磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制

红壤地区施入的磷肥很容易被吸附固定而留存于土壤中,降低磷肥利用效率,留存于土壤中的磷对土壤生态功能和作物养分供应的后续效应值得关注。基于旱地红壤长期施肥定位试验,探讨常规施肥处理（CK）以及短期施入不同磷肥量（P2O5,0、50、100、150和1 000 kg·hm-2）多年后土壤养分、土壤氮循环过程和作物产量的变化特征。通过多元统计分析方法探讨不同磷肥处理下,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳和氮转化过程的潜在速率以及产量等因子间的相互关系及其与磷的后期效应的关系。结果表明,在短期投入高剂量磷肥（1 000 kg·hm-2, P1000）27年后,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳与常规施肥处理相比无明显差异,但显著提高了土壤pH和氮循环相关过程速率,包括氮矿化速率（Nitrogen mineralization rate, Nmin）、固氮酶活性（Soil nitrogenase activity, SNA）、潜在硝化速率（Potential nitrification rate, PNR）（P < 0.05）,同时降低了净N2O排放潜能（Net N2O production rate, NN2O）（P < 0.05）。与不施磷（P0）和短期投入低剂量磷肥处理（50,100,150 kg·hm-2）相比,P1000处理中,土壤有效磷（AP）、氮矿化速率、固氮酶活性、潜在硝化速率和潜在N2O产生速率（PN2O）分别增加了33.3%～76.4%、88.2%～388.1%、111.4%～4 826.3%、22.6%～152.4%和13.8%～78.9%（P < 0.05）,同时净N2O排放潜能也降低了64.6%～78.9%（P < 0.05）,表现出明显的磷后效,且在作物生长季更为明显。相关分析和冗余分析表明AP和pH是影响以上土壤生物化学活性最主要的因子。近三年作物平均产量在所有处理中无显著差异,但与土壤TP、AP和pH呈显著正相关;但在长期尺度上（1992—2019年）,P1000处理相对于其他低磷处理累积增产效应达3%～23%。以上结果表明,酸性红壤中短期大量施用磷肥多年后,由于大量磷肥投入导致的土壤pH提升和磷的缓释效应,使得磷肥在促进土壤肥力、微生物活性和土壤氮循环转化活性方面表现出较明显的后期效应。     

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。     

小麦倒伏的雷达极化特征及其遥感监测

研究探索了雷达遥感大面积监测小麦倒伏状况的潜力。利用覆盖整个小麦生育期的5景时间序列Radarsat-2全极化影像数据,对比分析了倒伏小麦与正常小麦在不同时间、不同极化的雷达后向散射动态响应规律,发现雷达极化特征对小麦倒伏十分敏感,基于此提出利用雷达极化指数监测小麦倒伏的方法。并利用内蒙古额尔古纳市上库力农场春小麦抽穗灌浆期的实地调查数据,对提出方法进行验证,结果表明该方法能有效辨识和监测小麦倒伏。为大面积监测小麦倒伏提供了一种简单、快速、有效的手段。     

我国农田氮肥施用现状、问题及趋势

氮素在作物产量和品质形成中起着关键作用。本文综述了什么是合理施氮,包括施氮量、施氮方法和时期,也包括与有机肥和秸秆还田措施的配合等。指出我国农田氮肥施用的主要问题是施肥过程和施肥后的严重损失。依据农户调查所获得的田块尺度施氮量,与田间试验合理施氮量对比分析表明,过量施氮田块占总调查田块的大约33%。依据区域尺度单位播种面积平均施氮量,与作物平均推荐施氮量对比分析表明,全国过量施氮面积占播种面积20%、合理面积占70%、不足面积占10%。总体而言,过量施氮现象还相当普遍,特别是在蔬菜和果树等经济作物上。本文提出了一种估算国家尺度氮肥需求量的方法,可估算出全国合理需氮量范围,称之为氮肥需求量估算法。用三种不同方法估算的我国1980~2010年间的氮肥需求量与实际氮肥使用量比较表明,如仍然依照现在的粗放施肥习惯,应该为现在的实际氮肥使用量,5年平均为N 27.9×106t左右,正好处于合理需氮量范围的中线。在改善施肥技术基础上,我国2006~2010年间5年氮肥平均使用量应该在N 19.6×106t左右;用五种方法预测的我国未来氮肥需求量表明,如果改善施肥技术,我国2020、2030、2050年合理氮肥需求量分别为N 21.0×106t、21.7×106t、23.1×106t;如施肥技术得不到实质性改善,依然粗放施氮,则氮肥需求量应处于合理使用量范围的中线,分别为N 30.4×106t、31.4×106t、33.4×106t。进一步分析了我国粮食产量和氮肥施用量与美国和西欧的差异,我国农田有机肥和碳投入对增加土壤有机碳氮库的重要性。     

生物降解膜促进冬油菜养分吸收减少土壤硝态氮累积

针对普通地膜覆盖导致的农田环境污染和土地退化问题,通过2 a田间试验,从土壤有机质含量、硝态氮累积与分布、作物养分吸收和籽粒产量等层面出发,进行了普通地膜覆盖(PM)、生物降解地膜覆盖(JM)和露地(CK)栽培冬油菜的对比研究。结果表明,播种后60和150 d,JM处理的土壤有机质含量、土壤硝态氮的累积和分布与PM处理无显著差异;播种后240 d,JM处理的土壤有机质含量显著大于PM处理,土壤硝态氮的累积量显著小于PM处理,且PM处理土壤硝态氮的淋洗下移峰值更大。PM和JM处理冬油菜的产量及地上部各器官的氮、磷、钾吸收量均显著大于CK,且PM和JM无显著差异。与PM处理相比,JM处理在播种后240 d时土壤有机质质量分数提高7.0%,土壤硝态氮累积量减少34.1%。可见,PM处理在冬油菜生育后期过分消耗地力,且残留在土壤中的硝态氮含量较高。该研究从土壤营养和作物养分吸收利用方面为生物降解地膜应用于农业生产的可行性提供了理论依据。     

鱼稻共生条件下陶粒载体水稻浮床提高细菌活性及多样性

以轻质陶粒为主要原料开发出一种新型生物浮床载体,并通过种植水稻构建了陶粒载体水稻浮床对池塘水环境进行修复。研究了陶粒载体水稻浮床对精养池塘的水质净化作用,并采用Biolog-ECO技术分析了陶粒载体水稻浮床对池塘浮游细菌碳源代谢模式和多样性的影响。结果显示,试验组池塘水中总氮(TN)、总磷(TP)和亚硝态氮(NO2–-N)等水质指标在8月份显著低于对照组,高锰酸盐指数(IMn)在8月份和10月份显著低于对照组。试验组池塘浮游细菌群落代谢活性(AWCD)、Shannon指数和丰富度指数在8月份显著高于对照塘,Shannon均匀度指数在10月份显著高于对照塘。浮床种植水稻产量达到5 900 kg/hm~2。结果表明陶粒载体水稻浮床在具备一定生产性能基础上,降低了精养池塘水中氮磷营养水平,改变了精养池塘浮游细菌群落碳源利用模式,并提高了池塘浮游细菌群落代谢活性和功能多样性。结果可为应用陶粒载体水稻浮床调控池塘水环境提供理论指导。     

基于AHP和TOPSIS的污染场地修复技术筛选方法研究

污染场地作为潜在的污染源,多位于城市人口密集区,具有较大环境风险,且随我国城市产业结构的调整有逐年增加的趋势,引起国家的日益重视。目前国内外应用于污染场地修复的技术类型较多,采用科学的方法选择技术适用、经济可行和环境友好的修复技术具有重要意义。在分析了已有的污染场地修复技术筛选方法和解决多参数决策问题的方法及工具的基础上,提出了基于层次分析法（AHP）和逼近理想解的排序法（TOPSIS）的污染场地修复技术筛选决策流程,构建了污染场地修复技术筛选的指标体系,通过领域专家调查和AHP法获得修复技术筛选不同指标的权重,然后采用TOPSIS法对污染场地修复技术进行排序。利用该方法筛选与某案例污染场地的实际筛选结果接近一致。AHP和TOPSIS结合运用于解决复杂的多因素决策问题,既能克服AHP在不易定量化指标上的主观性,又能避免TOPSIS对指标权重的忽视,能够为土地拥有者或环境工作者解决实际修复技术筛选问题提供了有益的工具。     

基于机器视觉的红掌检测分级方法

中国盆花销售量随着消费水平的提高而迅速攀升,四大盆花之一的红掌在规模化生产中存在分级标准掌控不统一、分级结果不稳定以及效率低下等问题,制约了红掌产品的规模化生产,影响了红掌的出品质量。该研究提出基于机器视觉技术的红掌分级检测方法,对90株红掌的水平和竖直方向图像采集,经过二值化等处理,从侧视轮廓、俯视轮廓及佛焰苞轮廓特征三方面获取红掌植株的高度、冠幅、佛焰苞片数、苞片横径4项指标的信息, 针对每一项指标提出检测方法。试验结果表明,该方法对植株高度测量误差小于5.4 mm;针对植株冠幅提出了当量直径测量方法,佛焰苞片数测量正确率可达98.9%,苞片横径相对误差最大为6.52%。针对试验所选90盆红掌分级成功率达到97.8%。研究表明,利用机器视觉技术能够很好地实现对红掌盆花的在线检测分级。     

Degradability of atrazine, cyanazine, and dicamba in methanogenic enrichment culture microcosms using sediment from the Pearl River of Southern China

Degradation of three herbicides, atrazine, cyanazine and dicamba, was assessed in laboratory microcosms incubated under simulated methanogenic conditions using sediment from Pearl River of Southern China as an inoculum. Atrazine was much more resistant to degradation than cyanazine and dicamba over 300 days of incubation. Biodegradation of cyanazine and dicamba was further substantiated by establishment of enrichment transfer cultures in which the degradation of the respective herbicide was accelerated by the active microorganisms. Degradation of cyanazine initially involved the removal of chlorine and the two side chains, while that of dicamba was O-demethylation reaction forming 3,6-dichlorosalicyclic acid. Results suggest that biodegradation of xenobiotics can be established through enrichment culture transfer technique, and further mechanism of degradation and microorganisms involved can be elucidated.     

Properties of low-moisture viscoplastic materials consisting of oil droplets dispersed in a protein-carbohydrate-glycerol matrix: effect of oil concentration

The influence of oil concentration and baking on the properties of low-moisture composites consisting of oil droplets dispersed in a protein-carbohydrate-glycerol matrix was investigated. These composites were produced by blending canola oil, whey protein concentrate (WPC), corn syrup, and glycerol together using a high-speed mixer. The resulting system consisted of oil droplets dispersed in a polar matrix. Some composites were analyzed directly after preparation, while others were analyzed after being heated at 176 degrees C for 10 min to simulate baking. The "lightness" of the composites was greater before baking (higher L value), but the color was more intense after baking (higher a and b values). The lightness and color intensity of the composites decreased as the oil concentration increased, with the effects being more pronounced in the baked samples. The zeta potential of the oil droplets (measured after dilution at pH 6) was highly negative (approximately -40 mV), indicating that whey protein was adsorbed to the droplet surfaces. The mean particle diameter (measured after dilution at pH 6) increased appreciably after baking, which was attributed to droplet flocculation. The rheological properties of the unbaked and baked materials were characterized by squeezing flow viscometry, which showed that the measurements associated with consistency and yield stress increased with increasing oil concentration and with baking.