东北黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与展望

除草剂是保障黑土粮仓粮食供给的重要生产资料。东北黑土区除草剂的高频高强度施用,可能导致其在土壤中残留累积,从而影响后茬作物生长,成为轮作换茬、种植结构调整的瓶颈。因此,开展黑土地除草剂污染过程与消减关键技术研究,对保障黑土地农业绿色可持续发展具有重要的科学意义。系统分析了黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域存在的科学与技术问题,提出了我国黑土地农田除草剂污染过程与消减技术的研究思路与重点方向,以推动我国黑土地农田除草剂污染与修复理论与技术的发展。     

不同修复技术下抽水蓄能电站边坡土壤养分特征分析

以安徽绩溪抽水蓄能电站下库左坝肩边坡修复工程为例,在边坡修复工程完成2年后,对采用植被混凝土厚层基材生态防护技术(TBS)和种植槽护坡绿化技术(ESS)的边坡土壤养分进行了测定,同时应用构建的土壤综合养分评分指标体系分析了土壤养分的整体水平。结果表明,采用TBS技术修复的3个边坡样地土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量等养分指标及土壤综合养分水平均高于采用ESS技术修复的3个边坡样地,说明采用含基材客土进行修复能有效改善抽水蓄能电站工程扰动边坡的土壤环境。此外,土壤有机质、全氮、速效钾含量与土壤综合养分评分的相关性最为显著,后续边坡养护过程中调控上述3项指标可快速提升土壤整体养分水平。     

水化氯铝酸钙与传统钝化剂降低土壤镉生态及健康风险的对比研究

针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）、水化氯铝酸钙（CaAl-Cl LDH）开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数（P<0.05）,平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性（P<0.05）及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。     

拖拉机液压传动系统特性模型修正与参数辨识

精准描述无级变速系统特性是拖拉机动力装置设计和控制策略制定的前提,是节能减排和动力提高的关键。为解决拖拉机常用无级变速系统特性随工况变化而导致原理论模型精度受限问题,该研究对受工况影响最为显著的液压传动系统的调速和效率特性进行研究。采用台架试验获取液压传动系统特性的样本数据,基于偏最小二乘法对比不同工况对调速和效率特性的影响,结合原理论模型和改进的模拟退火算法,提出液压传动系统特性的模型修正及其参数辨识方法,并分别建立调速特性和效率特性的改进半经验模型。结果表明,输入转速和输出端负载转矩对调速特性的影响程度分别为0.36和0.92;输入转速、输出端负载转矩和排量比对效率特性的影响程度分别为0.05、0.71和0.26;修正后模型参数较少,辨识容易,且精度高,估测值与实际值基本吻合（2参数调速特性半经验模型的决定系数R2为0.97、平均绝对百分比误差为7.93%,5参数效率特性半经验模型的决定系数R2为0.93、平均绝对百分比误差为2.50%）。研究以期为拖拉机等农业机械的动力传动装置的特性分析与评估、优化设计和控制策略制定提供依据和参考。     

黄土旱塬区麦田休闲期降水与土壤贮水的变化特征

为提高休闲期降水资源利用效率和确保区域粮食安全,利用1981—2020年陇东黄土高原旱作麦田定位土壤水分和气象观测资料,分析了冬小麦田休闲期间降水与土壤水分的变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近40年陇东黄土高原休闲期降水以14 mm/10 a的速率增加,降雨总日数和小雨日数呈减少趋势,中雨、大雨日数呈弱增加趋势;(2)近40年休闲期1 m土层平均以9.5 mm/10 d的速率充水,贮水量平均增加97 mm,21世纪以来贮水量增加明显;(3)休闲期降水与1 m土层贮水增量符合二次函数关系,1 m土层开始贮存水分的降水阈值为175 mm,贮水增量与中、大雨总日数相关性最高,前期降水主要以土壤蒸发消耗为主,后期降水则大部贮存于土壤中;(4)休闲期1 m土层平均贮水效率为0.27,贮水效率随着麦收时的土壤墒情增加而线性递减,当麦收时1 m土层贮水量小于田间持水量的45%～48%时,贮水效率较高,1 m土层水分得到充分补充的降水阈值为388 mm。该研究成果揭示了近40年陇东黄土高原休闲期降水和土壤贮水的转化规律,同时为指导区域水资源高效利用提供科学依据。     

华北热资源限制区实现夏玉米高产高效和机械粒收的适宜种植密度和施氮量

  【目的】  华北平原夏玉米高效生产不仅取决于产量和肥料利用率,也依赖于高效的机械粒收。本研究探讨了密度与氮肥用量对夏玉米产量形成和收获期籽粒水分含量的影响。  【方法】  以玉米‘京农科728’为材料,采用裂区试验设计,主区设置2个密度:7.5×104株/hm2 (D_7.5)和9.0×104株/hm2 (D_9.0),副区设置5个施氮（N)水平:0、180、240、300和360 kg/hm2 (分别表示为N₀、N₁₈₀、N₂₄₀、N₃₀₀和N₃₆₀)。测定了不同密度和氮肥用量下玉米叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)、干物质积累(DM)、籽粒灌浆、产量及其构成因素、氮肥偏生产力(PFP_N)和农学利用效率(AE_N)。  【结果】  与D_7.5相比,D_9.0处理V6和R1期LAI和DM分别提高5.0%～26.3%和3.7%～34.8%;籽粒最大灌浆速率(G_max)提高0.35～1.33 g/(100-grain·d),灌浆速率最大时日期(T_max)提前4.4 天但灌浆持续期缩短6.9～12.2天,穗粒数减少15.0～51.3粒,实现增产2.4%～28.3%,达7.36×103～12.22×103 kg/hm2;PPF_N和AE_N分别显著提高10.1%～17.2%和72.0%～94.4%。与N₀相比,夏玉米叶片SPAD值随施氮量增加显著提高,施氮处理LAI和DM分别提高3.5%～171.3%和5.0%～177.7%;N₂₄₀～N₃₆₀水平G_max达峰值1.33～1.39 g/(100-grain·d),施氮处理T_max提前4.1～4.6天,灌浆速率最大时生长量(W_max)提高5.7%～9.4%;百粒重提高0.5%～18.4%,穗粒数显著增加62.8～79.2粒,产量提高3.2%～115.7%,达10.10×103～11.33×103 kg/hm2。在D_7.5和D_9.0下,随施氮量增加夏玉米PFP_N、AE_N分别显著降低24.2%～46.6%和21.2%～43.1%、21.1%～32.5%和13.0%～32.9%。  【结论】  较高的夏玉米密度可以有效提高玉米干物质积累速度,降低籽粒含水量至15.4%～24.8%,满足籽粒机收的要求。施氮量控制在180～240 kg/hm2,可进一步降低籽粒收获时的含水量,提高叶片SPAD值、叶面积指数及干物质积累,改善籽粒灌浆提高粒重,实现产量稳定在10.5×103～11.2×103 kg/hm2,氮肥偏生产力和农学利用效率高达47.0～59.7和27.6～30.9 kg/kg。因此,机收夏玉米适宜的密度为9.0×104株/hm2,施氮水平为180～240 kg/hm2。     

施用有机肥煤矿复垦耕地有机碳的固持效率及组分变化

  [【目的】]  研究长期施用不同量有机肥下复垦耕地总有机碳 (SOC) 及其各组分的固碳效率变化,为煤矿区复垦土壤肥力快速提升提供理论依据。  [【方法】]  山西煤矿塌陷区复垦长期定位试验始于2008年,设置不施肥(CK)、施用化肥(F)、化肥配施低量有机肥(LMF)和化肥配施高量有机肥(HMF) 4个处理。2019年玉米收获前,采集0—20 cm土层土壤样品,采用物理?化学联合分组方法,测定土壤总有机碳(SOC)及各组分有机碳含量,分析碳投入与土壤总有机碳及各组分有机碳含量之间的关系。  [【结果】]  复垦11年后,与CK相比,F、LMF和HMF处理SOC含量分别显著增加了23.8%、39.6%和82.1% (P<0.05),固碳速率分别达到 0.57、0.83和1.28 t/(hm2·a)。复垦土壤的固碳效率为20.9%,游离态颗粒有机碳组分的固碳效率最大(9.0%),是土壤固碳的主要形式。与CK相比,F处理的土壤游离态颗粒有机碳、化学保护粘粒组有机碳和生物化学保护粘粒组有机碳储量分别提高37.1%、52.3%和93.5%,而LMF和HMF处理提高了土壤游离态粗颗粒有机碳组分、物理保护有机碳、化学保护粉粒组和粘粒组有机碳及生物化学保护粘粒组有机碳储量。与CK相比,HMF处理对上述各组分的提升幅度分别为66.1%、179.6%、59.7%、48.6%及63.0%;与LMF处理相比,HMF处理对各组分的提升幅度分别为19.6%、32.1%、28.5%、5.3%和7.3%。与CK和F处理相比, LMF和HMF处理显著提高了土壤物理保护有机碳在总有机碳中的分配比例。复垦土壤有机碳年均固定量均与年均碳投入量之间极显著正相关,复垦土壤各组分有机碳年均固定量与年均碳投入量之间极显著正相关(P<0.01)。  [【结论】]  复垦土壤有机碳年均固定量与碳投入量之间极显著正相关,在复垦11年后,复垦土壤仍有很大的固碳潜力,固存的有机碳主要以游离态颗粒有机碳为主。施用高量有机肥是快速恢复煤矿区复垦土壤有机碳含量的有效措施。     

‘云蔗05-51’与‘云蔗081609’苗期氮吸收利用效率的比较研究

甘蔗（Saccharum spp. hybrid）是我国食糖生产的重要原料,当前生产中普遍存在施氮量高而氮肥利用率低的问题。除了优化施肥管理,种植氮高效的甘蔗品种也是减氮增效的重要途径之一。本研究以云南蔗区推广的早熟高产高糖甘蔗品种‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’为试验材料,设置0、0.1、0.5、1、5、10 mmol/L 6个供氮水平开展水培试验,在苗期测定植株生物量、根系形态、氮浓度与累积量、氮素吸收利用效率等指标。结果表明：（1）2个品种地上部、根系及整株生物量均随供氮水平的升高呈先升后降趋势,‘云蔗081609’根系生物量先于其地上部达到峰值,‘云蔗05-51’则相反,‘云蔗05-51’和‘云蔗081609’达到最佳生长需要的供氮量分别为0.5、1 mmol/L,相同供氮水平下‘云蔗081609’生物量高于‘云蔗05-51’;（2）随供氮水平上升,2个品种的根系总长度和平均根直径先上升后趋于稳定,根表面积持续增加,比根长先升后降,相同供氮水平下‘云蔗081609’的根系总长度、平均根直径和根表面积高于‘云蔗05-51’,比根长则低于‘云蔗05-51’;（3）2个品种植株氮浓度及累积量随供氮水平的升高总体呈先上升后稳定的趋势,相同供氮水平下‘云蔗081609’的植株氮累积量高于‘云蔗05-51’;（4）随供氮水平的增加,2个品种的单位根长吸氮量呈先升后稳定的趋势,单位根表面积吸氮量则呈先升后降并趋于平稳,氮素生理利用效率均随供氮水平升高显著降低,在0.1~10 mmol/L范围内‘云蔗081609’单位根长的吸氮量高于‘云蔗05-51’,但单位根表面积吸氮量变化趋势基本一致,品种间氮素生理利用效率无差异。综上表明,‘云蔗081609’在苗期对氮的吸收量高于‘云蔗05-51’主要得益于更好的根系生长,苗期适宜需氮量低于‘云蔗05-51’。     

不同氮效率油菜苗期碳氮代谢差异

为探究氮高效的机制,研究油菜苗期碳氮代谢规律,以两个氮效率差异显著的油菜种质（氮高效种质A294和氮低效种质A364）为材料,通过设置正常（CK, 9.5 mmol/L）和低氮（LN, 0.475 mmol/L）两个处理,比较不同氮效率油菜在根系形态、氮吸收转运同化、光合碳代谢生理指标以及碳氮代谢相关基因表达等方面的差异。结果表明,氮高效的A294在低氮胁迫下根系发达,植株生物量和氮累积量显著高于A364,前者根系吸收及向地上部转运氮的能力较强,而氮同化关键酶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性在两个种质间无显著差异;同时,A294叶片SPAD值、光合色素含量、净光合速率及磷酸蔗糖合酶基因BnaSPS的表达均更高。进一步分析发现,低氮胁迫下A294根系中硝酸盐转运蛋白基因BnaNPF7.3的表达显著高于A364,而BnaNPF7.2b在A364根系的表达则显著高于A294;此外,A364可溶性糖含量的根叶比及根系中蔗糖合酶基因BnaSUS表达高于A294,说明低氮胁迫下氮高效油菜A294可以将更多的营养元素（氮）分配至地上部,使叶片保持较高的光合速率,为生物体构建提供保障;而氮低效油菜种质A364则倾向于将有限的营养元素（氮）分配在根系并维持其生长发育,同时其根系可溶性糖消耗占比高于A294,导致其根冠比高于A294。由此认为,油菜在响应外界氮缺乏胁迫时,氮素与能量物质（可溶性糖）的分配与消耗差异会影响叶片碳代谢（光合作用、蔗糖合成）速率,最终导致油菜苗期氮效率的差异。     

全球燕麦生产时空演变规律及对中国的启示

燕麦是世界第七大栽培作物,也是中国北方重要的粮饲兼用作物,因其具有抗旱、耐瘠薄等特性,在中国旱作区农业发展中占有举足轻重的地位。明确全球燕麦生产时空演变规律,可为中国燕麦种植结构调整和优化提供重要参考依据。本研究基于1961-2019年全球燕麦生产数据,利用线性回归模型、贡献率以及优势指数分析全球燕麦生产时空演变规律。结果表明,近59年来,全球燕麦收获面积和总产量均呈降低趋势。欧洲是全球燕麦生产中心,1961-1980、1981-1998和1999-2019年三个阶段的总产量分别占世界总量的58.2%、67.4%和62.6%;中国燕麦在这三个阶段的收获面积和总产量总体呈下降趋势,但同期总产量的世界占比却不断增加,从2.0%增长至3.0%。其中,2019年中国燕麦总产量达49.6万t,位列世界第十位。与美国、加拿大、芬兰和澳大利亚等主产国相比,中国燕麦生产的规模优势指数和效率优势指数虽处于不断上升趋势,但整体仍处于劣势地位。因此,优化调整燕麦种植规模,提高单产水平,对中国燕麦产业的可持续发展具有重要意义。