"奶牛-沼气-牧草"循环型农业系统的能值分析

为探讨奶牛-沼气-牧草循环型农业模式(模式Ⅰ)的结构功能和生态经济效益,应用能值分析方法对其进行研究,并与单一奶牛养殖模式(模式Ⅱ)进行比较。结果表明:模式Ⅰ的净能值产出率(4.06)比模式Ⅱ(4.13)低;模式Ⅰ能值可持续发展指标值为10.27,模式Ⅱ为9.57,模式Ⅰ具有更高的可持续发展能力;模式Ⅰ的环境负载率(0.11)低于模式Ⅱ(0.12),并且模式Ⅱ能值废弃率为21.72%,模式Ⅰ为0,因此模式Ⅰ对环境的压力小;模式Ⅰ产出能值反馈率达到30.63%,系统自组织能力强。模式Ⅰ的净效益是模式Ⅱ的1.13倍,但产投比是模式Ⅱ的97.64%。以能值-货币价值计算的生态经济效益分析结果与实际经济效益分析结果基本一致。因此,模式Ⅰ具有环境压力小、自组织能力强、可持续发展能力较强的特征,但仍需进一步优化系统内部结构,提高生产效率。     

温度对奶牛粪便温室气体排放的影响

采用封闭罐-气相色谱法对4种不同温度处理下奶牛粪便温室气体排放速率进行测定.结果表明,温度是影响奶牛粪便温室气体排放的主要因子,温度较低时奶牛粪便温室气体排放速率低,而且随着奶牛粪便处理温度升高而增大.在5、15、25和35℃4个处理中,奶牛粪便CO2排放速率两两之间差异显著;CH4排放速率除了5和15℃处理差异不显著之外,其他两两处理之间差异显著;35℃处理时N2O排放速率与其他温度的排放速率差异均显著,其他两两处理之间差异不显著.     

“奶牛-沼气-牧草”循环型农业系统的能值分析

为探讨“奶牛-沼气-牧草”循环型农业模式（模式I）的结构功能和生态经济效益,应用能值分析方法对其进行研究,并与单一奶牛养殖模式（模式Ⅱ）进行比较。结果表明：模式Ⅰ的净能值产出率（4．06）比模式Ⅱ（4．13）低;模式Ⅰ能值可持续发展指标值为10．27,模式Ⅱ为9．57,模式Ⅰ具有更高的可持续发展能力;模式Ⅰ的环境负载率（0．11）低于模式Ⅱ（0．12）,并且模式Ⅱ能值废弃率为21．72％,模式I为0,因此模式Ⅰ对环境的压力小;模式Ⅰ产出能值反馈率达到30．63％,系统自组织能力强。模式Ⅰ的净效益是模式Ⅱ的1．13倍,但产投比是模式Ⅱ的97．64％。以能值-货币价值计算的生态经济效益分析结果与实际经济效益分析结果基本一致。因此,模式Ⅰ具有环境压力小、自组织能力强、可持续发展能力较强的特征,但仍需进一步优化系统内部结构,提高生产效率。     

低浓度SO2熏气对油桐幼苗光系统结构和功能的影响

采用开顶式熏气装置,以浓度为0.8571mg·m-3的SO2对二三年生的油桐(Vernicia fordii)幼苗进行118 d熏气试验.结果表明长期低浓度SO2熏气处理引起光化学猝灭、非光化学猝灭、表观光合电子传递速率(ETR)下降,荧光产量(Ft)增加,光系统Ⅱ(PSⅡ)的光能转换效率和潜在活性下降;光系统Ⅰ(PSⅠ)的潜在活性和光能转换效率也下降.因此认为长期低浓度SO2熏气处理引起PSⅠ和PSⅡ结构破坏,导致光系统光能转换效率和系统潜在活性的下降.     

主养草鱼(Ctenopharyngodon idellus)池塘3种混养模式下氮含量的比较

对主养草鱼(Ctenopharyngodon idellus)池塘3种混养模式(模式Ⅰ,草鱼、鲢、鳙、鲫分别为250、35、40、15尾;模式Ⅱ,草鱼、鲢、鳙、匙吻鲟、鲫分别为250、35、20、20、15尾;模式Ⅲ,草鱼、鲢、鲫分别为250、35、15尾)水体和底泥中氮含量进行比较分析。结果表明,模式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水体TN含量均值分别为1.251、1.001和1.228 mg.L-1,NH4+-N含量均值分别为0.391、0.345和0.319 mg.L-1,NO3--N含量由高到低为模式Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,NO2--N含量由高到低为模式Ⅱ、Ⅰ和Ⅲ。模式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ底泥TN含量均值分别为0.793、0.910和0.963 mg.g-1,NH4+-N含量均值分别为0.005、0.006和0.004 mg.g-1。模式Ⅱ水体TN含量显著低于模式Ⅰ和Ⅲ(P<0.05),底泥中氮营养盐的转化也优于其他2种模式,可见模式Ⅱ最有利于水体中氮营养盐的转化和利用。     

思茅市三家村农户庭园系统的能流和经济流研究

通过对三家村 6种农户庭园模式进行能流和经济流的系统研究 ,得出三家村 6种农户庭园系统的能量投入为 (98.4 8～ 174 .4 5 )× 10 10 J·hm-2 ,能量产出为 (10 1.6 6～ 15 8.5 2 )× 10 10 J·hm-2 ,能量产投比为(0 .88～ 1.4 1)∶1,并且以种植业为主的农户庭园 (模式Ⅰ、Ⅱ )的能量产投比高于以养殖业和副业为主的农户庭园系统 (模式Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ ) ;三家村 6种农户庭园模式的经济产投比为 (1.0 0～ 1.35 )∶1,其高低次序是Ⅵ >Ⅶ >Ⅰ >Ⅱ >Ⅴ >Ⅸ ,6种农户庭园模式的经济产出为 2 32 7.9～ 980 3.4元。因此 ,三家村农户庭园系统是一个能量和经济的高投入高产出的人工生态系统     

奶牛粪便翻堆式与槽式堆肥过程气体排放规律及养分损失原位监测

为探究奶牛粪便翻堆式与槽式堆肥过程中温室气体和氨气(NH3)排放规律及养分损失情况,采用原位监测的方法,通过静态采气箱和气体在线监测设备,分别对奶牛粪便翻堆式和槽式堆体开展为期36 d的气体监测.结果表明,翻堆式堆肥过程中甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和NH3排放主要集中于翻堆阶段;槽式堆肥过程中CH4和NH3排放...     

Hg2+胁迫下两优培九和武运粳7号水稻幼苗抗性差异的研究

以三叶期的水稻幼苗为材料 ,比较了Hg2 污染对杂交稻两优培九和常规稻武运粳 7号的叶绿素含量、类囊体膜光系统Ⅰ (PSⅠ )和光系统Ⅱ (PSⅡ )电子传递活性、细胞膜透性、过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)活性和脯氨酸含量的影响。结果表明 ,随着Hg2 处理浓度的增加 ,两优培九和武运粳 7号的叶绿素含量、PSⅠ和PSⅡ的电子传递活性降低 ,而 2者的细胞膜透性、脯氨酸含量升高 ,两优培九的CAT活性、武运粳 7号的POD和CAT活性呈现先升后降的趋势 ,但两优培九的POD活性则呈现升高的趋势。两优培九对Hg2 污染的抗性明显大于武运粳 7号。     

外源NO和水杨酸对盐胁迫下番茄幼苗光合机构的保护作用

以番茄品种‘秦丰保冠’为试材,在水培条件下研究单独和复配施用一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)、水杨酸(SA)对100 mmol/L NaCl胁迫下番茄幼苗叶片气体交换、叶绿素荧光、CO_2响应曲线、光合色素含量和叶黄素循环的影响.结果显示:(1)单独或复配外施SNP、SA均能使受Na Cl胁迫处理的番茄幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、天线转化效率(F_v′/F_m′)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和叶绿素荧光衰减率(Rfd)不同程度升高,胞间CO2浓度(C_i)、初始荧光(Fo)和PSⅡ非光化学荧光猝灭系数(NPQ)显著降低,其中以SNP和SA复配处理的综合效果最好.(2)NaCl胁迫下,番茄幼苗叶片CO2羧化效率(CE)、Ru BP最大再生速率(J_(max))、RuBisCO及其活化酶活性和最大羧化速率(V_(c max))的下降均能在单独或复配施用SNP、SA的处理下得到有效缓解,并以SNP和SA复配处理更佳.(3)SNP、SA单独或复配处理均能有效抑制NaCl胁迫下番茄幼苗叶片光合色素(Chl a、Chl b和Car)含量、Chl a/b值和叶黄素循环库(V+A+Z)的下降及叶黄素循环脱环氧化程度(A+Z)/(V+A+Z)的升高,且以SA和SNP复配处理效果最明显.本研究表明,NaCl胁迫下依赖叶黄素循环的天线热耗散不是外源NO、SA单独或复配处理保护番茄幼苗叶片光合机构的生理机制,对PSⅡ及其初级电子受体醌(QA)下游电子传递通畅性的保护,以及对CO_2同化活性的改善才是外源NO、SA提高番茄幼苗叶片光合功能、增强其耐盐能力的主要原因,其中NO和SA复配处理时具有协同增效作用.     

基于肥水资源化的河网区镇域农业面源污染控制系统的构建:以太湖地区新建镇为例

河网地区农业面源污染控制不仅要考虑去污效果和成本,还应兼顾资源化利用。以太湖西岸宜兴市新建镇种植业、畜禽养殖业和水产养殖业产生的3种污染源为对象,调查获得该镇3种污染源污水负荷、各污染物(总氮、总磷、氨氮、COD)输出负荷及农田灌溉需水量,并估算污水农用灌溉潜力和养殖粪污氮磷农用潜力。结合当地适宜的单项面源污染控制技术,在达到GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》要求的前提下,提出了全部畜禽粪污处理后还田(模式Ⅰ)、全部畜禽粪污处理后还田及部分水产养殖污水处理后农灌(模式Ⅱ)2种农业面源污染控制系统,并估算系统各污染物削减量和成本。结果表明,每年全部畜禽养殖污水(71.96×10~3m~3)和部分水产养殖污水(2 277.11×10~3m~3)经处理达标后用于灌溉,可以满足新建镇农田灌溉需水量(模式Ⅱ);该系统总氮、总磷、氨氮和COD入河削减率分别为84.3%、94.2%、89.6%和94.0%,每年N、P肥施用量可分别减少81.8和39.9 kg·hm~(-2)。为了节约成本,仅考虑畜禽养殖污水处理达标用于农灌(71.96×10~3m~3)(模式Ⅰ)可满足3%农田灌溉需水量,该系统总氮、总磷、氨氮和COD入河削减率分别为83.0%、93.7%、88.7%和93.7%,每年N、P肥施用量可分别减少52.0和34.2 kg·hm~(-2)。所提出的2种肥水资源化农业面源污染控制系统可为新建镇污染控制工程建设提供技术参考。     

凋落物处理对森林地表CO_2通量的影响及其调控机理

全球变化和森林演替可以导致森林地表凋落物数量和质量的变化,从而对森林地表CO2通量产生影响。本实验对亚热带不同演替阶段的3种,即马尾松林(前期)、混交林(中期)和季风林(后期)进行地表凋落物去除、加倍与置换处理,利用静态箱气相色谱法测定地表CO2通量,并同步测定气温、土壤温度和湿度,分析凋落物质量和数量变化对森林地表CO2通量的影响及其调控机理。结果表明,(1)去除凋落物处理显著降低了不同演替阶段的3种森林地表CO2通量,而加倍凋落物处理可以增加森林地表CO2通量,但不同演替阶段增加的幅度不同,依次为:季风林马尾松林混交林。(2)置换凋落物对不同演替阶段的森林地表CO2通量的影响不同,在演替后期的季风林中,置换混交林和马尾松林凋落物处理均增加地表CO2通量;在演替中期的混交林中,置换季风林和马尾松林凋落物均降低地表CO2通量。在演替前期的马尾松林中,置换季风林凋落物增加地表CO2通量,而置换混交林凋落物降低了地表CO2通量(3)结合测定的土壤温度和水分数据分析得出,凋落物处理引起森林地表CO2通量的变化是通过处理凋落物质量和数量后改变森林地表水热条件来实现的。(4)3个林型的各种处理,地表CO2通量与土壤温度均呈显著的指数相关关系,但不同处理不同地改变了森林地表土壤CO2通量对温度的敏感性,即Q10值。     

高效染料降解真菌的分离及其在印染废水生物处理中的强化作用

用选择培养基从污水处理厂污泥中筛选出能降解3种染料(OrangeⅠ,OrangeⅡ和酸性大红)的菌株.通过梯度驯化,优选出1株适应能力强、活力旺盛的菌株F2,初步鉴定为腐霉菌.以OorangeⅡ为模式染料,比较不同培养基对降解的影响,发现PDA培养基最合适.通过对降解产物的紫外可见光谱分析,发现腐霉菌F2能彻底降解染料,并优先降解简单结构.另外通过用该菌株作为外源菌强化原染料废水处理的混合菌群,得到良好的处理效果.图5参10     

免耕对华北平原潮土N2O和CO2排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了免耕和常规耕作下玉米生长季华北平原潮土N2O和CO2的排放特征.结果表明,免耕土壤N2O累积排放量(以N2O-N计,下同)为0.31 kg· hm-2,略高于常规耕作土壤的0.27 kg·hm-2,两者没有显著差异.灌水、强烈降水或连续阴天会诱发土壤大量排放N2O,免耕处理N2O排放峰值(28.1 ～38.4μg·m-2·h-1)高于常规耕作处理(18.6 ～25.7 μg·m-2·h-1).免耕处理CO2累积排放量(以CO2-C计,下同)为1 880 kg·hm-2,显著高于常规耕作土壤的1 333 kg·hm-2.土壤N2O和CO2排放通量与土壤温度呈显著指数相关,常规耕作处理下的相关程度更高.     

不同生态工程组合系统对南方水源地污水的净化效果

于2010年6月(丰水期)和11月(枯水期),对我国南方水源地农村生活污水处理系统(系统Ⅰ)以及农田排水处理系统(系统Ⅱ)的常规污染物和藻类进行调查,分析比较两个系统对常规污染物以及藻类的去除效果.结果表明,系统Ⅰ出水中的生化需氧量、化学耗氧量、总磷、总氮和悬浮物等指标均符合《国家城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)回用水要求,该系统中共监测出浮游植物6门53属74种,系统Ⅰ丰水期对藻类细胞总密度和叶绿素a的去除率分别为87.71%和58.87%,枯水期为95.73%和58.57%;系统Ⅱ出水中的生化需氧量、化学耗氧量、总磷、总氮和氨氮等指标优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准,该系统监测出浮游植物6门48属66种,系统Ⅱ丰水期对藻类细胞总密度和叶绿素a的去除率分别为62.43%和72.25%,系统Ⅱ丰水期的藻类处理效果优于枯水期.对两个系统的水质净化效果进行比较,系统Ⅰ对总氮、藻类细胞密度、叶绿素a的去除效果优于系统Ⅱ,系统Ⅱ对氨氮的去除效果优于系统Ⅰ.两种生态工程组合系统的水质净化效果明显,能为南方类似水源地污水处理和水生生态态系统恢复提供技术支持.图3表2参33     

长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响

在具有21年历史的长期定位试验地,研究了土壤温度变化、不同施肥处理对土壤释放CO2及小麦(Triticum aestivumL.)、玉米(Zea mays L.)吸收CO2的影响,进而明确在华北平原小麦-玉米轮作制的农田生态系统中碳素平衡问题.研究表明:土壤释放CO2的量与土壤温度呈明显的正相关,相关系数分别达到r=0.717**(5 cm地温)和r=0.764**(10 cm地温).进一步研究表明:在小麦生育期,施氮、磷各处理土壤释放CO2的数量随气温而增加,氮、磷肥配合的各处理与对照和单施氮、磷肥处理之间有显著的差异(P<0.05);但是2个处理组合(氮、磷肥配合、单施氮、磷肥)之内各处理之间差异不显著.土壤温度在10～20℃之间单施氮、磷肥无助于改变土壤释放CO2的量,而氮、磷肥配合施用可以明显地增加土壤释放CO2的量.不施肥与单施氮、磷肥处理麦田土壤呼吸释放的CO2量大于小麦固定的CO2量,向大气净排放的CO2量达0.83～3.73 t hm-2,而氮、磷肥配合处理的麦田从大气中净吸收的CO2量达7.89～12.49 t hm-2.在玉米生育期,土壤释放CO2的量在7月中旬达到最高值(12.40～22.52 g·m-2·d-1),9月中旬降到最低(6.19～8.20 g·m-2·d-1).施用N 540 kg·hm-2·a-1,P2O5 135kg·hm-2·a-1的处理(N2P2)释放的CO2量与施用N 270 kg·hm-2·a-1的处理(N1)之间差异不显著.与其它各处理之间差异显著(P<0.05),表明在玉米生育期长期施用高量氮、磷肥明显地影响到土壤释放CO2的量.玉米不但可以吸收土壤释放的CO2,还要从大气中吸收大量CO2,即在玉米生育期的农田生态系统可以降低大气中CO2的含量.总之,在华北平原小麦一玉米轮作制的农田生态系统土壤呼吸不会增加大气中CO2的含量,相反则有可能减少其含量.     

氧化亚氮还原酶基因nosZⅡ及与环境的关系研究进展

温室效应在全球范围内日趋严重.其中氧化亚氮(N2O)作为最重要的温室气体之一,增温潜能是二氧化碳(CO2)的298倍,且其浓度仍呈逐年上升趋势.氧化亚氮还原酶(N2OR)能将N_2O还原成氮气(N_2),而nosZ基因是编码N_2OR的唯一基因.除了熟知的nosZⅠ基因外,新发现的分支nosZⅡ基因也能编码N_2OR.在国内外研究基础上本文总结nosZⅡ基因的基本概况,分析其与nosZⅠ的主要区别,阐述其相关反应机制,并归纳不同环境因素对nosZⅡ基因表达的影响.研究表明,nosZⅡ主要存在于ε-变形细菌、拟杆菌、产水菌中,含nosZⅡ的微生物中有部分种群缺乏nirS和nirK基因,且该类微生物在还原N_2O功能上具有较大潜能.影响含nosZⅡ微生物的丰度和种群结构的环境因子较多,主要包括土壤结构、土壤pH值、土壤C/N、温度、湖泊物理梯度等,其中pH值和C/N可能是主要的影响因素.随着分子生物技术手段的进步,对含nosZⅡ微生物的生态功能的探索已取得了重要进展,但还需进一步深入.今后还需对含nosZⅡ的微生物群落结构特征、微生物丰度和多样性影响因素以及对具有较强还原N_2O能力的含nosZⅡ菌株进行更深入的研究,为降低N_2O排放、有效减控温室气体提供理论依据.     

畜禽粪便资源现状及替代化肥潜力研究:以安徽省固镇县为例

基于养殖业和种植业发展现状,综合考虑农作物种植面积、种植结构以及畜禽粪便处理技术等因素,估算固镇县分乡镇的固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:(1)固镇县畜禽粪便中氮和磷养分量分别为11 456.93和2 954.09 t;在不施用化肥和不进行秸秆还田的情景下,各乡镇畜禽粪便的氮、磷供给量均未超过作物氮、磷养分需求量。(2)情景模拟表明,情景C(固体粪便收集后尽快经堆肥加工为有机肥,液体粪便收集生成沼气后其废物本地还田利用)为最佳模式,氮和磷的有效供给量分别为8 948.78和2 642.37 t,分别占作物氮、磷需求量的34%和54%,表明固镇县有足够的农用地消纳畜禽粪便,亟需改进畜禽粪便处理工艺,提高粪肥替代化肥潜力。(3)在情景C下,畜禽粪便中氮、磷养分替代化肥潜力为4 715.04和1 247.07 t,仲兴乡、任桥镇、刘集镇和杨庙乡替代化肥潜力最大。研究结果可为固镇畜禽养殖业发展规模的确定和畜禽粪便资源化利用提供决策支持。     

大气CO2浓度升高对添加麦秸条件下稻田土壤酶活性的影响

利用中国扬州开放式大气CO2浓度升高(FACE)系统稻麦轮作试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻田小麦秸秆降解过程中土壤酶活性的影响.试验平台设置FACE[(580±60)μmol·mol-1]和对照[(380±40)μmol·mol-1]2个CO2浓度,在低氮(150 kg·hm-2)和高氮(250 kg·hm-2)2种氮水平下添加小麦秸秆,分别在不同生长时期采样并分析土壤脱氢酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性.结果表明:同一氮水平下,大气CO2浓度升高显著增强土壤脱氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,但显著降低土壤磷酸酶活性;无论是大气CO2浓度升高条件下还是对照条件下,低氮处理土壤脱氢酶与脲酶活性均高于高氮处理,而高氮处理土壤磷酸酶活性均高于低氮处理,氮水平对蔗糖酶活性并无显著影响.     

长期不同施肥条件下红壤小麦和玉米季CO_2、N_2O排放特征

基于中国农业科学院红壤实验站红壤旱地小麦-玉米轮作长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地连续施肥16 a后,不同施肥条件下小麦季和玉米季土壤CO2和N2O的排放特征。结果表明,CO2和N2O排放具有明显的季节性,施肥对土壤CO2和N2O排放有明显影响,且有机肥的施用显著促进了土壤CO2和N2O排放。不施肥对照(CK)、氮磷配施(NP)、氮钾配施(NK)、氮磷钾配施(NPK)和有机无机肥配施(NPKM)处理小麦季和玉米季土壤CO2累积排放量分别为5 904、8 062、4 298、9 235、14 098和4 708、7 530、5 435、7 089、15 472 kg.hm-2,土壤N2O累积排放量分别为0.34、0.63、0.44、0.62、1.00和0.25、0.39、0.35、0.52、1.73 kg.hm-2,小麦休闲期土壤CO2和N2 O累积排放量平均占小麦生长季的63.52%和28.43%,玉米休闲季平均占玉米生长季的49.98%和32.72%,说明休闲期土壤CO2和N2O累积排放量不容忽视。除玉米季NP、NK、NPK处理外,其他各处理小麦季和玉米季土壤CO2排放通量与5 cm深处土...     

稻草型生物有机肥对萝卜的作用效果

为推广应用稻草型生物有机肥,采用田间小区试验研究了稻草型生物有机肥对萝卜(Raphanus sativus)功能叶叶绿素含量、碳氮代谢关键酶活性、萝卜产量和品质的影响.结果表明:稻草型生物有机肥处理Ⅰ与等NPK养分施用量的纯化肥处理Ⅱ和菜枯肥处理Ⅲ相比,可提高萝卜功能叶叶绿素含量、防止功能叶早衰;提高硝酸还原酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶三种碳氮代谢关键酶活性.处理Ⅰ使萝卜的产量分别比处理Ⅱ和处理Ⅲ提高4.48%、6.01%,维生素C分别提高22.48%、28.24%,可溶性糖含量分别提高10.39%、19.91%,萝卜硝酸盐含量分别下降8.78%和16.67%,且以上4个指标处理Ⅰ与处理Ⅱ和处理Ⅲ的差异均达极显著水平,此外亚硝酸盐含量也明显降低.