华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m~(-2)·a~(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。     

不同硬脂酸添加量下大豆分离蛋白/海藻酸钠膜特性研究

为改善大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜的耐水性,通过添加不同添加量（0、2%、4%、6%、8%、10%）硬脂酸制备大豆分离蛋白/海藻酸钠/硬脂酸三元复合膜,探究硬脂酸对大豆分离蛋白/海藻酸钠复合膜的机械性能、阻水性能和微观结构的影响,最终明确不同硬脂酸添加量对耐水性变化的影响规律。结果表明：与大豆分离蛋白/海藻酸钠二元复合膜相比,添加6%和8%硬脂酸后,复合膜的断裂伸长率、水蒸气透过率显著下降,并且对其含水率及水溶性也有显著影响。当硬脂酸添加量为8%时,三元复合膜的水蒸气渗透性最低,水蒸气透过系数为（2.95±0.49） g·mm/（m²·h·kPa）,接触角最大,为91.68°±9.02°。通过傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜分析可知,大豆分离蛋白和海藻酸钠通过共价交联形成网络结构,加入的硬脂酸则分布在网络结构的缝隙中,当硬脂酸添加量为8%时,膜的表面较为光滑平整,内部结构致密,能够形成良好的网络结构,键与键之间结合较强,能有效提高复合膜的阻水性能。     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。     

马铃薯通风储藏库加湿系统设计与试验

为解决现有马铃薯通风储藏库加湿系统选型参数标准模糊和加湿方式无法随库内环境参数变化进行自动调节等问题,设计了一套马铃薯通风储藏库自动加湿系统。在现有马铃薯储藏库基础上,考虑马铃薯生理特性,该加湿系统选择PLC S7-200为主控制器,并运用控制变量法进行试验设计,采用Origin数据分析软件对各影响因素与入口风速和相对湿度之间的关系进行单因素试验分析,研究加湿帘厚度、加湿泵功率和风机风速对储藏库加湿效果的影响。硬件选型试验表明,该储藏库的最佳参数组合为湿帘厚度45cm、加湿泵功率70W、风机风速16m/s,当风速达到16m/s时能够达到完全穿透效果。加湿系统应用试验证明,系统能够正常工作,并且将库内相对湿度维持在95%左右,储藏后马铃薯平均失重率为3.70%,满足马铃薯储藏的加湿需求,且系统可根据库内环境参数的变化进行相应调整,使马铃薯保持较充足的水分和较低的失重率,从而保证储藏库内环境适合马铃薯储藏。     

基于改进YOLO v4模型的马铃薯中土块石块检测方法

为实现收获后含杂马铃薯中土块石块的快速检测和剔除,提出了一种基于改进YOLO v4模型的马铃薯中土块石块检测方法。YOLO v4模型以CSPDarknet53为主干特征提取网络,在保证检测准确率的前提下,利用通道剪枝算法对模型进行剪枝处理,以简化模型结构、降低运算量。采用Mosaic数据增强方法扩充图像数据集(8621幅图像),对模型进行微调,实现了马铃薯中土块石块的检测。测试表明,剪枝后模型总参数量减少了94.37%,模型存储空间下降了187.35 MB,前向运算时间缩短了0.02 s,平均精度均值(Mean average precision, mAP)下降了2.1个百分点,说明剪枝处理可提升模型性能。为验证模型的有效性,将本文模型与5种深度学习算法进行比较,结果表明,本文算法mAP为96.42%,比Faster R-CNN、Tiny-YOLO v2、YOLO v3、SSD分别提高了11.2、11.5、5.65、10.78个百分点,比YOLO v4算法降低了0.04个百分点,模型存储空间为20.75 MB,检测速度为78.49 f/s,满足实际生产需要。     

基于GIS、RS的滴灌棉田土壤养分精确管理分区研究

在GIS和RS支持下,针对新疆生产建设兵团第五师81团滴灌棉田,选用遥感结合土壤、土壤、遥感数据为数据源,利用模糊c均值聚类法进行土壤养分精确管理分区研究。研究结果表明:无论以何种数据源划分分区,分区后各分区养分指标变异系数均有所下降,空间分布朝均一方向发展;不同管理分区间差异明显,同一管理分区内土壤养分含量的空间变异差异较小。以遥感结合土壤为数据源所划分管理分区与实际产量所划分分区符合度最高达到91.36%,以土壤为数据源的管理分区次之,符合度达到84.40%,仅以遥感数据(归一化植被指数)为数据源所划分管理分区符合度最低为75.47%。因此,运用聚类分析法以遥感结合土壤数据为数据源可获得较好的分区结果,可实施变量投入和精确施肥推荐,为棉田土壤养分管理提供科学的理论依据。     

国内外水稻直播机械化研究进展

水稻直播对降低劳动强度、节约水资源、提高农业生产效率、增加农民收入具有非常重要的意义。对国内外水稻直播机械化技术的发展及应用现状进行简要介绍与分析,旨在为我国水稻直播机械的发展提供理论依据。     

土壤微量元素含量空间分布的条件模拟

土壤微量元素的空间分布特征是土壤母质成分和外源输人长期作用的结果,了解这一分布特征是进行土壤环境评价的重要前提。地统计学中的条件模拟方法由于同时考虑了分布在二维或三维空间的变量整体上的空间结构特点和局部的不确定性,因而在研究变量的空间分布、变化和相互联系等方面具有独到之处,并在有关领域得到了广泛的应用。本文根据地统计学原理,对北京东郊污灌土壤表层微量元素含量的小尺度分异进行了条件模拟,为考察该方法的特点,同时进行了克里格括值以作对比分析。     

三江平原别拉洪河流域湿地农田化过程中湿地-农田景观梯度时空特征分析

湿地农田化过程是三江平原过去50年以来土地覆盖变化的主要特征,由于大面积的湿地被农田所替代,原有的自然生态环境遭到了严重破坏。本文选取三江平原别拉洪河流域作为研究对象,基于RS和GIS技术,集成地形图与遥感数据（MSS,TM,CBERS）,利用景观梯度分布分析模型,对1954-2005年期间湿地与农田景观梯度时空变化特征进行了分析。结果表明,1954年除西南部靠近松花江地区、浓江上游地区湿地景观分布较为稀疏外,其他地区都属高湿地景观梯度区。到2005年,除洪河自然保护区及靠近黑龙江和乌苏里江边缘地区外,研究区的大部分都成为耕地景观高梯度分布区。耕地景观和湿地景观梯度分布格局的变化揭示了研究区湿地农田化过程的空间规律性,即耕地逐年向东扩展的同时,湿地相应地向东北方向消退。     

套袋对枇杷果实PAL、PPO、POD活性和可溶性蛋白质含量的影响

以解放钟枇杷套袋后的果实为试材，在果锈发生严重期至成熟期，每隔10d定期测定套袋果与不套袋果果实中PAL、PPO、POD活性及可溶性蛋白质含量。结果表明，套袋后，果实的PAL、PPO、POD活性提高，可溶性蛋白质含量下降；PAL、PPO、POD活性的提高，可抑制果锈的发生；PAL活性提高有利于套袋果实的着色；可溶性蛋白质含量下降可能与套袋果实风味品质变差有关。