Role of active aluminum in the formation of water-stable macroaggregates

Soil structure is determined by the arrangement of particles in soil and the particles of sand, silt, and clay bind together into aggregates of various sizes by organic and inorganic materials. Structural stability which is the ability of the aggregates and pores to remain intact when subjected to stress, markedly affects crop production and soil erosion (Tisdall 1996). Since water, either directly as rainfall or as surface runoff is the main agent of aggregate breakdown, in the analyzes of stable soil aggregation, the term water-stable aggregation is generally used (Lynch and Bragg 1985). Water-stable aggregates have been divided into micro aggregates < 0.25 mm dia.) and macro aggregates (> 0.25 mm dia.) (Edwards and Bremner 1967; Tisdall and Oades 1982). Microaggregates show a relatively high stability against physical disruption (Edwards and Bremner 1967). On the other hand, macro aggregates are sensitive to soil management (Tisdall and Oades 1982).

There are many reports on the relationships between the aggregate stability and the soil physicochemical properties. For example, significant correlations were found between the aggregate stability and the amounts of organic C (Tisdall and Oades 1982), total N, and carbohydrates or the CEC (Chaney and Swift 1984). However, most of these studies were conducted in non-volcanic ash soils. Volcanic ash soils are widely distributed in Japan and are very important soils for crop production. The objective of this study was, therefore, to obtain more information on the relationship between the degree of macro aggregation and the soil physicochemical properties in non-volcanic and volcanic ash soils.     

种植翻压紫云英配施化肥对稻田土壤活性有机碳氮的影响

依托长期种植紫云英定位试验,以不施肥(CK)为对照,研究化肥(100%F)、紫云英配施100%、80%、60%和40%化肥(G+100%F、G+80%F、G+60%F、G+40%F)以及紫云英(G)对土壤活性有机碳氮、水稻产量、氮肥利用率及其他土壤养分的影响。结果表明,与对照不施肥相比,单施化肥对土壤水溶性有机碳(WSOC)的影响很小,土壤水溶性有机氮(WSON)和微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)含量分别增加了20.61%、10.49%和2.20%;单施紫云英处理土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN含量分别增加了25.52%、36.30%、19.16%和10.37%;紫云英配施化肥增加了土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN的含量,增幅分别为12.99%~22.80%、26.66%~56.61%、19.01%~29.56%和16.08%~32.90%。施肥提高了土壤活性有机碳氮占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)的比例,紫云英配施化肥和单施紫云英效果优于单施化肥。土壤活性有机碳氮与水稻产量、SOC、TN和铵态氮(NH_4~+-N)呈显著或极显著正相关。施肥增加水稻产量,G+80%F最高(10026kg hm~(-2))。与100%F相比,化肥减施20%~40%水稻不减产,同时氮肥农学效率和氮肥偏生产力提高,增幅分别为11.64%~149.65%和2.66%~149.92%,土壤SOC、TN和NH_4~+-N含量增加,土壤有效磷和速效钾降低。综合考虑水稻产量、氮肥利用率和土壤肥力,紫云英翻压22500 kg hm~(-2)、磷钾肥常规用量、氮肥减施20%时最优。     

适宜无机盐及浓度抑制麦胚脂肪酶存在时油水界面张力

为了探明无机盐稳定化脂肪酶的潜在机理,该文以小麦胚芽脂肪酶为研究对象,基于界面酶学的分析方法,研究添加浓度介于1.0×10-9~1.0×10-2 mol/L的Na~+、K+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的氯化物对小麦胚芽脂肪酶存在的油-水界面特性的影响。结果表明,当小麦胚芽脂肪酶体系浓度为1.7×10-6 mol/L时,一价金属中Na~+更有利于抑制油-水界面的表面张力(P0.05),对麦胚脂肪酶存在时的油水界面特性影响也较大;二价金属离子Ca~(2+)对界面张力的影响趋势与一价离子不同,在高浓度时反而增加界面张力;当油水界面上存在脂肪酶的催化底物(三油酸甘油酯)和产物(油酸)时,添加浓度分别为10-6、10-6、10-4和10-9mol/L的Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)均可一定程度上降低油水界面张力,从而降低麦胚脂肪酶的作用效果,三油酸甘油酯存在时Mg~(2+)的作用效果最明显(P0.05),油酸存在时Na+的作用效果最明显(P0.05)。综上,无机盐金属离子主要通过影响麦胚脂肪酶在油水界面的聚集行为及底物结构状态起到钝化麦胚脂肪酶的作用,该结果可为麦胚脂肪酶存在时界面的活性调控及麦胚的稳定化处理提供参考。     

车用生物燃气工程范例余热定量评估及可利用性分析

针对车用生物燃气工程能耗高、余热利用率低的问题,该文以国内4个典型工程为基础,构建了产气规模为1万m3/d的示例工程,并对其进行余热分析.分析结果显示,此类工程用能量大,占总产能的30.01%~36.44%;余热利用率低,只有部分贫液余热得以回收;系统余热主要由脱碳塔顶气余热、脱碳贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热5部分组成,其多为低品位余热、量大稳定.余热计算表明,在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104、4.79×104MJ/d,最大节能潜力分别为74.81%和73.92%,节能潜力降序排列为沼液余热>贫液余热>塔顶气余热>压缩机余热>锅炉余热.余热可利用性分析认为工程余热可利用性较高,回收价值较大.     

大跨度主动蓄能型温室温湿环境监测及节能保温性能评价

针对日光温室土地利用率低,单体小不能进行立体栽培果树种植,不利于机械化操作等问题。该文提出一种大跨度主动蓄能型温室,该温室南北走向,双屋面拱形钢骨架结构,并采用主动蓄放热系统进行能量的蓄积与释放。该试验以传统砖墙日光温室作为对照,对大跨度主动蓄能型温室室内外温湿度以及主动蓄放热系统的能量收支进行分析,并对比2种温室的建造成本,综合分析了试验温室保温节能效果及经济效益。结果表明:大跨度主动蓄能型温室土地利用率高达87.4%。温室夜间平均气温高于10℃,无极端低温,晴天夜间平均气温比对照温室高1.5~3.1℃,比室外高13.9~19.3℃;阴天夜间平均气温比对照温室高1.2~2.8℃,比室外高12.5~18.9℃。夜间室内相对湿度平均比对照温室低7%~10%。主动蓄放热系统性能系数COP(coefficient of performance)为3.4~4.2,平均每天能耗0.013 k Wh/m2,与传统燃煤锅炉加温系统相比,平均节能率为47%。大跨度主动蓄能型温室建造成本每平米307.2元,比传统砖墙日光温室低144.5元。大跨度主动蓄能型温室是一种土地利用率高,单体大,保温性能良好,能进行冬季果菜生产的新型温室类型,且投入少,综合其经济环境效益,值得推广应用。     

太阳能加热的地上式户用沼气生产系统热性能分析

为对太阳能加热的地上式户用沼气生产系统的推广应用和优化设计提供指导,试验研究了该型系统的热性能,对系统中真空管太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数与相关因素的关系进行了分析。试验表明,当日平均环境温度在-2.1~-8.6℃变化时,沼气池内料液温度可维持在(27±2)℃的范围内。得到了太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数的计算公式;研究发现沼气池内料液温度对热水-料液传热系数的影响很大,随着料液温度的提高,传热系数显著增加。     

一种可用于评估土壤团聚体稳定性的超声能量法

团聚体稳定性是土壤质量的重要指标。鉴于当前团聚体稳定性难以定量的研究现状,本文提出一个可定量评估土壤团聚体稳定性的超声能量法,并与传统Yoder湿筛法对比分析了稳定性土样(浙江潮土、重庆黄壤土、江西红壤)和弱稳定性土样(河北壤土和黑龙江暗棕壤)五种典型土壤的5~3mm粒级团聚体的平均重量直径(MWD)和团聚体粒径分布(ASD)。结果表明:(1)测试土样的稳定性为潮土红壤黄壤土暗棕壤壤土;(2)超声能量法分散强度大,分散效率高,更适用于稳定性土样的评估,对于弱稳定性土样的评估则不如传统Yoder湿筛法。因此,评估土壤团聚体稳定性时可以选择合适的测量方法以提高分辨精度,即强稳定性土壤对比分析应选用超声能量法,而弱稳定性土壤对比分析则可以用Yoder湿筛法。     

西安市耕地生态安全测度及影响因素分析

耕地生态安全评价对改善耕地生态系统安全状况、促进耕地可持续利用具有重要的现实意义。以西安市为研究区域,采用压力—状态—响应模型,构建了基于能值理论的耕地生态安全指标评价体系,采用组合赋权法来确定指标权重,测度了2001—2012年西安市耕地生态安全水平值及变动趋势,并采用多元线性回归模型分析了耕地生态安全的影响因素。结果表明:西安市耕地生态安全值总体波动趋势为:2001—2007年耕地资源由较安全区下降至安全临界区,在2004年出现一次波动;2007—2010年耕地资源安全评价值呈上升趋势,且达到最高值,耕地生态状况由安全临界区跨越到较安全区;2010—2011年耕地资源安全状态下降至安全临界区,幅度较大,2012年虽有升高,但仍然处于安全临界区。提高人均能值产出、增加农业财政支出比例和严格管控建设用地占用耕地是改善西安市耕地生态安全的重要措施。     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计

农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战,而环境能量收集技术则使低功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积大、可靠性差的问题,该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁波能量和振动能量,通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合,同时收集2种环境能量,并经整流转换成直流电能。能量收集天线使用普通FR4印刷电路板实现,工作在手机通信频段1.9 GHz(3G频段),测试的回波损耗为-20.5 d B,对电磁波能量收集的最高输出功率可达到38 mW,测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW,满足低功耗传感器节点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力,还大大降低了传统混合系统的尺寸,可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。