促进震后灾区恢复农业生产的生态农业技术

地震对灾区生态环境产生多方面的破坏和影响,造成大量农田损坏,导致水土流失,有的成为区域贫困的主要根源。灾区生态系统的恢复重建,需要尽快恢复农业生产。农业生产的重建主要任务之一是发展生态农业,实现水土资源的可持续利用,有效改善生态环境,增加农民收入。     

中国主要农作物化肥用量估算

为探求和估算我国主要农作物化肥用量,本文分析了30多年来我国农作物化肥使用现状和不同类型农作物的化肥使用情况。结果发现我国农作物化肥使用量增长迅速,从1980年的1 269.4万t增长到2014年的5 995.9万t,增长了4.7倍,年均增长率为4.67%。谷类作物化肥用量仍然是农作物化肥使用总量的主要贡献者,其化肥用量从1980年2 712.41万t增加到2014年的3 415.35万t,但其所占农作物化肥总用量的比重却下降明显,从60.02%(1998年)降至49.75%(2014年)。蔬菜和水果的化肥用量增长最为迅速,其中蔬菜化肥用量1998年为604.51万t,2014年增加到1 291.36万t,增加了2.1倍,其化肥用量占农作物化肥总用量从1998年的13.38%增加至2014年的18.81%;水果化肥用量1998年为531.55万t,至2014年增加到1 223.42万t,增加了2.4倍,其化肥用量占农作物化肥总用量从1998年的11.76%增长到2014年的17.82%。同时,我国不同区域化肥用量差异较大,从化肥施用总量来看,大体上呈现从东到西的递减趋势,其中华东地区和华中地区用量较高,从单位面积化肥用量来看,呈现从东到西递减趋势,同时从南到北也呈现了递减趋势,用量较高区为华南和华东地区。     

东北丘陵区林地、耕地和草地土壤真菌群落代谢特征

以东北丘陵区的林地、耕地和草地为研究对象,采用Biolog FF微平板技术对这三种土地利用方式的土壤真菌代谢特征进行研究,以期为东北丘陵区的生态重建提供科学依据。结果表明:耕地土壤真菌的平均颜色变化率(Average well color development,AWCD)低于林地,但差异不显著,而草地土壤真菌的AWCD显著高于耕地和林地;4种多样性指数均表现出与AWCD一致的变化规律,即草地林地耕地。林地、耕地和草地的Shannon指数(H′)间差异显著,Simpson指数(D)的分析结果与Shannon指数(H′)相同,草地的Mc Intosh指数(U)和丰富度指数(S)同样显著高于林地和耕地,但林地与耕地间无显著差异。耕地土壤真菌对碳源的总利用强度比林地低16.9%,但差异不显著,而草地土壤真菌对碳源的总利用强度比林地高48.6%,且差异显著。与林地相比,草地土壤真菌对糖类、羧酸类、其他类、氨基酸类碳源的利用能力显著升高;耕地土壤真菌对聚合物类碳源的利用能力显著提高,而对其他5种碳源的利用能力有所降低,但均无显著差异。3种土地利用方式土壤真菌对6类碳源的相对利用率以羧酸类、糖类和氨基酸类最高,分别为29.87%~35.77%、22.27%~23.79%和18.24%~19.30%。土壤真菌对碳源利用的偏好因不同土地利用方式而改变。主成分分析表明,不同土地利用方式明显改变了土壤真菌群落对底物碳源的代谢特征。冗余分析表明土壤总氮、含水量、有机质、p H、速效磷和硝态氮是驱动真菌群落代谢特征变化的关键因子。     

土地利用方式变化对白浆土微生物生物量碳及代谢特征的影响

以林地、耕地和草地为研究对象,采用氯仿熏蒸结合Biolog-Eco微平板的方法研究土地利用方式变化对白浆土微生物生物量碳和代谢特征的影响,以期为东北丘陵地区白浆土的可持续利用及生态环境重建提供科学依据和理论指导。结果表明:土壤微生物生物量碳和微生物商的变化均表现为草地林地耕地,且3种土地利用方式间均差异显著。Biolog-Eco微平板分析表明,草地土壤微生物的平均颜色变化率值(Average well color development, AWCD)最高,其次为林地,耕地最低,Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数的变化趋势与AWCD相同。3种土地利用方式土壤微生物对6类碳源的相对利用率以糖类、氨基酸类和羧酸类最高,分别为44.63%~53.61%、21.09%~25.45%和8.31%~15.16%。林地对聚合物类碳源的相对利用率在3种土地利用方式中最高,而与林地相比,耕地对糖类和氨基酸类的相对利用率提升明显,草地则增高了对羧酸类、酚酸类和胺类的相对利用率,说明土地利用方式变化改变了土壤微生物对碳源利用的偏好。主成分分析表明,土壤微生物群落代谢特征随土地利用方式变化发生改变,与草地相比,耕地与林地土壤微生物群落代谢特征较为相似。冗余分析发现土壤pH、总氮、有机质、速效磷和硝态氮是影响微生物群落代谢特征变化的关键因子。本研究结果说明土地利用方式变化改变了土壤理化性质,进而导致了土壤微生物生物量碳、活性和代谢特征的变化。     

磷高效转基因水稻对潮土无机磷形态的影响

为探究磷高效转基因水稻种植对潮土不同形态无机磷的影响,采用完全随机设计的方法分析了在施磷和不施磷条件下,磷高效转基因水稻OsPT4、磷高效突变体水稻 PHO_2及非转基因亲本日本晴(Nipponbare)在分蘖期、孕穗期、灌浆期、成熟期的种植土壤中无机磷组分特征差异。结果表明:在两种施肥处理下,同一生长期Os PT4和 PHO_2的土壤全磷含量与日本晴无显著差异,同一生长期的 PHO_2土壤有效磷含量、无机磷总量、Ca8-P、Al-P含量均显著低于日本晴,OsPT4的土壤Ca8-P、Al-P含量在灌浆期和成熟期均显著低于日本晴。不施磷条件下,Os PT4土壤Ca_2-P含量在灌浆期、成熟期显著低于日本晴,在施磷和不施磷条件下,同一生长期的Os PT4土壤Ca10-P含量与日本晴无显著差异。与对照相比,磷高效转基因水稻Os PT4强化了对Ca_2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P这4种植物有效性高的无机磷形态的吸收利用,但未对土壤全磷含量造成显著影响。由于仅分析了第一年的种植土壤,水稻磷高效基因的表达对土壤不同无机磷形态以及全磷含量产生的效应还有待于进一步调查研究。     

氮高效转基因水稻OsNRT2.3b对土壤氨氧化细菌群落多样性的影响

以氮高效转基因水稻Os NRT 2.3b两个不同株系N-04和N-08为研究对象,以非转基因亲本日本晴(Nipp)为对照,在田间小区试验条件下,设施氮和不施氮两种处理,采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分析了氮高效转基因水稻在生长期对土壤氨氧化细菌群落多样性的影响。研究发现,水稻土壤氨氧化细菌丰富度指数在各生长期内品种间均不存在显著差异。两种处理条件下N-04的土壤氨氧化细菌香农-威纳指数仅在拔节期与Nipp有显著差异,其余生育期均无显著差异;在施氮条件下N-08的土壤氨氧化细菌香农-威纳指数在拔节期和抽穗扬花期与Nipp存在显著差异,不施氮条件下仅拔节期出现显著差异。两种处理条件下,N-04的土壤氨氧化细菌均匀度指数与Nipp相比整个生长期均无显著差异,而N-08在拔节期显著低于Nipp。测序结果表明,施氮和不施氮处理下氮高效转基因水稻(N-08和N-04)与Nipp相比土壤中拥有更多的亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)。研究表明,氮高效转基因水稻在个别生育期对香农-威纳指数和均匀度指数有显著差异,且其更有利于促进土壤铵态氮向硝态氮的转化。     

不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征

为探讨不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征,通过为期196 d的土壤有机碳矿化培养试验,对高、中、低3种不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤进行了研究。结果表明:不同地力玉米田土壤有机碳矿化速率随时间的变化呈现相同的变化趋势,即随培养时间延长,呈现先高后低的变化趋势,最后趋于平稳;但随地力等级的降低,土壤有机碳矿化速率逐渐减小。培养结束时,不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤有机碳累积矿化量之间均存在显著性差异(P0.05);低地力土壤有机碳稳定性最差,固存量最小。同一地力,20～40 cm土层土壤有机碳矿化速率和累积矿化量较0～20 cm显著降低(P0.05),表层土壤稳定性较差,不利于土壤有机碳固定。伴随土壤有机碳矿化过程,土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤可溶性有机碳(DOC)含量均较初始含量显著降低(P0.05);土壤有机碳潜在矿化势(Cp)与土壤有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、MBC和DOC均呈极显著正相关。土壤有机碳矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程,且当地力等级变化时,各土层土壤有机碳的稳定性均受到不同程度的影响。     

磷高效转基因水稻磷效率特征分析

为了了解磷高效转基因水稻的磷效率特征及其对土壤磷素的影响,笔者以磷高效转基因水稻OsPT4和磷高效突变体水稻PHO2及其非转基因亲本水稻‘日本晴’为供试材料,采用盆栽试验研究在不同施磷条件下磷高效水稻对土壤磷素的吸收效率、利用效率、转运效率以及对土壤碱性磷酸酶活性、全磷含量和速效磷含量的影响。结果发现：OsPT4和PHO2的分蘖数、根长、根干重、穗干重和生物量均高于‘日本晴’;OsPT4和PHO2根的磷吸收效率分别显著高出‘日本晴’3.18倍和3.98倍;叶的磷吸收效率分别比‘日本晴’提高0.92倍和8.07倍;穗的吸收效率分别高出亲本36.59%和29.44%;茎的磷利用效率分别高出亲本2.77倍和3.71倍;磷转运效率分别显著高出亲本88.57%和22.06%。水稻材料OsPT4和PHO2成熟期对根际土壤碱性磷酸酶活性、全磷含量和速效磷含量与‘日本晴’均无显著性差异。磷高效吸收材料OsPT4和PHO2优势主要表现在根和叶的磷吸收效率、茎的磷利用效率及其植株本身的磷转运效率3个方面。     

覆盖作物对茶园节肢动物群落多样性影响

本研究选取湖北省十堰市郧阳区谭家湾镇圩坪寺村茶园为研究对象，探讨几种禾本科、菊科、豆科植物不同配置方式对茶园节肢动物群落个体数、多样性时序特征的影响。试验共设置4个处理：自然留养杂草（CK）、黑麦草+白三叶2种作物混播（EZ）、黑麦草+白三叶+早熟禾+红三叶4种作物混播（SZ）、黑麦草+白三叶+早熟禾+红三叶+紫羊茅+毛苕子+波斯菊+百日草8种作物混播（BZ），采用陷阱法和马氏网收集调查节肢动物群落组成，分析多样性指数、均匀度指数和丰富度指数的时序变化。结果表明，自然留草和覆盖作物下茶园节肢动物群落组成基本一致，均表现为双翅目个体数最多，蜘蛛目个体数最少。与CK相比，不同覆盖作物处理下茶园鳞翅目个体数均显著增加，但3种覆盖作物处理间无显著差异，SZ处理下同翅目昆虫显著增加了92.47%（P<0.05）。不同处理间鞘翅目、膜翅目、双翅目、半翅目、直翅目和蜘蛛目的个体数差异不显著。不同覆盖作物下茶园节肢动物群落多样性、均匀度和丰富度指数动态变化趋势基本一致，各处理的丰富度指数均在8月26日达到最高值，9月30日3种覆盖作物处理的节肢动物群落丰富度均高于CK。与CK相比，EZ处理可显著增加茶园节肢动物群落的多样性指数，SZ处理可显著增加茶园节肢动物群落的多样性、丰富度和均匀度指数，BZ处理可显著增加茶园节肢动物群落的多样性和均匀度指数。     

转Bt基因作物对土壤动物的影响

转Bt基因作物是将Bt基因加以修饰后导入作物中,使作物获得抗虫性的这类农作物的总称。转Bt基因作物商品化种植取得显著经济效益的同时,其释放的Bt毒蛋白对土壤动物的影响也日趋受到关注。Bt基因表达的外源蛋白能通过根系分泌物、作物残茬、花粉传播等多条途径进入土壤,并与土壤中的活性粒子相结合,结合后的蛋白更难被土壤生物和酶降解,从而在土壤中富集,对土壤动物产生潜在风险。综述了几类转Bt基因作物种植对几种主要土壤动物蚯蚓、线虫、跳虫等影响的最新研究进展,以期为转Bt基因作物生态风险评价提供参考。