Soil nitrogen availability alters rhizodeposition carbon flux into the soil microbial community

Purpose

Soil microorganisms are important in the cycling of plant nutrients. Soil microbial biomass, community structure, and activity are mainly affected by carbon substrate and nutrient availability. The objective was to test if both the overall soil microbial community structure and the community-utilizing plant-derived carbon entering the soil as rhizodeposition were affected by soil carbon (C) and nitrogen (N) availability.

Materials and methods

A ¹³C-CO₂ steady-state labeling experiment was conducted in a ryegrass system. Four soil treatments were established: control, amendment with carboxymethyl cellulose (CMC), amendment with ammonium nitrate (NF), combined CMC and NF. Soil phospholipid fatty acid (PLFA) and ¹³C labeling PLFA were extracted and detected by isotope ratio mass spectrometer.

Results and discussion

The combined CMC and NF treatment with appropriate C/N ratio (20) significantly enhanced soil microbial biomass C and N, but resulted in lower soil inorganic N concentrations. There was no significant difference in soil PLFA profile pattern between different treatments. In contrast, most of the ¹³C was distributed into PLFAs 18:2ω6,9c, 18:1ω7c, and 18:1ω9c, indicative of fungi and gram-negative bacteria. The inorganic-only treatment was distinct in ¹³C PLFA pattern from the other treatments in the first period of labeling. Factor loadings of individual PLFAs confirmed that gram-positive bacteria had relatively greater plant-derived C contents in the inorganic-only treatment, but fungi were more enriched in the other treatments.

Conclusions

Amendments with CMC can improve N transformation processes, and the ryegrass rhizodeposition carbon flux into the soil microbial community is strongly modified by soil N availability.

     

引入地形因子的黑土区大豆干生物量遥感反演模型及验证

为了对田块尺度农作物地上干生物量进行估测,提高大豆地上干生物量反演模型的精度和稳定性,该文获取了研究区地块2016年7、8月份的SPOT-6多光谱数据,并测定不同地形坡位的大豆地上干生物量,以归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)为输入量,建立田块尺度大豆地上干生物量一元线性回归模型;加入与地上干生物量相关的地形因子,建立逐步多元回归和神经网络多层感知反演模型.结果表明:1)使用传统的单一植被指数模型预测大豆地上干生物量有可行性,但模型精度和稳定性不高.2)加入地形因子(海拔、坡度、坡向)的神经网络多层感知器模型,有较高的精度和可靠性,模型准确度达到90.4％,验证结果显示预估精度为96.2％.反演结果与地块的地形、地貌、气温和降水特征基本吻合,反映了作物长势的空间分布特征,可以为田块尺度大豆地上干生物量动态监测和精准管理,提供借科学依据.     

用核磁共振研究浸种方法对水稻种子吸水量的影响

为寻求较佳浸种方法,该文应用低场核磁共振检测技术,研究了不同的浸种方式及浸种溶剂对水稻种子吸水量的影响。试验利用横向弛豫时间 T2反演谱分析了水稻种子的水分状态变化及吸水特性,发现浸种过程改变了水稻种子内部的水分分布情况,水稻种子吸水量对初始含水率差异不显著(P>0.05),但对各种浸种方法差异显著(P<0.05)。研究表明,采用连续浸种4 h、浸种3 h-晾干1 h-浸种1 h、浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h及浸种2 h-晾干2 h-浸种2 h这4种不同的浸种方式时,浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h的间歇浸种方式吸水率较高;采用清水、强氯精300倍液、饱和澄清石灰水、质量分数为40%福尔马林的50倍液、100倍液及200倍液6种不同的浸种溶液时,应用质量分数为40%福尔马林50倍液药剂时吸水率较高。低场核磁共振检测技术揭示了水稻种子含水量的影响因素,为浸种过程中吸水量的测定提供了一种有效的方法。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。     

镉胁迫对白车轴草生长、镉含量及养分分配的影响

为了解镉(Cd)胁迫对白车轴草(Tritolium repens L.)生长发育以及养分的吸收、累积与分配的影响,采用盆栽试验,研究了不同浓度镉处理下白车轴草幼苗的生长、生物量及碳(C)、氮(N)、磷(P)和钾(K)的积累与分配特征。结果表明:随镉胁迫浓度增加,植株幼苗叶面积、主根长、侧根数、侧根长及地上部高先升高后降低,叶柄长明显降低;而根、茎、叶中镉含量逐渐升高,且根系大于茎叶。同时,植物各器官生物量生产及C、N、P和K积累量均表现出随镉添加量的增加而先升高后降低,高浓度镉胁迫处理(50.00、100.00和200.00 mg·kg-1)明显抑制植株生物量生产以及C、N、P和K的积累,显著改变了生物量及其C、N、P和K积累量的分配格局,但低浓度镉处理(12.50mg·kg-1)却无明显影响。一定浓度的镉胁迫处理(12.50和25.00 mg·kg-1)降低植株N、P、K的利用效率,但高浓度镉处理(200.00 mg·kg-1)则提高植株N、P、K的利用效率。本研究为城市园林绿化及镉污染土壤的修复提供了应用潜力,同时也为牧草的安全评估提供了科学借鉴。     

宽皮柑橘对辊式剥皮机的设计与试验

为改善目前宽皮柑橘加工业中以手工去皮为主的现状,提高柑橘剥皮效率,该文根据宽皮柑橘果皮包着宽松,易与果肉分离等特点,设计了一种可以实现快速去皮的宽皮柑橘对辊式剥皮机。柑橘进入设备后,在刮板的带动下翻转向前运动,运动过程中不同形式且相向转动的剥皮辊夹持并撕扯翻起的果皮,从而将果皮从柑橘上整体剥离。该样机主要由机架、传动装置、对辊装置、拨动装置和下料装置等部件组成,具有结构紧凑,果皮分离能力强等特点。试验结果表明:样机可以很好地完成剥皮功能,宽皮柑橘果皮去净率高于97.5%,果肉损伤率低于2.68%,生产率达到202.5 kg/h,基本满足生产需求。该研究可为中国柑橘加工业中自动去皮设备研制和发展提供参考。     

小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

为探明小麦-玉米周年水肥利用效应,在农业部作物高效用水原阳科学实验站进行小麦-玉米周年水肥一体化研究。试验肥料设置底施、1次追施和2次追施,水分设置1水、2水和3水,每次灌水450 m3/hm2。结果表明:补充灌溉与追肥相结合对小麦、玉米的生长发育具有积极效果,其中小麦穗长增加0.2~0.8 cm,穗粒数增加2~10粒,千粒质量增加2~9 g,成穗数增加9万~57万穗/hm2;玉米穗长增加0.48~1.82 cm,行粒数增加2.0~8.4粒,5穗穗粒质量增加15~374 g,百粒质量增加2.0~13.0 g。同时,补充灌溉和追肥处理较对照小麦增产9.85%~37.93%,与一次性底施肥处理相比,相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%~25.66%,以3水2肥效果最好;与1次追肥处理相比,相应2次追肥增产3.95%~6.11%,以2水2肥效果最好。与对照、相应1次性底施肥和1次追肥处理相比,玉米产量分别增加11.05%~46.62%、18.71%~32.03%和2.8%~5.42%;小麦玉米综合产量分别增加10.46%~42.36%、14.37%~28.87%和3.34%~5.75%,与小麦增产趋势一致。小麦玉米综合灌水利用效率较对照增加0.95~5.41 kg/m3,较一次性底施肥0.56~3.81 kg/m3,较1次追肥提高0.35~0.67 kg/m3,均以1水2肥处理最好。因此,节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。     

基于VFSMOD模型的黄土坡面生草带产流产沙动态模拟

利用微型径流小区和人工降雨试验,探讨运用VFSMOD模型评估和预测引入不同草种生草带后黄土坡面产流产沙动态特征的可行性。通过土壤物理性质参数和生草带生长状态参数的差异,模型还原了黄土坡面引入白三叶生草带与百脉根生草带后产流产沙特征的差异及其随生长时期的变化,模拟效果可靠,纳什系数:0.93(径流系数),0.98(修正后产沙量);归一化均方根误差:6.2%(径流系数),10.9%(修正后产沙量)。当生草带在降雨集中期(如本研究中百脉根草带9月上旬)不能保证较好的生长状态和地表覆盖时,其坡面产沙量急剧增大,且明显大于VFSMOD模型模拟值。在实际生草带设计时,应避免该情况发生。综上,VFSMOD模型适用于引入生草带后黄土坡面产流、产沙量的模拟和预测。     

传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计

农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战,而环境能量收集技术则使低功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积大、可靠性差的问题,该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁波能量和振动能量,通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合,同时收集2种环境能量,并经整流转换成直流电能。能量收集天线使用普通FR4印刷电路板实现,工作在手机通信频段1.9 GHz(3G频段),测试的回波损耗为-20.5 d B,对电磁波能量收集的最高输出功率可达到38 mW,测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW,满足低功耗传感器节点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力,还大大降低了传统混合系统的尺寸,可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。     

基于GIS的绿色农产品基地适宜性评价

建立和完善绿色农产品基地适宜性评价方法,提高评价结果的实用性和准确性,是实现农产品安全的根本保障。研究依据基地认证者、规划者、生产者3种评价主体实际需求,分别引入污染潜在风险指标和经济状况指标,建立面向不同评价主体需求的多种主导因子评价指标体系,并借助GIS的空间分析方法进行定量评价,最后以北京大兴区为例进行了案例分析研究。结果表明,基地与工矿企业距离、与居民地距离等潜在污染风险对基地适宜性限制大,且不同评价主体下建立不同指标体系使评价更具针对性,利用GIS功能可提高效率,评价结果可视化程度好,具有很强的