生态农业景观与生物多样性保护及生态服务维持*

现代集约化的农业生产极大地改变农业景观生物多样性状况及生态系统服务功能,进而影响到农业可持续发展。大量研究显示,农业生态系统中物种多样性维持、害虫控制、传花授粉等生态系统服务功能受到景观结构的影响,仅仅改变集约化的生产方式,并不足以促进生物多样性的恢复及生态系统服务的维持,尚需考虑景观结构的调整和管理。从不同尺度上优化景观要素的空间配置和景观管理方式、建设生态农业景观成为促进农业景观生态系统服务功能维持、保护生物多样性和农业可持续发展的重要措施,具体包括:1)在区域和景观尺度上合理规划和配置种植区域和非种植区域以确保生态安全与稳定性;2)在地块间尺度保护、建设和管理甲虫带、野花带等生态设施,为农业生产提供必要生态系统服务;3)在地块内尺度通过多样化的种植和优化管理措施以获取农业生产和自然保护之间的平衡;4)整合景观规划设计与生态循环工程以促进农业景观资源的高效利用。     

农业景观生物多样性功能和保护对策

研究表明,农业集约化生产和农业景观均质化导致农业景观生物多样性降低,致使生物多样性相关野生资源保护、自然授粉、害虫调节、水土涵养等生态系统服务功能受损,进而影响了农业可持续发展。本文对国内外农业景观生物多样性及其生态系统服务功能研究和实践进行了综述。分别探讨了农业景观在生物多样性保护、授粉服务、调节服务、水土涵养等多方面生态服务功能中发挥的作用及其生物多样性保护的意义,总结了欧美在农业景观生物多样性保护所采取的实践措施,指出中国虽然在生物多样性保护方面做出很多努力,但却忽略了对农业景观的保护,近些年的城市化和集约化发展都进一步加剧了农业景观生物多样性的丧失,亟需借鉴欧美国家经验提出我国的农业景观生物多样性保护策略。我们认为保护和提高农业景观生物多样性的生态集约化对维护农作物产量,改善品种具有重要的作用。农业景观生物多样性保护需要从农田生态系统和农业景观两个尺度上开展农业景观综合管理,提高农田作物和景观植物多样性和异质性,恢复和提高生物多样性及其生态服务功能。最后,针对我国农业可持续发展面临的问题和需求,建议从政策和法规、监测和评估、工程技术研发、技术集成示范、生态补贴制度、培训和推广等方面,开展农业景观生物多样性保护。     

东北平原典型玉米种植区农业景观植物多样性研究——以昌图县为例

非耕作生境是农业景观中的重要组成部分,为生物提供食物和栖息地,对生物多样性保护具有重要意义。本文以辽宁省昌图县为例,选取了20个非耕作生境比例为0~50%的网格(1 km?1 km)为样区,采用典型样地法对调查区域内农业景观中的林地、田间路、草地、沟渠、果园5类主要非耕作生境中的植物群落进行调查,探讨不同非耕作生境类型和比例中植物多样性及其与景观异质性之间的关系。研究结果表明,随着非耕作生境比例增加,植物物种多样性和均匀度先增加后减小,在20%~30%时达到峰值;非耕作生境比例在0~40%范围内时,植物物种丰富度同样呈现先增加后减小,且在20%~30%时达到峰值;非耕作生境比例高于40%时,植物物种丰富度再次出现峰值且高于20%~30%。随着非耕作生境比例的增加,农业景观香浓多样性、香浓均匀度指数和景观斑块形状复杂程度逐渐增加,蔓延度恰好相反。不同生境中重要值最高的均为禾本科植物,但植物种不同;优势种优势度为果园沟渠草地田间路林地。果园、草地和沟渠的物种多样性和均匀度指数显著高于林地和田间路,丰富度指数为草地林地沟渠果园田间路,且草地、果园和田间路的不同调查区域间植物群落指数存在较大的变异性。草地、果园、沟渠、田间路和林地中景观异质性与物种多样性相关性顺次降低。研究结论表明,东北平原典型玉米种植区农业景观中,最适宜非耕作生境比例为20%~30%;非耕作生境中林地、沟渠对物种多样性维持、湿生植物多样性保护具有积极作用;不同生境干扰类型和方式不同,景观异质性与植物物种多样性相关性程度也不同。在今后农业景观生物多样性保护中应综合考虑非耕作生境的类型和比例,干扰的类型和方式等多种因素对生物多样性、生态服务及农业产量的影响。     

城市扩张对农田景观中非农生境的影响*——以辽宁省沈阳市沈北新区为例

农田景观因其巨大面积和更高的生产力,在全球生物多样性维持,甚至濒危物种的维持中扮演着重要角色。而农田景观中非农生境被蚕食的现象较为突出,尤其城市周边农田景观中更为普遍。本文以沈阳市沈北新区为例,采用景观紊乱度法将其划分为城市、城市边缘区和乡村3个区域,利用GIS技术分析3个区域农田景观中非农生境类型、数量与面积比例,探讨城市扩张对农田景观中非农生境影响程度。结果表明,随着与城市中心距离的增加,由城市、城市边缘区至乡村,非农生境类型呈现逐渐增加趋势,靠近城市中心的非农生境仅有林地,而在乡村区域有草地、林地、水域和农村道路4种类型。非农生境斑块数量比例呈现总体增加趋势,城市平均比例为8.63%、城市边缘区平均比例为17.08%、乡村平均比例为22.48%。非农生境面积比例呈现先增后减的倒"U"字型变化,城市边缘区的非农生境面积比例最高,值为1.93%。非农生境斑块密度呈现先增加、再减少和后增加的变化趋势,城市边缘区的非农生境斑块密度最小。最大斑块指数和聚集度指数呈现先减少后再增加的趋势,城市边缘区的非农生境最大斑块指数和聚集度指数最小。景观形状指数和多样性指数呈现先增加后减少的趋势,城市边缘区景观形状指数和多样性指数最大。总体而言,距离城市中心最近的城市区域受城市化强烈影响后,保留在城市景观之中的农田景观重新建立一种相对稳定的景观格局,残留其间的非农生境类型单一、斑块数量低,斑块较大、形状规则;正在受到城市建设切割的城市边缘区农田景观中非农生境面积比例、景观形状指数和多样性指数表现为虚高,但其斑块密度、最大斑块指数和聚集度指数均较小;距离城市中心最远的乡村区域非农生境受城市化影响较弱,类型趋于多样、斑块数量比例高、景观异质性较高。     

农业土地共享和土地分离及其潜在的生物多样性效应

农业在生物多样性维持方面扮演重要角色,农业既是生物多样性的传递者,同时集约化农业也是导致生物多样性降低的主要原因。"土地共享"和"土地分离"是重要的协调粮食产量和生物多样性保护的土地利用策略,前者关注的是农田环境的改善,后者指通过土地利用集约化,提高作物单产,释放出更多土地用于自然保护。目前,对于哪一种土地利用方式更有利于生物多样性保护仍是有争议的。本研究综述了上述两种土地利用策略的优缺点及其对生物多样性的影响,并分析归纳了应用和选择土地利用方式时应考虑的因素,如:对集约化敏感的物种;景观背景、景观尺度和景观结构;社会经济因素等。在此基础上,展望了该理论对我国未来农业发展的启示,包括:因地制宜规划农业景观格局,如考虑区域的产量潜力和特有物种;发展可持续集约化农业和加强"溢出效应"的管理,提高生态系统自我恢复能力;在不同景观尺度上建立土地共享-分离混合模式,在集约化农业地区适度恢复农用林业。     

陆地生态系统稳定性空间格局及影响机制研究综述

稳定性是生态系统保持或恢复自身结构和功能的能力,是维持生态系统服务功能的关键。近年来全球植被稳定性面临重大威胁,生态系统稳定性的研究逐步成为生态学的热点问题。本文综述了稳定性的定义、空间格局及其影响机制,指出了当前研究存在的问题,并对未来发展提出展望。目前研究发现,生态系统稳定性是一个多维结构,主要包括抵抗力、恢复力和时间稳定性三个方面。稳定性及其影响机制具有很强的空间异质性与尺度依赖性,主要表现为在站点尺度由生物多样性等生物因素控制,而在区域及全球尺度则由温度、降水、辐射等非生物因素控制。目前植被稳定性的研究中尚存在数据源噪声难以去除,量化方法未标准化等问题。未来稳定性的研究可逐步由站点等局部尺度向区域、大陆等全局尺度扩展,并形成标准化的稳定性评估方法。     

城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

基于生物多样性和生态系统服务的生态农场景观设计

近年来随着民众对良好生态环境和优质食品需求的增加,生态农场在我国蓬勃兴起。如何设计和建造生态农场成为新的研究领域。其中将生物多样性和生态系统服务整合到生态农场设计被认为是保障生态农场可持续生产的关键。本研究在回顾生态农场发展历程,分析生态农场中生物多样性的内涵,总结生态农场的景观结构、生物多样性和生态系统服务的关系及其应用的基础上,提出了以提升和利用生物多样性和生态系统服务为目标的生态农场景观结构优化的设计原则。研究建议生态农场的景观设计应主要包括农场与周围景观的关系、种植系统设计和有益生物栖息地的保护和重建3方面的内容,并具体提出了每个方面需遵循的一般设计原则。同时,研究以我国南方水稻主产区新建水稻生态农场设计为例,印证了上述原则和方法在实践中的可行性。研究表明,为了更好地将生物多样性整合到生态农场建设中,未来需要深入认识生物多样性及其生态功能,认识生物多样性与农业产量和收益的关系,开发利用能够促进有益生物多样性和生态系统服务的功能植物,并推动生态农场实施生物多样性保护的生态补偿政策的制定。本研究对推动将生物多样性保护和生态服务管理整合到生态农场设计提供了方法指导和实证,对生态农场的发展建设具有参考借鉴意义。     

农业规划环评中生物多样性影响评价研究

介绍了农业规划环评中生物多样性影响评价的背景、基本内涵和主要内容,概述了生物多样性评价的基本程序和工作内容。针对农业规划环评中生物多样性影响评价几乎是空白的现状,从农区和农业角度,提出农区遗传多样性、农区物种及生境多样性、农区生态系统多样性、农区景观多样性、农业产业结构多样性5个评价尺度,逐一分析了各尺度生物多样性影响评价的主要内容和特点。特别指出在环评实际工作中,应把遗传多样性影响评价的内容与物种多样性、生态多样性影响评价融合在一起描述;对农业产业结构多样性,强调评估当地生物多样性变化可能带来的经济价值变化。最后,提出加强农区生物多样性影响评价的有关建议。     

农业生物多样性与生态系统健康及其管理措施

阐明了农业生物多样性内涵及其影响因素、生物多样性在维持农业生态系统健康的作用,指出农业生物多样性的保持不仅在于保持生物的完整性与多样性,更应注重农业生态系统健康及其管理。并提出农业生物多样性的管理对策。     

全球重要农业文化遗产地的农业生物多样性 特征及其保护与利用

2002年联合国粮食及农业组织提出了"全球重要农业文化遗产(GIAHS)"的概念和动态保护理念,旨在建立全球重要农业文化遗产及其有关的景观、生物多样性、知识和文化保护体系,并在世界范围内得到认可与保护,使之成为可持续管理的基础。自此以后,特别是在全球环境基金的支持下,GIAHS的概念和保护理念已经得到越来越多的国家和国际组织的认可,并在项目实施过程中,通过项目试点地的积极探索,不仅使遗产地农业生物多样性和文化多样性得到有效保护,而且促进了遗产地经济社会的可持续发展。本文根据中国已被列入GIAHS的11个项目点及其保护工作,从遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性、景观多样性以及文化多样性5个方面分析了农业文化遗产地农业生物多样性的特征,阐述了农业文化遗产地农业生物多样性利用的生态学思想以及原则,最后从建立监测和评估体系、强化农业生物多样性保护与可持续管理的研究、建立农业生物多样性保护的激励机制、建立农业文化遗产地自我维持和持续发展机制等4个方面,提出了农业文化遗产地农业生物多样性保护与利用的若干建议。     

近50年气候变化对青藏高原牧草生产 潜力及物候期的影响

基于青藏高原及周边107个气象站点1965—2013年逐月气温、降水及日照时数等气象数据,分析了1965年以来青藏高原区的气候变化趋势,并采用MODIS数据、Thornthwaite Memorial模型及GIS技术分析了近50 a青藏高原牧草气候生产潜力及其时空变化特征;利用连续22 a的青藏高原牧草生育期观测数据,探讨了牧草生育期的时空变化特征及气象因子与牧草主要发育期的关系。结果表明:1)近50 a青藏高原平均气温呈上升趋势,升温幅度达0.53℃?(10a)?1,降水量总体呈现上升趋势,但增加幅度较小,其倾向率为7.81 mm?(10a)?1;而日照时数呈下降趋势,其下降幅度为16.94 h?(10a)?1。2)1965—2013年青藏高原牧草气候生产潜力总体呈增加趋势,在空间上,由西北向东南依次增加,青海省北部及南部部分地区气候生产潜力上升幅度较大,而西藏东部上升幅度较小,且南北部地区差异较大。3)牧草返青期、抽穗期及开花期均呈提前趋势,而黄枯期呈现推迟趋势,从而延长了牧草物候期;由东南向西北牧草返青期逐渐推迟,而黄枯期主要出现在一年中的第257~289 d,其空间整体差异不如返青期明显。4)温度和降水均与牧草物候期呈显著正相关,而日照时数与其呈显著负相关,且温度是影响牧草物候期变化的主要因子。利用青藏高原牧草生产潜力及物候期与气候因子的响应规律,可为提高该区牧草的实际产量和保护青藏高原草地生态系统提供借鉴和依据。     

短花针茅荒漠草原不同载畜率对土壤的影响

以内蒙古自治区乌兰察布短花针茅荒漠草原为研究对象,通过9 a的定位试验,研究放牧对土壤理化性状的影响,旨在揭示不同载畜率条件下草原土壤退化的过程和机制,以便采取合理的放牧管理措施,遏制草原退化,促进草地畜牧业可持续发展。试验在短花针茅荒漠草原设定4个载畜率水平,重复3次,以成年蒙古羯羊为供试绵羊,从2004年开始小区放牧试验,每年放牧期为6月初到11月底,每天放牧时间为早6:00至晚18:00,放牧试验2012年结束后,通过对草原土壤理化性质的分析,得出主要结果如下:持续放牧9 a,土壤表层含水量随着载畜率的增加显著降低(P0.05),载畜率对土壤机械组成、p H及速效磷和速效钾含量的影响未达显著水平(P0.05);0~10 cm土层土壤有机质含量在重度放牧处理下显著低于(P0.05)其他处理;土壤容重随着放牧时间的延长下降17.25%;随着放牧强度的增加,土壤砂粒含量呈增加趋势,黏粒含量有所降低;土壤速效磷、速效钾含量随载畜率升高而降低;2012年重度放牧降低了土壤呼吸速率(P0.05)。结合载畜率与年度互作分析,经过9 a的持续放牧,短花针茅荒漠草原放牧还没有从本质上引起草地土壤理化性状的严重退化,但从土壤有机质含量来看,土壤出现了一定程度的退化现象。     

不同秸秆还田方式对和田风沙土土壤微生物 多样性的影响

秸秆还田是有效利用秸秆资源的重要途径,能够提高土壤养分含量、调节土壤微生物的群落结构和多样性,但目前还缺乏不同秸秆还田方式对新疆沙化土壤肥力和微生物多样性影响的系统报道。为探索新疆沙化土壤肥力可持续提升模式,于2010—2012年在和田风沙土土壤上设置秸秆直接还田(NPKS)、过腹还田(NPKM,15.0 t×hm~(-2))和炭化还田(NPKB1,2.5 t×hm~(-2);NPKB2,15.0 t×hm~(-2))定位试验,研究不同秸秆还田处理对和田风沙土土壤养分、微生物数量、土壤酶活性和Biolog碳源利用的影响。结果表明:1)与单施化肥(NPK)相比,不同秸秆还田方式均能显著提高风沙土土壤养分含量,其中NPKM处理效果最好,其次是NPKB2处理,NPKS和NPKB1处理分别为第3和第4。2)不同秸秆还田方式对土壤微生物数量影响差异显著,均增加了土壤中细菌、放线菌和生理菌群的数量,与NPK处理相比,细菌数量NPKB2处理最高,放线菌数量NPKM处理最高,分别显著提高了413.16%和574.19%。但NPKB1和NPKB2处理对生理菌群数量的提升效果好于NPKS处理和NPKM处理。土壤酶活性,不同秸秆还田方式总体好于NPK处理,NPKM处理的提升效果最好。3)Biolog碳源利用分析表明不同秸秆还田方式均能提高风沙土土壤微生物活性和丰富度指数。主成分分析表明,不同秸秆还田方式土壤微生物群落明显不同,起分异作用的碳源主要为羧酸类和糖类。聚类分析显示NPKB2和NPKM处理之间、NPKB1和NPKS处理之间土壤微生物功能相似。由此可以看出,不同秸秆还田方式均能显著提高和田沙化土壤微生物活性和功能多样性,但不同方式的增效不同。从3年定位试验结果看,秸秆过腹还田和炭化还田的效果较好,秸秆直接粉碎还田有增加土传病害的风险。该结果将为南疆沙化土壤肥力可持续提升提供一定的理论指导。     

潮土农田微生物研究进展

土壤微生物对不同施肥的响应和反馈对于评价和解释科学施肥具有极为重要的意义。本文总结了本课题组在我国华北平原潮土碳、氮、磷循环相关微生物对不同施肥,特别是对单施有机肥的响应方面的研究结果,明确了潮土地力提升过程中的微生物学机制。长期定位试验研究结果表明,长期平衡施肥,特别是施用有机肥能够显著增加潮土中有机碳和养分含量,特别是磷含量,进而改变土壤微生物群落结构,提高微生物生物量碳、转化酶活性、呼吸强度及微生物功能多样性(碳代谢活性),并且土壤微生物代谢熵与代谢热显著降低。相反,在缺素特别是缺磷条件下,土壤微生物不仅代谢效率低下,而且代谢过程会散逸相对多的热量、排放相对多的CO2,导致土壤质量明显下降。长期施用氮肥可增强潮土硝化活性、增加氨氧化细菌的数量和多样性,且无机氮肥比有机氮肥影响更显著;但是,科学施用氮肥的前提是必须合理地添加磷肥,才能更好地促进潮土作物生长、减少氮素损失和提升土壤地力。对于缺磷的潮土,长期施用磷肥,尤其是平衡施肥使得作物对菌根真菌(AMF)依赖性下降,进而导致土壤中AMF多样性下降,更多的土壤养分分配给其他微生物,有利于潮土农田地力的可持续性。潮土中一种土著微生物Bacillus asahii对长期施用有机肥的响应最为显著,该物种需要2~4 a会成为潮土中优势微生物,其有着独特的生理特征和丰富的代谢多样性,能够加速和促进其他微生物对潮土有机质累积和磷素循环过程的作用,在作物生长和土壤地力中起到"领军性"的作用。以上认知加深了对长期施用有机肥提升华北平原潮土地力过程中微生物学机制的认识,有助于指导调控土壤微生物更好地服务农田生态系统。     

间套作强化农田生态系统服务功能的研究 进展与应用展望

间套作是我国传统农业的精髓,其存在2 000多年,必然蕴含重要的科学原理。过去的研究表明其不仅能够大幅度提高作物产量,而且能够充分利用地上部的光热资源,充分挖掘和利用地下部水分养分资源,强化农田生态系统服务功能。近年来,国内外对其资源高效利用的研究取得了显著的进步,特别是地下部资源高效利用方面。本文首先综述了相关研究的进展:间套作作为增加农田生态系统生物多样性的重要措施,具有重要的生态功能,如提高作物产量,增加作物生产力的稳定性,充分利用地上部光热资源和土壤水分、土壤和肥料中的氮素和磷素以及微量元素等。随后,对间套作提高资源利用效率的机制进行了分析,包括水分需求上的时间和空间生态位互补,豆科/禾本科间作体系中的豆科作物生物固氮和禾本科作物对土壤氮素利用上的互补和促进作用;磷活化能力强弱搭配的间作体系中,磷活化能力强的作物对活化能力弱的作物的促进作用;双子叶和单子叶植物的搭配,改善双子叶植物的Fe、Zn等微量元素的含量等。最后,对间套作进一步研究方向和应用提出了一些看法和思路。在研究方面,包括作物多样性与农业可持续发展,地下部作物种间信号的传递,地上地下部多样性的互反馈调节机制,以及作物生长模型等。在应用方面,包括豆科作物纳入农业生产体系发展生态集约化农业,利用间套作发展有机农业,利用种间相互作用提高磷肥利用率和增加作物可食部分的微量元素含量等。并认为间套作中的机械化、育种等问题的解决将有利于间套作的进一步发展。     

减量施氮与间作大豆对蔗田碳平衡特征的影响

为了研究氮肥投入及豆科作物间作对蔗田碳汇的影响,通过2年(2012—2013年)的大田试验,采用投入产出平衡法(即将作物生育期内的碳投入与碳产出进行量化分析),探讨2个蔗田施氮水平[300 kg·hm?2(减量施氮)和525 kg·hm?2(常规施氮)]和4种种植模式(甘蔗单作、大豆单作、甘蔗||大豆1行︰1行间作及甘蔗||大豆1行︰2行间作)下蔗田生态系统碳的输入和输出特征。结果表明,两种施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式碳输入量均显著高于甘蔗单作和甘蔗||大豆1︰1间作模式。2012年减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式碳输出量显著低于甘蔗单作和甘蔗||大豆1︰1间作模式,2013年差异不显著;甘蔗收获后,减量施氮处理甘蔗||大豆两种间作模式土壤碳截存量均显著高于甘蔗单作。甘蔗||大豆间作生态系统的碳收支与平衡分析表明,减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式净碳固定量2012年为2 956.35 kg·hm?2,2013年为872.59 kg·hm?2。减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式下农田固碳潜力大于其他处理,从农业可持续发展角度考虑,该模式具有一定的生态合理性。     

低海拔和高海拔产区气象因子对‘美乐’葡萄浆果 品质和代谢组的影响

为明确低海拔(41 m)和高海拔(2 343 m)‘美乐’葡萄产区浆果代谢组和品质的差异和成因,试验采用GPRS-Base系统气象站监测低海拔和高海拔‘美乐’葡萄产区的气象因子,采用气相色谱/飞行时间质谱(GC/TOF-MS)技术解析低海拔和高海拔产区‘美乐’浆果代谢组的差异,并测定了不同海拔‘美乐’葡萄浆果的可溶性固形物含量、p H、总酸含量、还原糖、花青素、总酚、单宁、黄酮、类黄酮和蛋白质的含量。结果表明,高海拔‘美乐’葡萄产区平均日照时数、生育期总辐射、日均辐射、日均温差、日均温度、生长时期有效积温等气象因子均高于低海拔‘美乐’葡萄产区;与低海拔产区相比,高海拔产区的‘美乐’葡萄浆果的可溶性固形物、单宁和还原糖含量增加,总酚和花青素含量减少。代谢通路分析表明:高海拔产区的葡萄浆果积累更多的氨基酸、有机酸、醇、多酚、糖类等物质。代谢通路富集表明:高海拔产区改变了葡萄浆果8条氨基酸代谢、4条碳水化合物、3条脂质代谢和3条氮代谢通路。去趋势化对应分析表明:‘美乐’葡萄园中的气象因子如日均日照时数、生长时期总辐射、日均辐射、温差、日均温度、生长时期有效积温是驱动‘美乐’浆果代谢物积累的主要因子。高海拔和低海拔区域气象因子的差异是‘美乐’葡萄浆果代谢物差异的重要驱动力,高海拔区‘美乐’葡萄浆果通过代谢物和代谢通路的多样性策略来适应高海拔环境,提高浆果的品质。     

不同锌水平对低剂量镉在水稻中迁移能力的影响

本研究利用水稻作为供试植物,在轻度镉(Cd)污染[镉浓度分别为0 mg·L~(-1)、0.01 mg·L~(-1)(低剂量)、0.03 mg·L~(-1)(中剂量)、0.09 mg·L~(-1)(高剂量)]水培条件下,通过外源添加不同剂量锌(Zn,浓度分别为0 mg·L~(-1)、0.025 mg·L~(-1)、0.05 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、0.2 mg·L~(-1))研究水稻生物量变化及Cd在水稻体内分布和迁移,探索Zn、Cd间的相互关系,并筛选治理水稻Cd污染的最适外源Zn浓度。结果表明,施加外源Zn水稻根茎叶的生物量均有所增加,且Zn浓度为0.05 mg·L~(-1)效果最显著。缺Zn条件(0 mg·L~(-1))下,水稻根细胞质和细胞壁中的Cd含量比值随外源Cd浓度增加而降低;加入外源Zn后,细胞质与细胞壁中Cd含量比值有上升趋势,0.03 mg·L~(-1) Cd水平下变化显著。中低剂量(0.01~0.03 mg·L~(-1))Cd水平下,施加Zn可降低水稻根部对Cd的吸收和转运。其中Zn浓度为0.05 mg·L~(-1)时,水稻根、茎、叶中的Cd含量下降最为显著,分别下降38%、71%、65%(低剂量Cd)和44%、79%、69%(中剂量Cd),且水稻根与茎、根与叶的转移系数分别降低53%和44%(低剂量Cd)、62%和40%(中剂量Cd);而后随Zn浓度增加水稻各部位Cd含量及转移系数无显著变化。在高剂量Cd环境下,施加外源Zn对水稻根、茎、叶Cd含量没有显著的抑制作用。因此,在中低剂量的Cd污染条件下,Zn、Cd间存在明显的拮抗作用,且外源添加0.05 mg·L~(-1) Zn是降低水稻Cd吸收迁移及增加水稻产量的最适浓度。     

荫蔽信号对大豆幼苗生长和光合特性的影响

红光/远红光比值(R/FR)下降是自然界荫蔽发生的重要信号。为探究大豆幼苗对荫蔽信号的应答机制,本文采用室内盆栽试验,以‘南豆12’和‘南032-4’两个大豆品种幼苗为材料,通过正常光照和低R/FR两种光照处理后,对其形态、光合特性以及叶绿素荧光参数进行研究。结果表明:与正常光照相比,低R/FR下,两个大豆材料幼苗均表现出典型的避荫性反应,即株高、叶面积、叶柄长、节间长增加,茎秆变细,其中,‘南豆12’的株高、叶柄长、节间长分别显著增加7.86%、81.48%、26.55%,‘南032-4’分别增加3.95%、76.67%、20.00%;叶片的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)提高,胞间二氧化碳浓度(Ci)和初始荧光强度(Fo)、最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(q P)等降低,非光化学淬灭系数(q N)升高,总干物质积累量增加,其中,‘南豆12’和‘南032-4’的Pn分别增加37.21%和39.04%、总干物质积累量分别增加12.35%和17.36%、Ci分别降低9.29%和11.72%。然而,不同大豆材料对低R/FR的敏感程度不同。在低R/FR光环境下,‘南豆12’较‘南032-4’表现出较低的株高、节间长、叶柄长,较大的叶面积和茎粗,较高的光能传递转换效率、Pn、Gs以及干物质积累量,体现了对荫蔽较强的适应性。本研究进一步证实了大豆具有感受荫蔽信号(低R/FR)的能力,但其敏感程度因品种不同而不同,在间套作过程中,为提高大豆耐荫性,降低大豆因避荫反应导致的倒伏率,保障大豆产量,应该选择对荫蔽信号不敏感的品种。