北方旱农区玉米自然降水生产潜力研究

针对我国北方水资源匮乏日益严重的状况,利用CERES-Maize作物模型模拟分析了北方旱区玉米自然降水生产潜力及其时空分布规律。研究表明,我国北方旱区玉米的水分生产潜力大小排序依次是半湿润区>半干旱区>干旱区,半湿润区的玉米自然降水生产潜力大约为11000kg/hm₂,干旱区大约在5000kg/hm₂,但同时半湿润区潜力的年际间波动性也最显著,干旱区则相对较为稳定。我国北方旱区东部的玉米生产潜力高于西部,但南北方向潜力差异不明显。     

Steam activation,characterisation and adsorption studies of activated carbon from maize tassels

In this paper, steam-produced activated carbon (STAC) from maize tassel (MT) was evaluated for its ability to remove basic dye (methylene blue MB) from aqueous solution in a batch adsorption process. The equilibrium experiments were conducted in the range of 50–300 mg/L initial MB concentrations at 30°C, for effect of pH, adsorbent dosage and contact time. The experimental data were analysed by Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models of adsorption. Freundlich adsorption isotherm was found to have highest value of R²(R²=0.97) compared to other models of Langmuir and Temkin having (0.96 and 0.95 respectively). STAC has a high adsorptive capacity for MB dye (200 mg/g) and also showed favourable adsorption for the dye with the separation factor (R_L<1) for the dye-activated carbon system. The kinetic data obtained were analysed using pseudo first-order kinetic equation and pseudo second-order kinetic equation. The experimental data fitted well into pseudo second-order kinetic equation, as demonstrated by the high value of R².     

松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量和固碳潜力研究

农田土壤有机碳储量和固碳潜力是陆地碳循环和全球气候变化研究中的一个重要问题。论文基于第二次土壤普查数据和实地取样数据,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量,分析4个县市(德惠市、九台市、农安县、公主岭市)农田表层土壤碳库的饱和水平和固碳潜力,比较旱田与水田土壤固碳潜力的差异。结果表明,1980-2005年间,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳储量增加了7.20 TgC。各县市农田土壤碳库的饱和水平以德惠市最大,为4.11 kgC·m^-2,九台市次之,公主岭市最低,为3.14 kgC·m^-2。假设在1980年土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,估算得到松嫩平原玉米带农田土壤的固碳潜力为8.17 TgC。从单位面积固碳潜力看,九台市最高,为0.77 kgC·m^-2,农安县次之,德惠市和公主岭市均低于松嫩平原玉米带。松嫩平原玉米带旱田和水田土壤碳库的饱和水平基本持平。     

镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。     

不同施氮水平对玉米产量、氮素利用效率及土壤无机氮含量的影响

通过研究不同施氮水平对玉米产量、氮素利用率及土壤硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)残留量的影响,为氮肥的合理利用提供依据.在黑龙江省农业科学院科技园区布置田间小区试验,结果显示:玉米产量随施氮量增加而增加,施氮量为165 kg·hm-2时,氮肥利用率最高,当施氮量高于165 kg·hm-2,产量反而有降低的趋势,过量施氮也并不能增加玉米对氮素的吸收,因而氮素利用率也随施氮量的增加而降低.玉米收获后土壤剖面无机态氮质量分数的变化因施氮量的不同而表现出差异,0~80 cm土层硝态氮积累量随氮肥输入量的增加而显著增加,以表层(0~40 cm)硝态氮质量分数最高,中间层(60~80 cm)质量分数最低,100 cm以下土层以施氮量为165 kg·hm-2的处理土壤硝态氮积累量最低,降低了硝态氮淋溶风险;铵态氮的质量分数相对较低,不同的施氮量对土壤铵态氮质量分数的影响主要在0~20 cm土层,铵态氮质量分数与施氮量并无显著的相关关系.综合考虑玉米产量、氮素利用率与生态环境效益,以165 kg·hm-2(优化施氮量)为最佳氮肥施用量.     

稻草和玉米秸秆烟尘中的正构脂肪醇

在不同燃烧条件下,对6种稻草和4种玉米秸进行了燃烧试验,并测定了烟尘中正构脂肪醇的组成.结果表明,在稻草的明火烟尘中,正构脂肪醇由C14~C34组成.其总含量(Σ)为1 604.4~13 889.7 mg·kg-1;低碳数和高碳数正构脂肪醇的含量比(L/H)为0.02~0.09;C24/C30值为3.3%~19.6%;C32/C30值为8.4%~19.9%;C30Σ之比为53.9%~72.6%;CPI值为8.7~21.5;ACL值为29.0~30.1.正构脂肪醇呈双峰式分布,其主、次峰碳数分别是C30和C24.在稻草的闷烧烟尘中,正构脂肪醇的单体组成与明火烟尘相同.其Σ值为1 688.7~5 168.2 mg·kg-1;L/H值为0.08~0.14;C24/C30值为31.0%~70.5%;C32/C30值为6.9%~17.6%;C30Σ之比为39.5%~57.8%;CPI值为10.7~17.5;ACL值为27.2~28.5.其分布模式与明火烟尘极为相似.在玉米秸秆的明火烟尘中,正构脂肪醇由C12~C34组成.其Σ值为852.3~2 667.9 mg·kg-1;L/H值为0.2~1.0;C24/C28之比为104.3%~293.3%;C32/C28之比为42.2%~61.4%;C28Σ之比为7.3%~16.5%;CPI值为5.6~9.7;ACL值为23.1~26.9.其分布模式以双峰式为主,主峰碳数是C30、C24和C22.在玉米秸秆的闷烧烟尘中,正构脂肪醇的组成与明火烟尘相同.其Σ值为1 493.0~8 386.9 mg·kg-1;L/H之比为0.2~0.3;C24/C28之比为53.6%~217.6%;C32/C28之比为21.7%~75.9%;C28Σ之比为8.8%~27.3%;CPI值为4.2~6.5;ACL值为26.3~27.2.其分布模式呈双峰型,主峰碳数主要是C30,次峰碳数主要是C24.总之,秸秆烟尘中正构脂肪醇的组成已发生了明显的变化.C24/C30、C32/C30、C30Σ等参数可用于区别稻草及其燃烧来源的正构脂肪醇;L/H、C24/C28、C32/C28、C28Σ等参数可用于区分玉米秸秆及其燃烧来源的正构脂肪醇;L/H可用于区分上述两类秸秆及其燃烧来源的正构脂肪醇.     

颗粒粒径对玉米秸秆生物碳吸附锶的影响

以玉米秸秆为原材料,采用限氧裂解法于350℃下制备了不同粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-60.77、BC-71.07、BC-101.9,数字代表样品的中值径μm),研究颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响.结果表明:生物碳的颗粒粒径对核素锶的吸附速率和吸附容量均有显著影响.生物碳对锶的吸附动力学符合准二级动力学模型(R2,0.99),颗粒最细的BC-9.31吸附速率最大(4.48 mg·g~(-1)·h~(-1)).随着颗粒粒径的增加,锶的吸附速率呈指数降低,其吸附速率差异高达20倍.生物碳对锶的吸附等温曲线符合准Langmuir模型(R2,0.94~0.99),饱和吸附容量为9.09~23.81 mg·g~(-1).随着粒径的增大,锶的吸附容量先降低后增高又降低,粒径最小的BC-9.31(23.81 mg·g~(-1))吸附容量最大,吸附容量最小的则是BC-60.77(9.09 mg·g~(-1)),两者相差2.6倍.pH对生物碳吸附锶具有重要影响.在溶液pH值较低时(1.93~4.74),对锶的吸附去除率急剧增加(3.94~9.17倍);而pH值较高时(4.74~11.85),吸附去除率缓慢提高(1.11~1.68倍).pH值也是颗粒粒径影响的重要参数,随pH值增加颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响程度显著减小.生物碳极性指数与锶饱和吸附量和吸附速率均呈正相关关系,表明极性官能团是锶的重要吸附位点.     

丹江口库区覆膜耕作土壤氮素淋失随夏玉米生长期的变化

土壤氮素淋失是农业非点源污染的重要形式,也是水源地水质恶化的重要原因.以丹江口库区五龙池小流域为研究区,以农田黄棕壤种植夏玉米为例进行田间氮素淋失实验,通过与无覆膜耕作进行对比,研究覆膜耕作条件下土壤氮素淋失随玉米生长期的变化.结果表明,覆膜耕作土壤TN和NO_3~--N淋失量均明显低于无覆膜耕作,分别低25.68%和20.25%.夏玉米生长期内,覆膜土壤TN淋失量表现为苗期最高,拔节期和抽穗期显著降低,成熟期略微升高的变化趋势;覆膜土壤NO_3~--N淋失量表现为在苗期最高,拔节期显著降低,随后缓慢降低的变化过程;覆膜土壤NH_4~+-N淋失量表现为在苗期较低,拔节期升至峰值,抽穗期降至谷值,成熟期显著升高的变化特征.覆膜土壤TN和NO_3~--N淋失量分别与土壤中TN和NO_3~--N含量之间呈线性函数和指数函数关系;与土壤含水量和降雨量之间呈线性函数关系.上述结果表明,覆膜能降低土壤中氮素的淋失量,将对减少库区农业非点源污染具有明显的作用.     

玉米秸秆烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成

在模拟的明火燃烧和闷烧条件下对4种玉米秸秆进行了焚烧试验,用GC/MS和GC/C/IRMS分别测定烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成.结果表明,在明火烟尘中正构脂肪酸由C7~C_(34)组成,其平均总含量为13 895.0 mg·kg-1.其低碳数(≤C_(16))与高碳数(C_(16))正构脂肪酸的含量比(L/H)平均值为1.1.C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、C_(24)/(C_(22)+C_(26))(CAR)的平均值分别为0.33、0.17、0.50、1.2.正构脂肪酸单体表现出以C_(16)、C_(24)为主、次峰碳数的双峰式分布模式.其碳优势指数(CPI)的平均值为4.5.在闷烧烟尘中正构脂肪酸由C_6~C_(34)组成,其平均总含量为50 183.7 mg·kg-1.L/H、C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR的平均值分别为1.3、0.33、0.20、0.60、1.6.也具有与明火烟尘相同的分布模式.其CPI的平均值为6.1.明火烟尘中C_(14)~C_(26)单体的δ~(13)C平均值在-21.0‰~-24.8‰之间变化,总平均值为-23.5‰.该值与玉米秸秆中对应值之差(Δ~(13)C)达-0.7‰.闷烧烟尘中C_(14)~C_(26)单体δ~(13)C平均值的变化范围为-21.8‰~-25.4‰,总平均值为-23.3‰.其Δ~(13)C值达-0.5‰.与玉米秸秆相比,两种烟尘中正构脂肪酸的分子组成和碳同位素组成均发生了明显的改变.L/H、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR、δ~(13)C等指标可用于识别大气气溶胶中玉米秸秆燃烧来源的正构脂肪酸.     

人工合成纳米TiO_2和MWCNTs对玉米生长及其抗氧化系统的影响

通过营养液培养试验,研究了纳米金红石相TiO2和多壁碳纳米管(multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)2种人工合成纳米材料悬浮液对玉米幼苗生物量、根系形态、抗氧化酶活性和脂质过氧化的影响.结果表明,在纳米材料悬浮液培养9d后,纳米金红石相TiO2对玉米生长有显著抑制作用(p0.05),50、100、200 mg/L浓度处理的植株根系干物质量分别比对照低40.31%、48.06%、62.02%;而MWCNTs对植物生长的抑制不明显.在2种纳米材料处理下,植物组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和过氧化物酶(POD)活性均显著升高(p0.05).纳米金红石相TiO2处理使玉米植株体内脂质过氧化产物MDA含量增多,而MWCNTs处理下MDA含量减少但无显著性变化.说明纳米金红石相TiO2的植物毒性比MWCNTs大,2种纳米材料都能引起植株产生氧化应激,仅纳米TiO2造成氧化损伤,这可能与2种纳米材料的化学组成和形状不同有关.