添加矿物质对猪粪好氧堆肥中有机物降解的影响

为了探讨添加矿物材料对猪粪堆肥过程中有机物动态变化的影响,通过好氧堆肥的方式向猪粪和玉米秸秆粉混合物料中添加干质量分数为2.5%的粉煤灰、膨润土和风化煤等矿物质,用化学分析和红外光谱技术相结合的方法,对90 d好氧高温堆肥过程中有机质的动态变化特征进行了研究。结果表明:添加粉煤灰、风化煤或膨润土对猪粪堆肥的堆体温度变化均无明显影响,堆体温度能迅速升至近70℃,并维持在55℃以上超过7 d,达到高温堆肥的温度要求;随着堆肥时间的延长,各处理中总有机碳(TOC)和水溶性有机碳(WSC)含量均呈现出逐渐降低最后趋于相对稳定的趋势,但添加粉煤灰、风化煤和膨润土处理,能促进有机质的降解,促进能力依次为粉煤灰、膨润土、风化煤;添加粉煤灰、风化煤和膨润土等矿物质有利于猪粪堆肥的腐殖化过程进行,堆肥过程的雪里蕻种子萌发指数(GI)与WSC显著负相关、GI与胡敏酸的百分比(PHA)和腐殖酸聚合度(DP)显著正相关;红外光谱数据显示,在好氧堆肥过程中,含有—OH、—CH3和—CH2基团的化合物相对减少,而含有—CO、C—O—C、—COO基团和含芳香环类物质的含量逐渐增加,堆肥有机质降解可持续至60 d以后;添加粉煤灰、风化煤和膨润土会影响堆肥初期GI增加,但经过90 d好氧堆肥后,雪里蕻种子的GI均能大于0.5,所有堆肥处理均基本达到腐熟水平。     

鸡粪工厂化堆肥过程中有机质含量预测模型

以148份肉鸡粪和菊花渣工厂化高温堆肥过程样品为研究对象,分别探讨了基于基本理化指标和近红外光谱预测鸡粪堆肥过程中有机质含量的可行性.根据样品中干物质含量、pH值和电导率3种理化指标与有机质含量的相关关系建立了基于理化指标预测有机质含量的一元和二元线性回归模型.结果表明,利用干物质含量预测有机质含量简便、易行且最具实际应用价值(R~2=0.81, P<0.001).采用多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘回归3种定量分析方法分别建立了鸡粪堆肥过程有机质含量的近红外预测模型.其中,主成分回归和偏最小二乘定量分析方法所得预测模型的验证决定系数(r~2)均为0.95,验证相对分析误差(RPD)均大于4.0,所建模型的预测精度较高,可用于实际检测工作.     

基于激光诱导荧光高光谱技术无损检测脐橙表面敌敌畏残留

常规化学方法检测农药残留不仅对样品具有破坏性,而且费时费力。本文以激光诱导荧光结合高光谱图像技术为手段,对脐橙表面的敌敌畏农药残留进行光谱无损检测;实验方法是在脐橙表面,喷施用自来水配制的不同浓度的敌敌畏农药溶液,在实验室条件下风干后,采集激光诱导荧光高光谱图像,再用气相色谱法检测脐橙表面的农药残留量,应用偏最小二乘(Partial least squares,PLS)方法建立农药残留的预测模型,并找出最佳光谱区间,然后应用支持向量机(Support vectormachine,SVM)方法在最佳光谱区间的基础上建立农药残留的预测模型;所建模型结果其预测集样品的农药残留量实测值(0.4862~10.3791mg/kg)和预测值之间的相关系数为0.8101;实验结果说明,以激光诱导荧光结合高光谱技术为手段的无损检测技术,在检测脐橙农药残留方面是有可行性的。     

花生油中黄曲霉毒素B1含量的荧光光谱表征

花生油在生产过程中极易受到黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1, AFB1)的污染。针对AFB1的传统检测方法操作繁琐、时效性差等问题,利用荧光光谱技术快速检测花生油中AFB1含量。首先通过三维荧光光谱确定最佳激发波长,使用K-means和自组织映射(Self organizing map, SOM)聚类算法对花生油中AFB1含量进行超标与否的定性鉴别,准确率均达95%以上;其次使用2种预处理算法和2种降维算法,选出竞争自适应重加权采样(Competitive adaptive reweighted sampling, CARS)为最佳的波长选择方法;随后将回声状态网络(Echo state network, ESN)用于AFB1的定量建模,同时与其他模型作比较,结果显示CARS-ESN模型获得了最佳AFB1含量预测效果;最后将麻雀搜索算法(Sparrow search algorithm, SSA)用于对ESN参数进行寻优,最终预测集决定系数达0.984,均方根误差达2.13μg/kg。结果表明了荧光光谱技术结合ESN预测花生油中AFB1含量的可行性,为在线检测食用油中真菌毒素含...     

采用表面增强拉曼光谱技术快速检测脐橙果皮中抑霉唑残留

由于采后处理过程中脐橙保鲜剂抑霉唑易通过果皮渗进果肉中残留,不慎食用后会对人体产生危害。因此,本研究探索一种基于表面增强拉曼光谱技术（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS）的脐橙果皮中抑霉唑残留的快速检测方法。首先对SERS检测条件进行优化,分别确定了最优的检测条件为反应时间2 min,金胶加入量400 μL,NaBr作为电解质溶液且加入量为25 μL。基于以上最优检测条件,以自适应迭代惩罚最小二乘法（Adaptive Iterative Reweighted Penalized Least Squares,air PLS）、air PLS+归一化、air PLS+基线校正、air PLS+一阶导数、air PLS+标准正态变量（Standard Normal Distribution,SNV）和air PLS+多元散射校正（Multiplicative Scatter Correction,MSC）处理后的6组光谱数据为研究对象,分别采用这6种光谱预处理法建立支持向量回归（Support Vector Regression,SVR）模型并对预测性能进行比较后发现,air PLS方法所建立模型的预测集相关系数（Coefficient of the Determinant for the Prediction Set,R_P）最大,预测集均方根误差（Root-Mean-Square Error of Prediction,RMSEP）最小。对光谱数据进行主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）特征提取,选择前7个主成分得分作为SVR预测模型的输入值。采用SVR、多元线性回归（Multiple Linear Regression,MLR）和偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）三种建模方法分析比较其对应的预测性能,其中SVR模型的预测集R_P可高达0.9156,预测集RMSEP为4.8407 mg/kg,相对标准偏差（Relative Standard Deviation,RPD）为2.3103,表明基于SVR算法对脐橙表面抑霉唑残留的预测值越接近实测值,越能有效提高模型预测准确性。试验结果表明,利用SERS结合PCA及SVR建模,可实现对脐橙果皮中抑霉唑残留的快速检测。     

耕地土壤有机质空间变异性的随机模拟

有机质是土壤重要的肥力特征,研究盐渍土改良区耕地土壤有机质空间变异特征可为土壤质量提升提供科学依据。以山东省禹城市盐渍土改良区典型地块耕地土壤有机质为研究对象,在全面野外调查和室内化验分析以获得大量的土壤有机质相关信息的基础上,运用地统计学方法对有机质进行了序贯高斯模拟各次实现（SGSV）、序贯高斯模拟平均实现（SGSA）和ordinary Kriging插值（OK）,并将SGSV、SGSA、OK与实测数据进行了统计参数、变异函数、空间分布趋势等方面进行了对比分析。结果表明OK、SGSA改变了有机质数据的空间结构,具有“平滑”效应,SGSA在消除平滑影响方面优于Kriging插值;SGSV具有与实测数据相同的空间自相关结构,对预测点的模拟值具有不确定性,为揭示研究区域土壤有机质的空间结构特征提供了有力的工具,对盐渍土改良区土壤有机质空间不确定性的风险研究具有更实际的意义。     

基于机器学习算法的土壤有机质 质量比估算

为快速高效地估测干旱、半干旱地区土壤有机质(soil organic matter, SOM)质量比,提出了一种结合竞争适应重加权法(CARS)和随机森林(RF)的估测模型.以内陆干旱区艾比湖流域为研究区,测定土壤高光谱反射率和SOM质量比,经预处理后,利用CARS对原始光谱(R)、一阶导数(R′)、吸光度(log(1/R))及吸光度一阶导数［log(1/R)］′4种光谱变量的可见-近红外光谱进行筛选,并结合RF算法,建立全谱段RF模型与CARS-RF模型.结果表明,基于CARS方法对光谱进行变量筛选后,得出4种光谱变量的优选变量集个数分别为35,26,34和121;在4种光谱变量中,R′和［log(1/R)］′的SOM估测模型精度较高,以［log(1/R)］′为基础数据获得的模型精度最高;CARS-RF模型精度优于全谱段RF模型,模型验证集决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)、相对分析误差(RPD)分别为0.881,6.438 g/kg和2.177.该研究在预处理的基础上通过变量优选,应用较少的变量个数获得较高的估测精度,为干旱、半干旱区SOM高光谱估测提供了适宜高效的方法.     

稻田垄作免耕对土壤团聚体和有机质的影响

该文以1990年建立的耕作制定位试验田紫色水稻土为研究对象,分析了冬水田（FPF）、水旱轮作（CR）和垄作免耕（RNT）3种耕作方式对土壤团聚体组成和有机质的影响。结果表明,垄作免耕减少了对土壤大团聚体的破坏,在0～10 cm土层,垄作免耕大团聚体含量分别是冬水田和水旱轮作的1.48和1.32倍,微团聚体含量则显著降低;在 ＞10～20 cm土层有相同的趋势。3种耕作条件下,有机碳和氮在团聚体中的分布模式类似,均有向大团聚体富集的趋势,但垄作免耕条件下土壤有机碳和氮质量分数显著高于冬水田和水旱轮作。对土壤颗粒有机质（POM）的分析结果表明,垄作免耕0～10 cm土层轻质组分（LF）的质量分数（1.92 g/kg）与水旱轮作（1.70 g/kg）差异不显著,但显著高于冬水田（1.42 g/kg）。冬水田、水旱轮作和垄作免耕的0～10 cm土层,团聚体内总颗粒有机质（total iPOM）质量分数分别为0.96,1.12,2.14 g/kg;垄作免耕土壤团聚体内细颗粒有机质（fine iPOM）分别为冬水田和水旱轮作土壤的3.02和2.46倍,占总POM差异的57%和66%。垄作免耕土壤团聚体内粗颗粒有机质（coarse iPOM）分别为冬水田和水旱轮作土壤的1.56和1.40倍,占总POM差异的18%和19%。在＞10～20 cm土层有相似的趋势,但在＞10～20 cm层土壤粗iPOM的差异对总POM差异的贡献较0～10 cm层大。垄作免耕减少了对大团聚体的破坏并促进微团聚体向大团聚体团聚;降低了团聚体的周转速率,促进了细iPOM的固定,利于紫色水稻土对碳的固定和积累。     

堆高对生活垃圾中15mm筛下物堆肥腐熟的影响

为了解小粒径生活垃圾的独立堆肥适宜性,并筛选最佳堆高,本文以北京市马家楼垃圾转运站筛分后的0～15 mm生活垃圾为研究对象,在南宫堆肥厂隧道发酵仓分别以2.5、2.0、1.5和1.0 m 4个堆高进行强制通风条件下密闭静态高温发酵对比试验。通过高温发酵（8 d）前后采样测定堆肥水浸提液的电导率（EC）、腐殖酸光学特性（E4/E6）、水溶性碳（WSC）质量分数、水溶性铵态氮（NH4+-N）质量分数和发芽率指数（GI）,堆肥固相碳氮比（C/N）和粪大肠菌值等腐熟度指标,并应用模糊评价法进行腐熟度评价。结果表明：0～15 mm粒径的生活垃圾可单独堆肥,且1.5和1.0 m 的2个堆体的腐熟程度最好,综合考虑后推荐在隧道发酵仓中采用1.5 m为最适宜堆高。     

基于RBF神经网络的土壤有机质空间变异研究方法

通过研究土壤性质的空间变异和空间插值方法,快速准确获取土壤性质的空间分布是精确农业和环境保护的基础。该文以四川眉山一块约40 km2的区域为试验区,采集表层土壤（0～20 cm）样点80个,利用径向基函数(RBF)神经网络建立空间坐标和邻近样点与土壤有机质间的非线性映射关系（RBF2）,模拟土壤有机质的空间分布。与普通克里法（OK）和仅以坐标为网络输入的神经网络方法（RBF1）相比,RBF2的插值精度有显著的提高;相同样点密度下其相对预测误差分别较OK和RBF1减小了9.87%、1.97%（样本A）和13.09%、2.36%（样本B）;即使样点数减半的情况下RBF2的相对预测误差也分别较OK和RBF1减小了10.23%和2.33%,并且插值图差异相对较小,可以更好地反映土壤有机质空间分布的异质性。因此,利用以坐标和邻近样点为输入的神经网络方法可以相对准确、快速地获取区域土壤性质空间分布的异质性信息。     

基于高光谱的区域土壤颗粒组成及有机质预测模型尺度转换

以内蒙古河套灌区3个尺度下1 024个样本的高光谱为模型输入,黏粒、粉粒、砂粒及有机质质量百分数为模型输出,通过多元回归、支持向量机及BP神经网络方法建立基于中尺度的反演模型,将其尺度上推至大尺度及下推至小尺度,并对其尺度转换的适用性进行评价.结果表明,基于中尺度建立的高光谱与土壤颗粒组成及有机质的反演模型均可以较好地应用于其他2个尺度:多元回归方法在其他2个尺度上的相关性为0.33~0.60,支持向量机方法为0.41~0.52,BP神经网络方法为0.52~0.72,其中BP神经网络方法建立的模型在其他2个尺度上具有更好的适用性;不同参数中,黏粒、粉粒、砂粒及有机质的相关系数分别为0.44~0.62,0.37~0.72,0.42~0.72及0.33~0.56,即颗粒组成的效果整体好于有机质质量百分数.     

Ameliorating water repellency under turfgrass of contrasting soil organic matter content: Effect of wetting agent formulation and application frequency

Water conservation strategies are being developed in regions of the world expected to experience decreases in water resources due to changing climates. Strategies advocated for improving water-use efficiency may increase the incidence of soil water repellency in sandy-textured soils. We evaluated the effect of soil wetting agent formulation, and application frequency, on water repellency in sandy soil with two contrasting organic matter (OM) contents under kikuyugrass [Pennisetum clandestinum (Holst. Ex Chiov)], and irrigated at 60% replacement of net evaporation in a climate subject to hot, dry summers. The randomized plot design included two turfgrass ages [established from 20 week (7.7% OM) or 20 year old (30% OM) turfgrass in 2005, the latter included a 50 mm ‘mat’ layer], two soil wetting agent formulations (granular or liquid); two application frequencies (one or two applications per irrigation season); and plots of both turfgrass ages that did not receive any wetting agent (nil control). Both wetting agent formulations contained the same active ingredient (propylene oxide-ethylene oxide block polymer), and all wetting agent treatments received the same rate (69 L active ingredient ha⁻¹). Water repellency in the surface soil (0-5 mm), measured using the molarity of ethanol droplet test (MED), ranged from 1.09 M to 4.32 M during the irrigation season, and was more severe in the soil with high OM (average MED, 3.3 M) than low OM content (average MED, 2.7 M). Applying one application of either granular or liquid soil wetting agent at the commencement of the irrigation season decreased the severity of soil water repellency by up to 30% in the high OM soil and by up to 60% in the low OM soil during the summer, and without the need for a second application. The decline in soil water repellency in response to soil wetting agent application was not matched by an increase in soil VWC in summer, and turfgrass quality was considered acceptable throughout the study. The soil wetting agents were less effective at treating water repellent sand containing a significant amount of OM than sand with low OM content.