基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定

高精度快速探测土壤表层水分状况,对于精准农业生产、水资源精确管理及防治坡耕地水土流失具有重要意义。现有探地雷达(ground penetrating radar,GPR)低频探测技术不能满足表层土壤含水量高精度要求,需要发展和应用高精度探测技术。本研究采集江宁某蔬菜地水稻土表层(0~20cm)土壤(粉砂质黏壤土),通过室内模拟试验,利用高频(1 GHz和2 GHz)探地雷达在不同土壤含水量状况下进行探测,获取GPR数据图像信息,提取电磁波谱特征参数,分析其与土壤含水量之间的定量关系。结果表明:1 GHz和2 GHz频率GPR探测的土壤介电常数ε与实测土壤含水量θ拟合的ε~θ模型决定系数R2分别为0.94与0.97,高频探地雷达技术预测粉砂质黏壤土表层土壤含水量是可行的;与低频探地雷达技术相比,高频探地雷达技术能够高精度探测表层土壤含水量。     

用低场核磁共振检测水稻浸种过程中种子水分的相态及分布特征

为研究水稻浸种过程中种子的水分相态及其分布特征,利用低场核磁共振快速、无损、准确的检测技术,通过硬脉冲回波序列CPMG(carr-purcell-meiboom-gill sequence)测量水稻种子横向弛豫时间T2,根据横向弛豫时间T2的差异区分种子内部的水分相态及其变化规律。试验结果表明:通过T2反演谱横向弛豫时间T2长短的差异,发现水稻浸种过程中种子内部水分存在结合水、自由水2种水分状态,同时可区分出内层水、中层水、外层水3种水分分层;二者均能通过回归方程合理的估测水稻在浸种过程中种子的吸水率情况;通过T2反演谱信号幅值大小的差异,发现水稻浸种过程中的种子总水含量不断上升,但由于判定依据及划分方式的不同,二者在水分的流动方式上略显差异。低场核磁共振技术对水稻浸种过程中种子内部的水分变化进行了直观的揭示,提供了一种高效的种子水分检测方法。     

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。     

SAR,EC与水温对辽西褐土入渗速率的影响研究

土壤入渗速率是影响灌溉水产流、侵蚀的重要因素之一。为了研究不同水温、不同SAR/EC下辽西褐土入渗速率,进行了室内变水头渗透试验。结果表明:SAR,EC一定时,渗透系数随着灌溉水水温的升高而增大,水温从15℃升至35℃,土壤渗透系数增大了1.3倍;随着灌溉水SAR增加、EC降低,土壤渗透系数会下降,水温35℃情况下SAR从0.7(mmol/L)0.5增大至12.0(mmol/L)0.5,EC从2.0dS/m减小至0.5dS/m时,土壤渗透系数由0.000 698cm/s减小至0.000 338cm/s,渗透系数下降了51.6%。相关分析表明水温、SAR/EC对渗透系数的影响显著,回归分析分别建立了沟灌土壤渗透系数与水温、SAR/EC二次函数数学模型,相关性极好。     

灌溉水盐度对滴灌棉田土壤氨挥发的影响

【目的】氨挥发是农田氮素损失的重要途径之一,咸水灌溉直接或间接影响土壤的理化性质,进而影响土壤氨挥发,但目前对于咸水灌溉下氨挥发的报道还较少。因此通过田间试验研究尿素滴灌施肥条件下,淡水和咸水灌溉对棉田土壤氨挥发的影响。【方法】试验设置淡水和咸水两种灌溉水,其电导率(EC)分别为0.35和8.04d S/m(分别用CK和SW表示),氮肥(N)用量为240 kg/hm2。氨挥发的收集采用密闭室法,用稀硫酸作为氨的吸收液,测定用靛酚蓝比色法。【结果】1)灌溉施肥后,咸水滴灌棉田土壤盐分、脲酶活性和铵态氮含量均显著高于淡水滴灌。SW处理土壤电导率(EC1∶5)较CK平均高出4.53倍。灌溉施肥后SW处理土壤脲酶活性迅速增加,第4天达到最大,随后降低,SW处理脲酶活性较CK处理平均增加了20.6%。SW处理土壤铵态氮含量明显高于CK处理,尤其是灌溉施肥后第2天,SW处理铵态氮含量比CK处理增加了66.1%。2)SW处理棉田土壤p H值低于CK处理,但在灌溉施肥周期内都呈先增加后降低趋势,p H的变化在7.6~8.0之间。3)SW处理抑制了硝化作用,SW处理土壤硝态氮含量较CK处理显著降低。SW处理土壤硝态氮含量平均较CK低7.68%。4)3个灌溉施肥周期的平均温度分别为24.6℃、26.05℃和24.9℃,因此在第2个和第3个灌溉施肥周期氨挥发高,第1个灌溉施肥周期的总降水量最大,分别比第2和3个灌溉施肥周期高3.7 mm和10.2 mm,但降水量远远小于灌溉量,因此对于氨挥发影响不大。5)总体上,土壤氨挥发损失量在灌溉施肥后1~2天最大,占氨挥发总量的45.7%~79.3%,随后呈降低趋势;灌溉施肥后第1天土壤氨挥发最大,在3个灌溉施肥周期,SW处理第1天的氨挥发较CK分别增加70.7%、69.43%和60.8%。SW处理棉田土壤氨挥发显著高于CK处理。在三个连续灌溉施肥周期内,SW处理棉田土壤氨挥发累积总量为10.98 kg/hm2,CK处理为7.57 kg/hm2,SW处理较CK处理增加了45.1%。【结论】咸水灌溉促进了脲酶活性,但抑制了土壤的硝化作用,导致铵态氮含量增加,加剧了氨的挥发。温度升高促进土壤氨挥发,少量降雨对氨挥发影响不大。因此,滴灌施肥条件下,咸水灌溉会增加氨挥发损失。     

植物–微生物联合对土壤不同粒径组分中 PAHs 的修复作用

采用温室盆栽试验,在种植紫花苜蓿的同时,分别施加木霉菌剂、根瘤菌菌剂以及木霉与根瘤菌复合菌剂,并采用离心分级法将处理后土壤分为4个粒径团聚体,即细黏粒(0.1~1μm)、粗黏粒(1~5μm)、粉粒(5~50μm)以及细砂粒(50~250μm),分析了植物–微生物联合作用对不同粒径土壤中PAHs的去除效应。研究结果表明:紫花苜蓿–根瘤菌联合作用对PAHs污染土壤的修复效果最优,其降解率达60%以上。不同粒径组分中PAHs含量的分布表现为细砂粒粉粒粗黏粒细黏粒,且PAHs在不同粒径团聚体中去除率差异性较大。低环(2、3环)PAHs在各粒径组分中去除率较低(20%以下),并在不同粒径组分间呈非均衡分配状态;4环PAHs的去除主要集中在粉粒和细砂粒中,而5环PAHs的去除主要发生在细黏粒上。可见,PAHs在土壤不同粒径组分中分布特征及降解效应为进一步阐明PAHs污染土壤的生物修复机制提供了科学依据。     

干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响

为了探究相对湿度和阶段降湿对热风干燥过程的影响,该文在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),第二阶段相对湿度20%下,胡萝卜片的干燥特性和温度变化规律;利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数估算水分有效扩散系数;基于复水比、色泽、干燥时间和能耗对不同相对湿度条件下的干燥过程进行评价。研究结果表明:相对湿度保持恒定条件下,干燥速率先上升后下降,且相对湿度越低干燥速率越大。降低相对湿度有利于缩短干燥时间,热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%;分段降湿干燥条件下,热风相对湿度50%保持30min后降低为20%,其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%,干燥过程出现2个升速阶段;Weibull分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。尺度参数α范围在1.864~3.635 h之间,形状参数β值在1.296~1.713之间,水分有效扩散系数在1.17×10-9~2.92×10-9 m2/s之间。对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示,热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下绿红值最高为41.4,能耗相比于恒定相对湿度20%条件下减少了6.0%,复水比较高为3.81,综合评分较高为0.91。该文揭示了干燥介质相对湿度对胡萝卜片干燥特性的影响规律,对于优化干燥介质湿度控制策略以提高干燥速率和品质,降低干燥能耗提供了科学依据和技术支持。     

太行山前平原典型灌溉农田深层土壤水分动态

该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变化规律。结果表明:土壤水分动态自上向下具有明显的分带性,0~800 cm土壤层水分动态可分为3层:0~200 cm为入渗-蒸发交替变动带(水分增长和消退的较快,土壤含水率变化范围为0.14~0.47 cm3/cm3,基质势变化范围为-628.21~0 cm,200~600 cm为非稳定入渗带(土壤含水率变化范围为0.04~0.41 cm3/cm3,基质势变化范围为-311.79~0 cm,土壤水势梯度有一定变化范围在0.1~5.61 cm/cm之间),600~800 cm为相对稳定入渗带(土壤含水率在0.03~0.35 cm3/cm3之间变化,基质势变化范围为-138.18~-45.57 cm,土壤水势梯度在单位势梯度左右浮动)。在土壤质地和土壤含水率(维持在田间持水量水平)的影响下,深层土壤层的湿润锋运动速率较快(0.13 m/d),表明地下含水层会迅速地响应地表水分输入(降水和灌溉)。结果可为太行山前平原典型灌溉农田地下水分及可持续利用提供科学依据。     

秦巴山区土地利用时空格局及地形梯度效应

自然景观的垂直地带性为区域土地利用的垂直景观格局奠定了基础,同时也决定了垂直景观带上土地利用的强度及其变化情况。该文采用地形位指数、分布指数、土地利用程度综合指数和土地利用信息图谱法等,分析了1989-2010年秦巴山区土地利用格局的地形梯度效应和图谱信息,揭示地形控制下土地利用时空格局和土地转移的变化规律。结果表明:1)秦巴山区土地利用以林地和耕地为主,呈西林东耕分布;1989-2010年间林地减少显著,建设用地增加明显,其中耕地是建设用地主要转入来源,林、草地是耕地主要转入来源。2)秦巴山区各生态亚区用地类型差异明显,各生态亚区土地利用转移方向也存在差异性。3)秦巴山区土地利用强度指数呈东高西低,中高周低的态势;土地利用强度变化率稳定少动,增加趋势不明显;土地利用动态度呈中高周低的态势,整体变化不大。4)水域、建设用地和耕地主要集中在地形起伏度小和坡度小的低地形位,且耕地主要转移为其他两种用地类型,建设用地有向中低地形位分布的趋势。林地和草地集中在地形起伏大、坡度陡的中高地形位,且存在着相互转移演替现象,中低地形位往往是耕地、林地、草地间的相互转换,未来势必加强坡耕地和低山丘陵区林草地的管治工作。     

酸解羽毛粉研制生物有机肥及其促生效果研究

为提升生物有机肥料中功能微生物的数量,腐熟堆肥中添加外源氨基酸固态发酵功能菌是研制生物有机肥的主要手段。目前主要外源添加氨基酸菜粕的高成本严重阻碍了生物有机肥产业的发展。本试验通过研究酸解羽毛粉作为外源添加蛋白对固态发酵功能菌的影响及其所研制生物有机肥的促生效果,以开发生物有机肥新的原料配方。研究结果表明,腐熟堆肥中,随着酸解羽毛粉添加量的增加,所研制生物有机肥中功能菌的数量呈现先增加后下降趋势,为促进功能菌的增殖,酸解羽毛粉最优添加量为50 g/kg;盆栽试验结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加制成的生物有机肥能够显著增加茄子和番茄株高、茎粗和SPAD值,移栽20天时,相比于对照,茄子分别增加19.02%、29.02%和4.80%;移栽50天时,番茄分别增加14.74%、18.70%和4.74%。研究结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加剂能够有效增殖固体发酵过程中的功能菌,研制的低成本生物有机肥具有优异的促生效果,研究结果能够为生物有机肥产业的发展提供理论依据。