不同原料好氧堆肥过程中碳转化特征及腐殖质组分的变化

为探讨不同畜禽粪便（牛粪和羊粪）为主料，添加不同作物秸秆（玉米秸秆和小麦秸秆）为辅料在堆肥过程中的碳转化特征及腐殖质组分的变化规律，采用条垛式好氧堆肥研究了不同原料组合（T1：牛粪+玉米秸秆；T2：牛粪+小麦秸秆；T3：羊粪+玉米秸秆；T4：羊粪+小麦秸秆）在堆肥过程中总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）和腐殖酸含量的碳转化特征以及胡敏酸（HA）和富里酸（FA）的含量变化规律。结果表明：所有处理的TOC含量随堆肥过程的推进而下降，至堆肥结束时T1~T4处理的TOC含量分别下降了22.1%、21.5%、23.6、23.7%；DOC含量也随堆肥过程的推进而降低，至堆肥第15天时降低至最低，T1~T4处理分别降低至6.57、5.47、4.73 g·kg^-1和4.93 g·kg^-1，但不同处理的变化规律明显不同：以牛粪为主料的T1和T2处理在第10天以前几乎无变化，而以羊粪为主料的T3和T4处理从一开始就迅速下降至最低值，至堆肥第15天时T1~T4处理的降幅分别为32.4%、36.5%、51.8%和39.3%；总腐殖酸(THA)含量的增加始于堆肥的第10天，第15天时达到最高值，最高值分别为25.5%、22.5%、29.8%和30.0%，整个堆肥过程中T3和T4处理显著高于T1和T2处理（P＜0.05）。随堆肥过程的推进，游离腐殖酸(FHA)含量逐渐降低，堆肥结束时降幅为7.6%~18.0%； HA含量逐渐增加，至堆肥结束时增幅为65.4%~197.8%，堆肥过程提高了胡敏酸态碳。T3和T4处理的FHA和HA含量在整个堆肥过程中始终高于牛粪组合T1和T2处理。FA含量随堆肥进程推进逐渐下降，至堆肥结束时降幅为44.9%~54.9%。羊粪中较高含量的纤维素、半纤维素和HA可能是堆肥产品中THA和HA含量较高的主要原因，在以牛粪为主料的堆肥配料中适当加入羊粪可以提高堆肥产品的腐殖酸含量和胡敏酸态碳。     

南方根结线虫侵染对不同砧木嫁接冬瓜生长的影响

为了明确南方根结线虫对不同南瓜砧木嫁接冬瓜苗生长发育的影响,以期为冬瓜生产筛选抗根结线虫砧木品种,促进产业可持续发展。本文采用人工接种南方根结线虫,研究比较了‘海砧1号’、‘海砧2号’和‘银龙黄籽’3种南瓜砧木的冬瓜嫁接苗及冬瓜自根苗的抗性水平及植株生物量的差异。结果表明：不同南瓜砧木冬瓜嫁接苗和自根苗的病情指数、根结指数、卵粒指数和繁殖指数均随着生育期延长而不断升高,抗性水平发生不同程度变化;以‘海砧2号’为砧木的嫁接苗在全生育期均表现为抗病,以‘海砧1号’和‘银龙黄籽’为砧木的嫁接苗表现为高感,‘清远黑皮冬瓜’自根苗表现为感病。在茎叶鲜重和单果鲜重方面,生长中后期以‘海砧2号’为砧木的嫁接苗显著高于以‘海砧1号’和‘银龙黄籽’为砧木的嫁接苗以及‘清远黑皮冬瓜’自根苗,但与未接种的‘清远黑皮冬瓜’自根苗无显著差异。研究结果证实,南方根结线虫明显抑制了感病砧木冬瓜嫁接苗的生长和产量,对抗病砧木嫁接苗无明显影响。     

Organic input quality is more important than its quantity: C turnover coefficients in different cropping systems

Annual C input to soil is a major factor affecting soil organic carbon (SOC) dynamics. However different types of C-sources can have different behaviour, in relation to their chemical characteristics and how they interact with soil. Root-derived C, in particular, should be more efficient than other organic materials as a result of the physicochemical and biological characteristics of the surrounding environment, leading to a reduction in the C decomposition rate.To test this hypothesis, we considered a long-term experiment underway in Northern Italy since 1962, comparing permanent meadow and 6 different crop rotations over a wide range of nutrient inputs, in both organic and inorganic forms. C inputs from amendments were measured and those from crops were calculated using allometric functions and crop and residues yields. The time evolution of SOC was studied through a single-pool, first-order kinetic model, allowing the estimation of humification coefficients for residues, roots, farmyard manure and cattle slurries.The highest value of the humification coefficient was estimated for farmyard manure, which confirmed its high efficiency in stabilising SOC content. Root C presented a humification coefficient 1.9 times higher than above-ground plant materials while slurries were intermediate, with a humification coefficient roughly half that of farmyard manure and even lower that of roots.The quality of C input thus seems of fundamental importance for evaluating the sustainability of different cropping systems in terms of SOC dynamics.     

基于连续投影算法和光谱变换的冬小麦生物量高光谱遥感估算

为探索基于全波段冠层高光谱以及变换光谱的冬小麦地上部生物量的遥感估算方法，以2016、2017年冬小麦田间试验为基础，通过对冠层光谱和地上部生物量的相关性分析，筛选拔节期、抽穗期的冬小麦冠层光谱、一阶导数光谱、对数变换光谱和连续统去除光谱对地上部生物量的敏感波段，并结合偏最小二乘法(PLS)分别建立拔节期和抽穗期基于SPA算法的冬小麦地上部生物量估测模型，再与基于任意两波段组合的最佳归一化光谱指数、比值光谱指数、差值光谱指数和已报道光谱指数的冬小麦地上部生物量估测模型进行比较。结果表明：(1)SPA算法较好地利用了全波段冠层光谱信息，并显著降低了光谱维度，不同变换光谱的地上部生物量敏感波段个数在4~14之间；(2)拔节期和抽穗期冠层光谱与地上部生物量的相关性高于开花期和灌浆期，各生育时期一阶导数光谱与地上部生物量之间的相关性优于连续统去除光谱、对数变换光谱和光谱指数；(3) 利用抽穗期一阶导数光谱敏感波段建立的预测模型和验证模型达到了较高的精度，其预测模型的决定系数和均方根误差分别为0.78和0.87 t·hm^-2，验证模型的决定系数和均方根误差分别为 0.84和0.69 t·hm^-2，预测相对偏差为2.74。这说明，抽穗期是估算地上部生物量的最佳生育时期，且基于冠层一阶导数变换光谱，结合连续投影算法和偏最小二乘回归方法所构建抽穗期地上部生物量估算模型具有最优的精度和预测能力，可用于地上部生物量的定量估算。     

一种汽车车内一氧化碳监控系统

汽车车内由于CO导致的意外安全事故常常被忽略。汽车发动机和空调在运行过程中产生的CO进入车内,极易被忽视而诱发中毒的事故。利用单片机传感器技术设计一种汽车车内CO浓度监控系统,当车内CO浓度达到200 ppm时系统发出第一次报警,当车内CO浓度达到300 ppm,系统发出第二次报警提示,并开启天窗通风,保证车内人员安全。     

北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素

【目的】 草地生态系统在全球碳平衡中有重要的意义,草地植被碳库及其变化机制研究是植被生态学的重要命题。本文研究北方草地和农牧交错区草地植被碳密度及其空间格局,解析不同区域草地植被碳密度的关键影响因素,分析了气候、土壤、放牧等因素对地上地下植被碳库的相对贡献。【方法】 基于2002—2009年北方草地及农牧交错带草地植被调查数据,结合同期MODIS/NDVI遥感影像和1﹕100万草地类型图,建立了我国主要草地类型的生物量估算模型;整合野外考察数据和前人研究结果,探讨了研究区地上地下生物碳库及其空间格局;基于研究区255个县级行政单元,分析了不同类型草地植被碳库与气候要素、土壤要素及家畜承载量的关系,应用一般线性模型（GLM）解析了不同影响因素对草地碳密度的相对贡献。【结果】 （1）北方草地与农牧交错区草地地上平均生物碳密度为36.9 g C·m^-2,地下生物碳密度为362.9 g C·m^-2,地下生物碳密度高于地上10倍,均呈从东到西递减的趋势,频率分布图基本服从对数正态分布,不同草地类型的生物碳密度存在明显差异;（2）整个研究区及草原亚区、荒漠亚区、农牧交错亚区内,地上生物量与年降水量（MAP）呈极显著正相关、与年均气温（MAT）均呈极显著负相关,与土壤黏粒含量（Clay%）呈显著正相关、与土壤砂粒含量（Sand%）呈显著负相关,整个研究区家畜承载量与草地地上生物量之间呈极显著正相关;（3）一般线性模型（GLM）分析结果表明,年平均降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤黏粒含量（Clay%）、放牧强度对地上生物量空间变异的解释率分别达到29.6%（P<0.001）、5.8%（P<0.001）、0.8%（P<0.05）、1.3%（P<0.001）;地下生物量的空间变异主要来自于年降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤砂粒含量（Sand%）,对方差的解释率分别达到12.1%（P<0.001）、6.8%（P<0.001）、1.9%（P<0.005）,放牧强度没有明显贡献。【结论】 气候条件尤其是年降水量是草地生物量碳库的主要影响因素,但对地上生物量影响更为明显;土壤质地对植被生物碳库也有显著贡献,尤其对地下生物量的影响更加显著;放牧强度只能解释地上生物量变化的1.3%、对地下生物量没有显著贡献,这一发现意味着气候对生物量碳库的贡献远大于放牧影响。     

复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果 及其微生物群落结构特征

试验探究了复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征。结果表明，当水力负荷为0.35 m³·(m²·d）^-1时，系统对TN、NH₄⁺-N、COD和TP去除效率分别为（89.84±7.64）%、（98.67±1.31）%、（61.63±16.01）%和（70.21±8.00）%。湿地中一共发现11个主要菌门、18个主要菌纲和33个主要菌属，变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）是其中的优势菌门，它们在各级湿地中表层和底层的相对丰度分别是57.26%、61.37%、91.60%、93.22%、88.78%、88.02%。蓝藻菌纲（Cyanobacteria）、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria) 、芽孢杆菌纲(Bacilli)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)是其中优势菌纲，约占主要菌纲的70%。共有17个优势菌属，在各级湿地中的分布情况不同，其中芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度最高，集中分布于第三级湿地，其次是Leptolyngbya、席藻属（Phormidium），在第一、二级湿地中广泛分布。复合潜流人工湿地具有良好污水净化效果，系统中有机物和氮素的去除主要依靠微生物作用，磷素的去除主要依靠基质吸附沉淀作用。     

基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

Intensive organic vegetable production increases soil organic carbon but with a lower carbon conversion efficiency than integrated management

Intensive vegetable production in greenhouses has rapidly expanded in China since the 1990s and increased to 1.3 million ha of farmland by 2016, which is the highest in the world. We conducted an 11‐year greenhouse vegetable production experiment from 2002 to 2013 to observe soil organic carbon (SOC) dynamics under three management systems, i.e., conventional (CON), integrated (ING), and intensive organic (ORG) farming. Soil samples (0–20 and 20–40 cm depth) were collected in 2002 and 2013 and separated into four particle‐size fractions, i.e., coarse sand (> 250 µm), fine sand (250–53 µm), silt (53–2 µm), and clay (< 2 µm). The SOC contents and δ¹³C values of the whole soil and the four particle‐size fractions were analyzed. After 11 years of vegetable farming, ORG and ING significantly increased SOC stocks (0–20 cm) by 4008 ± 36.6 and 2880 ± 365 kg C ha^?1 y^?1, respectively, 8.1‐ and 5.8‐times that of CON (494 ± 42.6 kg C ha^?1 y^?1). The SOC stock increase in ORG at 20–40 cm depth was 245 ± 66.4 kg C ha^?1 y^?1, significantly higher than in ING (66 ± 13.4 kg C ha^?1 y^?1) and CON (109 ± 44.8 kg C ha^?1 y^?1). Analyses of ¹³C revealed a significant increase in newly produced SOC in both soil layers in ORG. However, the carbon conversion efficiency (CE: increased organic carbon in soil divided by organic carbon input) was lower in ORG (14.4%–21.7%) than in ING (18.2%–27.4%). Among the four particle‐sizes in the 0–20 cm layer, the silt fraction exhibited the largest proportion of increase in SOC content (57.8% and 55.4% of the SOC increase in ORG and ING, respectively). A similar trend was detected in the 20–40 cm soil layer. Over all, intensive organic (ORG) vegetable production increases soil organic carbon but with a lower carbon conversion efficiency than integrated (ING) management.     

高寒区施肥和混播对燕麦人工草地土壤碳氮储量及垂直分布特征的影响

了解高寒地区燕麦人工草地在燕麦品种、施肥措施和混播水平下土壤碳氮储量潜力及垂直分布动态，为高寒地区燕麦人工草地建植提供理论依据。采用4个燕麦品种（A1：青燕1号，Avena sativa cv. Qingyan No.1；A2：林纳，A. sativa cv. Lena；A3：青海444，A. sativa cv. Qinghai 444；A4：青海甜燕麦，A. sativa cv. Qinghai）、4个施肥水平（B1：不施任何肥料，CK0；B2：尿素75kg/hm2+磷酸二铵150kg/hm2，IM；B3：有机肥1500 kg/hm2，OM；B4：尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2，IM+OM）和4个箭筈豌豆混播水平（C1：0 kg/hm2；C2：45 kg/hm2；C3：60 kg/hm2；C4：75 kg/hm2）的三因素四水平正交试验设计[L16(45)]，在燕麦拔节期、抽穗期、开花期、乳熟期和收获后期研究了3个因素对高寒区燕麦人工草地土壤C、N储量的影响极其垂直分布特征，为高寒区燕麦人工草地土壤固C、固N潜力评估提供理论依据。品种、施肥和混播均显著影响了燕麦人工草地土壤C、N储量。3个因素在作物生长期对土壤C储量的积累的影响大小表现为施肥＞混播＞品种，收获后期表现为混播＞施肥＞品种；各时期对土壤N储量的影响大小均表现为施肥＞混播＞品种。采用尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2的施肥处理，混播75 kg/hm2箭筈豌豆建植的燕麦人工草地土壤C、N储量最高。施肥措施造成燕麦人工草地各时期不同土层间土壤C、N储量的差异。在3种措施影响下燕麦人工草地0~50cm土层土壤C、N储量潜力分别为176.78 t/hm2和11.78 t/hm2。土壤C、N随着土层的加深而逐渐下降，0~20cm土层土壤C、N储量显著高于其它土层。