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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

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基于图像测算马铃薯叶面积的校正系数

中国马铃薯 2024年第1期38卷 53-58页

作者：张弘韬张继宗刘玉华河北农业大学农学院河北保定071000 农业农村部张北农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站河北张家口076450

在科研和生产过程中,马铃薯叶面积测定一直存在操作难度大、误差大、工作量大等问题。校正系数法是一种简便且成本较低的叶面积估测方法,获取准确的校正系数至关重要。为探索马铃薯叶面积校正系数的准确性,以‘北方009’‘大西洋’‘冀... 详细信息

在科研和生产过程中,马铃薯叶面积测定一直存在操作难度大、误差大、工作量大等问题。校正系数法是一种简便且成本较低的叶面积估测方法,获取准确的校正系数至关重要。为探索马铃薯叶面积校正系数的准确性,以‘北方009’‘大西洋’‘冀张薯12号’‘北方002’‘希森6号’为试验材料,采用数码相机拍摄技术结合图像处理技术与马铃薯叶片长宽进行相关计算得出准确校正系数。以图像处理法获得精确的马铃薯叶片面积为参照,采用各叶片长宽乘积估算叶面积校正系数(K值),采用对各叶片校正系数简单算术平均数法估算,叶面积校正系数为0.583;采用加权算术平均数法估算,叶面积校正系数为0.585;以线性回归法求得的马铃薯叶面积校正系数为0.571。试验结果比较表明,以线性回归分析获得马铃薯叶面积校正系数(K值)0.571作为系数法参数,相关系数吻合度较高,其可作为马铃薯叶面积校正系数,应用于马铃薯科学研究与生产实践。

关键词：马铃薯叶面积校正系数图像处理法

荔枝剪枝堆肥和蚯蚓粪作为巨大普里斯特氏菌载体的研究

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农业环境科学学报 2024年第3期43卷 704-710页

作者：余小兰李勤奋李光义张俏燕李晓亮中国热带农业科学院环境与植物保护研究所海南省热带生态循环农业重点实验室/农业农村部热区高效农业绿色低碳重点实验室海口571101 海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站海南儋州571737 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海南儋州571737 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/儋州菜田土壤海南省野外科学观测研究站海南儋州571737

为探讨荔枝茎秆堆肥与蚯蚓粪替代草炭作为巨大普里斯特氏菌载体的可行性,以荔枝剪枝堆肥、蚯蚓粪和草炭为原料构建6种微生物载体(ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6,三者质量比分别为6∶2∶2、4∶2∶4、2∶2∶6、6∶3∶1、4∶3∶3、2∶3∶5)... 详细信息

为探讨荔枝茎秆堆肥与蚯蚓粪替代草炭作为巨大普里斯特氏菌载体的可行性,以荔枝剪枝堆肥、蚯蚓粪和草炭为原料构建6种微生物载体(ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6,三者质量比分别为6∶2∶2、4∶2∶4、2∶2∶6、6∶3∶1、4∶3∶3、2∶3∶5),以草炭为对照,巨大普里斯特氏菌为目标微生物,动态监测载体中有效活菌数,获得适宜巨大普里斯特氏菌存活的载体;在此基础上,分别设置含水量20%、30%、40%,温度20、30、40、50℃和接种浓度10^(6)、10^(7)、10^(8)cfu·mL^(-1),动态监测载体中有效活菌数,优化载体含水量、温度和接种浓度。结果表明:随着培养时间的延长,各载体中活菌数均呈先降低后升高的趋势,其中ST2、ST5载体长期培养后活菌数高,且草炭添加量低,是适宜的巨大普里斯特氏菌载体。随着载体含水量、温度的升高,培养的60 d过程中ST2和ST5载体活菌数均呈先升高后降低的趋势,在30%含水量(ST22.46×10^(8)cfu·g^(-1)、ST51.81×10^(8)cfu·g^(-1))以及30℃(ST23.44×10^(8)cfu·g^(-1)、ST51.87×10^(8)cfu·g^(-1))、40℃(ST28.50×10^(7)cfu·g^(-1)、ST57.13×10^(7)cfu·g^(-1))温度下的活菌数最高。此外,各培养时期的载体活菌数均随着接种浓度的升高而升高,培养60 d后,ST2、ST5载体活菌数分别达3.63×10^(8)、3.33×10^(8)cfu·g^(-1)。研究表明,载体ST2和ST5适宜代替草炭作为巨大普里斯特氏菌的载体,且在30%载体含水量、30~40℃温度和10^(8)cfu·mL^(-1)接种浓度下效果最佳。

关键词：荔枝剪枝堆肥蚯蚓粪载体巨大普里斯特氏菌有效活菌数

水氮运筹对滴灌冬小麦产量和水氮利用效率的影响

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麦类作物学报 2024年第7期44卷 885-893页

作者：高翠民杨永辉韩伟锋何方毛家伟潘晓莹武继承河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所河南郑州450002 农业部作物高效用水原阳科学观测实验站河南原阳453514 河南省农业生态环境重点实验室河南郑州450002 河南省黄河流域节水农业野外科学观测研究站河南原阳453514

为探究水氮运筹对滴灌冬小麦产量和水氮利用效率的效应,于2019—2021年开展了连续2年小麦田间试验,设置2个施氮水平210(N1)和240(N_(2))kg·hm^(-2),4个灌水处理W1(不灌水)、W2(每次30 mm)、W_(3)(每次45 mm)、W_(4)(每次60 mm),分析不... 详细信息

为探究水氮运筹对滴灌冬小麦产量和水氮利用效率的效应,于2019—2021年开展了连续2年小麦田间试验,设置2个施氮水平210(N1)和240(N_(2))kg·hm^(-2),4个灌水处理W1(不灌水)、W2(每次30 mm)、W_(3)(每次45 mm)、W_(4)(每次60 mm),分析不同处理小麦产量及水氮利用率相关指标。结果表明,2019—2021年,施氮量和灌水量对冬小麦抽穗期、扬花期和灌浆期叶片净光合速率的影响为极显著(P试验条件下,施氮量240 kg·hm^(-2)、每次灌水45 mm(N_(2)W_(3))为该地区滴灌冬小麦最佳水氮运筹组合,可以实现保障产量和提高水氮利用效率的目标。

关键词：冬小麦滴灌水肥一体化水氮运筹产量水分利用效率氮肥偏生产力

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西北地区主要粮食作物种植的水、碳足迹及布局优化

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1137-1152页

作者：王楚凡牛俊农业水资源高效利用全国重点实验室中国农业大学中国农业水问题研究中心甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站

【目的】对西北地区主要粮食作物碳足迹和水足迹进行评估，并基于碳足迹和水足迹建立多目标种植结构优化模型，对各省(区)粮食作物进行空间布局调整，为减少碳排放量和强化水资源管理提供理论依据。【方法】以西北地区小麦、玉米和水稻... 详细信息

【目的】对西北地区主要粮食作物碳足迹和水足迹进行评估，并基于碳足迹和水足迹建立多目标种植结构优化模型，对各省(区)粮食作物进行空间布局调整，为减少碳排放量和强化水资源管理提供理论依据。【方法】以西北地区小麦、玉米和水稻种植面积、产量和农资投入量等为基础数据，利用生命周期法(LCA)对碳足迹进行评估；以蒸散量和有效降水量为基础数据，利用Penman-Monteith公式对水足迹进行评估；基于熵权法对西北五省(区)三大粮食作物布局进行多目标优化。【结果】1999—2020年西北地区小麦、玉米、水稻的碳足迹和水足迹在不同省(区)表现出明显的差异性。西北地区3种粮食作物小麦、玉米、水稻碳排放呈现出东西部较高，中部较低的分布特点，其单位产量碳足迹(PCF)的范围分别为：0.36—0.63、0.33—0.56、0.57—0.97 t CO2-eq·t-1，单位面积碳足迹(FCF)分别为：(2.46±0.77)、(3.21±0.49)、(5.57±0.91)t CO2-eq·hm-2。2010—2018年西北地区小麦、玉米绿水总量呈平稳上升趋势，水稻绿水总量变化不显著。平均绿水总量较高的地区分布在陕西、甘肃和宁夏。蓝水总量在2010—2015年呈上升趋势，2016—2018年呈现下降趋势，平均蓝水总量较高的地区分布在甘肃、宁夏和新疆。玉米是西北地区三大粮食作物中蓝水足迹最小的作物，平均蓝水足迹为0.45 m3·kg-1；水稻的蓝水足迹最大，平均蓝水足迹为0.77 m3·kg-1。基于碳足迹和水足迹进行粮食作物种植结构优化，以各省(区)不同作物种植面积为决策变量，并根据不同权重设置重点减少碳排放(生态效益)和重点增加绿水利用(水资源效益)的优化情景。情景1碳排放总量减少1.9%，绿水利用总量增加5.0%；情景2碳排放总量减少11.8%；情景3绿水利用总量增加6.7%。【结论】西北地区三大粮食作物碳排放和水总量时空差异显著。碳足迹方面，该地区三大粮食作物平均FCF呈现增加，PCF呈现降低的变化趋势。水足迹方面，该地区三大粮食作物绿水足迹高于全国均值，其中玉米绿水足迹最大，水稻绿水足迹最小。在粮食作物安全保障的前提下，小麦种植面积增加6.7%、玉米和水稻种植面积分别减少5.8%和8.0%，经济、资源和生态效益均有一定的改进。综上所述，多目标优化后可以提高绿水资源利用，减少碳排放量，缓解环境压力。

关键词：碳足迹水足迹种植结构优化粮食作物西北地区

微塑料输入对热带农田土壤N_(2)O排放及氮转化过程的影响

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环境科学 2024年第10期45卷 6139-6147页

作者：王晓彤冷有锋王俊姣黄小敏付亚军范长华高文龙张文宁梓妤陈淼海南大学生态与环境学院海口570228 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农业绿色低碳重点实验室海口571101 海南大学热带农林学院海口570228 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站儋州571737

农田土壤微塑料污染引发的土壤生态与环境问题已备受关注.为探究不同类型微塑料输入对热带典型农田土壤性质、N_(2)O排放及氮转化过程的影响,以海南典型辣椒-玉米轮作土壤为研究对象,通过室内恒温培养试验,设置空白对照(CK)、添加5%聚乙... 详细信息

农田土壤微塑料污染引发的土壤生态与环境问题已备受关注.为探究不同类型微塑料输入对热带典型农田土壤性质、N_(2)O排放及氮转化过程的影响,以海南典型辣椒-玉米轮作土壤为研究对象,通过室内恒温培养试验,设置空白对照(CK)、添加5%聚乙烯(PE)微塑料和添加5%聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯微塑料(PBAT)这3个处理.结果表明,两种微塑料的添加均增加了土壤pH,提高土壤有机碳(SOC)和溶解性有机碳(DOC)含量,其中PBAT较PE影响更大;PE和PBAT处理分别增加66.07%和119.65%的铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量,降低8.56%和29.68%的硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量.PBAT处理显著增加土壤N_(2)O累计排放量(P<0.05),增幅为254.92%,而PE处理较CK无显著差异.此外,PE和PBAT处理均增加土壤净氮矿化速率(NMR)和降低土壤净硝化速率(NNR),且PBAT较PE影响更明显.PBAT处理可提高ureC基因丰度,而PE处理对其影响不显著.微塑料的输入均降低了硝化微生物功能基因丰度(AOA-amoA、AOB-amoA和nxrA),且PBAT处理较PE影响更为显著.PBAT处理显著增加了nirK、nirS、nosZ和Fungal nirK基因丰度(P<0.05);而PE处理对其无明显影响.相关分析表明,N_(2)O排放量与NH_(4)^(+)-N排放强度、pH、DOC、SOC和nirS基因丰度呈显著正相关关系.结果表明,与不可降解微塑料相比,可生物降解微塑料更强烈地改变热带农田土壤性质,并通过促进反硝化作用加剧土壤N_(2)O的排放.

关键词：微塑料(MPs) 土壤性质氮转化氧化亚氮(N_(2)O)排放功能基因

影响呼伦贝尔草原土壤有机碳空间变异的主导因素

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中国农业科学 2024年第12期57卷 2378-2389页

作者：薛玮徐丽君聂莹莹吴欣珈严翊丹叶立明柳新伟青岛农业大学资源与环境学院北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/内蒙古呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所根特大学地质系

【背景】土壤有机碳（SOC）是草地生态系统全球碳循环中的关键组成部分。在气候变化和草地土壤退化的背景下，草地碳循环的研究引起了广泛的关注，特别是对草地SOC在不同时间和空间尺度上的动态和驱动因素的深入分析。然而，对草地SOC... 详细信息

【背景】土壤有机碳（SOC）是草地生态系统全球碳循环中的关键组成部分。在气候变化和草地土壤退化的背景下，草地碳循环的研究引起了广泛的关注，特别是对草地SOC在不同时间和空间尺度上的动态和驱动因素的深入分析。然而，对草地SOC长期动态变化的估计和空间变异驱动因子分析目前主要基于遥感建模方法和模拟预测，而非直接测量。【目的】评估呼伦贝尔草原不同时期SOC空间变异因子的相对重要性及其变化特征。【方法】基于1980年全国第二次土壤调查数据，在2022年重复了呼伦贝尔草原第二次土壤调查的31个样点的土壤剖面，并通过建立多元线性模型和广义相加模型对这两个时期SOC变化及其驱动因子进行量化分析。【结果】1980—2022年，40年间呼伦贝尔草原SOC由17.25 g·kg-1增加到17.62 g·kg-1，增加了0.37 g·kg-1。气候因子的相对重要性从1980年的22.1%增加到2022年的72.9%。相比之下，地形和利用强度因子的相对重要性下降，分别从1980年的38.8%和39.2%下降到2022年的13.5%和13.5%。【结论】气候因子、地形和利用强度共同主导了呼伦贝尔草原土壤有机碳的空间变异。在过去的40多年里，影响草地SOC变化的气候因子已由次要贡献因素演变为主要控制因素。

关键词：有机碳空间变异回归模型气候地形驱动因子呼伦贝尔草原

不同改良方式协同黑麦草对煤矸石堆场生态修复效果

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草业科学 2024年第9期41卷 1991-2002页

作者：卢雨霞朱健曾维毛文件郑汝意王维维范菲菲贵州大学资源与环境工程学院/喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站贵州贵阳550025 贵州省农业科学院土壤肥料研究所贵州贵阳550006

为了探究基质改良和植被恢复在煤矸石堆场生态修复中的可行性,本研究使用甲酸钠作为煤矸石杀菌剂,并将菌渣、磷石膏和酒厂污泥按不同比例添加到煤矸石中制成不同的植生基质,以种植黑麦草(Lolium perenne)进行植被恢复试验,同时监测其基... 详细信息

为了探究基质改良和植被恢复在煤矸石堆场生态修复中的可行性,本研究使用甲酸钠作为煤矸石杀菌剂,并将菌渣、磷石膏和酒厂污泥按不同比例添加到煤矸石中制成不同的植生基质,以种植黑麦草(Lolium perenne)进行植被恢复试验,同时监测其基质渗滤液的理化特性、黑麦草生长状况以及基质的微生物群落结构。结果表明:1)不同植生基质均能显著提高煤矸石渗滤液的pH,并显著降低渗滤液中总Fe、Mn、Cu等重金属浓度。其中,添加5%菌渣和20%酒厂污泥的综合效果最佳。2)菌渣、磷石膏和酒厂污泥的添加均能显著促进黑麦草的生长,其中添加5%菌渣、10%磷石膏和20%酒厂污泥的煤矸石基质中黑麦草生物量最大。黑麦草植株内重金属均满足《饲料卫生标准》(GB 13078-2017)中饲料原料的限值。3)基质改良后细菌群落多样性和相对丰度明显增加。甲酸钠杀菌明显改变了细菌群落结构,其余改良方式中,变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为主要优势细菌门。综上,添加5%菌渣和20%酒厂污泥对煤矸石中污染物溶出具有最佳控制效果,同时可快速恢复煤矸石基质植被,具有较好的生态和经济效益。

关键词：煤矸石基质改良黑麦草渗滤液微生物群落结构

长期施用化肥对红壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响

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生态学杂志 2024年第2期43卷 487-493页

作者：黄文晶姜楠陈晓冬孙楠徐明岗陈振华张玉兰陈利军中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站沈阳110107 辽宁省现代保护性耕作与生态农业重点实验室沈阳110016 浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所杭州310021 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性... 详细信息

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响。结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量。与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度。磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45%。此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系。以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同。氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化。

关键词：化肥高通量测序磷磷酸酶 phoD基因丰度和多样性