花生连作土壤障碍机制研究进展

花生是我国主要经济作物和油料作物,连作障碍问题严重影响花生的产量与品质,制约着我国花生产业可持续发展。已有研究认为自毒物质积累、病菌增加、土壤微生物群落失衡及土壤理化性质恶化是花生连作障碍的主要因子,但大多停留在单因子水平上,有的认识缺乏直接的证据。本文简要综述了花生连作障碍的危害、机制及调控措施,结合作者近几年来相关研究,主要从花生根系分泌物效应、化感物质存留特征、土壤生物群落演变等方面介绍了花生连作障碍机制研究进展,最后对花生连作障碍的进一步研究及防控技术发展方向提出展望。     

磷石膏专用复混肥缓解红壤花生连作障碍效果

红壤长期连作花生产生严重连作障碍,影响花生生产。本试验研究磷化工废弃物在缓解花生连作障碍上的效果,采用磷石膏与化学氮肥、化学磷肥、化学钾肥不同比例制成磷石膏专用复混肥,施用于中科院江西红壤生态试验站花生连作田块,考察对红壤养分及花生生理性状及产量的影响。结果表明: 施用含磷石膏专用复混肥比使用常规复合肥处理增产3.5-45.1%,土壤中的全氮、速效氮、和速效钾含量升高,植株全N、P、K含量均有提高,施用磷石膏专用肥可以有效缓解红壤地区花生连作障碍。     

持续施用生物有机肥对花生产量和根际细菌群落的影响

我国红壤旱地花生连作现象普遍，化肥施用量大，花生产量却逐年降低。为了揭示集约化经营制度下施用生物有机肥对花生连作障碍的调控，采集旱地红壤进行了连续5年的盆栽实验，实验处理包括花生-玉米轮作、施用化肥的花生连作和施用生物有机肥的花生连作，探究持续施用生物有机肥防控花生连作障碍的根际微生态机制。结果显示，相比于轮作，施用化肥的连作花生产量显著降低；相比于连作花生施用化肥，持续施用生物有机肥可以显著缓解连作花生产量降低的问题，在施用有机肥第5季荚果干重提高27%。与施用化肥的连作处理相比，持续施用生物有机肥显著增加了花生根际细菌多样性和丰富度，与轮作花生处理无显著差异。持续施用生物有机肥显著提高了连作花生根际变形菌门和拟杆菌门的相对丰度，降低了厚壁菌门的相对丰度。属水平上，花生根际促生菌Rhizobium，Mesorhizobium和Bradyrhizobium的相对丰度较化肥处理分别提高了295%、89%和40%，而Leifsonia和Burkholderia的相对丰度分别降低了67%和47%。冗余分析进一步发现，土壤有机质和pH值是根际细菌群落结构改善的重要理化因素。这表明持续施用生物有机肥可以改良红壤理化环境（如pH值和有机质含量），进而优化连作花生根际细菌群落结构并提高根际抗病性能，实现花生稳定增产的目标。     

根系分泌物抑制连作障碍线虫病的根际调控机制及其应用

作物长期连作极易出现连作障碍(再生病害),本文围绕因传统耕作模式和种植习惯而诱发的新疆棉花、黑龙江大豆、河南花生、山东设施蔬菜、两广香蕉等连作障碍问题,对全国连作现象进行系统分析,发现全国连作现象普遍。按照耕地面积将连作障碍划分为五个等级,其中华北三省和东北的黑龙江省连作障碍等级最高,且各省连作现象均以大田经济作物为主。以香蕉、大豆(大田经济作物)、黄瓜(设施园艺作物)和三七(中草药)为代表,比对最低产量和正常产量在连作年份的变化,表明连作障碍发生规律成抛物线式,防控连作障碍需找到问题关键时期。单一根系分泌物介导的微生物多样性降低、病原菌富集,植物寄生线虫危害和土壤弱化是导致连作障碍的主要原因,其中线虫对植物的侵染危害作为土传病害是防治连作障碍中最难解决的问题之一,尤其是在设施蔬菜上。线虫在长期进化过程中形成了具有识别、寻找和侵染寄主的生物学功能,而不同植物根系分泌物对线虫发育和对宿主的识别侵染能力有不同的调控作用。针对根系分泌物–线虫互作为诱因的线虫病害,深入探讨易感作物和抗性/非寄主植物根系分泌物对线虫发育和对植物侵染的生物学机制,提出根际调控措施。在J2时期利用抗性/非寄主植物根系分泌物,调控根结线虫Mi-16D10、Mi-flp-18等基因和孢囊线虫的Hg-rbp-2等基因的表达控制线虫的发育、侵染和迁移,通过生物源功能物质定向防控线虫侵染作物。这些结果加深了我们对生物活性物质调控植物寄生线虫机制的认识。未来,以筛选和鉴定抗性或非寄主作物特异根系分泌物对线虫侵染的调控为依据,配置生物功能型肥料,利用植物源活性物质替代传统农药控制线虫病害的根际调控措施,定向调控植物根际生物学过程将成为国内外研究热点。此文将为未来深入系统地研究根系分泌物–线虫的相互作用及克服连作障碍提供理论基础,进而促进土壤健康和作物优质高产高效,对实现绿色农业和可持续发展具有重要的理论和实践指导意义。     

花生连作障碍发生机理研究进展

连作导致花生产量和品质下降,严重影响了花生持续生产。本文结合20年花生长期定位试验研究,从土壤理化性质恶化、化感自毒作用和微生物区系失衡3个方面系统地综述了花生连作障碍的发生机理,认为花生根际微生态系统综合功能失调是造成花生连作障碍的主要原因,并分别就化感作用、根际分泌物与根际微生物的关系、根际微生物与连作障碍的关系和多因子综合考虑等角度对该领域未来的研究方向进行了展望。     

烟草连作障碍研究进展

烟草因连作种植导致产量和品质的下降已成为当前烟叶生产中面临的全国性难题。本文以连作对烟草的危害为切入点,从烟田土壤营养失调、根系中化感自毒物质积累、土壤生物学环境恶化等角度阐述了烟草连作障碍的产生机理,介绍了当前消除烟草连作障碍的主要调控措施,并对烟草连作障碍领域的研究及技术发展方向进行了展望。     

连作对花生根系分泌物化感作用的影响

采用连续收集法提取连作5 年、3 年和轮作处理的花生结荚期根系分泌物, 研究其对土壤微生物及花生种子发芽、幼苗生长发育和细胞膜过氧化的化感作用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响。结果表明,花生结荚期根系分泌物对花生根腐镰刀菌36194 菌丝的生长、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量存在促进作用, 对固氮菌14046 的生长, 花生种子胚根的伸长、幼苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜重、叶片叶绿素含量等有抑制作用, 促进和抑制作用均随根系分泌物添加浓度和连作年限的增加呈增强趋势。连作花生结荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能是导致花生连作障碍的原因之一。     

连作和轮作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征

根际微生物区系失衡是作物连作障碍发生的重要原因,而不同的种植管理模式下作物极可能选择特定的根际微生物群落减缓或加重连作障碍。采用经典可培养技术和分子分类方法,分析连作和轮作体系下花生根表、根际及非根际土壤微生物群落变化规律及其与连作障碍之间的关系。结果表明:与轮作相比,连作栽培模式下花生荚果产量降低45.8%、根瘤数减少57.5%、植株生物量下降24.1%;相应的青枯病和根腐病病情指数分别增加至2.93倍和2.43倍。轮作和连作两种管理方式下,土壤细菌和真菌数量均呈明显空间分异规律,从"根表—根际—非根际"显著下降,尤其根表微生物数量是根际微域的2.83倍～329倍。进一步分析则发现,轮作和连作条件下花生根表微生物的数量差异最大,细菌约为1.06倍～3.28倍、真菌约为1.14倍～14.44倍,这种差异明显高于轮作和连作花生在根际和非根际微域上的差异,表明根表微生物群落受花生根系生理代谢活动影响最大,与连作障碍关系最为密切。针对可培养微生物菌群的分子鉴定则表明,轮作花生根表有益微生物主要包括假单胞菌(Pseudomonas sp.)、白地霉(Geotrichumcandidum),其比例明显高于连作,而连作花生根表的病原菌比例则明显高于轮作,包括踝节菌(Talaromyces sp.)、黑曲霉(Aspergillus niger)、粉红粘帚菌(Clonostachys rosea)和沙雷氏菌(Serratia sp.)等。这些结果表明连作种植模式有利于病原真菌在根表定殖,抑制了有益细菌的生长,可能是花生连作障碍下土传病害大幅上升的重要原因。     

茅苍术间作对连作花生土壤线虫群落的影响

以连作10年花生的红壤为基质,分别设置花生单作和花生/茅苍术间作处理,于花生成熟期采集单作花生根际土壤、间作处理花生和茅苍术根际土壤,分析土壤线虫的数量、多样性和群落结构,以揭示茅苍术间作对土壤线虫群落的影响及对花生连作障碍的缓解机制。结果表明,与花生单作相比,间作处理花生的株高、主根长、秸秆干重和荚果干重显著增加(p0.05)。茅苍术间作减少了连作花生土壤线虫的总数,显著提高了花生根际土壤食细菌线虫、食真菌线虫和捕食/杂食线虫的相对丰度,降低了植物寄生线虫的相对丰度(p0.05)。与花生单作相比,间作提高了花生根际土壤线虫的Shannon-Wiener多样性指数(H′)和均匀度指数(J),而土壤线虫群落的优势度指数(λ)显著降低。间作处理花生根际土壤线虫的瓦斯乐斯卡指数(WI)和自由生活线虫成熟度指数(MI)显著升高,植物寄生线虫成熟度指数(PPI)显著降低,而线虫通道比(NCR)无显著变化。综合分析得出,茅苍术间作可以提高花生连作土壤线虫多样性、优化土壤线虫群落结构,进而增强有益线虫的生态功能、改善花生连作障碍。     

秸秆还田对连作花生土壤综合肥力和作物产量的影响

采用田间定位试验,以连作5 年的花生土壤为研究对象,研究玉米秸秆还田对连作花生土壤微生物生物量、土壤酶活性及作物产量的影响。结果表明:试验条件下不同秸秆添加量处理均可显著增加花生连作土壤微生物生物量和酶活性,土壤微生物生物量碳、氮、磷含量较无秸秆还田对照分别提高了12.69% ～ 21.01%、9.66% ～ 25.05%、12.98% ～ 29.08%,脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脂肪酶和蛋白酶活性较对照分别提高了15.85% ～ 32.46%、17.89% ～ 36.59%、20.23% ～ 33.16%、26.56% ～ 33.80%、20.54% ～ 32.57% 和21.74% ～ 35.36%;秸秆还田条件下花生产量较对照提高了4.49% ～ 10.83%。相关性分析表明,土壤微生物生物量碳、氮、磷与6 种酶活性及花生产量均呈极显著相关关系。上述结果表明,花生连作土壤中添加玉米秸秆可有效改善土壤生物活性,缓解连作障碍,实现花生增产增收。     

Spatial analysis of categorical soil variables with the wavelet transform

This paper describes a wavelet transform for the analysis of categorical (multistate) soil variables, i.e. ones (such as profile classes) that have two or more discrete states. The states are transformed to a continuous variable by a mapping which is optimized by scale and location to highlight local variation. The method is illustrated with data from a transect across a gilgai landscape in Australia. A categorical variable on relief, with three states, was recorded from the sample sites, from which soil cores had also been collected and analysed. The wavelet analysis showed a transient feature of the variation at scales up to 32 m. There was an interval where the characteristic alternation of depressions with the level plain was interrupted. The variation at scale 64 m appeared to be non-stationary. The relief was more variable on one side of a change point than it was on the other. This complex variation of relief was matched by that of the electrical conductivity of the soil, most strongly at the 64-m scale. The periodicity of conductivity, and the strength of its correlation with relief, were also different either side of the change point identified in the analysis of relief alone. Conductivity also showed similar transient features to relief. Evidently the wavelet transform can be used to elucidate the variation of categorical soil variables. The information from such an analysis is likely to be useful for planning surveys of the soil to measure continuous variables by sampling and laboratory analysis.     

山区局地气候的小网格研究方法

山区局地气侯除受宏观地形因子影响外，还要受复杂的小环境的影响。为了进一步分析山区局地气侯的差异，更好地对山区自然资源进行开发，应用小网格方法，引入地形因子，修定气候学方程，采用数学方法建立１ｋｍ热量、降水方程；对北京山区进行分析计算的结果表明，它较好地反映了地形对气候资源的影响，基本符合实际情况，月平均温度误差不超过０．６℃，年降水量绝对误差不超过４０ｍｍ，有一定的实用价值。     

中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的设计

“中国旱作节水农业决策支持系统”是以GIS为平台结合数据库技术、多媒体技术、超文本技术和模拟分析技术以及分布式网络技术等现代计算机综合技术的具体应用。整个系统提供了对全国旱作节水农业动态发展的各类信息进行输入、存储、查询检索、统计分析、辅助决策的环境，目的在于探索应用现代技术进行旱作节水农业资源评估和项目管理，为各级有关部门投资决策、技术咨询提供自动化管理和服务的方法。该文阐述了系统设计思想与其中的关键技术。     

外啮合齿轮泵卸荷面积的精确仿真分析

为获得与困油压力仿真模型实现无缝连接的卸荷面积计算方法,依据齿轮泵的困油原理和卸荷线的分割面积法,计算出分割点随转角的变化规律,结合展开法生成的过渡曲线代替圆弧过渡,给出了卸荷面积与卸荷槽宽度之间的精确关系和一个困油周期内卸荷面积及困油面积的精确结果。实例仿真说明卸荷面积及困油面积的变化为抛物线型,结果数据与现有文献提供的非常一致,说明了所建模型的正确性。得出卸荷面积以及困油面积计算的精确性,为后续困油压力仿真的可靠性提供了保证以及计算方法的通用性。     

挥发性有机物污染土壤工程修复技术研究进展

在论述挥发性有机物污染土壤的特性基础上,着重回顾了此类污染土壤的工程修复技术的研究进展,并重点介绍适用于挥发性有机物污染土壤治理的热解吸、光降解、土壤淋洗和土壤气相抽提等工程修复技术的应用及其影响因素,为我国今后开展类似工作提供了技术借鉴。     

Immunoassays and biosensors for monitoring environmental and human exposure to pyrethroid insecticides

This paper describes some of the early work on pyrethroid insecticides in the Casida laboratory and briefly reviews the development and application of immunochemical approaches for the detection of pyrethroid insecticides and their metabolites for monitoring environmental and human exposure. Multiple technologies can be combined to enhance the sensitivity and speed of immunochemical analysis. The pyrethroid assays are used to illustrate the use of some of these immunoreagents such as antibodies, competitive mimics, and novel binding agents such as phage-displayed peptides. The paper also illustrates reporters such as fluorescent dyes, chemiluminescent compounds, and luminescent lanthanide nanoparticles, as well as the application of magnetic separation, and automatic instrumental systems, biosensors, and novel immunological technologies. These new technologies alone and in combination result in an improved ability to both determine if effective levels of pyrethroids are being used in the field and evaluate possible contamination.     

基于GF-1遥感影像和relief-mRMR-GASVM模型的小麦白粉病监测

选择合适的建模和特征选择算法对提高作物病害的遥感监测水平有着重要的作用。研究以河北省小麦白粉病为研究对象,基于GF-1/WFV数据共提取了4个波段反射率数据和10个对作物长势和胁迫敏感的植被指数作为初选特征。针对常用的特征提取算法relief算法筛选出的特征存在冗余性的问题,提出了一种relief结合最小冗余最大相关(minimum redundancy maximum relevance,m RMR)的特征降维算法(relief-m RMR)。首先,通过relief算法计算出各特征的权重系数,对特征集进行加权;然后利用m RMR算法选出与类别具有最小冗余性的特征,利用支持向量机(support vector machine,SVM)对河北白粉病进行监测,并用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化的SVM(GASVM)建立了白粉病的监测模型(relief-m RMR-GASVM),将监测结果分别与SVM和网格寻优(grid search,GS)算法优化的SVM(GSSVM)的监测结果进行对比分析,同时比较了该方法与Ada Boost、粒子群(Pso)优化的最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,Pso-LSSVM)和随机森林(random forest,RF)3种方法的优越性。结果表明,relief-m RMR算法筛选出的特征与GASVM、SVM和GSSVM建立的监测模型精度比传统relief算法筛选特征所建模型的精度分别提高了14.3个百分点、7.2个百分点和7.1个百分点,比传统m RMR算法筛选特征所建模型的精度分别提高了14.3个百分点、14.3个百分点和14.2个百分点。relief-m RMR算法结合GASVM建立的监测模型精度为所有模型中最高,精度为85.7个百分点,分别比SVM和GSSVM所建监测模型精度提高了21.4个百分点和7.2个百分点。此外,GF-1数据结合relief-m RMR-GASVM模型的监测精度分别高出Ada Boost、Pso-LSSVM和RF方法21.4个百分点、14.3个百分点和7.1个百分点。说明GF-1数据结合relief-m RMR-GASVM模型可用于小麦白粉病的遥感监测。     

生物泥浆反应器在污染土壤修复中的应用

近年来生物修复技术因具有处理费用低、不产生二次污染且处理效果可靠有效的特点被认为是最具生命力的一种土壤处理手段.总结了生物泥浆反应器这种高效生物修复技术的原理,工艺流程、运行方式、应用范围和运行费用,并重点介绍了其强化手段.已有的土壤生物修复技术受环境条件限制较大,很难在短时间内达到修复目的,生物泥浆反应器作为一种高效的土壤生物修复技术在高浓度、难降解有机物污染土壤的快速修复处理中具有良好的研究开发价值和广阔的应用前景.     

3S技术在城市环境管理中的应用

分析了3S（遥感、地理信息系统、全球定位系统）技术及在城市环境管理中的优越性，对其在城市环境管理过程中，环境信息的采集、环境污染监测、环境评价及治理方面的应用进行了讨论。认为把3S技术应用于城市环境管理过程有利于城市管理和决策的科学化和现代化。     

Bioremediation of Arsenic-Contaminated Water: Recent Advances and Future Prospects

Arsenic contamination of groundwater and surface water is widespread throughout the world. Considering its carcinogenicity and toxicity to human and animal health, remediation of arsenic-contaminated water has become a high priority. There are several physicochemical-based conventional technologies available for removing arsenic from water. However, these technologies possess a number of limitations such as high cost and generation of toxic by-products, etc. Therefore, research on new sustainable and cost-effective arsenic removal technologies for water has recently become an area of intense research activity. Bioremediation technology offers great potential for possible future application in decontamination of pollutants from the natural environment. It is not only environmentally friendly but cost-effective as well. This review focuses on the state-of-art knowledge of currently available arsenic remediation methods, their prospects, and recent advances with particular emphasis on bioremediation strategies.