基于光谱变换的滨海湿地土壤全氮含量建模预测

基于133个滨海湿地土样的全氮（TN）含量和光谱反射率（R）及其对数（lgR）、对数的一阶微分（（lgR）''）、倒数（1/R）、倒数的一阶微分（（1/R）''）、一阶微分（R''）、平方根（√R）、一阶微分的倒数（1/（R）''）变换，采用偏最小二乘回归（PLSR）、随机森林回归（RFR）和支持向量机回归（SVR）3种算法分别建立土壤TN含量估测模型。结果表明：①土壤TN含量与光谱变换形式相关性由高到低为：（1/R）''> R''> （lgR）''> 1/R > lgR > 1/（R）''> √R > > R，经光谱变换，土壤TN含量与变换光谱的相关性均高于R，其中与（1/R）''的Pearson相关系数最大为0.746。②PLSR和SVR基于R''、（1/R）''、（lgR）''和1/（R）''变换构建的模型、RFR方法构建的所有模型R²均大于0.732，均可用于滨海湿地土壤TN含量的估算。③基于1/（R）''建立的SVR模型预测精度最高，其R²为0.987，RMSE为0.057 g/kg，MAE为0.050 g/kg，是预测滨海湿地土壤TN含量的最优模型，可为准确获取滨海湿地土壤TN含量提供稳定方法。     

黄土高原典型退耕草地植被特征对土壤入渗过程的影响

植被恢复过程可显著影响土壤入渗性能。通过选取黄土高原典型草地白羊草和铁杆蒿草地,设置不同种植密度（5,10,15,20,25,30株/m²）和采用人工模拟降雨试验（60 mm/h,60 min）,系统研究了草地植被特征对土壤入渗过程的影响。结果表明：（1）种植密度增加可显著延缓产流,不同种植密度下白羊草草地和铁杆蒿草地初始产流时间分别为0.76~5.74,0.87~2.08 s,且随盖度、根系生物量和有机质的增加呈幂函数增加（R²≥0.18,p<0.05）。（2）不同种植密度下白羊草草地的平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗总量分别为0.47~0.82,0.46~0.82 mm/min和7.12~11.84 mm,铁杆蒿草地分别为0.38~0.67,0.35~0.60 mm/min和5.70~10.07 mm。当种植密度为20株/m²时,土壤入渗各参数均最大;平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗量总量、入渗系数（K）随土壤有机质的提高呈幂函数增大（R²≥0.26,p<0.01）,衰减系数（α）随生物结皮盖度呈降低趋势（p>0.05）。（3）白羊草草地具有较高的根系生物量、生物结皮盖度和有机质含量,其初始产流时间、平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗量总量及入渗系数（K）均不同程度高于铁杆蒿草地,衰减系数（α）低于铁杆蒿草地,土壤入渗性能较强。总体而言,对于典型退耕草地,土壤入渗总量（A）可表征为根系生物量密度（RMD）和土壤有机质（SOC）的拟合函数（A=2.77×RMD^0.149 SOC^0.614,R²=0.663,NSE=0.653）。研究结果可为黄土高原退耕草地生态水文过程和植被建设提供数据来源和理论依据。     

利用无人机多光谱影像的多品种玉米成熟度监测

基于遥感监测多品种玉米成熟度进而掌握最佳收获时机，对提高其产量和品质至关重要。该研究在玉米成熟阶段获取无人机多光谱影像，同步采集叶片叶绿素含量（chlorophyll content，C）、籽粒含水率（moisture content，M）、乳线占比（proportion of milk line，P）等地面实测数据，以此构建玉米成熟度指数（maize maturity index，MMI），从而定量表征玉米成熟度。通过MMI与植被指数构建回归模型和随机森林模型，验证MMI适用性，并分析无人机遥感对不同品种玉米成熟度的监测精度。结果表明：1）不同品种玉米的叶片叶绿素含量、籽粒含水率、乳线占比的变化速率均存在差异。2）MMI与所选植被指数的相关性均可达到0.01显著水平，其中与归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）、转换叶绿素吸收率（transformed chlorophyll absorbtion ratio index，TCARI）相关性最高，相关系数均为0.87。3）该研究基于不同组合的数据集进行了模型验证，其中随机森林模型对MMI的估测精度最高，测试集决定系数（coefficient of determination，R²）为0.84，均方根误差（root mean squared error，RMSE）为8.77%，标准均方根误差（normalized root mean squared error，nRMSE）为12.05%。此外，随机森林模型对不同品种MMI的估测精度较好，京九青贮16精度最优，其中R²、RMSE、nRMSE为0.76、10.67%、15.88%，模型精度证明了可以利用无人机平台对不同品种玉米成熟度进行监测。研究结果可为多光谱无人机实时监测农田多品种玉米成熟度的动态变化提供参考。     

结合GWRFR和作物物候信息的玉米产量早期预测

及时并准确地估计作物产量，对保障粮食安全、维护世界粮食供应稳定具有重要意义。此前，已有许多研究者使用机器学习方法对作物产量预估进行研究。然而，结合作物的空间分布、使用局部模型进行分析的研究较少；且诸多研究均以年份为时间尺度进行建模，未能精细到作物生长的各个阶段，无法实现作物产量的早期预测。针对以上问题，该研究结合多源遥感数据，利用随机森林（random forest，RF）以及地理加权随机森林（geographically weighted random forest regression，GWRFR）模型对美国县级玉米产量进行建模，探讨全局与局部模型在玉米产量预测方面的性能；并通过将GWRFR模型应用于玉米的各个物候期，获取了玉米产量的最佳提前预测时间。结果表明，GWRFR局部模型的精度（R²=0.87，RMSE=864.21 kg/hm²）高于传统的RF全局模型（R²=0.83，RMSE=994.75 kg/hm²），并且能够较好地克服空间数据的非平稳性，即使在全局模型中加入经纬度作为变量，RF模型的预测效果（R²=0.85，RMSE=890.88 kg/hm²）仍然低于GWRFR模型。对于玉米产量的预测可以提前至收获前2～3个月，即在乳熟期前后就能得到比较准确的预测结果（R²=0.90，RMSE=748.39 kg/hm²）。该研究结果可为大尺度作物产量预估提供一种新的思路，对区域或全球其他作物的产量预测也具有一定的指导意义。     

用偏最小二乘法及傅立叶变换近红外光谱快速检测白酒酒精度

为了得到白酒工业中酒精度的快速检测技术，将偏最小二乘法与傅立叶变换近红外光谱相结合，通过解析白酒样品的近红外光谱图和对光谱进行不同的预处理，结果表明：用最大最小归一化法预处理光谱，光谱范围选择9747.1～7498.3 cm^-1和6102～5446.3 cm^-1，采用内部交叉验证建立模型，决定系数(R²)为99.99%，交互验证均方根差(RMSECV)为0.165%，主成分数为4，此条件下建模效果较好；模型进行验证结果表明预测集相关系数(R²)为99.80%，预测标准偏差(RMSEP)为0.264%，模型的预测效果很好，具有较高的精密度和良好的稳定性，能满足生产中白酒酒精度的快速检测要求。     

蒸渗仪测定滴灌枣树不同时间尺度下腾发强度特征

为精确测定、准确模拟阿克苏地区滴灌枣树腾发过程,基于大型称重式蒸渗仪测定枣树全生育期逐时及逐日腾发强度（ET）,利用水量平衡方程、PM公式及经典统计原理,分析不同时间尺度下叶面积指数（LAI）、气象因素[温度（I）、风速（V）、净辐射（R_n）]、表层土壤含水率（W）与枣树腾发强度的相关关系并建立预测模型。结果表明：枣树日内腾发强度呈单峰型变化趋势,夜间变化幅度较小且腾发贡献率低。枣树全生育期逐日腾发强度变化呈先增大后减小的趋势,花期的腾发强度最大,为4.42 mm·d^-1;全生育期腾发总量为640.83 mm,其中花期和果实生长发育期耗水量占比较大,分别为38.61%和32.72%。在小时和日时间尺度上,影响腾发强度的主要因素不完全相同,且影响程度有所差异。综合考虑各影响因素,以萌芽期、花期、果实发育期为基础,分别建立以小时、日尺度下估算腾发强度的经验模型ET₁（h）=0.153+0.004T+0.012V+0.176R_n+0.002W+0.067LAI、ET₂（d）=-3.325+0.081T+0.163R_n+0.069W+2.089LAI,拟合度R²均在0.7以上,以果实发育期与成熟期数据对模型进行检验,纳什效率系数分别达0.63、0.80。经偏相关检验,冠层净辐射（R_n）对两种尺度的腾发强度均影响最显著,因此以枣树全生育期数据量为基础,仅建立冠层净辐射（R_n）与腾发强度的回归模型ET₁（h）=-0.063 3R_n²+0.361 2R_n—0.003 7、ET₂（d）=-0.018 3R_n²+0.684 7R_n–1.642 1,R²分别为0.704 7与0.743 6,可满足缺少数据支撑情况下的腾发过程估算。这些模型明确了阿克苏地区滴灌枣树腾发机制及影响程度,可为水分管理精准化提供计算基础。     

HDXRF法农田土壤镉测定结果准确度评价与精准校正模型构建

以甘肃白银某污灌区重金属污染农田土壤为研究对象，对影响高精度便携式X荧光光谱（HDXRF）法总镉（Cd_T）测定精度的主要因素进行了筛选，分别研究了土壤水分、有机质类型与含量、土壤类型对HDXRF法Cd_T测定的影响，并采用相对误差（RE）、相对标准偏差（RSD）和决定系数（R²）对测定结果的准确度和精密度进行了评价。结果表明：HDXRF法Cd_T测定的RE≤10%、RSD≤10%、R²>0.99，符合农田土壤环境质量监测技术规范和美国环境保护署标准的准确度和精密度规定。HDXRF法Cd_T测定结果随着土壤水分含量的增加呈指数衰减趋势，衰减方程为y=0.803e^–1.3284x，衰减系数（μ_ω）为–1.328 4，R²为0.984 5。HDXRF法Cd_T测定结果与有机质含量呈显著的负相关关系（r=–0.955），且腐殖酸（HA）比泥炭（Peat）对测定结果的影响更大，HA与测定结果的校正方程为y=–1.555x +0.780，R²为0.934 4。土壤类型对HDXRF法Cd_T测定结果存在一定的影响，相对于红壤和水稻土，灰钙土的测定结果与传统实验室分析方法测定结果更接近。总之，虽然HDXRF法Cd_T测定结果受多种因素影响，但通过校正模型校正，其校正结果的可靠性能够满足Cd污染农田土壤精准调查需求。     

宁夏覆膜滴灌玉米根系生物量模型构建与优选

为精准估测宁夏引黄灌区覆盖全生物降解膜滴灌玉米地下部根系生物量、提高玉米氮素积累量,以“宁吉198”和“天赐19”为试验材料,采用根系扫描仪获取玉米根系高清图像,运用根系图像处理系统处理不同施氮量下玉米根系指标,分析玉米根系生物量分布状况,利用根径(D)和根长(H)构建根生物量(W)动态模型,根据决定系数R2、平均绝对误差(MAE)、估算值标准误差(SEE)和平均误差(ME)综合评价与优选。研究结果表明,2个品种玉米根系的生物量均集中在0～30 cm土层;采用非线性回归模型拟合结果发现,组合变量(D2H)作为自变量能显著提高2个品种玉米根系生物量的估算精度,决定系数分别达0.94和0.86;残差分析结果发现模型存在异方差性,利用对数转换法消除异方差后,以组合变量(D2H)所构建的幂函数模型为最优模型,且2个品种“宁吉198”和“天赐19”的决定系数最大,分别为0.97和0.96,为消除不同品种间的误差,将2020年2个品种的数据进行拟合,所获得的根系生物量最优模型为:W=3.52(D2H)0.69,R2达0.89。模型验证结果根系生物量估计值和实测值决定系数达0.92,MAE、SEE和ME分别为0.11、0.13和-0.09 kg。说明该模型能较好地模拟宁夏覆膜滴灌玉米根系形态指标和生物量分配动态,可作为估测作物根系生物量的参考依据。     

长江中下游地区夏季温室黄瓜冠层温度模拟与分析研究

根据作物冠层能量平衡原理，建立了以温室内温度、湿度、冠层净辐射等为变量的温室作物冠层温度的模拟模型，并利用实测资料对模型的可靠性进行了检验，同时就温室内部温度、冠层净辐射、蒸腾速率对冠层温度的影响进行了敏感性分析。结果表明：模型能较好地预测长江中下游地区温室作物冠层温度，模型对该地区夏季(2002年6月24至7月12日，梅雨季节)温室内作物冠层温度预测值与实测值的决定系数(R²)和标准误(SE)分别为：0.8321，0.0037℃；建立的温室内部温度、相对湿度、净辐射和作物蒸腾速率的多元线性回归模型，其决定系数(R²)和标准误(SE)分别为：0.9996，0.8829℃；通过敏感性解释因子的分析表明，作物冠层温度对温室内部温度最为敏感，室内温度是预测冠层温度的主要因子。     

基于APSIM模型的大气气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响评估

在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网（AErosol RObotic NETwork,AERONET）中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S（Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum）辐射传输模式,计算出2001-2014年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM（Agricultural Production Systems Simulator）作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明：1）验证后的APSIM玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差（NRMSE）为1.55%~6.24%,一致性指标（D）为0.80~0.99,决定系数（R²）为0.75~1.00。2）气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001-2014年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3）气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001-2014年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001-2014年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。     

长期不同施氮处理玉米根茬的田间分解特性

以7年氮肥定位试验地玉米根茬为研究对象,通过把玉米根茬按2%比例与15 cm和45 cm土层深度的土壤混合后田间埋袋的方法,研究长期不同施氮量处理[分别为0 kg(N)?hm?2、120 kg(N)?hm?2和240 kg(N)?hm?2]的玉米根茬(分别用R0、R120、R240表示),在陕西省长武黑垆土中埋藏分解1 a后对土壤碳、氮组分的影响及根茬有机碳的分解特性。与未添加玉米根茬的对照土壤相比,玉米根茬加入能够显著增加各层土壤的微生物量碳、可溶性有机碳和矿质态氮含量,3种施氮量处理间差异不显著。随着分解时间延长,土壤可溶性有机物中结构相对复杂的芳香类化合物比例逐渐增加。分解1 a后,R0、R120和R240根茬的有机碳残留率在15 cm土层中分别为44.4%、35.3%和34.9%,在45 cm土层中分别为53.3%、44.3%和42.5%。R0根茬的碳残留率显著高于R120和R240;玉米根茬在15 cm土层的碳分解率和分解速率常数显著高于45 cm土层。采用一级动力学方程拟合玉米根茬碳残留率变化结果显示,R0、R120和R240根茬有机碳分解95%所需要的时间在45 cm土层比15cm土层分别长3.2 a、2.3 a和1.9 a。氮肥施用量影响玉米根茬在土壤中的分解特性,在评价农田氮肥施用与土壤固碳时,应考虑不同氮肥用量下残茬养分组成及其在土壤中分解的差异。     

基于SWAP-IES的旱区春小麦长势和产量模拟

基于观测数据和作物模型相同化的田块尺度作物生长监测,对于农田精准管理具有重要意义。为构建能准确模拟旱区春小麦长势和产量的同化模拟模型,该研究利用SWAP(soil-water-atmosphere-plant)模型和迭代集合平滑器算法(iterative ensemble smoother,IES),构建了适合旱区春小麦的SWAP-IES同化模拟系统,并利用2019—2020年田间观测试验数据,评估了同化叶面积指数(leaf area index,LAI)、土壤水分(soil water content,SW)及其组合在旱区春小麦生长模拟和估产中的作用。结果表明,相较于无同化情景,在吸收6次土壤水分观测数据后,模型对土壤水分模拟的R²从0.48提升到0.87。同化LAI时,各水分胁迫处理下LAI的模拟精度均最高,R²从无同化的0.35～0.62提升到0.76～0.96。同化LAI+SW时,各处理对生物量模拟的精度均最高,R²从无同化的0.40～0.67提升到0.73～0.96。轻度水分胁迫处理(T4～T5)下,仅同化LA...     

黄土高原玉米坡耕地C因子的估算研究

C因子作为土壤侵蚀预报模型中人为可控制的一个重要的因子,对减少土壤侵蚀和控制水土流失有很大的影响。因此以黄土高原坡耕地典型作物玉米为研究对象,通过进行人工降雨模拟试验,研究了玉米5个不同生育期近地表状况的变化特征,根据玉米不同生育期产沙量计算C值。结果表明,植被覆盖度、株高和结皮厚度均随着玉米生育期的延长而逐渐增加,地表粗糙度随着生育期延长呈现先减小后增加的趋势。产沙量随着玉米的生长逐渐减小,减沙效益随着玉米生育期的延长不断增加。在前人以植被覆盖度计算C值模型的基础上,以植被覆盖度作为关键因子,将株高、土壤结皮、地表粗糙度作为调节因子建立当地C值模型,得到较好的玉米坡耕地的C值模型(模型R²=0.94,RMSE=0.017,MAE=0.014,NSE=0.992)。研究结果根据近地表状况变化特征建立C值计算公式,提高了C值估算的准确性和其在黄土高原的适用性,为提高黄土高原土壤侵蚀预报模型精度提供科学依据。     

施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤 肥力垂直分布的影响

为探明施肥深度对生土地玉米(Zea mays L.)地上部生产力、根系及根际土壤肥力的影响,连续2年以黄土母质生土为供试土壤,采用根管土柱法,以不施肥为对照,研究不同深度(0~20 cm、60~80 cm、100~120 cm、140~160 cm和180~200 cm)施用生物有机肥对玉米地上部生产力及根重、根际土壤酶活性、根际土壤养分含量垂直分布的影响。结果表明:1)在0~200 cm土层范围内,随施肥深度的加深,玉米地上部生产力、总根重等指标均呈先增加后减少的规律。施肥深度在100~120 cm处的玉米总根重(52.3 g)及地上部生产力(361.0 g)最大。2)所有施肥深度的根重垂直分布均呈"T"型,以0~20 cm耕层根重最大,占总根重的50%左右,随根系下延,根重明显递减(P0.05)。施肥深度100~120 cm可以获得最大总根重和0~40 cm耕层根重(27.19 g)。根系N、P和K养分积累适中,平均分别为6.60 g·kg~(-1)、2.38 g·kg~(-1)和8.16 g·kg~(-1)。3)施肥明显提高根际土壤酶活性和养分含量。施肥深度为60~80 cm,0~200 cm土层根际土壤脲酶活性较高,介于0.108~0.354 mg(NH3-N)·g~(-1)(soil)·24h~(~(-1));施肥深度为140~160 cm时,0~200 cm土层根际土壤蔗糖酶活性和速效磷含量较高,分别为12.9~19.6 mg(glucose)·g~(-1)(soil)·24h~(-1)和4.31~6.02 mg·kg~(-1);施肥深度180~200 cm,0~200 cm土层根际土壤有机质含量较高,介于5.55~7.14 g·kg~(-1);施肥深度小于100 cm或大于120 cm,0~20 cm土层根际土壤碱性磷酸酶活性和碱解氮含量较高,分别0.497 mg(phenol)·g~(-1)(soil)·24h~(-1)和25.4 mg·kg~(-1)。4)相关分析表明,在生土地上,不同施肥深度处理下,玉米根重、根系NPK营养、根际土壤酶活性及根际土壤NPK营养密切相关。5)根据FACTOR过程和CLUSTER聚类分析,优化得出改良黄土母质生土地玉米冠-根-土系统的适合施肥深度范围为60~160 cm。本研究结果为通过施肥加快生土熟化提供了新的思路。     

Earthworm (Aporrectodea trapezoides)–mycorrhiza (Glomus intraradices) interaction and nitrogen and phosphorus uptake by maize

The interactive impacts of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF, Glomus intraradices) and earthworms (Aporrectodea trapezoides) on maize (Zea mays L.) growth and nutrient uptake were studied under near natural conditions with pots buried in the soil of a maize field. Treatments included maize plants inoculated vs. not inoculated with AMF, treated or not treated with earthworms, at low (25 mg kg⁻¹) or high (175 mg kg⁻¹) P fertilization rate. Wheat straw was added as feed for earthworms. Root colonization, mycorrhiza structure, plant biomass and N and P contents of shoots and roots, soil available P and NO₃⁻–N concentrations, and soil microbial biomass C and N were measured at harvest. Results indicated that mycorrhizal colonization increased markedly in maize inoculated with AMF especially at low P rate, which was further enhanced by the addition of earthworms. AMF and earthworms interactively increased maize shoot and root biomass as well as N and P uptake but decreased soil NO₃⁻–N and available P concentrations at harvest. Earthworm and AMF interaction also increased soil microbial biomass C, which probably improved root N and P contents and indirectly increased the shoot N and P uptake. At low P rate, soil N mobilization by earthworms might have reduced potential N competition by arbuscular mycorrhizal hyphae, resulting in greater plant shoot and root biomass. Earthworms and AMF interactively enhanced soil N and P availability, leading to greater nutrient uptake and plant growth.     

The maize root system in situ: Evaluation of structure and capability of utilization of phytate and inorganic soil phosphates

• 1 The dependence of the morphology of the maize (Zea mays L.) seminal root system on physical, chemical and biotic parameters was investigated with pot cultures in quartz sand and in a natural loamy sand soil. Low O₂-supply to the soil resulted in a substantially smaller root biomass despite a relative increase in total root length. Reduced N-supply also stimulated root length growth, but also enhanced the formation of laterals. The presence of soil microorganisms, in comparison to sterile cultures, resulted in a reduced length of the main roots, and the production of slender laterals with a decreased root hair density. Generally, the structural variability of laterals in response to different growth conditions was much more pronounced than that of the main roots.
• 2 A major part of the work reported here was dedicated to a detailed study of phosphate (P) acquisition by the maize root system under field conditions. Radioactive labelling of the roots and radioautography of soil cores revealed the in situ distribution pattern of the maize root system. Controlled labelling of the soil with radioactive phosphate allowed the documentation of the development and replenishment of the phosphate depletion zone around roots. Finally, the longevity and phosphate uptake activity of the different parts and tissues of the primary root system of maize was examined by electron microscopy and tracer studies including pulse chase experiments. From these studies the phosphate-acquiring strategy of the maize root system appears as follows: The capability of P uptake decreases in the order: root hairs, 1^st order laterals, 2^nd order laterals, main root. The life-spans of the components of the maize root system increase by the sequence: root hairs, laterals, main root. Inorganic P uptake, therefore, mainly occurs during the first weeks of root development. Dying back of the root occurs in an ordered manner resulting in a relocation of stored P predominantly into the main root cortex. Furthermore, it could be shown that competition for P between roots of the same or of adjacent maize and/or lupin plants virtually does not occur in situ.
• 3 The utilization of phytate-P was studied with ¹⁴C/³²P-labelled Camyo-inositol-hexaphosphate supplied to maize plants grown in sterile quartz sand or in hydroponic cultures. The ratio of P- and C-uptake as well as the incidence of phytate hydrolysis products in the rooting medium indicated the capability of maize roots to acquire P from phytate by enzymatic hydrolysis. This was confirmed by enzyme studies of the root tissues. A specific hydrolyzing enzyme (phytase; molecular weight 51 kD) could be detected in the cell wall of the root, especially in the root tip, which initiates phytate dephosphorylation. Further breakdown is presumably accomplished by monophosphoric phosphohydrolases.

     

铅胁迫下小花南芥与玉米间作对根系分泌物 有机酸的影响

为了揭示Pb胁迫对间作和单作的超累积植物和作物根系分泌低分子有机酸的影响,研究设置400 mg·L?1Pb胁迫,采用水培曝气法试验,以玉米和小花南芥单作为对照处理,研究Pb胁迫下玉米和小花南芥间作对植物根系形态、根系分泌有机酸及Pb吸收的影响。结果表明:与单作相比,间作小花南芥情况下,玉米根系分泌物检测到乳酸;玉米分根条数、根表面积和根密度与单作相比分别增加60%、15%和42%,地下部和地上部干重生物量分别增加108%和75%,玉米地下部Pb含量下降44%;与单作相比,间作玉米条件下,小花南芥根系分泌物检测到乙酸和乳酸,小花南芥根系分泌物量与单作相比增加103%~1 700%,小花南芥地下部和地上部Pb累积量分别比单作增加49%和75%,转运系数增加22%。相关分析结果表明,单作小花南芥只有地上部Pb累积量与草酸显著相关,而间作小花南芥地下部和地上部Pb累积量与草酸、柠檬酸和苹果酸显著相关。研究表明超富集植物小花南芥与玉米间作体系,根系分泌的有机酸改变了Pb在小花南芥和玉米体内的累积特征,促进超累积植物小花南芥累积Pb,减少农作物玉米植株体内Pb含量。Pb胁迫下超累积植物小花南芥与玉米间作是一种可行的修复模式。     

AquaCrop模型在西北胡麻生物量及产量模拟中的应用和验证

为了预测水分和养分对胡麻籽粒产量、生物量与水分生产率的影响,使用FAO研发的水分驱动作物模型AquaCrop对胡麻在不同灌溉与氮磷水平下的生长情况进行模拟和验证。试验分别于2011年、2012年在甘肃省榆中县良种场进行,试验设置4个灌溉水平,3个氮水平,3个磷水平。模型性能的评价采用模型效率(E)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)等统计指标。分析结果表明:AquaCrop模型校正的籽粒产量和生物量在不同灌溉与氮磷水平处理下的预测误差统计值为:0.97E0.99,0.11RMSE0.33,0.11 t·hm 2MAE0.42 t·hm 2,与2012年的试验观察数据(0.96E0.99,0.11RMSE0.42,0.11 t·hm 2MAE0.39 t·hm 2)基本一致;同时,群体覆盖(CC)与生物量的模拟结果与测定值也非常拟合。AquaCrop模型在充分灌溉处理下预测胡麻产量,比非充分灌溉处理下具更高的准确性。因而,水分驱动模型AquaCrop在西北胡麻区不同的灌溉与田间管理措施下有较高的模拟精确性,具有广阔的应用前景和价值。     

Modelling nitrogen fixation of pea ( Pisum sativum L.)

Abstract

Nitrogen fixation was simulated for a leafless variety (Delta) of pea (Pisum sativum L.) in central Sweden. It is assumed that N₂ fixation is basically proportional to root biomass, but limited by high root N or low substrate carbon concentrations. Input data on root carbon and nitrogen were estimated from observations of above-ground biomass and nitrogen. The simulated N₂ fixation was compared with estimated values from observations using the ¹⁵N labelling technique. Test data were taken from pea monocultures and pea-oat mixtures with varying pea biomass levels during 1999. Simulated within-season accumulated N₂ fixation correlated to the estimated N₂ fixation with a correlation coefficient (R ²) of 0.74. For seasonal simulations, the predictability was higher (R ²=0.93). Two alternative non-dynamic models, estimating seasonal N₂ fixation as proportional to above-ground biomass and above-ground N, respectively, gave lower predictability (R ²=0.83 and 0.80, respectively). The models were also applied to a second year (1998) and two other sites by comparison with accumulated N₂ fixation estimated by the Difference method. A halved specific N₂ fixation rate (expressed per unit of root biomass) in 1999, compared with 1998, corresponded to essentially dryer and warmer soil conditions during 1999. It was indicated that the variations in soil moisture were more important than soil temperature. It was concluded that the abiotic responses might be of great importance for modelling N₂ fixation rate under different soil conditions.     

间套作玉米对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响

采用常规稀释平板法、氯仿熏蒸法、BIOLOG GN微平板反应系统及种间根系分隔技术, 以线辣椒单作(SC)为试验对照, 研究了间套作处理[玉米/线辣椒套作+根部塑料膜分隔(ICP)、玉米/线辣椒套作+根部尼龙网分隔(ICM)、玉米/线辣椒套作根部无分隔(ICN)]对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响。结果表明: 整个线辣椒生育期内, 各套作处理线辣椒根际土壤微生物总数与细菌总数具有相同的变化趋势, ICN和ICM处理的真菌、细菌、放线菌数量和细菌/真菌(B/F)、放线菌/真菌(A/F)比值均大于ICP与SC处理。盛果期, ICN处理根际土壤微生物量碳和微生物量氮比同处理其他生育期增加14.2%~54.0%和10.6%~54.7%。各处理土壤微生物群落AWCD的变化随培养时间呈现明显的"S"型曲线。间套作玉米显著提高了线辣椒根际土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数(P<0.05)、Simpson指数、种间相遇几率和McIntosh指数(P<0.05), 并改变了土壤微生物对单一碳源的利用能力。线辣椒根际土壤微生物的不同多样性指数分别与其生物学产量之间存在显著或极显著正相关。说明间套作改善了土壤微生态环境。