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玉米秸秆中7种游离单糖的高效液相色谱测定方法

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动物营养学报 2024年第5期36卷 3274-3283页

作者：许丽卫耿梅梅陈闻王久荣张秀敏孙德慧中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125

本研究旨在建立一种测定玉米秸秆中7种游离单糖[D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖]的高效液相色谱测定方法。将玉米秸秆在60℃干燥后粉碎,以水作为提取溶剂,98℃水浴提取1 h,冷却后... 详细信息

本研究旨在建立一种测定玉米秸秆中7种游离单糖[D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖]的高效液相色谱测定方法。将玉米秸秆在60℃干燥后粉碎,以水作为提取溶剂,98℃水浴提取1 h,冷却后离心取上清液;利用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)衍生化处理,上清液过0.22μm滤膜,以Agilent Zorbax SB-C_(18)色谱柱进行高效液相色谱分析,7种组分在56 min内达到分离。结果表明:D(+)-葡萄糖、L-鼠李糖、D(+)-木糖、L-阿拉伯糖、D(-)-核糖、D(+)-半乳糖和D(+)-甘露糖的保留时间和峰面积的日内相对标准偏差均分别小于1.0%和5.0%,日间相对标准偏差均分别小于1.0%和7.5%;线性范围分别为0.31~2 000μg/mL、 0.31~200μg/mL、 0.50~200μg/mL、0.75~200μg/mL、0.31~200μg/mL、0.75~200μg/mL和0.31~200μg/mL,线性关系良好,相关系数均达到0.999以上;检出限为0.10~0.25μg/mL,加标回收率为79.9%~114.8%。由此可见,本研究建立的方法不仅操作简单,还可以对玉米秸秆中的7种游离单糖准确定量,为研究玉米秸秆中糖类物质含量以及在动物体内的消化吸收提供技术支撑。

关键词：玉米秸秆单糖 PMP衍生高效液相色谱

整建制全要素全链条农业面源污染综合防治的思考及实践

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农业工程学报 2024年第10期40卷 306-314页

作者：刘连华张晴雯黄雪良燕燕王芊习斌李旭冉中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 平湖市农业农村局平湖314200 平湖市农业生态能源站平湖314200 农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125

加强农业面源污染综合防治是加快推进中国农业发展全面绿色转型,实现乡村全面振兴的重要任务。近年来,在多方的共同努力下,中国生态环境改善取得了一定成效,但重点流域的农业面源污染问题仍然突出。该研究在分析中国农业面源污染现状的... 详细信息

加强农业面源污染综合防治是加快推进中国农业发展全面绿色转型,实现乡村全面振兴的重要任务。近年来,在多方的共同努力下,中国生态环境改善取得了一定成效,但重点流域的农业面源污染问题仍然突出。该研究在分析中国农业面源污染现状的基础上,通过资料收集、现场调研、专家座谈等多种方式梳理和分析了农业面源污染综合防治在治理主体、投入要素、技术体系与产业链条方面的瓶颈,解析了整建制全要素全链条农业面源污染综合防治的内涵,阐述了国家农业绿色发展先行区浙江平湖在践行整建制全要素全链条农业面源污染综合防治方面的先进做法及应用效果。总结了典型案例在网格化健全污染综合防治“整建制”、特色化延伸综合防治“全链条”、以及全方位保障污染综合防治“全要素”三个方面开展的相关工作,以期为探索形成农业面源污染综合防治整体解决方案,示范带动农业发展全面绿色转型提供支撑。

关键词：农业面源污染农业绿色发展先行区全要素全链条污染防控

基于模糊c-均值聚类的亚热带丘陵区土壤肥力空间分异与管理分区

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 702-716页

作者：赖佳鑫李康祺周萍戴玉婷郭晓彬吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所/亚热带农业生态过程重点实验室/长沙农业环境观测研究站湖南长沙410125 中国科学院大学北京100049

[目的]亚热带丘陵区地形复杂,土壤肥力空间变异大,科学地将土壤按照相似地力进行分区,是实现丘陵区土壤精确管理,优化土壤培肥技术的理论基础。[方法]研究对象位于亚热带丘陵区的典型小流域-湖南省长沙县金井镇,2009年在全镇范围内(112 ... 详细信息

[目的]亚热带丘陵区地形复杂,土壤肥力空间变异大,科学地将土壤按照相似地力进行分区,是实现丘陵区土壤精确管理,优化土壤培肥技术的理论基础。[方法]研究对象位于亚热带丘陵区的典型小流域-湖南省长沙县金井镇,2009年在全镇范围内(112 km~2)密集布置946个样点采集土壤样品,以测定的土壤肥力指标为数据源,包括土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、有效磷(AP)和pH,采用地统计学和模糊c-均值聚类算法,分析流域土壤肥力的空间异质性;采用主成分分析法进行土壤肥力分区,并根据数据的差异显著性和变异系数对分区结果进行验证。[结果]除pH外,流域内土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮和有效磷均存在中等至强的空间变异,变异系数(CV)介于36%~125%。基于主成分分析和模糊c-均值聚类可将研究区划分为3个肥力管理分区:MZ1、MZ2和MZ3,分区后各土壤肥力指标的变异系数(CV)不同程度地降低,以pH变异系数降幅最小(6%),AP变异系数降幅最大(96%)。同一分区内主要土壤肥力指标趋于同质化,分区间则异质化显著(P<0.01)。分区间水稻产量差异明显,MZ1区晚稻产量和早晚稻总产量显著高于MZ2和MZ3 (P<0.01)。MZ1、MZ2和MZ3区土壤pH值分别为4.12、4.04和4.00,均属于极酸水平;SOC分别为15.15、14.38和12.24 g/kg,均处于高水平;TN也为高水平(1.56、1.48和1.34 g/kg);TP为高至很高水平(0.86、0.69和0.60 g/kg);AN则处于很低至低水平(41.08、35.33和26.16 mg/kg);AP为中低水平(8.63、4.46和3.39 mg/kg)。[结论]亚热带丘陵区地形地貌复杂,是土壤肥力空间变异较大的主要影响因素。通过土壤肥力管理分区,可有效降低区域内肥力指标的变异程度,优化复杂丘陵区耕地管理措施。本研究区域中MZ1、MZ2和MZ3区均应着重改良土壤酸化现象,提高肥料氮素利用率,避免过量施用化学氮肥;MZ1区可适当减施磷肥,避免关键生育期过量施用磷肥;MZ2和MZ3区可以考虑适量施用生物酶活化磷肥或增施有机肥,以提高作物对磷素的利用效率。

关键词：土壤肥力分区空间分异模糊聚类主成分分析养分管理措施

长期秸秆掩埋配施氮肥对土壤细菌群落特征的影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1374-1385页

作者：刘明凤周桂香张佳宝张丛志薛载琦赵占辉中国科学院封丘农业生态实验站(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 中国科学院大学北京100049 河南城建学院测绘与城市空间信息学院河南平顶山467036

为揭示典型潮土微生物群落及其生态网络对秸秆还田的响应机制,选择长期小麦-玉米轮作下不同秸秆还田处理的试验地为对象,应用高通量测序和生态网络等方法,阐明秸秆掩埋配施不同氮肥后土壤细菌群落组成、细菌网络共存关系以及与土壤养分... 详细信息

为揭示典型潮土微生物群落及其生态网络对秸秆还田的响应机制,选择长期小麦-玉米轮作下不同秸秆还田处理的试验地为对象,应用高通量测序和生态网络等方法,阐明秸秆掩埋配施不同氮肥后土壤细菌群落组成、细菌网络共存关系以及与土壤养分的关联。结果表明:(1)与秸秆移除且不施氮肥处理相比,秸秆还田配合常规施肥处理显著降低土壤pH,提高了土壤TN、SOC、AP、AK和NO^(-)_(3)N-含量(P生态集群,均与土壤养分有显著相关性。模块1中物种丰度与SOC、TN、TP、NO^(-)_(3)N-、AP和AK呈极显著负相关(P生态关系,从而调控土壤肥力。研究结果可为秸秆的资源化利用和土壤施肥管理提供科学依据。

关键词：秸秆还田土壤有机碳细菌群落网络分析

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宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌海拔分布特征

环境科学 2024年第6期45卷 3605-3613页

作者：吴霞蔡进军王长军李维倩陈刚白阳阳宁夏农林科学院农业资源与环境研究所银川750002 国家农业环境银川观测实验站银川750002

研究农田土壤微生物多样性、结构与功能的海拔分布特征及其影响因子,对保护农田生态系统生物多样性具有重要意义.利用高通量测序技术对宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落结构和代谢功能沿海拔分布特征及其对土壤理化性质的响应进... 详细信息

研究农田土壤微生物多样性、结构与功能的海拔分布特征及其影响因子,对保护农田生态系统生物多样性具有重要意义.利用高通量测序技术对宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落结构和代谢功能沿海拔分布特征及其对土壤理化性质的响应进行分析.结果表明:①土壤细菌Alpha多样性指数与海拔呈显著负相关,沿海拔呈现先降低再略升高的变化趋势.②变形菌(Proteobacteria)、放线菌(Actinobacteria)和酸杆菌(Acidobacteria)等7个菌门为优势菌群,其中5个菌群在海拔间具有极显著性差异.③二级分类水平上包括膜运输、碳水化合物代谢和氨基酸代谢等36个细菌代谢功能,其中22个在不同海拔间具有显著性差异,12个具有极显著性差异.④Pearson相关分析表明,土壤含水量、容重、pH和碳氮比对细菌Alpha多样性影响最为显著,总有机碳、全氮和全磷等土壤养分对细菌Beta多样性具有显著影响.⑤Mantel分析表明,门水平细菌群落结构受土壤含水量、总有机碳和碳氮比影响,细菌代谢功能与土壤pH、总有机碳、全氮、全磷和碳氮比均有显著相关性.方差分解分析显示土壤含水量对群落结构解释度最高,pH对代谢功能解释度最高.由此可知,土壤含水量和pH是影响宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落组成和代谢功能的主要土壤因子.

关键词：细菌多样性群落结构代谢功能海拔分布农田土壤黄土丘陵区

不同覆盖对圣女果秸秆简化静态堆肥与腐殖化进程的影响

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农业工程学报 2024年第4期40卷 273-283页

作者：林嘉聪韩卓雅王定美麦力文李勤奋袁京余小兰李光义中国热带农业科学院环境与植物保护研究所农业农村部热区高效农业绿色低碳重点实验室海南省热带生态循环农业重点实验室海口570010 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国农业大学资源与环境学院北京100193 海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站国家农业环境儋州观测实验站国家农业绿色发展长期固定观测儋州试验站儋州571737

热带圣女果种植分布广,产生的秸秆废弃物难收储。在热带高温多雨气候条件下,如何高效、简单、低成本实现圣女果秸秆的就地无害化与腐殖化还田,是热带圣女果秸秆废弃物处置利用面临的重要难题之一。该研究以构建秸秆简化、就地的静态堆... 详细信息

热带圣女果种植分布广,产生的秸秆废弃物难收储。在热带高温多雨气候条件下,如何高效、简单、低成本实现圣女果秸秆的就地无害化与腐殖化还田,是热带圣女果秸秆废弃物处置利用面临的重要难题之一。该研究以构建秸秆简化、就地的静态堆肥工艺为目标,模拟了polytetrafluoroethylene(PTFE)分子膜、polyvinyl-chloride(PVC)塑料膜、无覆盖(即干秸秆原料)3种不同覆盖所形成的静态环境对堆肥理化性质与腐殖化进程的影响,结合冗余-相关性分析与二维相关傅立叶红外光谱阐明腐殖化的影响规律及其关键组分的分子结构演化机制。结果表明:3种覆盖下≥50℃高温期持续时间均超过5 d;促进产热-蓄热-保温能力上,由高到低顺序依次为:分子膜、无覆盖、塑料膜。秸秆堆肥过程中酸碱度、电导率、氮磷钾、容重升高,大颗粒破碎,小颗粒占比提高。覆盖塑料膜堆肥有效积温相对较低,有机碳损失相对较低,堆肥后有机碳降幅分别为20.12%(分子膜)、4.63%(塑料膜)与16.13%(无覆盖)。相比于无覆盖,分子膜覆盖可以显著加快堆肥腐殖化进程;塑料膜覆盖堆肥虽能实现一定程度腐殖化,但腐殖化率最低。3种处理下腐殖化指数分别为15.61%(分子膜)、9.95%(无覆盖)、6.17%(塑料膜)。二维相关光谱表明木质纤维素分解产生的醌、醛、酮、多酚类化合物与氨基聚合,多酚缩合可能是秸秆腐殖酸合成的主要途径。分子膜与塑料膜覆盖下,重点调控物料结构与养分,并提高温度,是提高腐殖化效果的关键。

关键词：堆肥腐殖化圣女果秸秆分子膜覆盖

我国典型生态农业主体的实践特征与发展建议——基于431个国家级生态农场的研究分析

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第6期32卷 1075-1085页

作者：胡潇方孙仁华孙元丰李晓阳高戈徐志宇严东权农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125

生态农场是实现资源匹配、环境友好、食品安全的农业生产经营主体,是生态农业的具体实践者,代表我国当前生态农业生产经营的较高水平。本文基于431个国家级生态农场数据,对我国生态农业生产经营主体的基本特征、生态农业技术措施应用、... 详细信息

生态农场是实现资源匹配、环境友好、食品安全的农业生产经营主体,是生态农业的具体实践者,代表我国当前生态农业生产经营的较高水平。本文基于431个国家级生态农场数据,对我国生态农业生产经营主体的基本特征、生态农业技术措施应用、废弃物资源化利用情况等进行分析与讨论,并提出建议与展望。研究发现:1)主体平均规模为317.4 hm^(2),平均注册登记资金为2312.3万元。生产农产品类别丰富,产业业态多样,获产品或管理认证的主体占94.3%。农场主平均年龄为47.6岁,高中及以上学历占96.7%。2)有种植过程的主体均应用生态农业技术措施,其中人工除草、布设杀虫灯、测土配方施肥、秸秆还田和布设黄/蓝板等措施应用率高。技术措施的选用可能与主体种植经验、技术难易程度及政策引导等因素有关。3)农业废弃物回收利用水平高,各项废弃物回收利用率均在95%以上,好氧堆肥是最常用的处理方式。处理方式较为单一可能与废弃物特点、处理成本、实施难易程度及政策考核方向等因素有关。基于本研究结果,建议给予不同规模、类型的主体差异化政策支持,鼓励主体探索应用更适宜的生态农业技术,建议行业专家与技术人员加强对主体的技术指导与监测评估,并加强对生态农场的生态与社会效益评价。

关键词：生态农场经济特征废弃物资源化利用可持续发展政策建议

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黑土区保护性耕作土壤有机碳动态的模型模拟研究

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1943-1960页

作者：王文俊梁爱珍张延陈学文黄丹丹中国科学院东北地理与农业生态研究所/黑土区农业生态重点实验室中国科学院大学

【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施，土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而，目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台，因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下... 详细信息

【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施，土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而，目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台，因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地，选取免耕（NT）、秋翻（MP）、垄作（RT）3种处理下的土壤为研究对象，优化过程模型（RothC、AMG模型）与统计模型（MLPNN模型）的结构与参数，对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化，评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果，并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后，RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年（2001—2012）,RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异，说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响，统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似，验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同，但RothC模型预测结果得出，NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势，但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势，这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度，但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型；在进行长期预测时，可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下，统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。

关键词：土壤有机碳保护性耕作模型模拟黑土过程模型统计模型东北

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西南喀斯特关键带结构及其水文过程研究进展

应用生态学报 2024年第4期35卷 985-996页

作者：张君陈洪松聂云鹏付智勇连晋姣王发罗紫东王克林中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过... 详细信息

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过程最活跃的因子。本文从关键带结构刻画、土壤-表层岩溶带系统水文过程以及模型模拟3方面回顾和总结了西南喀斯特地区开展的相关研究以及存在的问题,并对潜在的研究热点进行了展望。多尺度、多方法综合观测以及多学科交叉是开展系列研究的主要途径,精准刻画植被-土壤-表层岩溶带耦合系统的生态水文过程是未来研究的主要趋势和重点。本文旨在为深化喀斯特关键带水文过程研究和区域水文水资源管理提供科学参考。

关键词：喀斯特关键带表层岩溶带氢氧稳定同位素基岩水分降雨-径流阈值行为渗透系数