科研产出
生物炭与有机肥等碳量投入土壤肥力与细菌群落结构差异及关系
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了探究推荐施肥(NPK)、增施生物炭(NPKB)和增施有机肥(NPKO)的土壤肥力和细菌群落结构差异及它们的相互关系,调查了马铃薯根际土壤特性、细菌群落组成和多样性,并分析这些因素对土壤综合肥力指数(IFI)的直接和间接影响.结果表明,NPKB和NPKO处理的土壤pH、有效磷(AP)、速效钾(AK)、全氮(TN)、有机碳(SOC)和C/N均显著高于NPK处理(P<0.05).土壤IFI为NPKO最大(1.34),NPKB次之(1.21),NPK处理最小(0.65). NPKO处理较NPK和NPKB处理具有更高的细菌多样性和显著差异类群数,土壤AN、AP、AK、SOC、TN和IFI是细菌多样性指数的显著相关因子(P<0.05);pH、TN和SOC是细菌类群差异的显著影响因子(P<0.05),重要性排序为:TN(70.59%)>SOC(49.42%)>pH(27.08%).结构方程表明,土壤pH相关的土壤特性和细菌群落多样性是影响IFI的直接路径,土壤pH相关的土壤特性还可通过影响细菌Shannon多样性间接影响IFI.这些结果表明土壤肥力和细菌群落结构在生物炭和有机肥增施处理间有显著差异且相互关联,土壤pH和细菌群落多样性是影响土壤综合肥力水平的关键因素,其中NPKO处理对土壤综合肥力水平的提升效果最佳.
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基于模拟优化模型的干旱风沙草原区水-粮食-能源关系
《排灌机械工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：定量分析干旱风沙草原区水-粮食-能源（WFE）关系，可为制定草原区生产、经济和生态环境等政策提供科学的支持.采用基于Python语言的MODFLOW模型——FloPy,在考虑研究区牧草产量和灌溉能源消耗的基础上，构建了一个紧密耦合干旱风沙草原区WFE系统理想案例的多目标模拟优化模型，并使用多目标优化工具Pymoo框架下的NSGA-Ⅱ算法进行了求解.结果表明：所构建的模拟优化模型可以定量计算干旱风沙草原区的WFE关系，Pymoo提供的NSGA-Ⅱ算法在WFE关系多目标优化中具有较好的搜索效率与稳定性；使用权重wx对设定的6种方案进行对比分析，一般年（方案1—3）与干旱年（方案4—6）的地下水水位差最大值分别为1.15,1.43,1.34,0.96,1.26,1.15 m;一般年和干旱年灌溉水量最大可减少136.90%和134.37%,作物产量增加18.60%和18.31%,节省能源26.94%和27.89%.
关键词： 水-粮食-能源关系 FloPy NSGA-Ⅱ 干旱风沙草原区
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长期施肥对农牧交错带旱地土壤微生物多样性及群落结构的影响
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探讨长期不同施肥模式对农牧交错带旱地土壤微生物多样性和群落结构的影响,以农业农村部内蒙古耕地保育科学观测试验站的长期定位施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(NF)、单施化肥(CF)和有机肥+化肥配施(CFM)这4个处理,于试验开展16 a后(2019年)的马铃薯成熟期分取各处理0~10 cm和10~20 cm土层土壤,利用高通量测序技术对土壤细菌和真菌群落进行测定,以期从微生物学的角度探究农田不同施肥措施对土壤质量的影响,并通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)揭示了施肥模式转变中旱地土壤微生物群落演替和作物产量提升的关键环境驱动因子.结果表明:①CF和CFM处理均改善了土壤肥力,但后者效果明显优于前者,CFM处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别提高131.9%~174.7%、216.9%~283.3%和103.3%~109.3%,有机质和全氮也显著增加;CF处理仍保持了较高的土壤pH,而NF处理土壤pH显著降低,对土壤肥力的提升效果微弱.②与CK相比,NF处理显著降低了土壤细菌的Chao1和Shannon指数,CFM处理显著增加了细菌的物种丰富度、Chao1指数和土壤真菌的Shannon指数,而CF处理土壤细菌和真菌的多样性与CK处理间未达到显著差异水平.③0~10 cm和10~20 cm土壤微生物的群落组成相似,CFM处理提高了土壤有益菌群的相对丰度,降低了病原菌群的相对丰度,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等优势菌门的相对丰度增加,放线菌门(Actinobacteria)、子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)的相对丰度降低,NF和CF处理则与之相反.④PLS-PM分析表明,随着施肥模式由CK→NF→CF→CFM的转变,影响微生物群落演替和产量提升的主要驱动因子也由土壤pH→土壤NPK含量→土壤pH、SOM和NPK含量的环境多因子调控转变.总体而言,长期施肥对农牧交错带旱地土壤化学性质和微生物群落有显著影响,作为最优施肥选择,CFM在提高土壤肥力和抑制病原微生物生长方面明显优于NF和CF处理.长期不施肥和不均衡施肥土壤中病原菌数量明显提高,作物侵染土传病害的风险增加.研究结果可为北方农牧交错带农田养分平衡管理和农业生态系统土壤微环境改善提供科学参考.
关键词： 长期施肥 农牧交错带 土壤化学性质 微生物群落 偏最小二乘路径模型(PLS-PM)
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基于小米淀粉颗粒结构评价小米粥适口性
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究小米淀粉颗粒结构与小米粥适口性之间的关系,本实验选取10个品种的小米煮制小米粥,首先以小米粥的适口性作为区分依据,分析相应小米淀粉的颗粒结构特点;然后依据相关性评价小米淀粉颗粒结构对小米粥适口性的影响程度;最后通过逐步回归分析建立小米粥适口性预测模型.结果表明,小米淀粉小粒占比多、极小粒占比少、累积吸附孔体积小,则糊化终止温度更低、糊化更快,小米粥适口性好.小米淀粉的直链淀粉含量、淀粉凝胶硬度以及糊化温度范围与小米粥的各项适口性得分呈极显著负相关(P<0.01),而淀粉凝胶黏性、弹性、黏聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性以及初始糊化温度与小米粥的各项适口性均呈显著或极显著正相关(P<0.05、P<0.01).小米淀粉颗粒结构主要通过影响关键理化性质从而间接影响小米粥的适口性,其中,小米淀粉的小粒比例与糊化终止温度呈极显著负相关(P<0.01),与糊化温度范围呈显著负相关(P<0.05);中粒比例与糊化终止温度呈极显著正相关(P<0.01);大粒比例与小米淀粉的水分结合能力呈极显著正相关(P<0.01).小米粥适口性预测模型参数由小米淀粉的凝胶黏聚性、直链淀粉含量、极小粒占比、糊化温度范围以及累积吸附表面积组成,预测得分与综合评分的相关系数达到0.998(P<0.01).上述结果可为我国适宜蒸煮加工小米的优选提供理论依据.
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干旱盐渍化地区控释肥水氮耦合效应与制度优化
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探索盐渍化地区控释肥水氮耦合效应及优化组合方案，提高水氮利用效率，减少硝态氮流失，2019年和2020年在河套灌区开展了控释肥施用农田不同水氮配比试验，研究了盐渍化地区向日葵产量和水氮利用效率对控释肥与传统肥料的响应差异，以及控释肥不同水氮配比对向日葵产量和水氮利用效率的影响，构建了向日葵经济效益与水氮交互作用的数学回归模型，并优化了水氮组合方案。结果表明：与传统肥料相比，控释肥处理产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和灌溉水生产效率平均增加了13.89%、46.42%、13.61%和13.62%（P＜0.05）,收获指数差异不显著（P＞0.05）。控释肥施用条件下，不同水氮处理交互作用明显，控水灌溉限制了氮素利用，充分灌溉条件下向日葵产量、氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力平均增长了21.87%、80.89%和21.53%;低氮同样降低了水分利用效率，从低氮到中氮，向日葵产量和灌溉水生产效率平均增长了14.83%和15.35%,从中氮到高氮平均增长了3.86%和3.43%。2年最高产量均为高水高氮处理，分别为3 943.5、3 788.7 kg/hm~2。控释肥施用条件下，灌水量、施氮量与向日葵经济效益之间符合二元二次回归模型，2年预测经济效益与实际经济效益决定系数R~2均为0.99,通过主因素分析，经济效益随施氮量的增加先增加后减小，通过模拟寻优及综合各项指标分析，控释肥充分灌溉条件下中氮水平经济效益在18 000～21 000元/hm~2之间，是本试验最优处理，在增产的同时可以减少氮素流失。研究可为河套灌区向日葵种植、减少农田面源污染提供技术参考。
关键词： 向日葵 控释肥 水氮耦合 产量 水氮利用效率 回归模型
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SFC-Q-TOF-MS法鉴定4种家畜乳甘油三酯及特征分析
《食品科学 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：对家畜乳尤其是特种家畜乳脂肪甘油三酯(triacylglycerols,TAGs)进行系统鉴定和研究.采集荷斯坦牛、山羊、蒙古马和双峰驼原奶样品31份,用超临界流体色谱-四极杆飞行时间质谱(supercritical fluid chromatography-quadruple time-of-flight mass spectrometry,SFC-Q-TOF-MS)检测鉴定TAGs组成,并进行主成分分析(principal component analysis,PCA).结果 表明:4种家畜乳共鉴定出145种TAGs,相对分子质量为470~888,酰基链总碳数为24~54,双键数为0~9;由14种碳数4~20、双键数0~3的脂肪酸构成.牛、山羊、马和骆驼乳分别鉴定出60、66、74种和44种TAGs.马、骆驼、牛和山羊乳不饱和TAGs相对含量依次为82.2%、61.1%、51.7%和43.8%;马乳含亚麻酸的TAGs高达45.43%;骆驼乳TAGs脂肪酸组成最简单,至少含肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和油酸中的一种;驼乳脂肪O-P-O相对含量最高,为5.04%,山羊乳脂肪最低,仅为1.8%;山羊乳主要TAGs都由饱和脂肪酸组成.4种家畜乳的基峰色谱图差异明显,对TAGs进行PCA4种家畜乳样品以物种聚类明显分离,距离远近符合物种分类学,提示TAGs可建模判别家畜乳的物种.
关键词： 乳;甘油三酯;超临界流体色谱-四极杆飞行时间质谱;蒙古马;双峰驼;山羊
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基于SPEI_KC的华北平原小麦玉米周年干旱特征分析
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：华北平原是中国重要的冬小麦和夏玉米(麦玉)生产基地,同时也是水资源紧缺的区域,农业生产极易受到干旱的影响.该研究在标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)的基础上,引进作物系数(KC)改进SPEI指数,并基于改进后的SPEI_KC指数从作物生长季尺度、关键生育期尺度以及麦玉周年尺度分析1961—2017年华北平原冬小麦-夏玉米周年干旱的时空分布和变化特征.结果表明:1)SPEI_KC指数在华北平原麦玉周年干旱评估中的适用性优于SPEI_TW指数(采用Thornthwaite公式计算的SPEI指数)和SPEI_PM指数(采用Penma-Monteith公式计算的SPEI指数):在(实际)有旱(指数)评估为有旱情况下,SPEI_KC指数在代表气象站点的平均准确率为76.13%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数均有提高;在无旱评估为无旱情况下,SPEI_KC指数准确率为85.67%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数分别均有提高.2)小麦关键生育期和小麦生长季的空间分布均呈轻旱在河北北部较高,重旱在研究区中部较高分布,玉米关键生育期和玉米生长季干旱频率的空间分布均呈中旱在河北北部较高,重旱在山东西部较高分布.总体来说,研究区的东南部干旱频率小于西北部,山东半岛地区和河北中部旱情较轻,河南省干旱严重.3)年代际干旱程度总体呈略微减小的趋势,具体表现为大部分研究尺度的轻旱发生频率增加,所有研究尺度的中旱和重旱发生频率减小;小麦关键生育期、小麦生长季以及玉米生长季的干旱频率减小,玉米关键生育期和麦玉周年尺度干旱频率增加.研究结果能够为正确认识气候变化背景下该地区干旱分布和变化,进而采取合理措施应对气候变化提供理论依据.
关键词： 干旱 作物 降雨 SPEI 作物系数 华北平原 麦玉生长季
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外保温塑料大棚表冷器-风机集放热系统性能分析
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：为调节外保温塑料大棚的室内气温,设计了一套通过表冷器-风机与室内空气进行热交换的表冷器-风机集放热系统(TSFU系统).根据测试,TSFU系统在晴天和多云天的放热量Qr分别为(433.0±48.6) MJ和(199.3±0.1) MJ系统性能系数(COP)分别达到2.9和3.1,可将室内气温分别提高(2.5±0.4)℃和(1.1±0.3)℃,且加温成本较燃气热风炉节约了40.2%.根据模拟分析,将系统表冷器-风机的全热交换效率和表冷器-风机数量分别提高至0.44和20时,可分别使晴天Qr增加(67.4±14.9)%和(76.1±14.7)%,多云天Qr增加(14.9±7.6)%和(17.0±4.5)%,COP达到3.6±0.6以上.若将蓄水池中的水体积提高到52 m3,可使多云天Qr和COP分别提高(31.7±20.3)%和1.0±0.7但晴天Qr和COP未得到改善;将水体积减小至13 m3时,晴天Qr未受影响,但使多云天Qr和COP显著减小.因此,可使用TSFU系统调节外保温塑料大棚的室内温度.
关键词： 塑料大棚 表冷器-风机 外保温 空气余热 集放热性能
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滴灌水肥一体化条件下覆膜对玉米生长及土壤水肥热的影响
《农业工程学报 》 2019 EI 北大核心 CSCD
摘要：为系统地从玉米生长和土壤水肥热的变化来揭示覆膜的调控效应,于2014、2015年两种基础地力水平上设置覆膜滴灌与无膜滴灌开展田间试验,结果表明:与裸地滴灌比较,覆膜提高了玉米生育前期及快速生长期的叶面积指数,缩短了群体冠层发育时间。覆膜能提高出苗率4.9%～5.2%、有效株占比率5.7%～6.3%、增加籽粒与茎叶氮磷钾积累量3.9%～19.8%。覆膜能提高产量10.8%～14.2%、增加水分利用效率17%～18.4%,并且提高穗位叶光合能力与肥料偏生产力,良好基础地力可增幅覆膜效果。在播种后75 d内,覆膜提高了1 m土层贮水量达3.9%～15.7%,冠层发育完全后土壤贮水量表现为接近或小于裸地。覆膜能降低表土在相等时间间隔内水分消耗的差异,可降低表土水分消耗量在0～60 cm深耗水总量的占比率、并且削弱了湿润土体水分消耗的垂向差异。覆膜降低了灌后1～7d滴灌带处土壤水分消耗量7.59 mm、降低了膜侧处耗水量9.44 mm。覆膜可提高生长进程中0-20 cm土壤有效氮2.13～12.0 mg/kg,增加籽粒与茎叶氮积累量的同时也增大了玉米对20～60 cm土层的氮素吸收量。对收获后20～100 cm残留有效氮及速效磷以不明显影响或降低为主。土壤热增减随水分供应与消耗呈现出交替循环的波动性,覆膜明显增加了生育前期及快速生长期土壤温度,5 cm土层75 d多得到44.92℃的日均地积温,显著表现在土壤得水失热(井灌水和降雨后)至地温回升期,能稳定地温振幅且在土壤冷凉时获得更多的地积温。
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高寒地区苜蓿人工草地建植技术
《科学通报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：高寒地区占我国国土面积近1/3,也是我国天然草地的主要分布区和传统的畜牧业基地,由于不合理利用和全球气候变化等因素,导致天然草地退化严重,草地的生产和生态功能低下,草畜矛盾突出.优质人工草地种植规模小和产业化水平低是我国草牧业发展的瓶颈.因此,大力发展优质苜蓿(Medicago sativa L.)人工草地是破解我国目前草牧业可持续发展瓶颈的重要途径和抓手.本文结合国内外苜蓿生产和市场现状,探讨了我国苜蓿种植和产业发展的不足与解决办法.同时,通过文献资料分析和高寒地区调研等,明确高寒地区发展苜蓿人工草地在促进当地环境友好型草牧业发展中的作用.针对我国优质抗寒苜蓿品种少、越冬技术不足等问题,归纳总结出高寒地区品种选择、选地与整地、播种技术、密度控制、根瘤菌(Rhizobium)接种、水肥管理和刈割等一整套技术与相应理论,为我国高寒地区优质苜蓿种植与生产提供技术支撑,更好地推进我国草牧业又快又好的发展.
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