Distribution of carbon and nitrogen in water-stable aggregates and soil stability under long-term manure application in solonetzic soils of the Songnen plain,northeast China

Purpose

Excessive exchangeable sodium and high pH significantly decrease soil structural stability and permeability. Long-term application of cattle manure is an important management practice that can affect water-stable aggregates (WSAs), as well as aggregate stability and distribution of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) in solonetzic soils.

Material and methods

Experiments were carried out in a randomized complete block design comprising five treatments according to the cattle manure application history: corn (Zea mays) with manure applied for 1, 5, 12, and 17 years were used as the experimental treatments and corn without manure application was used as a control. Soil properties, including WSAs, mean weight diameter (MWD), and SOC and TN concentrations in bulk soils and WSAs, were measured across all treatments. The relationships among the measured soil attributes were determined using stepwise regression analysis.

Results and discussion

Results indicated that micro-aggregates mainly accumulated in soils without manure application, while manure application significantly increased macro-aggregates formation. MWD was highest when manure was applied to the soil for 1 year, decreased after 5 years, and increased again after 12 years. SOC and TN concentrations in bulk soils and WSAs increased with the number of years of manure application, with the highest concentrations observed for 17 years in bulk soils. Stepwise regression analysis showed that WSAs 2–5 mm, SOC in WSAs 0.25–0.5 mm, and TN in WSAs 0.1–0.25 mm were dominant independent variables affecting aggregate stability, and that SOC in WSAs 0.25–0.5 mm and TN in WSAs <0.1 mm were dominant independent variables affecting SOC and TN concentrations in bulk soils, respectively.

Conclusions

Long-term application of manure to a solonetz significantly increased macro-aggregates and aggregate stability as well as SOC and TN in bulk soils and all aggregate sizes. These results are likely related to binding agent production as well as C and N accumulation from manure application.     

生物质灰渣与化肥混合对氨挥发的影响

采用室内恒温培养,碱液吸收法测定灰渣-化肥中氮的挥发量,研究了锯木灰、谷壳灰、玉米灰、水稻灰分别与不同化肥配比下,在一定时间内的氨挥发规律。结果表明:四种灰渣在N1、N2、N3水平下,随着时间的增加氨的挥发量和挥发率呈先增大后减小的趋势,各处理的峰值多出现在10~15 d的培养阶段;谷壳灰、玉米灰、水稻灰添加磷酸二氢钾能明显抑制混合物中氨的挥发,而锯木灰添加氯化钾、磷酸二氢钾均能抑制氨的挥发;在四种灰渣中,锯木灰处理的氨挥发率明显高于其他三种灰渣,特别是在N3水平下比同期的其他灰渣处理高5倍。Elovich方程和抛物线扩散方程均能较好拟合氨的挥发量随时间的变化,其相关系数均达到极显著水平。     

基于窗口观测的电控柴油机判缸控制的优化分析

柴油机起动初期控制时序的建立过程(判缸控制)直接决定其起动过程的长短,判缸控制是电控柴油机管理系统中最核心的部分。为了缩短判缸时间,提高控制系统的可靠性,该文根据目标柴油机的发火顺序设计了电控系统的转速信号与相位,采用了2套转速计算装置;基于有限状态机,提出了窗口观测联合判缸方法,并开发了电子控制单元(electronic control unit,ECU)复杂驱动层的联合判缸驱动控制软件。试验结果表明该策略是有效可行的,发动机的起动成功率提升10%,达到100%,正常起动成功的时间由1.5 s缩短到1 s以内,改善了电控柴油机的起动性能。该控制策略的实现完善了电控柴油机的时序控制功能,提高了柴油机的电控水平。     

双热源半自动控温甜樱桃促成栽培系统设计与试验

为解决甜樱桃促成栽培产量和质量不稳定的问题,该研究根据甜樱桃促成栽培特点,研制了一种双热源半自动控温甜樱桃促成栽培系统。该系统以煤、柴为燃料的地炕式加热炉为补充加热方式,结合太阳能调控温度。通过与传统大棚比较,分析了该系统对甜樱桃栽培产量及经济效益的影响。结果表明:连续2 a应用甜樱桃促成栽培系统的大棚产量稳定在11 550 kg/hm2以上,优质果率超过80%,年经济效益比普通大棚高37%(2012年)和36%(2013年)。该系统采用半自动测控促成栽培环境,使环境因子的检测和报警实现自动化,明显降低了劳动强度,在甜樱桃促成栽培中推广应用,可取得显著经济效益。     

中国科协精品科技期刊项目的实施和成效——《农业工程学报》的实践(转载)

2009—2011年《农业工程学报》被遴选为"中国科协精品期刊工程项目"期刊,围绕中国科协精品科技期刊工程项目的立项要求,《农业工程学报》编辑部开展了一系列工作;结合网络化办刊环境改进出版流程,缩短刊稿周期,加强学术不端论文的防范,坚持学术论文成果的大众媒体宣传。项目实施后期刊质量大幅度提高,影响不断扩大,期刊发展进入良性循环。该文对项目实施以来的工作、经验及成绩进行归纳分析,提出学术期刊的一种努力方向。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

基于水流模型的串联式水平潜流湿地除磷效果分析

为了探究串联式水平潜流湿地内部水流规律及其对水禽污水的处理效果,对三级串联式水平潜流湿地运行效果进行了连续监测,分析了单位面积总磷(total phosphorus,TP)去除率月变化,进水流量和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对出水TP质量浓度的影响,并通过推流式反应器模型(plug-flow,PF)、扩散流模型(dispersed-flow,DF)和串联反应器模型(tanks-in-series,TIS)对水流形态进行了描述。结果表明:单位面积磷去除率随处理单元(P1,P2,P3)增加而降低(P1:(0.11±0.09)g/(m2·d)、P2:(0.08±0.03)g/(m2·d)、P3:(0.05±0.01)g/(m2·d));进水流量小于55 m3/d时,增加进水流量可提高P1单位面积去除率,但会降低P2和P3单位面积去除率,P2和P3在HRT85 d时对HRT具有较强敏感性,各处理单元最佳进水流量和HRT分别为P1:55 m3/d,166 d;P2:3.4 m3/d,151 d;P3:9.5 m3/d,176 d;P1在6月单位面积TP去除量大于释放量,P2和P3在7月-9月均存在TP净释放过程;P1(k:0.663~0.751 cm/d)理化环境较P2(k:0.641~0.722 cm/d)和P3(k:0.429~0.458 cm/d)更有利于除磷;TIS模型(R2:0.567~0.883,P0.05)对出水质量浓度的拟合大于DF(R2:0.510~0.723,P0.05)和PF模型(R2:0.465~0.626,P0.05),表明实际水流形态更接近混合流。该研究对于深化水平潜流湿地内部水流规律认识,全面了解不同运作下磷迁移转化机制提供参考。     

看麦娘叶片对化感小麦根水提液的生理响应

为阐明小麦化感抑草的生理机制,选择强化感小麦‘115/青海麦’、‘92L89’和弱化感小麦‘抗10103’,通过添加浓度为0.2%、0.5%和1.0%的小麦根水提液进行水培试验3周后,测定了各处理看麦娘的鲜重,分析叶片中叶绿素(SPAD值)、可溶蛋白、MDA、类黄酮、总酚的含量以及SOD、POD、CAT活性。结果表明,水提液处理显著抑制了看麦娘的生长,抑制率在不同处理浓度及小麦品种间均存在显著差异,强化感小麦的抑制率显著高于弱化感小麦。在处理浓度范围内,不同小麦根水提液的抑制率大小依次为‘115/青海麦’(24.7%~74.3%)‘92L89’(15.7%~71.6%)‘抗10103’(13.8%~61.4%);0.2%、1.0%和5.0%水提液处理的抑制率大小依次为13.8%~24.7%、41.7%~66.4%和61.4%~74.2%。看麦娘叶绿素含量(SPAD值)随处理浓度增大显著降低,可溶蛋白含量,SOD、POD、CAT活性,MDA、类黄酮含量随处理浓度增大显著升高,强化感小麦对看麦娘的生理刺激作用高于弱化感小麦。1.0%‘115/青海麦’及5.0%各小麦水提液处理的看麦娘总酚含量高于对照。可见,小麦化感胁迫提高了看麦娘的保护酶系统活性,增强了抗氧化物质代谢,但显著增强了细胞膜脂质过氧化和叶绿素降解,不利于靶标植物看麦娘的生长。     

县级测土配方施肥指标体系建立研究—以江苏省江都市水稻为例

以江苏省江都市水稻为例,基于地力差减法预测氮肥用量、 养分丰缺指标法预测磷钾肥用量,构建县域测土配方施肥指标体系,研究分析20052011年测土配方施肥田间试验示范。结果表明,当种植水稻预测目标产量为6825~9270 kg/hm2（平均为8145 kg/hm2）,氮肥推荐用量为146.42~57.4 kg/hm2（平均为207.5~ kg/hm2）。磷钾肥施用标准: 当有效磷含量高于21 mg/kg,不推荐施用磷肥;当有效磷含量在17~21 mg/kg时,推荐施磷（P2O5）量为40.5 kg/hm2;当有效磷含量在10~17 mg/kg时,推荐施磷（P2O5）量为 48 kg/hm2;当有效磷含量低于10 mg/kg 时,推荐施磷（P2O5）量为64.5 kg/hm2。当速效钾含量高于140 mg/kg,不推荐施用钾肥;当速效钾含量在115~140 mg/kg时,推荐施钾（K2O）量为 22.5 kg/hm2;当速效钾含量在60~115 mg/kg时,推荐施钾（K2O）量为40.5 kg/hm2;当速效钾含量低于60 mg/kg 时,推荐施钾（K2O）量为 82.5 kg/hm2。同时对施肥指标体系建立进行校验分析,结果表明基于试验建立施肥指标体系是可行的,从而为构建县域测土配方施肥指标体系提供了方法,达到因土施肥的目的。     

复合菌剂对玉米秸秆的降解及土壤生态特性的影响

还田玉米秸秆降解过程中施加含有植物内生真菌的复合菌剂,在盆栽条件下研究了该菌剂对还田秸秆的降解作用,对土壤生态以及后季作物小麦生长的影响。结果表明:添加复合菌剂能够促进玉米秸秆的降解,在前30 d时效果最显著,尤其是木质素的降解,两种复合菌剂处理组木质素降解率分别比市购秸秆腐熟剂高117.36%和242.70%;施用菌剂会显著增加小麦生长早期土壤蔗糖酶、脲酶和纤维素酶的活性,增加小麦生长早期土壤微生物数量;改善土壤理化性质,提高小麦成熟后土壤中的全氮、全钾、碱解氮和速效钾的含量;显著改善小麦生长状况,小麦返青拔节期叶片叶绿素含量显著增加,收获小麦单株生物量和单株产量也有所增加。