土壤硒形态及其相互转化因子的研究

近年来,天然富硒农产品的生产及加工成为研究热点。决定植物硒含量的主要因素为土壤有效形态硒含量,因此了解土壤硒形态及转化关系,寻找提高硒有效性方法尤为重要。笔者通过对国内外硒研究文献的整理和分析,对土壤硒形态的分类、土壤硒形态间的转化及提高土壤硒有效性的因素等进行深入分析。了解土壤硒化学形态和浸提形态及其关系,进一步研究不同形态间转化的驱动因子,寻找提高富硒区土壤硒有效性的方法。结合不同富硒区域土壤及作物特点,采取不同的硒素活化方法,为进一步开展相关研究提供更多科学依据。     

NaOH协同辐照预处理提高稻草纤维素酶解转化率

为降低预处理成本,提升稻草纤维素的酶解效果,采用NaOH协同⁶⁰Co-γ射线辐照处理稻草,研究其对稻草中纤维素酶解转化率的影响,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)分析协同预处理对稻草微观结构的影响,并通过正交试验对协同预处理条件参数进行优化。结果表明,NaOH协同辐照预处理能显著提高稻草纤维素酶解转化率,优化后的预处理条件为400 kGy辐照剂量的稻草结合2%NaOH溶液,固液比1:15,50℃条件下处理4 h,按照10 FPU·g^-1加入纤维素酶溶液,于50℃、130 r·min^-1条件下气浴恒温振荡,酶解24 h后,其稻草纤维素转化率达到78.54%±1.20%。本研究结果为农业废弃物资源能源化高效利用提供了技术支撑和理论依据。     

Intensive organic vegetable production increases soil organic carbon but with a lower carbon conversion efficiency than integrated management

Intensive vegetable production in greenhouses has rapidly expanded in China since the 1990s and increased to 1.3 million ha of farmland by 2016, which is the highest in the world. We conducted an 11‐year greenhouse vegetable production experiment from 2002 to 2013 to observe soil organic carbon (SOC) dynamics under three management systems, i.e., conventional (CON), integrated (ING), and intensive organic (ORG) farming. Soil samples (0–20 and 20–40 cm depth) were collected in 2002 and 2013 and separated into four particle‐size fractions, i.e., coarse sand (> 250 µm), fine sand (250–53 µm), silt (53–2 µm), and clay (< 2 µm). The SOC contents and δ¹³C values of the whole soil and the four particle‐size fractions were analyzed. After 11 years of vegetable farming, ORG and ING significantly increased SOC stocks (0–20 cm) by 4008 ± 36.6 and 2880 ± 365 kg C ha^?1 y^?1, respectively, 8.1‐ and 5.8‐times that of CON (494 ± 42.6 kg C ha^?1 y^?1). The SOC stock increase in ORG at 20–40 cm depth was 245 ± 66.4 kg C ha^?1 y^?1, significantly higher than in ING (66 ± 13.4 kg C ha^?1 y^?1) and CON (109 ± 44.8 kg C ha^?1 y^?1). Analyses of ¹³C revealed a significant increase in newly produced SOC in both soil layers in ORG. However, the carbon conversion efficiency (CE: increased organic carbon in soil divided by organic carbon input) was lower in ORG (14.4%–21.7%) than in ING (18.2%–27.4%). Among the four particle‐sizes in the 0–20 cm layer, the silt fraction exhibited the largest proportion of increase in SOC content (57.8% and 55.4% of the SOC increase in ORG and ING, respectively). A similar trend was detected in the 20–40 cm soil layer. Over all, intensive organic (ORG) vegetable production increases soil organic carbon but with a lower carbon conversion efficiency than integrated (ING) management.     

水产养殖尾水初沉区中净化材料的应用对微生物酶活性的影响

通过检测除氮型改性凹凸棒土（Al@TCAP-N）和火山石的内部及周围水体有关氮、磷、有机物分解的酶活性和水质指标，利用高通量测序对材料和水体中的细菌和真菌进行分析，以研究尾水处理系统初沉区中水质净化材料处理尾水营养盐的机制。结果表明，Al@TCAP-N和火山石能增加其周围水体微生物碱性磷酸酶（AKP）、硝酸盐还原酶（Nar）活性；火山石能在早期（0~6 h）提高其内部有机磷水解酶（OPH）、氨单加氧酶（AMO）的活性；Al@TCAP-N能在后期（36~48 h）增加其内部脱氢酶（DHO）的活性；净化材料相互对比发现，火山石内部的酶活性整体高于Al@TCAP-N内部的酶活性；本试验表明水质处理最佳时间为36 h，总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD_Mn）的去除率分别为22.61%、9.52%和22.16%。在实际应用过程中，可通过Al@TCAP-N的吸附和火山石负载的微生物的双重作用降低水中营养盐的含量。浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Protepbacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和壶菌门（Chytridiomycota）分别是材料表面微生物细菌和真菌中的主要门类。火山石能在净化初期促进有机磷化合物分解和硝态氮（NO₃^--N）转化为亚硝态氮（NO₂^--N），Al@TCAP-N在净化后期促进有机物的分解。Al@TCAP-N和火山石能促进水体中含磷化合物的分解和氮的转化。     

γ⁃戊内酯的制备及其在纤维素生物质转化方面的应用

γ-戊内酯是以木质纤维素生物质为原料制备的一种潜力巨大的平台化合物,它既可转化为高密度燃料、相关高分子材料以及其他高价值化学品,也可作为绿色溶剂促进木质生物质向其他高值方向转化。在化石能源日益紧俏、环境问题日益严重的今天,对γ-戊内酯进行深入研究显得尤为重要。但在实际生产中,仍存在产量低、除杂难等经济环保类问题需要解决。基于γ-戊内酯研究的最新进展,从γ-戊内酯的制备与应用两方面进行了论述,综述了生物质催化生产γ-戊内酯的研究进展,说明不同底物生产γ-戊内酯的理论基础与优缺点,并以贵金属和非贵金属催化剂为界,分类讨论了多种用于合成γ-戊内酯的催化剂。最后,结合γ-戊内酯在纤维素生物质转化应用方面的进展情况,探索了γ-戊内酯与其他相关有机物之间的制备关系,为γ-戊内酯的进一步开发利用提供了思路。     

林地转变为耕地对紫色土N2O排放的影响

土地利用方式变化是造成大气中温室气体浓度变化的主要原因之一,但土地利用方式转变,如林地转变为耕地过程对土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响还缺乏系统研究。本研究于2016年7月中旬在四川盆地丘陵区将林地转变为耕地,并按照耕地冬小麦-夏玉米轮作方式,采用静态暗箱-气相色谱法,对比分析了耕地翻耕不施肥(CL-T)、翻耕施肥(CL-TF)和邻近林地(CK)的土壤N_2O排放过程特征。结果表明,试验期间CL-T、CL-TF土壤N_2O排放通量较CK均显著增加(P0.01),且二者的N_2O排放通量在林地转变为耕地初期均有明显的排放峰。小麦季和玉米季土壤N_2O排放通量[μg(N)·m-2·h-1]均值CK分别为2.52和4.60,CL-T分别为3.55和11.63,CL-TF分别为6.26和22.16,N_2O排放通量玉米季显著高于小麦季。CK、CL-T和CL-TF的土壤N_2O全年累积排放量[mg(N)·hm-2]分别为0.271、0.515和0.957,CL-T、CL-TF较CK分别显著增长89.8%、253.0%,说明林地转变为耕地,紫色土N_2O排放迅速增加。首先翻耕改变土壤结构并显著增加土壤无机氮含量(P0.05),其次施肥大幅增加土壤无机氮含量导致土壤N_2O的激发排放。而土壤温度和水分未发生显著改变(P0.05),种植作物短时间内也未显著改变土壤的N_2O排放。结果表明,林地转变为耕地激发土壤N_2O排放的根本机制可能是提高了土壤有机氮矿化速率。但土地利用转变对土壤氮转化过程的影响以及进而改变土壤N_2O的排放特征的机理有待进一步研究。     

基于温差电池的温室地埋供热金属管道阴极保护改进

北方温室为种植反季节植物以及南方植物,普遍采用地埋供热金属管道供热。阴极保护技术可以有效控制土壤对管道的电化学腐蚀,但常规的外接电流阴极保护方式成本高、占地大,牺牲阳极方式的保护寿命过短。为了给温室地埋供热金属管道提供可靠的阴极保护,该文利用地埋供热金属管道表面余热,基于温差电池,对地埋供热金属管道提供外接电流方式的阴极保护。通过现场试验发现,该装置温差电池正常工作时冷热两端温差为33.2℃,当该装置提供的保护电位为–1 100 m V时,管道保护度达到了92.79%。该研究为温室地埋供热金属管道的保护提供了一种较为可行的方案,同时也对外接电流方式的短距离管道保护技术进行了初步探索。     

稻田转为菜地初始阶段温室气体排放特征

【目的】近年来,随着我国社会经济的快速发展和人们生活水平的提高及膳食结构的改善,越来越多的稻田被转为蔬菜种植,影响了土壤碳氮转化过程及其引起的温室气体排放。因此有必要探究稻田转为蔬菜种植,特别是该土地利用方式转变初始阶段的温室气体（CH₄和N₂O）排放特征及其关键影响因素。【方法】试验选取了长期种植水稻的双季稻田,将其中一部分转为蔬菜种植,另一部分继续种植水稻,每个处理设置了3个重复,按照当地常规模式进行管理。采用静态暗箱—气相色谱法连续3年进行田间原位观测,比较分析稻田和由稻田转变的菜地CH₄和N₂O排放特征及其年际变化差异,明确稻田转为菜地初始阶段CH₄和N₂O排放的关键影响因素。【结果】稻田是重要的CH₄排放源,其第一年的排放强度（183.91 kg CH₄-C·hm^-2?a^-1）明显低于后续两年（241.56—371.50 kg CH₄-C·hm^-2?a^-1）,这主要归功于后两年降雨量的增加引起了土壤水分含量的升高。稻田转为菜地显著减少了CH₄排放,减少量相当于稻田CH₄年累积排放量的83%—100%。菜地第一年的CH₄累积排放量（31.22 kg CH₄-C·hm^-2）显著高于第二年（0.45 kg CH₄-C·hm^-2）和第三年（0.89 kg CH₄-C·hm^-2）,表明稻田转菜地对CH₄排放的影响具有时间滞后效应。稻田是弱的N₂O排放源（1.35—3.49 kg N₂O-N·hm^-2?a^-1）,其转为菜地显著增强了N₂O排放。菜地第一年的N₂O累积排放量（95.12 kg N₂O-N·hm^-2）显著高于第二年（38.28 kg N₂O-N?hm^-2）和第三年（40.07 kg N₂O-N·hm^-2）。菜地土壤异养呼吸对N₂O排放的影响在第一年明显高于第二、三年,表明稻田转为蔬菜种植的第一年,有机质矿化对N₂O排放有重要贡献。在100年尺度CO₂当量下,稻田转为蔬菜种植第一和第二年的综合增温潜势（GWP）相对于稻田分别显著增加了390%和98%,主要是由于增加的N₂O增温潜势超过了减少的CH₄增温潜势。但是,稻田转为菜地的第三年,菜地的GWP（(16.72±3.25) Mg CO₂-eq·hm^-2）与稻田（(14.84±1.39) Mg CO₂-eq·hm^-2）相比无显著差异,主要是由于减少的CH₄ 增温潜势完全抵消了增加的N₂O增温潜势。这些研究结果表明稻田转菜地对GWP的影响主要集中在该土地利用方式转变的第一年。【结论】稻田转为菜地显著减少了CH₄排放,增加了N₂O排放,增强了菜地第一和第二年的综合增温潜势。有机质矿化过程对新转菜地第一年较高的N₂O排放有重要贡献。这些研究结果表明了评价土地利用方式转变初始阶段温室气体排放特征的重要性,便于及时采取有效管理措施缓解温室气体排放,实现环境友好型农业可持续生产。     

农产品监测预警模型集群构建理论方法与应用

【目的】农产品供给与需求的准确分析测定,是农业监测预警能力提升的重要表现。构建产品多品种多环节模型集群理论方法,可高效解决单一环节或单一模型难以解决的分析技术难题。【方法】在农产品供需的重要要素即生产量、消费量、贸易量、价格等分析预测过程中,针对农产品品种间关联性强,自然、社会、经济诸多影响因素纠缠,模型多变量强耦合、非线性、参数时变的特点,提出多品种农产品“因素分类解耦、参数转用适配”方法,以构建多时空维度的监测预警模型集群。【结果】利用“因素分类解耦、参数转用适配”技术方法,研究构建了不同农产品的生产类、消费类、贸易类、价格类的模型集群。这些模型集群可用于对不同时空维度的水稻、玉米、小麦、肉类等主要农产品供需的长中短期的分析预测,支撑形成了农业展望中的主要农产品平衡表,其中主要农产品全国年度生产量6年平均预测精度高于97%。【结论】研究提出的农产品监测预警模型集群构建理论及其方法,有效提升了农产品多品种模型集群的求解效率和准确率,增强了农产品供需分析预测的系统性与智能性,为系统揭示农产品复杂的时空供需变化特征、促进农产品市场调控科学性和可预见性,提供了新技术方法。     

不同饲料效率与绵羊瘤胃组织形态学关系

【目的】利用单栏系统测定个体的饲料效率相关性状与瘤胃组织形态学指标,探讨绵羊饲料效率与瘤胃组织形态的关系,为解析绵羊饲料效率性状的影响因素研究提供基础数据。【方法】随机选取出生日龄相近、系谱信息详细、健康状况良好的187湖羊公羔,56 d断奶后转入单栏饲养,过渡期14 d,预饲期10 d,正试期100 d。正试期内所有羊只仅饲喂颗粒饲料,自由采食及饮水,并在80 d和180 d晨饲前空腹测定其体重（body weight,BW）和80—180 d间的采食量（feed intake,FI）,计算平均日增重（average daily gain,ADG）、中期代谢体重（metabolic body weight, MBW）、饲料转化率（feed conversion rate,FCR）和剩余采食量（residual feed intake,RFI）等饲料效率相关性状并对其进行描述性统计,于180 d饲养结束后屠宰采集瘤胃腹囊组织1 cm²保存于4%甲醛溶液中,用于制作组织切片并观测其瘤胃乳头长度、宽度和肌层厚度。最后将其与饲料效率相关性状进行相关分析和方差分析。【结果】饲料效率相关性状的变异系数均大于10%,且剩余采食量最大与最小的个体每天的剩余采食量之差达0.57 kg。饲料效率相关性状间的表型相关分析表明剩余采食量与饲料转化率（r= 0.68）和采食量（r= 0.48）呈极显著正相关（P<0.01）,与初始体重（r=0）、末期体重（r= -0.01）和平均日增重（r= -0.02）无显著相关（P>0.05）。饲料效率相关性状与瘤胃组织形态相关性分析发现,瘤胃乳头长度与平均日增重、采食量、初始体重和末期体重呈显著或极显著正相关（P<0.05或P<0.01）,肌层厚度与平均日增重、采食量和末期体重呈显著或极显著正相关（P<0.05或P<0.01）,而剩余采食量和饲料转化率与瘤胃组织形态无显著相关。不同RFI组羔羊采食量、饲料转化率和瘤胃肌层厚度存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）,瘤胃乳头长、宽无显著差异（P>0.05）,其中High-RFI组羔羊采食量和饲料转化率极显著高于Low-RFI组（P<0.01）,肌层厚度显著高于Medium-RFI组（P<0.05）;不同FCR组羔羊的剩余采食量、采食量、ADG、初始体重、末期体重和乳头长度存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）,肌层厚度和乳头宽度差异不显著（P>0.05）,其中High-FCR组羔羊剩余采食量、采食量、ADG、初始体重和末期体重均显著或极显著高于Low-FCR组（P<0.05或P<0.01）,Medium-FCR组羔羊乳头长度显著长于Low-FCR组（P<0.05）;除瘤胃乳头宽度外,不同FI组羔羊的上述指标均存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）,且High-FI组羔羊的剩余采食量、饲料转化率、ADG、初始体重、末期体重、肌层厚度和乳头长度均显著或极显著高于Low-FI组（P<0.05或P<0.01）;不同ADG组羔羊采食量、饲料转化率、初始体重、末期体重和肌层厚度均存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）,乳头长度和乳头宽度无显著差异（P>0.05）,其中High-ADG组羔羊采食量、剩余采食量、初始体重、末期体重和肌层厚度均显著或极显著高于Low-ADG组,饲料转化率则极显著低于Low-ADG组。【结论】剩余采食量与采食量和饲料转化率等饲料效率性状呈极显著正相关,表明其可作为衡量饲料效率的潜在指标。剩余采食量和饲料转化率与瘤胃组织形态学指标无显著相关,采食量和平均日增重与瘤胃乳头长度和肌层厚度呈显著正相关,表明羔羊瘤胃组织形态对采食量和增重有显著影响,但其进一步的作用机制有待深入研究。