掺氮TiO_2溶胶改性竹炭的制备及其性能研究

竹炭是以竹材为原料经高温炭化获得的固体产物,具有丰富的孔道和比表面积,但也存在着易饱和吸附等缺点。研究了竹炭的微观结构,并采用掺氮TiO2溶胶对竹炭进行了复合改性,利用二氧化钛的光催化效应来提高竹炭的功效。研究结果表明:竹炭主要由导管、维管束、细胞壁构成,细胞壁微孔是竹炭的高比表面积、高吸附的主要原因;竹炭改性后,TiO2颗粒主要富集在竹炭表面,使竹炭的光催化性能得到明显提高;上述研究为长效功能竹炭的开发奠定基础。

竹炭微结构的研究

以竹材经高温炭化获得的固体产物--竹炭为研究对象,利用X射线衍射分析(XRD)、红外光谱分析(IR)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等测试技术对竹炭结构及形貌进行了研究。研究结果表明,竹炭结构是含石墨微晶的无定型碳结构,基本保持竹材的微观形态,有明显的塌陷现象,细胞壁上的微孔道是竹炭具有较大比表面积的主要原因,导管内壁存在类似层状石墨结构;竹炭主要成分是C和O,并含有K、Si等微量元素。上述研究为长效多功能竹炭制品的开发奠定基础。

河套灌区节水减肥对玉米不同生育期水分和养分的影响

为探究不同灌水和施肥条件对河套灌区不同生育期玉米生长的影响,以玉米“金苹628”为材料,分别研究了低水(1800 m^3/hm^2)、中水(2250 m^3/hm^2)、高水(2700 m^3/hm^2)3个灌水水平,低肥(300 kg/hm^2)、中肥(375 kg/hm^2)、高肥(450 kg/hm^2)3个施肥水平,并以当地一般灌水量和施肥量为对照(CK),共10个处理在苗期、拔节、抽雄、灌浆、成熟期对土壤水分、养分和玉米生长的影响。结果表明:拔节期以后,土壤平均含水率呈下降趋势;抽雄和灌浆期玉米耗水量最大,占整个生育期耗水量65%以上;拔节期土壤硝态氮累积量最小,植物吸收大量养分供玉米快速生长;高水水平下,玉米产量及水分利用效率随灌水和施肥量的增加呈先增后减趋势。通过多元逐步回归分析不同生育阶段土壤水分和养分对玉米生长的影响,筛选出不同生育期对玉米生长影响更为关键的要素,得出在抽雄、灌浆、成熟期土壤水分对玉米生长的影响比土壤养分大,拔节期土壤养分对玉米生长的影响比土壤水分大。研究结果可为河套灌区节水减肥,合理分配水资源,减少氮素面源污染,保障玉米稳定生长提供理论基础。

河套灌区不同水肥处理对玉米生长影响的AquaCrop模型模拟

为探究内蒙古河套灌区玉米生长适宜的水肥管理方案,开展了不同灌水与施肥水平玉米田间试验。利用田间实测数据对AquaCrop模型进行了率定与验证,以此为基础,采用AquaCrop模型模拟分析了不同灌水和施肥条件下玉米产量和水分利用效率的变化规律。结果表明:(1)模型率定和验证过程中冠层覆盖度和生物量模拟值与实测值的R 2分别介于0.74~0.99,0.87~0.99;NRMSE分别介于4.55%~12.32%,5.77%~27.07%;E_(NS)分别介于0.90~0.99,0.85~0.99;各处理产量模拟值与实测值间R 2分别为0.99,0.97;NRMSE分别为4.59%,3.42%,E_(NS)分别为0.95,0.97;水分利用效率模拟值与实测值间R^(2)分别为0.81,0.86;NRMSE分别为6.75%,13.85%,E_(NS)分别为0.96,0.83。说明AquaCrop模型在河套灌区具有很好的适用性。(2)利用校验后的模型模拟了不同施肥水平下灌水量变化对玉米产量和水分利用效率的影响,当灌水量达270 mm后,继续增加灌水量,玉米产量和水分利用效率基本保持不变,甚至有所降低。(3)以稳产高效为目标,中肥条件下,灌水270 mm时玉米产量和水分利用效率均为各灌水量中的最优值。因此,推荐灌水270 mm、施肥375 kg/hm^(2)为研究区保障玉米稳产高效的最优灌溉施肥组合。

基于投影寻踪聚类评价模型的河套灌区玉米灌溉施肥模式优选

【目的】探究适宜的水肥管理方案。【方法】设置不同水肥组合即:低水(1800 m^3/hm^2)、中水(2250 m^3/hm^2)、高水(2700 m^3/hm^2),低肥(300 kg/hm^2)、中肥(375 kg/hm^2)、高肥(450 kg/hm^2)共9个处理,并以当地一般灌水量和施肥量为对照(CK)的田间试验,研究了不同处理下玉米产量和水肥利用效率的变化。【结果】玉米耗水量随灌水量和施肥量的增加而增加。尽管CK耗水量和产量高于9个水肥处理,但其水分利用效率和氮肥偏生产力不高。高水中肥处理与CK相比减产4.1%,但其减产率为各处理中的最小,其水分利用效率和氮肥偏生产力较CK分别提高22.2%、53.5%,且均大于其他处理。【结论】基于遗传算法的投影寻踪聚类(RAGA-PPCE)评价结果表明灌水2700 m^3/hm^2、施肥375 kg/hm^2为最优水肥组合,为研究区较适宜的灌溉施肥制度。

盐渍化灌区玉米施氮量阈值DNDC模型模拟

为了寻求保障农业生产和环境友好的适宜施氮量,该研究利用内蒙古河套灌区2a田间试验数据对脱氮-分解作用模型(Denitrification-DecompositionModel,DNDC)进行了率定与验证,模拟并研究了影响硝态氮淋失量和植株吸氮量的关键因素,以及玉米施氮量阈值。结果表明:1)DNDC模型可以较好地模拟玉米产量及氮素吸收利用情况,率定和验证过程中玉米产量、叶面积指数和收获时土壤0~20cm土层土壤硝态氮累积量纳什效率系数与R;均不小于0.75,标准均方根误差为9.26%~21.48%。2)施氮量和追肥次数对硝态氮淋失量和植株吸氮量的影响较大,而耕作深度和灌水量对硝态氮淋失量和植株吸氮量的影响较小。且过多施用氮肥不会促进植株吸氮量和产量的增加,反而会增加硝态氮淋失量造成环境污染。3)植株吸氮量和玉米产量均随施氮量增加呈先增长后逐渐趋于稳定的趋势。此外,当追肥次数为3次时,生育期植株吸氮量较追肥1次和2次时的植株吸氮量平均高167.18%和31.27%。4)当追肥次数相同时,硝态氮淋失量随施氮量增加而增加;当施氮量相同时,随追肥次数增加,硝态氮淋失量逐渐降低。当追肥次数为2次和3次时,生长季硝态氮淋失量较追肥1次时平均减少41.96%、59.75%。综合考虑玉米产量、硝态氮淋失量和植株吸氮量,当施氮量为165.50~200 kg/hm^(2),且分别在拔节期、抽雄期和灌浆期进行追肥为较优的施肥方案。研究成果可为减少河套灌区地下水环境污染及资源浪费提供技术支撑。