Residue management for reducing evaporation in relation to soil type and evaporativity1

Abstract. Usual residue-management options are to remove the residue, use it as mulch with or without undercutting or to incorporate it into the soil. While the role of surface mulch in evaporation has been widely studied, the information on the effect on evaporation of mulch with undercutting or residue incorporated into soil, particularly in relation to soil type and evaporativity (E_o) is lacking. We studied the effect of wheat straw used in various ways on the course of evaporation loss from soil columns with three soils at Ludhiana, India and one soil at Bushland, Texas, USA, under two E_o's Energy-limited evaporation rates under mulch (E_om) followed the soil-specific relation E_om/E_o= a e^(bRes+cEo), where Res is residue rate t/ha and a, b and c are constants; E_o, is expressed in mm/d. In an effort to model the total evaporation (CE) during the energy-limited stage ‘U’ was obtained from appropriate CE versus time curves and (CE-U) was regressed over (t - ti)^0.5 to obtain the slope ‘α’ (Ritchie 1972) for the soil-limited evaporation stage. The observed ‘U’ was independent of mulch rate and E_o but was strongly affected by soil type, Values of ‘α’ decreased with increase in mulch rate and decrease in E_o and coarseness of soil. The otherwise short lived benefit of evaporation reduction with mulch per se, which peaked after a few days was maintained when residue was mixed with soil at the stage when evaporation reduction reached a maximum; this benefit continued for several weeks. Cumulative evaporation values computed from ‘U’ and ‘α’ agreed closely with the observed values under straw mulch for loamy sand and clay loam soils and for ‘undercut’ and ‘residue mixed’ treatments on all soils regardless of E_o, and for all situations under small E_o. However, for sandy loam and silt loam soils under E_o of 10 mm/d, the modified square root of the time function of Jalota et al. (1988) gave a better fit.     

长期不同施氮量下黑土团聚体稳定性及有机碳含量的变化

为测定不同氮肥施用量对黑土团聚体组成及稳定性、有机碳含量及团聚体有机碳分布的影响,阐明黑土有机碳稳定性对不同施氮水平的响应机制,本研究在吉林省梨树县不同施氮水平长期定位试验田进行取样,以施氮水平不同设置5个处理,分别为T1(0)、T2(160 kg·hm^-2)、T3(240 kg·hm^-2)、T4(280 kg·hm^-2)、T5(320 kg·hm^-2),分析长期不同施氮量下水稳性团聚体组成、团聚体结构特征、土壤总有机碳含量及团聚体有机碳分布的变化,探究酸化黑土有机碳含量影响特征。结果表明：随氮肥施用水平的升高,土壤碱解氮(AN)和全氮(TN)含量先增后减,T3处理含量最高,AN和TN分别比T1处理高24.90%、10.28%;土壤速效磷(AP)的含量呈下降趋势。随氮肥用量的提高,土壤团聚体呈现大粒径团聚体向小粒径团聚体转变的趋势,>2 mm粒径团聚体下降14.55%。土壤有机碳总量随施氮水平的提高呈先增后减的趋势,施氮量为280 kg·hm^-2有机碳含量最高;>2...     

活化铁尾砂与镁改性生物炭配施对水稻幼苗生长及盐碱土性质的影响

为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团表征;开展盆栽实验,探究活化铁尾砂与生物炭材料配施对水稻幼苗的形态学和生理学的影响及对盐碱土的改善效果。结果表明,相比于其他生物炭材料,活化铁尾砂-镁改性生物炭材料孔隙较大,表面更加粗糙,对于养分的吸附能力强,表面的官能团丰富。盆栽实验中活化铁尾砂-镁改性生物炭配施组中水稻幼苗株高、根长、根冠比和干质量分别较对照组提高12.61%、191.49%、42.93%和100.00%;叶片的丙二醛和活性氧含量分别降低65.76%和46.46%;过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、叶绿素和可溶性蛋白值分别升高117.35%、44.75%、55.00%和19.31%。施用活化铁尾砂-镁改性生物炭材料后,盐碱土的电导率降低,p H、总碳、总氮、土壤有效硅、总磷和总钾含量升高。研究证明活化铁尾砂-镁改性生物炭材料性能优越,并且活化铁尾砂与镁改性生物炭配施改善了盐碱土壤理化性质和养分含量,使水稻幼...     

芽孢杆菌及其胞外多糖对空心菜和茼蒿Cd吸收及土壤团聚体的影响

本研究旨在探究产胞外多糖芽孢杆菌对蔬菜镉(Cd)积累及土壤结构的影响。采用以空心菜和茼蒿为供试材料的盆栽试验,研究了功能菌株Priestia megaterium YG35和Bacillus halodurans G20降低蔬菜吸收Cd的效果和可能作用机制。结果表明,与CK相比,菌株YG35、菌株G20及其胞外多糖处理显著增加空心菜和茼蒿可食用组织干质量(37.8%～115.1%),显著降低可食用组织Cd含量(21.9%～44.2%),并使茼蒿Cd含量(0.057～0.061 mg·kg^-1)达到安全可食用标准,显著降低根际土壤有效态Cd含量(3.7%～11.7%),显著(P<0.05)增加根际土壤多糖含量(35.9%～49.5%)和蔗糖酶活性(15.3%～28.4%),促进根际土壤团聚体向大粒径转化。研究表明,YG35和G20及其胞外多糖能降低蔬菜对Cd的吸收,促进蔬菜生长,改善土壤结构,具有在Cd污染土壤上实现蔬菜安全生产的应用潜力。     

土壤微塑料影响植物生长的因素与机制研究进展

土壤中的微塑料可通过多种方式影响植物生长,并且其在植物体内积累会最终通过食物链进入人体,厘清微塑料对植物生长的影响及机制,有助于系统掌握其在土壤-植物体系中的环境行为。微塑料的赋存状态和理化特征均可影响其对植物的作用效果,本文从粒径、形状、浓度、种类、塑料添加剂和老化程度等方面,梳理了土壤微塑料影响植物生长的主要因素及作用机制,并对未来研究的重点内容提出展望,以期为进一步明晰微塑料对土壤生态系统的影响提供参考。     

不同调酸剂对种植玉米红壤微生物群落的影响

为研究红壤微生物丰度和群落组成对不同调酸剂的响应,分析影响碳/氮关键代谢过程微生物的变化,通过盆栽实验,设置不施肥（CK）、钙镁复合剂（L）、钙镁复合剂配施猪粪（ML）和钙镁复合剂配施秸秆（SL）4个处理,采用宏基因组测序技术,分析土壤细菌、真菌和古菌以及碳/氮代谢关键过程微生物。结果表明：L、ML和SL处理显著提高土壤pH值和交换性钙/镁,显著降低土壤交换性酸。调酸剂增加了细菌优势菌中的变形菌门相对丰度,降低了绿弯菌门和酸杆菌门相对丰度;降低了真菌优势菌中的毛霉菌门相对丰度;增加了古菌优势菌中的广古菌门和深古菌门的相对丰度,降低了奇古菌门的相对丰度。冗余分析结果显示,速效钾是影响土壤细菌和真菌群落结构的主要环境因子,土壤pH和有机碳是影响土壤真菌和古菌群落结构组成的关键因子。碳代谢过程的贡献度方面,变形菌门的贡献度在SL处理中最高,放线菌门和芽单胞菌门的贡献度在ML处理中最高。氮代谢过程中,各处理绿弯菌门对硝化作用的贡献率均超过80%。调酸降低了绿弯菌门和酸杆菌门在反硝化与硝酸盐异化还原过程中的贡献度,L与SL处理的变形菌门贡献度低于ML处理,而ML处理的放线菌门贡献度高于L与SL处...     

土壤调理剂对生姜硒镉积累和品质安全的影响

为明确土壤调理剂对重金属污染土壤上生姜的营养品质和安全性的影响及作用机制,采用生姜土壤盆栽试验,比较研究了3种土壤调理剂（硅酸钾、麦饭石、贝壳粉）对土壤硒镉有效性以及生姜硒镉积累、生长发育和营养品质的影响。试验结果表明：3种土壤调理剂均能显著提高生姜硒含量,同时显著降低镉含量。与对照（不添加土壤调理剂）相比,施用0.2%硅酸钾调理剂效果最佳,分别使生姜地上部位和姜块硒含量提高了165.01%和111.36%,镉含量降低了71.96%和65.15%;另外,施用3种土壤调理剂可显著提高姜块产量、品质及养分吸收。与对照相比,产量提高了23.93%~67.67%,可溶性糖、可溶性蛋白和姜黄素含量分别提高了2.34%~6.00%、154.72%~602.83%和11.05%~33.43%,氮、磷、钾养分含量分别提高了10.28%~14.42%、24.62%~34.87%、28.81%~29.01%;施用3种土壤调理剂还可提高姜块过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,降低丙二醛（MDA）含量;与对照相比,3种土壤调理剂增加土壤pH 0.35~0.53个单位,土壤有效态镉含量降低了16.92%~22.76%,有效态硒含量增加了3.60%~10.99%。研究表明,施用土壤调理剂能够降低土壤有效态镉含量、活化土壤有效态硒,从而降低生姜镉含量并提高硒含量和姜块营养品质,可实现镉污染土壤安全利用,保障生姜优质安全生产。     

不同轮作模式对稻田土壤肥力和微生物群落结构的影响

为了探索不同水稻轮作模式对稻田土壤微生物群落结构的影响,以及与土壤养分供给的关系,本研究采用高通量测序技术对3种不同轮作模式下（水稻-小麦轮作、水稻-紫云英轮作、水稻-休耕）土壤细菌和真菌的群落结构变化进行分析,并进一步探讨了微生物群落结构与土壤养分含量之间的相互关系。结果表明：水稻-紫云英轮作模式能够明显改善稻田土壤的综合肥力,紫云英连续翻压还田后显著提高了土壤中总氮（TN）和有效氮（AN）的含量。土壤微生物群落结构方面,不同种植模式对细菌群落结构的影响大于真菌。水稻-紫云英轮作模式中优势菌群如酸杆菌门（Acidobacteriota）和子囊菌门（Ascomycota）等的富集有助于促进土壤生态系统的养分循环与生态健康。不同种植模式条件下土壤养分的变化如TN、AN、总钾（TK）及速效钾（AK）等可能是导致土壤细菌和真菌群落结构发生变化的主要驱动因素。稻田土壤中细菌群落结构对于土壤养分变化的敏感性要高于真菌。综合来看,水稻-紫云英轮作模式是更加适合水稻生态可持续栽培的种植模式,能够明显改善稻田土壤的综合肥力和土壤微生态环境。     

磷指数模型在美国的应用和发展

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点源磷的流失风险关键区,成为面源污染亟待解决的关键问题。磷指数模型起源于20世纪90年代,是评估农田磷流失潜力和指导磷管理决策的重要工具之一。根据研究区特点,美国众多学者在各州设立了不同的磷指数指标体系,优化了磷指数的组成因子、计算方法和分级标准。本文对美国各州磷指数模型评价体系进行了综述和评价,指出了磷指数模型的局限性,提出了改进方向,以期为我国磷素管理方法提供借鉴。     

基于YOLOv5s改进模型的小白菜虫害识别方法

小白菜是中国种植面积较广、深受大众喜爱的蔬菜,但真实菜地环境中虫害往往出现在叶片的特定区域,且受环境因素如光照和背景干扰较大,影响对其的智能检测。为提高小白菜虫害的检测效率和准确率,该研究提出一种基于YOLOv5s网络框架改进的YOLOPC小白菜虫害识别模型。首先,引入CBAM（Convolutional Block Attention Module）注意力机制,将其放在CBS（卷积层Convolution+归一化层Batch normalization+激活函数层SILU）的输入端构成CBAM-CBS的结构,动态调整特征图中各个通道和空间位置的权重;使用上采样和1×1卷积操作来调整特征图的尺寸和通道数,实现不同层次特征的融合,增强模型的特征表示能力。同时,改进损失函数,使其更适合边界框回归的准确性需求;利用空洞卷积的优势提高网络的感受野范围,使模型能够更好地理解图像的上下文信息。试验结果表明,与改进前的YOLOv5s模型相比,YOLOPC模型对小白菜小菜蛾和潜叶蝇虫害检测的平均精度（mean Average Precision, mAP）达到91.40%,提高了12.9个百分点;每秒传输帧数（Frame Per Second, FPS）为58.82帧/s,增加了11.2帧/s,增加幅度达23.53个百分点;参数量仅为14.4 MB,降低了25.78个百分点。与经典的目标检测算法SSD、Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv7和YOLOv8相比,YOLOPC模型的平均精度分别高出20.1、24.6、14、13.4和13.3个百分点,此外,其准确率、召回率、帧速率和参数量均展现出显著优势。该模型可为复杂背景下小白菜虫害的快速准确检测提供技术支持。