植物源高活性小分子有机碳材料在水产养殖业中的应用

从国内水产养殖行业可持续发展面临的问题出发,自主研发“生物质炼制”技术和成套装备,从天然植物中提取高活性小分子水溶性的有机碳材料,并将其引入水产养殖中,结合企业多年研究和实践案例,从经济效益和社会效益方面分析,证明植物源高活性的小分子有机碳在水产养殖领域具有重要作用和深远意义。     

以玉米芯为碳源和生物膜载体的反硝化反应器启动性能研究

通过小试试验,研究了以玉米芯为反硝化碳源和生物膜载体的生物反应器在启动阶段对污水中COD及硝酸盐的去除效果。结果表明,在模拟废水COD100 mg/L、NO3--N40 mg/L,pH值6.5～7.5条件下,13 d挂膜后间歇处理后的废水COD可降至30 mg/L,18 d挂膜后废水NO3--N降至2 mg/L以下。     

水稻灌浆期源质量与产量关系及氮素调控的研究

以中粳稻武育粳3 号和杂交中籼稻汕优63 为材料, 采用不同密度、施肥等栽培措施, 形成成穗率不同的群体, 研究水稻抽穗期源质量与产量关系及其影响因素。结果表明: 水稻高产群体抽穗期叶面积指数(LAI) 适宜, 有效叶面积率高, 高效叶面积率为75%～80% , 灌浆期光合势在2. 10×10 ⁶ m²·d 以上, 势粒比在47 cm²·d 粒以上。势粒比(光合势与总颖花量的比值) 能反映抽穗后群体源库发展动态的优劣, 是经济产量形成期源库质量的较好表述。本试验条件下, 通过穗肥等措施,在抽穗期适宜叶面积基础上, 降低抽穗后叶面积下降速率, 提高光合势和势粒比是进一步提高产量的有效途径。     

三疣梭子蟹胚胎发育过程中主要生化组成的变化及其能量来源

系统研究了三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)胚胎发育过程中胚胎体积、单卵干重、湿重、蛋白质、脂肪、碳水化合物的变化规律,探讨胚胎发育过程中能量来源和消耗规律。结果表明,三疣梭子蟹胚胎发育过程中,胚胎体积持续增加,由受精卵时的(24.5±1.72)×106μm3增加到孵化前的(39.2±2.8)×106μm3(P<0.01);胚胎体积增加主要发生在胚胎发育后期。胚胎发育过程中单卵中水分含量呈上升趋势(P<0.05),水分绝对量由受精卵的(19.88±1.65)μg上升到心跳期的(28.82±1.77)μg,单卵水分含量升高了44.97%,故单卵湿重显著上升(P<0.05)。整个胚胎发育过程中单卵干重下降了4.64%。胚胎发育过程中单卵中的蛋白质、脂肪下降显著,分别减少了(1.97±0.35)μg和(1.99±0.45)μg,脂肪含量下降幅度为50.48%,而蛋白质含量下降幅度为23.48%;三疣梭子蟹胚胎发育过程中能量主要由脂类提供(71.32±20.46)%,其次由蛋白质提供(27.13±4.29)%,脂类和蛋白质分别充当了不同胚胎时期的主要能量来源,胚胎中的能量消耗主要发生在卵裂期、原肠期和心跳期。     

渤海沉积物中微生物铁还原能力及其影响因素探讨

采用恒温厌氧培养实验,以Fe（OH）3为唯一电子受体,通过测定接种不同沉积物提取液后的体系中Fe（Ⅱ）含量变化,研究了渤海沉积物在不同的碳源、温度、厌氧培养时间及pH条件下的铁还原特征。结果表明,从不同水质海区沉积物提取的微生物群落均可以葡萄糖和丙酮酸盐为优势碳源,并迅速还原Fe（Ⅲ）,其利用不同碳源的铁还原能力表现为葡萄糖〉丙酮酸盐〉乳酸盐〉乙酸盐;在不同水质海区之间Fe（Ⅲ）还原程度存在一定差异,Ⅲ类和Ⅳ类水质区域的微生物Fe（Ⅲ）还原能力明显低于Ⅰ类和Ⅱ类水质区域;以葡萄糖和丙酮酸盐作为碳源培养时,在15℃和30℃培养条件下其Fe（Ⅲ）还原反应的活性随着温度的升高而升高,表明微生物在优势碳源下,提高培养温度可促进铁还原反应的效率;淹水时间延长可改变微生物群落结构,促进利用葡萄糖和丙酮酸盐的微生物恢复增长,使Fe（Ⅲ）还原能力增强;微生物群落在pH中性体系条件下Fe（Ⅲ）还原能力最强,随着体系pH值由8.0升高到11.0或pH由6.0降低到3.0,体系中Fe（Ⅲ）还原能力均逐渐降低。     

平原河网地区农村面源污染重点源和区的识别筛选——以上海青浦区为例

以地处平原河网地区的上海市青浦区为研究对象,通过清单分析方法和等标污染负荷法,以乡镇为单元研究了种植业、畜禽养殖、水产养殖和农村生活污水等农村面源污染来源,以及化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）等污染物的排放量及其贡献率,并以青浦区水环境功能区划地表水环境质量标准为基准,评价及识别筛选了该区域农村面源污染主要来源及其重点区域。研究结果表明,青浦区农业面源污染COD、TN、TP实物排放量分别为2.68×103、0.85×103、0.11×103t·a-1,主要污染源为种植业,其等标污染负荷比达到53.07%,主要污染物为TN,其等标污染负荷比达到59.92%。通过农业面源污染排放强度分析,确定青浦区农业面源污染程度较重的乡镇主要为练塘镇、白鹤镇和金泽镇,建议在青东地区以农村生活污水处理和畜禽养殖污染治理为重点、在青西地区以种植业面源污染防治为重点,针对性地开展农村面源污染综合防治工作。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

不同施肥方法对双季稻区水稻产量及氮素流失的影响

为保障粮食安全,减少稻田生态系统氮肥投入,提高氮肥利用率和减少氮素流失成为重要的农业和环境措施。本研究在位于湖南岳阳的农业部岳阳农业环境科学观测实验站开展为期1年的早稻、晚稻田间试验,比较了不施肥(T_1)、尿素常规施肥(T_2,施N 280 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、控释肥常规施用(T_3,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、高量控释肥侧条施用(T_4,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 138 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、中量控释肥侧条施用(T5,施N 180 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120kg·hm~(-2))及低量控释肥侧条施用(T6,施N 140 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))下氮肥的养分利用率、作物产量及氮素流失情况,以期为稻田氮素合理利用提供理论依据。研究结果表明,控释肥侧条施用可有效提高水稻的产量和氮肥利用率,减少面源流失。1)在减少稻田秧苗数量和氮肥施用量的条件下,T_4处理的水稻早晚稻产量分别比T_2处理增加13.17%和4.72%,与T_3处理相比亦分别增加7.27%和1.74%;2)侧条施肥处理有效降低了稻田氮素流失量,年氮流失量为0.466~0.673 kg×hm~(-2),比常规施肥处理降低地表径流氮流失量3.54%~29.36%;3)侧条施肥有效提高了氮肥利用率,T_4处理的氮肥利用率分别是T_2、T_3处理的1.70倍和1.22倍。因此,采用合适的施肥方式、配施适量控释氮肥可获得较高的产值和收益。高量控释肥侧条施用(T_4)是本研究区域最佳的施肥模式,对实现现代化农业生产的高产高效、资源节约和生态环境保护具有重要意义。     

融合2D-3D卷积特征识别哺乳母猪姿态转换

母猪姿态转换影响仔猪存活率,且动作幅度与持续时间存在差异,准确识别难度大。该研究提出一种融合2D-3D卷积特征的卷积网络（2D+3D-CNet,2D+3D Convolutional Network）识别深度图像母猪姿态转换。以视频段为输入,引入注意力机制SE模块和3D空洞卷积,以提升3D卷积网络姿态转换的时空特征提取能力,用2D卷积提取母猪的空间特征;经特征融合后,动作识别分支输出母猪转换概率,姿态分类分支输出4类姿态概率,结合这两个输出结果识别8类姿态转换,减少了人工标注数据集的工作量;最后设计动作分数,优化母猪姿态转换的时间定位。在测试集上,2D+3D-CNet姿态转换识别精度为97.95%、召回率为91.67%、测试速度为14.39帧/s,精度、召回率和时间定位精度均高于YOWO、FRCNN-HMM和MOC-D方法。该研究结果实现了母猪姿态转换高精度识别。     

不同水源灌溉对水稻高温热害影响的微气象学分析

高温热害是长江中下游地区水稻常见的农业气象灾害,井水和池塘水灌溉是水稻高温热害过程中常用的农业措施。为研究高温热害下不同灌溉水源对稻田微气象的影响,以两优培九为研究对象,在高温热害期间（2016年8月12-18日）开展田间试验。试验分3个处理,T1：用池塘水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均30.5℃;T2：用井水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均18.2℃;CK：试验开始当天用池塘水灌溉至田间水深达10cm后停止,夜晚不排放,当田间水深低于5cm时补充灌溉至10cm,试验期间每日8：00田间平均水温27.2℃。对稻田不同层次的土温和水温、水稻冠层不同层次温湿度、冠层顶部（120cm）叶温、冠层上方太阳辐射等指标进行测定,用Penman-Monteith分层模式计算稻田能量平衡各分量的日变化。结果表明：白天（8：00-18：00）,所有处理各层次冠层内气温和地温均为T1>CK>T2,随着冠层高度增加,处理间气温差异逐渐减小;随着土壤深度增加各处理间地温差异逐渐减小。夜间（18：00-次日8：00）,各处理间5cm地温差异最大,其次为冠层40cm处。不同灌溉水温改变了各处理的能量平衡分量,水体含热量的变化（Q）表现为T2>CK>T1,土壤热通量（G）、显热通量（H）和潜热通量（LE）均表现为T1>CK>T2。说明较高温度的池塘水灌溉加重了水稻的高温热害,而较低温度的井水灌溉对抵御高温热害有良好效果。