工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究

为探明不同植被格局对工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响,采用10,20,30 L/min 3种放水流量,对黄土区不同格局（裸坡、坡顶、坡中、坡底、条带）下的高陡边坡（32°,20 m×1 m）进行模拟放水试验,选取径流率、产沙率、减流效益、减沙效益等因子对堆积体坡面植被的控蚀效果进行分析。结果表明：3种放水流量下,条带、坡顶、坡中、坡底的平均径流率较裸坡分别减小57.33%,61.17%,41.62%,24.78%,平均产沙率较裸坡分别减小74.99%,61.10%,55.01%,46.43%,且径流率与产沙率的线性关系（R²=0.57~0.80,p<0.01）整体上弱于裸坡（R²=0.71,p<0.01）。不同植被格局中,条带及坡顶格局的减流效益分别是65.97%,60.52%,减沙效益分别为71.44%,57.22%,二者的控蚀效果远高于其他格局。产沙率与径流功率的线性相关性（R²=0.61~0.83,p<0.01）高于径流剪切力（R²=0.29~0.76,p<0.01）,径流功率能更好地反映堆积体坡面土壤侵蚀机制。     

减氮配施有机肥对夏玉米——冬小麦土壤硝态氮及氮肥利用的影响

为实现华北平原夏玉米-冬小麦的高产及氮肥的高效利用,采用田间小区试验方法,研究了氮肥减量及其与有机肥配施对夏玉米-冬小麦轮作体系内土壤硝态氮分布及氮肥利用的影响。结果表明:与不施氮处理(CK)相比,施用氮肥增加了冬小麦和夏玉米的生物量和产量,而在农民习惯施氮基础上减量1/3不会显著影响到生物量和产量。其中减氮配施有机肥(ONM)处理的周年总产最高,相比习惯施氮(CN)和减氮处理(ON)分别提高了1.85%和3.78%。处理CN的0~180 cm土壤硝态氮累积量的周年变化均值达502.7 kg hm^-2,分别是处理CK、ONM、ON的2.95、2.17、1.56倍。与处理CN相比,处理ONM显著降低了剖面(0~180 cm)土壤中的硝态氮含量,其中在夏玉米季和冬小麦季的降低幅度分别为18.1%~66.7%和37.3%~87.2%。处理ON和ONM相比处理CN,植株周年总吸氮量无显著性差异,氮肥利用率却得到了显著提高。其中处理ONM的周年氮肥利用最高,比处理CN提高了36.9%。综合分析,减氮与有机肥配施不仅显著降低了0~180 cm土壤硝态氮含量,大幅度提高了氮肥利用率,且有助于增加冬小麦和夏玉米的生物量及产量。     

生物质炭对贵州黄壤朝天椒减氮的生物效应及氮肥利用率的影响

为探究生物质炭对贵州黄壤朝天椒减氮的施用效果,采用大田试验,研究了生物质炭与氮肥减量配施(CF_(100)B_0(化肥氮100%)、CF_(90)B_(10)(化肥氮90%+生物质炭氮10%)、CF_(85)B_(15)(化肥氮85%+生物质炭氮15%)、CF_(80)B_(20)(化肥氮80%+生物质炭氮20%))对贵州黄壤朝天椒产量、品质、养分积累和氮肥利用率的影响。结果表明:与常规施肥(CF_(100)B_0)处理相比,CF_(90)B_(10)处理可提高朝天椒产量,其中鲜椒增产7.3%、干椒增产2.5%,但是增产效果并不显著,而CF_(85)B_(15)和CF_(80)B_(20)处理的产量略有降低;生物质炭与氮肥减量配施处理可显著影响朝天椒果实中的硝酸盐和Vc含量,其中,CF_(90)B_(10)、CF_(85)B_(15)和CF_(80)B_(20)处理的硝酸盐含量降低了4.8%～8.9%,而CF_(90)B_(10)处理的Vc含量则较CF_(100)B_0处理提高了9.6%,但还原糖和游离氨基酸含量在各处理间无差异;此外,与CF_(100)B_0处理相比,生物质炭与氮肥减量配施可使氮肥偏生产力(PFP_N)提高2.08～2.62 kg·kg~(-1),以CF_(90)B_(10)处理最高,而氮肥农学效率(AE_N)和氮肥表观利用率(RE_N)则随着生物质炭替代化学氮肥比例的增加呈降低趋势,以CF_(90)B_(10)处理的AE_N和RE_N最高,分别为7.70 kg·kg~(-1)和40.3%。综上,生物质炭与氮肥减量配施可有效保证贵州朝天椒稳产增效,因此,短期条件下推荐生物质炭替代化学氮肥10%作为贵州黄壤朝天椒氮肥减施替代的最适比例。     

楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。     

仿海豚皮肤结构的功能表面提高离心泵效率

为了提供一种可利用仿生功能表面提高泵类产品效率的方法,该文分别以鲨鱼皮肤及海豚皮肤表面结构为模仿原型,设计了2种仿生功能表面,模仿鲨鱼皮肤结构的功能表面为模型1,仿海豚皮肤结构的功能表面为模型2,并以吉林市奥吉通泵业有限公司生产的200QJ50-26离心式水泵为载体,进行了试验研究。研究结果表明,模型1可提高水泵效率2%~3%,模型2可提高水泵效率5%,且模型2在全流段范围内增效效果显著。利用氢气泡流动显示试验,从流场尾迹再附点及涡距2个方面说明了上述2种模型对流体介质的控制机制。试验结果表明,模型2相比模型1,其尾迹再附点距离降低5 mm,而尾迹涡距距离却增加3 mm。说明模型2的压差阻力得到降低,此外,模型2通过降低涡生成密度及速度的方式降低能量的耗散,其减阻效果更明显。该研究为仿生功能表面在以流体为工作介质的流体机械及在流体介质中运行的交通工具的全面应用提供了参考。     

发达国家化肥减量政策的适用性分析及启示

通过梳理和分析欧盟、美国和日本等代表性国家(地区)化肥减量政策的具体做法、实施效果和适用条件,以期发现化肥减量政策在环境取向制定时的共同规律和一般条件,从而为中国化肥减量政策的制定提供可行的政策建议。研究表明,各个国家(地区)的化肥减量政策各有优缺点且适用条件不同,其中欧盟的命令控制型政策适用于涉及农户少、农业种植类型或农场类型同一的情况,美国的经济激励型政策适用于涉及农户较多、农产品市场体制比较完善、价格形成机制灵敏的情况,日本的公众参与型政策适用于相关农业团体较多、经济实力较强的地区。因此,中国在制定化肥减量政策时,应对各国的政策手段取长补短、综合选择;为此,应从完善农产品价格机制和无公害农产品认证制度和积极培育新型农业经营主体等方面着手,通过市场机制的引导促进环境友好型技术的采纳、通过化散为整确保环境标准的有效执行、通过协同带动和宣传引导提高农民的环境意识,从而保证命令控制型、经济激励型和公众参与型等化肥减量政策的有效实施。     

肥料减施条件下水稻土壤有机碳组分对紫云英—稻草协同利用的响应

研究紫云英与稻草不同利用模式在化肥减量条件下稻田表层土壤有机碳及其活性组分的差异,为合理利用有机物料调控土壤肥力提供参考。采用湖南省南县连续5年(2011—2015年)大田定位试验的方法,研究了减量施肥下洞庭湖地区紫潮泥双季稻田0-20cm表层土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和轻组有机碳(LFOC)对紫云英与稻草不同利用模式的响应。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施化肥(F100)TOC、MBC、DOC、EOC和LFOC的含量均有显著上升,增幅分别为12.2%,19.5%,18.6%,11.3%和100.9%。化肥减量20%条件下紫云英与稻草利用模式更有助于有机碳组分的积累,其中晚稻留高桩还田冬种紫云英(F80+HR+A)处理效果最为突出,与CK相比,增幅分别为18.3%,47.2%,24.1%,20.0%和204.0%。减量施肥下紫云英单独利用相比稻草单独还田更益于MBC、DOC与EOC的积累,增幅分别为9.8%,4.0%和0.6%,土壤LFOC则相反,下降了34.8%。敏感指数分析表明土壤有机碳及其活性组分中LFOC对土壤质量变化最为敏感,其次是MBC,二者可作为衡量土壤质量状况的良好指标。F80+HR+A各有机碳组分敏感性均显著高于F100处理。相关性分析表明水稻产量、土壤有机碳及其组分之间均呈极显著相关(p0.01)。综上所述,化肥减量条件下不同紫云英与稻草利用模式对紫潮泥稻田土壤有机碳及其活性组分含量的影响存在明显差异,稻草还田能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,紫云英的利用则有利于土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳的积累,而紫云英与稻草协同利用模式,尤其是晚稻留高桩还田冬种紫云英更有助于土壤有机碳及其活性组分的积累。     

河岸边坡草被减流减沙效应及其坡面流水动力学特征

为研究草本植被覆盖对河岸边坡坡面流水动力学特征及产流产沙规律的影响,阐明坡面生物措施的减流减沙效益,在放水流量为5ml/s、坡度约为15°的条件下对不同草本植被覆盖类型的河岸自然边坡进行野外放水冲刷试验。结果表明:(1)植被覆盖坡面的初始产沙量均大于裸地,黄花蒿的产沙量最大(1.92g),其次是野豌豆(1.73g)、狼尾草(1.24g),裸地(0.96g)最小;从产沙趋势上看,裸地坡面的产沙过程呈先升高后下降的趋势,而狼尾草、野豌豆、黄花蒿则呈整体递减趋势;(2)4种不同下垫面边坡土壤稳定入渗率介于2.10~4.30之间,狼尾草(4.30mm/min)最大,野豌豆(3.91mm/min)、黄花蒿(3.10mm/min)次之,裸地(2.10mm/min)最小,且入渗过程均符合Horton入渗公式:i=i_c+(i_0+i_c)e~(-kt);(3)各草本植被覆盖坡面的减流效益按大小排序为狼尾草(57.41%)野豌豆(40.74%)黄花蒿(37.03%);减沙效益大小排序为狼尾草(55.73%)野豌豆(45.71%)黄花蒿(26.89%);(4)3种草本植被坡面的径流流速及费汝德数均小于裸地,而雷诺数与裸地相比差异不大,均分布在32.46~33.90之间;各植被坡面的Darcy—Weisbach阻力系数及糙率系数分别是裸地的3.96~12.85倍和1.96~2.52倍。研究结果可为进一步揭示草被的减流减沙作用及土壤侵蚀动力过程提供理论依据。     

氮磷钾减量配施硅肥对玉米养分吸收、利用及产量的影响

为研究氮、磷和钾减量条件下,增施硅肥对玉米氮、磷和钾养分吸收、利用及产量的影响,采用2因素裂区设计,主区为3种氮、磷和钾肥用量组合(F_(100)—常规用量,F_(80)—等比例减少20%和F(60)—等比例减少40%),副区为2种硅肥用量(SiO_2施用量分别为37.5和75 kg/hm~2,记为S_3和S_7。),测定玉米植株拔节期和成熟期的干物质积累量,氮、磷和钾的积累量,产量及产量构成。结果表明:与常规用量F100相比,F80和F60植株拔节期和成熟期的干物质、氮、磷和钾积累量显著降低,植株成熟期干物质、氮、钾、硅素在籽粒中的分配比例显著下降,穗粒数、行粒数和穗长均显著下降,秃尖长度增加20.96%~25.33%,减产10.77%~17.77%。F_(100)和F_(80)中,与S_3相比,S_7能显著提高植株拔节期、成熟期干物质积累,增加拔节期和成熟期植株氮、磷、钾和硅素积累量,提高磷素干物质生产效率、磷素籽粒生产效率及磷肥偏生产力以及籽粒产量。在处理F_(100)中,与S_3相比,S_7能提高成熟期籽粒中氮和钾的分配比例,显著降低成熟期茎秆中氮和钾的分配比例;在处理F_(80)中,与S_3相比,S_7能提高成熟期茎秆中磷和硅素的分配比例,降低成熟期籽粒中磷素的分配比例;在处理F_(60)中,与S_3相比,S_7能显著降低成熟期茎秆和籽粒中硅的分配比例。F_(100)和F_(80)中,与S_3相比,S_7能显著提高氮、磷和钾肥偏生产力。综上所述,氮、磷和钾肥减量会降低玉米植株关键生育阶段干物质积累量,以及氮、磷和钾素营养积累量,最终降低籽粒产量;氮、磷和钾常规用量或减施比例≤20%条件下,增施75 kg/hm~2硅肥能促进植株对氮、磷和钾素的吸收,增加干物质生产能力,优化成熟期干物质分配比例,增加籽粒产量,同步提高氮、磷和钾肥利用率。     

石灰性水稻土中硝酸盐依赖型与光合型亚铁氧化过程

厌氧条件下土壤中铁氧化还原过程与土壤氮循环关系密切,且硝酸盐依赖型亚铁氧化(nitrate-dependent ferrous oxidation,NDFO)和光合型亚铁氧化(photosynthetic ferrous oxidation,PFO)是亚铁氧化的两个重要的生物途径,然而目前关于石灰性水稻土中NDFO与PFO之间的关系仍不明晰。以采自黄河中下游地区河南省孟津县的水稻土为样品,设置培养前添加和培养过程中添加10 mmol·L^-1的硝酸根离子/铵离子(NO₃^-/NH₄⁺)的恒温厌氧泥浆培养试验,通过监测泥浆中Fe(Ⅱ)、O₂、NO₃^-和亚硝酸根离子(NO₂^-)的动态变化与培养后的NH₄⁺含量探究了NO₃^-在石灰性水稻土Fe(Ⅱ)氧化过程的作用及其与光合型亚铁氧化的关系。结果...