢显著增加了土壤含水率、温度、有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量碳，相较于非蚁巢增加了7.1%～74.1%,蚁巢土壤pH相较于非蚁巢土壤降低了9.9%。结构方程...     

外源氮添加对温带荒漠地表凋落物分解及养分释放的影响

采用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘设置对照N₀(0 g N·m^-2·a^-1)、N₅(5 g N·m^-2·a^-1)、N₁₀(10 g N·m^-2·a^-1)和N₂₀(20 g N·m^-2·a^-1)4个施N处理,研究外源N添加对多枝柽柳、盐角草及两者混合凋落物分解过程及养分释放的影响,分析氮沉降对荒漠生态系统凋落物分解的影响。结果表明: 各物种凋落物的分解速率存在显著差异,经过345 d的分解,多枝柽柳、盐角草及混合物在不同N处理间的分解速率分别为0.64～0.70、0.84～0.99和0.71～0.81 kg·kg^-1·a^-1。凋落物分解过程中,N、P均表现为养分的直接释放,试验结束时,N₀、N₅、N₁₀和N₂₀处理单种凋落物及其混合物N分别释放60.6%～67.4%、56.7%～62.6%、57.4%～62.3%、46.8%～63.0%,P分别释放51.9%～77.9%、59.9%～74.7%、53.0%～79.9%、52.3%～76.4%。N处理对单种凋落物及其混合物的分解影响不显著,但各种凋落物的养分动态对N添加的响应不同,N处理抑制了盐角草N、P释放及混合凋落物P释放,而对多枝柽柳无影响。在温带荒漠,适量的N输入对凋落物分解速率影响不大,但可能会延缓个别物种养分向土壤系统的归还。     

浮床空心菜对氮循环细菌数量与分布和氮素净化效果的影响

通过在塑料水箱中水培空心菜(Ipomoea aquatica),研究浮床空心菜对氮循环细菌数量、分布和氮素净化效果的影响。研究结果表明,浮床空心菜氮循环细菌总数、氨化菌、亚硝化菌、硝化菌数量极显著高于空白对照(P<0.01),浮床空心菜反硝化菌数量与空白对照差异不显著(P>0.05);氨化菌在根内、根面、水体中的分布差异不大,亚硝化菌主要分布在根内和根面,硝化菌主要分布在根面,反硝化菌主要分布在水体中;试验结束时,浮床空心菜系统和空白对照对氨氮的去除率分别为91.8%和88.5%,对总氮的去除率分别为48.2%和62.1%。通过浮床空心菜各种氮循环细菌数量、分布与氮素浓度的相关性分析,发现浮床空心菜系统中氮素的去除是植物吸收,根系表面的氨化作用,以及水体中硝化、反硝化共同作用的结果,而空白对照系统中氮素的主要去除途径是微生物的硝化/反硝化作用以及氨挥发。     

杨树人工林复合经营模式对土壤N2O与CO2排放的影响

为探讨杨树人工林复合经营模式对土壤温室气体排放的影响,基于11年生“南林-895杨”(Populus×euramericana ‘Nanlin-895’)人工林,设置纯林、林下种植麦冬(Ophiopogon japonicas)和林下养鸡3种复合经营模式,采用静态箱-气相色谱法每月测定土壤N₂O和CO₂排放通量,同时测定土壤温湿度,分析复合经营模式对土壤N₂O和CO₂排放和产量的影响及与相关影响因子的关系。结果表明:不同复合经营模式林下土壤温、湿度存在显著差异;不同杨树复合经营模式间,土壤N₂O和CO₂排放速率动态变化与年累积排放量存在显著差异,杨树林下种植麦冬的土壤N₂O年累积排放量最高,为233.47 mg·m^-2·a^-1,而林下养鸡的土壤CO₂年累积排放量最高,达2328.87 g·m^-2·a^-1。总体来看,不同复合经营...     

不同基因型水生植物对铵态氮和硝态氮吸收动力学特性研究

针对不同营养状况的富营养化水体修复而选择吸收养分效率较强的水生植物,采用改进常规耗竭法比较研究了6种不同基因型水生植物凤眼莲(Eichhornia crassipes Solms)、黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、美人蕉(Canna glauca L.)、水芹[Oenanthe javanica(Bl).DC]和豆瓣菜(Nasturtium officinaleR.Br.)对铵态氮和硝态氮吸收动力学特性。结果表明,不同基因型水生植物吸收铵态氮和硝态氮的动力学特性可用Michaelis-Menten方程来描述。在低浓度培养下,不同基因型水生植物对NH4+-N和NO3--N吸收的动力学参数Imax和Km差异较大,其吸收NH4+-N和NO3--N的Imax最大是水芹,其次是豆瓣菜;Km值最小的是水芹,其次是豆瓣菜;且水芹对NH4+-N和NO3--N不仅具有较强的亲和力,还具有较高的离子吸收速率。结果还表明,当介质中氮浓度较低时,水芹有优先吸收硝态氮的趋势,而豆瓣菜和再力花有优先吸收铵态氮的趋势。     

垃圾填埋场渗滤液灌溉及覆土土质对填埋场氧化亚氮释放的影响

采用静态箱法,现场监测黏土和砂土覆盖层生活垃圾填埋场N₂O释放通量的春夏季节及昼夜变化,研究渗滤液灌溉、覆土土质对填埋场N₂O释放的影响.结果表明：砂土和黏土覆盖层填埋场N2O夏季的释放通量均值分别为（242±576）和（591±767） μg N₂ON·m^-2·h^-1,是春季［分别为（74.4±314）和（269±335） μg N₂ON·m^-2·h^-1］的3.2（P>0.05）和2.2倍（P<0.05）.渗滤液灌溉促进了砂土填埋场覆土N₂O的释放,填埋场中灌溉区N₂O的释放通量为无灌溉区的2倍（P>0.05）.渗滤液灌溉的砂土覆盖层填埋场N₂O春夏两季释放通量均值［（211±460） μg N₂ON·m^-2·h^-1］仅为无渗滤液灌溉的黏土覆盖层填埋场［（430±605） μg N₂ON·m^-2·h^-1］的1/2（P>0.05）.无论渗滤液灌溉与否,选择贫瘠的砂性覆盖土均有助于减少生活垃圾填埋场N₂O释放.     

水蕹菜（Ipomoea aquatica）对含银废水的净化功能研究

 本文通过对水蕹菜净化含银废水的室内外静、动态试验研究得出：(1)水蕹菜对离子态银(Ag+)的去除速率高于对络合态银(Ag(S2O3)2)3-的去除速率即KAg+>K[Ag(S2O3)2]3-;(2)水蕹菜对银的净化率R与污水停留时间t呈指数函数关系(R=AeB/t,A、B为常数,B<0),其表面去除负荷Ps则与t呈幂函数关系(Ps=AtB B<0);(3)试验证明水蕹菜是生物净化含银废水的优良品种之一。     

三峡库区不同土地利用方式下土壤氧化亚氮排放及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法对菜地、旱地、林地、果园、水改旱土壤N₂O排放特征及其相关影响因子进行研究.结果表明：不同土地利用方式下土壤N₂O的排放通量在-21～435 μg·m^-2·h^-1之间变化,N₂O年排放总量为菜地>果园>旱地>水改旱>林地,分别为447.14、313.57、167.00、124.87和7.24 mg·m^-2.土壤N₂O排放通量呈现明显的季节性变化,以春夏季最高,秋季次之,冬季最低,并与对应的大气及土壤温度的变化趋势基本一致.N₂O排放通量与5 cm土壤温度及土壤硝态氮含量呈显著或极显著正相关,与土壤水分及土壤铵态氮含量无明显相关关系.     

不同施肥方式对土壤氨挥发和氧化亚氮排放的影响

采用密闭室间歇通气法和静态箱法对不同施肥方式(撒施后翻耕、条施后覆土、撒施后灌水)下的土壤氨挥发和氧化亚氮排放进行了研究.结果表明:不同施肥方式显著影响了土壤中的氨挥发和氧化亚氮排放.撒施后灌水处理明显促进了氨挥发,其最大氨挥发速率明显高于其它处理,氨挥发累计达2.465 kg N·hm-2.不同施肥方式下氧化亚氮排放通量存在显著差异(P《0.05),且峰值出现时间也不同.施肥后第2天,撒施后灌水处理达到峰值,为193.66 μg·m-2·h-1,而条施后覆土处理在施肥后第5天才出现峰值,为51.13 μg·m-2·h-1,且其排放峰值在3种施肥方式中最低.撒施后灌水处理的氧化亚氮累积净排放量达121.55 g N·hm-2,显著大于撒施后翻耕和条施后覆土处理.撒施后翻耕和条施后覆土处理能有效抑制氨挥发和氧化亚氮排放损失,是较为合理的施肥方式.     

淹水条件下添加有机物料对蔬菜地土壤硝态氮及氮素气体排放的影响

蔬菜地大量施用氮肥可以引起土壤硝态氮积累,导致土壤退化,快速消除土壤积累的硝态氮,可以提高蔬菜地土壤质量,延长其使用时间.在硝态氮(360 mg N·kg^-1)积累的蔬菜地土壤中,分别加入0、2500、5000和7500 kg C·hm^-2黑麦草(记为CK、C₂₅₀₀、C₅₀₀₀和C₇₅₀₀),淹水条件下,30 ℃恒温室内培养240 h,研究土壤硝态氮含量及氮素气体排放量变化.结果表明：培养结束时,CK处理中土壤硝态氮含量高达310 mg N·kg^-1,添加黑麦草能有效地消除土壤中积累的硝态氮,C₂₅₀₀、C₅₀₀₀和C₇₅₀₀处理中土壤硝态氮含量降低至10 mg N·kg^-1以下需要的时间分别为240、48和24 h.添加黑麦草显著提高了土壤pH,降低了土壤电导率,其变化幅度随黑麦草添加量的增加而增大.添加黑麦草处理的土壤N₂O和N₂累积排放量为270～378 mg N·kg^-1,N₂O/N₂为0.6～1.5.淹水条件下添加黑麦草可快速消除蔬菜地土壤积累的硝态氮,但应充分重视N₂O在这一过程中的大量排放.     

抚仙湖窑泥沟人工湿地的除磷效果研究

为了减缓和控制抚仙湖局部湖湾水体富营养化趋势,在抚仙湖北岸建设了净化面积1 hm²的人工湿地.综合利用生物氧化塘、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地治理技术,对入湖河道窑泥沟污水中磷的去除效果进行了试验研究.结果表明,该人工湿地系统对磷具有较强的去除能力.总磷去除率在57.7%～81.10%之间,平均去除率为54.9%.单位面积磷滞留量平均为26 mg·m^-2·d^-1,其中,湿地植物同化作用磷滞留量为26.1 mg·m^-2·d^-1,约占磷滞留总量的10%,大部分磷去除是通过基质吸附和沉降作用,但主要湿地植物水芹的季节变化对相应功能区的除磷效果会产生一定影响.试验期间,各功能区单位面积磷滞留量依次为水平潜流人工湿地＞生物氧化塘＞沉淀池＞表面流人工湿地.     

川中丘陵区冬灌田甲烷和氧化亚氮排放研究

采用静态暗箱/气相色谱法对川中丘陵区冬灌田CH₄和N₂O排放特征进行连续一年的田间原位测定.结果表明,种植水稻区(种植区)在水稻生长季平均CH₄排放速率为22.76±2.76 mg·m^-2·h^-1,休闲期平均为1.43±0.20 mg·m^-2·h^-1,全年平均为9.64±1.17 mg·m^-2·h^-1;全年CH₄排放主要集中在水稻生长季,其累计CH₄排放量占全年总CH₄排放量的91.2%未种植水稻区(对照区) 全年CH₄平均排放速率为2.03±0.18 mg·m^-2·h^-1,水稻生长季CH₄排放量占全年总排放量的86.2%.N₂O的排放在稻田落干时呈现脉冲排放.在水稻生长季,对照区CH₄和N₂O的季节排放速率分别为4.53±0.38mg·m^-2·h^-1和32.01±5.02 μg·m^-2·h^-1,而种植区则分别为22.76±2.76 mg·m^-2·h^-1和73.04±5.03 μg·m^-2·h^-1,植株参与导致CH₄和N₂O排放速率分别增加302%和128%.CH₄和N₂O的排放随土水分条件的变化呈互为消长关系.在冬灌田中,即使考虑500年的时间尺度,全年N₂O排放产生的全球增温潜势也只有CH₄的7.9%,与CH₄相比,冬灌田排放的N₂O所产生的温室效应很小.     

固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化效果研究

为解决中华鳖(Trionyx sinensis)养殖所造成的水环境污染问题,研究利用海藻酸钠、沸石对复合光合菌剂和枯草芽孢杆菌菌剂分别进行固定化,并研究了不同固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化效果。结果表明:净化处理15d后,利用固定化微生物菌剂与蕹菜共同处理组对中华鳖养殖污水的净化处理效果最好,养殖污水的CODMn、NH 4+-N、NO3-N、NO 2-N、PO34的去除率分别为88.7%、87.3%、90.8%、98.3%、74.9%。蕹菜处理组对于NO3-N、NO 2-N、NH 4+-N的去除率显著高于固定化复合光合菌剂处理组和固定化枯草芽孢杆菌处理组。固定化复合光合菌剂处理组对于NO3-N、NO 2-N、NH 4+-N的去除率显著高于固定化枯草芽孢杆菌菌剂处理组,但固定化枯草芽孢杆菌处理组对于污水的CODMn的去除率最高,可达90.6%。