纳米TiO2光催化系统的构建及其去除营养液中根分泌物的效果

以甲基橙为降解对象,研究了通气和固载量(6、11、16、21g/m2)对纳米TiO2光催化效果的影响。结果表明:通气可以显著提高光催化的效率;随着固载量的增加,光催化的效果越好,但是,当固载量大于16g/m2时,光催化效果提高的非常有限,综合考虑,最优的固载量应为16g/m2。基于以上及课题组前期的研究结果(以254nm紫外灯为激发光源,纳米TiO2粒径为10nm时,光催化效果最好),设计了一套基于人工光光源的纳米TiO2光催化系统,以处理水培营养液,表明此催化系统可以有效去除水培营养液中的根分泌物,且营养液处于流动状态下时,纳米TiO2的降解效率显著高于静止状态。     

黑龙江省活动积温时空变化特征及其对水稻单产的影响

利用Berkeley Earth提供的高精度陆地表面日平均气温格点资料,计算1951-2012年黑龙江省≥10℃年活动积温,用自然正交分解（EOF）法对积温年代际和年际变化的时空特征,以及积温变化对全省水稻单产的影响进行分析。结果表明：研究期积温年代际变化可分成平稳期Ⅰ（1951-1993年）,转换期（1993-2000年）和平稳期Ⅱ（2000-2012年）,3个阶段的平均气温均呈递增趋势。平稳期Ⅱ与平稳期Ⅰ相比,平均积温全省大部普遍升高200℃·d以上,升高幅度最大的区域在该省西南部,达240～320℃·d。在平稳期Ⅱ,2100℃·d积温线已北移通过黑河地区到达大兴安岭,说明水稻种植北界可以达到北部较寒冷的黑河地区。黑龙江省水稻生长季年活动积温和水稻单产均存在准2a周期为主的短期年际变化。相关分析表明,在哈尔滨、齐齐哈尔、大庆、绥化、伊春以及佳木斯市,积温的短期年际变化对水稻产量的影响较大,而在南部的尚志、牡丹江和鸡西,其影响则不大。     

1961-2013年黄淮海平原降蒸差的时空变化特征

基于黄淮海平原41个气象站点1961-2013年逐日气象数据,利用Penman Monteith公式计算潜在蒸散量,采用降水量与潜在蒸散量差值即降蒸差表征区域水分盈亏状况,结合ArcGIS地统计分析、趋势分析及Morlet小波分析,探讨黄淮海平原各季降蒸差的时空变化特征。结果表明：黄淮海平原降蒸差呈南北差异分布,在-650～100mm区间变化,南部高于北部。夏季降蒸差最高,秋、冬季次之,春季水分亏缺最严重,多年平均亏缺量为210.61mm,远高于其它季节。站点季节降蒸差的年际变化总体呈上升趋势。各农业亚区蒸散量差异不大,降蒸差差异主要由降水导致,鲁西平原鲁中丘陵水浇地旱地二熟区（Ⅵ区）降蒸差最高,为-21.63mm,海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区（Ⅲ区）最低,为-560.42mm。6个亚区春季水分亏缺量分别占区域年总亏缺量的56.4%、51.7%、40.6%、59.7%、59.3%和66.1%。周期分析表明,黄淮海平原Ⅰ-Ⅳ各农业亚区春季降蒸差变化主周期皆为28a,黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区和江淮平原丘陵麦稻两熟区（Ⅴ和Ⅵ区）为10a,未来一段时间春季降蒸差将处于偏低期。黄淮海平原水分亏缺量季节性差异较大,干旱发生风险较高,尤以春旱发生频率较高。     

农田尺度下冬小麦晚霜冻害空间差异及原因分析

【目的】揭示农田尺度下冬小麦晚霜冻害与产量关系及其空间分布规律,探讨其空间差异性原因,为冻害风险早期预判及影响因子调控提供先验知识和依据。【方法】选择矮抗58冬小麦品种作为研究对象,以2013年4月发生的3次自然霜冻为契机,构建死穗率、残穗率、残穗指数和减产率等晚霜冻害评价指标。基于商丘市一农户麦田内100个采样点（以5 m间隔定点）的小麦产量、冻害考察以及土壤肥力测定数据,运用多元线性逐步回归、地统计学、系统聚类、方差分析以及多重比较等方法对穗数、实际产量和晚霜冻害评价指标进行空间统计分析,探讨其与小麦发育进程、返青期土壤肥力因子的关系。【结果】逐步回归分析表明,死穗率是影响穗数的关键因子,呈负效应。影响实际产量的因子是残穗指数、死穗率和残穗率,3个因子均呈负效应,值越大,实际产量越低,其中残穗指数的影响最大（直接通径系数为-0.453）。影响减产率的因子为死穗率、残穗率和残穗指数,3个因子均为正效应,值越大,减产率越高,其中死穗率的影响最大（直接通径系数为0.626）。晚霜冻害具有显著的正空间自相关特性,冻害程度相近的样点在局域空间上呈集聚分布状态;在所有冻害评价指标中,减产率的空间集聚性最强（Moran’s I=0.5538）。冻害分区结果表明,随着冻害程度加深,穗数和实际产量显著降低（P＜0.05）;死穗率增幅最大（达271.3%）,其次是残穗率和残穗指数（分别为36.4%和31.8%）,它们共同成为导致减产率大幅攀升（增幅达132.1%）的因素;冻害程度最重的区域几乎连片分布,空间集聚性明显。小麦发育进程和返青期土壤养分的空间差异明显,与晚霜冻害具有一定空间关联性。土壤全氮、水解氮、速效磷、速效钾和有机质等与冻害指标之间达显著负相关（P＜0.05）,随着前期土壤养分含量降低,冻害程度呈加重趋势。前期持续干旱使得土壤含水量迅速下降,进一步加重了晚霜冻害的影响程度。【结论】在农田尺度下,晚霜冻害影响冬小麦穗数和实际产量的空间差异性明显,其空间分布与小麦发育进程和返青期土壤养分等因子有一定的关联性,这为在精细空间上进行冻害风险早期预判与因子调控提供了可能。     

气候变化对中国草原生态系统影响研究综述

分析了近50年来中国主要草原区以温度和降水变化为主的气候变化特征,阐述了气温和降水的改变对中国主要草原生态系统影响的相关研究结果,总结了气候变化对中国主要草原区植被时空格局的影响。近50年来,中国草原区气温普遍升高,降水变化时空差异较大。多数研究结果表明,温度升高对植物物候的影响存在较大的不确定性,对草原植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）的影响也具有区域性差异,增温加速土壤碳分解,降低植物物种多样性。降水增多使植物物候期提前,生长季延长,草原NPP提高,物种丰富度增加,但植被生长对降水的变化具有一定的滞后性;不同的水热组合对植被生长的影响不同。温度升高和降水增多均会使草原植被覆盖度增加。总的来说,气候变化对中国草原区植被生长起促进作用,但在局部区域,抑制其生长。建议在未来的气候变化条件下,结合宏观和微观方面,系统分析中国草地生态系统的敏感性和脆弱性,加强对中国草地生态系统的综合研究,从而降低研究结果的不确定性。     

基于NDVI的藏北地区草地退化时空分布特征分析

本文以藏北地区为研究区域,基于归一化植被指数(NDVI)反演草地植被盖度,以植被盖度作为判断草地退化的标准,综合计算藏北地区2000-2010年逐年草地退化指数(grassland degradation index),定量揭示藏北地区草地退化的时空分布规律.结果表明,截至2010年,藏北地区草地退化现状仍然较为严重,退化草地的面积占全区面积的58.2%.其中,重度退化和极重度退化草地面积的比例分别为19.0%和6.5%,区域草地退化指数为1.97,接近中等退化水平.分区结果显示,藏北地区中部,东部,北部草地退化情况较为严重,均处于中等退化等级,西部地区的退化情况最轻,处于轻度退化等级.分析2000-2010年藏北地区全区及各个分区的草地退化趋势表明,只有北部地区有减缓趋势;2000-2010年间与1981-1985年间对比结果显示,重度退化及极重度退化草地面积比例上升幅度较大.2000-2010年间藏北地区平均草地退化指数为1.84,草地退化等级在轻度退化到中度退化之间波动.     

覆膜对半干旱区春玉米生长及产量构成的影响

为促进东北半干旱区旱作农田持续增产以及秋覆膜技术的推广,以玉米郑单958为试材,在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站的定位试验地,设置了裸地种植(B),春季覆膜种植(SM)和秋季覆膜种植(AM)3个处理,研究覆膜处理对玉米的生长发育特性、产量及其构成因素的影响。结果表明:覆膜处理能促进玉米的生长,提高籽粒产量,其中,AM处理优势明显,可以增加玉米株高、茎粗、叶面积指数和生物量,促进干物质积累;2014年的籽粒平均产量达14 280 kg/hm2,较SM处理和B处理分别高18.76%和14.51%,增产的原因是穗长、穗粗、粒数、百粒重均大于其他2个处理;2015年的籽粒平均产量达12 120 kg/hm2,较SM处理和B处理分别高10.79%和76.93%,增产的原因是穗长、穗粗、粒数、百粒重的显著增加;AM处理连续2年均显著提高了春玉米的降水利用效率。综合本研究结果,在半干旱地区雨养农田连续应用秋覆膜技术,即使在较为干旱的年情下仍可以实现作物的高产,该技术是提高本地区春玉米产量和农田降水利用效率的有效措施。     

土垄内嵌基质栽培方式对日光温室春甜椒的降温增产效应

本文提出土垄内嵌基质的栽培方式以缓解日光温室春甜椒生长季遭受的高温影响。通过设置土垄栽培（S处理）、土垄嵌PE槽基质栽培（P处理）、土垄嵌铁丝网槽基质栽培（W处理）3种处理,以单纯PE槽基质栽培（CK）为对照,在春甜椒果实成熟采摘期（5-6月）每日气温较高时段（12：00-16：00）观测各处理根区环境温度,在甜椒不同生育时期观测各处理植株的生长指标及产量并进行比较。结果表明：S、P和W处理的根区温度分别比CK低1.50、2.17和1.47℃,说明P和W处理能够有效缓冲高温时甜椒根区环境温度的升高,且P处理的温度缓冲效果略优于W处理。S、P和W处理甜椒的株高、茎粗、叶绿素含量和地上干鲜重均显著高于CK,能显著促进甜椒生长发育,其中W处理对甜椒生长的促进作用最明显。基质栽培根系鲜重较大,但CK根区高温减少了甜椒地上部和根系干物质积累。此外,第一次采摘时土垄栽培的结实数显著低于其它3个处理,说明基质栽培相对土壤栽培能促进甜椒开花坐果,缩短生育期。W处理结实数、单果重、单株产量、果实大小及单产均显著高于其它处理,其产量为3.78kg·m^-2,分别比S、P和CK处理提高80.9%、31.3%和51.8%。总之,土垄嵌铁丝网槽基质栽培能够在有效增强根区温度缓冲能力的前提下,明显提高甜椒产量,在日光温室高温环境生产中具有重要的应用价值。     

环境温度和CO2浓度升高对湖北早稻氮素含量及产量的影响

采用改进后的开顶式气室（OTC）,大田原位模拟温度升高2℃和CO₂浓度增加60μL·L^-1的未来气候情景,观测其对湖北地区早稻植株全氮、土壤氮素及产量的影响。试验设置对照(CK)、增温（增2℃,IT）、增CO2 (增60μL·L^-1,IC)以及增温+CO^₂（增2℃+增60μL·L^-1,IT+IC）4个处理,3次重复,随机区组排列,对早稻各生育期植株全氮含量、土壤NH4⁺-N和NO₃--N含量以及产量构成进行监测。结果表明：（1）温度和CO^₂浓度升高以及二者同增会增加早稻生育早期（特别是分蘖期）植株体内全氮含量,分蘖期以后各处理间差异不显著,籽粒全氮含量差异亦不显著;土壤NH4⁺-N含量与植株全氮变化规律类似,在早稻生育早期,温度和CO^₂浓度升高以及二者同增会增加土壤NH4⁺-N含量,分蘖期以后各处理间差异不显著;（2）温度升高使拔节期、成熟期土壤NO₃--N含量降低,抽穗期土壤NO₃--N含量增加;CO₂浓度增加会提高拔节期、成熟期,降低抽穗期土壤NO₃-N含量;（3）CO₂浓度升高,早稻增产13.4%,与CK差异极显著（P<0.01）,而单独增温或增温+增CO₂处理早稻产量与CK差异不显著。     

秸秆覆盖和有机质输入对紫色土土壤可蚀性的影响

以紫色土坡耕地为研究对象开展野外径流小区定位监测试验,设置有机质(OM)、秸秆覆盖(SW)、有机质+秸秆覆盖(OM+SW)和对照(无秸秆覆盖,不增施有机质,CK)4个处理,对2014年侵蚀性降雨条件下不同处理小区径流及产沙特征进行分析,以单位径流冲刷侵蚀量(K_w)作为土壤可蚀性指标,研究四川省中江县紫色土区秸秆覆盖和有机质输入对坡耕地土壤可蚀性的影响。结果表明:秸秆和有机质输入能显著降低紫色土区坡耕地产流量,4个处理减小径流的效果表现为OM+SWSWOMCK;有机质、秸秆覆盖均显著降低单位径流侵蚀量,从而减小土壤可蚀性,OM、SW、OM+SW处理对土壤可蚀性的平均消减率分别为22.30%、29.76%、35.04%,秸秆覆盖处理(SW)对土壤可蚀性的减小效应略高于有机质处理(OM),但二者差异不显著。综合分析得出,增施有机质的同时进行秸秆覆盖可作为紫色土区坡耕地减小土壤可蚀性的有效措施。