冷凉区黑土有机质和玉米产量双提升技术探索及经济效益分析

为明确有机肥还田+保护性耕作措施下黑龙江省西部土壤有机质和作物产量的双提升技术效果,2021年10月,在黑龙江省西部齐齐哈尔市梅里斯区开展试验,以玉米为供试作物,设置5个处理:有机肥+深松40 cm(YS40)、秸秆留茬+深松40 cm(WS40)、有机肥+旋耕20 cm(YS20)、秸秆留茬+旋耕20 cm(WS20)、有机肥表施+免耕(YB);一个对照:秸秆留茬+免耕(CK)。结果表明:施入有机肥的处理能够提升深土层土壤肥力,在20~40 cm土层中YS20处理与CK处理相比有机质和全氮依次提升11.56 g·kg^(-1)和0.57 g·kg^(-1);40~60 cm土层中YS40处理与CK处理相比有机质和全氮依次提升2.83 g·kg^(-1)和0.28 g·kg^(-1)。土壤结构方面,在0~20 cm土层中YB处理的容重较CK降低17.5%、含水量提升35.5%,40~60 cm土层中YS40处理的容重较CK处理降低5.3%、含水量提升38.4%。有机肥与保护性耕作处理提高了玉米不同生育时期叶面积指数、叶绿素含量和干物质积累量,进而提高了玉米产量,第二年的YS40、YS20、YB处理较CK处理分别增产14.5%、18.5%、11.4%。收益分析表明,与CK处理相比,2021年YB处理和2022年YS20处理收益增加最多,分别增加5770元·hm^(-2)和5223元·hm^(-2)。综上所述,黑龙江省西部薄层黑土实施有机肥还田+保护性耕作是提升土壤有机质、有机碳储量、全氮、全氮储量、玉米产量和经济效益的有效措施。

免耕对土壤团聚体特征以及有机碳储量的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,研究免耕条件下土壤水稳性团聚体和有机碳储量的变化,为进一步评价免耕措施对黄淮海平原土壤结构和质量的影响提供科学依据。设置免耕（NT）、免耕秸秆不还田（NTRR）、常规耕作（CT）3种处理,分析土壤表层（0-20 cm）及深层（20-60 cm）水稳性团聚体分布特征、土壤有机碳以及团聚体有机碳的变化和相互关系。研究结果表明：由于减少了对土壤的破坏以及增加了秸秆还田和有机肥的施用,与常规耕作相比,NT和NTRR可提高表层土壤有机碳含量和储量、水稳性团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）,以及大团聚体有机碳的含量和储量。其中,秸秆覆盖比施用有机肥对表层土壤有机碳储量和0.25-2 mm团聚体有机碳储量的提高具有更显著的作用。与表层不同,深层土壤有机碳和大团聚体有机碳的含量和储量表现为NT〈NTRR〈CT,说明与CT相比,NT和NTRR不利于深层土壤有机碳的积累,与秸秆覆盖相比,施用有机肥对深层有机碳的积累更有利。从整个剖面（0-60 cm）来看,NT和NTRR处理土壤总有机碳储量低于CT。各处理土壤总有机碳与0.25-2 mm水稳性团聚体有机碳关系最为密切,说明该粒级团聚体有机碳能够指示土壤总有机碳的变化。

免耕对华北地区潮土碳库特征的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦-夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,系统研究免耕条件下土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)的变化,为进一步评价免耕措施对华北地区潮土碳库的影响提供数据支持。研究设置免耕秸秆覆盖(NTRC)、免耕施用有机肥(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析表层(0-20cm)及深层(20-60cm)土壤TC、SOC及SIC的变化特征和影响因素。主要结果为:NTRC和NTRR能够增加0-20cm土层TC含量及储量,但降低20-60cm土层TC含量及储量,0-60cm总碳储量表现为NTRC>CT>NTRR;与CT相比,NTRC能够显著增加0-20cm而降低20-60cm土层SOC含量及储量,NTRR增加了0-5cm土层SOC含量及储量,在5-60cm则呈降低趋势,0-60cm土层SOC储量表现为CT>NTRC>NTRR;NTRC增加了0-60cm土层SIC储量,而NTRR则影响较小。TC与SOC呈显著正相关(P<0.05),而与SIC呈显著负相关(P<0.05),说明总碳的变化趋势与SOC一致,与SIC相反。

秸秆还田配施有机无机肥料对冬小麦土壤水氮变化及其微生物群落和活性的影响

通过田间试验,研究秸秆还田配施不同肥料对冬小麦土壤的培肥效果以及对土壤水氮环境、酶活性及微生物群落结构的影响,为合理的秸秆还田方式与土壤可持续利用提供决策依据。试验于中国科学院禹城综合试验站进行,以冬小麦为研究对象,玉米秸秆全量还田为基础,设置五个处理,分别为(1)单施化肥(TF),(2)70%化肥+普通有机肥(TM),(3)70%化肥+微生物有机肥(TE),(4)70%化肥+微生物促腐菌剂(TJ),(5)70%化肥+微生物有机肥+微生物促腐菌剂(TEJ)。观测冬小麦生长中的水氮条件,分析小麦收获后土壤环境因子、酶活性以及磷脂脂肪酸(PLFA)变化特征;采用RDA冗余分析,识别环境因子、酶活性与土壤微生物群落结构之间的相关关系,研究秸秆还田与不同施肥方式组合对土壤的培肥效果。结果表明,相较施用化肥(TF),秸秆还田配施微生物有机肥(TE)显著提高了小麦生育后期的土壤含水率(13.3%—20.5%);施用普通有机肥(TM)能够提高小麦生育后期土壤硝态氮(NO^-_3-N)与铵态氮(NH^+_4-N)含量;且两者均能提高土壤微生物氮(MBN)与可溶性氮(DON)含量以及β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)活性;但对土壤中酸性磷酸酶(AP)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性无显著影响。各施肥组合中,TE处理PLFA总量最高(4733.1 ng/g),且微生物群落多样性指数均显著高于TF处理。βG、CBH活性与土壤微生物群落多样性存在正相关关系, MBN与DON与土壤微生物群落多样性关系最为密切,环境因子对微生物群落多样性影响的重要性排序为Moisture> NH^+_4-N> Avail-P> Temp>NO^-_3-N> pH>EC。秸秆还田配施有机肥与微生物有机肥能合理调节土壤水氮环境,显著提高土壤微生物的数量与活性,有利于土壤生态环境的改善,其中秸秆还田配施微生物有机肥(TE)效果最为显著。

成土时间对黄河三角洲植物及微生物演替的影响

受时空因素的限制,研究土壤、微生物和植物的演替过程通常采用以空间换时间的时空替代法,关于成土时间的驱动力研究较少。选取黄河三角洲4块代表性冲积区域(形成年代分别为1904—1929年,1929—1934年,1964—1976年和1976年至今),由沿海到农田(1—40 km)设计采样路线,通过多样性调查、土壤采样、MiSeq测序等方法对陆地生态系统的植物、细菌和真菌多样性以及微生物功能组成进行了监测。结果表明,随成土时间的增加,植物物种丰富度和生物量显著提高(P<0.05),低盐度指示物种白茅的分布区域向海岸推进;细菌群落酸杆菌门(Acidobacteriota)等3个门类占比显著增加,拟杆菌门(Bacteroidota)等12个门类占比显著减少(P<0.05),涉及基因信息处理、核苷酸代谢等基础生命活动和光合作用的功能通路在年代最晚的扇区富集,而涉及细胞老化调控、外源物质生物降解与代谢、芳香化合物降解等功能的通路在年代最早的扇区富集(LDA score>2,P<0.05);真菌群落涉及病理营养的捕虫霉门(Zoopagomycota)等类群相对丰度的显著增加(P<0.05)。耐盐菌、自养菌、反硝化菌、反硫化菌等功能群在成土较晚区域的丰富度较高,有促进成土初期土壤碳氮积累、土壤养分循环和有效性的提升的功能潜力,进而影响植物演替。成土时间还驱动适应高营养环境的类群对先锋类群比值的增大,促进微生物生态位的分化。研究表明成土时间是对黄河三角洲植物和微生物群落组成变化的重要而显著的驱动力,为提高评估滨海生态系统植物和微生物演替规律的准确性提供了科学依据。

有机物料还田对黑土胞外酶化学计量特征的影响

冷凉区有机物料(秸秆和有机肥)还田黑土胞外酶计量特征是否受年平均温度的影响,目前缺少定量研究和深入分析。根据气候条件,该研究在黑龙江省西部依据纬度特征选取了12个有机物料还田年限大于5 a的定位试验点,基于有机物料还田种类对土壤胞外酶计量学特征及驱动因子进行了区域性分析。结果表明土壤胞外酶C:N:P在1:0.97:0.61~1:1.13:0.71之间,即有机肥还田(M)和秸秆还田(S)处理下土壤微生物整体面临微生物碳和养分(氮)限制。研究发现随年均温度升高,M和S处理的碳获取酶活性降低,而氮获取酶活性增加。此外,年均温度升高还使得M处理磷获取酶活性降低,而S处理磷获取酶活性增加。总体而言,东北冷凉区有机物料还田黑土微生物能量和养分限制主要受年平均温度直接影响,间接受pH值,土壤C:P等影响。该研究为冷凉区黑土建立合理的碳氮磷施肥模式提供数据支撑,为土壤养分恢复提供理论依据。

增温对保护性耕作下冬小麦籽粒蛋白质含量的影响

冬小麦是世界主要粮食作物之一,气候变暖可能显著影响冬小麦籽粒蛋白质含量,但其影响机制还不明确。针对该问题,该研究在中国冬小麦主产区华北平原开展连续3 a(2017—2019)免耕(No Tillage,NT)和常规耕作(Conventional Tillage,CT)下的田间增温试验。结果表明,增温提前了冬小麦返青期,延长了冬小麦营养生长阶段时长,提高了冬小麦叶面积指数和群体净光合速率。2019年增温处理下冬小麦开花期茎叶氮素积累量提升了20.17%(CT)、99.21%(NT),花后茎叶氮素转移量提升了24.62%(CT)、134.21%(NT),茎叶氮素对籽粒的贡献率提升了2.43%(CT)、46.10%(NT)。增温影响了冬小麦产量构成,增温下冬小麦有效小穗数略减,部分年限千粒质量略增。NT处理增温增产,CT处理增温增产不明显,总的趋势为NT处理连续3 a平均产量低于CT处理。增温还显著提升了冬小麦籽粒蛋白质含量(P<0.05),连续3 a平均籽粒蛋白质含量提升了14.28%(CT)、17.39%(NT)。综上,研究表明增温会通过改变冬小麦生理特征显著促进氮素向籽粒转化,并且增温下冬小麦有效小穗数减少使得原本将进入更多籽粒中去的氮素都进入到最终有效籽粒中去,进而显著增加籽粒蛋白质含量。研究结果可为气候变化对冬小麦籽粒蛋白质含量的影响提供科学依据。

基于Meta分析研究气候变化对中国小麦籽粒蛋白质含量的影响

气候变化相关的环境因素可能会影响谷物营养质量。气候变化引起的CO_(2)浓度升高、温度升高、降水量变化对作物营养质量的影响,特别是在中国范围内对谷物蛋白质含量的影响尚未量化。为此,该研究对中国各试验站点的现有文献数据进行Meta分析,并利用中国小麦籽粒蛋白质含量数据结合气象数据评估关键气候因素对中国主要小麦种植区小麦籽粒蛋白质含量的影响。Meta分析结果表明,增温显著提升了小麦籽粒蛋白质含量(P<0.05),CO_(2)浓度上升显著降低了小麦籽粒蛋白质含量,降水对小麦籽粒蛋白质含量影响较为复杂。温度升高可以部分抵消由于CO_(2)升高和降水对小麦籽粒蛋白质产生的负面影响。2010-2018年各省份小麦生育期内平均气温呈升高趋势,在所有调查的研究区内,小麦总生育期平均温度约上升了1.27℃,不同小麦种植区内生育期平均气温变化趋势存在差异。中国不同小麦产区籽粒蛋白质含量对生育期平均温度的响应以正向为主,并且生殖生长阶段的平均温度在小麦籽粒蛋白质含量变率中起主导作用。研究结果可为气候变化对小麦籽粒蛋白质含量的影响提供科学依据,有助于区域决策,制定适当的气候变化适应战略,以促进中国的可持续农业和营养安全。

基于土壤碳平衡的黑土区县域种养规模优化

东北黑土区是中国商品粮的主产区,近年来存在耕地“变薄、变瘦、变硬”等土壤质量下降问题。农业废弃物作为碳源高效还田是提升土壤质量的重要途径,但目前缺少基于农业-牧业碳素循环调控的区域农业生产系统模式,以促进碳素高效还田和黑土地地力提升。为了探讨基于土壤碳收支平衡来调整农牧规模的方法,该研究选取位于松嫩平原腹地的齐齐哈尔市作为研究对象,核算齐齐哈尔市各县域土壤碳收支状况,以土壤碳排放和碳输入相平衡为目标,通过多目标线性规划方法构建齐齐哈尔市的农牧业碳平衡农业模式。结果表明,各县域主要调整方案为种植业需要减少水稻种植面积,增加玉米的种植面积,养殖业需要增加奶牛养殖规模。调整后种植业和养殖业的废弃物得到全量化利用后,农田土壤碳库不再下降。县域尺度农牧规模需因地制宜的调整,以土壤碳亏损较大的讷河县为例,在保证碳输入及农业经济收益的基础上,增加46%的玉米种植面积,减少63%的黄牛养殖规模,增加85%的奶牛,54%的生猪,76%的羊及71%的家禽养殖规模,可保持土壤碳平衡。种植业和养殖业规模调整后的有机物料还田可替代33%~49%的化肥氮投入,除克东县和克山县的玉米种植外,3种主栽作物的土壤氮承载力均呈现上升趋势。研究提出农业“碳平衡”发展模式,可为黑土区农业-牧业发展实现农业资源的高效利用和中国“双碳”战略提供科学依据。

全球黑土区有机物料还田对土壤有机碳固存影响的Meta分析

黑土有机质含量丰富,但随着农业活动加剧,以及黑土区低温特性的限制,土壤有机质大量流失。不同有机物料还田是提升土壤有机质的重要方式,然而目前仍缺少对不同有机物料还田具体恢复效果及过程的评价。该研究使用Meta分析的方法,对2000年1月—2022年9月经同行评议的文章进行整合分析,综合了41篇文献中2012个观测值,设定低、中、高年限及碳投入量,评估秸秆还田和有机肥还田对黑土土壤有机碳固存的影响。结果表明,有机肥还田处理的土壤有机碳、土壤总氮、土壤总磷含量均高于秸秆还田。随着处理年限的增加,有机肥还田对于土壤有机碳含量的增加效果优于秸秆还田。此外,不同碳投入的条件下,有机物料还田对于土壤碳固存影响不同,其中在中碳投入的条件下,有机肥还田有机碳含量(65.62%)显著高于秸秆还田(20.07%)。21 a以上的长期中碳投入下有机肥还田更有利于黑土土壤有机碳固存的增加。该研究为黑土区有机物料还田的选择提供科学依据。

英威腾变频器在雕铣机主轴电机上的应用

数控雕刻机逐渐成为各行业生产的必备专业工具。主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件,其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。变频器作为主轴系统中的心脏,更是不可或缺的关键部件。本文介绍了英威腾电气股份有限公司开发的Goodrive300系列变频器在雕铣机上的应用。

浅谈英威腾三电平技术在石油钻机上的应用

石油钻机在钻探领域发挥着举足轻重的作用,钻机设备需要克服复杂且恶劣的外部工作环境,对环境适应性、可靠性、技术先进性有着极高的要求,尤其对电控系统的冗余及稳定性更为苛刻。随着国产变频器技术的不断发展和进步,在石油钻机行业越来越多的主要负载设备开始逐渐由进口品牌转向国产化。本文着重介绍英威腾Goodrive3000三电平产品在俄石油低温钻机项目上的成功应用。

不同作物对典型黑土水蚀区水分入渗的影响

为揭示作物与土壤水蚀的关系,本研究以东北水蚀区黑龙江省克山县为试验地,选取高粱“克杂18号”(SO)和玉米“克玉19号”(MA)作为研究对象,通过对作物根系、土壤物理性质及入渗速率的分析,探讨两种作物对土壤水分入渗特性的影响。结果表明:SO处理0~20 cm土层容重比MA处理显著增加6.15%,总孔隙度及非毛管孔隙度分别显著下降5.93%和15.63%,饱和含水量和田间持水量分别显著减少6.38%和6.11%;SO处理和MA处理均以0.25~2 mm粒径团聚体为主,SO处理较MA处理土壤平均重量直径与几何平均直径分别显著减少29.57%和4.60%。在0~20、20~40、40~60、60~80 cm 4个土层中,MA处理根重密度分别为SO处理的1.67、2.46、4.52和2.27倍。SO处理初始入渗率、稳定入渗率、饱和导水率和平均入渗率分别比MA处理显著降低19.11%、15.50%、15.63%和14.86%。采用Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型进行土壤入渗过程模拟,其中Horton模型R^(2)最大,对土壤入渗过程的拟合效果最佳。相关性分析表明,入渗速率与容重呈显著负相关,与其他各指标均呈正相关。本研究表明,该地区矮杆高粱根系较玉米根系浅,容重大,入渗速率缓慢,易形成地表径流,增加水蚀风险,研究结果可为该地区防治水土流失提供数据参考。

环渤海“滨海草带”建设与生态草牧业发展路径

环渤海4省份的滨海地区拥有大量中低产田和未利用盐碱地,也是我国重要的集约化养殖区域,但人工牧草种植和牛羊养殖的规模严重错位。高效利用盐碱地种植宜牧草,发展生态草牧业不仅能解决养殖所需饲草料严重不足的问题,也为发展农区生态草牧业提供范式。李振声提出的“滨海草带”理念,强调利用滨海中低产田和盐碱地,依据障碍因子的不同,适宜开展人工种草,在全面改良土壤、保障生态环境质量的同时,为牛羊养殖提供饲草保障;“滨海草带”建设将有力落实和推进我国的“藏粮于地、藏粮于技”战略,服务保障重要农产品安全和陆海统筹生态安全的国家战略。文章在分析“滨海草带”自然资源禀赋与草牧业发展需求匹配性的基础上,阐明了环渤海草牧业高质量发展目标、关键科学问题、创新模式,并探讨了生态环保效益与经济产业效益潜力。最后,从技术创新平台与能力建设、坚持生态优先高质量发展原则、做好资源配置与空间分区等方面提出了建设“滨海草带”,促进环滨海绿色发展的思考。

黄河三角洲农业高质量发展新模式

黄河三角洲是全球最年轻的三角洲和新生陆地之一,也是最年轻的湿地生态系统,生态环境脆弱,河-海-陆交互形成了独特的地理环境。土地盐渍化、盐碱地数量大、分布广是该地区的主要特征之一。农业开发不仅涉及该地区的水资源高效利用和合理分配、河口湿地的保护和整个区域的生态环境友好、土地资源的高效开发和安全、陆-海统筹发展,还关乎该地区的乡村振兴。因此,盐碱地农业高质量发展成为该地区可持续发展的重要环节,在盐碱地上发展高质量农业面临重要挑战。文章依据国家重大战略需求、黄河三角洲发展现状及主要问题,提出了应用生态系统工程技术支撑黄河三角洲盐碱地高效农业发展的新模式,并给出该地区未来生态保护和高质量发展的建议。该研究对于我国盐碱地的高效开发也具有重要意义。

基于无人机遥感的滨海盐碱地土壤空间异质性分析与作物光谱指数响应胁迫诊断

在已集中连片改造为农田的盐碱地上,开展无人机遥感作物土壤空间异质性分析与光谱指数响应胁迫诊断对于提升盐碱地利用效率、创造更多经济效益与生态价值具有重要意义。本研究以山东省东营市黄河三角洲典型滨海盐碱地集中连片旱作农田的主要作物——高粱和玉米为研究对象,利用固定翼无人机获取400 hm2滨海盐碱地多光谱遥感数据,并结合地面195个采样点的3个土层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)的土壤属性数据,对该研究区域内作物生长的土壤环境因子进行空间异质性分析与光谱指数响应胁迫诊断。基于土壤属性数据,利用反距离加权插值法,绘制该研究区域内土壤盐分、pH、有机质、全氮和速效氮共5个指标含量的水平与垂直空间分布图。插值结果显示,5种土壤属性指标存在显著水平和垂直空间异质性。基于随机森林模型,采用递归特征消除法,结合土壤指标对光谱指数的重要性值,探讨影响作物生长的主要土壤环境胁迫因子。结果表明,5种土壤属性因子均会对玉米和高粱生长造成影响,但主要胁迫因子分别为土壤速效氮含量(10~20cm)和3个土层的盐分含量。本研究为大面积农情胁迫监测提供了一项有效的地面与航空协同监测方案,为盐碱地旱作农田管理与决策提供了理论依据和技术支持。

椭球面冲孔吸热板太阳能空气集热器性能模拟

提出采用椭球面冲孔吸热板的渗透型空气集热器,模拟分析进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度、冲孔尺寸对空气集热器出口空气温升、集热效率的影响。冲孔尺寸一定时,在进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度变化范围内,集热效率均可达到50%以上。进风量、太阳辐照度、进口空气温度、环境温度、冲孔进口半径一定时,存在最佳冲孔出口半径,使出口空气温升、集热效率达到最大。较小的冲孔进口半径可获得较高出口空气温升、集热效率,但也增大了空气阻力,提高了加工难度,因此应选取适当的冲孔进口半径。