基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

模拟降雨条件下不同植被覆盖度/格局的坡地土壤铵态氮流失特征

尽管采取各种措施控制农业氮素污染,但大量氮素的流失仍然成为农业非点源污染的主要来源之一。采用室内模拟降雨的方式,选用了3种植被覆盖度(25%,50%和75%)、9种不同的植被格局,对21°坡面铵态氮随径流和泥沙流失迁移规律进行了研究。结果表明:径流和泥沙流失的控制关键期在初期产流阶段。植被覆盖度25%时,铵态氮流失规律不明显。植被覆盖度50%时,在中期和后期产流阶段径流和泥沙携带的铵态氮流失量分别占累计流失量71.2%~82.8%,应加强中期和后期产流阶段铵态氮流失量控制。植被覆盖75%时,初期产流阶段是铵态氮流失控制的关键时期。径流与径流结合态铵态氮流失量呈幂函数关系,两者呈显著正相关(p0.05),泥沙与泥沙结合态铵态氮流失量均呈幂函数关系,并具有极显著正相关性(p0.01)。径流和泥沙流失是坡面铵态氮流失的两种途径。从削减水沙和养分流失量角度来看,坡下植被格局最强,坡上植被格局次之,坡中植被格局最弱。     

水氮用量对设施栽培蔬菜地土壤氨挥发损失的影响

【目的】针对我国设施蔬菜生产中存在的水肥过量施用问题,研究不同水氮条件下黄瓜-番茄种植体系内的土壤氨挥发特征,探讨影响设施菜地土壤氨挥发的重要因子,为降低氮肥的氨挥发损失、 建立合理的灌溉和施肥制度提供参考。【方法】以华北平原设施黄瓜-番茄轮作菜地为研究对象,设常规灌溉(W1)和减量灌溉(W2)2个灌溉水平,每种灌溉水平下设不施氮(N0)、 减量施氮(N1)和常规施氮(N2)3个氮水平,共6个处理组合(W1N0、 W1N1、 W1N2、 W2N0、 W2N1、 W2N2)。采用通气法监测不同水氮条件下黄瓜-番茄轮作体系内的土壤氨挥发动态,分析与土壤氨挥发相关的主要影响因子。【结果】设施黄瓜-番茄种植体系内表层(0—10 cm)土壤铵态氮受施肥的影响波动较大,与常规施氮(N2)相比,相同灌水条件下减量施氮(N1)处理的0—10 cm土层铵态氮浓度最高值降低了25.1%~30.3%(P 0.05)。减量施氮可显著降低土壤氨挥发速率。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)在黄瓜季和番茄季内的氨挥发速率均值分别降低了21.1%~22.8%(P0.05)和16.5%~17.9%(P0.05)。整个黄瓜-番茄轮作周期内,土壤氨挥发损失量和氮肥的氨挥发损失率分别为17.8~48.1 kg/hm2和1.23%~1.44%。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)的土壤氨挥发损失量及氮肥的氨挥发损失率分别降低了19.3%~20.0%(P0.05)和0.85~0.92个百分点。各处理土壤氨挥发速率与0—10 cm土壤铵态氮浓度呈显著或极显著正相关,说明0—10 cm土壤铵态氮浓度是土壤氨挥发的重要驱动因子。与常规灌溉(W1)相比,减量灌溉(W2)条件下设施菜地土壤氨挥发速率及氨挥发损失量略有增加(P0.05)。适宜减少氮肥及灌溉量不仅能够维持较高的蔬菜产量,而且显著提高了灌溉水和氮肥的利用效率。其中减量施氮处理(N1)的氮肥农学效率比常规施氮(N2)提高了95.4%~146.4%; 减量灌溉(W2)的灌溉水农学效率比常规灌溉(W1)提高了27.7%~54.0%。【结论】通过合理的节水减氮措施可达到抑制氮肥氨挥发损失、 增加产量以及提高水氮利用效率的目的。在供试条件下,节水30%左右、 减施氮量25%的水氮组合(W2N1)具有较佳的经济效益与环境效应。     

Carbon isotopic ratios of wetland and terrace soil sequences in the Maya Lowlands of Belize and Guatemala

This article provides new data and synthesizes earlier findings on the carbon isotope ratios of the humin part of soil organic matter from a range of sites in the central Maya Lowlands. Changes down the soil profile in carbon isotope ratios can provide an important line of evidence for vegetation change and erosion over time, especially in well dated aggrading profiles. Research thus far has provided substantial evidence for significant inputs from C₄ vegetation in buried layers from the Ancient Maya periods in depositional soils but equivocal evidence from sloping soils. We present new findings from soil profiles through ancient Maya wetland fields, upland karst wetlands, ancient Maya aguadas (reservoirs), and ancient Maya terraces. Most of the profiles exhibited δ¹³C enrichment greater than the 2.5–3‰ typical from bacterial fractionation. Seven of nine ancient Maya wetland profiles showed δ¹³C enrichment ranging from 4.25 to 8.56‰ in ancient Maya-dated sediments that also contained phytolith and pollen evidence of grass (C₄ species) dominance. Upland karst sinks and ancient reservoirs produced more modest results for δ¹³C enrichment. These seasonal wetland profiles exhibited δ¹³C enrichment ranging from 1 to 7.3‰ from the surface to ancient Maya-period sediments. Agricultural terraces produced mixed results, with two terraces having substantial δ¹³C enrichment of 5.34 and 5.66‰ and two producing only equivocal results of 1.88 and 3.03‰ from modern topsoils to Maya Classic-period buried soils. Altogether, these findings indicate that C₄ plants made up c. 25% of the vegetation at our sites in the Maya Classic period and only a few percent today. These findings advance the small corpus of studies from ancient terraces, karst sinks, and ancient wetland fields by demonstrating substantial δ¹³C and thus C₄ plant enrichment in soil profile sections dated to ancient Maya times. These studies are also providing a new line of evidence about local and regional soil and ecological change in this region of widespread environmental change in the Late Holocene.     

包膜控释尿素（追施）对冬小麦生长发育及土壤硝态氮含量的影响

通过田间试验,研究了苗期和返青期追施释放期为30d和60d的包膜控释尿素对冬小麦生长发育及土壤硝态氮含量的影响。结果表明,分别在冬小麦苗期和返青期追施释放期为60d包膜控释尿素（N60N60）,能显著促进植株生长发育,增强植株对N、P、K养分吸收,增加籽粒产量。与不追肥（CK）处理相比,N60N60处理植株地上部和地下部干物重分别提高33.21%和67.84%;叶片叶绿素含量增加12.77%～25.20%;植株茎叶N、P、K含量分别增加63.55%、37.08%和6.91%,籽粒N、P、K含量分别增加8.56%、31.18%和24.49%;小麦穗长、穗粒重、千粒重和籽粒产量分别增加14.14%、27.00%、39.32%和48.01%。在返青期追施1次包膜控释尿素,N0N30优于N0N60处理,叶绿素含量增加1.50%～3.04%;植株茎叶N、P、K含量分别增加12.37%、12.25%和1.26%,籽粒N、P、K含量分别增加0.50%、5.69%和9.74%;小麦穗长、穗粒重、千粒重和籽粒产量分别增加2.84%、11.81%、11.65%和6.61%。同时,包膜控释尿素施用能明显减少硝态氮向土壤深层渗漏数量,减轻对地下水污染风险。     

太湖地区不同水旱轮作方式下稻季甲烷和氧化亚氮排放研究

为准确编制我国稻田温室气体排放清单及制定合理减排措施提供基础数据,选择太湖地区典型水稻种植区江苏省苏州市,研究设计了休闲水稻(对照,CK)、紫云英水稻(T1)、黑麦草水稻(T2)、小麦水稻(T3)和油菜水稻(T4)5种水旱轮作方式,采用静态箱气相色谱法,开展了不同水旱轮作方式下水稻生长季田间甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放监测试验。试验结果表明:不同水旱轮作方式下水稻生长季CH4排放通量呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为65%~81%,而N2O仅在水稻烤田期间有明显排放。水旱轮作方式对稻季CH4和N2O排放有极显著(P 0.01)影响,CH4季节总排放量表现为T1(283.2 kg.hm 2)CK(139.5 kg.hm 2)T3(123.4kg.hm 2)T4(114.7 kg.hm 2)T2(100.8 kg.hm 2),N2O季节总排放量顺序为T1 T4 T3 T2 CK,依次为1.06kg.hm 2、0.87 kg.hm 2、0.81 kg.hm 2、0.72 kg.hm 2和0.53 kg.hm 2。T1处理稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高[7 396 kg(CO2).hm 2],显著(P 0.05)高于其他处理,比CK[3 646 kg(CO2).hm 2]增加103%,T2[2 735kg(CO2).hm 2]较CK减少25%(P 0.05)。紫云英水稻轮作方式增加了太湖地区水稻生长季的温室效应。     

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——案例分析

农村面源污染问题日益突出,是当前水污染控制与水环境改善的重点和难点。“十一五”期间,在国家水专项的支持下,以农村面源污染治理的“4R”理论（源头减量-过程阻断-养分再利用-生态修复）为指导,选择江苏省无锡市的直湖港小流域龙延村为综合示范区进行了技术的集成与工程化应用,取得了良好效果。本文以此为典型案例,详细介绍了综合示范区的污染现状、“4R”技术的集成应用与衔接配套、各项技术应用的污染控制效果以及区域环境改善效果,并对“4R”理论的核心内涵以及未来的发展进行了总结和讨论。     

猪5-HT4b受体基因cDNA克隆和序列分析

利用RT—PCR技术克隆了猪5-HT4bR基因的核苷酸序列，并利用生物信息学手段进行了验证。核苷酸序列测定与分析表明，该基因片段全长1209bp且包含一个完整的开放阅读框，编码402个氨基酸。该序列已在GenBank登录（Accession No．AY566638）。序列分析结果表明，该基因与已报道的人、鼠等5种动物5-HT4bR基因具有较高的核酸序列和氨基酸序列同源性，分别为92．56％和93．63％。该基因编码的蛋白具有7次跨膜结构，属于G蛋白偶联受体超家族。     

沼泽垦殖前后土壤呼吸与CH_4通量变化

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在碳的储存中起着重要作用。湿地垦殖后,在相同季节根层土壤温度明显高于沼泽湿地土壤,但垦殖后土壤有机碳、氮素含量明显降低,C:N比值减小,土壤呼吸通量增大,且具有季节性变化。垦殖8年的农田土壤,呼吸通量大于垦殖15年的农田土壤,弃耕后土壤有机碳含量及土壤呼吸强度有所增加,土壤呼吸通量与土壤温度呈显著正相关关系。沼泽湿地土壤为大气CH4的重要源,通量季节性变化明显,沼泽垦殖后农田土壤成为CH4的汇,不同垦殖年限土壤间CH4通量差异性不大。     

基于MSRCR-YOLOv4-tiny的田间玉米杂草检测模型

为实现田间环境下对玉米苗和杂草的高精度实时检测,本文提出一种融合带色彩恢复的多尺度视网膜(Multi-scale retinex with color restoration, MSRCR)增强算法的改进YOLOv4-tiny模型。首先,针对田间环境的图像特点采用MSRCR算法进行图像特征增强预处理,提高图像的对比度和细节质量;然后使用Mosaic在线数据增强方式,丰富目标检测背景,提高训练效率和小目标的检测精度;最后对YOLOv4-tiny模型使用K-means++聚类算法进行先验框聚类分析和通道剪枝处理。改进和简化后的模型总参数量降低了45.3%,模型占用内存减少了45.8%,平均精度均值(Mean average precision, mAP)提高了2.5个百分点,在Jetson Nano嵌入式平台上平均检测帧耗时减少了22.4%。本文提出的Prune-YOLOv4-tiny模型与Faster RCNN、YOLOv3-tiny、YOLOv4 3种常用的目标检测模型进行比较,结果表明：Prune-YOLOv4-tiny的mAP为96.6%,分别比Faster RCNN和YOLOv3...