三峡库首地区移民安置区不同利用方式土壤肥力和土地生产力调查

三峡工程蓄水、移民搬迁及土地利用方式改变将对库首地区土壤肥力、土地生产力和当地农业生产活动产生长期潜在影响。本研究对移民安置期间三峡库首地区秭归、兴山、巴东和夷陵等县区农田、果园和茶园3种利用方式的85个样点土壤的肥力状况进行了采样调查,并对当地土地生产力和移民经济收入状况等进行了统计分析。结果表明:三峡工程蓄水后,库首地区农田土壤肥力水平较高,果园土壤其次,而茶园土壤肥力水平偏低;在蓄水和移民搬迁同时,当地加大农业投入,尤其是加大果园和茶园的肥料投入,以保证农业生产发展需求;受蓄水和移民搬迁影响,库首地区3县粮食总产和单产均有所降低,其中秭归县受到影响较大,但库首各县的粮食生产在三峡蓄水后总体保持稳定;库首地区各县,尤其是秭归县的柑橘和蔬菜种植面积和产量保持逐年提高趋势,该地区的优势产业保持稳步发展,土地生产力未受到明显影响;柑橘经济效益显著高于茶园和农作物,移民安置期间,秭归、兴山县人均纯收入保持逐年上升态势,库首地区农村的经济水平保持稳步增长。     

华北典型农田和畜禽场环境大气中活性氮化学组成和浓度变化特征

大气活性氮(N_r)是导致霾污染和过量氮沉降的主要前体物。随着近年来大气污染防治行动的深入,消减农业源N_r排放逐渐被提上议事日程。目前,针对农田和畜禽养殖场内外环境大气中N_r的实地测量资料较为缺乏,且以往研究多以氨气(NH_3)为主,很少关注其他N_r成分。为了阐明农业活动对大气N_r的潜在影响,本研究基于扩散管主动采样系统,对华北平原典型农田(河北香河和栾城农田)、养猪场和蛋鸡养殖场环境大气中的4种N_r成分,即NH_3、硝酸气体(HNO_3)、颗粒态铵盐(p-NH_4~+)和颗粒态硝酸盐(p-NO_3~-)开展了现场同步观测。结果显示:观测期间猪舍内NH_3和p-NH_4~+平均浓度(1 250.9μg·m~(-3)和76.6μg·m~(-3))显著高于舍外(378.5μg·m~(-3)和4.2μg·m~(-3));而猪舍内HNO_3和p-NO_3~-平均浓度(10.3μg·m~(-3)和20.8μg·m~(-3))与舍外接近(9.8μg·m~(-3)和22.1μg·m~(-3));鸡舍内仅NH_3平均浓度(197.7μg·m~(-3))显著高于舍外(77.3μg·m~(-3)),而p-NH_4~+、HNO_3和p-NO_3~-平均浓度(7.3μg·m~(-3)、9.0μg·m~(-3)和6.2μg·m~(-3))均与舍外接近(10.7μg·m~(-3)、9.9μg·m~(-3)和7.2μg·m~(-3))。总体上看,养猪场环境大气中N_r浓度显著高于养鸡场(P0.05)。香河和栾城农田大气NH_3、p-NH_4~+、HNO_3和p-NO_3~-的平均浓度分别为21.4μg·m~(-3)、1.9μg·m~(-3)、4.4μg·m~(-3)和5.5μg·m~(-3),显著低于养殖场外N_r浓度(P0.05)。从形态组成上看,养殖场和农田大气N_r主要以NH_3-N(占比80%)的形态存在,说明华北农业活动产生的N_r主要通过NH_3的形式向外扩散传输,并没有在当地快速转化为颗粒物。未来需要进一步研究N_r在大气中的传输路径和转化机制,为制定有效的减排措施提供科学支持。     

土壤亚硝酸气体(HONO)排放过程及其驱动机制

气态亚硝酸(HONO)是大气中氢氧自由基(OH·)的重要来源,直接影响到大气氧化能力和空气质量。通过比较外场测定和模型计算的HONO浓度,发现白天时存在未知的大气HONO来源。研究表明,土壤可以向大气中排放HONO。其机理可能是土壤亚硝态氮和氢离子的化学平衡作用;或土壤夜间吸附和白天解吸附的动态物理化学过程;或氨氧化细菌等微生物的直接排放;也可能是硝化过程中产生的羟胺,在土壤颗粒物等表面的化学反应。因此,土壤HONO排放通量与土壤亚硝态氮浓度、pH、氨氧化细菌丰度、土壤矿物、土壤湿度及C/N值等相关。目前对于土壤HONO排放的研究尚在起步阶段,国内亦少见相关成果报道。本文综述了土壤HONO排放的研究背景、探讨了土壤HONO排放的机理及影响因素,以期为减少氮素损失、提高氮肥利用率、评估氮肥的环境效应及城市空气质量等提供理论依据和科学指导。     

三峡库区坡地脐橙园保护性措施对土壤团聚体结构及碳、氮、磷含量的影响

依托三峡工程生态与环境秭归实验站的8 a长期试验,对5种保护性管理措施下坡地脐橙园土壤团聚体结构与团聚体碳、氮、磷含量分布特征进行了研究。结果表明,脐橙套种多年生白三叶草(CM)和脐橙园地面农作物秸秆覆盖(SM)处理表层土壤(0～5 cm)大于0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径(MWD)值、大于0.25 mm水稳性团聚体氮含量及SM处理表层土壤大于0.25 mm水稳性团聚体磷含量显著高于其他处理;脐橙套种黄花菜等高植物篱(CH)处理和脐橙园沿等高线埋设防渗膜(MM)处理表层土壤大于0.25 mm水稳性团聚体含量及CH处理的MWD值显著高于常规脐橙栽植(CK)和脐橙套种小麦-花生(PC)处理;与CK处理相比,PC处理大于0.25 mm水稳性团聚体含量、MWD值、团聚体碳含量和表层土壤团聚体氮含量没有显著变化,但5～20 cm土壤团聚体磷含量有升高趋势。团聚体MWD与大于0.25 mm水稳性团聚体和团聚体氮含量有极显著相关关系。     

坡耕地氮磷流失及其控制技术研究进展

坡耕地N、P流失是造成农业面源污染的重要原因.文章综述了国内外有关坡耕地N、P流失的过程特征,降雨、土壤、地形、耕作与管理因素对N、P流失的影响等方面工作的研究进展,探讨了不同控制措施,如覆盖、植物篱、保护性耕作、坡改梯等,控制N、P流失的控制机制、效果和可操作性;并进一步对坡耕地N、P流失的研究与控制方面等今后应加强研究的趋势进行了展望.     

华北山前平原农田氨挥发速率与调控研究

本文依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作长期田间试验, 利用双层海绵氨吸收装置, 分析了不同施肥处理下氨挥发速率和损失量的变化规律; 并采用室内培养试验方法, 分析了浇水和秸秆还田等不同措施下氨挥发变化特征。结果表明, 肥料施用时间、土壤温度和灌水等因素显著影响土壤氨挥发速率; 氨挥发损失量在0.66~35.00 kg·hm^-2·d^-1 之间, 占施肥量的0.09%~14.90%, 且大部分氨挥发发生在夏玉米时期。施肥后及时浇水能有效减少氨挥发, 特别是在低初始水分条件下最为明显; 而在高土壤水分含量条件下, 浇水时间对氨挥发量的影响减弱。与单施化肥相比, 小麦或玉米秸秆混合配施化肥增加了石灰性土壤的尿素水解速率, 缩短了尿素的氨挥发时间, 并可显著减少氨挥发损失。单施尿素的累积氨挥发损失量占尿素施用量的7.2%~9.7%, 而小麦或玉米秸秆配施尿素的累积氨挥发损失量分别占尿素施用量的1.1%~2.1% 和2.2%~7.2%。因此, 为了减少农田氨挥发损失, 在施用尿素时应充分考虑土壤水分状况和秸秆类型对氨挥发的影响。     

转基因抗虫棉对赤子爱胜蚓生长、生殖及SOD活性的影响

转基因抗虫棉给人类带来经济效益的同时,也存在生物安全性问题。蚯蚓通过影响土壤的物理和生物性质使土壤肥力发生变化。目前国内外针对转基因抗虫棉对蚯蚓的影响研究十分有限,本研究通过室内喂养试验研究了转基因抗虫棉对赤子爱胜蚓生长、生殖及超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。试验设置5个处理:100 g牛粪+500 g土壤(CK)、50 g转基因抗虫棉叶+550 g土壤(50T)、100 g转基因抗虫棉叶+500 g土壤(100T)、50 g非转基因抗虫棉叶+550 g土壤(50NT)、100 g非转基因抗虫棉叶+500 g土壤(100NT)。结果表明,喂养同等剂量转基因抗虫棉叶与非转基因抗虫棉叶的蚯蚓体重变化趋势基本一致,总体来说喂养100 g棉叶(100T和100NT处理)的蚯蚓体重高于喂养50 g棉叶(50T和50NT处理)和喂养牛粪(CK)的蚯蚓。在培养试验结束时,喂养100 g转基因抗虫棉叶(100T处理)蚯蚓体重下降为前一次测定时的23.8%。喂养同等剂量的转基因抗虫棉叶和非转基因抗虫棉叶的蚯蚓茧数和新产生的小蚓数无显著差异(在0 27和0 57之间变化),但喂养100 g转基因抗虫棉叶(100T处理)的小蚓数低于其他处理。在大多数培养时间内,同等剂量转基因抗虫棉叶处理对蚯蚓体内SOD活性的影响与非转基因抗虫棉叶处理差异不显著,但是在试验结束时(201 d),喂养50 g棉叶(50T和50NT处理)的蚯蚓体内SOD活性显著高于喂养100 g棉叶(100T和100NT处理)的蚯蚓。     

机器学习在氮循环领域的应用研究进展

氮循环是地球圈层中水-土-气-生多介质、多界面的复杂过程，与土壤健康、粮食安全、全球变暖、空气污染、水体质量等环境问题密切相关。近年来，得益于计算机技术的快速发展和海量、多源数据的产生，机器学习迅速成为研究氮素循环强有力的工具。本文系统梳理了机器学习的功能性概念，包括典型开发流程和学习应用场景等；总结了机器学习的典型应用算法，包括经典机器学习（如随机森林、支持向量机等）和深度学习（如卷积神经网络、长短期记忆网络等）；并综述了机器学习在氮循环研究领域的应用研究进展，包括大气、水体、土壤和植物/作物等介质的氮素代谢机制、模拟氮素循环过程及管理氮素流动等。未来基于大数据和机器学习技术的特征工程和模型融合的研究，将会给氮循环领域的数据分析与建模带来巨大变革。同时，将机器学习与基于物理过程的模型相结合解决氮循环过程中的复杂问题，可为服务国家“双碳”战略以及控制全球变暖、空气污染等环境问题提供重要支撑。