芽孢杆菌及其胞外多糖对空心菜和茼蒿Cd吸收及土壤团聚体的影响

本研究旨在探究产胞外多糖芽孢杆菌对蔬菜镉(Cd)积累及土壤结构的影响。采用以空心菜和茼蒿为供试材料的盆栽试验,研究了功能菌株Priestia megaterium YG35和Bacillus halodurans G20降低蔬菜吸收Cd的效果和可能作用机制。结果表明,与CK相比,菌株YG35、菌株G20及其胞外多糖处理显著增加空心菜和茼蒿可食用组织干质量(37.8%～115.1%),显著降低可食用组织Cd含量(21.9%～44.2%),并使茼蒿Cd含量(0.057～0.061 mg·kg^-1)达到安全可食用标准,显著降低根际土壤有效态Cd含量(3.7%～11.7%),显著(P<0.05)增加根际土壤多糖含量(35.9%～49.5%)和蔗糖酶活性(15.3%～28.4%),促进根际土壤团聚体向大粒径转化。研究表明,YG35和G20及其胞外多糖能降低蔬菜对Cd的吸收,促进蔬菜生长,改善土壤结构,具有在Cd污染土壤上实现蔬菜安全生产的应用潜力。     

铜在狐尾藻中的积累及亚细胞分布和化学形态

为探索狐尾藻对重金属铜的积累和耐性机制,本研究通过水培试验,研究不同浓度铜处理（0、20、50 mg·L^-1）对狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.）生长生理特性以及叶片表皮细胞形态的影响,分析各器官中铜吸收转运及铜在各组织器官亚细胞中的分布和化学形态。结果表明：各浓度铜处理下狐尾藻均能存活,但铜浓度高于50 mg·L^-1时,狐尾藻根、茎、叶生物量相比对照（铜 0 mg·L^-1）处理降低53.48%、36.99%和32.22%。铜处理后,狐尾藻根、茎和叶铜含量分别为11.81~186.34、1.32~7.89、2.11~11.99 mg·kg^-1,根系中铜含量均高于叶片和茎部。铜在狐尾藻中的亚细胞分布主要位于根、茎、叶的细胞壁部分（36.49%~49.61%、45.44%~49.92%、41.45%~55.92%）,其次是可溶性组分（21.65%~25.99%、23.03%~27.65%、18.01%~34.63%）。狐尾藻中铜的赋存化学形态以盐酸提取态、醋酸提取态和乙醇提取态为主,所占比例为76.34%~86.67%,均是活性较低的形态。因此,狐尾藻是铜富集较好的植物,其根部的耐性大于茎、叶。铜以吸附态或蛋白质、果胶酸盐等低活性形态赋存于细胞壁或可溶性组分（液泡）中是狐尾藻积累和耐受铜的重要机制。     

不同水稻种植模式下淹水及排干期土壤性质和微生物的变化

为揭示不同水稻种植模式、不同水分管理时期对稻田土壤性质和微生物的作用效应,利用长期定位监测试验比较分析单季稻不施肥、单季稻单施化肥、烟稻轮作 3种种植模式和淹水期、排干期 2种水分管理条件下稻田土壤理化性质和微生物群落结构的变化。结果表明：烟稻轮作模式稻田土壤有机质、全氮质量分数分别比单季稻模式提高了 32.88%~34.79%和 38.22%~44.39%。淹水期稻田土壤可溶性总氮以可溶性有机氮为主,占 56.06%~62.54%;排干期以硝态氮为主,占 62.34%~74.05%。烟稻轮作模式可显著提高淹水和排干条件下稻田土壤中可溶性有机氮和铵态氮质量分数,但对硝态氮质量分数的影响不明显。相较单季稻处理,烟稻轮作模式提高了稻田细菌Sobs、Shannon和Ace指数。好氧或兼性厌氧的酸杆菌属、黄色杆菌属均是3种水稻种植模式的优势菌属。3种种植模式淹水条件下稻田脱硫弧菌属、互营杆菌属等硫酸盐还原菌类存在显著差异,排干条件下硝化螺旋菌属也存在显著差异。淹水条件下烟稻轮作模式稻田土壤甲烷氧化菌相关的甲烷氧化单加氧酶基因α-亚基（pomA）的绝对丰度比单季稻处理降低了18.45%~18.54%。可见,水稻种植的淹水期和排干期的土壤可溶性氮组成和细菌群落结构存在显著差异;而烟稻轮作模式较单季稻模式可提高土壤肥力,改善微生物群落结构,增加硫酸盐还原菌类细菌丰度,降低产甲烷菌相关的甲基辅酶M还原酶基因丰度。     

基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%,用肥量减少7.3%,排液比降低7.9%,排液EC值降低9.3%;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%,用肥量减少20.0%,排液比降低17.9%,排液EC值降低4.9%。栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05）,但株高增加4.8%;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室（1.22 hm²）相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

云南省岩溶地区石漠化草原现状及分区保护与修复策略

据最新调查数据,云南省石漠化草原主要分布于曲靖、昆明、红河等5个州( 市),总面积 37.97 万hm²,占岩溶土地面积的3.53%,其分布最广的海拔区间为1 500~2 500 m,占比47.85%, 基岩裸露度分布区间为30%~94%,以植被盖度为10%~19%的分布区间面积最广,占比37.85%, 绝大部分分布于土层薄甚至极薄区域,占比达92.10%。根据石漠化草原空间分布特征,在充分衔 接各大生态保护和修复工程建设规划基础上,统筹考虑岩溶生态系统的完整性、地理单元的连续性 和经济社会发展的可持续性,将云南省石漠化草原区划为6个分区,分区阐述石漠化草原生态保护 与修复策略。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

投喂率对凡纳对虾中间培育生长、生理和水环境的影响

中间培育是凡纳对虾(Penaeus vannamei)养殖的重要阶段,投喂率是影响此阶段养殖成效的重要参数。本研究开展为期30 d的养殖实验,研究3组投喂率(投喂率分别为体重的5%、7.5%、10%,分别命名为T5、T7.5和T10)对凡纳对虾中间培育养殖水质、微生物群落结构、非特异性免疫指标及生长性能的影响。实验期间,水体pH、盐度、温度及溶解氧均保持在适宜对虾生长的范围内。结果显示,随着实验进行,总氨氮(TAN)、亚硝态氮(NO2–-N)和化学需氧量(COD)浓度出现上升趋势,实验结束时,其浓度随投喂率升高呈现显著差异：T10>T7.5>T5。微生物群落结构分析表明,养殖水体的微生物群落丰富度和多样性随投喂率升高呈下降趋势,不同投喂率的优势门类均为变形菌门(Proteobacteria, 50.36%~67.53%)和拟杆菌门(Bacteroidetes, 12.09%~67.53%);在属水平上,对凡纳对虾有害的弧菌(Vibrio)相对丰度在T10组最高(37.33%)、T5组最低(0.13%);对其有益的假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)相对丰度在T10组最低(0.28%)、T7.5组最高(9.78%)。凡纳对虾肝胰腺的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(AKP)活性在T10组最低、T7.5组最高(P<0.05)。T7.5和T10组对虾的体长和体重均显著大于T5组(P<0.05),但T7.5和T10组之间无显著差异(P>0.05),投喂率与存活率呈负相关,且3组间存在显著差异(P<0.05)。利用因子分析对非特异性免疫指标和生长指标进行综合评价,结果表明,T7.5组得分最高,为0.92,凡纳对虾中间培育的投喂率在7.5%左右为宜。     

进水流速对圆形循环水养殖池流场特性影响的数值模拟

通过对工厂化循环水养殖进水流速的智能调控,可降低饵料残留,避免水质恶化。为此,本研究采用数值模拟方法探究了进水流速对工厂化循环水养殖池流场特性的影响,并基于该研究设计出一套确定进水流速调控的实验方法。首先,通过对比Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε 3种湍流模型及多种壁面函数的仿真效果,确定RNG k-ε模型和标准壁面函数作为仿真配置。同时,针对多相流模型,对欧拉多相流模型和DPM离散相模型进行对比,为提高计算准确性选用DPM离散相模型,并基于上述模型进行网格无关性验证、制定网格划分方案。其次,以大菱鲆(Scophthalmus maximus)养殖为例,模拟不同进水流速下养殖池流场、排污和水温调节的效果。最后,针对仿真结果提出进水流速调控方案。结果显示,日常采用1.0 m/s的进水流速,可有效提高适宜流速区面积并控制水处理成本;投饵前,采用0.2 m/s的进水流速可以解决循环水养殖中存在的饵料浪费问题;进食结束后,采用1.2 m/s的进水流速可快速排出残饵避免水质恶化;水温异常时,采用15 ℃的水、以1.2 m/s的进水流速注水230 s,可使20 ℃的水下降到正常水平,精准化控制水温。采用本研究提出的方法,可针对不同养殖生物和养殖环境设计进水流速智能调控策略,可用于解决循环水养殖过程中饵料浪费、水质变差和水温异常等问题。     

宁夏地区春玉米灌溉需水量特征研究

【目的】提高宁夏地区春玉米的灌溉效率,优化农业资源配置。【方法】依据宁夏地区11个站点1960-2019年的气象资料,确定宁夏地区年际及春玉米生育期不同水文年型的有效降雨量;然后,利用ET₀ Calculator软件计算参考作物腾发量,并结合作物系数法计算作物需水量,求得宁夏地区年际及不同水文年型下春玉米各生育期的作物需水量、灌溉需水量、耦合度和水分盈亏指数。【结果】1960-2019年间,宁夏地区年有效降雨量波动较大(158.5~424.2 mm),北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米生育期有效降雨量分别为123.9,205.4和334.4 mm。宁夏全区春玉米生育期需水量为482.0~690.7 mm,其中南部山区和中部干旱带春玉米需水量有降低趋势,而北部引黄灌区有增大趋势。北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米灌溉需水量分别为566.8,413.0和147.6 mm;在枯水年、平水年和丰水年宁夏全区春玉米灌溉需水量分别为448.5,378.9和317.0 mm。南部山区降雨对作物需水量的满足程度最高,耦合度为0.70,是北部引黄灌区的3.89倍。【结论】宁夏南部山区应以集雨技术为基础发展雨养玉米种植;北部引黄灌区和中部干旱带需要大力发展节水灌溉,其中在北部引黄灌区春玉米大喇叭口期、抽雄期和乳熟期需要分别补灌87.2,79.6和275.6 mm,在中部干旱带需要分别补灌65.7,62.4和212.8 mm。