不同生长时期丝栗栲林下土壤有机碳含量及矿化特征

[目的]分析土壤活性碳含量变化以及土壤有机碳的矿化特征,为今后深入了解掌握丝栗栲林下土壤有机碳的分解转化过程及其固碳潜力提供理论依据。[方法]基于野外取样调查以及室内分析得出的有机碳数据,利用双指数模型法,在Origin 8.6软件支持下拟合出活性碳含量以及有机碳矿化过程及强度的时空变化特征。[结果]土壤有机碳含量和活性碳含量均呈现明显的表层富集现象以及4月较低,8月最高,之后逐月降低的时间变化特点。土壤有机碳矿化强度虽然表现出与土壤有机碳和活性碳含量相同的垂直剖面特征和时间变化趋势,但其时间变化特征与土壤活性碳含量变化更为一致,只有0—20cm表层土壤表现出显著性变化。[结论]土壤有机碳矿化强度与微生物、温度和活性碳含量均达到极显著相关水平,但其时间变化特征与土壤活性碳含量变化更为一致,二者的关系更密切。     

大跨度主动蓄能型温室温湿环境监测及节能保温性能评价

针对日光温室土地利用率低,单体小不能进行立体栽培果树种植,不利于机械化操作等问题。该文提出一种大跨度主动蓄能型温室,该温室南北走向,双屋面拱形钢骨架结构,并采用主动蓄放热系统进行能量的蓄积与释放。该试验以传统砖墙日光温室作为对照,对大跨度主动蓄能型温室室内外温湿度以及主动蓄放热系统的能量收支进行分析,并对比2种温室的建造成本,综合分析了试验温室保温节能效果及经济效益。结果表明:大跨度主动蓄能型温室土地利用率高达87.4%。温室夜间平均气温高于10℃,无极端低温,晴天夜间平均气温比对照温室高1.5~3.1℃,比室外高13.9~19.3℃;阴天夜间平均气温比对照温室高1.2~2.8℃,比室外高12.5~18.9℃。夜间室内相对湿度平均比对照温室低7%~10%。主动蓄放热系统性能系数COP(coefficient of performance)为3.4~4.2,平均每天能耗0.013 k Wh/m2,与传统燃煤锅炉加温系统相比,平均节能率为47%。大跨度主动蓄能型温室建造成本每平米307.2元,比传统砖墙日光温室低144.5元。大跨度主动蓄能型温室是一种土地利用率高,单体大,保温性能良好,能进行冬季果菜生产的新型温室类型,且投入少,综合其经济环境效益,值得推广应用。     

Nutritional response of seedling tomato plants under different lighting treatments

In order to describe the effect of complementary artificial light supply on the nutrient status of tomato seedlings, fluorescent lamps were compared to each other. Nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) concentrations were measured (mg g^?1 dry matter). Blue, red and far-red relationships were established. The N, P and K higher concentration and uptake have been found under high efficiency fluorescent lamps. Phosphorus uptake increasing was observed at high levels of irradiation. Potassium concentration is significantly higher under compact fluorescent lamps. The relationship between ratios and N, P and K extractions were used as indicators of limitation for plant. The ratio N/P and N/K present a low relation with N extraction. The ratio N/P presents a significant correlation with P extraction, also the ratios N/K and P/K with K extraction. Significant differences in constant of lineal equation have been found in P/K ratio and K extraction.     

种植翻压紫云英配施化肥对稻田土壤活性有机碳氮的影响

依托长期种植紫云英定位试验,以不施肥(CK)为对照,研究化肥(100%F)、紫云英配施100%、80%、60%和40%化肥(G+100%F、G+80%F、G+60%F、G+40%F)以及紫云英(G)对土壤活性有机碳氮、水稻产量、氮肥利用率及其他土壤养分的影响。结果表明,与对照不施肥相比,单施化肥对土壤水溶性有机碳(WSOC)的影响很小,土壤水溶性有机氮(WSON)和微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)含量分别增加了20.61%、10.49%和2.20%;单施紫云英处理土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN含量分别增加了25.52%、36.30%、19.16%和10.37%;紫云英配施化肥增加了土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN的含量,增幅分别为12.99%~22.80%、26.66%~56.61%、19.01%~29.56%和16.08%~32.90%。施肥提高了土壤活性有机碳氮占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)的比例,紫云英配施化肥和单施紫云英效果优于单施化肥。土壤活性有机碳氮与水稻产量、SOC、TN和铵态氮(NH_4~+-N)呈显著或极显著正相关。施肥增加水稻产量,G+80%F最高(10026kg hm~(-2))。与100%F相比,化肥减施20%~40%水稻不减产,同时氮肥农学效率和氮肥偏生产力提高,增幅分别为11.64%~149.65%和2.66%~149.92%,土壤SOC、TN和NH_4~+-N含量增加,土壤有效磷和速效钾降低。综合考虑水稻产量、氮肥利用率和土壤肥力,紫云英翻压22500 kg hm~(-2)、磷钾肥常规用量、氮肥减施20%时最优。     

土壤优先流运动的活动流场模型分形特征参数计算

活动流场模型分形特征参数控制着优先流的产生和发展,因此准确获得活动流场模型分形特征参数值对提高模型的模拟预测精度具有重要意义。该研究采用染色示踪方法,将优先流流场从流动背景中显示出来,通过数字图像分析和采样分析获得优先流流场和流场内土壤含水率的分布模式,根据活动流场模型本构方程拟合活动流场模型分形特征参数值;针对3种常见的入渗后染色区内土壤含水率分布模式,分别提供了相应的活动流场模型分形特征参数的计算方法。研究结果显示,1）由于入渗后土壤水重分布的影响,活动流场区域和染色区域在整个入渗深度范围并不完全重合,因此仅可选择活动流场与染色区域相重合深度范围内受土壤初始含水率影响较小的数据来拟合活动流场模型分形特征参数值;2）土壤质地对入渗后染色区内土壤含水率的分布模式有显著影响,细质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向逐渐减小,粗质地土壤中入渗后染色区土壤含水率沿入渗方向先增大后减小。     

Role of active aluminum in the formation of water-stable macroaggregates

Soil structure is determined by the arrangement of particles in soil and the particles of sand, silt, and clay bind together into aggregates of various sizes by organic and inorganic materials. Structural stability which is the ability of the aggregates and pores to remain intact when subjected to stress, markedly affects crop production and soil erosion (Tisdall 1996). Since water, either directly as rainfall or as surface runoff is the main agent of aggregate breakdown, in the analyzes of stable soil aggregation, the term water-stable aggregation is generally used (Lynch and Bragg 1985). Water-stable aggregates have been divided into micro aggregates < 0.25 mm dia.) and macro aggregates (> 0.25 mm dia.) (Edwards and Bremner 1967; Tisdall and Oades 1982). Microaggregates show a relatively high stability against physical disruption (Edwards and Bremner 1967). On the other hand, macro aggregates are sensitive to soil management (Tisdall and Oades 1982).

There are many reports on the relationships between the aggregate stability and the soil physicochemical properties. For example, significant correlations were found between the aggregate stability and the amounts of organic C (Tisdall and Oades 1982), total N, and carbohydrates or the CEC (Chaney and Swift 1984). However, most of these studies were conducted in non-volcanic ash soils. Volcanic ash soils are widely distributed in Japan and are very important soils for crop production. The objective of this study was, therefore, to obtain more information on the relationship between the degree of macro aggregation and the soil physicochemical properties in non-volcanic and volcanic ash soils.     

长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究

主要分析不同森林植被下有机碳的分解动态和土壤碳库各组分大小、周转时间。结果表明：土壤样品培养90天，CO2累计释放量表层大致为1723～5065mg／kg、下层大致为178～642mg／kg。分解速率总的趋势是前期快，后期慢，表层明显大于下层。大小顺序为：冷杉林〉针阔混交林和阔叶林〉针叶林。在不同植被下的表层和下层土壤中，活性碳占总有机碳的0．54％～1．67％，0．45％～5．48％．平均驻留时间为11～56天、60～88天；缓效性碳占总有机碳的23．0％～63．3％，33．2％～72．2％，平均驻留时间为4～70年、24～161年；惰效性碳占总有机碳的35．5％～75．5％．26．0％～65．%。表层土壤的总有机碳、活性碳、缓效性碳和惰效性碳含量都明显大于下层。凋落物的化学组成主要决定活性碳库、缓效性碳库含量，土壤的粘粒含量等性质主要决定惰效性碳库含量。     

基于毛细管网的日光温室主动式集放热系统研究

为了对比日光温室传统保温蓄热后墙与基于毛细管网的主动式集放热系统（AHSCTM）的集放热性能,对AHSCTM的集放热性能进行了测试,构建了AHSCTM水温模型,利用一维差分法对相同环境条件下的外保温复合墙（370mm黏土砖和100mm聚苯乙烯板复合而成）日间储热量和夜间放热量进行了模拟。结果表明,AHSCTM的日间储热量和夜间放热量分别为相同条件下外保温复合墙的84.4%~111.3%和74.8%~100.7%,AHSCTM的COP（Coefficient of performance）为1.1~2.4。在夜间运行期间,AHSCTM放热量是相同时间段内外保温复合墙的98.2%~172.5%。因此,与外保温复合墙相比,AHSCTM有利于提高室内最低气温。改进AHSCTM的日间储热量和夜间放热量得到大幅提升,分别较外保温复合墙高67.6%~112.1%和69.0%~128.3%,COP可达2.8~7.0。改进AHSCTM的储放热性能优于外保温复合墙,说明利用改进AHSCTM配合保温墙体替代传统保温蓄热后墙是可行的。     

大型喷杆喷雾机钟摆式主被动悬架自适应鲁棒控制研究

针对大型喷雾机喷杆钟摆式主被动悬架系统存在的参数不确定性和随机干扰导致控制精度低、稳定性差的问题,对基于模型补偿的自适应鲁棒控制算法进行研究。建立了钟摆式主被动悬架的非线性动力学模型和调节机构几何方程,基于模型设计了自适应鲁棒控制器,综合悬架系统和电液位置伺服系统模型中存在的参数不确定性,同时兼顾系统未补偿的摩擦力和外部扰动等不确定非线性因素,通过理论分析和试验证明,在同时存在模型参数不确定和不确定非线性的情况下,设计的控制器可以保证系统输出跟踪控制的暂态性能和稳态精度。以单出杆液压作动器驱动的28m大型喷杆主被动悬架为例,借助建立的大型喷杆悬架半实物仿真平台进行了控制算法的试验验证,并使用Stewart六自由度运动平台模拟底盘的运动干扰,与反馈线性化控制器、鲁棒反馈控制器、PID控制器进行了试验对比,结果表明,设计的基于模型补偿的自适应鲁棒控制器最大跟踪误差0.148°,而反馈线性化控制器最大跟踪误差0.201°,鲁棒反馈控制器最大跟踪误差0.51°,PID控制器最大跟踪误差0.48°。设计的控制器在同时存在参数不确定性和扰动的情况下,使用较小的反馈增益能够保证渐进跟踪性能和稳态跟踪精度。     

水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的能力以及辐射利用效率(Radiation use efficiency,RUE)的大小。目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程。为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响,本研究开展了2个生长季(2015—2016年和2016—2017年)的冬小麦田间试验。试验设置返青+拔节受旱(Early stress,ES),抽穗+灌浆受旱(Later stress,LS)以及全生育期不灌水(Whole stress,WS)3个不同处理,另外设置充分灌水处理作为对照(CK),灌水定额为80 mm。冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得。结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态。在受旱条件下,ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31%、15%和58%。受叶面积指数影响,CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90%、88%、79%和42%,WS处理显著低于其他3个处理,同时,各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数,其中ES处理的消光系数低于LS处理。CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1 532、1 410、1 403、537 g/m~2。冬小麦的作物生长速率(Crop growth rate,CGR)呈现出和地上部生物量相似的规律,二者之间具有良好的相关性(R~2=0.99)。冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE,本研究中CK处理的RUE为3.55 g/MJ,ES和LS处理的RUE要比CK处理低22%和5%,而WS处理仅比CK处理低22%。冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势,在开花期达到峰值。营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大,全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制,有待于进一步研究。本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数,可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度,降低模拟结果的不确定性。