样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响

为研究样本预处理方式对罗氏沼虾碳和氮稳定同位素比值检测的影响,分别选用3种保存温度(常温23℃/15 d、冷藏2℃/90 d、冷冻-18℃/360 d)、2种取样方式(虾仁取样、整虾取样),以新鲜沼虾样本为对照组,对比不同样本预处理方式对罗氏沼虾碳稳定同位素比值(δ¹³C)、氮稳定同位素比值(δ¹⁵N)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明,不同保存温度和不同取样方式对罗氏沼虾δ¹³C、δ¹⁵N、C/N的影响明显。与对照组相比,常温保存条件下的δ¹⁵N偏移量最大(1.31‰~13.16‰,平均值为6.02‰),冷冻保存条件下的δ¹³C偏移量最大(2.34‰~2.84‰,平均值为2.57‰),室温保存条件下的C/N显著增加(P<0.05),冷藏和冷冻保存条件下的C/N显著减少(P<0.05)。不同取样方式对罗氏沼虾δ¹⁵N、δ¹³C的影响还取决于保存温度,在冷冻保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N、δ¹³C显著高于虾仁取样,而在常温保存条件下,整虾取样的δ¹⁵N偏移量显著低于虾仁取样。因此,常温(23℃)和冷藏(2℃)条件不适合保存罗氏沼虾、冷冻(-18℃)保存罗氏沼虾的时间不宜超过60 d,建议新鲜沼虾采集后应立即干燥并开展碳和氮稳定同位素检测。本研究结果为水产品碳和氮稳定同位素比值检测的样本预处理方式提供了参考。     

土壤硝态氮含量原位检测系统设计

针对现阶段土壤硝态氮测量成本较高、无法长期原位测量等问题,该研究提出了一种使用钛烧结滤芯收集土壤溶液,通过近红外光谱法检测土壤溶液中的硝酸根浓度进而得到土壤中硝态氮含量的方法,并设计了相应的检测装置。通过试验对比陶土头与钛烧结滤芯在不同土壤条件下的土壤溶液收集效果,选用钛烧结滤芯作为土壤溶液采集器收集土壤溶液,以近红外LED作为测量光源,采集人工配置土壤溶液的光谱数据,利用BP神经网络进行预训练建立硝态氮含量预测模型。建立的硝态氮含量预测模型其训练集皮尔逊相关系数、测试集皮尔逊相关系数、预测均方根误差分别达到0.997、0.995、3.43。实地测量土壤溶液并与硝酸根离子电极以及土壤养分速测仪进行对比,最大相对偏差为5.9%,可满足实际测量准确性要求。该套检测设备在深度为10～40 cm、含水率为15%以上的土壤中有较好的土壤溶液采集效果;检测装置的长期测量标准差为0.006,动态响应时间为1.4 s,具有良好的特性。试验结果表明,使用溶液吸光度数据建立的硝态氮预测模型具有较好的预测效果,可以应用于土壤溶液硝态氮原位监测,为长期自动测量土壤硝态氮及水肥一体化系统的搭建提供了一种可行的方案。     

Effect of indaziflam on microbial activity and nitrogen cycling processes in an orchard soil

Indaziflam is a preemergent herbicide widely used for the control of weeds in pecan (Carya illinoinensis) orchards in the southwestern region of the United States. Given the paucity of data regarding the effect of indaziflam on the biochemical properties of soils supporting pecan production, this study was conducted to evaluate the effects of different application rates of indaziflam on soil microbial activity, diversity, and biochemical processes related to nitrogen (N) cycling. During two consecutive growing seasons (2015 and 2016), soil samples were obtained from experimental mesocosms consisting of soil-filled pots where pecan saplings were grown and treated with indaziflam applied at two different rates (25 and 50 g active ingredient (ai) ha^-1, with the higher rate being slightly lower than the recommended field application rate of 73.1 g ai ha^-1). Soil samples were collected approximately one week before and one week after herbicide application for determination of soil microbial biomass and diversity, N mineralization, and β-glucosaminidase activity. Soil samples collected from the control mesocosms without herbicide application were treated in the laboratory with two rates of indaziflam (75 and 150 g ai ha^-1) to determine the immediate effect on microbial activity. No significant effect of herbicide treatment on soil respiration and microbial biomass was detected. The results showed a slight to moderate decrease in microbial diversity (7% in 2015 and 44% in 2016). However, decreased β-glucosaminidase activity with herbicide treatment was observed in soils from the mesocosms (33%) and soils treated with indaziflam in the laboratory (45%). The mineral N pool was generally dominated by ammonium after indaziflam application, which was consistent with the drastic decrease (75%) in nitrification activity measured in the laboratory experiment. The results of this study indicate that indaziflam, even when applied at higher than recommended rates, has limited effects on soil microbial activity, but may affect N cycling processes.     

基于CARS-RUN-ELM算法的水稻叶片氮磷含量协同反演方法

同时反演氮、磷元素含量相对于单一元素反演可以更加全面地表达水稻的营养状况,为快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量和精准变量施肥提供依据。该研究基于不同氮肥处理的田间小区试验,获取水稻叶片氮、磷含量数据,采用竞争性自适应重加权采样法（Competitive Adapative Reweighted Sampling,CARS）筛选氮素与磷素共同特征波长,以特征波长反射率为输入,以化学方法测得叶片氮、磷元素含量为输出,分别使用反向传播神经网络、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、龙格-库塔算法优化极限学习机（RUNge Kutta optimizer-Extreme Learning Machine,RUN-ELM）构建水稻叶片氮、磷含量反演模型并分析。结果表明：采用CARS方法有效去除了高光谱中大量无用、冗余信息,得到5个氮、磷元素共同特征波长,去除具有共线性的特征波长,最后筛选出的特征波长分别是451、488、780、813 nm。使用筛选后的特征波长反射率构建RUN-ELM水稻叶片氮、磷含量反演模型效果最好,氮素训练集的决定系数R2为0.690,均方根误差为0.669 mg/g,磷素训练集的决定系数R2为0.620,均方根误差为0.027 mg/g。通过对比,RUN-ELM在预测能力、模型稳定性上优于反向传播神经网络以及ELM模型。综上研究,基于CARS-RUN-ELM的水稻叶片氮、磷含量反演模型可以快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量,可为水稻精准施肥提供参考。     

“稻转旱”对低山丘陵区氮素流失通量的影响——以三峡库区渠溪小流域为例

为探究“稻转旱”的土地利用变化对区域氮素流失的影响,以三峡库区渠溪小流域为研究对象,利用土地利用转移矩阵揭示了该流域2001—2019年的土地利用变化,基于输出系数模型并利用流域氮负荷实测数据进行模型参数修订后,对该流域2001年和2019年氮负荷进行了估算并比较。结果表明:该流域2001—2019年土地利用总体演变趋势为水稻田向旱地转化、旱地向林地转化,且以“稻转旱”为主。这种演变使流域氮素流失增加,2019年相对于2001年氮流失量增加了26%,平均每公顷氮流失量增加了约7.8 kg。这种变化表明在农业结构调整时应考虑到水稻田对面源污染物氮素良好的净化拦截作用,控制其面积的缩减以及在小流域氮素输移关键节点上的布局。     

施肥时机对土壤水氮运移转化规律的影响

为揭示不同施肥时机（全过程、前1/2和后1/2入渗水量施肥）下土壤水氮运移转化规律,以砂壤土和黏壤土质地的一维垂直肥液（尿素）入渗试验为基础,重点分析不同施肥时机下土壤水氮分布与再分布过程中的运移转化规律,并量化比较其对土壤中氮素含量的影响。结果表明,施肥时机对土壤累积入渗量和湿润体中水分分布影响微小,但对不同形态氮素运移转化影响显著;砂壤土和黏壤土入渗结束时刻,全过程和后1/2入渗水量施肥时,其尿素态氮、铵态氮（NH₄⁺—N）和硝态氮（NO₃^-—N）含量均随土层深度增大而减小;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮和NO₃^-—N含量在湿润体边缘累积,NH₄⁺—N呈先增大后减小趋势,且主要分布在5—25 cm土层;再分布阶段,全过程和后1/2入渗水量施肥时,砂壤土和黏壤土中尿素态氮分别在再分布3天和5天时基本水解完成,同时NH₄⁺—N含量达到峰值,NO₃^-—N含量再分布10天内未出现下降趋势;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮再分布10天时基本水解完成,NH₄⁺—N含量再分布5~10天达到峰值,NO₃^-—N含量则呈先增加后减小趋势;后1/2入渗水量和全过程施肥条件下,砂壤土和黏壤土再分布10天时0—40 cm土层中NH₄⁺—N和NO₃^-—N含量均大于前1/2入渗水量施肥,说明其氮素潜在利用效率高,故推荐畦（沟）灌合理施肥时机为后1/2入渗水量或全过程施肥。研究结果可为农田畦（沟）灌施肥系统的设计和管理提供理论基础和技术支撑。     

亚热带山地森林源头溪流米槠凋落叶分解的水溶性碳氮磷动态

以亚热带常绿阔叶林建群种米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶为研究对象,对照地表环境,研究了溪流和间歇性溪流凋落叶分解过程中水溶性有机碳、氮、磷含量变化及其累积损失特征。结果表明:(1)3种生境中凋落叶水溶性有机碳的含量在分解过程中均表现出逐渐降低的趋势,但在溪流中降低程度最大,损失率达92.18%;水溶性氮含量在溪流和间歇性溪流释放时间提前,其变化程度相对较小;相比于地表和间歇性溪流,溪流中的凋落叶水溶性磷含量在分解过程中持续降低,损失率达86.75%。(2)相对于地表,溪流和间歇性溪流显著促进了凋落叶中的水溶性有机碳、氮、磷的释放速率,表明源头溪流持续流动的水体促进凋落叶水溶性组分的释放。(3)尽管3种生境中凋落叶水溶性有机碳、氮、磷元素的损失率共同受到温度、降水、环境中营养元素含量的影响,但源头溪流持续流动的水流和间歇性溪流频繁的干湿交替促进凋落叶水溶性组分的释放。研究结果为揭示亚热带山地森林凋落叶分解过程中水溶性碳氮磷在不同生境中的释放动态提供基础数据。     

玉米间作大豆、萝卜对红壤不同粒径水稳性团聚体碳氮分布的影响

为了探讨不同种植模式对红壤水稳性团聚体粒径分布以及不同粒级团聚体中有机碳、氮含量,土壤微生物量碳、氮含量的影响,选择大豆、萝卜与玉米间作及3种作物的单作进行田间试验,在作物成熟期采样,进行样品测定。结果表明:在玉米-大豆(玉//豆)、玉米-萝卜(玉//萝)、玉米单作(玉单)、大豆单作(豆单)、萝卜单作(萝单)处理中,大团聚体(> 0.25 mm)的百分含量明显高于微团聚体(<0.25 mm),其中以大团聚体中粒径为0.25~2 mm的百分含量最高且显著高于其余两种粒径,大团聚体百分含量表现为:玉//豆>玉//萝>玉单>萝单>豆单,微团聚体则与其相反。团聚体粒径中的有机碳含量表现为0.25~2 mm粒径最高、<0.25 mm粒径次之、>2 mm粒径含量最少、玉米大豆间作含量最高、玉米单作含量最低。团聚体粒级中全氮含量与有机碳分布一致,但单作的全氮含量高于间作。有机碳与全氮的C/N为间作高于单作,>2 mm粒径C/N高于其余两种粒径。微生物量碳、氮在团聚体粒径中的分布趋势一致,都表现为间作模式高于单作模式,大团聚体中的含量高于微团聚体。微生物量碳、氮的C/N为单作模式高于间作模式,微团聚体大于大团聚体。与单作相比,间作能提高土壤中水稳性大团聚体的含量,增加大团聚体粒径内的有机碳、氮及微生物量碳、氮的含量。