长期稻草还田对胡敏酸化学结构的影响——高级13C NMR研究

为了从分析技术上对胡敏酸的结构分异进行定量化研究,以湖南桃源地区的长期(1990—2011年)田间试验为平台,采用元素分析、稳定碳同位素分析和高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(Multiple cross-polarization/magic angle spinning,multi CP/MAS)定量测定技术结合选择性官能团测定的固态13C核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)方法,旨在利用系列技术阐明连续22年稻草还田对土壤胡敏酸化学结构的影响。结果表明,稻草还田后胡敏酸含量增加了78%,但元素组成没有发生显著变化,其分子饱和程度、氧化度和极性都与不施肥对照很接近。稻草还田土壤胡敏酸的δ~(13)C值低于对照,表明长期稻草还田提高了非极性物质来源的碳。定量multi CP/MAS NMR方法则证实稻草还田后主要提高了土壤胡敏酸的脂类、芳香族物质和木质素比例,而蛋白质、多肽和糖类物质的比例则有所降低,从而导致烷基/烷氧基比值及疏水性指数增大,表明其分解程度增加,疏水性特征更加明显。高级NMR技术进一步发现胡敏酸中有大量的质子化碳,稻草还田后质子化芳香碳比例增加,但质子化异头碳和烷氧基比例降低,而它们的非质子化碳相对稳定;δ113~93化学位移内除异头碳外还含有芳香碳,且稻草还田的芳香碳在此化学位移内的比例更高。可见稻草还田后土壤胡敏酸的量和结构均有所变化,高级测定技术对结构的刻画有助于了解长期稻草还田肥力的提升机制。     

稳定同位素在作物水分关系研究中的应用

作物水分研究是节水农业的重要内容.本文回顾了C、O、H稳定同位素在作物水分研究中的应用及进展,阐明了C稳定同位素技术在作物水分利用率研究中的应用,还介绍了O稳定同位素在作物CO2同化过程中和H稳定同位素在作物水源利用方面的研究.以期为我国农业水资源的持续充分利用研究提供参考.     

基于GPS和SMS技术的土壤养分水分速测系统的研究

为了满足精确施肥中对高密度、全面的农田土壤信息采集、数据无线传输和施肥决策的需要,本系统利用计算机技术和无线数传技术(SMS)对GPS、GIS和土壤养分水分速测系统进行有机集成.一方面通过AT891v55单片机,使差分GPS和土壤水分测定仪有机集成,实现土壤采样、水分测定、定位一体化;另一方面研制开发了集成针对石灰性褐土的速测值向常规值转换模型的土壤养分速测仪,并利用BENQ M22 SMS数传模块实现土壤养分速测系统与土壤养分管理决策系统的远程数据通讯和资源共享;同时利用Visual Basic和MapObjects控件集成GIS,实现具有空间属性的土壤养分数据可视化管理和分析处理.     

土壤水吸力空间分布规律的时间稳定性研究

该文分析了潘店乡(PDV,32km2)和封丘站(FQS,0.05km2)两个尺度下的土壤水吸力的时间稳定性,潘店乡布设39个测点,封丘站布设44个测点.每个测点埋设两根张力计,深度分别为20cm和40cm.PDV于2004年3月至5月共测定19次;FQS于2004年3月至7月共测定27次.研究结果表明:在这两个尺度下土壤水吸力都具有一定的时间稳定性,FQS明显优于PDV.灌溉对时间稳定性影响很大,土壤水吸力的稳定性在干湿交替时最差.PDV土壤水吸力的时间稳定性只在一个灌溉周期内存在,而FQS的时间稳定性可在整个灌溉周期、不同作物条件下持续.     

长期秸秆还田对典型砂姜黑土胀缩特性的影响机制

易于胀缩是砂姜黑土最典型的属性障碍因子之一。该文依托长期定位试验(2007―2017年)研究了秸秆还田对砂姜黑土收缩的影响机制。田间试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规氮磷钾(F),及氮磷钾配施下的玉米秸秆还田(MSF)、小麦秸秆还田(WSF)和小麦-玉米双季秸秆还田(WMSF)。结果显示土壤容重(soil bulk density,SBD)呈现WMSFWSF≈MSF≈FCK,与土壤田间持水量(fieldmoisturecapacity,FC)的变化规律相反。WMSF处理土壤田间持水量为38%,高于CK处理7.38%。土壤比容积差值与土壤线性伸展系数(coefficient of linear extensibility,COLE)和有机质(soil organic matter,SOM)含量均呈显著正相关(P0.05)。土壤收缩主要集中于正常段和滞留段,而质量含水量下降则表现在结构段和滞留段较为明显。尽管秸秆还田,尤其MSF处理结构段土壤含水量较大,但土体未发生明显收缩行为。综上所述,SOM累积因自身胀缩造成土体更强烈收缩,但通过水养增容实现了土体易于胀缩属性障碍因子的消减。小麦秸秆还田可显著提升土壤SOM含量,而玉米秸秆还田因难以腐化对土壤大孔隙度影响较大,小麦-玉米双季秸秆还田更符合该类型土壤农业生产中有机质提升、结构改善,水养增容的实际需求。     

玉米水分利用效率、碳稳定同位素判别值和叶面积之间的关系

通过盆栽试验,研究了水分胁迫对玉米各生育期叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、水分利用效率(WUE)和碳稳定同位素判别值(Δ¹³C)的影响以及不同水分条件下WUE、茎叶Δ¹³C和SLA之间的关系。试验设4个水分处理, 分别为田间持水量的75%~100%(W1)、50%~75%(W2)、30%~50%(W3)和0~30%(W4)。W2和W3处理对生物量干重的影响在玉米拔节期明显,而W4处理导致各生育期生物量干重的极大降低。在W2和W3处理下,玉米各生育期的WUE随着水分胁迫程度的增加而增加;而W4处理下,WUE在孕穗期后则显著降低。SLA在孕穗期达到最大。玉米各生育期叶片Δ¹³C在W1、W2和W3处理中呈随水分胁迫的增加而降低的趋势,而W4处理下的叶片Δ¹³C则高于W2和W3处理。玉米叶片光合同化物质往茎秆转移时没有发生碳同位素的分馏作用。在玉米的各生育期,叶片Δ¹³C、茎秆Δ¹³C和玉米WUE呈一致性的负相关;各生育期的SLA与Δ¹³C呈正相关关系,而与WUE呈显著的负相关。     

融合无人机载激光雷达与多光谱遥感数据的冬小麦叶面积指数反演

为了进一步挖掘无人机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)在农作物长势监测方面的潜力,探究机载LiDAR与多光谱遥感数据融合反演冬小麦叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)的效果,以无人机载LiDAR和可见光-近红外多光谱为研究手段,获取试验区冬小麦孕穗期的无人机...     

农田生态系统中土壤有机碳与团聚体相互作用机制的研究进展

土壤有机碳和土壤结构是衡量土壤地力的重要指标,同时也是影响土壤稳定性和生产力的主要因素之一。土壤有机碳对团聚体的形成和稳定具有重要作用,而土壤团聚结构对土壤有机碳的累积与分解具有显著影响。本文回顾了有机碳影响团聚体形成稳定作用的模式模型;归纳了土壤团聚体对有机碳累积的保护作用机制。在总结土壤有机碳和土壤团聚体相互作用机制的基础上,探讨了农田管理措施对土壤有机碳和团聚体的影响,并概括了目前国际上相关研究的新技术。并在此基础上,提出了在该领域研究中存在的问题,以期为我国土壤地力的持续提升研究提供参考。     

山区降水空间分布的插值分析

降水空间分布信息是进行区域水资源管理的基础,同时也是区域防洪减灾中所需的重要信息。采用地质统计学方法克里金方法,建立了区域降水插值模型。并以黄河故县以上集水区域为例,进行多年平均月降水插值实验。由于研究区域为地形起伏的山区,因此降水空间分析中又建立了融合地形信息的人工神经网络模型。此外还选取泰森多边形法、距离平方反比法、线性回归法,采用交叉验证法对各方法的插值精度进行对比分析。研究显示,克里金方法和融合地形信息的人工神经网络模型插值精度较高。。     

低山丘陵区红壤水分的动态变化及影响因素

红壤分布区域是中国重要的粮食产地,但是降水时空分布的不均匀导致了季节性干旱的发生。因此,了解红壤中水分时空分布规律具有十分重要的意义。该文研究了低山丘陵区红壤旱地不同肥料配比长期试验小区土壤含水率的季节性变化状况及其与气象因素的关系,分析了典型红壤地区的土壤水分变化规律。结果表明：研究区1 a内的土壤含水率变化分为4个阶段：土壤水分充盈期、土壤水分亏缺期、土壤水分补充恢复期和土壤水分平稳期。空白小区土壤含水率变化较大;在施用肥料的试验小区中,蒸发对氮肥小区、氮磷小区和氮磷钾小区的影响逐渐降低;而降雨对氮肥小区、氮磷小区和氮磷钾小区的影响力逐渐增加。通过掌握典型红壤地区的土壤水分变化规律,对该地区水资源的调配管理、灌溉安排及干旱评估均可起到重要的指导作用。