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减氮及间作绿肥对玉米产量和土壤温室气体排放的互作效应

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减氮及间作绿肥对玉米产量和土壤温室气体排放的互作效应

作者：王琦明甘肃农业大学

学位级别：硕士

伴随着温室气体排放增加,全球气候变暖加剧,世界范围内对温室气体减排有了新的要求,农田土壤作为重要的温室气体排放源,有效的减少农田土壤温室气体排放是实现农业可持续发展和生态农业的必然要求。本试验中,利用当地间作模式具有高产... 详细信息

伴随着温室气体排放增加,全球气候变暖加剧,世界范围内对温室气体减排有了新的要求,农田土壤作为重要的温室气体排放源,有效的减少农田土壤温室气体排放是实现农业可持续发展和生态农业的必然要求。本试验中,利用当地间作模式具有高产、高效的优势,将绿肥栽培代替部分化肥的作用与传统小麦/玉米间作模式相结合,对能否实现减少氮肥投入、减少温室气体排放的双减型生态农业进一步研究。设置了传统施氮(N2),减量施氮25%(N1)和不施氮(N0)三个施氮水平处理,设单作玉米(M),玉米/箭筈豌豆间作(M/V)和玉米/油菜间作(M/R)三种种植模式,研究不同施氮量和种植模式的温室气体排放规律、作物产量和碳排效率以及对影响温室气体排放关键决定因子,以期探索间作绿肥减量施氮对农田土壤温室气体的减排作用。主要结论如下:(1)间作绿肥增加了玉米/绿肥间作系统中作物共生期内土壤呼吸速率;减量施氮可以显著降低玉米生育期内土壤NO排放速率10.7%-16.5%,玉米/箭筈豌豆间作可以降低土壤NO排放速率5.6%-11.1%。间作绿肥对土壤NO排放总量影响不显著。(2)间作绿肥会造成玉米农田籽粒产量降低。玉米/绿肥间作群体干物质累积速率较单作玉米高6.7%-19.1%;基于能量产量的氮肥偏生产力玉米/箭筈豌豆间作处理较单作玉米处理高6.5%。基于能量产量的碳排效率则以玉米/箭筈豌豆间作N1处理最高,较其他处理高1.5%-16.3%。(3)土壤无机氮含量受到施氮量影响极为显著,作物生育期内追肥均会导致短时间内土壤无机氮含量急剧上升,绿肥种植会导致土壤无机氮含量上升,绿肥翻压后,间作处理土壤无机氮平均含量较单作玉米处理高;绿肥翻压前间作处理土壤孔隙含水量和土壤温度均低于单作玉米处理,绿肥翻压后,间作处理土壤孔隙含水量和温度与单作玉米处理差异不显著;作物群体结构是影响土壤孔隙含水量和土壤温度的主要原因。(4)土壤呼吸主要受到土壤温度、水分和作物生长的影响显著,各生态因子与其相关关系不同,其中作物生长对土壤呼吸速率影响最大,土壤呼吸与土壤孔隙含水量呈显著负相关;土壤NO排放受到土壤氮素含量影响最为显著,土壤温度、水分以及作物生长对其影响不显著。

关键词：减量施氮间作绿肥碳排效率 CO2和N2O

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超长隔震结构的动力特性及温度应力研究

超长隔震结构的动力特性及温度应力研究

作者：王琦明兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国经济的不断发展,各地不断涌现出一些平面尺寸超长的建筑物。由于功能上的限制,这些建筑物一般要求不设或少设温度伸缩缝。对于这些超长混凝土无缝建筑结构而言,由于其长度超过规范限值,温差及混凝土收缩引起的应力较大,... 详细信息

近年来,随着我国经济的不断发展,各地不断涌现出一些平面尺寸超长的建筑物。由于功能上的限制,这些建筑物一般要求不设或少设温度伸缩缝。对于这些超长混凝土无缝建筑结构而言,由于其长度超过规范限值,温差及混凝土收缩引起的应力较大,常常导致结构的开裂,甚至影响结构的正常使用。而目前我国的混凝土结构设计规范并没有直接考虑温度荷载作用,对结构只作构造上的要求。因此,对于超长结构而言,温度作用对结构的影响就成为结构设计必须考虑的重要因素。与此同时,我国又是一个多地震的国家,且地震带分布广泛,特别是2008年5月12日的汶川大地震,影响波及大半个中国,造成大量建筑物的破坏倒塌及严重的人员伤亡和财产损失。因此,为了抵御地震保护人们的生命和财产安全,抗震就成为一项迫切而又重要的任务。而大量的震害表明,单纯采用抗震的方法来减小地震的危害是不够的,因此基础隔震技术作为防震减灾的一种有效手段,因其在结构试验及实际地震中表现出的良好的隔震效果,简单的构造及稳定的性能在我国得到了广泛的推广和应用。而本文的研究就是在这一背景下展开的。通过借鉴桥梁的经验,将叠层橡胶支座应用于超长混凝土结构中,不仅能提高整个超长混凝土结构的抗震性能,更是对温度应力控制的新方法进行有益的尝试。首先本文对上部结构相同的超长隔震建筑和不隔震建筑的抗震效果进行比较,运用大型有限元分析软件SAP2000分别对其进行地震作用下的动力时程分析,探讨采用基础隔震技术后的减震效果。其次,从温度对超长结构的影响出发,进一步分析超长结构构件在隔震与非隔震下的温度应力和变形结果,并进行分析对比。通过对超长结构基础隔震与非隔震体系的分析研究,以及与该结构抗震性能及温度应力的情况对比,本文指出对超长结构进行隔震设计技术上可靠,减震效果良好;且由于隔震层的存在,其在水平向具有充分的柔度,在温度作用下结构受到的约束作用变小,变形相对较充分,从而能够有效降低温度应力的产生,减小温度作用的大小。

关键词：超长混凝土结构基础隔震有限元地震作用温度作用

绿洲灌区不同施氮水平下玉米绿肥间作模式的水分利用特征

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中国农业科学 2021年第12期54卷 2608-2618页

作者：李含婷柴强王琦明胡发龙于爱忠赵财殷文樊志龙范虹甘肃农业大学农学院/甘肃省干旱生境作物学重点实验室

【目的】针对玉米连作对化肥依赖过高、水分利用效率低下等问题,探讨间作绿肥和减施氮肥对玉米农田耗水特征的影响,以期明确间作绿肥生产玉米的水分利用特征,为玉米生产减氮及水分高效利用技术的优化提供理论实践依据。【方法】2018—2... 详细信息

【目的】针对玉米连作对化肥依赖过高、水分利用效率低下等问题,探讨间作绿肥和减施氮肥对玉米农田耗水特征的影响,以期明确间作绿肥生产玉米的水分利用特征,为玉米生产减氮及水分高效利用技术的优化提供理论实践依据。【方法】2018—2019年,在河西绿洲设置田间定位试验,设玉米间作绿肥和单作玉米(M)两种种植模式,减量25%施氮(N1:270 kg·hm-2)和传统施氮(N2:360 kg·hm-2)两个施氮水平,绿肥种类包括作箭筈豌豆(V)和油菜(R),研究不同处理下耗水特性和产量表现。【结果】间作绿肥可保证玉米稳产,在玉米/绿肥带状间作模式中,N1与N2处理的玉米产量差异不显著。间作绿肥和减施氮肥25%处理可提高绿肥刈割期、玉米收获后土壤含水量,以M/VN1处理提高幅度最大,较传统施氮下单作玉米(MN2)分别高17.2%—18.9%、28.6%—31.3%;间作绿肥和减施氮肥25%处理可降低作物在绿肥播前至刈割、绿肥刈割至玉米收获和作物全生育期的耗水量,以M/VN1处理降低幅度最大,较MN2分别降低38.8—48.8、32.9—53.9和80.9—92.7 mm;间作绿肥可提高玉米水分利用效率,以M/V处理最为突出,比M处理高14.9%—15.6%;N1与N2相比,M/R、M/V处理水分利用效率分别提高3.4%—5.2%、5.7%—6.5%,M处理的降低4.0%—5.5%;提高幅度以M/VN1处理最大,较MN2高14.8%—16.8%。玉米间作绿肥、减施氮肥25%处理可有效改善土壤含水量,降低系统耗水,提高玉米水分利用效率,具有较高的水分生产力。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,间作绿肥可保证玉米稳产,具有较高的水分供给潜力,其中玉米间作箭筈豌豆集成减量25%施氮处理的综合效果最好。

关键词：玉米/绿肥间作减量施氮土壤含水量产量水分利用

绿洲灌区小麦秸秆还田与耕作措施对玉米产量的影响

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作物学报 2022年第10期48卷 2671-2679页

作者：王玉珑于爱忠吕汉强王琦明苏向向柴强甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

针对西北干旱绿洲灌区玉米长期连作导致其产量提高受限的关键问题,基于田间定位试验,研究了秸秆还田/秸秆不还田和耕作措施(传统翻耕、免耕)对玉米产量的影响。结果表明,前茬小麦秸秆还田和耕作措施对玉米干物质积累量与叶面积指数均有... 详细信息

针对西北干旱绿洲灌区玉米长期连作导致其产量提高受限的关键问题,基于田间定位试验,研究了秸秆还田/秸秆不还田和耕作措施(传统翻耕、免耕)对玉米产量的影响。结果表明,前茬小麦秸秆还田和耕作措施对玉米干物质积累量与叶面积指数均有显著影响,且二者的互作效应显著。从玉米全生育期平均来看,秸秆还田较秸秆不还田显著提高了玉米干物质积累量与叶面积指数,分别提高4.2%~8.2%和7.1%~13.0%;与免耕处理相比,传统翻耕显著提高了玉米干物质积累量与叶面积指数,分别提高20.2%~24.1%和11.0%~16.0%。秸秆还田和耕作措施对玉米籽粒产量及产量构成因素影响显著,但二者的互作效应不显著。秸秆还田较秸秆不还田、传统翻耕较免耕玉米籽粒产量分别提高21.9%和20.0%,其主要原因是提高了穗数。因此,在干旱绿洲灌区小麦秸秆还田结合传统翻耕有利于提高玉米叶面积指数,促进干物质积累,进而提高玉米籽粒产量。

关键词：免耕秸秆还田轮作产量

绿洲灌区复种豆科绿肥条件下小麦稳产的减氮潜力

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植物营养与肥料学报 2020年第12期26卷 2195-2203页

作者：苟志文殷文徐龙龙何小七王琦明柴强甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

【目的】通过大田试验,探讨麦后复种豆科绿肥在维持第二年小麦稳产前提下的氮减施潜力及产量形成机制,为建立基于绿肥替代氮肥的小麦减氮栽培模式提供理论和实践依据。【方法】于2018—2019年,在甘肃武威开展田间裂区试验。主区为麦后... 详细信息

【目的】通过大田试验,探讨麦后复种豆科绿肥在维持第二年小麦稳产前提下的氮减施潜力及产量形成机制,为建立基于绿肥替代氮肥的小麦减氮栽培模式提供理论和实践依据。【方法】于2018—2019年,在甘肃武威开展田间裂区试验。主区为麦后复种豆科绿肥毛叶苕子(Vicia villosa Roth,W-G)和单作小麦(W)两种种植模式;副区设传统施氮量(180 kg/hm^2,N4),在传统施氮量基础上减氮15%(153 kg/hm^2,N3)、减氮30%(126 kg/hm^2,N2)、减氮45%(99 kg/hm^2,N1)以及不施氮肥(N0)5个水平。测定小麦全生育期干物质积累量、籽粒产量及产量构成因素。基于小麦籽粒产量,采用逐次分析插值法计算麦后复种绿肥模式下的氮肥减施潜力。【结果】麦后复种绿肥(W-G)处理较单作小麦(W)平均增产10.8%。W-G-N3处理的籽粒产量与W-G-N4处理无显著差异,比W-N3和W-N4处理分别增产6.9%和7.9%,收获指数分别显著提高了27.2%和16.7%。W-G-N3处理的氮肥替代潜力较W-G-N2和W-G-N1处理分别提高了27.5%和39.0%。W-G-N3处理的生物量较W-N4处理提高了17.5%。W-G-N3处理的小麦最大生长速率较W-G-N4处理提高了6.0%,较W-N3和W-N4处理分别提高了28.4%和23.8%。W-G-N3处理能提高小麦的单位面积穗数、穗粒数以及千粒重。通过灰色关联分析进一步表明,与小麦产量关联度由高到低依次为千粒重、最大生长速率、穗粒数和单位面积穗数。W-G-N3处理使小麦的营养生长高效进行,促进了光合同化物向籽粒的转运,提高了小麦的粒重,进而促进增产,氮肥替代潜力也随之提高。【结论】连续两年的试验结果表明,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥可有效提高小麦的最大生长速率,增加千粒重。复种绿肥后,减氮15%可获得最高的小麦生长速率和千粒重,进而维持甚至提高小麦产量和收获指数。与绿肥复种条件相比,单作小麦条件下减氮30%或者45%则显著降低小麦产量。因此,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥条件下的减氮潜力是15%。

关键词：复种绿肥施氮水平氮替代潜力春小麦籽粒产量

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超长混凝土基础隔震结构温度应力分析

工程抗震与加固改造 2010年第5期32卷 116-120页

作者：王琦明黎海南李慧杜永峰北京中安慧博国际工程技术咨询有限公司北京100022 甘肃省建材科研设计院甘肃兰州730020 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学防灾减灾研究所甘肃兰州730050

温度应力一直是超长结构中需要解决的主要问题。本文采用大型有限元分析软件SAP2000对超长混凝土结构隔震与非隔震下的温度应力进行分析比较,研究了基础隔震超长结构在温度应力下的受力特点,提出了超长结构温度应力控制的新思路,为以后... 详细信息

温度应力一直是超长结构中需要解决的主要问题。本文采用大型有限元分析软件SAP2000对超长混凝土结构隔震与非隔震下的温度应力进行分析比较,研究了基础隔震超长结构在温度应力下的受力特点,提出了超长结构温度应力控制的新思路,为以后工程设计人员提供了一些可供借鉴的理论和方法。

关键词：基础隔震超长混凝土框架结构温度应力

绿洲灌区绿肥还田对减量灌水小麦产量的补偿机制

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作物学报 2024年第11期50卷 2818-2830页

作者：毛守发韦金贵柴强樊志龙胡发龙殷文王琦明干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减... 详细信息

探讨绿肥对减量灌水春小麦产量构成及光合产物积累分配特征的响应和机制,可为构建新型小麦节水型种植制度提供实践和理论依据。依托2017年在甘肃河西绿洲灌区开始的小麦复种绿肥田间定位试验,于2021—2022年研究了不同绿肥处理方式下减量灌水小麦的群体生长动态、光合产物累积、转运分配和产量特性。试验采用裂区设计,设420 mm(I3,地方常规灌水量)、370 mm(I2,减量50 mm)和320 mm(I1,减量100 mm)3个灌水水平,绿肥全量翻压还田(WG)、绿肥仅根茬还田(WGR)和不种绿肥(W)3种绿肥处理方式,组成9个处理。结果表明,减量灌水降低了小麦产量和收获指数,绿肥还田可补偿因减量灌水造成的产量负效应。与I3相比,I1处理小麦籽粒产量、生物产量和收获指数分别降低11.5%、3.8%和8.1%,I2籽粒产量降低了3.4%;与W相比,WG籽粒产量、生物产量和收获指数分别提高10.9%、3.7%和8.0%,WGR籽粒产量和收获指数提高了4.8%和3.4%;与WI3相比,WGI2籽粒产量和收获指数分别提高7.2%和5.3%,WGI1和WGRI2的籽粒产量、生物产量和收获指数差异不显著,即麦后复种绿肥并全量还田可补偿减量灌水100 mm产生的产量负效应,可超量补偿在减量灌水50 mm的负效应。绿肥还田补偿减量灌水对小麦产量负效应的主要原因是:(1)绿肥还田提高了小麦生育后期的群体生长率(CGR)和净同化率(NAR),增大了小麦穗数、穗粒数与千粒重。与WI3相比,WGI2拔节至孕穗、孕穗至开花、开花至灌浆期CGR分别提高10.4%、10.5%和7.9%,WGRI2拔节至孕穗、孕穗至灌浆期CGR分别提高6.7%和5.7%,WGI1无显著变化;WGI2较WI3孕穗至开花、开花至灌浆期NAR分别提高4.5%、4.8%,穗数和千粒重分别提高5.7%和6.9%,WGI1、WGRI2较WI3穗数、穗粒数与千粒重差异不显著。(2)绿肥还田提高了减量灌水小麦的花后干物质积累量和对籽粒的贡献率。I2、I1较I3花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别降低8.8%、5.3%和23.1%、13.7%;WG、WGR较W花后干物质积累量和对籽粒的贡献率分别提高19.6%、8.9%和14.0%、9.3%;与WI3相比,WGI2、WGRI2花后干物质积累量差异不显著。在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥是实现小麦生育期减量灌水的可行措施,绿肥可通过优化小麦光合产物的累积和分配补偿由于减量灌水造成的小麦减产,绿肥全量还田的节水潜力更高。

关键词：绿肥还田减量灌水春小麦干物质积累产量补偿效应

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间作绿肥弥补减施氮肥引起的玉米产量损失

植物营养与肥料学报 2022年第7期28卷 1329-1340页

作者：李含婷柴强胡发龙王国璀王琦明樊志龙殷文范虹省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

【目的】河西绿洲灌区玉米连作普遍存在过量施氮等问题,我们探讨了间作绿肥来减少玉米氮肥投入的可行性及机理,以减少玉米生产带来的环境风险。【方法】于2019—2020年,在甘肃武威开展玉米间作绿肥田间试验,供试绿肥作物为箭筈豌豆(Vici... 详细信息

【目的】河西绿洲灌区玉米连作普遍存在过量施氮等问题,我们探讨了间作绿肥来减少玉米氮肥投入的可行性及机理,以减少玉米生产带来的环境风险。【方法】于2019—2020年,在甘肃武威开展玉米间作绿肥田间试验,供试绿肥作物为箭筈豌豆(Vicia sativa L.)和油菜(Brassica campestris L.)。试验采用裂区设计,主区设玉米间作箭筈豌豆(M/V)、玉米间作油菜(M/R)和单作玉米(M)3种种植模式,副区为常规施氮量(360 kg/hm^(2),N2)和减氮25%(270 kg/hm^(2),N1)两个施氮水平。绿肥作物在盛花期(玉米出苗50天左右)刈割并覆盖于玉米行间。从玉米出苗后开始,每15天取样分析玉米的干物质积累量,收获期调查籽粒产量及产量构成。【结果】在单作玉米(M)条件下,N1较N2处理玉米籽粒产量和生物量分别降低了15.7%和12.9%(P明,千粒重是影响玉米籽粒产量的主导因素,其次为穗粒数,最后为单位面积穗数。【结论】间作绿肥可提高减氮条件下玉米大喇叭口期到成熟期的干物质积累量和向籽粒的输出量,提高粒重,因而抵消减施氮肥25%带来的玉米产量损失,最终保证减氮条件下玉米产量的稳定,是河西绿洲灌区实现玉米减氮增产的一种高效管理措施。

关键词：间作绿肥减氮玉米干物质积累产量构成

水氮减量条件下地膜玉米免耕轮作小麦的水分利用特征

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中国农业科学 2023年第14期56卷 2660-2672页

作者：曹永刚徐龙龙柴强胡发龙殷文樊志龙王琦明赵财甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】针对河西绿洲灌区资源型缺水严重，作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题，探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响，为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据。【方法】2019—2021... 详细信息

【目的】针对河西绿洲灌区资源型缺水严重，作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题，探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响，为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据。【方法】2019—2021年，开展三因素裂区试验，设传统翻耕(CT)和免耕一膜两年用(NT)2种耕作方式，减量20%灌水量(I1,1 920 m3·hm-2)和传统灌水量(I2,2 400 m3·hm-2)2个灌水水平，减量40%施氮(N1,135 kg·hm-2)、减量20%施氮(N2,180 kg·hm-2)和传统施氮(N3,225 kg·hm-2)3个施氮水平，研究不同处理的耗水量、棵间蒸发量和水分利用效率。【结果】一膜两年用可优化小麦播前土壤水分环境、减少小麦生育期内无效耗水。与CT相比，NT有利于提高小麦播前土壤含水量和贮水量，分别提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%；可降低小麦全生育期总耗水量(ET)、总棵间蒸发量(E)和蒸散比(E/ET)，降低幅度分别为3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%。随着灌水和施氮量减少，耗水量、棵间蒸发量、E/ET 3个指标随之降低，与I2相比，I1的3个指标分别降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%；与N3相比，N2、N1的3个指标分别降低了2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和1.7%—7.2%；耕作方式、灌水交互作用下，NTI1较CTI1耗水量、E/ET分别降低了0.6%—6.6%和17.4%—17.6%；免耕一膜两年用集成水氮减量进一步优化耗水结构，与CTI2N3相比，NTI1N2的3个指标分别降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和22.5%—26.4%。与CT相比，NT显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率，分别提高了4.8%—6.3%和9.0%—9.5%。在NT和CT条件下，I1N2与I2N3、I2N2小麦籽粒产量和水分利用效率(WUE)差异不显著；比较不同处理下的小麦籽粒产量和水分利用效率，以NTI1N2最高，与对照CTI2N3相比，籽粒产量和WUE分别提高了5.1%—6.6%和5.7%—6.2%。【结论】在河西灌区，免耕一膜两年用玉米轮作小麦，在全生育期灌水1 920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2，是适用于该区的水氮节约小麦高产和水分高效利用的生产技术。

关键词：一膜两年用水氮减量水分利用特征小麦籽粒产量