小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

垂直流-水平潜流一体化人工湿地对菜地废水的净化效果

广州市番禺区东升农场菜地废水未经处理直接排入水生植物塘,最终流入附近河流,由于菜地废水水质较差,对其造成了严重的污染,严重威胁了附近居民的饮水安全。为了提高菜地出水水质,减轻对河流的污染,通过构建垂直流-水平潜流一体化人工湿地,对菜地废水进行净化处理。湿地经过9个月的运行,结果显示,湿地对COD、NH4＋-N和TP的平均去除率分别达56.40%、79.09%和79.79%以上,COD、NH4＋-N和TP出水平均浓度分别为9.45、0.47mg.L-1和0.06mg.L-1,均达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅱ类水质标准。湿地对TN的平均去除率较低,仅为35.08%,通过补充甘蔗叶作为碳源,湿地对TN的平均去除率显著提高,但随着碳源投加量的增加,去除率逐渐降低。本实验碳源投加量以1.62kg.m-3为宜,TN的平均去除率最高,达80.85%,出水TN平均浓度从3.06mg.L-1降低至0.90mg.L-1。     

内蒙古乌梁素海入湖水质超标风险率分析

以内蒙古乌梁素海入流水体为研究对象,考虑湖泊水质的随机性和灰色不确定性,以灰色概率统计理论为基础,引入灰色-随机风险率方法,通过计算并分析2006年、2007年和2008年入湖断面各水质参数存在的超标风险性,反映不同水质参数的污染强度和污染历时的变化过程。结果表明,入湖水体总氮总磷浓度超标风险率呈现逐年上升的趋势;总氮浓度超过Ⅴ类标准值的上限风险率达96.4%,下限风险率达87.7%;总磷浓度超过Ⅴ类标准值的上限风险率达96.2%,下限风险率达86.9%;BOD5浓度超过Ⅴ类标准值的平均风险率达55%;COD浓度超过Ⅴ类标准值的平均风险率达85%。乌梁素海入湖水体污染程度已十分严重,源头水污染防治已刻不容缓。     

施氮和秸秆还田对小麦-玉米轮作农田硝态氮淋溶的影响

连续4 a采用渗漏计测定法研究了陕西关中小麦-玉米轮作区施氮和秸秆还田对土壤剖面90 em处NO3--N淋溶的影响.结果表明,NO3--N淋洗主要发生在7、8、9月份或灌溉后,年际间变异较大.监测期内各处理渗漏液NO3--N浓度和淋失量的变幅为0～103.5 mg L-1和0～21.8 kg hm-2,二者均随施氮量的增加呈增加趋势.小麦施氮150 kg hm-2、玉米施氮180 kg hm-2时,连续4a作物均能获得高产.施氮量继续增加,产量不再增加,0 ～100 cm土层NO3--N累积量和90 cm处NO3--N淋失量却相应增加.秸秆还田2 a后作物显著增产,2010年和2011年分别增产15.1％和14.2％,但对NO3--N累积和淋溶的影响不显著.回归分析显示,NO3--N年淋失量和0～ 100 cm土层累积量均随年施氮量的增加呈指数形式增加,说明施氮量越高,NO3--N年淋失量和累积量越高,二者占施氮量的比例也越高.     

基于地理权重回归模型的土壤有机质空间预测

准确了解土壤有机质的空间分布是合理施肥的重要前提,也是水土流失控制及保护环境的重要基础。利用113个土壤有机质样点数据,以海拔高度、土壤侵蚀强度、土地利用、比值植被指数、样点至河流的欧氏距离、亚铁矿物指数及坡度为参考因子,来尝试利用GWR(Geographically Weighted Regression)模型探索多重因素作用下的土壤有机质空间分布,并通过与普通线性回归(ordinary least squares,OLS)相比较,来了解GWR模型的精度,进而进行了土壤有机质的空间制图,并对其制图效果进行了评价。结果表明,与OLS模型相比,GWR预测模型它能显著降低AIC(Akaike Information Criterion)值,较大程度地提高模型的决定系数,并有效地减少模型的回归残差值。从制图的总体效果看,GWR模型的预测结果与实测值的吻合程度要优于OLS模型。文章还对利用GWR模型进行回归时的样点数量、因子筛选及因子定量化等方面进行了相应的讨论。     

水杨酸和 α - 萘乙酸浸种对冬小麦幼苗抗旱性的影响

以冬小麦品种矮抗58为材料,设蒸馏水(CK)、水杨酸(SA)、α-萘乙酸(NAA)及水杨酸和α-萘乙酸复配(SA+NAA)4个浸种处理,通过观测冬小麦幼苗生长状况和生理特性指标,研究水杨酸(SA)和α-萘乙酸(NAA)对冬小麦幼苗的影响。试验在培养皿中进行,除空白对照组全程采用蒸馏水培养外,其它处理组先在蒸馏水中培养5d使种子完成发芽并积累一定的生物量,再转入15%PEG中胁迫培养4d,以模拟种子发芽后遭遇的干旱环境。结果表明,蒸馏水培养条件下,SA(0.5mmol/L)可促进幼苗的生长而NAA(20mg/kg)能提高幼苗的根冠比,二者共同作用表现出复配优势;胁迫培养条件下,NAA和SA+NAA处理的幼苗能积累较多的生物量,SA和SA+NAA处理的幼苗能保持较高的含水量和较低的电解质渗漏率。作为浸种制剂,SA和NAA能提高幼苗根冠比和生物量积累速度,减少胁迫对幼苗的伤害,提升冬小麦的抗旱性,且两者的复配作用效果优于单独作用。     

茶树黄烷酮3-羟化酶基因(F3H)的克隆及功能分析

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)是类黄酮代谢途径中的关键酶。本研究采用逆转录PCR技术,获取了茶树(Camellia sinensis)F3H的开放阅读框(open reading frame,ORF)包含1 107个碱基,编码含有368个氨基酸的蛋白质,推测分子量为41.46 kD,等电点为5.61;实时荧光定量PCR表明,CsF3H在叶片中表达量较高,且受光照影响;将此基因重组到表达载体PRSF上,导入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21中进行原核表达,优化原核表达的条件,结果表明,最佳诱导温度28℃、异丙基-β-d-硫代半乳糖苷(IPTG)浓度1.0 mmol/L、诱导时间5 h;利用高效液相色谱法(HPLC)对重组蛋白进行了体外酶活的检测,结果表明,重组目的蛋白具有F3H酶活性,可将反应底物柚皮素(N)和圣草酚(E)分别转化为二氢山奈素(DHK)和二氢槲皮素(DHQ);当E作为底物时,酶活性明显高于柚皮素。本研究结果为茶树F3H酶动力学研究和其器官组织特异性研究提供了基础资料。     

果园喷雾机自动对靶喷雾控制系统研制与试验

为提高农药利用率,减少环境污染,该文针对中国果园机械化作业条件差和传统果园喷雾机连续喷雾时存在果树间空隙无效喷雾的特点,设计了自动对靶喷雾控制系统,该系统以GY8履带自走式果园喷雾机为载体,采用传感器测距方式探测果树,实现自动对靶喷雾。通过对超声波、红外和激光3种传感器进行性能比较,及对超声波和激光2种传感器进行静态识别间距测试与分析,红外传感器受光强影响较大,超声波传感器识别间距超过800 mm,均不满足果园精确对靶喷雾控制要求,激光传感器静态识别间距只有20 mm,具有工作稳定、响应快速、方向性好等特点,故将激光传感器选为自动对靶喷雾机探测装置,并将激光传感器安装于喷头组件前方220 mm。采用连续3次检测靶标判别法设计了自动对靶喷雾系统,该系统可有效避免因激光光束较细而导致的将树冠内空洞、枝间间隙等误判为果树间空隙而出现的电磁阀频繁启闭动作。行驶速度为0.5 m/s时,自动对靶喷雾控制系统的动态靶标识别间距介于100~150 mm之间,行驶速度1.0 m/s时,动态靶标识别间距为200~250 mm。此外,该系统还具有提前及延后喷雾功能,自动对靶喷雾系统提前靶标95.0~157.5 mm距离开始喷雾,离开靶标100 mm距离停止喷雾,使喷雾完全覆盖整个树冠。与连续喷雾相比,对靶喷雾可有效节省施药量,对于空隙比为20.0%、35.2%、52.9%靶标行枣树,行驶速度为0.5 m/s时省药率分别达27.9%、53.7%、76.9%,行驶速度为1.0 m/s时省药率分别达27.3%、54.5%、81.0%。因此,该自动对靶喷雾系统对稀疏果园的精确对靶病虫害防治具有较好的实用价值。     

扫描电镜和响应面优化雨生红球藻破壁萃取虾青素的工艺研究

为了充分利用雨生红球藻这一微藻资源,研究虾青素低温抗氧化的萃取技术。本文利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)研究了雨生红球藻粉超微粉碎后细胞壁的结构变化,确认破壁的最佳条件。采用超临界CO2对其进行萃取,运用响应面法(response surface methodology,RSM)优化萃取工艺条件,并对萃取后的精油逐个进行GC-MS分析其脂肪酸成分。结果表明最佳工艺条件为:原料粒度60目,萃取压力42 MPa,萃取温度47℃,萃取时间120 min,液固比1.6,在此条件下,虾青素在藻粉中的提取率可达1.23%,在萃取物中提取率为4.84%。然后将响应面不同条件得到的萃取物进行GC-MS分析,可知当压力40MPa,温度55℃,液固比为1,不饱和脂肪酸(UFA)含量最高为155.1 mg·g-1;当压力45MPa,温度45℃,液固比为2,多不饱和脂肪(PUFA)含量最高为132.05 mg·g-1。     

五种嘧啶苄胺类除草剂氘取代物的合成

为制备HPLC-MS/MS农药残留分析中使用的新发现除草活性成分的同位素内标物,本研究以全氘代甲醇为起始原料,通过亲核取代、氧化、缩合、还原等6步反应制备了5种活性成分的甲氧基的全氘代物,分别是4-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄氨基]苯甲酸异丙酯、4-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄胺基]苯甲酸正丙酯、N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄氨基]-5-溴吡啶、N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄基]-4-溴苯胺和N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄基]-2,5-二氯苯胺。氘取代物结构通过NMR、MS、FTIR和UV确证。HPLC外标法分析表明,5种氘取代物的化学纯度均大于98%。这些甲氧基氘取代物完全满足质谱分析对内标物的要求,可作为HPLC-MS/MS分析的同位素内标物。