连作植烟土壤酚酸类物质积累特征及其相互作用关系分析

为探明连作植烟土壤酚酸类物质积累特征及其相互作用关系,利用高效液相色谱外标法检测了同一植烟区域不同种植年限土壤(4、6、8、14和16年)浸提液中酚酸类物质的种类和含量,并基于曲线估计方法和逐步回归模型,探讨了酚酸类物质在连作条件下的积累特征及其相互作用关系。结果表明,8种酚酸在不同连作植烟土壤中被检出,且其中6种具有明显的积累趋势;曲线估计分析表明不同酚酸积累特征存在差异,其中间苯三酚、阔马酸、对羟基苯甲酸、香草酸和香兰素以增长曲线趋势积累,阿魏酸含量以幂函数趋势积累。相关性分析和逐步回归分析表明,间苯三酚和阿魏酸含量之间存在互相促进关系,阿魏酸对阔马酸含量具有促进作用,香草酸对对羟基苯甲酸含量具有促进作用,香兰素和苯甲酸分别对香草酸含量存在促进和抑制作用;香草酸和苯甲酸对香兰素含量有促进作用。综上所述,连作导致植烟土壤酚酸类物质积累,且积累特征存在差异;酚酸类物质间存在不同程度促进或抑制作用,其作用方式取决于酚酸种类。     

Soil nitrogen balance and nitrogen utilization of winter wheat affected by straw management and nitrogen application in the Yangtze river basin of China

Straw incorporation is a useful management practice in sustainable agricultural systems to improve soil fertility and to reduce air pollution from straw burning. A three-year field experiment was conducted under two rice straw managements and four nitrogen (N) application rates in Rugao, China during 2010–2013, to examine whether straw management practices integrated with fertilizer N applications affect crop yield, N balance and N use efficiency in the wheat season of rice-wheat cropping systems. The results showed that straw incorporation had positive effects on plant N uptake and grain yield. This may be attributed to the greater soil water content and lower amount of seasonal rainfall. However, straw incorporation resulted in lower soil inorganic N and more N surplus at the early growth stage. Grain yield had a significant relation with wheat N uptake from sowing to jointing and from jointing to anthesis with straw incorporation. Therefore, our results suggest that in adjusting the ratio of basal and topdressing N fertilizer, it is important for the supply of optimum N to the crop and to maintain grain production with straw incorporation.     

连作植烟土壤酚酸类物质变化特征及其与主要环境因子的Mantel Test分析

为明确酚酸类物质在连作植烟土壤中的变化特征,探讨土壤主要环境因子对酚酸类物质的影响,以不同连作年限（4 a,6 a,8 a,14 a和16 a）植烟土壤为对象,研究了不同连作年限植烟土壤酚酸类物质、理化性状、酶活性和细菌多样性的变化特征,并利用Mantel Test分析了酚酸类物质与土壤主要环境因子的相关性。结果表明,随连作年限增加,土壤酚酸类物质和速效钾含量升高,pH、有机质含量、细菌菌群丰度和多样性降低,水解性氮和有效磷含量呈先降低后升高趋势,酶活性呈先升高后降低趋势。Mantel Test分析表明,土壤酚酸类物质含量与理化性状、酶活性和细菌丰度显著相关,且与理化性状相关性最高;不同酚酸类物质含量与土壤主要环境因子相关性存在差异,其中,对羟基苯甲酸和阔马酸与植烟土壤理化性状、酶活性以及细菌丰度的相关性最高。因此,在本试验条件下,连作植烟土壤酚酸类物质具有明显积累特征,植烟土壤环境恶化;酚酸类物质积累受理化性状、酶活性和细菌多样性影响,且理化性状影响最大;不同酚酸类物质受主要土壤环境因子的影响存在差异,其中对羟基苯甲酸和阔马酸积累所受影响最大。     

针铁矿吸附态和包裹态有机碳在稻田土壤中的矿化及其激发效应

南方水稻土富含铁氧化物,土壤有机碳通过与铁氧化物结合的形式长期固存于土壤中;由于土壤中氧化铁和有机碳主要通过吸附、键和与包裹等形式存在,所以不同的碳铁复合物的稳定性存在一定的差异。尽管已有较多研究分析了土壤中有机碳与铁矿的结合与赋存形式,但是有机碳与铁矿间的结合方式对有机碳在水稻土中矿化及其激发效应的影响机制尚不明确。以葡萄糖为典型小分子外源有机碳,通过制备针铁矿吸附态葡萄糖和包裹态葡萄糖,采用室内模拟培养实验,研究了两种铁矿结合态葡萄糖在淹水水稻土中的矿化特征及其激发效应。结果表明：与单独添加葡萄糖处理相比,碳铁复合物的添加分别使CO2和13CO2释放量增加了0.39倍~0.53倍和0.87倍~1.07倍,却使CH4和13CH4释放量分别降低了0.44倍~0.59倍和0.25倍~0.44倍。相对于针铁矿吸附态葡萄糖,针铁矿包裹态葡萄糖显著抑制了CH4释放。而且,碳铁复合物的添加均在一定程度上促进了土壤原有有机碳矿化释放CO2,但抑制了来源于土壤原有有机碳的CH4释放。其中,针铁矿包裹态葡萄糖对来源于土壤原有有机碳的CH4释放量是针铁矿吸附态葡萄糖的1.33倍。针铁矿包裹态葡萄糖的快速矿化的碳库比例显著高于针铁矿吸附态葡萄糖,且其半衰期（T1/2）比针铁矿吸附态葡萄糖大10.85倍,其快库转化速率（k1）和慢库转化速率（k2）比铁矿吸附态葡萄糖的小10.74倍和19倍。其次,针铁矿包裹态葡萄糖对土壤有机质CO2累积激发效应表现为较弱的正激发(6.44 mg?kg-1),而对土壤有机质CH4累积激发效应则表现为负激发(-15.49 mg?kg-1),即针铁矿包裹态葡萄糖的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化(-9.05 mg?kg-1),从而增强了土壤有机碳的固持潜力。因此,不同结构碳铁复合物的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化,且针铁矿包裹态有机碳比针铁矿吸附态有机碳在水稻土中具有更强的稳定性和固碳效应。该研究结果也表明,水稻土中与铁氧化结合的小分子有机碳相对于游离态的有机碳,具有更强的生物稳定性,更低的矿化速率,而且能够抑制土壤有机碳的矿化,产生负激发效应,有利于增加土壤的长期固碳效应。     

地理加权回归模型结合高光谱反演盐生植物叶片盐离子含量

快速、无损地估算盐生植物叶片盐离子含量在植物生长监测、耐盐植物筛选和土壤盐渍化监测等方面有实用价值。该研究以新疆艾比湖保护区内盐生植物为研究对象,通过分析植物叶片盐离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))含量与冠层高光谱数据的光谱变换和二维植被指数(比值型植被指数(ratiovegetationindex,RVI)、差值型植被指数(difference vegetation index,DVI)、归一化型植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI))的相关性选取特征波段,构建基于地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR)的叶片盐离子含量估算模型,并与BP神经网络模型(back propagation neural network)进行对比,研究基于GWR模型估算干旱区盐生植物叶片盐离子的可行性。结果表明,选取特征波段集中表现在红及短波红外波段:K~+含量在反射率倒数的对数选取的红光区域内波段使用GWR估算效果最佳;Na~+的特征波段在光谱变换下集中于短波红外区域,二维植被指数集中在近红外、短波近红外及黄、橙、红区域,各种波段选取下GWR对Na~+的含量估算均有较好效果,但反射率对数的一阶估算效果最好;Ca~(2+)含量在反射率平方根的一阶微分下选取的短波红外波段通过GWR模型估算效果最好;Mg~(2+)含量在DVI选取的位于红光区域特征波段估算效果最佳,但使用GWR模型对Mg~(2+)的估算精度不及BP模型。分析基于GWR盐离子模型估算模型发现,含量较高的离子估算效果更好,K~+、Na~+的模型精度优于Ca~(2+)、Mg~(2+)。在使用GWR模型估算植物叶片盐离子含量时,特征波段均指向红及短波红外波段,符合植被光谱机理的响应。     

笼型异步磁力耦合器机械特性与试验

为有效解决目前机械传动系统中选用电机时功率裕度过大而普遍存在的能源利用效率较低问题,提出一种基于三相异步电机鼠笼转子的异步磁力耦合器(squirrel cage asynchronous magnetic coupler,SCAMC)。结合SCAMC具体结构特点,采用标量磁位法及二维场边界条件,建立气隙磁场数理模型;在气隙磁通密度中引入时间变量,推导出感生电流随时间变化的表达式;基于电流叠加性,将笼条电流折算到转子表面,并沿圆周方向对感生电流所形成的洛伦兹力进行积分,建立了SCAMC的电磁转矩模型。基于上述理论及技术基础,设计并制造出一台37 k W SCAMC样机,并对其机械特性进行理论计算、仿真验证及试验测试。结果表明:转差率相同时,所得的仿真及试验数据与理论计算值相比,误差不超过5%;SCAMC与同容量的三相异步电机相比,线性工作区更宽,过载能力更强,但其机械特性偏软,可有效缓解负载对电机的冲击。该研究可为磁力耦合器在大惯量、难启动及经常性过载机械设备中的应用提供参考。     

基于农户调查的江汉平原地区农村土地流转意愿研究及影响因素分析

农户是参与农地流转的主体之一,实现土地合理流转必须以尊重农民意愿为前提。以江汉平原为研究区,运用Logistic二元回归模型对研究区278户农户土地流转意愿的影响因素进行分析,得出以下结论:(1)研究区农户的土地流转意愿较低,流出土地的农户比例为17.99%,流入土地的农户比例为25.17%;(2)影响农户土地流出意愿的主要因素是农地收入功能、外出务工劳动比例和耕地面积,农地收入功能越高,外出务工人数越少,耕地面积越多,农户的土地流出意愿越强;(3)影响农户土地流入意愿的主要因素是户主文化水平、农地政策了解程度、是否具备耕种能力、农地收入功能、耕地质量和村集体经济状况,户主文化水平越高,对农地政策越了解,耕种能力越强,农地收入越高,农户的农地流入意愿越强,而耕地质量越高,村集体经济状况越好,农户的农地流入意愿越弱。     

残膜捡拾压缩车及其作业工艺设计与试验

为解决残膜回收时捡拾率低、机具集膜箱存储量小、机械化作业过程不连续等问题,研制了一种棉田残膜捡拾压缩车,该机主要由清杂机构、捡膜机构、脱膜输送机构、压缩机构等组成,可同时完成残膜杂质分离、残膜捡拾、脱膜输送和压缩作业.通过对样机关键作业部件的设计,确定了清杂辊、捡膜机构和脱膜输送装置的结构及工作参数,并分析了机具作业过程.样机分别在3种残膜分段回收工艺:搂集—捡压、秸秆还田—搂集—捡压、秸秆还田—捡压中进行试验,田间试验表明,机具作业速度在5~7 km/h,清杂辊转速为240 r/min,捡膜机构转速为90 r/min,脱膜辊转速为1000 r/min时,在回收工艺一搂膜距离≤40 m,回收工艺二搂膜距离≤60 m时,膜堆残膜捡拾率大于80%,清杂率大于78%;在回收工艺三中,棉杆残留根茬高度≤80 mm时,未集堆地表残膜捡拾率达到88.21%,机具缠膜率小于2%,机具可一次性捡拾压缩回收8 hm2田间残膜.     

下辽河平原典型地域耕地系统弹性时空分异特征

科学准确地刻画耕地系统弹性时空分异格局是制定耕地保护差别化管理制度的基本前提。为此,该研究以下辽河平原典型地域沈阳市为研究区,基于社会生态系统弹性思维的抵抗力-适应力-转型力视角,重构耕地系统弹性的科学内涵,探讨2009—2018年研究区耕地系统弹性时空分异特征及影响因素。结果表明:1)耕地系统弹性是由耕地系统的抵抗力、适应力和转型力共同作用的结果,分别发挥维持现状、治理弹性和优化弹性的作用;2)2013年为研究区耕地生产力发生突变的时间节点,突变后期研究区整体和各区县的耕地系统弹性均显著减弱,耕地系统适应力减弱是耕地系统弹性减弱的主要因素,其次为转型力和抵抗力;3)突变前后研究区耕地系统弹性整体均呈现出中部高,西北部低的空间分布格局,高高型集聚的耕地向西部和北部迁移,低低型集聚的耕地集中于南部;4)耕地系统弹性变化同时受人类活动和自然禀赋综合影响,农业建设活动和自然条件分别是研究区中南部和西北部的耕地系统弹性空间分异的主要原因。研究表明阐明耕地系统抵抗力、适应力和转型力之间的作用关系可为刻画耕地系统弹性的时空分异格局提供有效途径,据此构建差别化的耕地保护制度体系,为实现下辽河平原农业...     

Effect of Assessment Scale on Spatial and Temporal Variations in CH4, CO2, and N2O Fluxes in a Forested Wetland

Emissions of methane (CH₄), carbon dioxide (CO₂), and nitrous oxide (N₂O) from a forested watershed (160 ha) in South Carolina, USA, were estimated with a spatially explicit watershed-scale modeling framework that utilizes the spatial variations in physical and biogeochemical characteristics across watersheds. The target watershed (WS80) consisting of wetland (23%) and upland (77%) was divided into 675 grid cells, and each of the cells had unique combination of vegetation, hydrology, soil properties, and topography. Driven by local climate, topography, soil, and vegetation conditions, MIKE SHE was used to generate daily flows as well as water table depth for each grid cell across the watershed. Forest-DNDC was then run for each cell to calculate its biogeochemistry including daily fluxes of the three greenhouse gases (GHGs). The simulated daily average CH₄, CO₂ and N₂O flux from the watershed were 17.9 mg C, 1.3 g C and 0.7 mg N m⁻², respectively, during the period from 2003–2007. The average contributions of the wetlands to the CH₄, CO₂ and N₂O emissions were about 95%, 20% and 18%, respectively. The spatial and temporal variation in the modeled CH₄, CO₂ and N₂O fluxes were large, and closely related to hydrological conditions. To understand the impact of spatial heterogeneity in physical and biogeochemical characteristics of the target watershed on GHG emissions, we used Forest-DNDC in a coarse mode (field scale), in which the entire watershed was set as a single simulated unit, where all hydrological, biogeochemical, and biophysical conditions were considered uniform. The results from the field-scale model differed from those modeled with the watershed-scale model which considered the spatial differences in physical and biogeochemical characteristics of the catchment. This contrast demonstrates that the spatially averaged topographic or biophysical conditions which are inherent with field-scale simulations could mask “hot spots” or small source areas with inherently high GHGs flux rates. The spatial resolution in conjunction with coupled hydrological and biogeochemical models could play a crucial role in reducing uncertainty of modeled GHG emissions from wetland-involved watersheds.