生态沟渠对农田面源污染的消减机理及其影响因子分析

农业生产过程中肥料和农药的大量施用,造成农田面源污染问题日益突出,开发农田面源污染的减控技术对生态修复具有重要的意义。生态沟渠不仅兼具农田排水沟的过水功能,同时是有效消减面源污染且适合中国农情的重要生态措施之一。该研究阐述了生态沟渠对农田面源污染的消减机理（底泥吸附及植物阻抗作用、植物/微生物吸收作用、降解去除作用）;通过整理分析559组生态沟渠野外观测试验数据,剖析了污染物初始浓度、水力停留时间、植物种类、生物量这4个主要影响因子对农田排水中N、P及农药去除率的影响;进而采用多元线性回归模型将多因子影响与N、P及农药去除率之间建立定量关系。结果表明总氮和总磷的去除率随单一因子污染物初始浓度、水力停留时间或生物量增大而增大,但与植物种类没有显著关系（P>0.05）;且多元线性回归模型结果表明污染物初始浓度的对总氮/总磷去除率的贡献大于生物量。农药的去除率随水力停留时间、生物量增大而增大,随污染物初始浓度增大而减小,与植物种类没有显著关系（P>0.05）。研究可为生态沟渠的合理构建和设计提供理论和技术支撑。     

基于CARS-RUN-ELM算法的水稻叶片氮磷含量协同反演方法

同时反演氮、磷元素含量相对于单一元素反演可以更加全面地表达水稻的营养状况,为快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量和精准变量施肥提供依据。该研究基于不同氮肥处理的田间小区试验,获取水稻叶片氮、磷含量数据,采用竞争性自适应重加权采样法（Competitive Adapative Reweighted Sampling,CARS）筛选氮素与磷素共同特征波长,以特征波长反射率为输入,以化学方法测得叶片氮、磷元素含量为输出,分别使用反向传播神经网络、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、龙格-库塔算法优化极限学习机（RUNge Kutta optimizer-Extreme Learning Machine,RUN-ELM）构建水稻叶片氮、磷含量反演模型并分析。结果表明：采用CARS方法有效去除了高光谱中大量无用、冗余信息,得到5个氮、磷元素共同特征波长,去除具有共线性的特征波长,最后筛选出的特征波长分别是451、488、780、813 nm。使用筛选后的特征波长反射率构建RUN-ELM水稻叶片氮、磷含量反演模型效果最好,氮素训练集的决定系数R2为0.690,均方根误差为0.669 mg/g,磷素训练集的决定系数R2为0.620,均方根误差为0.027 mg/g。通过对比,RUN-ELM在预测能力、模型稳定性上优于反向传播神经网络以及ELM模型。综上研究,基于CARS-RUN-ELM的水稻叶片氮、磷含量反演模型可以快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量,可为水稻精准施肥提供参考。     

亚热带山地森林源头溪流米槠凋落叶分解的水溶性碳氮磷动态

以亚热带常绿阔叶林建群种米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶为研究对象,对照地表环境,研究了溪流和间歇性溪流凋落叶分解过程中水溶性有机碳、氮、磷含量变化及其累积损失特征。结果表明:(1)3种生境中凋落叶水溶性有机碳的含量在分解过程中均表现出逐渐降低的趋势,但在溪流中降低程度最大,损失率达92.18%;水溶性氮含量在溪流和间歇性溪流释放时间提前,其变化程度相对较小;相比于地表和间歇性溪流,溪流中的凋落叶水溶性磷含量在分解过程中持续降低,损失率达86.75%。(2)相对于地表,溪流和间歇性溪流显著促进了凋落叶中的水溶性有机碳、氮、磷的释放速率,表明源头溪流持续流动的水体促进凋落叶水溶性组分的释放。(3)尽管3种生境中凋落叶水溶性有机碳、氮、磷元素的损失率共同受到温度、降水、环境中营养元素含量的影响,但源头溪流持续流动的水流和间歇性溪流频繁的干湿交替促进凋落叶水溶性组分的释放。研究结果为揭示亚热带山地森林凋落叶分解过程中水溶性碳氮磷在不同生境中的释放动态提供基础数据。     

不同有机肥对矿区复垦土壤磷素累积及淋失风险研究

为探究定位培肥矿区复垦土壤过程中不同有机肥对土壤磷素累积状况及环境流失风险的差异。以山西省孝义市采煤塌陷复垦土壤为研究对象,研究不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥在4个施磷水平下(0,25,50,100 kg/hm²)培肥4年后对矿区复垦土壤全磷、Olsen-P、Mehlich3-P、CaCl₂-P以及磷饱和度(DPS)的影响及其之间的变化关系。结果表明:(1)施用有机肥增加土壤中磷素含量,且施磷量越大,对磷素含量的影响越明显,特别是土壤全磷、Olsen-P和Mehlic3-P,并使CaCl₂-P呈增加的趋势;与不施磷处理和化肥相比,施用有机肥提高了土壤磷饱和度(DPS);总体来看,不同施肥处理对土壤磷素含量的影响均表现为鸡粪 ≥ 猪粪>牛粪>化肥。(2)各施肥处理土壤Olsen-P与Mehlich3-P、Olsen-P与CaCl₂-P、Mehlich3-P与CaCl₂-P之间存在显著的线性相关性。(3)与猪粪、牛粪和化肥处理相比,鸡粪处理对矿区复垦土壤磷素流失风险影响最大,当磷饱和度(DPS) ≥ 39.31%、Olsen-P ≥ 26.24 mg/kg、Mehlich3-P ≥ 49.06 mg/kg时,土壤CaCl₂-P含量迅速增加。因此,可将上述指标作为矿区复垦土壤磷素流失的临界值,超过此值,土壤磷素流失风险加大,需要警惕对地表、地下水体的污染。     

亚热带典型农林混合流域河岸带景观格局对河流磷输出的影响

为进一步明确流域河岸带景观尺度范围差异性及对河流磷(P)输出的影响,量化解析河岸带尺度下景观与河流P之间的关系。以亚热带典型农林混合流域为研究对象,基于长期水文、水质监测数据,利用冗余分析明确不同河岸带尺度景观格局特征与不同水文季节河流P浓度的关系,并采用变点分析量化导致丰水期、平枯水期河流P浓度突变的核心景观指数的阈值范围。结果表明:(1)河岸带景观格局对河流P浓度的影响具有显著的空间尺度性特征,300,400 m分别是影响丰水期和平枯水期河流磷浓度变化的关键临界尺度。(2)河岸带居民地斑块最大斑块面积指数(LPI_居)和农田斑块分散指数(SPLIT_农)分别是影响平枯水期和丰水期河流磷浓度的核心景观格局特征指数,当SPLIT_农＞15.76~23.83,LPI_居＜28.8%~36.5%时,能够降低河流P浓度的突变概率。研究结果可为以缓解P面源污染为目标的土地利用和景观规划提供重要理论依据。     

甘蓝型油菜种子无机磷含量变异的初步分析

以微量比色法对100个甘蓝型油菜品种的种子无机磷含量进行初步检测，发现不同甘蓝型油菜品种之间种子无机磷含量存在一定差异。大部分品种的成熟种子中无机磷含量为0.2-0.4μg/g，有2个品种的无机磷含量达到0.7μg/g,1个品种超过1.1μg/g。     

施氮对胡麻磷素营养状况的影响

为了探讨氮肥运筹在调控胡麻磷素营养方面的潜力,通过2个土培试验,研究了氮肥用量及等量氮肥的施用时期、比例对胡麻磷素积累和磷素利用的影响。结果表明：施氮显著增加了植株体内的磷素积累量;0.1 g N/kg土及0.2 g N/kg土的氮肥全部作为基肥施用,成熟期植株体内的磷素积累量较不施氮肥分别提高了24.83%和34.23%;0.2 g N/kg土的氮肥,100%基肥(F₁)、2/3基肥+1/3现蕾追肥(F₂)、1/2基肥+1/2现蕾追肥(F₃)、1/6基肥+5/6枞形追肥(F₄)、1/6基肥+1/3枞形追肥+1/2现蕾追肥(F₅) 5种施用方式下,F₂、F₃、F₄、F₅的植株体内磷素积累量,较F₁,枞形、现蕾、青果和成熟期分别增加了14.17%~32.60%、9.32%~66.20%、20.47%~36.35%和4.65%~31.04%,且增幅依F₂、F₃、F₄、F₅的顺序增加;基肥追肥结合且基肥比例≤1/2的施氮方式,均有效促进了磷的吸收,F₃、F₄、F₅协助磷素累积的效果依次增加。施氮协同提高了磷素吸收效率及磷肥偏生产力;F₅比F₁、F₂、F₃、F₄,植株干物质积累量和籽粒产量分别提高了7.89%~22.02%和9.59%~26.71%,磷素吸收效率和磷肥偏生产力分别提高了10.58%~31.04%和9.59%~26.71%,磷素干物质生产效率降低了2.42%~7.43%。氮磷的吸收具有协助作用,一定范围内氮肥用量的增加提高了氮磷之间的协助作用;等剂量的氮肥,基肥和追肥结合比全部作为基肥施用可更好地发挥氮磷吸收之间的协助作用;基肥占比小于1/2、现蕾期追肥比例1/2左右,是胡麻较好的促生又促进磷素吸收累积和提高磷肥偏生产力的氮肥运筹方式,但该方式下的磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率均较低。     

磷肥用量对滨海盐土油菜光合性状和干物质生产的影响

为研究盐分土壤条件下磷肥对油菜光合性状和干物质生产的影响效应,以甘蓝型常规油菜品种‘宁油20号’为供试品种,设置不同磷肥用量处理,测定不同生育期叶面积、叶片净光合速率以及干物重。结果表明,0~120 kg/hm²磷肥用量范围内,随着磷肥用量的增加,苗期和初花期叶面积指数、干物质积累量逐渐增加,成熟期籽粒产量及干物质积累量也逐渐增加。不施磷肥和30 kg/hm²磷肥用量处理籽粒含油率较低,在磷肥用量达到60 kg/hm²时再增加磷肥用量籽粒含油率无显著变化。苗期叶片净光合速率随磷肥用量的变化趋势与干物重变化一致,当磷肥用量达到60 kg/hm²时进一步增加磷肥用量,初花期叶片净光合速率无显著变化。     

冀北油葵主要栽培因素对产量的影响

为了研究主要栽培因素对油葵产量的影响,确定冀北地区油葵最优栽培方案。本研究采用5因子二次回归正交旋转组合设计,建立播期、密度、氮肥、磷肥和钾肥与油葵产量的效应函数。结果表明,播期、密度、氮肥、磷肥和钾肥随着投入量的增加油葵产量呈先升高后下降趋势,其中播期、播期氮肥互作起着重要的作用。目标产量大于2916.67 kg/hm²时,最优组合为：播期6月30日—7月5日、播种密度54749~55478株/hm²,施用氮肥80.0~85.7 kg/hm²、磷肥44.4~45.0 kg/hm²、钾肥70.3~75.0 kg/hm²。     

转植酸酶基因（phyA2）玉米磷素营养的初步研究

在大田栽培条件下研究3种转phyA2基因玉米C63、C83-1-7和C84-1-14对土壤有机磷的利用能力及玉米磷素营养状况。初步结果表明,转phyA2基因玉米能有效利用土壤有机磷,与阴性对照相比,转phyA2基因玉米生长发育状况更好,磷素积累量更多,可获得更高的生物量和子粒产量,转基因玉米C63、C83-1-7和C84-1-14单株磷积累量分别是阴性对照的7.8倍、1.6倍和2.5倍,单株子粒产量分别是阴性对照的5.5倍、1.5倍和2.1倍。在大田栽培条件下转phyA2基因玉米生长状况好于阴性对照。