Variations of SOC and MBC observed in an incubated brown loam soil managed under different tillage systems for 12 years

To assess changes in organic carbon pools, an incubation experiment was conducted under different temperatures and field moisture capacity (FMC) on a brown loam soil from three tillage practices used for 12 years: no‐till (NT), subsoiling (ST) and conventional tillage (CT). Total microbial respiration was measured for incubated soil with and without the input of straw. Results indicated that soil organic carbon (SOC) and microbial biomass carbon (MBC) under ST, NT and CT was higher in soil with straw input than that without, while the microbial quotient (MQ or MBC: SOC) and metabolic quotient (qCO₂) content under CT followed the opposite trend. Lower temperature, lower moisture and with straw input contributed to the increases in SOC concentration, especially under NT and ST systems. The SOC concentrations under ST, with temperatures of 30 and 35°C after incubation at 55% FMC, were greater than those under CT by 28.4% and 30.6%, respectively. The increase in MBC was highest at 35°C for 55%, 65% and 75% FMC; in soil under ST, MBC was greater than that under CT by 199.3%, 50.7% and 23.8%, respectively. At 30°C, the lower qCO₂ was obtained in soil incubated under NT and ST. The highest MQ among three tillage practices was measured under ST at 55% FMC, NT at 65% FMC and CT at 75% FMC with straw input. These data indicate the benefits of enhancing the MQ; the low FMC was beneficial to ST treatment. Under higher temperature and drought stress conditions, the adaptive capacity of ST and NT is better than that of CT.     

砂田抑制蒸发功能随覆砂年限的演变规律

【目的】研究压砂覆盖(砂田)保温及抑制蒸发功能随砂田退化程度的演变规律。【方法】基于多年Landsat卫星数据,使用辐射传输方程法反演香山地区砂田地表温度(LST),结合田间地表温度监测,对比砂田与裸地的地表温度变化,分析了砂田抑制土壤蒸发的机理,并探讨了砂田的功效与砂田使用年限的关系。【结果】砂田在LST-NDVI梯形空间中贴近于暖边,其土壤水分比耕地少,接近于干土层。因此,砂田可以隔离辐射与土壤表层,从而减小潜热通量,抑制土壤蒸发。砂田昼夜温差明显比裸地大,且对于西瓜等作物,砂田的有效地表积温也比裸地提高了10%。【结论】砂田退化过程可分为纯砾石阶段、砂土混合阶段和砂土连通阶段,从砂田的保温及抑制蒸发功能来看,砂田的有效使用年限为25～30 a。     

基于BEPS模型的雨养冬小麦农田土壤水分动态模拟

北部生态系统生产力模拟(BEPS,Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型能够模拟不同生态系统碳水循环过程,并通过气孔导度将二者有机地结合,在土壤水分模拟上具有更大的优势。为了使BEPS模型适用于较小空间尺度的雨养冬小麦农田生态系统的土壤水分模拟,根据冬小麦的降水截留过程、冠层的辐射传输过程、根系分布规律和区域土壤水文参数的获取方法对BEPS模型的水平衡模块进行参数方案调整。在此基础上,基于实现BEPS模型与遥感反演的农田土壤水分数据同化的目的,利用经上述调整方案后的BEPS模型,对郑州农业气象试验站2011—2015年冬小麦生长季的农田土壤水分进行动态模拟,并用观测数据进行验证。结果表明,调整后的BEPS模型能够较好地模拟雨养冬小麦农田土壤水分及动态变化,决定系数R2可达0.70以上,平均相对误差MRE总体低于25.0%,但对底层模拟能力较差;在以旬为步长条件下,拔节前模拟效果优于拔节后;土壤水文参数是影响模型模拟土壤水分垂直交换和分布的主要因素,可通过优化进一步提高土壤水分模拟能力。     

生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验

针对目前生物质热解气中焦油去除困难、焦油能量难以利用等问题,结合现有燃气燃烧器相关技术,开展了生物质热解气直接燃烧技术研究与试验。燃烧器理论耗气量为2~5 m~3/h,通过理论计算确定了燃烧器参数,设计了卧式燃烧室并安装烟气催化裂解装置及烟气检测装置,搭建了热解气燃烧试验平台,并对热解气的燃烧特性进行了试验研究。以花生壳为原料,在碳化温度500℃、滞留时间30 min的条件下进行连续热解碳化,产生的高温热解气直接通入燃烧设备。结果表明,燃烧设备性能较好,热解气燃烧过程稳定,燃烧效率达到98.5%,在催化剂的作用下,燃烧效率提高到98.9%,满足设计要求。     

自然冷资源低温储藏仓设计与稻谷储藏试验

为解决稻谷在高温干燥和储藏过程中品质损失问题,设计了自然冷资源低温储藏仓,利用冬季环境下形成的自然冰为高含水率稻谷制冷,以减少高温干燥稻谷工序并减少储藏期间稻谷的品质劣变。试验检测自然冷资源低温储藏仓内稻谷的储藏品质与加工品的变化,并与传统常温仓做对比,结果表明:所设计的自然冷资源低温储藏仓供冷均匀、能耗低、无污染,其制冷系统的能效比为3.54;初始含水率为16.5%的高含水率稻谷在自然冷资源低温储藏仓中能安全储藏5个月,平均含水率呈缓慢下降趋势,最终达到(15.1±0.5)%;自然冷资源低温储藏仓中稻谷粮温稳定,平均粮温为9.8℃;储藏期结束后,稻谷脂肪酸质量比为18.3 mg/(100 g),发芽率为86.75%,霉菌总数为5.1×104CFU/g,自然冷资源低温储藏仓中稻谷的出糙率和整精米率比常温储藏的稻谷分别提高了5.41个百分点和9.57个百分点,裂纹率比常温仓的稻谷降低了13.88个百分点,自然冷资源低温储藏仓中稻谷的储藏品质和加工品质显著优于常温仓中稻谷。     

水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,观测分析了水稻适雨灌溉和常规灌溉2种模式下稻田CH_4和N_2O的季节排放情况,评估了水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响。结果表明,适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放峰值分别出现在分蘖期和拔节孕穗期,整个生育期CH_4、N_2O平均排放通量分别为16.77 mg/(m~2·h)、6.64μg/(m~2·h),适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放量较常规灌溉显著下降(p0.05),分别下降了74.47%和67.06%。水稻适雨灌溉通过合理利用雨水资源,减少灌溉次数及灌水量,显著降低了稻田CH_4和N_2O的排放。     

Classification of pedogenic cementation in Podzols by pocket penetrometry

According to the German Soil Taxonomy, the formation of cemented horizons in Podzols is restricted to the precipitation of iron oxides. However, in iron‐poor sandy substrates, also illuviation of only organic compounds can form cemented horizons with penetration resistances of up to 14 kg cm⁻². We present a reproducible field test for classifying pedogenic cementation in Podzols and suggest considering cemented horizons (Bmh and Bhm) in the upcoming edition of the Guidelines for Soil Mapping.     

基于二维激光传感器无人直升机作业边界探测

无人机喷雾作业边界探测识别是无人直升机喷雾的重要内容,如果喷雾最大喷幅超过目标区域,会导致药液流失,造成环境的严重污染。为此,基于无人直升机平台,选取二维激光扫描传感器、姿态传感器等传感器搭建了一套二维激光扫描探测系统。该系统利用二维激光传感器探测无人直升机距离作物冠层和田埂的高度,计算冠层和田埂距离差值,并把高度差值作为分割阈值,实现无人直升机作业边界的提取,同时进行了田间试验验证。     

泾惠渠灌区畦长对夏玉米耗水特性和产量影响

泾惠渠灌区中畦田规格参差不齐,灌区由于畦田过长而造成的灌溉水量浪费屡见不鲜,不仅没有形成高产而且极大的造成了水资源的浪费。通过大田与小区试验相结合,以当地农民习惯的灌溉方式为对照,设置3个灌溉畦长处理(80、120、240 m),每个处理设置3次重复,改水为80%。研究了灌溉畦长对夏玉米在生育期内的耗水特性和产量的影响,土壤水分分布与产量及其构成因素的关系等问题,选择出兼顾节水高产可行的最优畦长。研究结果表明:在生育期灌水后,80和120 m处理畦长内畦首、畦中和畦尾的土壤相对含水率较为均匀无显著差异,240 m处理畦长畦首、畦中和畦尾的土壤相对含水率产生显著性差异;80和120 m处理夏玉米在畦首、畦中和畦尾灌水均匀度较为平均且无显著差异,240 m畦长处理差异较为显著,且80 m畦长处理产量分布最为平均、平均水分利用效率最高产量为1.021 839万kg/hm2,水分利用效率为25.12 kg/(hm2·mm)。综合夏玉米产量及其分布、水分利用效率等因素,在泾惠渠灌区80 m的灌溉畦长是兼顾节水高产的最适宜畦长,该结论以期为泾惠渠灌区大田作物高产节水提供一定理论依据。