作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

LED水下集鱼灯光场分布数值模拟分析

为探究水下LED集鱼灯光色、功率、放置深度和海水叶绿素浓度对光场分布的影响,本文基于蒙特卡罗模拟方法建立了水下光束传输数值计算模型,通过控制变量法计算了不同条件下的水下光场分布,并提出以0.1~10 lx等值线所包围的面积与计算截面面积比值为相对有效光照范围(Relative effective illumination range,REIR)。以REIR为评价指标,对不同条件组合下的光场分布进行了分析,结果显示：(1)相同功率条件下,REIR依次为：绿光>白光>蓝光,以功率420 W、叶绿素浓度0.1 mg/m^3 为例三种光色的REIR比值为1.58:1.31:1;(2)相同光色条件下,当叶绿素浓度0.1 mg/m^3 时,灯具功率从420 W增至1200 W,蓝绿白三种光色灯具的REIR分别从31.68%、50.27%、41.78%增至38.59%、56.91%、50.15%,功率增加近3倍,但REIR增幅有限;(3)随着灯具放置深度增加,REIR先增加后稳定;以叶绿素浓度1.0 mg/m^3 、功率为420 W为例,绿光与白光灯REIR的最大值约为9.69%~9.84%,出现在水深20 m左右,而蓝光灯的REIR最大值约为5.60%,出现在放置深度为15 m左右;(4)当灯具功率为420 W,海水叶绿素浓度从0.1 mg/m^3 增至5.0 mg/m^3,蓝绿白三种光色灯具的REIR分别从31.89%、48.25%、42.05%减少至1.65%、2.09%、2.22%。研究结果可为水下灯具光色功率选型、深度放置以及有效光场分布范围估算提供参考。     

石门国家森林公园不同林分秋季保健功能差异比较和综合评价

开展不同林分保健功能的差异研究和综合评价,能为今后森林康养林的构建与管理提供科学依据。在2019年秋季（9-11月）森林康养旅游高峰期,选取广东省广州市石门国家森林公园中毛竹林、亚热带季风常绿阔叶林、枫香林、杉木林和枫香杉木混交林5种林分,并设置无林地对照组,分析人体舒适度、空气富氧度、负离子保健浓度和植物精气4个指标,采用隶属函数值对不同林分的保健功能进行综合评价。结果表明:1）5种林分的人体舒适度均处于Ⅰ级非常舒适水平,其中杉木林最佳（2.70）,无林地对照组处于Ⅱ级舒适水平。2）5种林分和无林地对照组的空气富氧度均处于Ⅱ级较高水平,其中枫香杉木混交林的O₂浓度最高（21.17%）,且5种林分的O₂浓度均高于空气中氧气的含量（20.95%）。3）5种林分的负离子保健浓度均处于Ⅲ级较适宜水平以上,其中亚热带季风常绿阔叶林的负离子浓度（7 234个·cm^-3）约为其他林分的3~5倍,处于Ⅰ级很适宜水平,无林地对照组处于Ⅳ级不适宜水平。4）5种林分的植物精气相对含量均较低（<10%）,其中亚热带季风常绿阔叶林植物精气的种类和相对含量均显著高于其他4种林分。5）根据隶属函数值大小,不同林分的综合保健功能强弱依次为亚热带季风常绿阔叶林（0.75）＞枫香杉木混交林（0.61）＞杉木林（0.57）＞枫香林（0.46）＞毛竹林（0.44）＞无林地对照组（0.00）。在秋季,5种不同林分的综合保健功能均优于无林地对照组,尤其是亚热带季风常绿阔叶林,非常适合游客进行森林康养游憩。     

基于双阶段注意力机制和LSTM的鸡舍氨气浓度预测算法

为寻求准确的鸡舍氨气浓度预测方法,构建基于双阶段注意力机制和长短时记忆神经网络(Long shortterm memory,LSTM)的鸡舍氨气浓度预测模型,将该模型应用于山东省商河县某蛋鸡养殖场,采集二氧化碳(CO_2)、氧气(O_2)和氨气(NH_3)的体积分数,细颗粒物(PM_(2.5))质量浓度,温度,相对湿度时间序列数据对模型进行验证,并与支持向量回归(Support vector regression,SVR)、人工神经网络(Artificial neural network,ANN)模型和无注意力机制的LSTM模型对比研究。结果表明:1)不同时间窗口T下NH_3体积分数预测精度不同。T∈{2,3,4,8}时,均方根误差(Root mean square error,RMSE)分别为0.433 4,0.394 8,0.379 9和0.405 1μL/L,平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)分别为0.267 4,0.262 9,0.228 9和0.272 4μL/L;2)基于双阶段注意力机制和LSTM的鸡舍NH_3浓度预测模型在RMSE和MAE评价指标框架下优于SVR、ANN和无注意力机制的LSTM模型。基于双阶段注意机制和LSTM的模型能较好地对鸡舍氨气浓度进行预测,可为鸡舍氨气浓度预测及调控提供技术支持。     

不同氧气浓度下烟草甲各虫态活性研究

为了减少磷化氢等有毒化学物质在储烟害虫防治中的施用量,为生产上运用低氧技术防治烟草甲等仓贮害虫提供技术参考,本试验研究了低氧环境对烟草甲各虫态致死作用及对烟草甲各虫态历期的影响。结果表明,在气调贮存运用中,可以将垛内氧气浓度调至2%,经历杀虫阶段后可以将垛内氧气浓度回调至4%～6%,这样可以在有效抑制虫害的基础上,最大限度地保证烟叶的醇化质量。     

胜利原油对渔业生物致油臭试验研究

通过试验给出了对虾、鲈鱼、毛蚶和文蛤四种渔业经济生物不同受试天数的油臭阈限值,并指出受试天数越短,油臭阈限值越大;受试天数越长,油臭阈限值越小,油臭阈限值与渔业生物的受试天数呈负相关关系。     

氨氮和亚硝酸氮对南美白对虾的毒性研究

用通常的生物毒性试验方法进行了氨氮和亚硝氨氮对体长5cm南美白对虾的急性毒性试验。在海水pH8.15、水温T＝27℃、盐度S＝20．0‰条件下，求得了两种物质对南美白对虾24h、48h、72h、96h的半死浓度，提出总氨氮和非离子氨氮对南美白对虾的安全浓度分别为2．667mg/L和0．201mg/L，亚硝酸氮的安全浓度为5．551mg/L。氨氮对南美白对虾的毒性强于亚硝酸氮，并提出降低氨氮和亚硝酸氮含量的措施。     

救必应水提物与抗菌药联用对产ESBLs细菌的抑制效果

【目的】探讨救必应水提取物与抗菌药联合诱导细菌传代的体外抑菌活性,为救必应的综合开发利用提供参考依据。【方法】采用96孔反应板二倍微量稀释法体外检测救必应水提取物与抗菌药的最小抑菌浓度（MIC）,并以1/2 MIC的救必应水提取物与抗菌药联合诱导产超广谱β-内酰胺酶（Extended spectrum beta-lactamases,ESBLs）细菌传代,然后用微量棋盘稀释法测定救必应水提取物与抗菌药联合作用后的部分抑菌浓度指数（FICI）。【结果】救必应水提取物的MIC为1.0 g/mL,以0.5g/mL的救必应水提取物与阿莫西林、左氧氟沙星、克林沙星、磺胺间甲氧嘧啶、加替沙星、头孢噻呋钠6种抗菌药联合诱导产ESBLs细菌传代后MIC显著降低,联用后的FICI分别为0.375、0.750、0.750、0.515、0.750和0.750。【结论】救必应水提取物可明显增强抗菌药对产ESBLs细菌的抗菌活性,且呈协同或相加作用。     

半导体工业废水污染特征因子初探

指出了集成电路和印制电路板是半导体工业的主要组成部分,而在生产过程中会大量使用氢氟酸,使得虽经过处理后的生产废水中氟离子浓度仍较高,达到7 mg/L左右;通过将半导体企业排放废水与生活污水、地下水及地表水中氟离子浓度进行比较,提出了以氟离子浓度作为半导体工业废水的污染特征因子,并结合不同雨污混接类型污染特征因子,依据物料和水量守恒得出不同混接类型的近似混接水量比例计算公式,以期为后续的雨污混接溯源和雨污改造工程提供借鉴。     

CO2浓度升高对不同施氮水平棉田土壤养分含量及酶活性的影响

通过田间小区试验研究不同 CO2浓度（CK：360μmol／mol,C540：540μmol／mol,C720：720μmol／mol）对不同施氮水平（N0：0 kg／hm2,N150：150 kg／hm2,N300：300 kg／hm2,N450：450 kg／hm2）下棉田土壤养分及酶活性的影响。结果显示：随着大气CO2浓度增加,土壤中有机碳含量总体表现下降趋势,速效磷含量总体呈增加趋势;CO2浓度增加后,N150处理土壤pH值与N300、N450处理间差异显著,速效钾含量随施氮量的增加先增后降再增加。CO2浓度增加后,土壤碱性磷酸酶活性增加、脲酶活性降低;N0和N300处理下,过氧化氢酶活性随CO2浓度增加先增后降,N150和N450处理降低了过氧化氢酶活性。CO2处理×氮处理交互作用对 p H值,碱解氮、速效磷、速效钾含量及脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性的影响均达极显著水平。土壤脲酶活性与土壤有机碳、速效钾含量显著正相关,与速效磷含量显著负相关;碱性磷酸酶活性与碱解氮、速效磷含量极显著正相关;过氧化氢酶活性与有机碳含量、pH值极显著正相关,与速效磷含量显著负相关。