江苏省4类主要秸秆和畜禽粪便空间分布及综合利用潜力研究

为明晰江苏省农业废弃物资源分布格局并进行利用潜力评估,推进农业废弃物资源化利用,助力农业全面绿色转型,本研究借助GIS构建数据批处理模型,测算各区县水稻、小麦、玉米和油菜4种作物的秸秆和猪、牛、羊、家禽4种畜禽的粪便产生量,及其在肥料化、能源化方面的利用潜力理论值,并结合热点分析结果为江苏省农业废弃物综合利用提供政策建议。结果表明：2020年江苏省4种主要作物秸秆可收集总量高达3 972.00万t,以水稻和小麦秸秆为主,集中分布在江苏北部和中部。分析其肥料化利用潜力,理论上相当于1 511.89万t有机碳、12.04万t N、1.59万t P、24.49万t K,能源化理论上相当于1 617.52万t标准煤或6.5×10⁹m³沼气;江苏省4种主要畜禽粪便产生总量为4 560.77万t,家禽粪便与猪粪最多,主要分布在东部边界和西北部地区。分析其肥料化利用潜力,理论计算相当于737.00万t有机碳、31.15万t N、29.86万t P和26.89万t K,能源化利用可折算成1 036.95万t标准煤或4.9×10⁹m     

不同氮肥形态对李氏禾铬富集能力的影响

为了优化李氏禾（Leersia hexandra Swartz）铬修复时的施氮效率,通过盆栽试验,研究了5种氮肥形态（硝酸钙、尿素、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵）对李氏禾铬修复性能、生长指标和根系指标的影响。结果表明：与对照（不施氮肥）相比,施加的5种形态氮肥均促进了李氏禾生长,提高了根系活力,改变了根系形态特征,有利于提高李氏禾铬含量、铬累积量、富集系数和土壤铬去除率。施加硫酸铵的李氏禾生物量和根平均直径最大,分别为对照的5.54倍和1.51倍,其根系活力比对照增加108%;施加硝酸铵的李氏禾总根表面积和总根体积最大,分别为对照的2.17倍和1.99倍（P<0.05）。相关性分析结果表明,李氏禾的生物量、根平均直径、总根表面积、总根体积和根系活力均与土壤铬修复效率有关。其中,施加硫酸铵处理的富集系数和土壤铬去除率最高,分别为对照的1.45倍和5.56倍。研究表明,施加硫酸铵比其他氮肥形态更有利于提高李氏禾铬污染土壤修复效率。     

玉米秸秆水热生物炭施用对土壤重金属Cd生物有效性和微生物群落的影响

为了探究玉米秸秆水热生物炭（简称水热炭）施用对镉（Cd）污染土壤的修复效果及作用机制,通过盆栽试验,分析了不同水热炭在不同添加率下（1%和 3%）对土壤 Cd生物有效性和作物吸收的影响,并探究了不同条件下的微生物群落结构。结果表明：与对照相比,水热炭施用显著提高了土壤有机质和溶解性有机碳含量,土壤中二乙烯三胺五乙酸提取的Cd（DTPA-Cd）和油菜叶片 Cd含量分别降低了 5.01%~20.98%和 10.82%~34.16%。提高水热温度和水热炭添加率有助于降低土壤 DTPA-Cd含量。此外,施用水热炭显著增强了根际土壤细菌的多样性和丰度,且明显改变了微生物群落结构。与对照组相比,施用水热炭显著降低了根际土壤中Actinobacteriota的相对丰度,提高了Proteobacteria和Bacteroidota的相对丰度。冗余分析表明土壤溶解性有机碳含量是影响根际土壤细菌群落结构的关键因素。因此,水热炭对重金属污染土壤有很大的修复潜力,但其对土壤重金属的长期效应有待进一步研究。     

60多年来车尔臣河流域主要水文要素特征分析

开展河流主要水文要素变化特征分析,可为不同来水情景下水资源配置（农业需水量计算、山区水库调蓄计算、水利工程规划布局、水资源优化利用等）提供理论依据。以新疆车尔臣河为例,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析等方法对主要水文要素变化特征进行了分析。车尔臣河径流系列变差系数（Cv）为0.34,偏差系数（Cs）为1.14,径流年际变化相对稳定;1957—2021年间径流整体呈显著增加趋势,其中1957—2003年处于上升、下降的波动状态,在2003年后径流整体呈增加趋势,且在2008年发生突变;径流过程存在 11 a和 19 a的显著主周期,在主周期内还存在 7 a和 11 a的小周期;基于距平百分率法得到丰水年来水为6.630亿m³,平水年来水量为5.319亿m³,枯水年来水量为4.820亿m³;流域降水呈现显著上升趋势,气温呈先下降后上升波动,整体呈上升趋势。研究表明,1957—2021年,在车尔臣河流域,径流年际变化相对稳定,整体呈显著增加趋势,过程存在11 a和19 a的显著主周期,降水呈波动上升趋势,气温也呈增加趋势,在未来水资源配置规划时应重点关注以上特征。     

漏缝地板发酵床对育肥羊养殖气体排放的影响及微生物学机理

为明确漏缝地板发酵床对育肥羊养殖过程氨(NH₃)和温室气体排放特征的影响机制,本研究设置地面和漏缝地板发酵床两个试验处理,测定分析了育肥羊养殖过程NH₃、氧化亚氮(N₂O)、二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的排放特征,并采用宏基因组学解析了影响上述气体排放的微生物学机理。试验结果表明,与地面相比,漏缝地板发酵床能够显著降低育肥羊养殖过程的NH₃排放(P<0.05),其NH₃排放速率为21.64～58.92 mg·m^-2·h^-1,NH₃累积排放量为86.36±1.06 g·m^-2,减排率达58.60%。漏缝地板发酵床同样也能显著降低育肥羊养殖过程的CH₄排放速率(P<0.05),其CH₄累积排放量为26.66 g·m^-2,减排率可达64.42%。然而,漏缝地板发酵床会使得...     

磷指数模型在美国的应用和发展

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点源磷的流失风险关键区,成为面源污染亟待解决的关键问题。磷指数模型起源于20世纪90年代,是评估农田磷流失潜力和指导磷管理决策的重要工具之一。根据研究区特点,美国众多学者在各州设立了不同的磷指数指标体系,优化了磷指数的组成因子、计算方法和分级标准。本文对美国各州磷指数模型评价体系进行了综述和评价,指出了磷指数模型的局限性,提出了改进方向,以期为我国磷素管理方法提供借鉴。     

基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%,用肥量减少7.3%,排液比降低7.9%,排液EC值降低9.3%;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%,用肥量减少20.0%,排液比降低17.9%,排液EC值降低4.9%。栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05）,但株高增加4.8%;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室（1.22 hm²）相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。     

基于CNN-Transformer的农作物病虫害知识问答意图识别与槽位填充联合模型

意图识别与槽位填充是农作物病虫害知识问答中问题理解的两个重要任务。在已有面向农业领域的研究中,上述任务仍被视为两个完全独立的子任务,并且未充分利用意图识别与槽位填充的语义信息。为此,该研究提出一种基于CNN-Transformer的意图识别与槽位填充联合模型（CDPCT-IDSF）。该模型根据农作物病虫害文本语义复杂设计CNN网络与多层Transformer结合强调局部的有用信息以缓解语义缺失问题;然后在Transformer解码器中引入对齐保证输入与输出一对一关系以提高识别正确槽位标签的能力。此外,进一步构建了包含20个意图类别、12个槽位类别和11242条标注样本的农业病虫害知识问答数据集进行对比试验,CDPCT-IDSF模型在该语料库上的槽位填充F1值为94.36%,意图识别精度为92.99%,整体识别精度为87.23%,优于其他对比模型,结果证明了所提模型在农作物病虫害意图识别与槽位填充任务上的有效性,可为面向农作物病虫害的知识问答研究提供理论支撑。     

设施园艺电驱移动平台轮毂电机设计及其磁-热耦合性能

针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性。考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型。与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了5.33%,验证了模型的正确性。利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0～20 A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系。试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450～900 r/min、转矩300～600 N·m时,电机效率高达93.2%。研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路。     

纳米纤维素水凝胶的制备与表征及其对猪肉的保鲜作用

水凝胶因具有低毒性、高生物相容性和可降解性而常用于食品保鲜,但其机械性能和抗疲劳性有待提高。为了探究大豆种皮纳米纤维素对水凝胶机械性能和抗疲劳性的影响,并提高水凝胶的综合机械性能。因此,本研究通过-20 ℃低温循环冷冻-解冻法制备具有可拉伸、强韧、抗疲劳的聚乙烯醇/海藻酸钠/纳米纤维素水凝胶,探究水凝胶对猪肉货架期的影响。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X-射线衍射仪、热重仪和质构仪测定了水凝胶的理化性质和机械性能。研究结果表明,水凝胶内部单体之间以氢键和酯键交联,内部呈现多孔结构,断裂伸长率为230%、压缩强度为70 kPa、拉伸强度为17 kPa,经过多次循环拉伸仍具有良好的机械性能和较高的抗疲劳性。猪肉保鲜试验表明,水凝胶维持了猪肉色泽的稳定性,防止内部水分流失,并且将猪肉的保质期延长至10 d。因此,该水凝胶可用于食品包装以延长冷藏肉制品的保质期。同时,本研究为构建一种可拉伸、强韧、抗疲劳的多功能水凝胶提供了一种新的视角。