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。     

玉米秸秆炭和典型农业废弃物混合成型与燃烧特性试验

以玉米秸秆炭和玉米秸秆、苹果枝、沼渣、菌渣为原料,在成型压力为6 MPa的条件下,研究了不同混配比例混合燃料的成型特性,并在此基础上探讨了特定混配比例下的混合样品燃烧特性。研究结果表明:农业废弃物质量分数、种类对混合成型燃料稳定性均有影响,农业废弃物占70%比例时混合成型燃料的抗跌碎强度均大于99.50%;玉米秸秆对成型燃料的稳定性影响最为明显,其质量分数大于30%时,成型燃料抗跌碎强度达到99.68%以上,而沼渣和菌渣质量分数大于50%时,其成型燃料的抗跌碎强度分别超过99.11%和99.71%;苹果枝质量分数大于60%,其成型燃料抗跌碎强度超过99.34%;4种成型燃料的能量密度与原料相比分别提高14.93、11.36、11.74、14.53 GJ/m~3;堆积密度分别提高792.99、596.92、605.63、820.12 kg/m~3。该研究为农业废弃物新型成型燃料的开发提供了基础支撑。     

北京市规模化奶牛场运动场防雨现状及建议

运动场是保障奶牛生产力和动物福利的重要设施。2021年6—9月,频繁降雨导致北京地区多家奶牛场的运动场积水,为奶牛生产力、奶牛场生防安全、环境卫生、运动场舒适性和动物福利带来隐患。通过线上线下结合,调研了北京地区27 家规模化奶牛场的运动场防雨、排水及垫料现状。结果表明：调研奶牛场中,88.90%奶牛场配备了运动场,其中83.33%奶牛场通过设置地面倾角、设置挡雨棚、雨污分离槽及布设排水管道（沟渠）、雨后水泵排水等方式实现运动场防雨及排水。此外,针对运动场建设、运动场防雨、运动场舒适性展开讨论,以期改善运动场防雨现状,满足集约化奶牛场可持续发展需求和提升动物福利。     

微生物菌剂对设施辣椒秸秆原位堆肥土壤理化性质及细菌群落的影响

为明确微生物菌剂对设施废弃秸秆参与原位堆肥的影响,以辣椒秸秆为研究对象,利用实验室常规化学分析方法,测定堆肥理化性质,并通过 16 s rDNA 高通量测序技术分析堆肥过程细菌群落。结果表明:外源微生物菌剂可显著提高堆肥期间土壤温度,提高电导率值,促进总氮的固定,有效减少堆肥中期氮素损失。不同发酵时期细菌优势菌种不同,变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)是辣椒秸秆原位堆肥过程在门水平优势细菌。克雷伯氏菌属(Klebsiella),芽孢杆菌属(Bacillus),不动杆菌属(Acinetobacter)和假单孢菌属(Pseudomonas)是属水平优势细菌。微生物菌剂对细菌群落结构的影响主要体现在堆肥升温期和降温期。添加300 kg/hm²微生物菌剂处理堆肥最高温度比对照提高1.95 ℃,和堆肥前相比,电导率提高了1.37 ms/cm,总氮提高了24.1%,优势菌群变形菌和厚壁门在所有组内变化最显著。综上,300 kg/hm²微生物菌剂为辣椒秸秆原位堆肥最适添加量,研究结果为茄果类秸秆还田堆肥技术提供依据。     

1980—2015年安徽省降水和干旱的时空变化特征

基于地面气象观测的逐日降水数据,采用降水距平百分率的干旱划分等级,分析了1980—2015年安徽省降水量和气象干旱发生频率、强度的时空变化特征,结果表明:安徽省降水的年际动态和空间差异均较大,秋季降水的变异系数最大,沿淮地区是降水变异系数最大的地区,降水的年际变异随着年代际的增长而增加;在研究时段内安徽省降水呈下降趋势,但趋势不显著,江淮中部降水量下降最多;安徽省气象干旱发生的频率和强度均是秋冬季高于春夏季,秋季和冬季的平均干旱频率分别达到0.36和0.31,春、夏季分别为0.26和0.25,而干旱强度在秋季和冬季分别达到了0.90和0.75;全省平均干旱频率和干旱强度均是在1980—1989年最低,1990—1999年是干旱频率和强度最大的10年;36年平均干旱频率和干旱强度均是从南至北逐渐增大,淮北地区是干旱频率最高的区域,而干旱强度在沿淮区域最大.该研究结果可为安徽省内不同区域的水资源利用策略制定、种植结构的优化与种植模式的调整等提供理论依据.     

生物炭老化对土壤重金属的固定效应研究进展

生物炭作为一种环境友好、稳定性强的钝化材料,因其巨大的比表面积、丰富的含氧官能团等特点成为目前修复重金属污染土壤的有效材料.然而,生物炭(改性)对重金属的固定能力及效应除受本身特性影响外,还受到材料老化过程及环境条件等因素的影响,导致生物炭(改性)固定土壤重金属的稳定性、持久性发生变化,从而使得生物炭材料的钝化性能受到影响.本文重点综述了当前生物炭(改性)及其老化产物对土壤重金属固定效应的相关进展,分析了生物炭及其老化产物固定重金属的相关机制及影响因素,并对生物炭及其老化过程可能带来的土壤重金属固定长效性影响,以及今后以此为基础的钝化技术的研发趋势进行了展望,以期为利用生物炭钝化修复重金属污染土壤及相关辅助技术研发提供支撑.     

设施甜椒土垄内嵌式基质栽培垄的N2O排放通量昼夜变化

为了探究新型栽培方式下甜椒苗期N2O的排放量和排放昼夜变化规律,明确新型栽培方式下最佳的蔬菜减排栽培模式,通过静态箱-气相色谱法分别对土垄栽培、土垄内嵌式基质栽培（SSC）标准垄、SSC矮垄3种栽培模式的内嵌区和整个垄部连续取气测定N2O排放量。结果表明,测定时间段内,设施甜椒苗期的N2O排放通量出现两个排放峰值,呈现昼高夜低的现象。在白天（8:00-16:00）,SSC矮垄的垄部N2O的平均排放通量最大,为0.180 mg·m^-2·h^-1,土垄的垄部N₂O的平均排放通量最低,为0.112 mg·m^-2·h^-1;在夜间（17:00-22:00）,SSC标准垄的垄部N2O的平均排放通量最大,为0.113 mg·m^-2·h^-1,土垄的垄部N₂O的平均排放通量最小,为0.064 mg·m^-2·h^-1。3种栽培模式的N2O的昼夜累积排放量无显著差异,与土垄栽培相比,SSC矮垄栽培更有利于甜椒的生长。综上,SSC矮垄栽培有利于设施蔬菜的生长,为设施蔬菜减排增效技术研究提供参考。     

不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

红壤是我国重要的土壤类型之一,其耕地地力低下问题亟待解决。探究不同改良措施影响下红壤地力提升效果,对实现中低产田可持续利用具有重要意义。本研究以湖南第四纪红黏土发育的旱地红壤为研究对象,分析了休闲（F）、不施肥（CK）、单施无机肥（NPK）、无机肥配秸秆还田（NPKS）、无机肥配施生石灰（NPKL）、无机肥配施骨粉有机肥（NPKA）和无机肥配施生物有机肥（NPKC）等改良措施下不同土层和改良年限土壤中pH及养分含量的变化,并利用微孔板荧光法比较了土壤中碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明,不同改良措施显著影响土壤养分及酶活性。与CK相比,2020年NPKC处理0～20 cm土层中有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）和有效磷（AP）含量分别提高了73%、29%、61%和1 847%,同时该处理也显著增加了参与碳循环α-1,4-葡糖苷酶（αG）、β-1,4-葡糖苷酶（βG）、β-1,4-木糖苷酶（βX）、纤维二糖水解酶（CBH）和参与氮循环β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖酐酶（NAG）活性。相关分析表明,SOM与αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性呈显著正相关（P < 0.01）,pH与酸性磷酸酶（ACP）活性呈显著负相关（P < 0.01）。改良措施对0～20 cm土层酶活性的影响大于20～40 cm。2019年,NPKA处理0～20 cm土层中CBH酶活性较CK提高了352%,而在20～40 cm土层中CBH酶活性仅较CK提高了2%。此外,不同改良措施土壤中ACP酶活性也呈现出随改良年限增加而增加的趋势。综上可知,无机肥配施有机物料显著提升红壤养分状况,改善土壤酶活性,可作为贫瘠红壤地力提升的有效改良措施。     

等养分投入下冬种紫云英比秸秆还田更有效抑制稻田CH4的产生和排放

  【目的】  比较冬种紫云英和水稻秸秆还田对稻田甲烷(CH₄)产生、排放的影响,探究冬种紫云英的节肥效应和CH₄减排机制。  【方法】  田间试验在湖南省农业科学院高桥试验基地进行,种植制度为单季超级稻‘晶两优华占’。田间试验设置1个不施肥对照(CK)和5个等氮磷钾养分施肥处理:单施化肥(CF)、化肥+水稻秸秆全量还田(S)、化肥+紫云英全量还田(M)、化肥+秸秆和紫云英全量还田(MS)、化肥+秸秆和紫云英全量还田+熟石灰(MSC)。在水稻分蘖初期(2021年6月21日),采用密闭式静态暗箱监测稻田CH₄排放通量,通过底座侧面的接口采集田面水溶存CH₄,同时每个小区按“S”形随机取0—20 cm土层土壤样品,一份用于测定理化性质,一份用于室内甲烷产生潜力和甲烷氧化潜力培养试验。  【结果】  1)田间试验中,供试稻田CH₄排放通量范围为5.70～26.65 mg/(m2·h),虽然处理间差异未达显著水平,施肥处理的CH₄排放通量均高于CK,S、MS、MSC处理的CH₄排放通量又高于CF处理,在施肥处理中以M处理的CH₄排放通量最低。与S处理相比,M处理减少了13.78%的化肥氮量,折合尿素24.46 kg/hm2,CH₄排放通量降低了12.50%。供试稻田田面水溶存CH₄浓度范围为70.02～163.58 mg/kg,以MSC处理最高,其田面水溶存CH₄浓度比其他处理平均提高了30.68%。2)室内培养试验中,M处理的SOM和总碳含量分别比S处理提高了7.60%和7.55%,DOC含量降低25.99%。M处理的CH₄产生潜力和CH₄氧化潜力均最低,分别比其他5个处理平均降低61.04%和7.56%,比S处理降低83.16%和5.36%。M处理的乙酸发酵产CH₄途径比例比其它5个处理平均降低52.52%,比S处理降低53.49%。  【结论】  冬种并翻压紫云英可替代部分化肥投入,不仅减少了水稻生育早期土壤中的有效态氮,还减少了土壤中的可溶性有机碳含量,因而比秸秆还田更有效地促进稻田增碳和减少CH₄排放。紫云英全量还田处理主要抑制了乙酸型产甲烷过程。     

不同老化方法对生物炭表面特征及镉吸附能力的影响

为明确不同自然环境过程（氧化还原、降雨、光照）对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响,该研究以不同温度（200、500 °C）和气氛（O₂、N₂）热解的小麦秸秆生物炭为研究对象,采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程,并分析老化作用对生物炭理化性质及镉（Cd）吸附能力的影响。结果表明：与初始生物炭相比,老化作用使生物炭表面破碎,孔隙结构增多,提高了生物炭比表面积。干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍,而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍。老化过程使生物炭的官能团种类减少,且含氧官能团数量发生不同程度的变化,其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多,而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少。此外,热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低,而所有老化后的高温生物炭热稳定性均增强。化学氧化、紫外光照、干湿交替3种老化处理均可提高两种生物炭的吸附能力,Cd²⁺吸附量分别提高498.95%~799.36%、436.10%~768.43%、35.53%~128.10%。因此,生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类,以促进生物炭环境应用的长远发展。