玉米浆及配合其他有机物料对苏打碱土改良效果及腐殖质特性变化

为研究玉米浆(CSL)及其与不同有机物料混合对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质特性变化,本文以松原市苏打盐碱土为研究对象,设置对照组(CK)、1/2倍用量玉米浆(1/2CSL)、1倍量玉米浆(CSL)、2倍量玉米浆(2CSL)、1/2倍用量玉米浆与秸秆混合(1/2CSL+C)、1/2倍用量玉米浆与生物质炭混合(1/2CSL+B)和1/2倍用量玉米浆与泥炭混合(1/2CSL+P)7个处理,研究了其对苏打盐碱土的改良效果及腐殖质组成和胡敏酸(HA)结构特征的变化。每个处理3次重复。结果表明:与CK相比,除2CSL,各玉米产量均增加,增长比率为66.67%～193.65%,各处理pH、全盐量的降低比率分别为9.80%～11.09%、12.2%～44.3%,碱化度降低12.67～26.53个百分点。1/2CSL处理的有机碳含量增加了46.19%,HA和胡敏素(HM)分别增加了48.59%和47.32%,I2920/I1720增加了156.3%,H/C增加了25.96%,(O+S)/C降低了30.68%,放热量高温值/中温值降低了48.6%,质量损失量高温值/中温值降低了14.2%。说明有机物料的施入使土壤HA结构的脂族性增强,氧化度、缩合度和热稳定性降低,结构趋于年轻化,其中1/2CSL处理效果最好。     

东北半干旱黑土区玉米秸秆还田方式对土壤水溶性有机碳含量及其组分的影响

为明确不同秸秆还田方式下土壤有机碳组分的变化特征,基于6 a秸秆还田长期定位试验,利用三维荧光光谱技术,对无秸秆还田（CK）、秸秆覆盖还田（FG）、秸秆翻埋还田（FM）处理下土壤有机碳（SOC）含量及水溶性有机碳（WSOC）含量及其结构特征进行分析。结果表明：（1）与CK相比,FM处理0~40 cm土层SOC含量提高7.87%~29.54%,FG处理0~30 cm土层SOC含量增加1.91%~18.61%,30~40 cm土层SOC含量降低7.67%;FM和FG处理0~40 cm土层土壤WSOC含量分别提升13.42%~39.42%和0.28%~26.34%。（2）通过WSOC三维荧光光谱发现,各土层CK（Ex/Em=300/34、Ex/Em=300/340、Ex/Em=240/340、Ex/Em=300/340）处理WSOC荧光特征峰为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质荧光峰;FM（Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/435）和FG（Ex/Em=270/440、Ex/Em=270/435、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/430）处理为类腐殖酸类物质荧光特征峰,腐殖化程度较高,结构较为复杂;荧光区域积分表明,FM和FG处理类腐殖酸类物质（Ⅴ）和富里酸类物质（Ⅲ）的积分百分比分别较CK增加12.18%~27.39%、11.98%~30.72%和3.96%~5.73%、2.99%~5.40%。（3）土壤WSOC包含两个组分,C1（Ex/Em=340/435, 270/435）组分为类腐殖酸类物质,C2（Ex/Em=290/345, 240/345）组分为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质;F_max值结果表明,0~40 cm土层的C1组分相对含量表现为FM>FG>CK,表明秸秆翻埋还田更有助于土壤中营养物质含量增加和形成更高分子量的有机物。综上,不同秸秆还田方式均可提升SOC和土壤WSOC含量,增加腐殖化程度,加强土壤的供肥能力,翻埋还田处理提升作用更为显著。     

兴隆热带花园生态设计研究与探讨

从热带雨林的恢复、生物多样性的保护及景观格局等多个层面,对兴隆热带花园这一新型热带植物园的生态设计进行分析,以期对生态设计实践有所帮助。     

等离子体辅助玉米醇溶蛋白自组装纤维化的工艺

植物蛋白纤维由于其独特的结构和极高的纵横比可作为良好的疏水性生物活性物质的递送载体。为了提高玉米醇溶蛋白在酸热诱导下的纤维化程度,该研究采用低温等离子体技术辅助完成玉米醇溶蛋白自组装纤维化,探究诱导过程中各因素对玉米醇溶蛋白纤维化程度的影响机制,并通过单因素和响应面试验获得最优纤维化工艺。硫黄素T（ThT）荧光强度结果显示,采用等离子体辅助酸热诱导可以有效提高玉米醇溶蛋白的纤维化程度。通过单因素和响应面优化试验获得了制备纤维化玉米醇溶蛋白的优化工艺为等离子体处理功率64 W,处理时间61 s,加热时间为10 h,加热温度70 ℃,蛋白质量浓度30 mg/mL。在此条件下纤维化玉米醇溶蛋白ThT荧光强度可达2 272±23,显著高于未经等离子体处理的纤维化玉米醇溶蛋白（1 239±19）（P＜0.05）。对傅里叶变换红外光谱中酰胺I 区结果分析表明,等离子体处理使玉米醇溶白中β-折叠结构增加,α-螺旋结构减少。透射电子显微镜观察到玉米醇溶蛋白经过纤维化后颗粒粒径明显下降,其纤维结构是由球状蛋白颗粒沿水平方向线性聚集而成,采用等离子体辅助可诱导形成更多的玉米醇溶蛋白纤维体结构。研究结果为疏水性植物蛋白实现高效自组装纤维化提供参考。     

玉米秸秆分解过程中细菌群落组成演化特征

【目的】土壤中存在着大量的分解秸秆的微生物。研究秸秆分解过程中细菌群落组成的演化规律,对了解和调控农田微生物群体组成以促进秸秆分解具有重要意义。【方法】试验于2014年10月至2015年10月在河南省农业科学院原阳试验基地进行,将成熟期玉米秸秆(茎和叶)烘干,剪成长1~2 cm、宽0.3~1 cm的碎片,称12 g样品(相当于8 t/hm^2)装入15 cm×10 cm的尼龙网包(孔径0.04 mm)内,于10月5日冬小麦出苗后埋置在小麦垄间。分别于埋置后0、1、2、4、7、10和12个月收集秸秆包和土壤样品。测定秸秆样品干物质量和碳氮含量,选择埋置了0、2、4、7和12个月的秸秆及其土壤样品分析细菌丰度及群落组成。【结果】秸秆埋入土壤后的前2个月内分解最快,然后逐步减慢,在1、2、4、7、10和12个月后分别降解了总生物量的19.2%、32.9%、44.2%、52.2%、66.8%和73.8%。秸秆埋入土壤后,秸秆和土壤中细菌丰度均显著增加,分别于第4和7个月达到最高后开始下降。秸秆细菌的丰度指标OTUs、ACE、Chao1和多样性指标Shannon随试验时间的延长逐步增加,而Simpson指数随试验时间延长逐步降低,而土壤中这些指标在试验过程中没有显著变化。与刚埋置秸秆时相比,埋置2个月后的秸秆细菌Bacteroidetes门相对丰度明显增加,主导细菌群为Bacteroidetes和Proteobacteria门。Actinobacteria丰度在埋置2个月后明显降低,然后又随试验时间延长逐步增加。Planctomycetes、Saccharibacteria、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Chloroflexi和Gemmatimonadetes丰度在原始秸秆中较低,埋入土壤后随试验时间延长逐步增加。Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Flavobacteriia主导前期细菌纲组成,而Actinobacteria、Anaerolineae和Bacilli纲丰度在后期逐步增加。秸秆分解速率主要受其碳含量影响,秸秆细菌群落组成前期与秸秆碳含量相关,后期与秸秆氮含量相关。随着试验的进展,秸秆细菌群落组成与土壤中的细菌群落组成趋同。【结论】秸秆埋入土壤后前2个月的分解速率最高,随后逐步降低。秸秆分解前期细菌群落由富营养型组分Bacteroidetes和Proteobacteria门和Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Flavobacteriia和Alphaproteobacteria纲主导,随后被逐步增加的贫营养型组分Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Saccharibacteria门和Deltaproteobacteria、Actinobacteria纲等代替。秸秆碳氮含量变化是影响秸秆分解及其过程中细菌群落演化的主要原因。     

石羊河尾闾黏土质夹层结构土壤对降雨入渗的响应

为探明该种土壤结构如何影响降雨在土壤中再分配及其影响效果,采用自然降雨背景下的人工试验方法开展了黏土质夹层对降雨入渗影响效果的试验研究。结果表明:(1)降雨后经过相同时间水分再分布后的土壤末期含水率主要受控于降雨初期含水率、降雨入渗所能达到的最高含水率及其黏土夹层厚度;(2)黏土质夹层表层沙土土壤含水率在降雨条件下经过长期水分再分布后表现出黏土层厚度越小,表层含水率越低的特征;黏土层及黏土层下部的沙土层初始含水率越高,在降水初期水分增加量、增加速度以及水分流失量、流失速度与初始含水率具有一定的正相关关系。因此,黏土质夹层结构土壤阻滞水分入渗到植物难以利用到的深层,将水分固持于黏土层及黏土层上下部,在表层覆沙20 cm情景下,10,20,30 cm厚度的黏土质夹层以10 cm处理总体水分保持效果最好。     

水土流失防治措施对马尾松林土壤微生物群落分子生态网络的影响

水土流失防治措施可以提高侵蚀退化林地的土壤质量。为了探究典型水土流失防治措施对土壤微生物分子生态网络的影响,在南方红壤区马尾松林下建立了水土流失防治措施小区,设置3种不同处理,分别为挖设鱼鳞坑加种植草本,挖设鱼鳞坑加种植草本与灌木,以及对坡面土壤不设置任何措施的对照。利用16S rRNA和18S rRNA基因 Illumina MiSeq 高通量测序技术,测定3种处理下的土壤微生物群落组成,基于随机矩阵的方法构建微生物网络。结果表明,措施实施后,绿弯菌门相对丰度显著降低,变形菌门与酸杆菌门的相对丰度显著升高（P < 0.05）。2种措施处理下微生物网络总节点数、总连接数、平均连通度以及模块性均较高,微生物网络的规模增大,微生物间互相作用更复杂。3个微生物网络均以负互相作用（60.59%～67.49%）为主,措施实施后物种间竞争作用进一步加强。绿弯菌门、放线菌门和变形菌门中的部分菌群在本研究区的微生物网络中起着重要的连接作用,此外,3个微生物网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低（< 1%）,对于构建微生物网络也具有关键作用。2种措施处理下微生物网络平均路径距离较长,微生物作用的响应速度慢,群落结构稳定性提高,其中挖设鱼鳞坑并种植草本与灌木的措施较挖设鱼鳞坑并只种植草本的措施效果更优。冗余分析表明,土壤容重（R2 = 0.465,P < 0.05）、pH（R2 = 0.377,P < 0.05）、有机质（R2 = 0.383,P < 0.05）、全氮（R2 = 0.545,P < 0.01）、对细菌群落结构有显著影响,土壤含水量（R2 = 0.485,P < 0.05）对真菌群落结构有显著影响。上述研究结果表明,水土流失防治措施实施后土壤微生物群落结构发生明显变化,网络规模增大、物种间互作强度以及微生物群落结构的稳定性提高。     

采用K均值聚类和环形结构的狭叶锦鸡儿木质部提取算法

针对木质部交互统计误差大、效率低、重现性差、劳动强度高和传统图像处理算法精度不理想等问题,该文以狭叶锦鸡儿木质部切片图像为研究对象,根据木质部特点提出基于K均值聚类算法和环形结构提取算法相结合,实现木质部准确提取的方法。首先通过动态巴特沃斯同态滤波法对30幅供试图像进行光照不均校正,然后采用K均值聚类法对光照补偿后图像初分割,最后采用环形结构提取算法实现木质部提取计数。试验结果表明:采用K均值聚类算法对光照补偿后的木质部图像初分割分割误差R(section error, R)、过分割误差OR(over-segmentation error, OR)和欠分割误差UR(under-segmentation error, UR)均值分别为5.15%、1.48%和6.46%,优于未光照补偿和3R-G-B算法;该文提出的环形结构提取算法对初分割后木质部图像检测的平均相对误差为2.26%,比分水岭法低11.69个百分点,比凹点匹配法低4.93个百分点。从速度上看,该算法平均耗时3.17 s,比分水岭法快1.40 s,比凹点匹配法快4.88 s。该算法检测的均方根误差RMSE(root mean squared error, RMSE)为0.52%,约相当于分水岭法的1/3,约相当于凹点匹配法的1/2,该算法优于其他2种分割算法;在图像结构复杂、光照不均匀、内部分布不均等缺陷条件下,该文算法也能很好地实现木质部的分割和提取。该方法不仅能对狭叶锦鸡儿木质部自动分割和提取,也可为其他植物木质部分割提取提供参考。     

泛第三极典型地区土地利用和水保措施解译精度分析

[目的]进行泛第三极典型地区抽样单元土地利用和水土保持措施遥感解译精度评价,提高高分辨率影像的解译正确率,分析解译结果的区域代表性。[方法]于2018—2019年在中国西藏、泰国清莱和巴基斯坦地区分别选取9个、18个、15个抽样单元进行野外调查。以野外调查的土地利用结果作为参照,通过混淆矩阵、土地利用变化转移矩阵分析基于Google Earth影像进行土地利用和水保措施判读的精度;通过与参考数据集土地利用结构的对比,分析解译结果的区域代表性。[结果]①3个典型样区土地利用解译精度较理想,总体分类精度在80%以上,平均kappa系数分别为0.74,0.75和0.82;②与野外调查结果相比,3个典型样区水土保持措施解译结果比较理想;③遥感抽样解译的结果与GLC 30 m,GLC 10 m数据集的土地利用结构相似度较高。[结论]基于高分影像解译土地利用类型和水土保持措施的结果与野外调查的结果一致性较好,且符合参考数据集的土地利用结构,抽样单元遥感解译结果对于土地利用的宏观特征结构有较好的区域代表性表达。     

菌剂挂膜3D-RBC联合BCO工艺处理养猪沼液废水

针对养猪沼液废水寡营养、高氨氮的水质特征,该研究采用耐高氨氮、适应贫营养生长的异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,以下简称HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘+生物接触氧化反应器（3D-RBC+BCO）组合工艺对沼液进行处理。该文研究了3D-RBC+BCO组合工艺在真实沼液条件下的启动过程及污染物去除效果,重点考察了溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度和C/N比2个关键因素对组合工艺污染物去除效果的影响。同时,借助高通量测序技术对DO和C/N比优化过程中微生物群落结构的变化规律进行解析。结果表明：在真实沼液条件下,采用HN-AD菌剂挂膜启动方法,仅用12和18 d就分别完成3D-RBC和BCO反应器的挂膜启动,同时组合工艺对COD、NH4+-N和TN的去除率分别稳定在94.8%、95.7%和80.1%,出水优于城镇污水厂排放一级B标准。在对3D-RBC反应器DO和C/N比的优化过程中,增设底曝后COD、NH4+-N和TN等指标的去除率分别降低了25.4%、15.4%和15.5%。高通量测序结果显示,增加底曝后3D-RBC盘片生物膜中微生物菌属的数量小幅下降,但HN-AD优势菌属的种类与丰度显著降低,导致脱氮效率下降;贫营养型Acinetobacter、Pseudomonas菌属是3D-RBC可以对真实沼液高效脱氮的关键,提高C/N比会显著降低其丰度,进而影响脱氮效果。