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蝇蛆预处理及辅料添加对鸡粪堆肥氨挥发和温室气体排放的影响

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农业环境科学学报 2024年第5期43卷 1151-1162页

作者：刘尚斌郑祥洲王煌平吴一群吕健张玉树福建农林大学资源与环境学院/福建省土壤环境健康与调控重点实验室福州350002 福建省农业科学院土壤肥料研究所/福建省植物营养与肥料重点实验室福州350013

为明确蝇蛆预处理及辅料添加对鸡粪堆肥过程中NH3挥发及温室气体排放的影响,本研究分别将风化褐煤、厨余垃圾、蘑菇渣与鸡粪混合,在进行蝇蛆预处理后堆肥,研究试验过程中NH3挥发和温室气体的排放规律。试验设置8个处理,分别为对照组(无... 详细信息

为明确蝇蛆预处理及辅料添加对鸡粪堆肥过程中NH3挥发及温室气体排放的影响,本研究分别将风化褐煤、厨余垃圾、蘑菇渣与鸡粪混合,在进行蝇蛆预处理后堆肥,研究试验过程中NH3挥发和温室气体的排放规律。试验设置8个处理,分别为对照组(无蝇蛆预处理):纯鸡粪(CK1)、30%风化褐煤+70%鸡粪(CK2)、30%厨余垃圾+70%鸡粪(CK3)、30%蘑菇渣+70%鸡粪(CK4);试验组(蝇蛆预处理):纯鸡粪(T1)、30%风化褐煤+70%鸡粪(T2)、30%厨余垃圾+70%鸡粪(T3)、30%蘑菇渣+70%鸡粪(T4)。结果表明:蝇蛆预处理能够延长堆肥高温期,≥50℃天数均达到10 d以上,相比CK1增加5~9 d;在整个试验期间试验组NH3挥发集中在堆肥第2天,试验组NH3累积排放量显著低于对照组,降幅达到42.7%~61.1%,菇渣添加处理的NH3累积排放量在对照组中最低;风化褐煤的添加能够显著降低N2O排放,T2相比于T1降低84.2%,CK2相比于CK1降低51.7%。蝇蛆预处理能够显著降低CO_(2)排放当量,相比CK1降低32.1%~73.2%,其中,T4的CO_(2)排放当量最低。研究表明,蝇蛆预处理能够提高堆肥温度、延长堆肥高温期、显著降低NH3排放和CO_(2)排放当量,若从堆肥温度及CO_(2)排放当量方面考虑蝇蛆预处理和菇渣组合为最优处理。

关键词：蝇蛆预处理好氧堆肥厨余垃圾温室气体减排氨挥发

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基于水稻物候参数及面向对象算法的稻田识别

农业工程学报 2024年第11期40卷 150-158页

作者：姚园毋亭李一凡黎志强钱秀丽张黎明邢世和张华福建农林大学资源与环境学院福州350002 土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室福州350002 福建省农田建设与土壤肥料技术总站福州350003

水稻是中国主要的粮食作物之一,实时且准确获取稻田区域及其空间分布特征是指导和管理农业生产的基础,对于保障国家粮食安全具有重要意义。但传统遥感变量与基于像元的机器学习分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面存在较大挑战。物... 详细信息

水稻是中国主要的粮食作物之一,实时且准确获取稻田区域及其空间分布特征是指导和管理农业生产的基础,对于保障国家粮食安全具有重要意义。但传统遥感变量与基于像元的机器学习分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面存在较大挑战。物候参数能够反映不同植被的生长动态,在识别稻田方面具有较大的应用潜力。面向对象的随机森林分类可以有效避免“椒盐”现象,提高稻田的分类精度。鉴于此,该研究以中国南方典型山地丘陵区——福建省漳州市稻田为研究对象,基于归一化植被指数、改进归一化水体指数、土壤调节植被指数、垂直极化后向散射系数、交叉极化后向散射系数和物候参数等多个遥感变量,利用面向对象的随机森林分类算法识别稻田,验证和分析物候参数与面向对象的随机森林分类法在提高南方复杂地形区稻田识别精度方面的有效性。结果表明:1)福建省漳州市稻田的最高识别精度为94.47%,Kappa系数为0.92,传统遥感变量、物候参数及面向对象的随机森林分类算法在准确识别破碎度较高的稻田方面具有协同优势;2)物候参数在表征植被生长与植被类型差异等方面具有显著优势,相较于仅基于传统遥感变量的试验组,物候参数与传统遥感变量的组合能够将稻田识别总体精度提高8.78~9.36个百分点;3)对于复杂地形区破碎度较高的稻田,面向对象的随机森林分类方法能够清晰明确地勾勒出稻田的形状与边界信息,且能够有效避免“椒盐”现象,相较于基于像元的分类方法,面向对象的分类法可将稻田识别精度提高0.58~1.53个百分点,因此,更适用于复杂地形区破碎农田的遥感提取。该研究结果可提高福建省漳州市稻田制图产品的应用价值,也可为中国南方复杂地形区稻田识别精度的进一步提高提供参考。

关键词：遥感物候参数随机森林时间序列稻田

福建省漳州市水稻物候特征对稻田土壤有机碳制图的影响

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土壤学报 2024年第2期61卷 385-397页

作者：吴启航姚园李一凡曹文琦蔡欣瑶毋亭张黎明邢世和福建农林大学资源与环境学院福州350002 土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室福州350002

高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少... 详细信息

高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少见。基于遥感影像提取的物候参数是农业管理活动的直接反映,在研究农业管理活动对农田土壤有机碳的影响方面有较大应用潜力。基于此,本研究以福建省漳州市水稻田为研究对象,利用随机森林算法,基于5组不同的变量组合(A组:仅自然环境变量;B组:自然环境变量+早稻物候参数:C组:自然环境变量+晚稻物候参数;D组:自然环境变量+早稻物候参数+晚稻物候参数;E组:仅早稻物候参数+晚稻物候参数),分别构建土壤有机碳含量预测模型。通过对比5组模型的预测精度、预测值的空间分布特征和相关影响因子的重要性,分析物候参数对于土壤有机碳制图精度的影响作用,挖掘漳州市水田土壤有机碳制图的主要影响因子,解析对漳州市水田土壤有机碳有重要影响作用的农业管理活动。研究结果表明:物候参数的加入能够降低预测模型的误差和提升模型解释方差的能力;对漳州市水田土壤有机碳影响作用最大的物候参数依次为早稻季的NDVI增长速率(h1)、早稻生长季节开始的时间(a1)与早稻季NDVI下降速率(i1);三个最重要的物候参数与土壤有机碳含量分别呈正相关、负相关和负相关,因此,采取能够促使早稻苗早生快发、加快早稻分蘖速率和减缓早稻衰老速率的水肥管理措施可增加耕地土壤有机碳含量。基于物候参数构建预测模型能有效提高农田土壤有机碳制图精度,基于物候参数的农田土壤有机碳制图研究可为农田管理提供决策支持,此次研究结果可为相关研究提供理论依据。

关键词：农田土壤有机碳含量随机森林物候参数农田管理措施数字土壤制图

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Bi_(2)WO_(6)/BiOI光催化降解水中四环素的性能与机理

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环境科学学报 2024年第2期44卷 83-92页

作者：邱璐雯魏璐英陈锦琳郑雪张宇晴吕健福建农林大学资源与环境学院福建省土壤环境健康与调控重点实验室福州350002 福建福晶科技股份有限公司福州350003

采用溶剂热法合成Bi_(2)WO_(6)/BiOI(BWO/BOI)复合光催化剂,并将其应用于可见光降解四环素(Tetracycline,TC).结果表明,BWO/BOI复合光催化剂与单一的Bi_(2)WO_(6)相比具有更好的光催化降解TC的性能.其中,结构优化后的BWO/BOI-4在60 min... 详细信息

采用溶剂热法合成Bi_(2)WO_(6)/BiOI(BWO/BOI)复合光催化剂,并将其应用于可见光降解四环素(Tetracycline,TC).结果表明,BWO/BOI复合光催化剂与单一的Bi_(2)WO_(6)相比具有更好的光催化降解TC的性能.其中,结构优化后的BWO/BOI-4在60 min内光催化降解TC的效率达85.8%,其反应速率常数为Bi_(2)WO_(6)的1.7倍、BiOI的7.8倍.且BWO/BOI催化剂可在宽泛的pH范围(2.0~12.0)内保持优异的降解效率.能带结构分析表明,BWO/BOI构成Ⅱ型异质结,更有利于e-和h+的有效分离.通过自由基猝灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试发现,在光催化体系中超氧自由基(·O_(2)^(-))是反应的主要活性物种.

关键词：钨酸铋碘氧化铋四环素光催化异质结

基于土壤质量指数法省级尺度耕地土壤质量评价及空间分布特征研究——以福建省为例

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土壤通报 2024年第2期55卷 310-320页

作者：吴文元金海涛王玉雯张卫清张华廖文强姜玉英林德喜郭九信福建农林大学资源与环境学院/福建省土壤环境健康与调控重点实验室福建福州350002 福建省林业科技试验中心福建漳州363600 福建省农田建设与土壤肥料技术总站福建福州350003

[目的]探讨福建省土壤常规五项指标的土壤质量评价及其空间分布状况,为因地制宜地保护和提升省域耕地土壤质量提供科学依据。[方法]以2019年福建省4756组耕地土壤常规五项指标(包括土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾)数据为基础... 详细信息

[目的]探讨福建省土壤常规五项指标的土壤质量评价及其空间分布状况,为因地制宜地保护和提升省域耕地土壤质量提供科学依据。[方法]以2019年福建省4756组耕地土壤常规五项指标(包括土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾)数据为基础,应用土壤质量指数(Soil quality index,SQI)方法和GIS技术进行土壤质量评价和空间分布图绘制。[结果]福建省土壤常规五项指标的平均值分别为pH值5.48、有机质23.01 g kg^(-1)、碱解氮146.69 mg kg^(-1)、有效磷74.00 mg kg^(-1)、速效钾145.74 mg kg^(-1),表现出省域土壤酸化严重、有效磷和速效钾丰富、有机质和碱解氮适中的现状,且“闽东南”的土壤pH、有效磷和速效钾高于“闽西北”,而有机质和碱解氮则是“闽西北”高于“闽东南”。土壤质量评价结果显示,福建省SQI的平均值为0.637,其中,厦门市SQI最高为0.671,泉州市SQI最低为0.558;有效磷在SQI中的贡献最大26.20%,而pH值则最小11.07%,且SQI与各土壤指标均显著正相关。同时,福建省SQI空间分布整体上呈“闽西北”高于“闽东南”的变化趋势。[结论]福建省耕地土壤质量整体以中高等水平为主,严重的土壤酸化和过量的有效磷是关键限制因子,建议积极开展以土壤酸化改良和磷肥减施为核心的土壤质量提升研究,推动农业绿色发展。

关键词：福建省土壤养分土壤质量评价土壤质量指数空间分布

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硫酸根自由基:强化污泥脱水新利器

化学进展 2024年第5期36卷 798-814页

作者：赖月王超张洁周顺桂刘昌庚叶捷福建农林大学资源与环境学院、福建省土壤环境健康与调控重点实验室福州350002 四川师范大学化学与材料科学学院成都610066

污泥是污水处理过程中不可避免的副产物。由于其含水率高、体积大且含有大量有毒有害物质,因此需要进行减量化和无害化处理。然而,污泥拥有带负电官能团电离形成的胞外聚合物(EPS),能够维持稳定的水合胶体结构阻止水的释放,是造成污泥... 详细信息

污泥是污水处理过程中不可避免的副产物。由于其含水率高、体积大且含有大量有毒有害物质,因此需要进行减量化和无害化处理。然而,污泥拥有带负电官能团电离形成的胞外聚合物(EPS),能够维持稳定的水合胶体结构阻止水的释放,是造成污泥脱水困难的关键因素。近十年,基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)因其对EPS破解效率高、反应迅速且环境友好等优点受到大量关注,硫酸根自由基也因此成为强化污泥脱水的新利器。本文详细梳理了硫酸根自由基的发展时间线和活化机制,系统评价了国内外SR-AOPs改善污泥脱水性能、去除污泥中微量污染物和重金属的研究现状。基于现阶段SR-AOPs在污泥调理方面存在的科学问题,从机理研究、成本效益、试验规模等角度展望了未来的发展研究方向,以期为我国污水处理厂的污泥调理提供参考。

关键词：硫酸根自由基高级氧化技术污泥脱水调理机制胞外聚合物

昼夜温差对茶鲜叶挥发性及非挥发性品质成分及相关生理指标的影响

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热带作物学报 2024年第4期45卷 793-803页

作者：陈林怡郭豪陈红梅张哿烨廖露露周婉婷张梦雪易志刚福建农林大学资源与环境学院/土壤环境健康与调控福建省重点实验室福建福州350002 福建农林大学机电工程学院福建福州350002

茶叶品质与茶树(Camellia sinensis)的生长生态环境密切相关,其中昼夜温差的变化影响茶树代谢产物的合成与积累,进而影响茶叶品质。本研究选取福云六号茶树为研究对象,模拟设置0、5、10、15℃4个昼夜温差(DIF)处理,通过模拟DIF变化来探... 详细信息

茶叶品质与茶树(Camellia sinensis)的生长生态环境密切相关,其中昼夜温差的变化影响茶树代谢产物的合成与积累,进而影响茶叶品质。本研究选取福云六号茶树为研究对象,模拟设置0、5、10、15℃4个昼夜温差(DIF)处理,通过模拟DIF变化来探究其对茶树光合作用与茶鲜叶挥发性及非挥发性品质成分的影响。研究结果表明:随着DIF增大,茶树净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))显著增大(P<0.05)。DIF增大显著增加叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、叶绿素a+b[Chl(a+b)]、类胡萝卜素(Car)含量,并且在DIF为10℃时含量达到最大。DIF变化对茶鲜叶挥发性组分和主要组分的相对含量均有影响,茶鲜叶挥发性成分中醇类和醛类相对含量最大。DIF增大提高醛类物质的相对含量,并且茶鲜叶挥发性成分的种类与主要香气成分的相对含量随DIF变化有所差异,其中正己醛的相对含量随DIF的增大而增加,DIF为15℃时其相对含量最高,为39.94%,青叶醇的相对含量则随DIF的增大而降低。DIF的变化显著影响β-葡萄糖苷酶、β-樱草糖苷酶和脂氧合酶活性,其中β-葡萄糖苷酶、β-樱草糖苷酶活性随DIF的增大呈先增后降的趋势,在DIF为5℃时达到最大,而脂氧合酶活性则相反。游离氨基酸和咖啡碱含量随DIF的增大显著增加,DIF为15℃时其含量分别是DIF为0℃时的2.44倍和2.55倍;总黄酮含量与酚氨比则随DIF的增大显著降低(P<0.05),在DIF为15℃时均达到最低,分别为2.84%和3.24。茶鲜叶中的游离氨基酸含量与P_(n)呈极显著正相关,而酚氨比与P_(n)呈极显著负相关(P<0.01)。本研究发现DIF增大可明显影响茶鲜叶的挥发性香气物质,提高茶叶滋味品质,研究结论可为茶园选址和茶树种植提供理论依据。

关键词：茶树昼夜温差茶叶香气茶叶滋味生理指标

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气候变化与作物物候响应对福建省耕地土壤有机碳的影响

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环境科学 2024年

作者：李一凡毋亭姚园黎志强沈金泉翁怀楷张黎明邢世和福建省农田建设与土壤肥料技术总站福建农林大学乡村振兴学院土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室福建农林大学资源与环境学院

气候变化对耕地土壤有机碳的影响机制研究是气候变化背景下耕地质量管理的基础. 气候变化下作物物候的响应对耕地土壤有机碳也有重要影响. 但目前的研究主要关注气候变化或气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳的独立影响，鲜有研究... 详细信息

气候变化对耕地土壤有机碳的影响机制研究是气候变化背景下耕地质量管理的基础. 气候变化下作物物候的响应对耕地土壤有机碳也有重要影响. 但目前的研究主要关注气候变化或气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳的独立影响，鲜有研究分析气候变化与作物物候响应协同影响下耕地土壤有机碳的变化，以及区分量化二者对耕地土壤有机碳动态变化的贡献率. 基于2008年和2021年耕地土壤表层样点数据、2008～2021年每年的季前和季中气候数据以及由2007～2022年增强植被指数时间序列提取的物候参数数据，利用随机森林算法构建土壤有机碳预测模型，通过模拟2008～2021年土壤有机碳的总变化、气候单独变化下的土壤有机碳变化、气候变化与作物物候响应协同影响下土壤有机碳的变化，本研究区分量化了气候变化与气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳变化的贡献率，并分析了福建省耕地土壤有机碳变化的优势影响因子及其空间分布. 结果如下：①在气候变化与作物物候响应的协同影响下，2008～2021年福建省74.15%的耕地区域土壤有机碳呈减少态势，平均减少量为2.20 g·kg-1，25.85%的耕地区域土壤有机碳呈增加态势，平均增加量为1.48 g·kg-1；②季前气候、气候变化下物候响应、季中气候和品种改变等农业管理措施调整下物候变化对土壤有机碳变化的平均贡献率依次为34.08%、28.56%、22.75%和14.61%，整体而言，气候变化对福建省耕地土壤有机碳变化的影响大于气候变化下作物物候的响应；③气候变化与气候变化下物候响应共同为优势影响因子的区域面积最大，占全省耕地面积的47.06%，其次为气候变化为优势影响因子的区域，面积占比为28.64%；④季前气候因子与品种改变等农业措施调整下物候变化对土壤有机碳变化贡献率较高的区域倾向于分布在高海拔地区，而季中气候因子与气候变化下物候响应对土壤有机碳变化贡献率较高的区域则倾向于分布在低海拔地区. 相关研究结果能够为应对气候变化的耕地质量管理与粮食安全保护等政策的制定提供理论依据.

关键词：气候变暖物候变化作物生长机器学习数字土壤有机碳制图

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微生物驱动土壤矿物结合态有机碳的形成

科学通报 2024年第22期69卷 3327-3338页

作者：苏兴雷渠晨晨康杰高大鑫蔡鹏陈雯莉黄巧云华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室武汉430070 华中农业大学土壤环境与污染修复湖北省重点实验室武汉430070

矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)是土壤中重要的稳定态有机碳,其含量和动态决定着土壤碳库组成和容量,显著影响全球气候格局.植物和微生物是MAOC形成的两个主要途径,其来源和贡献一直存在很大的争议,特别是... 详细信息

矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)是土壤中重要的稳定态有机碳,其含量和动态决定着土壤碳库组成和容量,显著影响全球气候格局.植物和微生物是MAOC形成的两个主要途径,其来源和贡献一直存在很大的争议,特别是在不同生态系统中,植物和微生物对MAOC形成的相对贡献和控制因素可能存在较大的不确定性,对这些问题认知的不足阻碍了土壤可持续管理战略的实施.本研究选取中国区域尺度的旱地(n=24)、水田(n=19)和林地(n=21)表层土壤(0~20 cm),基于矿物结合态有机质(mineral-associated organic matter,MAOM)中的氨基糖和木质素酚的分析,揭示了MAOC中微生物和植物源的贡献及其驱动因子.结果显示,在旱地、水田和林地土壤MAOC中,植物来源碳分别贡献了44.5%、50.1%和49.3%,微生物残体碳分别贡献了44.2%、40.4%和41.0%,其中真菌氨基葡萄糖/细菌胞壁酸比相似(10.6、10.0和11.5,P>0.05).这些结果表明,微生物残体碳在MAOC中具有相似的稳定性,矿物结合改变了土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的组成,可以在很大程度上抵抗土地利用变化对SOC分解的影响.在所有生态系统中,MAOC的形成主要由微生物活动调控.与旱地生态系统相比,水田的环境胁迫导致微生物分解能力受到限制,林地中较高的植物输入量因微生物分解能力有限使植物残留相对富集,土壤稳定碳库以植物源碳为主.高黏粉粒含量和高年平均温度(mean annual temperature,MAT)有利于MAOC中植物源碳的相对富集,而低土壤p H和低MAT使微生物源碳的贡献增加.研究结果对于调整和完善农业土壤管理策略,增加土壤碳储量及减少碳排放,实现土壤碳中和目标具有重要意义.

关键词：矿物结合态有机碳微生物残体碳植物源碳氨基糖木质素酚