潮土长期不同施氮水平对秸秆降解及其细菌群落结构的影响

农田过量施氮所引发的问题已经引起广泛关注,但长期施氮后土壤无机氮水平状况及其对秸秆降解的作用尚不清楚。本研究以中国科学院封丘农业生态实验站长期（2005～2018年）施氮肥（5个施氮水平：0(N0)、150(N1)、190(N2)、,230(N3)和270 (N4)kg ha-1 yr-1）的潮土为研究对象,开展短期（50天）的秸秆降解-土壤培育实验。培育期间监测秸秆碳的矿化、土壤无机氮（硝态氮和铵态氮）、可溶性有机碳、微生物生物量碳的动态变化,利用高通量测序测定细菌群落结构。结果表明,长期施氮后,土壤无机氮含量和秸秆碳的矿化率随施氮水平的升高而增加。不同长期施氮水平的土壤细菌群落结构呈现显著差异。网络分析揭示：秸秆降解过程中细菌群落内部物种间的共现模式随长期施氮水平发生改变,具体体现为长期高施氮水平下细菌群落彼此间的负相关得到了加强;同时,变形菌主导地位减弱、酸杆菌主导地位增强。综上,土壤无机氮含量、细菌群落结构及物种之间的关系随着长期施氮水平的不同发生了改变。本研究探究了长期不同施氮水平下土壤中无机氮的水平状况、秸秆降解状况以及秸秆降解过程中土壤细菌的生物特性,以期为秸秆还田和科学施氮提供一定的数据支撑和思路启示。     

1980—2020年汾河流域生态系统服务价值的时空变化

[目的]分析1980—2020年汾河流域生态系统服务价值时空变化特征,为该流域生态环境的科学调控和管理提供理论参考。[方法]利用汾河流域1980—2020年5期Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,并估算了生态系统服务价值。[结果] 1980—2020汾河流域土地利用中耕地、林地和草地一直处于主导地位,土地利用整体变化表现为耕地向建设用地转移;土地利用动态度表明2000—2020年土地变化明显高于1980—2000年。1980—2020年汾河流域土地利用总生态服务价值持续减少,空间分布整体上呈上游高,中下游低的趋势。从不同功能价值来看,调节和支持服务减少最多。不同土地利用程度与ESVI双变量LISA聚集图呈现出明显的空间负相关性,主要以汾河上游的低土地利用程度与高ESVI聚集分布为主。[结论] 1980—2020年汾河流域土地利用/覆被变化对生态服务价值有较大影响。可以通过提高土地集约利用水平,促进该区土地利用结构向高生态服务价值发展。     

盐度对湛江等鞭金藻生长、脂肪酸及藻际菌群的影响

为探究盐度对湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)生长、脂肪酸组成及藻际菌群的影响,本研究将湛江等鞭金藻置于4个盐度(12、18、24和30)下进行半连续培养,达到稳定生长状态后测定细胞密度(OD₇₅₀)、叶绿素荧光参数及脂肪酸组成,并分析藻际菌群组成。结果表明,湛江等鞭金藻在盐度18~24下有着较高的细胞密度、最大光化学效率(F_v/F_m)及有效光化学效率(F'_v/F'_m)。盐度12、18和24下脂肪酸组成无显著差异。盐度30下饱和脂肪酸显著高于其他三组,而不饱和脂肪酸显著低于其他三组。综合来看,盐度18~24是湛江等鞭金藻生长和不饱和脂肪酸积累的最适盐度范围。采用16S rDNA扩增子测序分析藻际菌群,从Chao1、ACE和Shannon指数推测盐度12下藻际菌群多样性显著高于其他三组。主坐标分析(PCoA)表明,盐度18、24和30组间藻际菌群组成相似,与盐度12组差异明显。藻际菌群组成分析显示盐度12下优势菌为变形菌门(Proteobacteria),占比为92.70%,其中占比最多的属为短波单胞菌属(Brevundimonas)。盐度18、24和30下优势菌为蓝菌门(Cyanobacteria),占比分别为97.63%、97.41%和93.51%,说明盐度12和盐度≥18对于湛江等鞭金藻是两个差异巨大的生长环境,会使其藻际菌群组成发生剧烈变化。本研究为湛江等鞭金藻培养方案优化提供了数据支持,同时为深入探究盐度对湛江等鞭金藻藻际菌群的影响奠定了基础。     

几种环境因子对微拟球藻营养物质积累的影响

为探究光强、光质、氮、磷四种环境因子对微拟球藻营养物质积累的影响,设计以下试验:光强试验设置光强梯度为20、80、140和200 μmol photons·m^-2·s^-1;光质试验依照RGB原理,调节红、蓝、绿光比例分别为100%、50%、0%;氮浓度试验设置氮浓度梯度为55.40、13.85、3.46、1.73 mg·L^-1;磷浓度试验设置磷浓度梯度为8.96、2.24、0.56、0.28 mg·L^-1,统一初始接种密度并测定25 d时脂肪酸及色素组成、蛋白及可溶性糖浓度。结果显示,蛋白和可溶性糖浓度随着光强的增大而增大;200 μmol photons·m^-2·s^-1 光强下微拟球藻生长速率最快、生物量最高,且蛋白(5.17 mg·mL^-1)和可溶性糖(2.40 mg·mL^-1) 浓度最大;20 μmol photons·m^-2·s^-1光强下叶绿素a比例最大。光质试验表明,红光对于微拟球藻可溶性糖积累和生长有一定促进作用,其余光质比例对其生长无显著影响,绿光有利于β-胡萝卜素积累,但纯绿光显著抑制蛋白合成。氮浓度为55.40 mg·L^-1时微拟球藻不饱和脂肪酸和二十碳五烯酸占比均达到最大,分别为68.23%和20.50%,且随着氮浓度降低,微拟球藻生长速率、蛋白及还原糖含量均显著降低。同样,随着磷浓度降低,微拟球藻生长速率和蛋白含量均显著下降,磷浓度为2.24 mg·L^-1时更适宜积累可溶性糖。本研究可为微拟球藻在不同环境因子下的营养优化培养提供理论支撑,具有一定的应用意义和经济价值。     

北京植被净初级生产力对物候变化的响应

植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）对物候的响应是全球气候变化背景下的重要研究内容,气候变化对植物物候与NPP的影响仍需明了,物候的时空变异规律更需深入探讨。该研究基于2001-2020年MODIS归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据提取北京植被物候信息,利用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型模拟NPP,通过线性回归、趋势分析和结构方程模型等方法,阐明NPP与物候时空变化特征,探究气象因素和物候变化对NPP的影响。结果显示：1）2001-2020年超过70 %的区域出现生长季开始（Start of Growing Season,SOS）逐渐提前,平均每年提前0.53 d。超过90%的区域生长结束期（End of Growing Season,EOS）逐渐推迟,平均每年推迟0.51 d。2）SOS提前和生长季（Length of Growing Season,LOS）延长均对NPP增长产生显著影响（P<0.05）。SOS每提前1 d,NPP增长3.74 g/m2;LOS每延长1 d,NPP增长2.56 g/m2 。秋季EOS推迟对NPP变化影响不显著。3）春季和秋季,气候通过改变物候（SOS、EOS）对NPP的间接影响大于直接影响,而夏季温度和降雨对NPP的直接影响更大。该研究表明春季物候变化是NPP年际变异的重要驱动因子,春季物候提前导致NPP年总量增加。研究结果是都市区植被生产力如何响应气候变化认识的重要补充。     

吸波材料辅助发泡蓝莓果浆微波冷冻干燥的试验研究

针对常规冷冻干燥时间长、能耗高的问题,试验研究了吸波材料辅助的发泡蓝莓果浆微波冷冻干燥过程,并对产品质量进行了评价。制备了未发泡与发泡两种冷冻样品,分别使用石英和碳化硅底盘进行了常规和微波冷冻干燥试验。结果表明,采用石英底盘在30 ℃、15 Pa下,发泡物料的冷冻干燥时间相比于未发泡物料缩短了39.1%。采用碳化硅底盘在相同条件和2 W微波功率下,发泡物料微波冷冻干燥时间比发泡与未发泡物料常规冷冻干燥分别缩短了14.3%和47.8%;当功率提高至4 W时,干燥时间分别缩短了25.0%和54.3%。常规和微波冷冻干燥产品质量相当,总单体花色苷和总多酚的保留率相比于原果浆均分别在80%和75%以上。结果表明,吸波材料辅助的发泡物料微波冷冻干燥能够大幅度缩短干燥时间、提高干燥过程经济性。     

理论换段点下HMCVT换段离合器转矩交接及控制

针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明：在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6～7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4～107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。     

基于Sentinel-2A的棉花种植面积提取及产量预测

及时、准确预测棉花产量在棉田经营管理、农业决策制定等方面具有重要的价值和意义。为了提高棉花产量预测精度并确定估产的最佳生育时期,该研究利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）获取2020年Sentinel-2A的3个时间段影像,采用随机森林（Radom Forest, RF）、支持向量机（Support Vector Machine, SVM）、决策树（Classification and Regression Tree, CART）进行棉花种植区域提取,利用顺序向前选择（Sequential Forward Selection, SFS）和偏最小二乘算法（Partial Least Squares Regression, PLSR）确定棉花产量预测最佳生育时期,最终形成莫索湾垦区棉花产量预测分布图。结果表明,1）RF分类效果最佳,农田与非农田分类总体精度为0.94,Kappa 系数为0.89;棉田与非棉田分类总体精度为0.92,Kappa 系数为0.83。2）红边波段（B6）在3个生育时期中与产量相关性较好,相关系数随着生育时期的递进而增加,分别为0.37、0.47、0.53。3）基于PLSR构建的产量预测模型中,铃期预测效果最佳（决定系数R2=0.62,均方根误差RMSE=625.5 kg/hm2,相对误差RE=8.87%）,优于吐絮期（R2=0.51,RMSE=789.45 kg/hm2,RE=11.06%）和花期（R2=0.48,RMSE=686.4 kg/hm2,RE=9.86%）,铃期为棉花产量预测的最佳生育时期。该研究利用GEE和Sentinel-2A影像数据,为新疆莫索湾垦区棉花种植面积提取及产量预测提供一种新的思路,可为合理水肥配置、精准种植、农作物生长过程监测提供数据支撑。     

长三角地区景观生态风险与人类活动强度的响应及其时空关联

人类活动是诱发区域生态风险的重要因素,但生态风险与人类活动在不同尺度下的表征效果不一,响应程度不同,从多尺度科学地研究区域景观生态风险与人类活动强度的关联特征对于协调区域人地关系地域系统矛盾,推动地区可持续发展具有重要意义。该研究以长三角地区为研究对象,基于1990-2020年4期土地利用、夜间灯光、人口空间分布数据,建立市域、县域、格网三级尺度,构建景观生态风险及人类活动强度评估模型,刻画不同尺度下二者的时空响应特征,并基于Copula函数、双变量空间自相关及耦合协调度模型,揭示景观生态风险与人类活动强度的时空关联性。结果表明：1）1990-2020年间不同尺度下长三角地区景观生态风险均呈现北高南低的空间分布格局,且高风险地区持续减少,低风险区均呈增加趋势,其中市域尺度下高风险地区的减势最明显,而县域尺度下,低及中低风险区总体增势最为显著;2）1990-2020年间不同尺度下长三角地区人类活动强度均呈现东北高西南低的空间分布格局且高强度区域均呈现显著上升趋势,而低强度区域均明显下降,其中格网尺度下高强度区域增幅最大,达13.42个百分点,市域尺度下低强度区域的减幅最为明显,达9.76个百分点;3）1990-2020年间长三角地区人类活动强度与景观生态风险呈现正向相关性,但人类活动强度对于景观生态风险的影响正在削弱。空间上高-高（H-H）集聚区域呈现持续减少趋势,而低-低（L-L）呈现先增后减的变化趋势,低-高（L-H）及高-低（H-L）在2010年后增势明显。研究结果可为长三角地区国土空间优化及生态安全维护提供理论依据,为区域生态风险防范和生态修复提供参考。     

温室冷却除湿用翅片管换热器空气侧的性能

为探究温室环境对冷却除湿系统中亲水翅片管换热器空气侧性能的影响机理,在风洞营造的温室环境下(温湿度分别为285～308 K和60%～90%),对带有厚度为0.8 μm亲水涂层的铝翅片管换热器进行了空气侧性能试验,与无亲水涂层翅片管换热器空气侧的性能对比;分析了进口条件对翅片管换热器热质传递及阻力特性的影响,并对现有无亲水涂层翅片的性能预测关联式进行了修正,确保修正后的关联式适用于温室及相似环境下带亲水涂层的翅片管换热器。试验结果表明,带亲水涂层翅片的传热因子、传质因子及摩擦因子均小于无亲水涂层翅片;带亲水涂层翅片的传热因子、传质因子及摩擦因子随空气侧雷诺数和制冷剂进口温度的增加而减小,随相对湿度的增加而增加;修正后传热因子、传质因子和摩擦因子的关联式能够在±10%的误差范围内涵盖92.9%、96.4%和96.4%的试验数据,3种因子的平均误差分别为5.1%、5.9%、4.7%。该研究可为温室及相似环境下冷却除湿系统中亲水翅片管换热器的设计与应用提供参考。