不同树龄骏枣树养分吸收差异研究

【目的】旨在明确不同树龄骏枣树形成单位产量所需的各器官营养元素年吸收量的异同点,以期为骏枣生产中的科学均衡施肥提供理论依据。【方法】以新疆阿克苏地区4、 7和10年生骏枣树作为试材,从枣树地上部分各器官分别采样,测定N、 P、 K、 Ca、 Mg、 Mn、 Fe、 Zn和Cu含量。【结果】骏枣树形成地上部各器官单位生物量所需要的养分含量,不同树龄间相比差异均不显著,但其生物量在总生物量中所占的百分率有差异,4、 7、 10年生骏枣树果实占地上部年总生物量的百分率依次为72.9%、 73.7%、 75.7%,叶片依次为5.4%、 5.2%、 5.1%,花依次为1.3%、 1.5%、 1.4%,茎枝依次为20.4%、 19.5%、 17.6%,三个树龄骏枣树各器官生物量的大少顺序均为果实＞茎枝＞叶片＞花。每形成1000 kg果实的总生物量随着树龄的增大而逐渐减少,茎枝保留和剪掉部分生物量均降低。采前落果率随树龄增加上升,叶片生物量减少,受精花生物量上升,而其掉落部分生物量表现先上升后下降。三个树龄骏枣地上部分生物量年增加量所需要的各营养元素量顺序均为K＞N＞Ca＞Mg＞P＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu,每形成1000 kg果实所需要吸收的养分量非常接近,4年生骏枣树为N 22.8 kg、 P 1.7 kg、 K 34.0 kg、 Ca 7.4 kg、 Mg 5.0 kg、 Mn 54.5 g、 Fe 916.9 g、 Zn 202.8 g、 Cu 42.5 g; 7年生骏枣树为N 22.7 kg、 P 1.7 kg、 K 33.9 kg、 Ca 7.3 kg、 Mg 4.9 kg、 Mn 53.9 g、 Fe 907.2 g、 Zn 204.5 g、 Cu 42.0 g; 10年生骏枣树N 22.1 kg、 P 1.7 kg、 K 33.4 kg、 Ca 6.8 kg、 Mg 4.7 kg、 Mn 51.8 g、 Fe 871.3 g、 Zn 204.8 g、 Cu 40.4 g。【结论】3种树龄骏枣树地上部年总生物量中果实生物量与其余生物量的比例约为3∶1,且形成1000 kg果实所需的养分量也基本一致。由于总生物量和果实产量随树龄的增加而增加,因此,对养分的总需求量增加。但是由于果实生物量所占比例有所增加,测算单位产量所需要的各营养元素年吸收量时,也应考虑果实以外器官的年生物量所需要的养分吸收量,才能得到较准确的肥料施入量和各营养元素的比例。     

施用常规磷水平的80%可实现玉米高产、磷素高效利用和土壤磷平衡

【目的】近年来,黑土有效磷含量呈逐年增加趋势。研究田间条件下,黑土的玉米产量及构成因素、磷素的吸收利用和土壤有效磷含量变化对不同施磷水平的响应,为黑土区的磷肥合理施用和地力培育提供理论依据。【方法】在土壤有效磷初始含量较高（30.15 mg/kg）的吉林公主岭黑土区,进行了3年的田间试验,以不施磷肥为对照（P0）,设置当地磷肥用量的80%（P₂O₅ 60 kg/hm2,P60）和当地施肥量（P₂O₅75 kg/hm2,P75）,研究不同施磷水平对玉米产量及产量性状、磷素吸收分配、磷肥利用效率的影响,并分析了土壤表观磷平衡和有效磷含量的变化。【结果】连续三年（2009~2011年）不同施磷水平下,玉米的产量随施磷水平的提高而增加,到第三年施磷处理的玉米产量显著高于不施磷处理,随施肥年限增加,P60与P75处理的增产效应差距缩小。P75处理吸收的磷素高于P60,但分配到籽粒中的磷素比例逐年下降,说明其吸收的磷素未高效转移到籽粒中,存在磷素奢侈吸收现象。两个施磷处理的磷肥利用率均为P75>P60,磷肥偏生产力均为P60>P75,说明P60处理中土壤基础养分和施入磷肥的综合效应更大。2009~2011年,土壤的表观磷平衡,P0处理一直处于亏缺状态,P60和P75处理均有盈余。P0、P60和P75处理的土壤有效磷的变化量为-15.4、-0.19和3.50 mg/kg。有效磷含量变化与表观磷盈余量呈极显著线性正相关,土壤P盈余每增加100 kg/hm2,有效磷含量增加9.6 mg/kg。【结论】在有效磷含量较高的黑土区,适当减少磷肥用量（60 kg/hm2 P₂O₅,比传统施肥减少20%）能获得与传统施磷相当的产量,维持土壤适宜的有效磷含量和供磷水平,并能保证磷肥的高效利用。可以考虑将P₂O₅ 60 kg/hm2作为黑土区的推荐施磷水平。     

Effects of temperature on soil organic carbon fractions contents,aggregate stability and structural characteristics of humic substances in a Mollisol

Purpose

Under a global warming scenario, understanding the response of soil organic carbon fractions and aggregate stability to temperature increases is important not only for better understanding and maintaining relevant ecosystem services like soil fertility and crop productivity, but also for understanding key environmental processes intimately related with the maintenance of other regulatory ecosystem services like global climate change mitigation through carbon sequestration. An increase in temperature would accelerate the mineralization of soil organic carbon. However, the properties of organic carbon remained in soil after mineralization is not well known.

Materials and methods

Mollisol was collected at 0–20-cm depth from maize (Zea mays L.) field in Northeast China. A 180-day incubation experiment was conducted at three different temperatures (10, 30, and 50 °C) under constant soil moisture (60 % water holding capacity). Soil samples were assayed for total organic carbon (TOC), water-soluble organic carbon (WSOC), easily oxidizable organic carbon (EOC), humic fractions carbon, aggregate-associated carbon, and water stability of aggregates. Elemental analysis and solid-state ¹³C nuclear magnetic resonance spectroscopy were used to characterize humic acid and humin fractions.

Results and discussion

The contents of soil TOC, EOC, humic fractions carbon, and aggregate-associated carbon decreased with the increase in temperature. The proportion of 2–0.25-mm macroaggregate and the mean weight diameter (MWD) of aggregates also decreased. The C, H, N, S, alkyl C, and O-alkyl C contents of humic acid and humin decreased, whereas the O, aromatic C, and carbonyl C contents increased. The H/C, aliphatic C/aromatic C, and O-alkyl C/aromatic C ratios in humic acid and humin fractions decreased.

Conclusions

The increase in temperature has a negative impact on soil organic carbon content, soil aggregation, and aggregate stability. Moreover, humic acid and humin molecules become less aliphatic and more decomposed with the increase in temperature.

     

Biochar improves sediment microbial fuel cell performance in low conductivity freshwater sediment

Purpose

The low conductivity of sediments for mass and electron transport is the most severe limiting factor in sediment microbial fuel cells (SMFCs), so that sediment ameliorations yielded more remarkable effects than electrode improvements. The objective of this research was to enhance the electricity generation of SMFCs with amendments of biochar to freshwater sediments for conductivity enhancement.

Materials and methods

Laboratory-scale SMFCs were constructed and biochars were produced from coconut shells at different temperatures. Variations in the power output, electrode potential, internal resistance, total organic carbon (TOC) content, and microbial communities were measured.

Results and discussion

Amending with biochar reduced the charge transfer resistances of SMFCs and enriched the Firmicutes (mainly Fusibacter sp.) in the sediment, which improved the SMFC power generation by two- to tenfold and enhanced the TOC removal rate by 1.7- to fourfold relative to those without the amendment.

Conclusions

The results suggested that biochar amendment is a promising strategy to enhance SMFC power production, and the electrical conductivity of biochar should be considered important when interpreting the impact biochar has on the electrical performance of soil or freshwater sediment MFCs.

     

玉米秸秆汁土壤改良剂对黄绵土抗侵蚀能力的影响

改良土壤物理性质是提高土壤抗侵蚀能力的主要途径之一。通过人工模拟降雨试验、风蚀试验和野外原位观测试验,研究了不同玉米秸秆汁土壤改良剂喷施方式下黄绵土抗侵蚀能力的改良效果,探讨了玉米秸秆汁防治土壤侵蚀的机理。结果表明,玉米秸秆汁能有效防治黄绵土的水蚀和风蚀。在模拟降雨条件下,喷施玉米秸秆汁的试验处理,黄绵土溅蚀量较对照处理降低24.7%~78.3%,黄土坡面的径流量和片蚀量分别降低40.0%~43.3%和20.9%~34.5%;在天然降雨条件下,无论是短历时低强度或长历时低强度的降雨类型,还是短历时高强度的降雨类型,喷施玉米秸秆汁的试验处理,黄土坡面的径流量和片蚀量较对照处理明显减少,二者的减少幅度分别介于26.3%~62.1%和58.3%~72.0%之间;在不同风速下,玉米秸秆汁可使黄绵土的风蚀量降低24.5%~64.6%。此外,喷施玉米秸秆汁后的静置时间及翻耕与否对不同类型的侵蚀也有重要影响。喷施玉米秸秆汁可有效提高黄绵土的抗剪强度、硬度及大团聚体的百分含量,从而降低土壤侵蚀量。施用玉米秸秆汁后,黄绵土静水崩解量降低了97.4%~98.5%、土壤抗剪强度增加了97.9%~140.0%、土壤硬度增加了11.4%~127.5%;0.25 mm团聚体降低了46.9%~51.6%;2 mm团聚体增加了88.1%~129.7%。玉米秸秆汁是一种良好的防治坡面水蚀和风蚀的土壤改良剂,在施用玉米秸秆汁时,应尽量一次喷施完毕并避免人为土壤扰动。     

典型自然带土壤氮磷化学计量空间分异特征及其驱动因素研究

植物生活型、地形及区域气候特征等对土壤养分的空间分布有着重要的影响。通过对我国典型自然带土壤氮磷化学计量与植物生活型、地形及气候因素间相互关系的研究,探讨了我国土壤氮磷的空间变异与分布特征及其主要控制因素。结果发现,5个自然带的土壤全氮(TN)和氮磷比(N/P)存在显著差异(p0.01);除温带荒漠带较低(0.47 mg g~(-1))外,土壤全磷(TP)均值总体变化不明显(p0.05)。在不同自然带区域内,TN、TP及N/P变化与海拔、温度及降水呈现出显著的线性和非线性二次相关,即表现出线性与单峰模式。暖温带落叶阔叶林带、温带草原带、温带荒漠带森林土壤中TN,以及青藏高原高寒植被带草本土壤中TP、温带荒漠带森林土壤的N/P主要受海拔因素的影响,而温带草原带草本植物的土壤TP则主要受降水的影响。同时,研究还发现,在多要素共同作用时,其影响程度也略有差异,温度和海拔作为控制因素影响亚热带常绿阔叶林带森林和温带草原带草本土壤TN变化,但前者受温度控制更为明显,后者则以海拔为主要驱动因素,而温带荒漠带草本土壤和森林土壤的TN主要受海拔和降水作用的影响,但以降水影响为主;亚热带常绿阔叶林带森林土壤TP,温带草原带、温带荒漠带和青藏高原高寒植被带草本土壤的N/P受植物生活型、地形及气候的共同影响,但程度略有不同,其中TP表现为降水温度海拔,而N/P为温度海拔降水。因此,在自然带和植物生活型的主控背景下,海拔、温度和降水的主控或交互作用直接驱动土壤氮磷及其化学计量特征的空间分异。     

近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化

土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥工作的基础。利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。结果显示,30年来我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,目前,全国耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg~(-1),较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg~(-1),提高24.49%。其中,30~40 g kg~(-1)等级比例增加3.64个百分点,20~30 g kg~(-1)等级比例增加5.68个百分点,10~20 g kg~(-1)等级比例增加5.36个百分点。需要引起注意的是,大于40 g kg~(-1)等级比例减少了1.38个百分点。     

运行参数对倒伞曝气机曝气性能影响试验

转速、浸没深度和液位高度对倒伞曝气机曝气性能的影响较大,为了研究各影响参数协同作用下倒伞曝气机曝气性能的变化情况,该文通过试验研究了不同转速、浸没深度和液位高度对曝气性能的影响。研究表明:在相同转速时随着运行时间的增加曝气池溶解氧浓度随之增大,但增幅逐渐降低;随着转速的增加,叶轮对水的做功能力增强,提高了水面的湍动强度及水面下的复氧强度,进而缩短了曝气池达到氧饱和的时间,转速为300 r/min达到氧饱和的时间比150 r/min缩短了约57%。转速、浸没深度和液位高度的改变均会极大地影响倒伞曝气机的性能:转速的增加能够提升倒伞曝气机的标准氧总转移系数和标准充氧能力,但对于标准动力效率的提升有一个上限值,该上限值与浸没深度有关;倒伞曝气机低速运行时,浸没深度和液位高度对标准氧总转移系数和标准充氧能力的影响较小。液位高度的增加会加大倒伞曝气机的标准充氧能力和标准动力效率,但是相同液位高度下,随着转速的增加标准动力效率增幅明显小于标准充氧能力增幅,当液位高度为250 mm时,转速从150增加到300 r/min,标准充氧能力值提高2.91倍而标准动力效率提高1.22倍。该研究可为倒伞曝气机的经济运行提供参考。     

基于近红外高光谱成像技术鉴别杂交稻品系

种子的筛选和鉴别是农业育种过程中的关键环节。该文基于近红外高光谱成像技术(874~1 734 nm)结合化学计量学方法以及图像处理技术实现杂交稻种的品系鉴别及可视化预测。采集了3类不同品系共2 700粒杂交水稻的高光谱图像,用SPXY算法,按照2∶1的比例划分建模集和预测集。基于水稻样本的光谱特征,采用主成分分析(PCA)方法初步探究3类样本的可分性。采用连续投影算法(SPA),提取出7个特征波长:985.08、1 106、1 203.55、1 399.04、1 463.19、1 601.81、1 645.82 nm。基于特征波长和全波段光谱,建立了偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)模型。试验结果表明,所建模型判别效果较好,识别正确率均达到了90%以上,其中,SVM模型的判别效果优于PLS-DA模型,基于全谱的判别分析模型结果优于基于特征波长的判别模型。结合SPA-SVM校正模型和图像处理技术,生成样本预测伪彩图,可以直观的鉴别不同品系的水稻种子。结果表明,近红外高光谱成像技术可以实现杂交稻的品系识别及可视化预测,为农业育种过程中种子的快速筛选及鉴定提供了新思路。     

权重约束AdaBoost鱼眼识别及改进Hough圆变换瞳孔智能测量

针对传统鱼眼瞳孔直径测量方法耗时、耗力,且数据主观性强的问题,该文提出基于权重约束AdaBoost和改进Hough圆变换的鱼眼瞳孔直径智能测量方法。首先,利用工业相机采集实验板上的鱼图像,从正负鱼眼图像样本中训练出基于权重约束AdaBoost算法的鱼眼分类器;然后,采用该分类器对试验图像进行检测,将检测到的鱼眼局部图从整体图中分离出来;最后,采用改进的Hough圆变换检测出鱼眼的瞳孔,并计算得到瞳孔直径。对100条金鲳鱼进行试验,鱼眼分类精度达97.1%,瞳孔正确检测率达94.2%,相比改进前分别提升了1.7个百分点和10.5个百分点,与人工测量瞳孔直径值的平均偏差为6.5%,比改进前低了5.9个百分点,总的平均测量时间为324.371 ms,比改进前减少了10.707 ms。试验证明:该文提出的方法能够精确、实时、自动地测量出鱼眼瞳孔的直径,有效避免了传统测量方式的复杂性和测量数据的主观性,可为鱼体生长状况评估、良种选育提供重要参考。