不同水肥条件下夏玉米/冬小麦农田生态系统碳平衡研究

农田生态系统碳平衡取决于农作物固定碳量和土壤异养呼吸排放碳量。为揭示水肥用量对农田生态系统碳平衡的综合影响，设置3个灌水水平：高水、中水和低水（W1、W0.85、W0.7夏玉米季分别为90、76.5、63mm，冬小麦季分别为140、119、98mm），4个施氮水平：高氮、中氮、低氮和不施氮（N1、N0.85、N0.7、N0夏玉米季分别为300、255、210、0kg/hm2，冬小麦季分别为210、178.5、147、0kg/hm2），4个施磷水平：高磷、中磷、低磷和不施磷（P1、P0.85、P0.7和P0夏玉米季分别为90、76.5、63、0kg/hm2，冬小麦季分别为150、127.5、105、0kg/hm2）进行了田间试验。结果表明：不同水肥处理下夏玉米/冬小麦农田生态系统表现为碳汇，夏玉米季净生态系统生产力固碳量（CNEP）为6805~7233kg/hm2，冬小麦季CNEP为5842~6434kg/hm2，夏玉米CNEP高于冬小麦。在高、中、低肥水平下，增加灌水量，夏玉米/冬小麦周年净初级生产力固碳量（CNPP）提高2.48%~5.96%，土壤微生物异养呼吸碳释放量（CRm）增加2.15%~15.20%，净生态系统生产力固碳量（CNEP）增加1.16%~6.47%。在高、中、低供水水平下，增加施肥量，夏玉米/冬小麦周年CNPP增加2.95%~3.43%，土壤CRm增加5.23%~18.67%，CNEP增加0.93%~2.79%，CNEP增加比例与供水水平呈负相关。在低水条件下，氮磷肥配施处理夏玉米/冬小麦农田周年CNEP较单施氮、磷肥分别增加4.86%、7.34%，且氮磷肥交互作用显著（P<0.05），水肥供应水平相差15%时对冬小麦农田CNEP有显著的正交互作用。氮磷肥配施、水肥协调供应均有助于促进夏玉米/冬小麦农田生态系统的净碳输入，在节水节肥原则下，夏玉米和冬小麦分别在W0.85N0.85P0.85和W0.7N0.85P0.85水肥供应条件下有利于增加农田CNEP。     

Glacier mass balance in High Mountain Asia inferred from a GRACE release-6 gravity solution for the period 2002–2016

We provide estimates of glacier mass changes in the High Mountain Asia (HMA) area from April2002 to August 2016 by employing a new version of gravity solutions of the Gravity Recovery and ClimateExperiment (GRACE) twin-satellite mission. We find a total mass loss trend of the HMA glaciers at a rateof –22.17 (±1.96) Gt/a. The largest mass loss rates of –7.02 (±0.94) and –6.73 (±0.78) Gt/a are found forthe glaciers in Nyainqentanglha Mountains and Eastern Himalayas, respectively. Although most glaciers inthe HMA area show a mass loss, we find a small glacier mass gain of 1.19 (±0.55) and 0.77 (±0.37) Gt/a inKarakoram Mountains and Western Kunlun Mountains, respectively. There is also a nearly zero massbalance in Pamirs. Our estimates of glacier mass change trends confirm previous results from the analysisof altimetry data of the ICESat (ICE, Cloud and Land Elevation Satellite) and ASTER (AdvancedSpaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) DEM (Digital Elevation Model) satellites inmost of the selected glacier areas. However, they largely differ to previous GRACE-based studies which weattribute to our different post-processing techniques of the newer GRACE data. In addition, we explicitlyshow regional mass change features for both the interannual glacier mass changes and the 14-a averagedseasonal glacier mass changes. These changes can be explained in parts by total net precipitation (netsnowfall and net rainfall) and net snowfall, but mostly by total net radiation energy when compared to datafrom the ERA5-Land meteorological reanalysis. Moreover, nearly all the non-trend interannual masschanges and most seasonal mass changes can be explained by the total net radiation energy data. The massloss trends could be partly related to a heat effect due to increased net rainfall in Tianshan Mountains, QilianMountains, Nyainqentanglha Mountains and Eastern Himalayas. Our new results for the glacier mass changein this study could help improve the understanding of glacier variation in the HMA area and contribute tothe study of global change. They could also serve the utilization of water resources there and in neighboringareas.     

南方酸化红壤钾素淋溶对施石灰的响应

为探究石灰施用的长期和短期效应对酸化红壤钾素的影响，依托始于1990年的国家红壤肥力与肥料效益监测长期定位试验，选取化肥氮磷配施(NP)、氮磷钾配施(NPK)、氮磷钾配施+半量秸秆还田(NPKS)及其增加常量石灰（NPL、NPKL、NPKSL）6个处理。室内土柱淋溶试验设置0 L、0.5 L、1 L和1.5 L石灰施用量，监测田间和淋溶后0 ~ 50 cm土层速效钾和缓效钾含量、pH及淋溶液中钾离子（K⁺）含量的变化。结果表明：1）施用石灰4年后，与NPKS、NPK、NP相比，各处理均增加了相应土层的缓效钾含量；NPKSL和NPL处理分别增加了0 ~ 40 cm和0~10 cm速效钾含量，增幅分别为2.06 % ~ 36.39 %和27.26 %。2）石灰施用量相同，各处理土壤累积K⁺淋溶量由大到小依次为NPKS处理、NPK处理和NP处理。施用石灰减少了NPKS和NPK处理淋溶液中累积K⁺含量，降幅为18.10 % ~ 57.70 %，且K⁺淋溶率也下降。3）施石灰提高了表层土壤pH；土壤中钾素盈余情况下，石灰当季施用量每增加1 000 kg·hm^-2，K⁺淋溶损失率降低11.7%；施用石灰和施肥是显著影响平均淋溶K⁺量和K⁺累积淋溶量的主效应。可见，施用石灰的短期和长期效应均能提高表层土壤pH；减少速效钾在剖面的运移，增加剖面下层缓效钾的含量；土壤淋溶K⁺量、累积K⁺淋溶量和K⁺淋溶率均随土壤中速效钾含量的增加而增加，随施用石灰而降低。合理的石灰用量能够有效降低酸化红壤K⁺淋溶损失风险。     

中国三大自然区域紫花苜蓿土壤速效钾丰缺指标和推荐施钾量

为给内蒙古高原区、黄土高原区和西北荒漠绿洲区紫花苜蓿测土施肥奠定科学基础,采用零散实验数据整合法以及养分平衡-地力差减法,开展了三大自然区域紫花苜蓿土壤速效钾丰缺指标和推荐施钾量研究。结果表明,内蒙古高原区紫花苜蓿土壤速效钾第1~4级指标依次为≥342mg/kg、89~342mg/kg、24~89mg/kg和<24mg/kg,黄土高原区第1~6级指标依次为≥171mg/kg、96~171mg/kg、54~96mg/kg、30~54mg/kg、17~30mg/kg和<17mg/kg,西北荒漠绿洲区第1~4级指标依次为≥303mg/kg、140~303mg/kg、65~140mg/kg和<65mg/kg;当目标产量9~27t/hm²、钾肥利用率50%时,第1~6级土壤的推荐施钾量分别为0、54~162kg/hm²、108~324kg/hm²、162~486kg/hm²、216~648kg/hm²和270~810kg/hm²。     

施用氮钾肥对大葱产量和经济效益的影响

为了明确氮、钾肥对大葱产量和经济效益的影响,开展了多年施用不同数量的氮、钾肥对大葱产量和经济效益的影响试验。结果表明,增施钾肥对大葱生长发育有明显的促进作用,并能显著提高产量。白庙和黄岭地区试验在氮肥(纯N)水平为225、300 kg/hm~2时,大葱经济产量分别增加11.9%～16.8%和13.2%～21.1%,平均分别增长13.9%、16.7%,大葱产量均随钾肥施用量的加大而提高。在氮肥低用量条件下,适当增加氮肥施用量,也能有效提高大葱的经济产量,不同钾肥(K2O)用量下施氮肥大葱可增产9.9%～14.8%,平均增产12.5%;其中,白庙地区大葱产值增收26 160～41 900元/hm~2,产投比为20.22～43.21。     

水泵水轮机泵工况轴向力特性分析与改善

水泵水轮机是抽水蓄能电站的核心部件,水泵水轮机的轴向力特性对其运行稳定性与安全性具有主要影响。作为一种典型的立式机组,为防止抬机事故的发生,机组转轮部分需要具有向下的轴向力,但在泵工况下,该轴向力容易过大,并可能引起机组下沉。采用计算流体动力学方法,研究分析抽水蓄能水泵水轮机泵工况不同流量与活动导叶开度下的轴向力特性。研究结果表明,在泵小流量、小导叶开度、高扬程的工况下,向下的轴向力较大;采用对称布置的均压管路连接转轮上冠腔体与尾水管,轴向力变为轻微向上,扬程与水力效率无显著变化,有效解决了机组泵工况向下轴向力较大的问题,机组运行的安全性与稳定性得到了显著提高。     

退化草原恢复中草原植物群落特征的变化

【目的】分析实施禁牧和草畜平衡后的退化草原植被群落特征,研究退化草原生态环境恢复情况,为乌鲁木齐市退化草地的恢复重建提供科学指导。【方法】选取乌鲁木齐市实施禁牧和草畜平衡的天然草地为对象,对不同恢复年限禁牧区和草畜平衡区的植被长势变化及植物群落平均高度、盖度和地上生物量等进行实地调查和分析,研究退化草地在恢复过程中植物群落特征的变化。【结果】(1)实施草原补奖政策后,恢复5 a后较恢复1 a,恢复8 a较恢复5 a草原植物长势明显变好。(2)禁牧区不同草地类型的植被盖度、高度和生物量随恢复时间的延长呈上升趋势,草畜平衡区不同草地类呈现先升高后降低的趋势,在恢复8 a时出现下降趋势,这可能与2018年乌鲁木齐市降雨量较低有关。【结论】通过实施禁牧和草畜平衡,乌鲁木齐市草地退化的现象得到了一定程度的遏制和改善,在政策实施8 a后草地植被恢复较好,但不同草地类型的变化有所差异,需继续加强草地资源监测。     

用于作物表型信息边缘计算采集的认知无线传感器网络分簇路由算法

随着无线终端数量的快速增长和多媒体图像等高带宽传输业务需求的增加，农业物联网相关领域可预见地会出现无线频谱资源紧缺问题。针对基于传统物联网的作物表型信息采集系统中存在由于节点密集部署导致数据传输过程容易出现频谱竞争、数据拥堵的现象以及固定电池的网络由于能耗不均衡引起监测周期缩减等诸多问题，本研究建立了一个认知无线传感器网络（CRSN）作物表型信息采集模型，并针对模型提出一种引入边缘计算机制的动态频谱和能耗均衡（DSEB）的事件驱动分簇路由算法。算法包括：（1）动态频谱感知分簇，采用层次聚类算法结合频谱感知获取的可用信道、节点间的距离、剩余能量和邻居节点度为相似度对被监控区域内的节点进行聚类分簇并选取簇头，构建分簇拓扑的过程对各分簇大小的均衡性引入奖励和惩罚因子，提升网络各分簇平均频谱利用率；（2）融入边缘计算的事件触发数据路由，根据构建的分簇拓扑结构，将待检测各区域变化异常表型信息触发事件以簇内汇聚和簇间中继交替迭代方式转发至汇聚节点，簇内汇聚包括直传和簇内中继，簇间中继包括主网关节点和次网关节点-主网关节点两种情况；（3）基于频谱变化和通信服务质量（QoS）的自适应重新分簇：基于主用户行为变化引起的可用信道改变，或分簇效果不佳对通信服务质量产生的干扰，触发CRSN进行自适应重新分簇。此外，本研究还提出了一种新的能耗均衡策略去能量消耗中心化（假设sink为中心），即在网关或簇头节点选取计算式中引入与节点到sink的距离成正比的权重系数。算法仿真结果表明，与采用K-medoid分簇和能量感知的事件驱动分簇(ERP)路由方案相比，在CRSN节点数为定值的前提下，基于DSEB的分簇路由算法在网络生存期与能效等方面均具有一定的改进；在主用户节点数为定值时，所提算法比其它两种算法具有更高频谱利用率。     

宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性

为探讨沙棘内生菌提取物作为生物刺激素对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响，于沙棘内生菌宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）中提取了生物刺激素PVE（Paecilomyces variotii extracts），并经液相色谱对PVE的活性物质进行了富集纯化。通过水稻液培试验，设无盐（CK）、添加NaCl（NS）、添加PVE和NaCl（PN1）、添加PVE纯化物和NaCl（PN2）4个处理，研究生物刺激素对水稻的耐盐效应。结果表明，施用生物刺激素能够缓解盐胁迫对水稻生长造成的严重抑制。PN1、PN2处理较NS处理提高了叶片与根系的干质量，减少了植株体内的水分流失，增加了根系的直径和吸收面积，但根长相较于CK处理无显著差异；PN2处理叶片鲜质量、叶片含水量、根系含水量较PN1处理分别增加了12.44%、1.13%和0.42%。与NS处理相比，PN1和PN2处理叶片光合速率分别提高了34.08%和40.82%，蒸腾速率分别提高了23.90%和18.86%，PN1和PN2处理还显著提高了叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，使丙二醛（MDA）含量分别降低了28.36%和20.97%。PN2处理叶片和根系中的Na⁺含量较NS处理分别降低了36.31%和10.85%，从而降低了Na⁺/K⁺，保证了植株体内的离子平衡。研究表明，PVE及PVE纯化物在极低的浓度下具有较高的生理活性，并通过减少水分流失、促进根系生长、提高光合速率来减轻氧化损伤，同时以降低Na⁺流入的方式缓解盐胁迫对水稻幼苗的影响。     

典型乌龙茶产区氮素平衡状况及减排潜力研究

为探讨典型乌龙茶产区氮素平衡状况及温室气体减排潜力，基于2015-2017年在福建省安溪县和武夷山市茶园开展的355户农户调研数据和207个土壤数据，采用Boundary line方法，分析了典型乌龙茶产区的氮肥施用特征、氮素平衡状况以及温室气体减排潜力。结果表明：安溪县茶园平均氮肥投入量509.4 kg·hm^-2，主要来源于复合肥和尿素，全年氮盈余量479.1 kg·hm^-2；武夷山市茶园平均氮肥投入量218.1 kg·hm^-2，主要来源于复合肥，全年氮盈余量189.8 kg·hm^-2；氮素投入与氮养分盈余量之间具有极显著的正相关关系；随着氮素盈余量的增加，土壤全氮含量也随之增加，并且安溪茶园的土壤全氮含量比武夷山茶园更高；基于Boundary line方法，安溪县和武夷山市茶园的氮肥优化用量分别为411.3 kg·hm^-2和157.7 kg·hm^-2；通过优化氮肥投入和管理水平可分别实现安溪县和武夷山市茶园温室气体减排62.0%和68.0%。在安溪县和武夷山市乌龙茶产区中，氮肥施用严重过量，导致氮素盈余量和温室气体排放量较高，应通过优化氮肥用量达到减少氮素过量盈余和降低茶园温室气体排放的目的。