施用生物炭对农田土壤氮素转化关键过程的影响

生物炭作为一种土壤改良剂,施入土壤后不仅能有效改善土壤结构,提高土壤对营养元素的吸附能力,还可减少温室气体的排放,增强生物固氮能力,因此在农业生产和缓解气候变化方面有着巨大的应用前景。生物炭的输入将直接影响农田土壤氮素的循环和转化,本文结合国内外大量文献,综合分析总结了施用生物炭对土壤氮素转化过程的影响,重点从生物炭对土壤氮素矿化、氮素损失以及硝化、反硝化作用和生物固氮过程的影响过程展开阐述。并在此基础上,提出今后应加强生物炭对氮素转化的作用机理及对环境的长期正负效应研究,特别是对相关微生物群落的多样性、丰度以及土壤酶活性方面的研究,同时提出相关研究应建立在统一的生物炭标准之上,以明确区分生物炭的作用效果及其作用机制。     

晚霜冻胁迫后冬小麦株高降低及其与籽粒产量关系

【目的】探究晚霜冻胁迫对冬小麦株高及其构成因素的影响,阐明株高降低特性及其与节间长、穗长和籽粒产量的内在关系,为晚霜冻害评估指标的建立提供依据。【方法】基于低温室和田间可移动式霜箱2种模拟霜冻手段,分别以冬小麦幼穗发育阶段(小花原基分化、雌雄蕊原基分化、药隔形成、四分体形成和抽穗期)和零下处理温度(-1℃、-3℃、-5℃、-7℃、-9℃和-11℃)为梯度,共开展6期盆栽试验和3期小区试验;在考察植株茎部冻害、测定株高与其构成因素、统计籽粒产量要素的基础上,运用方差分析、回归函数拟合、以及突变检验等方法研究晚霜冻胁迫下株高降低特性,分析各构成因素对株高的贡献、以及株高与籽粒产量的回归关系。【结果】(1)在雌雄蕊原基分化至药隔形成后期,株高随处理温度降低而呈突变性降低特征,处理温度低于-5℃左右时突变开始,且不同植株个体、品种间有一定差异;在同一处理温度下,株高最大降幅出现在药隔形成后期。(2)在雌雄蕊原基分化期、药隔形成前期和药隔形成后期,对株高贡献排前两位的节间分别为倒四节间和倒三节间、倒三节间和倒二节间、倒二节间和倒四节间,其长度均因冻害胁迫而显著缩短,且与株高呈极强显著相关性(P0.001),此时株高亦呈显著降低趋势。(3)株高与穗粒数、千粒重、单株产量之间的回归模型符合幂函数曲线特征,其中,单株产量的降幅随株高降低而呈现先快后慢的变化态势;当单株产量因冻害胁迫降低至1.5 g以下时,其随株高继续降低而不再明显减少,此时穗粒数变化也已不大。【结论】在模拟晚霜冻胁迫条件下,正在伸长或待伸长的冬小麦节间长度与穗长显著缩短;当缩短节间与对株高起主要贡献的节间相一致时,株高显著降低。利用节间缩短特性、以及单株产量和株高降低之间的幂函数关系模型,可为冬小麦生长后期植株倒伏以及产量损失风险评估方法提供新的研究途径。     

LED补光和根区加温对日光温室起垄内嵌式基质栽培甜椒生长及产量的影响

田间条件下采用起垄内嵌式基质栽培(soil ridged substrate-embedded cultivation,SRSC)方法,研究了日光温室LED冠层补光和电热线根区加温对甜椒生长和产量的影响。该试验设不加温不补光对照(CK)、根区加温15℃处理(T15)、根区加温18℃处理(T18)、单一补光处理(L)、根区加温15℃+补光处理(T15+L)、根区加温18℃+补光处理(T18+L),共6个处理。结果表明,与对照相比,根区加温均能提高SRSC甜椒根区的温度,但根区温度仍呈现出随环境温度变化而变化的趋势,T18的根区全天保持较高温度。根区热通量的变化与根区温度变化相对应,T15和T18处理的根区热通量昼夜变化较CK剧烈,其根区侧面白天向内传热滞后,晚间侧面向外传热提前,传递量增加;根区垂直方向白天向内传热滞后,传递量减少,晚间垂直向外传热提前,但传递量增加。T15和T18均显著提高了甜椒的株高、冠层厚度和冠层直径,且T18比T15效果更明显。T15对甜椒的地上及地下干鲜重没有显著的提升作用,而T18的提升效果显著。根区加温补光处理的甜椒生物量普遍高于单一根区加温或补光处理,其中T18+L处理提升效果显著优于T15+L处理。T15、T18和L相对CK均提高了甜椒单产,单产分别提高30.74%、53.0%和14.81%。而根区加温和LED补光协同作用比单一的根区加温或冠层补光都能表现更好的增产效果,T15+L和T18+L分别比T15和T18的产量分别提升32.86%和15.50%,分别比L产量提升51.29%和53.87%。总之,根区加温与LED补光是日光温室甜椒增产有效的调控措施,两者在增加单株产量上存在显著的协同效应,二者共同作用比单一作用效果更加明显,且根区加温对甜椒生长和产量的促进效果比冠层补光更加显著,在实际生产中具有重要的指导意义。     

黄淮冬麦区气象因子与小麦晚霜冻害关系研究——以商丘市为例

基于1956-2015年商丘市气象数据和霜冻害资料,研究黄淮冬麦区商丘市气象因子与霜冻害的关系,以及气温、地温、相对湿度、风速与草面温度的偏相关和多元线性回归关系。结果表明:随着全球气温变暖,商丘市冬春季积温以4.35℃·d·a~(-1)的速率逐年增加;晚霜冻害除受冷空气活动影响外,与前期积温和降水量密切相关,冬春季积温偏高或降水量偏少的情况下易发生晚霜冻害;随着小麦幼穗的发育,其对低温的敏感度增加,且可引起霜冻害的最低温度有逐渐升高的趋势;气温、地表温度、平均相对湿度、平均风速与草面温度呈极显著相关(P0.01),偏相关系数的大小表现为地表温度气温平均相对湿度平均风速,可见,除气温、地表温度外,平均相对湿度、平均风速也对霜冻害的发生及轻重程度起关键作用;各因子与草面温度可用模型表述为Y=0.558ST+0.482AT+0.087RH+1.304WS-12.704,经检验,线性回归方程成立,可通过该模型对草面温度进行监测,并为未安装草面温度传感器的地区提供可靠的冻害评估结果。     

黑龙江大豆生产时空分析与风险评估

基于黑龙江省大豆产量锐减和自然灾害加重的背景,依据1993—2012年13个地市和农垦总局(ARB)20 a的产量数据,运用数理统计和单产分布模拟推导法,分析了黑龙江大豆产量时空变化,并评估了相应的生产风险。结果表明:2005年黑龙江大豆产量达到峰值748万t,2012年产量直线下降至463.4万t;2012年,齐齐哈尔、农垦总局和黑河为黑龙江三大主产区,产量占全省的55.73%,发生灾害的概率分别为41.61%、18.78%和41.11%,全省灾害发生概率最高的是大兴安岭46.42%,最低的是农垦总局18.78%;齐齐哈尔和黑河作为黑龙江大豆主产区,灾害风险相对较高,在灾害防御投入、政策补贴等方面应优先考虑。     

种植制度对阴山北麓马铃薯种植区土壤温度的影响

通过马铃薯带状间作长期定位试验,测定了生育期内马铃薯与草谷子间作轮作(P-M)、间作连作(P+M),马铃薯与油菜间作轮作(P-R)、间作连作(P+R)地块10cm地温,并对相关结果进行分析.结果表明,各处理地温日变化呈明显的正弦曲线变化规律,轮作在6:30-9:00达最低温,16:30-18:00达最高温.相同生育期内轮作与连作比较,其平均最高、最低地温出现早0.5 ～1.5h,日较差大0.6 ～3.5℃.种植制度对日平均地温和积温的影响在不同生育期存在显著差异:苗期和块茎形成期,受不同前茬影响,轮作的平均地温和积温高于连作,与不同作物间作的处理间差异很小;块茎增长期和淀粉积累期,P-R的地温最低,P-M的最高.马铃薯块茎产量与全生育期日较差、生育前期的平均地温和日最高温、生育后期的日最低地温呈显著正相关.可见,提高苗期地温、增大各期日较差是轮作马铃薯高产的重要原因;与株高冠幅较大的油菜间作可以减少高温伤害,但在冷凉地区,与草谷子等低矮作物间作更容易获得充足的热量,从而实现高产.     

猪场沼液絮凝上清液的紫外线杀菌效果

猪场沼液中含有大量的微生物,为确保其排放或循环利用的卫生和环境安全,应对其进行有效的杀菌处理,目前国内沼液杀菌相关的研究缺乏。由于猪场沼液原液的色度和浊度很高,紫外线透过率很低,采用紫外线杀菌前需要对其进行预处理。该研究采用絮凝方法处理猪场沼液,对所获取的不同透射率沼液絮凝上清液进行杀菌试验,试验以细菌总数、大肠菌群和粪大肠菌群的数量变化及其杀菌率为指标,在4种沼液絮凝上清液透射率(0.01%、0.69%、3.78%和8.54%)、3种紫外线杀菌装置内水深(1、2和3 cm)和5种水力停留时间(1、5、10、15、20和30 min)试验条件下,探讨紫外线对沼液絮凝上清液杀菌的可行性及其运行效果。结果表明,絮凝上清液透射率(T254)、紫外线杀菌装置内水深和水力停留时间等因素对紫外线的杀菌效果均有极显著影响(P0.01),3种因素之间均有极显著的交互作用(P0.01)。试验紫外线灯管强度为395μW/cm2,当沼液絮凝上清液的透射率为0.69%、水力停留时间15 min和紫外线杀菌装置内水深2 cm时,紫外线对细菌总数、大肠菌群和粪大肠菌群的杀菌率分别为(99.99±1.20)%、(99.99±1.43)%和(100.00±0.01)%,使沼液絮凝上清液中粪大肠菌群的数量从3.9×106个/L下降至检出限(3个/L)以下,紫外线杀菌处理出水达到现行国家标准的无害化卫生要求,该研究可能为沼液的紫外线杀菌技术的深入研究和沼液安全循环利用提供参考。     

大气CO2 浓度升高对绿豆生长及C、N 吸收的影响

研究大气CO₂ 浓度升高对绿豆生长及C、N 吸收的影响, 有助于了解未来气候变化下绿豆养分平衡的变化。利用FACE (Free Air CO₂ Enrichment)系统在大田条件下研究了CO₂ 浓度升高对绿豆生物量及C、N 吸收的影响。结果表明: 大气CO₂ 浓度升高使绿豆叶、茎、荚、根、地上部分生物量、总生物量及根冠比增加。各发育期地上部分含N 量下降10.39%~21.06%, 含C 量增加0.41%~1.13%, C/N 增加12.23%~26.68%; 籽粒中N、C 含量及C/N 无显著变化。植株地上部分吸N 量和吸C 量分别增加1.99%~50.87%和14.43%~92.69%。未来大气CO₂ 浓度升高条件下, 绿豆将通过生物量的增加固定更多的C, 并增加对N 素的吸收, 未来的绿豆生产应考虑增加土壤的施肥水平以保证其养分供应。     

不同堆放方式对牛粪温室气体排放的影响

为了研究不同堆放方式对牛粪温室气体排放的影响,试验采用静态箱-气相色谱法对3种不同堆放处理的奶牛粪便在夏秋季的温室气体排放速率进行了观测.结果表明,两个季节CO2和CH4在试验前期排放速率较大,中后期排放较少;N2O在试验前期排放速率较小,后期排放速率逐渐上升;牛粪不同堆放方式对温室气体排放的影响很大,除了夏季试验堆放高度50 cm和25 cm处理CH4的排放速率差异不显著之外,其他处理间温室气体的排放差异都显著,两个季节中每天加粪10 kg处理CO2和CH4的排放速率较大,其他处理CO2和CH4的排放速率较小;N2O的排放速率基本表现出相反的趋势.综合温室效应每天加粪10 kg处理的最大, 堆放高度为50 cm处理的最小.     

不同光质组合对生菜生长和能量利用效率的影响

【目的】筛选较优的光质组合,提高人工光植物工厂生菜产量和能量利用效率。【方法】以光强为200μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝光(RB)为对照,在光强为150μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝背景光基础上,分别添加50μmol/(m~2·s)的绿光(G)、黄光(Y)、橙光(O)和远红光(FR)组成4种不同光质组合处理,分别用RBG、RBY、RBO和RBFR表示,对不同光质组合处理生菜的生长及形态、光合能力、能量利用效率等指标进行比较研究。【结果】RBG、RBO和RBFR处理生菜地上部鲜质量较RB处理分别增加14.5%,14.5%和30.8%,地上部干质量分别增加13.3%,24.1%和29.9%(P0.05)。RBG处理可以增加生菜的株高、总叶面积、净光合速率和能量利用效率。与RB处理相比,RBY处理对生菜的地上部干、鲜质量影响不显著;RBO处理可以提高生菜叶片的光合能力和能量利用效率。RBFR处理可以增加生菜的地上部干、鲜质量,但在实际生产中,生菜叶片较易出现烧尖现象。【结论】RBG和RBO是工光植物工厂生产中较为合适的光质组合。