黑土氮肥氨挥发损失特征研究

采用密闭室法测定土壤氨挥发通量.进而计算施入土壤中氮肥的氨挥发损失量,研究了东北黑土区不同作物镲施氮量和施肥深度下氮肥的氨挥发.结果表明,施用尿素促进了农田氨挥发损失,并随施肥量的增加而增加,当表施氮量30 g/m2时,氨挥发损失率达21.68%,在相同施氮量的条件下,随施肥深度的增加而减少,当施肥深度为9cm,施氮量30 g/m2时,氨挥发损失率仅达2.49%.氨挥发损失氮量与施氮量(＞ 0)呈抛物线性关系.推荐东北黑土区种植大豆优化施肥深度在3 cm以下;而玉米基肥优化施肥在6 cm以下,追肥施肥深度在3 cm以下.     

长期定量施肥对玉米光合碳分配的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用13CO2脉冲式标记方法,研究了长期施肥对玉米光合碳分配机制的影响.结果表明,光合碳分配到玉米不同组织的δ13C值差异较大,地上部>根部>土壤>土体.施肥对玉米地上部δ13C影响较大,缺索处理CK、NK、PK的δ13C值较大,可以达到333.5‰～339.5‰,而养分均衡的NP、NPK和NPKM处理地上部占δ13C值较小,为168.8‰～196.0‰.NK处理在标记当天(0 d)地上部13C分配比例最大,为76.12%,标记第7天(7 d)后变为53.26%.NPKM处理土壤13C分配比例增幅较大,可由标记0 d的0.98%到增加到标记7 d后的3.50%,增加了2.52个百分点.标记0 d,根际呼吸将消耗转移到地下的光合13C的52.89%～94.38%,NPKM和NPK处理消耗最大,达94.38%和93.59%,在标记7 d后,13C光合产物分配达到平衡状态.     

不同pH值对重金属Pb~(2+)形态的影响研究

采用Tissier同步提取法分析大pH值跨度范围内,不同pH值变化对重金属Pb2+存在形态的影响,研究表明,在pH值3～5,浓度小于200 mg/L的范围内,重金属Pb2+向易吸收的形态转变,生物有效性系数较大。随土壤重金属Pb2+浓度的增加,生物有效性系数先增大后减小,小于200 mg/L的浓度范围内,铁锰氧化物结合态含量最大,重金属Pb2+的生物有效性系数较大。在200～1 000 mg/L浓度范围内,残渣态含量远远大于其他形态,生物有效性较低。     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

基于高光谱特征的土壤有机质含量估测研究

在室内条件下,利用ASD2500高光谱仪测定了潮土和水稻土自然风干土壤样品的光谱。通过系统分析两种不同类型土壤的高光谱特征差异及其有机质含量的敏感波段区位,建立了土壤有机质含量的光谱估测模型。结果表明,具有相同有机质含量的两种类型土壤整体光谱变化趋势无明显差别,但反射率表现出明显差异,一阶导数变换能较好地显现谱图中的肩峰。潮土和水稻土有机质的敏感波段集中在相同区域,原始反射率在685 nm处相关性最高,而一阶导数光谱在554 nm处相关性最高。通过对整体样本的多元逐步回归分析,筛选出两种土壤有机质相同的敏感波段为800 nm、1 398 nm和546 nm。进一步以一阶导数为自变量,基于1 400nm和554 nm两个波段构建了土壤有机质差值指数SOMDI及估测模型,即Y=4.19 12.85×(R_FD554 R_FD1 400)。利用独立的样本对建立的光谱模型进行了检验,预测决定系数均达0.79以上。上述结果表明,利用高光谱技术可实现土壤有机质的快速监测与诊断。     

硒缓解植物重金属胁迫和累积的机制

硒(Se)在提高植物抗逆性、缓解重金属胁迫以及降低植物对重金属吸收方面有着重要的作用。本文综述了Se参与缓解植物重金属胁迫和累积的机制,Se能够缓解重金属的胁迫,主要是因为在植物体内由Se转化而来的相关产物的生理生化作用产生的综合效果。Se是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的必需组分,GSH-Px利用谷胱甘肽(GSH)将有毒的过氧化物还原成无毒的物质,清除由重金属引起的自由基。Se可以激活植物螯合肽(PC)合成酶及增加PC合成的前体,使植物产生更多的PC,形成更多的重金属-PC配合物。Se还可以与重金属形成大分子的复合物,降低重金属的毒害。Se能够与多种重金属元素产生拮抗效应,降低植物对重金属的吸收。     

发酵脱氢产氢过程对微生物铁还原的影响

发酵型微生物是铁还原菌中的主要类群,但其发酵产氢过程对铁还原的作用尚不清楚,为此采用接种水稻土浸提液混合培养的方法对微生物分别利用葡萄糖、丙酮酸盐和乳酸盐为碳源时,Fe（Ⅲ）还原过程中脱氢酶活性变化、培养体系pH、氢气分压及铁还原特征进行分析,探讨了发酵微生物脱氢产氢过程与微生物Fe（Ⅲ）还原的内在关系。结果表明：2种水稻土浸提液中的微生物均能够以葡萄糖为优势碳源进行脱氢、产氢及还原氧化铁,Fe（OH）,可以诱导脱氢酶的产生,利用葡萄糖时脱氢酶活性在厌氧培养的4-6d出现最大峰值,利用丙酮酸盐和乳酸盐时脱氢酶活性出现峰值的时间分别为培养的15d和21-22d,脱氢酶活性出现峰值的时间与最大铁还原速率Vmax显著负相关、与最大反应速率对应的时间zk存在显著正相关关系。脱氢产氢过程中产生的H＋导致培养体系pH的变化是影响铁还原过程的主要原因,培养体系pH与体系氢气分压及Fe（Ⅱ）累积量呈极显著负相关。微生物利用不同碳源产氢时,利用葡萄糖的产氢能力最高,丙酮酸盐次之,乳酸盐最低。Fe（OH）3的加入增加了氢气的消耗量,培养体系氢气分压与Fe（Ⅱ）累积量存在极显著正相关关系。     

土壤气相抽提技术修复柴油污染场地示范研究

土壤气相抽提(SVE)是一种广泛应用于石油类污染土壤修复工程中的原位修复技术,在广东某柴油污染场地开展SVE技术修复示范工程,探讨SVE技术对此类污染场地的修复效果。结果表明:经过3个多月的修复,土壤中总石油烃的最高去除率达64.88%,在试验进行50d后高浓度的挥发性有机物基本被去除,中低浓度污染物仍然存在,土壤中有效磷和速效氮含量与污染物的生物降解作用相关。为缩短修复时间、降低成本,应将SVE与生物通风技术相结合,并采用相应的强化措施(如添加菌剂和营养物质等),以期获得更高的修复效果。     

旱地高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系

【目的】明确旱地条件下高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系,为品种选育和科学施肥提供依据。【方法】于2013—2016年连续三年在黄土高原旱地进行田间试验,试验采用裂区设计,主处理为不施肥(CK)和施肥(NP),副处理为来自我国主要麦区的123个品种。施肥处理为N 150 kg/hm^2 (尿素,含N46%)、P_2O_5 100 kg/hm^2 (过磷酸钙,含P_2O_5 16%)。成熟期在每个品种中间2行随机抽取30穗小麦,连根拔起后,从根茎结合处剪断弃去根系,分为茎、叶、颖壳(含穗轴)和籽粒,称风干重。分析了样品中氮、磷、钾、锌含量,计算了养分的吸收量及转移量。【结果】施肥条件下高产小麦品种籽粒锌含量存在显著差异,高锌品种比低锌品种显著高54%。高锌品种的籽粒氮、磷含量分别比低锌品种显著高9%、7%,钾含量无显著差异,施肥使两组品种的氮含量显著提高,磷钾含量降低。高产高锌品种具有更高的籽粒和地上部氮、磷吸收能力,钾吸收能力与低锌品种相比无显著差异,施肥可使高锌品种的氮磷钾吸收量增幅高于低锌品种;两组品种间的氮、磷转移能力无显著差异,而高锌品种的钾转移能力较低,且两组品种的氮磷钾转移能力因施肥降低幅度一致。【结论】旱地条件下土壤养分供应充足时,高产高锌小麦品种的氮磷吸收能力强,钾转移能力弱,籽粒氮磷含量高,与低锌品种相比钾含量无显著差异。通过品种选育可同时提高旱地高产小麦籽粒锌和蛋白质含量,并提高磷含量。考虑到磷含量高时会降低籽粒锌的生物有效性,生产中通过施肥措施,适当调控磷肥,增加氮肥,在提高小麦籽粒氮锌含量的同时提高籽粒锌的生物有效性。     

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。