内蒙古乌兰布和沙漠东缘巨菌草生态系统服务功能价值评估

采用市场价值法、影子价格法和替代成本法等,估算内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠东缘单位面积巨菌草主要生态系统服务功能的价值.结果表明,该区域巨菌草生态系统服务功能的价值为144972元·hm^(-2)·a^(-1).其中:生产有机物质的价值为60450元·hm^(-2)·a^(-1),占41.70%;改良土壤的价值为7308元·hm^(-2)·a^(-1),占5.04%;固碳释氧的价值为73944元·hm^(-2)·a^(-1),占51.01%;阻沙固沙的价值为3199元·hm^(-2)·a^(-1),占2.20%;保护生物多样性的价值为71元·hm^(-2)·a^(-1),占0.05%.可见,巨菌草的生态系统服务功能中,除了生产有机物质具有重要的生产价值外,固碳释氧、保护生物多样性等支持功能和改良土壤、阻沙固沙等调节功能也具有重要的生态价值.

整杆式巨菌草双圆盘切割装置动力学研究与参数优化

巨菌草收获机切割器的模型与工作参数直接影响到收割能耗与质量。基于虚拟样机设计技术与切割仿真理论,利用ugnx1847参数化建立整杆式巨菌草双圆盘切割器三维实体模型及巨菌草物理模型,在adams/view模块中将巨菌草茎秆柔性化,导入adams中完成虚拟样机设计并进行刚柔耦合动力学仿真分析,试验验证虚拟样机设计及仿真的正确性。以刀盘倾角、刀片刃角、刀盘转速为影响因素,切割茎秆的切割力为评价指标表征切割损耗,对影响切割力与切割损耗的因素设计三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析。结果表明:切割器转速为480 r/min,刀片刃角为25°,刀盘倾斜角为2°时,切割力为最低水平266 N,切割损耗有效降低,为巨菌草切割器关键部位的优化设计提供理论和试验依据。

巨菌草分子研究及生态修复应用的进展

巨菌草具有生长速度快、生物量大、抗逆性强、适应性广等诸多优点,已作为优质牧草和生态治理材料被广泛栽培应用,特别是在生态脆弱区和重金属污染区修复方面获得了良好的成效。由于巨菌草引进我国时间较晚,关于巨菌草分子生物学方面的研究较少。对巨菌草的遗传分子标记、转录组学、抗逆等分子领域的研究进展及其在生态修复治理中的应用进行综述,以期为深入挖掘巨菌草的饲用价值和生态修复价值提供参考。

荒坡地种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响

研究种植于荒坡地、不同生长年限(1、2、3、5a)的巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力的影响。结果表明,不同生长年限巨菌草土壤微生物对不同碳源的利用随培养时间延长而增大,培养72—96 h变化最明显,培养144 h后各土壤AWCD值均达到最大值。总体上AWCD值大小依次为:2年生>3年生>1年生>5年生>CK,不同生长年限的巨菌草土壤AWCD值均比对照高,且差异显著,2年生AWCD值最高,其次为3年生,1年生、5年生巨菌草土壤AWCD值差异不显著。对培养96 h土壤微生物利用碳源特性进行主成分分析,31个碳源中提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分8个,其中主成分1至主成分8分别能够解释变量方差的25.39%、18.89%、11.28%、9.31%、6.84%、5.60%、5.26%、4.71%,合计解释变量方差的87.27%;主成分1、主成分2能够区分不同生长年限巨菌草土壤的微生物群落特征,2年生、3年生巨菌草土壤微生物功能多样性与CK相比,差异显著;与主成分1显著相关的碳源主要是糖类,氨基酸,羧酸和多聚物,与主成分2显著相关的碳源主要是氨基酸。不同生长年限的巨菌草的Shannon(H)、均匀度、Brillouin指数均高于CK,且差异显著,2年生与3年生差异不显著,1年生与5年生差异不显著。总体上不同生长年限巨菌草的土壤的pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量比对照高,其中3年生巨菌草的土壤有机质含量比对照高98.20%,5年生巨菌草土壤的碱解氮含量比对照高93.2%;除1年生巨菌草外,有机质、碱解氮含量均与对照差异显著。在荒坡地种植巨菌草,可增加土壤微生物群落功能多样性,在一定程度上提高土壤肥力,荒坡地种植巨菌草能产生一定的生态正效应。

巨菌草对土壤生态环境的影响

为评估巨菌草(Pennisetum Giganteum z.x.Lin)对土壤生态环境的影响,收集了黄河上中下游不同地区巨菌草和裸地(对照)的土壤样品,系统分析了巨菌草生长1 a后对土壤肥力、微生物和酶活性的影响,并定量分析了巨菌草对土壤性质的改善程度。结果表明,巨菌草具有降低土壤pH值和全钾、增加有机质、全氮、全磷、细菌、真菌、放线菌、过氧化氢酶、多酚氧化酶和脲酶等的作用;消除裸地(对照)的影响,巨菌草对土壤pH值和全钾的降低幅度分别为3.5%和4.6%,对有机质、全氮、真菌、放线菌、多酚氧化酶和脲酶的增加幅度均超过100%,表明巨菌草具有改善土壤生态环境的作用。

巨菌草蒸散发影响机制的研究

基于蒸散发观测数据,通过优化Si B2模型参数研究巨菌草的蒸散发过程及影响因素.研究表明:(1)巨菌草蒸散发在0.5～7.0 mm·d^(-1)区间波动,平均蒸散量为4 mm·d^(-1),总蒸散量为257.55 mm,蒸腾占蒸散发的比例为0.78;(2)灌溉和深层土壤水分是蒸散发季节动态的关键因素;(3)敏感性分析表明,巨菌草高度、叶面积指数和根系深度等形态学参数和气孔导度—光合作用截距、气孔导度—光合作用斜率、量子效率、光合作用高温抑制函数的1/2点等生理学参数对蒸散发影响比较显著;(4)单纯灌溉量增加对蒸散发的影响较小,巨菌草形态学和生理学特征响应灌溉量增加的变化是蒸散发增加的主要机制.

水分处理对巨菌草蒸散发过程及地上部生长的影响

利用盆栽试验研究了3种水分处理条件下(每周25、50、75 mm)巨菌草的蒸散发及其组分的规律.结果表明,巨菌草的蒸散发随水分输入的增多而增加,平均蒸散量分别为1.96、2.95和3.83 mm·d-1;平均蒸发与蒸散发的比值分别为0.467、0.429、0.422,说明输入水分增多使得巨菌草的蒸腾失水增加;根据平均蒸散发和平均蒸发与蒸散发比值,巨菌草的平均蒸腾速率分别为1.04、1.68、2.21 mm·d-1.随着巨菌草的生长,不同水分处理之间蒸散发的差异逐渐增大,土壤蒸发占蒸散发的比例逐渐下降,巨菌草蒸腾作用成为水分的主要散失途径.增加水分输入可极显著增加茎鲜重、叶鲜重和总干重,降低叶茎比和含水率.

基于气象条件的巨菌草蒸散发动态研究

巨菌草是一种已经并将继续在中国干旱和半干旱地区广泛推广的草种,其蒸散发(ET)动态是目前关注较多但仍未解决的问题,制约了灌溉制度、节水途径和潜力、抗旱性能提升以及产量预测等相关主题的发展。基于盆栽控制试验,利用Si B2模型模拟和回归分析方法揭示了巨菌草蒸散发的主要过程及影响因素。结果表明:受气象因素的影响,巨菌草ET在0.5~6.9 mm/d的范围内波动。其中,ET季节动态与温度、日照时数和饱和水汽压差的关系呈先增后减的单峰关系;随相对湿度、短波辐射和净辐射的增大,ET分别线性降低、增大和增大;连续晴天和连续阴天条件下,ET日动态主要受短波辐射和净辐射的正相关影响。利用气象因素建立的多元回归关系,能够解释99%巨菌草ET的波动,总体误差为3.38±7.64 mm。

巨菌草高温发酵产沼气的初步研究

巨菌草是一种光合作用效率很高的能源植物,用来发酵产沼气潜力很大。该研究以巨菌草为发酵底物,从菌群富集、堆沤预处理和发酵过程对其进行了高温发酵产沼气的初步研究。共富集得到了4个高温发酵巨菌草产沼气菌群,其中从牛瘤胃内容物中富集得到的4号菌群产气效率最高,15d的积累产沼气量达到了373.1 mL/g TS。实验结果表明:利用沼液对巨菌草进行堆沤处理效果较好,15d的积累产沼气量为406.5 mL/g TS;接种量为64%时产气持续性好,15d积累产沼气量可达442.6 mL/g TS;最佳起始碳氮比为21.5;添加氯化铵的巨菌草发酵启动早于添加尿素的发酵1～2d。该文为规模化利用巨菌草高温发酵产沼气提供了参考。

卢旺达高原坡地水土流失的研究与对策

【目的】卢旺达属热带高原气候,境内多山,被称为"千丘之国",人口密度高,耕作土地少,长期以来传统农业耕作方式不合理和为获取燃料而砍伐森林造成了严重的水土流失,制约当地农业可持续发展。【方法】我国援卢旺达农业技术示范中心把菌草作为解决这一难题治理水土流失列为重要的内容之一,本文通过设立3个不同模式的径流场试验。【结果】以"传统栽培农作物"模式为对照(CK),"等高线种植巨菌草"模式水流失率平均减少82.39%,土壤流失率平均减少96.26%以上;"等高线种植巨菌草活篱笆+梯田套种农作物"模式水流失率平均减少74.64%,土壤流失率平均减少90.4%以上。"等高线种植巨菌草"模式在有机质C,有效磷和钾含量方面比传统栽培模式更高,说明种植巨菌草具有改善土壤肥力的潜力。【结论】种植巨菌草,保持水土效果好,提高土壤肥力,产量高,利用菌草技术发展菌业和畜业,为当地农业可持续发展开辟一条新的途径。

巨菌草栽培食用菌的经济效益与市场前景

作为食用菌产销大国的我国,以往利用林木培育菌种不仅消耗大量的森林资源,而且严重破坏了其生态环境。巨菌草资源在国内十分丰富,具有可再生性的特征,在培育食用菌菌种上已经得到广泛应用。利用巨菌草培育食用菌可以很好地解决林木与菌类之间的矛盾,同时充分制约着菌类物质及林业生态间的平衡关系。以巨菌草为原料对食用菌进行栽培的市场前景、经济效益及市场价值均十分可观。

4种生长环境的巨菌草沼气发酵产气特性研究

巨菌草是一种优质高产的作物,用来发酵产沼气的潜力巨大。分别以阳台、焦地、水地和旱地4种生长环境下的巨菌草为研究对象进行厌氧消化。在中温(35℃±1℃)的条件下,采用批量式发酵工艺,对其产气特性和有机质含量变化与厌氧消化之间的关系进行分析。试验结果表明:巨菌草是一种较佳的发酵原料,阳台、焦地、水地和旱地巨菌草的原料产气率分别为616 mL·g^(-1)、680 mL·g^(-1)、769 mL·g^(-1)和643 mL·g^(-1);TS产气率分别为734 mL·g^(-1)、748 mL·g^(-1)、836 mL·g^(-1)和699 mL·g^(-1);VS产气率分别为816 mL·g^(-1)、901 mL·g^(-1)、1032 mL·g^(-1)和813 mL·g^(-1);将纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、粗脂肪、总糖、低聚糖、还原糖和淀粉在整个发酵周期中的降解情况与产气潜力进行对比可知,有机质和糖类含量的变化对厌氧消化产气性能的影响较大,提高有机质去除率可以改善原料的厌氧消化产气性能。对4个实验组的巨菌草累积产气量曲线运用一级动力学Modified Gomepertz方程进行拟合,分析出4种不同生长环境原料消化周期中的产沼气规律,得出实验组的实际累积产气量均接近于理论累积产气量。试验结果对巨菌草的工程应用与筛选巨菌草作为沼气发酵原料和缓解今后的能源紧缺具有重要意义。

巨菌草茎秆的压缩力学特性

采用复合材料弹性力学参数试验方法,对巨菌草茎秆和木质部的轴向压缩和径向压缩的力学特性进行了研究.通过数据分析得到巨菌草茎秆力学模型的全部弹性参数,并利用ANSYS进行静力学仿真分析.结果表明:巨菌草茎秆压缩试验得到的力学弹性参数与木质部压缩试验得到的力学弹性参数没有显著性差异,即茎秆的承载作用与木质部相近;茎秆的径向压缩弹性模量和最大抗压强度均比轴向压缩弹性模量和最大抗压强度小得多.

巨菌草幼叶及根转录组功能基因测序及分析

巨菌草生物量巨大,根系发达,是一种理想的水土保持、防风固沙禾本科C4植物。为了探讨巨菌草转录组信息,对其幼叶、根样本进行Illumina高通量测序和差异表达基因分析。经组装拼接共获得210806个转录本(transcripts)和150336条单基因簇(unigene),平均长度分别为760和642 bp。将获得的unigene与通用公共数据库进行比对,共有88765条unigene获得了基因注释。通过将巨菌草幼叶与根进行比较,共鉴定到5735个差异表达基因(DEGs),其中上调3435个,下调2300个。对DEGs做GO功能分析,上调DEGs主要集中在电子传递,碳水化合物代谢,金属离子结合等过程,下调DEGs则与代谢过程,催化活性,小分子代谢过程等相关。KEGG pathway富集分析共得到120条代谢通路,其中参与光合生物的固碳作用通路DEGs富集程度最高;参与次生代谢物的生物合成通路的DEGs数目最多。对DEGs转录因子分析显示,bHLH和WRKY是调控叶、根差异表达的主要转录因子。研究结果极大地丰富了巨菌草转录组信息,为今后巨菌草分子生物学研究提供了宝贵的数据资源,同时为巨菌草品种改良提供了理论依据。

基于实时荧光定量PCR筛选巨菌草内参基因

以巨菌草(Pennisetum giganteum)的叶片、茎、根为试验材料,通过分析8个基因18s rRNA、Actin、GAPDH、ACTB、EF-1α、UBQ、CYP、TUB在正常生长、干旱以及盐碱胁迫下荧光定量PCR中稳定性表达情况,筛选巨菌草的稳定内参基因。利用geNorm、NormFinder和BestKeeper软件计算内参基因的表达稳定值并进行排序,最终通过赋值法综合排序确定稳定内参基因。结果表明,内参基因的稳定性在不同处理下存在差异。其中,ACTB稳定性好,为本研究筛选出巨菌草的内参基因。本研究筛选出的内参基因,为后续巨菌草功能基因表达分析奠定了基础。

巨菌草播种机漏播补种系统设计

针对缓坡地预切种式菌草种植机存在的漏播现象,提高菌草播种机械作业的质量和自动化水平,提出一种基于stm32的漏种补播系统,该系统采用光电对射传感器和编码器分别监测漏种和排种器转速,在监测到排种器漏种时驱动补种器步进电机执行补种动作,播种发生故障时自动报警。为验证系统的可靠性,对试验样机进行测试。结果表明,排种速度在1~6 kmh时,播种机的漏种率较低,漏种后的补种率高,提高了巨菌草种植机的播种质量。

巨菌草收割装置发展现状及趋势

巨菌草收割是菌草产业中劳动强度最大的工作环节之一.在国内,目前对巨菌草切割的相关研究较少,没有有效巨菌草茎秆切割装置.首先,通过对巨菌草的茎秆拉伸、压缩和弯曲等力学特性,以及直径和含水率等影响茎秆的抗拉压强度因素进行综述,对比不同的茎秆切割器研究现状得出:合理匹配圆盘式切割器结构参数与运动参数能够减小重割和漏割,而往复式切割的切割速度对剪切力影响较小,切割间隙和切割刀片组合形式对剪切力影响大.其次,指出虚拟仿真技术这一较新的技术领域,为探究切割装置提供了新的技术方法.最后,提出巨菌草收割目前存在的问题以及切割装置在未来应向智能化和多功能化发展的观点.

巨菌草茎秆粉碎机的设计研究

本文根据巨菌草力学特性,设计出一款巨菌草专用粉碎机,该机集合粗粉与细粉为一体,粉碎效率高,粉碎粒度均匀、细致,对粉碎轴、粉碎刀具、锤片、动刃、压辊等重要零部件进行了设计,通过对重要部件的受载情况进行分析,运用材料力学危险截面的校核法对其进行校核,保证其安全性。

基于重金属染污修复的菌草品种筛选与应用

植物修复是重金属污染土壤修复治理的重要方法。菌草生物产量高,是土壤重金属植物修复研究与应用的重要对象之一。本试验引进菌草品种四个,选用高Cd (2.16 mg/kg)背景土壤,旨在研究不同品种对不同重金属的吸收积累特性,以期筛选出针对不同重金属污染土壤的修复植物。结果表明:1) 菌草品种地上部生物量,巨菌草最高,其次是巨菌草J1,莱牧1号最低。地上部鲜重,巨菌草和巨菌草J1极显著高于莱牧1号(P 巨菌草J1 】紫菌草 】莱牧1号,其中:巨菌草Cd积累量极显著高于莱牧1号、显著高于紫菌草,巨菌草J1的Cd积累量显著高于莱牧1号;Pb、Cr、As、Hg积累量品种间均无显著差异。可见,巨菌草和巨菌草J1对Cd具有很强的富集能力,而紫菌草对Cr污染治理、莱牧1号对Hg污染治理具有良好的应用潜力。