北方麦区小麦产量与籽粒氮磷钾含量对监控施钾和土壤速效钾的响应

【目的】分析我国北方麦区监控施钾下小麦产量与养分吸收分配变化与土壤速效钾的关系,为节约钾资源,实现小麦丰产优质可持续发展提供理论依据。【方法】于2018—2020年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同土壤速效钾水平下监控施钾对小麦产量、产量构成、籽粒氮磷钾含量及养分吸收分配的影响。【结果】北方麦区农户小麦施钾不足和过量问题同时存在。小麦产量随土壤速效钾含量升高显著增加,在土壤速效钾含量150—180 mg·kg^-1时,小麦产量达到最高,为6 340 kg·hm^-2。土壤速效钾过高并不能持续提高小麦产量,当土壤速效钾含量>180 mg·kg^-1时,小麦产量显著降低,平均为5 409 kg·hm^-2。与农户施肥相比,在土壤速效钾含量<90、90—120、120—150和>180 mg·kg^-1时采用监控施肥技术增加了钾肥用量,在速效钾含量150—180 mg·kg^-1时减少了钾肥用量,各土壤速效钾水平下采用监控施肥技术施用钾肥均提高了小麦产量,且在速效钾含量<90和>180 mg·kg^-1时显著增产。土壤有效磷含量>30 mg·kg^-1时,土壤速效钾含量120—150或>180 mg·kg^-1时,不施钾肥小麦产量有降低的趋势。土壤速效钾含量升高显著提高了小麦籽粒氮含量,农户施肥和监控施肥处理的籽粒氮磷钾含量无显著变化,速效钾含量>180 mg·kg^-1时不施钾肥的小麦籽粒磷钾含量显著降低。速效钾含量>150 mg·kg^-1时,监控施肥的钾肥偏生产力与钾肥吸收效率较农户施肥显著提高。【结论】在北方麦区,土壤速效钾含量150—180 mg·kg^-1时,合理施肥可使小麦产量达较高水平,但当土壤有效磷较高,超过30 mg·kg^-1时,不施钾肥小麦有减产风险。应根据土壤速效磷钾和小麦产量水平监控施肥,合理确定钾肥用量,实现北方麦区小麦丰产高效生产。     

不同动物模型对安格斯牛周岁生长性状遗传参数估计的比较分析

旨在分析不同动物模型对宁夏地区安格斯牛周岁生长性状遗传参数估计的影响,筛选出估计生长性状遗传参数的最佳动物模型。本研究使用包含或剔除母体遗传效应、母体永久环境效应及母体与直接遗传效应之间是否存在协方差来区分6种动物模型,借助DMU软件的DMU_AI模块,利用约束最大似然法(AI-REML)估计安格斯牛周岁生长性状的遗传参数。利用赤池信息准则(AIC)和似然比检验(LRT)来确定最佳动物模型。结果表明:1)在不考虑母体效应的模型中(模型1),周岁体重、体高、体长和胸围的直接遗传力分别为0.59±0.02、0.52±0.03、0.20±0.04和0.52±0.03;2)在考虑母体加性遗传效应及其与直接加性遗传效应的协方差模型中(模型4),直接遗传力和母体效应的遗传力升高,总遗传力值降低;3)模型4估计的周岁体重、体高、体长和胸围的直接遗传力分别为0.77±0.01、0.73±0.03、0.33±0.04和0.70±0.03,母体效应遗传力分别为0.50±0.05、0.51±0.05、0.10±0.04和0.23±0.04,总遗传力分别为0.16±0.06、0.12±0.05、0.11±0.01和0.32±0.01。综上,基于本研究发现模型4对安格斯牛周岁生长性状的遗传参数估计效果最佳,为宁夏地区安格斯牛核心群的选育提高提供理论依据。     

木聚糖酶修复景观水作用条件的研究

试验通过建立景观水模型,探究了木聚糖酶在不同作用条件下对景观水化学需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）的降低效果。结果表明：作用时间、温度、酶浓度一定时,pH值7.0时COD降低19.19 mg·L^-2,去除率可达9.84%;pH值、酶浓度、温度一定时,作用时长11 h时COD降低19.36 mg·L^-2,去除率可达10.86%;pH值、作用时间、温度一定时,酶浓度3 IU·L^-2时COD降低31.97 mg·L^-2,去除率可达17.02%;pH值、酶浓度、作用时间一定时,55℃时COD降低18.16 mg·L^-2,去除率可达9.39%;酶浓度4 IU·L^-2、温度50℃、作用时间11 h,COD降低57.06 mg·L^-2,去除率可达29.53%。因此,木聚糖酶在一定条件下能够高效降解景观水中部分有机物,有望联合其它水处理工艺,进一步提高景观水的修复效率。     

蚯蚓堆肥对畜禽粪污耐药基因的影响研究进展

抗生素耐药基因作为一种新型环境污染物,严重威胁着人体健康与动物安全,与其直接相关的细菌耐药性问题也已成为目前世界环境与医学领域关注的焦点。畜禽养殖业是我国经济发展和农业现代化的中轴产业,同时也是耐药基因污染的重要源头,蚯蚓堆肥对合理利用畜禽粪便、促进我国农业绿色发展具有重要意义,而摸清蚯蚓堆肥畜禽粪便及后续产物利用过程中耐药基因的行为规律和环境归趋则是其合理利用的关键。本文在简要论述蚯蚓堆肥畜禽粪便现状的基础上,聚焦蚯蚓堆肥及产物利用过程中耐药基因污染问题,梳理总结了转化及产物利用过程中耐药基因的污染赋存特征、环境行为规律及迁移主控因子,并提出基于“畜禽粪便-蚯蚓堆肥-蚓粪还田”资源化利用全过程的耐药基因污染防控建议及展望,以期为我国畜禽粪便资源化、无害化利用及农业绿色发展提供参考。     

基于深度学习的高分辨率麦穗图像检测方法

小麦是重要的粮食作物之一,针对人工田间麦穗计数及产量预测效率低的问题,基于深度学习提出了一种高分辨率的小密集麦穗实时检测方法。对麦穗图像数据集进行图像分割、标注、增强预处理,基于Tensorflow搭建YOLOv4网络模型,调整改进后对其进行迁移学习;与YOLOv3、YOLOv4-tiny、Faster R-CNN训练模型进行对比,对改进模型的实用性与局限性进行分析;重点分析影响麦穗检测模型性能的关键因素。通过图像分割的方式,证明了通过改变图像分辨率确定麦穗所占图像最优像素比,可以提高前景与背景差异,对小密集麦穗有显著效果。通过对改进模型的测试,表明该模型检测精度高,鲁棒性强。不同分辨率、不同品种、不同时期的麦穗图像均类平均精度（mAP）为93.7%,单张图片的检测速度为52帧·s^-1,满足了麦穗的高精度实时检测。该研究结果为田间麦穗计数以及产量预测提供技术支持。     

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明：在施用量均为5 g·kg^-1的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量（59.5%）。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。     

基于田块尺度的农田土壤重金属污染评价及来源解析

基于田块尺度采集农田表层土壤样品120件,采用绝对因子分析/多元线性回归（APCS-MLR）受体模型与地统计学分析对研究区域内As、Cd、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn这8种重金属污染空间分布特征及来源进行解析,利用地累积指数和潜在生态风险指数法评价土壤生态风险。研究结果表明：研究区表层土壤中8种重金属含量差异较大,As、Cd和Cr点位超标率分别为61.83%、90.83%和92.52%,土壤重金属Zn、Cu、Cr和Ni主要以残渣态存在（占比在80%以上）。土壤中Cd、Cr和Cu含量空间分布格局呈东南部较高、中部次之、西北部较低的趋势,而Mn、Ni、Pb和Zn含量的空间分布格局与此相反。APCS-MLR模型表明研究区域土壤重金属As、Cr、Cu和Ni的来源以自然源为主,占比分别为39.34%、47.32%、44.53%和50.23%; Pb、Zn的来源以工业活动源和交通源为主,占比分别为31.93%、30.53%和23.36%、22.17%; Cd的农业活动源占比为53.63%。土壤pH与有效态As、Cd、Cu和Ni含量呈极显著负相关性（P<0.01）,土壤有机质与有效态As、Cd和Cr呈极显著负相关性（P<0.01）。地累积指数显示土壤Cr总体处于中、重度污染水平,其次是Cd;生态危害指数也表明Cr和Cd是主要生态危害元素,潜在生态危害系数变化范围分别为5.20~41.12和11.56~113.35。总体来看,研究区域Cr和Cd污染较为严重,存在潜在风险,应采取安全利用和修复等措施,降低其风险水平。     

黄铁矿和谷氨酸对砷酸盐生菜毒性的调控研究

为探究含铁矿物和有机物添加对生菜砷酸盐毒性的调控作用,采用高分辨扫描电镜和X射线光电子能谱表征培养液中外源添加物与砷（As）之间的相互作用,采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱法测定不同处理组生菜中As的存在形态及累积变化状况,并综合考察了营养元素含量、超氧化物酶浓度和丙二醛含量等抗氧化系统和纤维素等指标的变化。结果表明：培养液中的As通过物理吸附或化学作用力结合在黄铁矿表面,添加谷氨酸促进了该过程的发生,从而抑制了As从植物根部向可食部的迁移。当生菜生长至第20~40天,相比黄铁矿单独处理,黄铁矿和谷氨酸组合处理使无机As浓度降低35.9%,总As浓度降低16.9%;与谷氨酸单独处理相比,无机As浓度降低4.0%,总As浓度降低21.8%。在植物叶片中,相比As （Ⅴ）单独处理组,黄铁矿和谷氨酸的添加使叶质量和叶绿素含量分别提高了20.8%~30.8%和17.1%~25.5%,通过增加叶片中超氧化物酶的合成限制活性氧在体内的积累,减少脂质过氧化反应。黄铁矿添加具有促进营养元素吸收的作用,而谷氨酸添加有利于缓解由As胁迫引起的植物氧化应激作用。相比黄铁矿单独处理,黄铁矿和谷氨酸组合处理更有利于植物对镁（Mg）、锰（Mn）、铜（Cu）和铁（Fe）元素的吸收,增强植物对As的抗逆性。同时,与谷氨酸或黄铁矿单独处理相比,二者组合处理提升了植物的品质,分别使维生素C含量提高了42.5%和69.3%,纤维素含量提高了21.2%和374.6%,蛋白质含量提高了71.4%和21.4%。研究表明,黄铁矿和谷氨酸组合处理能有效降低溶液中As的迁移和生菜叶片中As的积累,有利于植物体中活性氧的清除,并可提高植物对营养元素的吸收,促进品质改善。