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。     

Mineralization of Organic Nitrogen in Soils with Contrasting Fertility Was Regulated Differently by Addition of Biochar and Animal Manures

ABSTRACT

How to restore the soil fertility and productivity in a damaged and then reclaimed area with extremely low fertility is a big concern worldwide. To explore the method of soil restoration in the coal mining subsidence area, the effects of biochar application coupled with organic fertilizer (animal manures) on the process of organic nitrogen (N) mineralization were studied in a 149 days leaching experiment. Biochar were applied (wt/wt) at the rates of 0%, 1%, and 3%. Two organic fertilizers with different C/N ratio (chicken and sheep manures) were applied at the rate of 200 mg N·kg^?1 soil. A vegetable soil with high-fertility was used as the comparison. The results showed that when treated with chicken manure, the reclaimed soil had 11.13% lower mineralization potential and 20.00% lower inorganic nitrogen production from mineralization than the vegetable soil. Compared with the non-biochar treatment, biochar at both application rates decreased N leaching in chicken manure-treated reclaimed soil, i.e., by 21.49% (1% biochar) and 28.31% (3% biochar), respectively, whereas only high rate of biochar application decreased N leaching in chicken manure-treated vegetable soil by 8.10%. However, N leaching in sheep manure-treated reclaimed soil was unaffected by the biochar application. Thus, the effect of the biochar on the organic nitrogen mineralization was affected by both soil and organic fertilizer type.     

脲酶硝化双抑制剂缓释肥提高番茄产量及NPK养分吸收

为提高番茄肥料的利用效率,该文采用恒温培养和土培试验研究了自制番茄专用缓释肥（special slow-realease fertilizer for tomato,TSRF1和TSRF2）在酸、中、碱性土中的氮素释放特性以及对番茄产量、NPK养分吸收利用的影响。结果表明,在3种不同土壤中,氮素释放累积量均表现为普通复合肥（ordinary compound fertilizer,OCF）>商品缓释肥（commercial slow-release fertilizer,MSRF）>自制专用肥（special compound fertilizer for tomato,TCF）>自制专用缓释肥1（TSRF1）>自制专用缓释肥2（TSRF2）,且各施肥处理在3种不同土壤类型上的氮素累积释放量大小表现为碱性土>中性土>酸性土。在整个培养期,各施肥处理在3种不同土壤中氮素相对累积释放率大小总体表现为碱性土>中性土>酸性土,且土壤中不同形态氮素累积量均是铵态氮大于硝态氮。铵态氮、硝态氮的累积量大小也表现为碱性土>中性土>酸性土。不同形态氮在3种土壤中的累积释放量动态释放以一级动力学方程拟合最好（r=0.963～0.998）。采用一级动力学方程,不同形态氮素的最大释放量表现为总N>NH4+-N>NO3--N,这与土壤中各形态氮素养分的累积释放特性变化规律表现一致。在土培试验中,两种专用缓释肥（TSRF2和TSRF1）显著提高了番茄果实干物质量,较TCF、MSRF和OCF处理分别增加了18.18%、7.24%、31.40%和13.45%、2.96%、26.15%,且番茄产量在各处理之间的差异达到显著水平。各处理对氮素的积累量大小顺序为TSRF2>TSRF1>MSRF>TCF>OCF,对磷的吸收上表现为TSRF1>TSRF2>MSRF>TCF> OCF,钾素吸收积累量的趋势与氮素基本相同。与普通复合肥相比,两种专用缓释肥处理的N、P、K利用率分别增加了10.66%、20.53%和18.62%（TSRF1）,14.94%、18.48%和21.95%（TSRF2）。两种专用缓释肥（TSRF2和TSRF1）在抑制剂的作用下,能够延缓肥料中N素养分的释放,增加番茄植株对氮磷钾养分的吸收,从而提高了NPK养分利用率和番茄产量。     

龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

甘蔗切割器螺旋提升机构输送性能分析与改进

为改善甘蔗收割机物流系统的堵塞问题,以切割器螺旋提升机构为主要研究对象,通过仿真模拟分析与试验研究手段,探讨了摩擦系数等因素对甘蔗物流堵塞的影响,通过UG和ADAMS建立虚拟样机仿真模型,仿真结果表明,增大螺旋的摩擦系数可以提高甘蔗的输送速度,减少甘蔗平均滞留时间。高速摄影试验表明,螺旋选用摩擦系数大的轮胎胶作为覆盖层时、当切割器转速在750 r/min左右时,甘蔗的滞留时间较原钢筋螺旋缩短了17%左右,可以改进切割器物流系统堵塞问题。基于上述机理,设计了平面螺旋结构,其与甘蔗的接触方式由原来的点接触变为线接触,仿真分析表明,面宽为20 mm的螺旋与原圆柱型螺旋相比,甘蔗滞留时间缩短了32%,说明平面螺旋可以有效地抑制前端输送系统的堵塞现象;适当加宽螺旋提升机构的面宽有利于减少甘蔗滞留时间,单位时间内甘蔗输送更快、更稳定。该研究为后续试验研究及物理样机的改进设计提供了参考。     

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

自然环境下葡萄采摘机器人采摘点的自动定位

针对葡萄果梗颜色复杂多变、轮廓不规则等影响因素使得采摘机器人难以准确对采摘点进行定位的问题,该文提出一种基于改进聚类图像分割和点线最小距离约束的采摘点定位新方法。首先通过分析葡萄图像的颜色空间,提取最能突显夏黑葡萄的HSI色彩空间分量H,运用改进的人工蜂群优化模糊聚类方法对葡萄果图像进行分割;然后对分割图像进行形态学去噪处理,提取最大连通区域,计算该区域质心、轮廓极值点、外接矩形;再根据质心坐标与葡萄簇边缘信息确定采摘点的感兴趣区域,在区域内进行累计概率霍夫直线检测,求解所有检测得出的直线到质心之间的距离,最后选取点线距离最小的直线作为采摘点所在线,并取线段中点坐标作为采摘点。以从晴天顺光、晴天遮阴、阴天光照下采集的300幅夏黑葡萄进行分类试验,结果表明,该方法的采摘点定位准确率达88.33%,平均定位时间为0.3467 s,可满足采摘机器人对采摘点的定位需求,为葡萄采摘机器人提供了一种新的采摘点求解方法。     

菜地氮肥用量与N2O排放的关系及硝化抑制剂效果

通过连续种植四季蔬菜近一年的大田试验,探究高施氮水平和低氮肥利用率的蔬菜生产系统中,N2O排放量与氮肥施用量之间的定量关系及其机理,并研究硝化抑制剂减少菜地N2O排放的效果.结果表明,在氮肥施用水平为N 0～1 733 kg hm-2a-1间,无论氮肥中是否添加硝化抑制剂,N2O总排放量与氮肥施用量均呈指数函数关系,即氮肥施用量高时,N2O排放率也高.在各氮肥水平处理下,硝化抑制剂均能降低N2O排放,抑制率为8.75％ ～ 25.28％,且这种减排效果随着施氮量增加而增加.在氮肥施用量为N 300或400 kg hm-2季-1时,施用硝化抑制剂减少N2O排放所带来的效益略高于其成本,因此,即使不考虑氮肥利用率的提高等因素,施用硝化抑制剂仍是一种有利的选择.     

不同种植方式对红壤旱地土壤水分及抗旱能力的影响

通过3年田间小区试验,研究不同种植方式对红壤旱地土壤水分及抗旱能力的影响.结果表明：1）与种植花生相比,种植苎麻可显著提高土壤有机质质量分数（28.44％）、田间持水量（10.06％）和总孔隙度（5.65％）,土壤密度则显著降低7.20％;2）监测期内,花生地各层土壤以及整个0～ 100 cm土体水分变异系数普遍高于苎麻地,苎麻地0 ～ 100 cm土体水分的时间稳定性和空间协调性优于花生地;3）苎麻地0～ 40 cm土壤较花生地延长抗旱时间7d以上,但随着土层的加深,差异越来越小;4）红壤坡耕地种植苎麻有利于提高红壤旱地土壤抗旱能力,特别是中、上层土壤.从扩充土壤水库的角度考虑,红壤旱地种植苎麻优于种植花生,该研究结果可为挖掘红壤区深层土壤水分提供参考.     

刺糖多孢菌高产菌株和野生型菌株多杀菌素生物合成基因簇(spn)在发酵过程中的表达分析

多杀菌素(spinosad)作为一种高效、低毒生物杀虫剂,已在农药、兽药、卫生用药等领域得到应用。中国关于多杀菌素的研究起步较晚,进展缓慢,目前仍无法实现产业化生产。本研究旨在分析刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)高产菌株ASAGF73与野生型菌株ATCC49460在发酵过程中多杀菌素合成基因簇(spinosyn biosynthetic gene cluster,spn)的表达变化及差异,初步判断影响多杀菌素合成的关键限速步骤。生物信息学分析表明,spn基因簇含有9个转录子,分别在各转录子中设计引物,进行RTPCR检测其表达情况。结果显示,突变株ASAGF73中多杀菌素的产量提高可能与spn基因簇中部分基因的高表达有关,其中编码聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)的基因和参与大环内联桥形成的基因表达量远高于野生型菌株的。在ASAGF73中编码鼠李糖转移酶的spn G基因在发酵前期过量表达,而在后期大量合成多杀菌素时表达减弱,有可能成为多杀菌素合成的限速步骤。本研究初步阐明能够提高多杀菌素产量的分子机制,为构建多杀菌素高产基因工程菌提供参考。