植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

System for quasi‐continuous simultaneous measurement of oxygen diffusion rate and redox potential in soil

Oxygen diffusion rate (ODR) and redox potential (E_H) are quantitative indices representing oxygen availability and redox status in soils, which is valuable information for better understanding causes and effects of soil aeration. Because these indices are spatially and temporally highly variable, continuous measurements and adequate numbers of repetitions are essential for accurate in situ monitoring. Here, we present a new, fully automated recording system for in situ measurements where ODR and E_H are measured at the same platinum electrode. The conflict between electrode polarization for ODR and the resulting biased E_H readings is solved by reducing the polarization time and introducing a recovery interval between two consecutive measurement cycles. The shorter polarization time ensures accurate E_H readings. It also results in moderately overestimated ODR readings, but this can be corrected before data analysis. The recovery interval restricts temporal resolution of the E_H‐ODR data pairs to 8 h. We illustrate the use of the system with measurements in a field experiment in Zürich, Switzerland. ODR curves at different depths ran roughly parallel to the corresponding curves of O₂ concentration in soil air but ODR was much more sensitive to precipitation. Low ODR was a necessary but not a sufficient condition for declining E_H. E_H ran parallel to O₂ concentration in soil air rather than to ODR. The fully automated system allows for time series of replicate measurements in multifactorial field studies with reasonable labor requirements. It may be particularly suitable for studies examining the effects of soil tillage, compaction, and irrigation, where structure‐related soil properties such as porosity, gas permeability, and soil aeration play a dominant role.     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

基于SD变化环境下农业水资源供需平衡模拟

为了探讨变化环境对农业水资源供需平衡的影响,运用系统动力学软件Vensim-Dss建立了农业水资源供需平衡的系统动力学模型,综合考虑社会经济发展和气候变化情景,仿真模拟了变化环境下农业供、需水量及缺水量的变化情况.石羊河流域模拟结果表明:未来农业供水量和需水量受气候变化的影响程度不同,但 2033年以后,农业供水量在不同气候变化情景下的变化趋势相同;不同行政区农业水资源系统对气候变化的响应存在明显差异,金昌市A2气候情境缺水率大于B2情景,在2029年、2038年缺水率分别达到32.0%,28.6%, B2情境下,2021年开始出现轻度缺水,中度缺水年仅出现在2023年和2039年,缺水率分别为30.7%,30.5%;武威市A2气候情境下缺水率小于B2情景,仅2038年为中度缺水,缺水率为24.9%,B2气候情景中度缺水年较多,2023年缺水率最大,达到33.2%.研究结果可以对变化环境下区域用水规划和农业发展规划提供指导.     

数字合作社:产销融合的农业智能系统

产销信息不对称,缺乏资金、知识和经验是小规模农户发展的障碍。作为互助性经济组织,农业合作社的经营受气候、市场和农户水平等自然、经济和社会因素的影响。如何贯通产销信息,并基于需求精细核算成本和组织生产,是合作社经营的重要内容。本文借鉴工业领域数字双胞胎的思想,基于平行智能系统的描述、预测和引导,提出合作社数字四胞胎(数字合作社)的构想,服务合作社规划、准备、生产和评估的各个环节。同时对数字合作社的整体方案、系统设计及其关键技术等进行了描述,并对数字合作社的用户及其运行机制进行了探讨。数字合作社系统框架包括数据感知、决策支持和决策实施,其核心智能技术包括作物建模、动态规划、区块链技术、机器学习等。以有机水稻种植为例,简述了合作社成本分析、种植规划、远程种植可视化等过程,模拟水稻定制种植的场景,以此说明数字合作社的部分功能。数字合作社的概念可为面向合作社的信息系统开发提供方向。鉴于目前以小农经济为主、合作社为主要经营主体的现状,数字合作社系统有助于提升从业者的经营能力,助力小农户对接大市场,提升农业物理社会经济系统的整体效率。     

栽培密度对高产大豆根系生长及花荚形成的影响

为探明栽培密度对高产大豆根系生长和花荚形成的影响规律，田间试验设置21.0（D₁）、30.0（D₂）、48.0（D₃）×104株·hm^-2 3种栽培密度，研究了新大豆27号、新大豆8号在0~60 cm土层中根系生长、开花、结荚过程及产量的变化。结果表明，相对于D1，D2、D3密度下新大豆27号总根干重增加了23.68%、18.48%，总根长增加了9.33%、26.72%，新大豆8号总根干重增加了27.25%、19.71%，总根长增加了6.94%、30.80%，且增量以40~60 cm为主；增加至密度D₃时，新大豆27号开花和结荚高峰出现时间较D₁分别推迟了2、8 d，新大豆8号推迟了2、6 d，但二者单位面积的总花数、总荚数、总腔数和总粒数分别较D₁提高了51.92%、10.29%、7.66%、23.05%和49.47%、31.91%、35.40%、16.11%；总花数与始荚期根干重、根长度呈正相关关系，新大豆27号R²值分别为0.8477^*、0.9106^*，新大豆8号R²值分别为0.7531、0.9993^**；总腔数与始粒期根干重、根长度呈正相关关系，新大豆27号R²值分别为0.6954、0.9837^**，新大豆8号R²值分别为0.7902^*、0.9277^*；且根长度与总花数、总腔数的关系比根干重更密切。合理密植显著提高大豆籽粒产量，是密植促进了大豆根系生长，增加了单位面积总根长和深层根量，进而增加了单位面积花数、荚数、腔数和粒数的结果。     

基于VLF/LF三维闪电探测系统的贵州省全闪分布特征分析

为进一步加强云闪分布特征分析，增强对雷暴云内物理过程的认识，利用2015—2017 年VLF/LF三维闪电探测系统的数据资料对贵州省闪电特征进行空间和时间分布特征分析。结果表明：无论云闪还是地闪，均以负闪为主；闪电发生主要集中在夏季，冬季闪电最少，闪电月际分布主要为单峰型，仅冬季Z比率大于1；闪电主要发生时段为16 时至次日凌晨2 时，Z比率与全闪频数随时间的变化呈正相关，相关系数0.618；全省闪电密度整体呈西高东低趋势，年均闪电密度为5.07 次/(a ·km2)；云闪主要发生在高度2k~7 km，全年云闪高度呈下降趋势；雷电强度主要分布在5k~45 kA，平均陡度为7.34 kA/μs。本研究有利于对闪电特征开展更全面的探究和分析，同时对强对流天气监测和预警也有重要意义和价值。     

耕作方式和施氮量对稻茬小麦产量构成和群体质量的影响

以苏麦188为材料,在水稻秸秆全量还田条件下研究板茬、旋耕、耕翻等耕作方式和施氮量210kg/hm2、240 kg/hm2、270 kg/hm2对小麦群体质量和产量及其结构的影响,为稻茬小麦大面积机械化栽培提供参考。结果表明：板茬方式产量显著高于旋耕和耕翻；随施氮量增加,产量逐渐提高。产量在不同耕作方式与施氮量间存在显著的互作效应。相比其他耕作方式,板茬方式每穗粒数和千粒重较高；群体茎蘖数多,但分蘖成穗率不高、源库协调水平偏低,花后具有较高的光合生产能力。随施氮量增加,穗数和每穗粒数、群体茎蘖数和分蘖成穗率、花后光合生产能力以及源库协调性均呈提高趋势。说明,通过合理增施氮肥可以进一步改善板茬方式下小麦群体质量,协同提升产量构成因素,实现增产。本试验条件下采用板茬方式配以施氮量270 kg/hm2或240 kg/hm2处理产量最高。     

香梨优斑螟成虫内生殖系统结构观察

[目的]为明确香梨优斑螟成虫的生殖系统的结构特征。[方法]解剖雌雄成虫的内生殖系统并分析。结果发现：雄虫的内生殖系统主要由1对睾丸愈合为一体的近球状精巢,经输精管与2个储精囊相连,储精囊的下端再经输精管与附腺的前端以及复射精管中部相连,其中复射精管前端与附腺前端相连,其下端与单射精管相连, 单射精管末端接于阳茎。雌虫的内生殖系统由2组各4根卵巢的上端连接与悬带,其下端连接两条侧输卵管,两条侧输卵管下端共同连接一条中输卵管,中输卵管末端连接发达的梨形交配囊、受精囊和附腺囊,其中交配囊、受精囊均与导精管相连,附腺囊与附腺相连。[结论]雄成虫内生殖系统由精巢、2个储精囊、输精管、复射精管、2条附腺及单射精管尾端组成,雌虫的内生殖系统由8根卵巢、2根侧输卵管、中输卵管、受精囊、交配囊及较长的附腺组成。     

棉田土壤养分分析与土壤墒情监测系统应用

【目的】研究土壤养分的空间变异程度及分布规律,为该区域科学施肥提供依据。【方法】以新疆生产建设兵团第八师石河子总场六分场数字农业示范田为研究区域,应用土壤墒情监测系统、GIS与地统计学的方法,对棉田土壤含水量与温度进行实时采集、分析并存储在服务器里面,分析石河子总场土壤含水量和温度变化规律、棉田土壤养分空间分布特点及变异规律。【结果】(1)根据监测数据分析,随着灌水量增加和棉花生育期推进,上层0~30 cm比下层40~60 cm的土壤含水量变化趋势明显。0~20 cm土层土壤补偿水比较充分,各个监测点土壤含水量基本维持在比较适宜的范围内。土壤各层温度受大气温度影响并随着土层深度的加深而减弱,随着土层深度的逐渐加深滞后时间相对延长;受棉株逐渐长高变大以后遮阴等造成的影响,7月以后各土层温度逐渐持平,波动不大。(2)土壤全氮、速效磷和速效钾均呈现出中等程度变异;(3)土壤速效钾的块金值在25%~75%(块金值为0.497)表现为中等空间自相关性外,土壤全氮、速效磷指标的块金系数小于25%表现为强烈的空间自相关性。【结论】应用土壤墒情实时监测系统指导棉田灌溉,较往年没有任何减产减质的情况下,棉花灌溉在全生育期内比以往灌溉次数下降了1~3次,节约水资源约20%左右。研究区域内土壤全氮、速效磷和速效钾变异呈现中等程度变异特征,全氮、速效磷表现为极强空间自相关性,速效钾表现为中等强度的空间相关性。