豆科作物与禾本科作物轮作研究进展及前景

豆科作物与禾本科作物轮作是可持续农业的重要种植技术,也是我国传统农业的精华。利用豆科作物与禾本科作物轮作对于减少农业生产对化学氮肥与农药的依赖、保护农田生物多样性、提高资源利用效率有重要的意义。本文针对当前农业发展现状与存在的问题,提出推行豆科作物与禾本科作物轮作的重要性。从豆科作物与禾本科作物轮作的增产效应、作物增产的氮效应、对农田病虫草害的控制及增加农田的生物多样性等方面论述了国内外豆科作物与禾本科作物轮作的研究进展,明确围绕豆科作物与禾本科作物应当研究的重点。提出了豆科作物与禾本科作物轮作所面临的主要挑战及未来可取得突破的主要领域,如协调作物茬口,开发推广豆-禾轮作田间综合管理技术,提高轮作综合效应;利用长期定位试验,研究轮作响应的农业生态前沿问题;评价轮作生态环境效应,建立轮作生态补偿机制等。本文重新审视豆科作物与禾本科作物轮作体系的作用及前景,对于保障农业可持续发展具有重要意义。     

间套作改善作物矿质营养的机理研究进展

【目的】合理的间套作能够改善作物的矿质营养。近年来国内外对间套作提高作物生产力、 改善作物矿质营养的机理研究越来越深入。本文分析了国内外不同间套作中作物根际养分动态及作物营养吸收变化,阐述了间套作改善作物矿质营养的可能机理。【主要进展】 1)根系分泌物中的铵态氮和氨基酸态氮作为作物的氮源; 根系分泌物能够诱导豆科作物固氮作用的增强,增加间套作系统中的氮营养; 2)根系分泌物中的有机酸类物质能够活化根际土壤中的磷、 铁、 钾等营养,将其转变为植物可以利用的营养; 3)根系分泌物或地上部的种间互作能诱导作物的根系构型和矿质营养吸收相关基因的表达发生变化,形成空间上的营养生态位互补,增强根系吸收矿质营养的能力,充分利用土壤营养资源; 4)丛枝菌根真菌与作物间形成的网络便于营养在作物之间的转移和吸收; 5)间套作能够改变土壤生物多样性(土壤动物和微生物),而土壤的生物多样性能够促进作物矿质养分的吸收。间套作中,由于微生物代谢功能的多样性,作物对微生物的选择和富集使得根际土壤功能微生物的种类和数量增多,提高了土壤中矿质营养的生物有效性; 6)间套作提高了土壤的酶(如脲酶,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶)活性,促进了有机氮、 磷向无机氮、 磷的转化,提高了土壤无机氮、 磷的浓度。总之,根系分泌物、 根系构型变化、 土壤生物多样性、 土壤酶在作物的营养有效利用中发挥重要作用,其中根系分泌物是它们之间的纽带,介导了作物-作物、 作物-土壤、 作物-微生物之间的相互作用。【建议与展望】由于技术手段的限制及地下根际过程的复杂性,人们对于地下生物学过程的认识还远远不够。根系分泌物的原位定性与定量、 间套作中种间的识别和响应、 间套作对土壤生物多样性的影响及土壤生物多样性对作物生长的反馈、 间套作中功能微生物的筛选、 分离、 鉴定及应用都将成为研究的重点。     

根系互作对谷子和花生间作体系根际微生物碳代谢的影响

间作系统因其产量优势及生态功能在全世界都广泛应用,尤其是禾本科与豆科作物的优势组合,但该间作体系中作物根系互作对碳代谢特性的影响尚不明确。通过2年田间试验结合盆栽模拟根系分隔(根系无互作;根系部分互作;根系完全互作)方法,采用Biolog技术研究了不同种植模式对谷子和花生籽粒产量、土地生产力及土壤微生物碳源利用特征的影响。2017～2018年田间试验结果表明,2种间作模式下土地当量比(LER)均大于1,尤其是谷子-花生2∶2模式LER于2018年达到1.36,表明禾本科作物谷子与豆科作物花生体系是具有产量优势的间作系统。室内盆栽研究结果表明,间作模式下谷子的生物量与产量分别增加了49.0%和92.6%,花生则增加了11.1%和44.6%,谷子与花生的收获指数(HI)也显著增加。与完全分隔无根系互作相比,根系互作促进了根际微生物碳源利用效率,谷子与花生根际微生物对31种碳源平均利用率分别增加了19.6%和72.2%。土壤微生物对6大碳源种类的平均利用以糖类和氨基酸类为主,对酚酸类利用率最低。主成分分析结果表明,间作与部分间作花生对根际土壤碳源利用率显著高于谷子与花生单作,而单作花生对碳源利用率最低。Shannon指数和Simpson指数研究结果表明,间作提高了土壤群落微生物多样性和均匀度。禾本科作物谷子与豆科作物花生间作体系通过根系互作提高了生物量积累,促进了地下部根际微生物对底物碳源利用,增强了微生物群落结构多样性,这对深入解读地下根系互作驱动的间作体系优势互补机理具有重要意义。     

禾豆间作氮素高效利用机理及农艺调控途径研究进展

为保障粮食安全,农业生产中化肥使用极为普遍,但过量使用,往往引起地下水污染、温室效应加剧、生物多样性降低等多种环境和生态问题。禾豆间作系统由于不同作物生物学特性和氮素利用存在差异,进行合理调控可充分发挥生物固氮优点,从而减少化肥投入,提高生产效益,是一种稳产、高产、高效可持续的种植体系。该系统中"氮转移"、"氮阻遏"消减和氮素时空分异是目前研究的热点,也是促进豆科作物固氮、减少化肥投入的有效途径,可实现禾、豆两种作物对氮素的高效利用。特别是该系统中作物品种、施氮制度、空间布局以及种植密度等农艺措施是对种间关系进行调控的必要手段,合理优化可有效促进禾/豆间作竞争与互补协同作用,增强氮素协调利用,从而挖掘两种作物对氮素高效利用的生物学潜力。为此,本文基于前人研究成果和农业可持续发展观点,重点综述了国内外有关禾豆间作氮素高效利用主要机理及相关农艺调控途径的研究现状,旨在为构建简易、高产、高效、氮肥节约型禾豆间作模式提供有力的科学依据和理论支撑。     

间套混种控病增产机制研究进展

间套混种是一种能够提高农田生物多样性的种植方式,具有充分利用资源和大幅度增加产量的特点,也是利用种间互作控制病害发生的传统农作措施。间套混种在解决人口不断增长、资源日益枯竭和生态环境恶化等问题方面具有重要的现实意义,已经成为近年来国内外研究的热点。间套混作在一起的作物具有非常复杂的相互作用关系,这种相互作用关系涉及地上部(冠层)的相互作用和地下部(根际)的相互作用,作物对水分、养分和光热等资源的高效利用、复合群体产量优势和病害持续控制都是与种间相互作用相联系的。本文综述了间套混种系统中地上部因素和地下部因素在作物病害控制和产量优势中的作用效果及机制,并展望了当前研究重点及今后需要研究的方向。     

向日葵和马铃薯间作条件下氮素的吸收和利用

间套作不但能提高作物产量和资源利用效率,也是有效降低土壤风蚀的重要措施。明确间套作体系中氮素竞争与互补机理,提高氮素利用效率对区域农业可持续发展有着重要意义。该研究于2010年和2011年在内蒙古武川进行了大田试验,利用半微量凯氏定氮方法测定植株各器官氮素含量和氮吸收量,探讨间作中作物对氮素吸收和利用的特征。结果表明,从系统角度出发,向日葵和马铃薯间作系统的氮吸收当量比(NER)为0.95～1.02,差异不显著,这种间作模式对作物氮的吸收效率没有影响。从作物角度出发,间作没有显著提高向日葵的氮素吸收和利用效率,却降低了系统中马铃薯的氮素吸收和利用效率。间作中,向日葵氮偏吸收当量比为0.53～0.74,大于其种植比例(50%),说明间作向日葵具有显著的氮素竞争和吸收优势;而马铃薯氮偏吸收当量比为0.28～0.42,低于其在间作中所占的比例(50%),处于显著劣势。间作马铃薯产量(鲜薯质量,80%含水率)的氮素生理利用效率(NPE)为249.2g/g,略低于单作(269.8g/g),其中4行马铃薯:4行向日葵(4P:4S)间作马铃薯的NPE为238.2g/g,显著低于单作。4P:4S间作向日葵产量(籽粒质量,12%含水率)的NPE为30.1g/g,高于单作(25.9g/g)和2行马铃薯:2行向日葵(2P:2S)间作的NPE(22.8g/g)。在4P:4S间作模式中,向日葵的NPE有所提高,作为代价,降低了马铃薯的NPE。间作中马铃薯的收获指数HI(0.83)低于单作(0.87),间作向日葵的HI(0.40)高于单作的HI(0.33)。间作作物NPE的变化主要受作物收获指数HI的影响。     

间套作防治作物土传枯萎病的研究进展

作物间套作是农业生态系统中常见的一种种植模式。在这种生产模式中,两种或多种作物不仅可以充分利用光、热、水、气、肥等资源,提高单位土地面积的生产力,而且还会影响植物病虫害发生。连作引发的枯萎病是影响很多作物减产的重要原因。通过合理间套作,可以有效地提高作物的抗病能力,以达到自然控制枯萎病的目的。本文首先综述了国内外不同作物间作模式对土传枯萎病的防治效果;其次,从田间小气候改变、寄主形态及生理改变、诱导寄主抗性、养分高效利用、抑制病原菌及土壤微生物多样性方面对控害机制的最新进展进行了总结。在此基础上,对当前间作防控土传病害的局限性进了讨论,并对未来利用不同作物间作防治植物土传病害的研究方向及间作防控土传病害研究需要关注的热点问题进行了展望。     

中国生态农业十大模式和技术

生态种植模式指依据生态学和生态经济学原理,利用当地现有资源,综合运用现代农业科学技术,在保护和改善生态环境的前提下,进行高效的粮食、蔬菜等农产品的生产。在生态环境保护和资源高效利用的前提下,开发无公害农产品、有机食品和其他生态类食品成为今后种植业的一个发展重点。1“间套轮”种植模式“间套轮”种植模式是指在耕作制度上采用间作套种和轮作倒茬的模式。利用生物共存、互惠原理发展有效的间作套种和轮作倒茬技术是进行生态种植的主要模式之一。间作指两种或两种以上生育季节相近的作物在同一块地上同时或同一季成行的间隔种植…     

不同竞争强度间作体系氮素利用和土壤剖面无机氮分布差异

田间小区试验,研究大麦/玉米间作、小麦/玉米间作和蚕豆/玉米间作及其对应单作体系,在不施氮和施氮225 kg/hm2情况下,对氮素吸收利用效率和土壤剖面无机氮变化的影响。结果表明,作物对养分的竞争能力与其根区土壤无机氮浓度和累积量密切相关。两作物共生期不施氮肥时,0—100 cm土层,土壤剖面无机氮残留量是间作大麦和间作小麦根区分别比间作蚕豆根区减少2032~82和10717~1 kg/hm2;与大麦和小麦间作的玉米根区分别比与蚕豆间作的玉米根区减少931~20和5687~kg/hm2。土壤无机氮累积量受作物类型、种间相互作用强度及实时土壤环境条件影响。种间相互作用提高了间作大麦和小麦的氮素当季回收率,但使与其间作的玉米氮素当季回收率降低。大麦/玉米和小麦/玉米竞争体系在不施氮肥时氮素利用效率最高。施用氮肥使大麦、小麦氮素收获指数降低,玉米氮素收获指数升高,对蚕豆无影响。在选择配对作物时,为获得间作优势要充分考虑作物竞争能力、土壤基础肥力条件、施肥水平及配套栽培措施等。低肥力土壤宜选择豆科/禾本科互惠体系,高肥力土壤宜选择禾本科/禾本科竞争体系。     

间套作体系土壤磷素吸收优势和机理研究进展

利用间套作农业生态工程种植技术可以充分挖掘土壤累积态磷素,减少农田磷肥投入,对于维持磷素资源和土壤肥力的可持续性,防控农田面源污染,具有重要的现实意义。系统总结了间套作体系对土壤磷素的挖掘利用优势,从间套作体系的根系形态、分布特征、根系分泌物、根系活性和根间菌丝桥角度并结合生态位互补和种间促进作用的原理分析了磷素吸收优势的机理。指出了此项研究存在的问题,对今后的研究方向和发展趋势进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

农业景观异质性对生物多样性及其 生态系统服务的影响

农业景观中生物多样性具有特殊重要的意义,本文首先综述了农业景观异质性的组成和特征。农业景观的异质性不仅包括空间组成和构型异质性以及时间异质性,更应包括基于物种或功能类群认识的农业景观功能异质性,这对于讨论景观异质性与生物多样性的关系十分关键。纵览景观空间异质性和时间异质性对生物多样性的多尺度影响发现,很多研究证实非农生境对于维持农业景观中生物多样性十分必要,由非农生境斑块和农田基质组成异质性较高的农业景观往往促进生物多样性,不同生物类群对景观异质性的响应尺度不同。景观结构和种间作用的复合影响是异质性农业景观维持生物多样性的机制。景观异质性通过生物多样性的组成和分布进而影响其提供的生物控制、授粉和物质循环等生态系统服务。结合黄河中下游平原农业景观异质性特征及其对生物多样性影响系列研究结果,在联产承包责任制下小田块管理的农业景观中,未来相关研究应基于功能景观的时空异质性深入讨论农业景观对生物多样性及其生态系统服务的影响机制,为可持续农业景观的构建提供科学依据。     

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。     

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。     

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。