基于ELM的西北旱区参考作物蒸散量预报模型

为实现气象资料缺失情况下ET_0的精确预报,选取中国西北旱区4个代表性站点的气象资料,建立15种基于极限学习机(ELM)的ET_0预报模型,并通过与其他ET_0计算模型对比和可移植性分析探究ELM在西北旱区的适用性.结果表明:基于温度和风速的ELM7预报精度较高(整体评价指标GPI排名第4);基于温度和辐射的ELM_5预报精度(GPI排名第6)明显高于Iramk模型和Jensen-Haise模型;仅基于温度的ELM9预报精度(GPI排名第8)高于HargreavesSamani模型.通过模型可移植性分析发现,ELM_7在西北旱区内各训练站点和预测站点组合下预报精度良好.因此,可将ELM_5(输入温度和辐射)、ELM_7(输入温度和风速)和ELM_9(输入温度)作为西北旱区较少气象参数输入情况下精确预报ET_0的推荐模型.     

地膜覆盖时间对新疆棉田水热及棉花耗水和产量的影响

该文主要研究不同的地膜覆盖时间对棉田水热及棉花产量的影响。设置了6个地膜覆盖时间:40 d(J1)、55 d(J2)、70 d(J3)、85 d(J4)、100 d(J5)和140 d(全生育期覆盖,CK),2016和2017年在阿克苏绿洲典型滴灌棉田进行田间试验,分析不同地膜覆盖时间对土壤温度、土壤水分、耗水量(crop evapotranspiration,ET_c)、产量、水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影响。结果表明,不同地膜覆盖时间可影响土壤水热状况。随着地膜覆盖时间延长,0～80 cm土层含水率逐渐增加,ET_c持续降低,WUE呈增加趋势,但超过100 d后对ET_c及WUE无显著影响。J1、J2、J3和J4处理在揭除膜后,土壤含水率迅速降低,土壤深层水快速消耗,进入铃期后处理间差异才逐步开始缩小。地膜覆盖时间小于100 d会显著减少单株成铃数,降低单铃质量,最终造成减产。J1～J5覆盖时间中,J5处理产量(2 a平均为6 800 kg/hm~2)和WUE(2 a平均为11.5 kg/(hm~2·mm))最高(P0.05),且J5与CK差异不显著(P0.05),可见,地膜覆盖100 d较适宜。该研究结果可为绿洲棉区合理地使用地膜提供科学依据,也为残膜回收及降解地膜的安全应用提供理论支持。     

改性纤维素的吸附性能及应用研究进展

纤维素作为天然生物基材料来源广泛,纤维素的改性及其在吸附方面的应用一直作为研究的热点。笔者介绍了纤维素基本结构,综述了纤维素化学改性方法以及改性纤维素对水体污染物吸附能力的提高。重点从改性纤维素良好的吸附性、吸附机理以及对水体中金属离子和水体中氮磷的吸附性展开叙述。提出了改性纤维素可应用于土壤当中,以期为土壤改良、作物高产提供全面的科学解释;同时改性纤维素可与肥料相结合,提高肥料利用率减缓因施肥造成的面源污染等问题。     

不同根系分泌物对土壤N2O排放及同位素特征值的影响

【目的】探究植物根系分泌的主要组分（有机酸、氨基酸、糖类）对土壤N₂O排放及其微生物过程的影响,为选择适宜的植物进而控制土壤N₂O排放提供支撑。【方法】通过室内试验分别添加草酸、丝氨酸、葡萄糖于土壤中模拟根系的3种主要分泌物,每种分泌物设置两个浓度水平：低浓度（150 μg C·d ^-1）和高浓度（300 μg C·d ^-1）,另设置添加蒸馏水的对照组,共7个处理。将土壤置于120 mL玻璃瓶中进行培养,24 h内采集气体样品7次,每次培养2 h,获取N₂O排放速率、日累积排放量和同位素特征值（δ ¹⁵N ^bulk、δ ¹⁸O和SP（site preference,SP=δ ¹⁵N ^α-δ ¹⁵N ^β））。【结果】添加3种根系分泌物组分后,土壤N₂O排放速率均逐渐升高,且均高于对照。高浓度处理组N₂O累积排放量为：葡萄糖（（3.2±1.3）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>丝氨酸（（2.6±0.5）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>草酸（（1.4±0.2）mg·kg ^-1·d ^-1）处理,低浓度处理组为：草酸（（2.7±1.3）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>丝氨酸（（1.8±0.4）mg·kg ^-1·d ^-1）处理>葡萄糖（（1.6±0.8）mg·kg ^-1·d ^-1）处理;添加根系分泌物的不同处理间土壤N₂O的δ ¹⁸O值无明显差异,并稳定在24.1‰—25.6‰,且均显著高于对照（（20.1±1.5）‰）;土壤N₂O的δ ¹⁵N ^bulk值与添加根系分泌物的种类有关,其中草酸处理组为（-20.06±2.22）‰、丝氨酸处理组为（-22.33±1.10）‰、葡萄糖处理组为（-13.86±1.11）‰、对照组为（-23.14±3.72）‰。各处理土壤N₂O的SP值的变化范围为13.13‰—15.03‰,根系分泌物浓度越高,SP值越低。综合分析不同处理4个指标（N₂O排放速率、N₂O的δ ¹⁵N ^bulk、δ ¹⁸O和SP值）的不同时刻的检测值与日均值的校正系数,添加根系分泌物后第16小时各处理4个指标的校正系数最接近于1。【结论】在NH+ 4-300 mg N·kg ^-1的土壤环境下根系分泌物促进N₂O的排放,且在培养期间（24 h）土壤N₂O排放速率逐渐升高。高浓度处理组葡萄糖对土壤N₂O排放速率促进效果最强,低浓度处理组草酸对土壤N₂O排放速率促进效果最强。与对照组相比,根系分泌物的添加使N₂O的δ ¹⁸O值显著升高;与对照组相比,葡萄糖的添加使δ ¹⁵N ^bulk值显著升高。根系分泌物浓度越高,反硝化作用对N₂O的贡献越大。     

作物根系形态对施肥措施的响应

氮磷钾是植物生长所必需的营养元素,但土壤中植物能利用的有效成分低,限制作物生长发育,而植物可以形成特有的适应机制来应对不同的生长环境。本文综述了作物为适应不同施肥条件所产生的一系列根系形态学变化。分析了不同施肥处理对作物根系形态指标(根长、根表面积、根直径、根体积和根冠比等)的影响：氮对作物影响主要在侧根,低氮胁迫下,根系纵向伸长,增加根长、根体积；低磷条件下,植物普遍抑制主根生长,刺激侧根发育生长,诱导根毛形成；缺钾抑制细根生长,根表面积、根体积等也显著降低；普遍随元素水平的提高,作物根长、根体积、根直径、根表面积和其他根系特征均呈先增加后减少的趋势,植物根系发育产生“低促高抑”的现象；有机肥比化肥可以弥补化肥养分单一和供肥不平衡的缺点,与化肥配合施用更能促进根系生长发育,增加根系体积和总表面积；作物不同基因型品种对肥料胁迫的响应也不尽相同,高效基因型具有良好的根系形态和根系分布,以获得更多的养分。为有效利用有限的肥料资源以及高效作物品种的选种提供理论基础,对作物进一步达到经济收益最大化和环境污染最小化具有重要意义。     

养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

肉鸭粪便排放特征的季节性变化

本研究旨在探讨肉鸭粪便的特性,并对其不同季节的污染物排放特征进行评价,为肉鸭养殖场废弃物处理和资源化利用提供依据。分4个季节进行了北京Z型肉鸭饲养试验(饲养期37 d),记录采食量、产粪量,并定期测定饲料和粪便中水分和有机质含量及总氮(TN)、P、Cu、Zn含量。结果表明:肉鸭粪便中Zn含量秋季最高, TN、P、Cu含量均为冬季最高;冬季粪便中TN含量极显著高于夏、秋两季(P0.01); P、Cu含量在冬季均极显著高于其余季节(P0.01);粪便中Cu、Zn含量均为春季最低。肉鸭粪便平均含水率为84.61%,夏季最高,春季最低;平均有机质含量为83.38%,表现为冬春秋夏。春夏秋冬四季的粪便产生量分别为338.3g?d~(-1)?只~(-1)、275.9 g?d~(-1)?只~(-1)、317.6 g?d~(-1)?只~(-1)和327.0 g?d~(-1)?只~(-1),夏季最低。TN、P、Cu、Zn的排泄系数分别为2.13 g?d~(-1)?只~(-1)、2.48g?d~(-1)?只~(-1)、2.56 mg?d~(-1)?只~(-1)、21.10 mg?d~(-1)?只~(-1);春冬两季的TN日排泄量显著高于夏秋两季; P的日排泄量表现为冬季极显著高于其余3个季节;夏季Cu的日排泄量与春季差异不显著,极显著低于秋、冬两季(P0.01)。TN在秋季排泄占比最低,春季最高;而P排泄占比为秋季最高,春季最低。肉鸭在饲养期TN、P、Cu、Zn的排泄量与对应元素的摄入量具有极显著的正相关关系(P0.01)。研究表明:季节因素能对肉鸭粪便中含水率、有机质、TN、P、Cu和Zn含量产生显著影响,同时各季节各元素的排泄量与相应元素的摄入量显著相关。     

日光温室主动蓄放热冠层增温系统性能研究

【目的】设计日光温室主动蓄放热冠层增温系统(Active heat storage-release system for canopy warming,AHSCW)并进行实地试验,分析该系统对番茄冠层的增温效果,为进一步探讨主动蓄放热热能的高效应用方式和作物局部增温系统的设计提供参考。【方法】在第六代主动蓄放热系统基础上设计AHSCW,以太阳能为热源,白天通过水循环将太阳能以热能的形式收集于蓄热水池内,夜间通过冠层增温管道释放热量,对番茄冠层进行局部增温。以使用AHSCW的日光温室为试验温室,未加温的日光温室为对照温室,通过测定太阳辐射强度、番茄冠层空气温度、水温及水泵耗电量参数及不同时期番茄的株高、茎粗和产量,对系统的增温效果进行测试与分析。【结果】白天AHSCW的蓄热量为166～194 MJ,夜间放热量为129～142 MJ,能量利用效率为67%～86%;该系统能够提高番茄冠层区域气温1.4～3.0℃;AHSCW温室果实产量为1.14 kg/m~2,是对照温室(0.64 kg/m~2)的1.77倍。【结论】AHSCW可以明显提高番茄冠层气温,保证番茄的越冬生产,促进番茄生长,增加其产量并可使果实提前成熟上市。     

基于降解地膜覆盖的新疆棉花生长发育及效益分析

为研究降解地膜降解进程及其对新疆南部棉花生长发育、产量和经济效益的影响，在新疆阿克苏以普通地膜（PE）为对照，进行T1、T2、T3（氧化-生物双降解生态地膜）、HS（生物分解地膜）4种可降解地膜覆盖棉田试验。结果表明，T1、T2、T3、HS诱导期分别为71、67、57、52 d，降解速率T3 > HS > T2 > T1。在棉花关键生育时期，T1和PE的棉花株高与其他可降解地膜差异显著，蕾数、铃数、花数、果枝数差异不显著。PE和T1棉花快速增长期较长，PE干物质积累量比T1少4.71%；而PE比T2、T3、HS高20.62%、5.03%、27.33%。单株结铃数表现为PE > T1 > T3 > T2 > HS；与PE籽棉产量相比，HS显著减产30.26%，其他处理与PE差异不显著。研究表明，T1覆盖的棉花干物质积累量、籽棉产量等效果与PE相当，增收5.81%，降解速率慢；T3覆盖效果与PE无显著差异，减收7.97%，降解速率比T1快。综合经济效益与生态效益，T3更适宜在新疆南部棉田覆盖。     

氧化铁改性秸秆炭吸附铬(Ⅵ)性能研究

为增强秸秆炭对水体中铬（Ⅵ）的吸附能力，利用FeCl₃溶液，把氧化铁引入其孔隙中，通过响应面实验方法优化制备过程。得到最优氧化铁改性秸秆炭（以最优改性炭表示）的制备条件为炭化温度400℃，铁与炭质量比0.85。最优改性炭和未改性炭特性通过元素分析、BET比表面积、扫描电镜、红外光谱和X射线衍射等表征测定，结果表明：最优改性炭表面粗糙，比表面积和孔隙体积增大，孔隙中含有多种氧化铁成分。最优改性炭吸附铬性能表明：Langmuir理论最大铬吸附量为30.96 mg·g^-1；吸附过程符合准二级动力学模型；随溶液pH值的增大，铬吸附量减小；随炭用量的增加，铬去除率增大。研究表明：改性秸秆炭的铬（Ⅵ）吸附能力得到显著提升，可用于水体中铬（Ⅵ）的吸附去除，这也为高效利用农作物秸秆提供新途径。