单轴散生竹地下根茎并行模拟仿真研究

针对竹林地下根茎模拟仿真计算强度高、数据量大,在算法实现中采用基于单路处理器、串行计算的构架难以满足性能要求的问题,提出一种基于网络机群的多节点并行模拟仿真实现机制,构建了单轴散生竹地下根茎并行模拟仿真平台,主要由建模节点、任务管理节点、图形节点和网络交换机组成。以SimRoot模型为基础建立单轴散生竹地下根茎生长模型,通过实验观察获取几何构型参数及生长参数。采用功能分解法对根茎生长建模计算进行任务分割,建立了相应的任务调度管理模式,设计了多节点并行生长建模机制。以金竹为例开展多节点并行仿真实验,实验结果表明基于网络机群的多节点并行模拟仿真在降低内存消耗、缩短仿真时间方面效果明显,对于较大规模的散生竹林地下根茎模拟仿真具有较好的适应性。     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。     

秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷形态及吸附与释放特性的影响

针对设施土壤中长期大量施用有机肥可能造成的土壤磷素过度积累及易流失等问题,本研究拟通过施用生物炭增加土壤中磷的吸附,从而减少磷流失。此外,目前关于在设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷素形态和有效性的影响作用尚不清楚。为此,在辣椒大棚中通过长期定位试验,研究连续4茬施用生物炭对土壤有效磷、不同形态磷、磷吸附及释放的影响。结果表明：在每公顷施用15 t猪粪稻草有机肥基础上施用生物炭可显著增加土壤有机碳含量和土壤pH,并显著改变了土壤磷各组分含量,显著增加了NaHCO₃ P_i、NaHCO₃ P_o、Fe/Al-P_i和Ca-P_i含量,且显著降低了Ca-P_o含量。此外,连续4茬施用生物炭还增加了土壤对磷的吸附,从而降低土壤磷的释放。本研究结果说明,在设施土壤中长期大量施用有机肥下结合施用生物炭在保持土壤有效磷供应下可提高土壤磷的吸附,从而降低土壤磷素的流失风险。     

华西雨屏区人工竹林凋落物及表层土壤的水源涵养功能研究

以华西雨屏区退耕还林后形成的人工竹林(慈竹林、苦竹林、撑绿杂交竹林、苦竹 光皮桦混交林)为对象,对其凋落物及表层土壤的水源涵养功能进行了初步研究。结果表明:几种竹林凋落物蓄积量的大小顺序是:撑绿杂交竹林>混交林>苦竹林>慈竹林,且都大于光皮桦林。叶凋落物持水量的大小关系为:慈竹林>混交林>苦竹林>杂交竹林,光皮桦林的持水量介于慈竹林和混交林之间。几种叶凋落物持水量与浸泡时间的关系符合指数函数的模型、持水速率与浸泡时间的关系符合幂函数的模型。不同林地的表层土壤容重在1.27~1.34 g/cm3之间,总孔隙度48.08%~55.96%,不同林地表层土壤的水分物理性质差异不大。     

毛竹林地土壤团聚体稳定性及其对碳贮量影响研究

通过对集约经营毛竹林地土壤团聚体的测定,结果表明毛竹林地3个土壤层次各粒径团聚体分布特征为>5 mm的含量在土壤团粒结构中占主导地位,占总团聚体的比例为26.39%~42.38%;其次为1~5 mm含量,占14%~18%;<0.25 mm的含量最小,占2.31%~6.73%。毛竹林土壤团聚体平均重量直径平均值为0.90 mm,并且随着土壤层次的增加有逐渐增加的趋势。毛竹林地土壤总有机碳的积累与0.25~3.15 mm土壤团聚体中有机碳含量呈显著相关,与>3.15 mm和<0.25 mm团聚体有机碳含量相关不显著。毛竹林地0~20 cm土壤层中,分布在>5 mm和3.15~5 mm粒径土壤团聚体中的有机碳比例分别为14.86%和11.26%,低于20~40 cm和40~60 cm土壤。这也说明,长期集约经营毛竹林后,林地土壤有机碳含量下降的主要原因可能是>5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量下降。     

双孢菇菌糠生物炭吸附Pb2+机制及其环境应用潜力

为了有效去除水体中的重金属Pb~(2+),开发利用菌糠生物炭吸附剂,以双孢菇菌糠(MS)为原料,在350、550、750℃下限氧热解制备生物炭(MS350、MS550、MS750),并利用FTIR、XRD等技术对吸附前后的生物炭样品进行表征;通过批量吸附、定性和定量分析以及萃取实验,研究菌糠生物炭对Pb~(2+)的吸附特性、机理及吸附后样品的稳定性能。结果表明:随着热解温度的升高,样品的产率降低,pH值升高,芳香性增强。准二级动力学方程和Freundlich模型能够较好地符合MS350、MS550的吸附过程,而MS750以准二级动力学和Langmuir模型较好符合。相较于MS350和MS550,MS750吸附性能最好,经Langmuir模型拟合,MS750的最大吸附量为266.23 mg·g-1。溶液pH值影响生物炭的吸附性能,在pH值2.0～7.0的范围内,吸附量随溶液pH值升高而增加。机理分析表明:吸附机理包括矿物沉淀、阳离子交换、含氧官能团络合以及π电子配位;其中,矿物沉淀(CO_3~(2-), SO_4~(2-))是主要的吸附机制,其贡献率随热解温度升高而增加。萃取实验表明:经吸附后,3种生物炭上的Pb~(2+)均以酸溶态铅和非生物利用态铅为主,说明吸附后的铅具有较好稳定性能,两种形态的铅占总吸附量的大小顺序为:MS750(98.65%)MS550(95.91%)MS350(86.51%)。综合分析表明,MS750较其他温度生物炭不仅吸附性能更好,而且吸附后稳定性更强,故在环境应用上具有更大的潜力。     

生物炭对四环素污染土壤微生物群落结构的影响及环境因子关联的剂量效应分析

为研究不同剂量生物炭对四环素污染的土壤的原位修复效果,本研究以甘蔗渣为原材料制备生物炭,并通过不同剂量的添加(1%、2%、3%,分别记作BC-1、BC-2、BC-3)明确了修复过程中四环素去除效率、土壤理化性质、酶活性和降解微生物的变化情况。结果表明：生物炭施入显著加速了土壤中四环素的降解,其中BC-2处理(79.50%)显著高于BC-3(62.50%)和BC-1(50.30%)处理。同时生物炭处理显著提高了土壤pH及有机质和腐殖质含量,在培养结束后,各处理的pH较CK(四环素污染土壤)分别提升了0.46、0.54、0.80,有机质分别提升了1.37、2.82、5.12 g·kg^-1,腐殖质分别提升了4.48、6.55、5.21 g·kg^-1。生物炭处理显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,其中BC-2处理提升效果最好,较CK分别提升40.00%、183.30%、65.30%和157.10%。在生物炭处理中,具有降解作用的潜在降解菌Achromobacter(无色杆菌属)、Sphingomonas(鞘脂单胞菌属)、Stenotr...     

不同有机改良剂对矿区土壤溶解性有机质及其铅赋存形态的影响机制

为探讨不同来源有机改良剂对污染土壤溶解性有机质(DOM)分子特征及重金属环境行为的影响机制,本研究选择3种不同来源的有机改良剂,以海南省昌化矿区铅(Pb)污染土壤为研究对象,以不施有机改良剂的土壤为空白对照处理,对3种不同有机改良剂处理(添加5%羊粪、海藻有机肥、小麦秸秆生物炭)的土壤进行培养实验。结果表明：施用有机改良剂能显著提高土壤溶解性有机碳(DOC)含量,在培养后期DOC含量逐渐降低;除了生物炭,其他3种处理高分子量芳香碳类物质(C2)占比随培养时间增加而降低,较低分子量的氧化醌类物质(C3)占比提高。红外光谱特征表明施用有机改良剂后土壤中DOM的官能团主要是氨基酸N H键和羟基OH;随着培养时间的增加,4种处理均能提高土壤中水溶态Pb含量,其中海藻处理的水溶态Pb含量最高,达到1.91 mg·kg^-1,可还原态/铁锰氧化物结合态是Pb的主要存在形态(48%～54%)。不同培养时间的冗余分析表明土壤DOC含量以及相关官能团与土壤Pb含量和形态存在相关性,土壤溶液中的Pb主要受控于土壤溶液中的DOM,海藻和羊粪处理能够增加土壤中水溶态Pb和EDTA-Pb的含...     

台湾桂竹竹鞭生长规律的研究

台湾桂竹竹鞭垂直分布绝大部分在０～３０ｃｍ土层中，竹鞭生物量与鞭段数、鞭长、鞭径呈正相关，并有慢、快、慢的生长规律．壮芽比例是１龄竹鞭的较少，随鞭龄加大而增多，之后又逐渐减少．冬笋多发生在２～６龄竹鞭上，鞭梢在冬季呈休眠状态，到第二年笋长竹后继续生长．如果鞭梢死亡，其附近１～２个壮芽萌发形成新岔鞭．