生物质储藏技术研究进展

在全面响应“碳达峰”“碳中和”的背景下,需对典型可再生资源——生物质的利用与储藏进行研究。现有关于生物质直接储藏的研究大多借鉴的是堆肥、食品贮藏、秸秆青贮等技术的研究方法,对生物质在储藏阶段的温室气体排放不够重视。生物质储藏能够弥补原料采收、供应和需求之间的差异,是生物质供应链的核心环节。回顾了生物质储藏的概念、自发热与干物质损失机理,对比了生物质储藏技术与堆肥、厌氧消化、成型燃料储藏等传统技术。在此基础之上阐述了生物质储藏过程中产生温室气体的机理,并提出了减少干物质损失的新方法。在已有研究成果的基础上加大对储藏技术的研发投入,提高生物质储藏效率,可为生物质原料的绿色高效储藏提供依据。

小麦物质生产与积累的模拟模型

采用高斯积分法模拟小麦冠层每日的总光合同化量 ,并经呼吸消耗与物质转化形成生物量。同时考虑了温度、水分、CO2 浓度、生理年龄和 N素丰缺对光合作用的影响。建立了植株临界 N浓度、最小 N浓度和生理发育时间的曲线关系。采用不同地点不同品种不同处理的试验对模型预测的生物量进行比较 ,结果表明 ,模拟值与实测结果吻合很好 ,相对误差小于 8%。

基于MODIS植被指数的甘南草地生物量

利用2006-2008年MODIS植被指数和同期野外调查数据,建立草地地上部分干物质产量遥感监测模型。根据七种草地类型多年平均根冠比对2006-2008年甘南草地生物量(地上+地下部分)进行了估算,比较了不同时间尺度下的模拟效果,绘制了甘南草地生物量空间分布图,分析了不同地区、海拔高度和草地类型的草地生物量特征,探讨了甘南地区草地生物量的年际变化。结果表明:2006-2008年甘南草地生物量分别为3.784×10^(13),3.527×10^(13),3.26×10^(13) g,其空间分布具有自西向东逐渐减少的趋势;在没有消除噪音的情况下,用月作为时间尺度的模拟效果较好;甘南草地生物量在3000～4000 m处的产量最高,占草地总产量的84.69%;2006-2008年甘南草地生物量呈减少趋势,年均减少速率为97.91 g/(m^2·a)。

高产水稻品种的物质生长特性

本试验于１９９５年在云南省丽江地区永胜县涛源乡进行，研究了每公顷实收７．４７～１４．３３吨的６个籼稻品种的物质生长特性。结果表明：①生物产量的差异主要出现在抽穗以后，生物产量高的品种，籽粒产量也高，者的相关性达极显著（ｒ＝０．９５７９＊＊）。②抽穗后光合产物对产量的贡献大于运转量的贡献，然而产量却随着运转量的增加而提高。③群体生长率（ＣＧＲ）在水稻生长过程中出现３次高峰，分别在穗分化期、开花期和收获期；不同品种ＣＧＲ的差异主要出现在某一生长期的结束阶段；④穗分化前，ＣＧＲ主要受叶面积指数（ＬＡＩ）的限制；穗分化以后，主要受净光合速率（ＮＡＲ）的限制。

臭氧胁迫下冬小麦物质生产与分配的数值模拟

利用ML9810B型臭氧监测分析仪,测定了浙江嘉兴麦田空气O3浓度,并通过改进的开顶式气室实验确定O3浓度变化对冬小麦叶片光合速率的影响函数.在此基础上,加入O3对叶片生长和穗部光合影响的模拟函数,建立反映O3对冬小麦生长和产量形成影响的作物模型.模型的检验结果表明,该模型较好地反映了O3对冬小麦生长的影响,生物量平均相对误差为10.3%.对冬小麦春后生育期(3—5月)的研究表明,水肥适宜时,由O3影响造成的该地区冬小麦干物质累积总损失量为11.4%,产量损失为17.8%.

低磷胁迫下云南松幼苗的生物量及其分配

对云南松幼苗进行低磷胁迫的实验表明：不同磷处理水平下云南松幼苗的总生物量、茎叶生物量和株高在处理间的差异极为显著；随着培养液磷浓度的降低，云南松幼苗茎叶生物量和总生物量下降，株高降低，侧芽数减少；总生物量与茎叶生物量之间存在极显著的相关关系和线性回归关系，总生物量随培养液磷浓度的降低而下降主要是由茎叶生物量随培养液磷浓度的降低而下降引起的。低磷胁迫下云南松幼苗的根系生物量并没有随培养液磷浓度的降低而明显减少，根系生物量保持在比较高的水平，低磷胁迫下的云南松幼苗主要以降低茎叶生物量为代价来提高根冠比并保持根系生物量在比较高的水平来维持整个生命。实验还表明，在培养液磷浓度0．03125～0．00781mmol·L^-1之间或附近，存在着一个云南松幼苗对低磷忍耐的临界值。

油菜物质生产与积累的模拟模型

油菜物质生产与积累是由单位绿色叶面积和群体绿叶面积光合作用的结果,单位叶面积的光合作用采用负指数方程描述,群体则采用高斯积分法模拟每日油菜冠层总同化量。扣除呼吸消耗与物质转化损耗形成群体生物量。同时考虑了温度、生理年龄对单位叶面积光合作用的影响以及水分、CO2浓度、氮素丰缺对群体干物质积累的影响。采用不同播期、不同品种、不同密度的试验对模型预测的地上部干物重进行验证,结果表明模拟值与实测结果吻合很好,相对误差小于7％。

超高产水稻品种叶绿素变化规律研究初报

对3个产量水平不同的水稻品种叶绿素含量变化规律进行了研究。结果表明:超高产品种沈农606和高产品种辽粳294在整个生育期内叶绿素含量都高于秋光,特别是在生育后期叶绿素含量下降迟缓,成熟时明显高于秋光,但其叶绿素a/b值始终低于秋光。沈农606和辽粳294齐穗后积累的干物质较多,且产量高于秋光,可能与它们具有较高的叶绿素含量和较低的叶绿素a/b值有关。

温室甜椒生长与产量预测模型

基于光温的作物生长模拟模型是进行温室作物和环境优化调控的有力工具。通过不同品种、不同生态地点的温室播期试验,定量分析辐射和温度对甜椒干物质分配和果实采收指数的影响,以及果实干物质量增长和鲜质量增长的关系,建立以辐热积为预测指标的甜椒干物质分配模型,并将其与光合作用驱动的干物质生产模型以及果实干物质量增长和鲜质量增长的定量关系相结合,建立温室甜椒生长动态与产量预测模型。利用与建模相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,模型对Venlo型连栋温室和日光温室中种植的不同品种甜椒的干物质生产与分配和产量的预测结果较好,建立的模型参数少且易获取,实用性较强,可以为中国温室甜椒生产中光温的管理提供决策支持。

种植密度对青贮玉米品种产量及相关性状的影响

以6个青贮玉米品种为试验材料,研究了3种种植密度对青贮玉米生物产量、干物质产量及相关性状的影响。结果表明,不同品种之间生物产量和干物质产量差异极显著;不同密度下品种的生物产量和干物质产量差异极显著;品种与密度互作之间生物产量和干物质产量差异分别为显著和极显著。龙育1号、高油169和高油115作为优质青贮高油玉米在黑龙江省适宜种植密度分别为7.0～8.0万株/hm2、7.0万株/hm2和6.0万株/hm2;黑饲1号在6万株/hm2时产量较高;龙辐208在7万株/hm2种植条件下,其生物产量和干物质产量均较高,尤其干物质产量最高;青贮玉米品种的青贮生育日数、株高、穗位、茎粗、收获期绿叶片数差异不大,品种之间差异主要由品种自身特性决定。中原单32可作为粒用玉米种植推广。

密度对青贮玉米产量和品质的影响

以4个青贮玉米品种为试验材料,研究了4个种植密度对青贮玉米生物产量、干物质产量和品质的影响。结果表明:不同品种之间生物产量和干物质产量差异极显著;不同密度下品种的生物产量和干物质产量差异极显著;不同密度对不同品种品质影响较大,增加密度有助于青贮玉米品质的提高。青贮玉米品种的生育期、株高、穗位高、茎粗、收获期、绿叶数差异不大,品种间差异主要由品种自身特性决定。

花前光照亏缺对水稻物质积累及生理特性的影响

以超级杂交稻"Ⅱ优航2号"为试验材料,大田条件下,水稻拔节期～始穗期设置55%和85%两个遮光处理,以全生育期自然光为对照,对花前光照亏缺条件下水稻物质积累及生理特性进行研究。结果表明,花前光照亏缺极显著地降低了水稻产量,遮光55%和85%处理的产量比自然光对照分别降低48.25%和70.54%,产量降低主要是由于单位面积有效穗数和穗粒数降低;但结实率在各处理之间无显著差异;生物产量和收获指数显著下降。花前光照亏缺抑制了花前物质的积累、运转率、对籽粒贡献率,并随着强度增加,受抑制程度加大。生理特性研究结果表明,随光照亏缺程度增加,水稻叶片硝酸还原酶活性、净光合速率和稻株伤流量受抑制程度增加,丙二醛含量增加幅度加大。光照亏缺引起了功能叶片光合性能、膜系统及根系活力等功能的全面弱化、紊乱、衰变,并引起光合产物运输受阻,降低了叶面积扩展速率,总叶面积减少,净同化率下降,从而导致水稻光合生产能力的下降,干物质生产量减少,最终导致水稻产量显著降低。

高产玉米物质积累与分配的研究

为了研究高产玉米的物质积累和分配,选用先玉335高产玉米品种为试验材料,常规玉米种植为对照,研究了高产玉米各器官粗蛋白、籽粒粗淀粉等物质的动态变化以及成熟期生物产量分配。结果表明,与对照相比,高产玉米茎、叶中的干物质含量在8月中旬之前积累较快,之后逐渐向籽粒中转移,直到完熟期各器官干物质含量基本保持不变;在整个生长季,高产玉米籽粒淀粉含量高于对照,而粗蛋白含量则低于对照;从生物产量分配比例来看,高产玉米根、茎、叶、穗轴产量占整株生物产量的比例都低于对照。整体看来,高产玉米最适的收获时期是9月下旬的玉米蜡熟末期。

不同施水量对黄芩干物质积累与分配的影响

为研究施水量对黄芩的影响，确定适宜黄芩生长的水分条件，在黄芩生长季节模拟降水量设4种不同施水量处理，测定黄芩生长形态指标和各器官干物质重量，计算黄芩各器官干重占总生物量大小。结果表明，施水量多的处理和施水量少的处理根干重、地上千重、总生物量较低，施水量不足对黄芩地上部的影响大于对根部的影响；中度和轻度水分胁迫处理黄芩根重、地上重、总生物量较高；黄芩比较耐旱，年降水量在321～450mm，黄芩生长季节降水量在250～350mm，黄芩地上部与地下部生长协调，各器官物质分配合理，产量高。

冀中平原主栽山药品种的生长发育和养分累积特征

【目的】我国山药种质资源丰富,生态条件、栽培技术措施等各异,因此不同产地、不同品种的山药生长发育特性、养分累积及分配特性等均存在较大差异。本研究分析比较了冀中平原3个主栽山药品种的生长发育以及对氮磷钾养分的吸收、累积动态特征,以期为山药可持续生产中养分资源的高效管理与利用提供理论依据和技术支撑。【方法】以研究区域主栽的棒药、紫药和小白嘴为供试品种,在农民常规管理的山药田随机设置采样小区,分别于山药播种后的80 d、110 d、140 d和180 d取样,测定山药根茎、茎、叶的鲜干重及氮、磷、钾养分含量。【结果】茎叶生物量随生育进程呈现先升后降的变化趋势,而根茎的生物量在收获期达到最高。棒药根茎鲜生物量显著高于紫药和小白嘴,但由于棒药栽培密度显著低于紫药和小白嘴,导致3个品种单位面积根茎的干物质积累量基本相当。对鲜干生物量累积动态特征的分析表明,与紫药和小白嘴相比,棒药鲜干生物量最大累积速率差异不大,但鲜干生物量快速累积持续期明显延长,最大累积速率出现的时间较晚。不同山药品种各养分的累积分配及养分利用效率不同,在整个生育期内,对氮磷钾养分的累积量3个品种均表现为K_2O≥N> P_2O_5,根茎>叶>茎,其中棒药对氮磷钾的累积量均最高,氮磷钾养分生产效率也均为最高,紫药和小白嘴差异不显著。对养分的累积动态特征分析结果表明,棒药对氮素和钾素的快速累积持续期最长,且最大累积速率也最高,但3个品种对磷素的累积动态特征差异不明显。【结论】供试3个品种中,紫药和小白嘴的生长发育及养分吸收累积动态特征相似,但与棒药明显不同。棒药的生物量大,产量高,养分的生产效率也最高,形成单位产量的养分需求量显著低于紫药和小白嘴。

灌浆期弱光逆境对小麦生长和产量影响的模拟模型

【目的】定量研究灌浆期弱光逆境对弱筋小麦生长和产量的影响,为应对全球气候变化造成的弱光天气事件对小麦生产的不利影响提供决策依据。【方法】以弱筋小麦品种扬麦15号、扬麦13号和宁麦9号为试材,通过设定灌浆期4个光照强度(光照强度分别为自然光强的100%、50%、34%和16%)和4个弱光持续时间(2 d、4 d、6 d和8 d)的遮阴处理试验,模拟连阴雨天气导致的弱光逆境对小麦生长和产量的影响。在定量分析试验数据的基础上,确定弱光逆境对小麦叶片光合作用、叶面积指数和经济系数的影响因子的计算方法。将上述影响因子计算公式与SUCROS模型结合,建立灌浆期弱光逆境影响小麦生长和产量的模拟模型,并使用独立试验资料对模型进行检验。【结果】小麦灌浆期日总光合有效辐射低于3.71 MJ.m-2且持续2 d以上对叶片净光合速率产生显著影响;日总光合有效辐射低于3.71 MJ.m-2且持续4 d以上对叶面积指数、干物质生产和产量产生显著影响。用独立试验资料对模型检验的结果表明,模型对叶片净光合速率、叶面积指数、总干重和产量的模拟值与实测值基于1﹕1线的决定系数(R2)分别为0.78、0.88、0.96、0.96,相对均方根差(rRMSE)分别为5.69%、12.46%、3.32%、5.24%。【结论】本研究建立的模型可以较好地模拟不同强度和持续时间的弱光逆境对小麦灌浆期生长和产量的影响,从而为评估全球气候变化背景下弱光天气事件对小麦生产的不利影响提供了模型工具。

不同灌水量对盆栽棉花干物质积累和分配的影响

为研究不同灌水量对转基因抗虫棉生物量的影响,在盆栽条件下,以华杂棉H318为试验材料,参照自然蒸发量,设置5个灌溉处理(T1、T2、T3、T4、T5),研究不同灌水量对棉花干物质积累和分配的影响。结果表明,随灌水量增加,生殖器官干质量和铃数呈上升趋势,根系和地上部分生物量增加。"果节/叶面积"以T5最大,"铃数/叶面积"T1最高,"生殖器官干质量/叶面积"随灌水量减少而降低。T3处理根冠比和生殖器官干物质分配率较高,生物量灌溉水利用效率最大。在提高水分利用效率的前提下,T3为最佳的灌水比例。

温室盆栽一品红生长发育模拟模型

红生产中的光温精准调控提供理论依据与决策支持。以一品红品种‘中国红’(Euphorbia pulcherrima Willd.Red China)为研究对象,通过不同定植期和不同密度的试验,定量分析了一品红生长发育与光温的关系。在此基础上,以生理辐热积(Physiological product of thermal effectiveness and PAR,PTEP)为尺度,建立了温室盆栽一品红生育期模拟子模型;以冠层吸收的生理辐热积(Canopy intercepted PTEP,PTEPint)为尺度,建立了温室盆栽一品红干物质生产和分配模拟子模型;综合生育期模拟子模型与干物质生产和分配模拟子模型,建立了温室盆栽一品红生长发育模拟模型,并用独立的试验数据对模型进行了检验。模型对从摘心到短日处理、单苞、单蕾、多蕾和开花期的模拟预测值与实测值的符合度较好。模拟值与实测值基于1︰1线的决定系数R2为0.99,回归估计标准误差RMSE分别为0.7、3、3.5、0.7和2d,预测精度明显高于以有效积温为尺度的发育模型(RMSE分别为8、4.5、3.8、2.8和7.2d)。模型对单位面积总干质量、叶干质量、茎干质量和苞叶干质量的模拟值与实测值基于1︰1线的R2和RMSE分别为0.98、0.97、0.91和0.95;7.12、7.49、3.89和2.48g/m2。模型对一品红单位面积总干质量的预测精度明显高于基于光合作用驱动的生长模型(R2和RMSE分别为0.77和35.06g/m2)。该研究建立的模型能够较准确地预测温室盆栽一品红各生育期出现时间、干物质生产和各个器官干质量的动态,模型的预测精度较高、参数少且易获取、实用性较强。

种植密度对春玉米广德5干物质积累量和产量的影响

为揭示不同种植密度对中熟春玉米品种广德5干物质积累量、产量以及产量性状的影响,该研究于2017年以广德5的5个密度水平为研究对象,分析了6.00万,6.75万,7.50万,8.25万,9.00万株/hm^2密度处理对春玉米株高、叶面积、干物质积累量、收获指数、产量及产量性状的影响。结果表明:随着密度的增加,广德5的株高呈先增加后降低的单峰曲线变化趋势,以7.50万株/hm^2处理的株高最高,最大值为386.70 cm;叶面积指数随着密度的增加呈逐渐升高趋势,且在大喇叭口期以前差异性较小,大喇叭口期开始各密度处理下的叶面积指数均表现为9.00万株/hm^2>8.25万株/hm^2>7.50万株/hm^2>6.75万株/hm^2>6.00万株/hm^2;随着密度的增加,广德5单株干物质和群体干物质均随着生育期的推进呈逐渐增大趋势,不同种植密度对不同生育期单株干物质和群体干物质影响的大小顺序分别表现为6.00万株/hm^2>6.75万株/hm^2>7.50万株/hm^2>8.25万株/hm^2>9.00万株/hm^2和7.50万株/hm^2>6.75万株/hm^2>8.25万株/hm^2>6.00万株/hm^2>9.00万株/hm^2;以7.50万株/hm^2处理的籽粒产量和纯收益最大,其值为17 959.33 kg/hm^2和15 422.75元/hm^2。通过干物质积累、籽粒产量和纯收益的综合分析来看,广德5的较适宜种植密度在7.50万株/hm^2左右。

南川木波罗幼苗构件生物量和叶片特征随年龄增长的变化

为深入了解南川木波罗构件种群生物量、比叶面积及叶干物质含量随苗龄叶龄的变化规律,以南川木波罗幼苗（1～5年生）为研究对象,分析其根、茎、叶等构件种群的生物量、SLA、LDMC 差异及动态变化.结果表明：（1）单株生物量随着苗龄增加而增加,且差异达显著性水平；（2）各构件生物量增加的幅度不尽相同,其中枝条生物量增长幅度最大,5年生幼苗与2年生幼苗相比达477．23倍,其余构件生物量为主干＞叶＞根；（3）枝条和主干的生物量比率总体上呈上升趋势,所占根比率变动较小而叶逐渐下降.表明植物体对各构件生物量投资的不均衡性,主要偏向于枝和主干；（4）SLA 随着苗龄的增加呈先上升后降低的趋势,且当年生叶大于1年生叶；幼苗叶片干物质含量（LDMC）随苗龄增加而增加,且1年生叶均高于当年生叶.