Validation of the DNDC-Rice model by using CH4 and N2O flux data from rice cultivated in pots under alternate wetting and drying irrigation management

The DNDC (DeNitrification-DeComposition)-Rice model, one of the most advanced process-based models for the estimation of greenhouse gas emissions from paddy fields, has been discussed mostly in terms of the reproducibility of observed methane (CH₄) emissions from Japanese rice paddies, but the model has not yet been validated for tropical rice paddies under alternate wetting and drying (AWD) irrigation management, a water-saving technique. We validated the model by using CH₄ and nitrous oxide (N₂O) flux data from rice in pots cultivated under AWD irrigation management in a screen-house at the International Rice Research Institute (Los Baños, the Philippines). After minor modification and adjustment of the model to the experimental irrigation conditions, we calculated grain yield and straw production. The observed mean daily CH₄ fluxes from the continuous flooding (CF) and AWD pots were 4.49 and 1.22?kg?C?ha^?1?day^?1, respectively, and the observed mean daily N₂O fluxes from the pots were 0.105 and 34.1?g?N?ha^?1?day^?1, respectively. The root-mean-square errors, indicators of simulation error, of daily CH₄ fluxes from CF and AWD pots were calculated as 1.76 and 1.86?kg?C?ha^?1?day^?1, respectively, and those of daily N₂O fluxes were 2.23 and 124?g?N?ha^?1?day^?1, respectively. The simulated gross CH₄ emissions for CF and AWD from the puddling stage (2 days before transplanting) to harvest (97 days after transplanting) were 417 and 126?kg?C?ha^?1, respectively; these values were 9.8% lower and 0.76% higher, respectively, than the observed values. The simulated gross N₂O emissions during the same period were 0.0279 and 1.45?kg?N?ha^?1 for CF and AWD, respectively; these values were respectively 87% and 29% lower than the observed values. The observed total global warming potential (GWP) of AWD resulting from the CH₄ and N₂O emissions was approximately one-third of that in the CF treatment. The simulated GWPs of both CF and AWD were close to the observed values despite the discrepancy in N₂O emissions, because N₂O emissions contributed much less than CH₄ emissions to the total GWP. These results suggest that the DNDC-Rice model can be used to estimate CH₄ emission and total GWP from tropical paddy fields under both CF and AWD conditions.     

重庆市土壤重金属污染的功能分异评价

在重庆市旱作粮地、稻田土壤、蔬菜基地、植烟土壤、果园土壤、茶园土壤、淹没区土壤和主城区土壤8种功能类型的土壤上采集了1076个土壤样品,分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属赋存量,并采用富集系数、内梅罗指数、地质累积指数和潜在生态危害指数4种方法评价其重金属污染状况。结果表明,重庆市土壤优先控制的重金属元素为Cd、Hg,优先控制的功能类型土壤为主城区街道土壤、植烟土壤和旱作粮地。     

土壤增氧方式对其氮素转化和水稻氮素利用及产量的影响

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结果表明:1)增氧处理明显改善土壤氧化还原状况,3种增氧方式下土壤氧化还原电位均高于CK。稻田增氧促进土壤氮素硝化,在分蘖期和齐穗期T1、T2和T3的土壤硝化强度和脲酶活性均显著高于CK,反硝化强度显著低于CK。2)不同增氧处理对水稻氮素吸收的影响不同,在拔节期、齐穗期和完熟期3品种的植株氮素积累量均表现为T1、T2显著高于CK,而T3显著低于CK;在完熟期,T1处理下中浙优1号、IR45765-3B和中旱221植株氮素积累量分别较CK增加了21.2%、13.2%和17.0%,而T2处理下3品种的植株氮素积累量分别较CK增加了14.3%、6.9%和9.1%。3)与CK相比,T1和T2显著提高水稻籽粒产量和收获指数,氮素籽粒生产效率与CK无显著差异,而T3显著增加水稻氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率。可见,施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉能有效改善稻田土壤氧化还原状况,不仅显著提高水稻产量,而且显著增强稻田氮的硝化而减少氮素损失,从而提高水稻氮素积累量和氮素收获指数。     

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.     

模拟条件下土壤硝化作用及硝化微生物对不同水分梯度的响应

以江苏滨海县一植稻土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了不同水分处理(最大持水量的30%、60%、90%和淹水2 cm深),研究了硝化作用及硝化微生物对水分变化的响应特征。结果表明:淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位(Eh),但所有处理土壤Eh变化范围为330~500 m V,土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1NH+4-N的连续培养过程中,各个水分处理均观察到明显的NH+4-N降低和NO-3-N累积的现象,60%WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速,90%WHC处理次之,随培养时间延长,30%WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的数量显著高于非淹水处理,且淹水处理中AOB在DGGE图谱上的条带更加清晰明亮,而氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。表明该土壤中AOB对水分条件变化响应灵敏,是该土壤的硝化作用、尤其是淹水条件下硝化作用发生的主要原因。     

河北平原中低产区小麦与玉米生产现状及增产潜力分析

本文基于2000—2013年MODIS/NDVI遥感信息与主要粮食作物的统计数据,分析了河北平原中低产区冬小麦和玉米生产的时空格局,并利用各县粮食作物主要生育期累积NDVI的逐年值、14年的最大值及单产统计数据,采用最小二乘法原理,进行数值曲线拟合,构建了单产遥感估测模型,估算了河北平原中低产区冬小麦和玉米的增产潜力。结果表明:1)冬小麦在邯郸和衡水的最大生产力水平较高,在沧州、廊坊及邢台中部的最大生产力水平较低,即后者挖掘增产潜力之后也很难达到前者的最大生产力水平;玉米的最大生产力水平普遍较高,挖掘增产潜力后均可达到较高的生产力水平。2)冬小麦和玉米总产增产潜力在沧州和邯郸较大;冬小麦单产增产潜力多低于10%,平均增产356 kg?hm?2(5.87%);玉米单产增产潜力多高于10%,平均增产798 kg?hm?2(12.33%);单产增产潜力区域分布不同,冬小麦为廊坊保定沧州邯郸邢台衡水,玉米为邢台邯郸保定沧州衡水廊坊。3)以河北平原近14年来作物累积NDVI的最大值估算的全区冬小麦增产潜力为3.90亿kg,玉米增产潜力为9.62亿kg,二者合计可增产13.52亿kg,约相当于区域冬小麦和玉米理论可达增产潜力的1/5。本文估测粮食作物增产潜力的方法可以应用于估测多尺度范围、不同作物的增产潜力,研究结果可为相关部门的决策和管理提供依据。     

笼型异步磁力耦合器机械特性与试验

为有效解决目前机械传动系统中选用电机时功率裕度过大而普遍存在的能源利用效率较低问题,提出一种基于三相异步电机鼠笼转子的异步磁力耦合器(squirrel cage asynchronous magnetic coupler,SCAMC)。结合SCAMC具体结构特点,采用标量磁位法及二维场边界条件,建立气隙磁场数理模型;在气隙磁通密度中引入时间变量,推导出感生电流随时间变化的表达式;基于电流叠加性,将笼条电流折算到转子表面,并沿圆周方向对感生电流所形成的洛伦兹力进行积分,建立了SCAMC的电磁转矩模型。基于上述理论及技术基础,设计并制造出一台37 k W SCAMC样机,并对其机械特性进行理论计算、仿真验证及试验测试。结果表明:转差率相同时,所得的仿真及试验数据与理论计算值相比,误差不超过5%;SCAMC与同容量的三相异步电机相比,线性工作区更宽,过载能力更强,但其机械特性偏软,可有效缓解负载对电机的冲击。该研究可为磁力耦合器在大惯量、难启动及经常性过载机械设备中的应用提供参考。     

连续施氮对玉米产量稳定性及其增产潜力的调控

通过7年的定位试验(2007~2013年),研究不同施氮水平对辽北地区玉米产量稳定性、可持续性及其增产潜力的影响。试验氮肥用量从低到高共设N0(不施氮)、N_1(138 kg hm~(-2))、N_2(241.5 kg hm~(-2))、N_3(345 kg hm~(-2))4个水平。结果表明,施氮可以显著增加玉米产量,在一定范围内产量和产量稳定性随施氮量的增加而增加,其中N2处理的产量(平均产量9598.1kg hm~(-2))和增产率(70.7%)最高,年际间变异系数最小,相应的稳定性最高;N_3处理虽然施氮量比N_2处理增加43%,然而产量和产量的稳定性并没有显著提高。根据7年的平均产量研究结果得出肥料-产量效应函数,曲线符合报酬递减率,可知玉米增产潜力为1279.3 kg hm~(-2),由此说明辽北地区的玉米单产还有很大的增产空间。     

基于GIS的绿色农产品基地适宜性评价

建立和完善绿色农产品基地适宜性评价方法,提高评价结果的实用性和准确性,是实现农产品安全的根本保障。研究依据基地认证者、规划者、生产者3种评价主体实际需求,分别引入污染潜在风险指标和经济状况指标,建立面向不同评价主体需求的多种主导因子评价指标体系,并借助GIS的空间分析方法进行定量评价,最后以北京大兴区为例进行了案例分析研究。结果表明,基地与工矿企业距离、与居民地距离等潜在污染风险对基地适宜性限制大,且不同评价主体下建立不同指标体系使评价更具针对性,利用GIS功能可提高效率,评价结果可视化程度好,具有很强的     

尿素施用对稻田土壤甲烷产生、氧化及排放的影响

通过田间和培养试验研究了不施尿素(N0kg/hm2)和施用尿素(N300kg/hm2)对水稻生长期稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻全生育期内,施用尿素降低土壤CH4产生潜力,并推迟其达到最大值的时间;尿素作为基肥和穗肥施用抑制土壤CH4氧化,而作为分蘖肥施用短暂地促进然后抑制土壤CH4氧化;施用尿素降低稻田CH4排放量。施用尿素通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。