氮循环过程的微生物驱动机制研究进展

氮循环在生物地球化学中具有重要地位，与人类生活密切相关。氮循环在很大程度上依赖微生物驱动的氮素转化，而在转化过程中必然会造成不同形式氮的同位素效应。为更好地了解和溯源氮循环过程，本文从氮循环的物质通量、微生物作用及氮同位素效应等角度进行系统地论述，并对氧化亚氮 (N₂O) 分子内的特异同位素值区分微生物过程做了详细介绍。结果表明，人为固氮是环境中活性氮增加的主要原因，也进一步促进了氮素转化的各个环节。通过解析氮素循环中微生物过程的形成机理和评估每个过程的同位素效应，为进一步探索微生物的功能基因和氮素同位素效应的内在联系提供依据，对阐明氮循环过程中微生物驱动的分子机制具有重要意义，而两者的结合也为解决自然条件下氮素转化各过程的溯源难题指明了方向，也将成为今后研究的热点，并在揭示氮素转化机制中发挥越来越大的作用。     

施氮及添加硝化抑制剂对苜蓿草地N2O排放的影响

为探究旱作紫花苜蓿(MedicagosativaL.)栽培草地氧化亚氮(N_2O)排放对施氮水平及添加硝化抑制剂的响应特征,采用传统静态箱法研究了不同施氮水平[0kg(N)·hm~(-2)(N0)、 50kg(N)·hm~(-2)(N50)、 100kg(N)·hm~(-2)(N100)和150kg(N)·hm~(-2)(N150)]以及添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)150kg(N)·hm~(-2)(N150+DCD)对陇东苜蓿草地N_2O排放特征的影响。结果显示,监测期内N0、N50、N100和N150处理N_2O平均排放速率分别为3.5μg·m~(-2)·h~(-1)、4.1μg·m~(-2)·h~(-1)、5.0μg·m~(-2)·h~(-1)和6.1μg·m~(-2)·h~(-1),随着施氮梯度的增加, N_2O排放速率呈增加趋势。添加硝化抑制剂DCD对N_2O排放产生明显的抑制作用。与N150处理相比, N150+DCD处理下苜蓿草地N_2O平均排放速率下降50.7%, N_2O累计排放量显著降低61.6%(P0.05)。施氮对苜蓿产量没有显著影响,而N0、N50、N100和N150处理下单位苜蓿产量N_2O排放量随氮肥梯度的增加而增加,各处理分别为6.5 mg·kg~(-1)、7.8 mg·kg~(-1)、11.3 mg·kg~(-1)和12.5 mg·kg~(-1)。N_2O排放受土壤含水量影响深刻,生长季N_2O排放通量与土壤水分呈显著正相关关系(P0.05),而与土壤温度无显著相关性(P0.05)。综上,旱作紫花苜蓿栽培草地N_2O排放通量随施氮水平的增加明显增加,在相同施氮水平下添加硝化抑制剂DCD能显著抑制N_2O排放。相关研究结果对于该区域苜蓿草地合理施肥以及N_2O减排具有一定的实践指导意义。     

基于迁移学习和改进残差神经网络的黄瓜叶部病害识别方法

针对在黄瓜叶部病害识别过程中使用传统卷积神经网络存在模型训练时间长、识别准确率低等问题，提出一种迁移学习和改进残差神经网络相结合的方法对黄瓜叶部病害进行识别。首先对数据集图像进行预处理，将数据集划分为训练集和测试集；然后对传统残差神经网络进行改进；最后使用迁移学习的方式对网络模型进行训练。利用该研究方法对不同的黄瓜叶部病害进行识别试验，结果表明该方法具有较高的识别准确率，可为其他作物的识别方法研究提供参考。      

扑草净用于仿刺参养殖塘的安全性研究──基于营养盐在生物沉积物-水界面扩散的视角

温带海域普遍养殖仿刺参,仿刺参养殖塘中常有大型藻类爆发,进而影响仿刺参的生长和生存。通常用扑草净清除大型藻类,由于除草剂的生态毒性,可推断扑草净将影响仿刺参生物沉积物中营养盐的再生,本研究则要验证该假说。将仿刺参生物沉积物暴露于不同浓度的扑草净7天,并测定生物沉积物-水界面营养盐的扩散通量。结果表明:在正常使用的去除大型藻类的扑草净剂量之下,营养盐在仿刺参生物沉积物-水界面的扩散通量不受扑草净的影响。按正常剂量使用扑草净并不影响仿刺参生物沉积物中营养盐的再生与积聚,无需对扑草净对营养盐水平的影响而担忧。研究结果将有助于评估除草剂对海水中营养盐循环的影响。     

基于显著性增强和迁移学习的鱼类识别研究

针对水下鱼类无法快速准确识别的难点,提出一种具有图像主体自动增强功能的鱼类迁移学习方法。该方法将鱼类RGB图像转换至Lab颜色空间后,利用中央周边算子计算得到整个输入图像的显著性值,进而提供鱼类目标的潜在区域,并结合GrabCut算法获取鱼类分割图像,最终将融合分割图的原始图像送入优化后的残差网络中进行训练。通过对23种鱼类进行识别试验,结果显示,固定ImageNet数据集上ResNet-50预训练模型的conv1层和conv2层参数,微调高层参数的方法能够取得最好的识别效果,且在公开的Fish4Knowledge数据集上,该模型取得了最高的识别准确率,平均识别精度达到99.63%。与其他卷积神经网络方法的对比结果显示,本方法在Fish4Knowledge和Fish30Image数据集上的识别精度和时间性能均具有较大优势,其中识别准确率至少提升4.98%。多个数据集上的试验验证了模型的有效性。     

东北日光温室葡萄园水热通量特征及其对气象因子的响应

运用温室葡萄水热平衡观测资料，分析了东北日光温室葡萄的能量平衡和能量分量日变化、生育期变化以及分配规律，同时也分析了潜热通量（λET）对环境因子的响应。结果表明：水热通量各分量在整个生育期日变化总体上呈现为单峰趋势，净辐射（R_n）的峰值最大为618.75 W·m^-2，λET峰值最大为242.73 W·m^-2，感热通量（H）峰值最大为327.93 W·m^-2；在新梢生长期，白天λET较小，为34.55 W·m^-2,随着生育期推进，λET逐渐增大，在果实着色成熟期达到最大值（78.49 W·m^-2）之后减小；H在各生育期能量中均占了绝大部分；白天潜热通量占净辐射的比例（λET/R_n）在新梢生长期最小，为25.28%，在果实着色成熟期最大，为44.17%；感热通量占净辐射比例（H/R_n）整个生育期几乎都达50%以上，土壤热通量占净辐射比例（G/R_n）相对较小，变化范围为4.46~12.32 W·m^-2；在整个生育期能量比率大小依次为H/R_n>λET/R_n>G/R_n。在不同生育阶段瞬时尺度上，R_n是影响潜热变化最主要的气象因子，R²高达0.88。在日尺度上，各气象因子对潜热通量的影响在逐渐变弱，相对湿度（RH）与λET相关系数仅为0.28。但无论从瞬时尺度还是日尺度，R_n都是影响潜热通量最主要的气象因子。各气象因子对潜热通量的影响大小依次为：R_n>VPD>T_a>RH。     

茶园土壤-茶树-茶叶-茶汤中镉转移规律及安全性评价

为论证镉污染土壤种植茶树的安全性与可行性,通过盆钵茶园试验研究了湖南9个主栽茶树品种在不同镉含量土壤中对镉的吸收积累特性和茶汤中镉元素的浸出率。结果表明,在pH值4.1的土壤中,通过根系吸收的镉元素从根系到主干,再到侧枝枝干和茶树叶片的转运过程中,各器官的镉含量依次递减,茶树嫩芽(叶)中镉的富集系数仅0.13~0.24;茶树种植在土壤镉含量低于3.0 mg/kg的土壤中,茶叶没有出现镉超标现象;镉元素在茶汤中的平均浸出率为9.87%,利用膳食暴露风险评估模型对茶叶和茶汤中的镉含量进行风险评估,表明供试茶叶样品中的镉不会对人体健康产生威胁。     

基于气相离子迁移谱的热处理对催熟香蕉的挥发性物质分析

以香蕉果实为试验材料,利用热激、低温和催熟处理采后香蕉果实,采用气相离子迁移谱检测香蕉的挥发性物质,研究热处理对催熟香蕉果实挥发性物质的影响。结果表明:与对照相比,7 ℃ 6 d+催熟3 d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2个处理均明显降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧杂环酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等组分的含量;相反,这2个处理均明显增加了丙醇、乙酸丙酯、戊酮-2,3-二酮、二甲基二硫、2,3-丁二醇、甲基吡嗪、3-甲基丁酸乙酯、α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、二甘醇二甲醚、E-2-辛烯醛、E,Z-2,6-壬醛、顺式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等组分的含量。另外,H+7 ℃ 6 d+催熟3 d处理明显增加了羟基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等组分的含量。与7 ℃ 6 d+催熟3 d相比,H+7 ℃ 6 d+催熟3 d处理明显降低了三乙胺、苯酚、2-戊酮、2-戊基呋喃、癸醛、E-2-辛烯醛、甲硫基丙醛、2-己醇、2,3,5-三甲基吡嗪等组分的含量,导致这些组分含量与对照基本一致。进一步研究发现,热处理能明显降低7 ℃冷藏香蕉果实的冷害指数,减轻香蕉果实的冷害症状。热处理诱导催熟香蕉果实上述挥发性物质的变化,可能与热处理诱导香蕉果实产生抗冷性的过程密切相关。     

茶叶生产格局演变及空间集聚效应研究——以广东省为例

明确茶叶生产格局的演变特征和集聚效应,对广东省茶叶产业规划布局具有重要意义。引入空间重心模型,运用GIS技术和空间自相关分析方法分析广东省茶叶生产格局的演变过程、演变特征,采用空间自相关分析探究茶叶生产的空间集聚效应,研究结果表明：（1）1992—2017年广东省茶叶种植面积和茶叶产量稳步提升,2008年以后增速较为明显;（2）茶叶生产空间差异明显。粤北和粤东地区茶叶种植总面积占到广东全省的85%以上,茶叶产量占到83%以上,粤西和珠三角缩减较为明显;（3）广东省茶叶生产重心具有整体向东偏北迁移的趋势。茶园面积和茶叶产量重心的东移反映出广东省茶叶生产已呈现逐渐向粤东和粤北地区集聚的态势;（4）广东省茶叶生产空间极化和空间溢出作用显著,已经形成了以饶平、潮安、大埔、丰顺、五华、兴宁、英德、东源等县区的茶叶生产集聚区,构成了广东省茶叶生产的“热点区”,并对周边县市产生带动和刺激效应;（5）地理环境等自然因素是茶园规模扩张的基础,政府的政策激励和支持是茶叶产业形成的重要驱动力,巨大的市场消费力是茶叶产业迅速发展的直接因素,新品种和新技术的应用和推广是茶园面积扩张的重要原因。广东省茶叶生产空间集聚效应进一步增强,应根据地区自然资源、地理条件、种植传统等因素,推进茶叶生产区域集群化发展,提升广东茶叶的市场竞争力。     

土壤养分向环境迁移及其控制途径

介绍了土壤养分流失的基本途径及影响因素,基本途径有“水溶态”淋溶、径流迁移、气态迁移、风蚀迁移、生物力途径;影响因素有降雨、土壤性质及地形条件、管理措施、土地利用方式。从覆盖措施、植物篱技术与保护性耕作、工程措施等方面探讨了控制途径,以期提供参考。