高地隙农田信息采集机器人设计与试验

为适应水田行走和不同垄宽等复杂的农艺条件,设计了一种轮距宽度可调的高地隙四驱农田信息采集机器人。利用SolidWorks对整体结构进行设计分析和零部件选型,设计了基于GNSS和INS的组合导航与路径跟踪控制系统,并对机器人进行了水田行走性能测试和信息采集试验。结果表明,机器人四轮驱动方式具备较好的速度一致性,地隙与轮距调节机构调节到位误差率为1.33%和0.73%;直线路径跟踪的平均横向误差为6.8 cm,直角转弯的平均收敛时间为25.6 s;机器人最大行驶速度为1 m/s,单点信息采集平均耗时为24.5 s,传感器采集的各类数据均满足使用要求,该信息采集机器人可实现复杂条件下的农田信息采集工作。     

武汉市农田林网白蚁生存环境与防治技术研究初探

白蚁是危害武汉市农田林网的主要害虫之一,对全市立木、农作物、建筑和木材谷物等造成很大损失。本研究调查了武汉市主要农田林网地区白蚁的种类、生物学特性及活动生存环境,并分析了种群与土壤之间的关系。结果显示项目研究地农田林网树木白蚁主要为黑翅土白蚁,喜欢生活在潮湿的土壤中。在粘壤土中,主巢入土深度在150 cm以内的占总数80.2%。通过毒饵诱杀法和药物阻隔法,市售的三种药剂均对黑翅土白蚁具有较好的防治效果,平均防治效果达到80.0%以上。     

丛枝菌根真菌改善镉胁迫下植物根系和土壤微环境的效应

为探究Cd胁迫下丛枝菌根真菌(AMF)对植物根系和土壤微环境的影响,以黑麦草为供试植物、变形球囊霉(Glomus versiforme)为供试AMF,以Cd浓度(0、10、20、30 mg·kg^-1)和是否对黑麦草接种AMF为双因素,设计8个处理,开展盆栽试验。结果显示:随着Cd浓度增加,AMF侵染率和孢子数量显著(P<0.05)降低。相同Cd浓度下,接种AMF显著(P<0.05)改善了黑麦草的根系构型(根系总长度、根系总投影面积、根系总体积、根尖数、根分叉数)。在相同Cd浓度下,接种AMF显著(P<0.05)增加了土壤中真菌、细菌和放线菌的数量,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量,以及土壤多酚氧化酶活性,和土壤易提取球囊霉素相关土壤蛋白和总球囊霉素相关土壤蛋白含量。这说明,接种AMF能够通过改善植物根系和微生物环境、提高土壤相关酶活性和球囊霉素含量等,增加植物抗性。     

苹果酸、草酸对铅镉胁迫下刺槐生长与离子富集特性的影响

为了探索铅镉胁迫下苹果酸、草酸对刺槐生长与离子富集特性的影响,本试验以刺槐植株为研究对象,在600mg/kg铅、20mg/kg镉污染土壤中添加不同浓度的苹果酸、草酸,测定刺槐生长量、铅镉含量和离子转移特性等指标。试验结果表明,苹果酸和草酸对铅镉胁迫下刺槐植株生长有一定程度的抑制作用,但差异不显著;两者促进刺槐根部的铅、镉离子富集,但降低了铅、镉离子的转运率,其中8.0mmol/kg草酸的铅富集促进效益最显著。因此,8.0mmol/kg草酸可作为一种外源调控手段应用于刺槐修复铅镉污染土壤的实践中。     

耕地集约利用与新型城镇化的耦合关联研究——以福建省为例

耕地集约利用与新型城镇化的协调发展对于推动乡村振兴和城乡统筹发展具有重要意义。以福建省9个设区市为研究对象,构建耕地集约利用与新型城镇化耦合协调发展评价指标体系,基于灰色关联度模型,定量评价2008—2018年两系统各要素间的耦合关联程度。同时运用熵权TOPSIS模型和耦合协调发展度模型,研究二者的综合发展水平及其耦合协调发展水平时空特征。结果表明:耕地集约利用与新型城镇化的关联度为0.761,达到较高关联,耕地集约利用为新型城镇化提供发展动力,新型城镇化为耕地集约利用提供要素支持;新型城镇化水平呈逐年上升趋势,而耕地集约利用水平保持稳定;两系统的耦合度先上升后下降,耦合度阶段总体上由中度耦合进入高度耦合,空间分布上呈现出由东西高南北低到南北高中间低演变的特点;二者的协调发展水平总体呈上升态势,协调发展等级由轻度失调衰退过渡为勉强协调发展,空间上主要表现为东高西低的分布格局;相对发展程度状况呈现出耕地集约利用滞后的发展态势。因此,福建省应在现有的资源禀赋上科学投入,以提高耕地集约利用水平,均衡新型城镇化发展差异,完善制度配套,推动协调发展。     

基于田块尺度土壤重金属空间分布及其生态风险评价

为了揭示田块尺度上土壤重金属污染特征及空间分布,以河南省新乡县翟坡镇某冬小麦种植农田为研究对象,采集了202个农田表层0~20 cm土壤和40个0~100 cm剖面土壤样品,分析了土壤样品中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni和Mn的含量特征,运用地统计分析中的普通克里格插值法研究土壤重金属的空间分布规律,并结合地质累积指数法和潜在生态危害指数法对研究区土壤重金属的生态风险进行评价。结果表明,研究区表层土壤Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni和Mn均值为0.95、24.35、6.40、35.52、319.60、21.76mg·kg^-1和157.32 mg·kg^-1。Cr、Cd、Pb含量均超过河南省土壤重金属含量背景值,其中Cr、Cd含量超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）筛选值,点位超标率分别为98%和100%。总体来看,土壤重金属含量随着剖面深度增加而降低,调查区南部的部分区域重金属含量偏高。从地质累积指数法与潜在生态危害指数法两种方法来看,Cd污染最为严重,生态风险较高,应当对该区域土壤Cd污染采取一定的调控措施。     

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

灌木幼苗对镉毒害的敏感性差异

为探究灌木幼苗及不同测试终点对镉（Cd）毒害的抗性和敏感性差异,选取了12种常见的灌木植物,通过Cd对灌木幼苗毒害的水培试验,测定不同含量Cd处理［0（对照）、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0 mg·L^-1］下植物的生长状况（表观毒害症状、株高、地上部鲜重和干重、根系生长状态）,比较不同测试终点稳定性,并运用Burr-Ⅲ模型制作物种敏感性分布图（species sensitivity distributions,SSD）,分析不同灌木幼苗对Cd的敏感性。结果表明,供试植物在Cd含量为1.0~4.0 mg·L^-1时开始出现表观毒害症状;Cd对不同的植物地上部和根系毒害阈值差异较大,地上部干重减少10%（EC₁₀）和50%（EC₅₀）对应的毒性阈值变化范围分别为0.11（海桐）~1.30 mg·L^-1（八角金盘）和2.58（金森女贞）~10.90 mg·L^-1（八角金盘）,差异分别达到了11.8和4.2倍;根分支数对应的EC₁₀和EC₅₀变化范围分别为0.08（金森女贞）~1.27 mg·L^-1（八角金盘）和2.40（金森女贞）~10.30 mg·L^-1（八角金盘）,差异分别达到了15.8和4.3倍;不同测试终点的敏感性从大到小依次为根分枝数>总根长>总根表面积>总根尖数>地上部分干重>株高>地上部分鲜重,说明根系指标对Cd毒性更为敏感;基于地上部干重和根分支数的EC₅₀数据得到的SSD表明,大部分植物的敏感性分布趋于一致,其中金森女贞和海桐对Cd毒害最为敏感,八角金盘为Cd毒害的抗性品种;同时,根据SSD得出保护95%林木品质不受Cd毒害的生态风险阈值HC₅。     

基于Sentinel-2遥感影像的黑土区土壤有效磷反演

【目的】 土壤养分含量的整体状况对供给作物的生长有着重要意义,对农田土壤速效养分含量的估算是作物生长发育状况评价过程中的关键环节,高光谱遥感技术的发展为区域有机质和土壤养分的动态监测提供了有效的手段。相比传统方法耗时、耗力及测量复杂等缺点,该文提出了基于遥感影像的大面积土壤速效养分含量的精准估算方法,对促进玉米作物的精准施肥和黑土地肥力保护具有重大理论意义。【方法】 文章以东北黑土区的吉林省农安县玉米农田为研究区,基于Sentinel-2遥感影像和土壤有效磷含量实测数据,利用偏最小二乘回归方法构建土壤有效磷含量的反演模型,最终获取土壤有效磷含量的空间分布图,实现了黑土区土壤有效磷含量的大面积、快速、精准估算。【结果】 Coastal aerosol波段（海岸/气溶胶波段）、可见光波段及红边波段与土壤有效磷含量的相关性较强,模型的决定系数R²为0.649、均方根误差为2.44 mg/kg。【结论】 利用偏最小二乘回归模型估算所得土壤有效磷含量空间分布情况与其空间插值结果相一致,从空间分布情况上看,农安县西北部的土壤有效磷含量最高,东北部的土壤有效磷含量高于中部与南部地区;模型估算的土壤有效磷含量均值为18.08 mg/kg,空间插值的土壤有效磷含量均值为17.63 mg/kg。由此可见,该研究所建立的土壤有效磷估算模型具有一定的准确性与可靠性。     

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明：在施用量均为5 g·kg^-1的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量（59.5%）。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。