追肥对受淹玉米生长和产量的恢复效应

【目的】寻求适宜的追肥方案,最大程度恢复受淹玉米的生长和产量。【方法】分别于2017年和2018年6-9月,采用测坑模拟淹水的方法,在河南商丘开展了夏玉米淹水和排水后不同施肥方案的试验研究。夏玉米拔节-抽雄阶段,以淹水(W1)和不淹水(W2)为主处理,排水后施肥方案为副处理,分别为:不追肥处理(CK)、N 100 kg/hm^2处理(F1)、N 100 kg/hm^2+P2O575 kg/hm^2处理(F2)、N 100 kg/hm^2+K2O 75 kg/hm^2处理(F3)和N 100 kg/hm^2+P2O575 kg/hm^2+K2O 75 kg/hm^2处理(F4),试验小区重复3次。【结果】W1处理的玉米群体株高、株高整齐度、叶面积指数和产量比W2处理分别下降了4.6%、45.9%、10.9%和24.3%;对于淹水处理,排水后不同追肥措施可以显著降低淹水对玉米生长和产量所造成的危害(P<0.05),其中追肥F3处理的玉米群体株高比CK、F1和F2处理分别提高6.6%、4.7%和3.3%,株高整齐度分别增加130.8%、94.4%和48.3%,叶面积指数分别增加17.7%、9.7%和6.9%,产量分别增加20.9%、15.7%和13.1%,F3处理和F4处理间差异不显著;淹水显著降低了夏玉米植株的干物质积累(P<0.05),在淹水条件下,F3处理和F4处理的植株干物质积累量显著大于其他处理(P<0.05)。【结论】受淹玉米在排水后,追施氮肥对生长和产量具有显著的恢复效应(P<0.05),同时增施钾肥对氮肥具有显著的协同增效的作用(P<0.05)。在夏玉米生产区,对于受淹玉米生长和产量的恢复,氮钾配施氮100 kg/hm^2+K2O 75 kg/hm^2是较为适宜的灾后追肥方案。

复合式微流控脱水芯片的研制

报道了一种复合式微流控脱水芯片。采用玻璃、聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)和聚碳酸酯(PC)三种材质,采用不可逆封接方法分别制得玻璃—PDMS液路半芯片、PC—PDMS气路半芯片,中间夹一层聚四氟乙烯(PTFE)多孔滤膜,将两个半芯片可逆封接形成玻璃—PDMS…PDMS—PC结构的全芯片。该制备方法简单可靠,其液路半芯片和气路半芯片可以单独更换,使得使用成本降低。实验表明:该芯片脱水性能良好,可用于有机合成步骤中含水试剂的高效除水。

冬小麦SPAD值无人机可见光和多光谱植被指数结合估算

SPAD(Soil and plant analyzer development)值能够反映作物叶片叶绿素含量,是表征作物健康状态的重要指标。采用无人机搭载可见光和多光谱相机同步获取冬小麦可见光和多光谱影像,同时获取冬小麦叶片SPAD值,探究了可见光和多光谱植被指数与SPAD值的关系,将可见光植被指数与多光谱植被指数相结合进行SPAD值估算,利用逐步回归和随机森林回归方法估算SPAD值,并将估算结果进行对比,筛选出冬小麦叶片SPAD值的最优估算模型。结果表明,SPAD值与可见光植被指数(IKAW和RBRI)、多光谱植被指数(GNDVI、CI、GMSR和GOSAVI)具有较好的相关性,与可见光植被指数(CIVE)和多光谱植被指数(GNDVI)的相结合指数具有较好的相关性,其估算模型的R^(2)为0.89,模型验证的RMSE为2.55,nRMSE为6.21%。研究表明,可见光植被指数与多光谱植被指数相结合指数逐步回归和随机森林回归模型估算SPAD值的精度高于仅用可见光植被指数或多光谱植被指数,采用逐步回归的估算模型R^(2)为0.91,模型验证R^(2)、RMSE和nRMSE分别为0.89、2.32和5.64%,采用随机森林回归的估算模型R^(2)为0.90,模型验证R^(2)、RMSE和nRMSE分别为0.88、2.51和6.12%。

pH值和碳氮比对微生物燃料电池脱氮除磷效果的影响

【目的】探究pH值和碳氮比对微生物燃料电池脱氮除磷的影响,找出适宜pH值的和碳氮比。【方法】采用单室微生物燃料电池装置,设置不同的阳极液的pH值(W1=5、W2=6、W3=7、W4=8、W5=9);选取pH值=7,设置不同的碳氮比(N1=1∶1、N2=2∶1、N3=4∶1、N4=8∶1、N5=16∶1),共10个处理,测量2个反应周期内输出电压值、COD、氨态氮、硝态氮、总氮和总磷的变化。【结果】在其他条件相同的情况下,只改变阳极液的pH值,输出电压随pH值增大先增大后减小;pH值为8时产电性能最佳,最大电压为204.74 mV;COD、氨态氮、硝态氮、总氮随pH值增大呈先降低后增大的趋势,在pH值为8时,其去除效率最高,分别为74%、38%、93%和58%;在pH值为9时,总磷的去除效率最优为24%。只改变碳氮比时,当碳氮比为4时电压最大,为158.33 mV;COD、氨态氮、硝态氮、总磷的去除率随碳氮比增大先增大后减小,当碳氮比为4时,COD的降解率最大为65%;当碳氮比为2时,氨态氮的降解效率最好为35%;当碳氮比为8时,硝态氮和总磷的去除效率最高,分别为96%和16%;总氮的去除效率随碳氮比的增大而提高,当碳氮比为16时,总氮的去除效率最高,为59%。【结论】碳氮比为4∶1、pH值为8时可以取得较好的脱氮除磷效果。

豫东潮土区近14年土壤肥力和作物产量的演变及其对施肥的响应

【目的】土壤肥力是作物产量的基础和科学施肥的重要依据。本研究分析了豫东潮土区长期定位试验最近14年的监测数据,以明确常规化肥施用模式下农田土壤肥力和作物产量的演变特征及其对施肥的响应,为潮土区农田科学合理施肥及农业可持续发展提供理论依据。【方法】数据来自河南商丘实验站6个定位监测点,基于2006—2019年对0—20、20—40 cm土层9个土壤肥力指标(有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾、pH、土壤容重)的监测结果以及农田施肥量和作物产量的调查结果,运用修正的内梅罗指数法对土壤肥力进行了评价,采用通径系数方法分析农田氮磷钾化肥施用量对土壤肥力和作物产量贡献的影响。【结果】6个农田监测点0—20土层土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾和缓效钾含量及土壤综合肥力指数(IFI)均逐渐增加,2019年较2006年分别增加了84.1%、165.0%、28.0%、57.0%、61.6%、277.3%、0.37,速效磷含量总体变化不显著;20—40 cm土层土壤有机质、全磷、碱解氮、速效钾和缓效钾含量及IFI总体表现为逐渐增加,全氮、速效磷含量呈先增加后降低趋势;0—10、10—20 cm土层土壤容重提高。14年间,氮、磷化肥和氮磷钾化肥总施用量呈增加趋势,2019年较2006年分别增加了79.0%、186.0%和73.8%。2019年小麦和玉米总产量较2006年增加了4.2%,作物产量增幅明显小于化肥投入量的增幅。通径分析结果表明,2006—2009年间氮、磷、钾化肥对土壤肥力的贡献值分别为0.718、0.710、0.710,对作物产量的贡献值分别为1.091、1.087、1.087,而2010—2019年间对土壤肥力的贡献值分别为0.523、0.364、−0.620,对作物产量的贡献值分别为0.911、0.884、−1.108,明显低于2006—2009年。【结论】从2006到2019年的14年间,豫东潮土区农田化肥施用量增加了73.8%,而农作物产量仅增加了4.2%,且氮磷钾化肥对土壤肥力和作物产量的贡献呈降低趋势。14年间0—20 cm土层土壤pH无明显变化,土壤综合肥力指数总体处于中等水平,0—20 cm土层土壤结构趋于紧实板结,2010年以后的氮磷钾化肥用量对耕层土壤紧实板结有显著影响,需进一步研究适当减少氮磷钾化肥施用量、改善土壤通透性的施肥措施。

种植模式和补灌对玉米生长发育及产量的影响

为探明全膜双垄沟播技术和集雨补灌对玉米生长发育及产量的影响,采用完全随机区组设计,分别在不同全膜双垄沟播种植模式与补灌措施下对玉米干物质积累、叶面积指数、叶片 SPAD 值、0~200 cm土壤水分等指标进行对比分析。结果表明:在欠水年补灌条件下,全膜双垄沟播(FMRF70)种植模式不仅能够显著促进玉米的生长发育,还有利于玉米籽粒性状表现。干物质积累增加2.51%~26.88%,叶面积指数增加5.06%~14.37%,叶片 SPAD 值增加1.56%~8.75%,穗长增加0.3%~13.3%、百粒重增加3.3%~4.7%。全膜双垄沟播(FMRF70)种植模式能够充分利用有限的水资源,使0~200 cm土壤平均贮水量增加8.0 mm^23.54 mm,经济产量和水分利用效率均表现为FMRF70>FP>FMRF60>FMRF50,产量增加19.20%~78.96%, WUE 提高15.97%~70.00%,差异显著( P <0.05)。可见,全膜双垄沟播(FMRF-70)种植模式结合灌浆期适量补灌是半干旱区适宜的种植模式。

豫东农田耕层土壤盐分运移特征及影响因素分析

【目的】探究农田生态系统耕层土壤盐分运移特征及其与水环境关系。【方法】于2010—2020年对河南商丘固定区域内农田生态系统土壤、浅层地下水及流动地表水盐分特征进行观测,采用描述性统计及Piper图分析方法,研究观测区域中土壤及水体盐分特征长期变化规律及内在联系。【结果】降水量增加是引发耕层土壤(0~20 cm)盐分离子升高的重要原因。耕层土壤电导率最大值通常出现在10—11月,其与8月降水量的线性拟合效果最佳(拟合式为y=0.7943x+126.65,R2为0.6313,P<0.05)。2020年耕层土壤(0~20 cm)、浅层土壤(0~100 cm)及浅层地下水中Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)及土壤电导率显著高于2015年(P<0.05)。同时,2020年耕层土壤浸出液、浅层地下水及流动地表水水化学类型表现出高度相似性,表明耕层土壤与水体可溶性盐离子存在密切联系。【结论】豫东地区典型农田生态系统降水量、地下水位与10月的耕层及浅层土壤电导率表现为正向关系,且耕层土壤是水体可溶性盐离子的重要来源。

豫东农田生态系统不同水体水质长期变化规律及影响因素分析

为探究农田生态系统不同水体间水质状况差异特征及其与降雨量、地下水水位等因素的关系,本研究于2010—2020年对河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站周边4处流动地表水及5处浅层地下水进行监测,采用描述性统计及时间序列分析方法,分析该区域两种水体水质状况长期变化规律及其影响因素。结果表明:更新能力较差的浅层地下水中Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)含量及电导率通常高于流动地表水,降雨量增加时伴随的地下水位升高使表层土壤中的盐分离子更容易向地下水中迁移,进而导致两种水体水质的差异增大。在为期10年的监测中,所有离子均出现了明显的峰值,其中Na^(+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)于2012年3月在流动地表水中率先达到最大值,K^(+)于2011年9月在浅层地下水中率先达到最大值。不同时期两种水体的水化学类型相似程度较高,季节因素对水体中不同离子含量的周期性变化影响较小,而降雨及地下水位长期变化趋势是影响水化学类型和离子变化趋势的主要因素。当降雨量增加和地下水位上升时,浅层地下水中SO_(4)^(2-)和Cl^(-)含量易超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)Ⅳ类临界值,此时不宜选择浅层地下水作为灌溉水源。本研究证实了豫东地区典型农田生态系统水质变化与降雨和地下水位的长期变化规律紧密相关,可为该地区农田环境水质风险管理及农业生产用水选择提供理论支撑。

稻田水动力微生物燃料电池性能及其脱氮效果研究

【目的】探究微生物燃料电池在利用稻田分泌物的条件下对稻田氮素的去除作用。【方法】将圆桶形微生物燃料电池装置置于模拟的稻田排水环境中,水流带来的水稻根际分泌物是微生物的能量来源。本研究设置三种不同氮质量浓度的进水水平C1(8.57 mg/L)、C2(42.58 mg/L)、C3(77.13 mg/L),定期对出流液体进行取样,通过流动分析仪测定出流液中铵态氮、硝态氮量。【结果】C3处理中输出电压和运行期间做的总功最高,总发电量16.6 mW·h;当环境温度低于35℃时,输出电压值随温度增加而增加。对C3处理的输出电压与温度、前一日温度变化、运行时间进行多元回归分析,相关系数0.86,环境温度及其变化与装置的输出电压显著相关;铵态氮处理结束时的出流液中的铵态氮质量浓度比处理开始时的下降13%,硝态氮质量浓度下降23%。【结论】水动力微生物燃料电池装置在模拟的稻田排水环境运行过程中起到脱氮作用,且脱氮效果随装置的运行增强。