黑沙蒿根系抗拉特性及其与化学成分的关联性

[目的] 探讨根系抗拉特性与主要化学成分含量的关联性，以期充实根系固土力学特性研究以及提供矿区生态恢复和植物保护的理论支持。[方法] 以神东矿区广泛分布的多年生灌木黑沙蒿（Artemisia ordosica）为研究对象，利用TY8000伺服式强力机，研究1~4 mm径级直根段、含侧根分支处根段抗拉材料的力学特性并测定各径级的纤维素、半纤维素和木质素，研究根系材料力学及其与化学成分的关联性。[结果] ①随着根系直径增加，黑沙蒿直根段、含侧根分支处根段抗拉力增加，而抗拉强度和杨氏模量减小，且抗拉力、抗拉强度和杨氏模量都与根系直径呈幂函数关系。②直根段、含侧根分支处根段化学成分含量差异显著（p<0.05），平均化学成分含量为：半纤维素（31.69%，32.18%） > 木质素（28.42%，25.30%） > 纤维素（15.50%，15.35%）。③随着根系直径增加，直根段纤维素含量减小，半纤维素和木质素含量增加，而含侧根分支处根段纤维素含量减小，半纤维素和木质素含量无变化。④直根段抗拉强度、杨氏模量与纤维素极显著正相关（p<0.01），与半纤维素、木质素极显著负相关（p<0.01）。含侧根分支处根段抗拉强度、杨氏模量与纤维素极显著正相关（p<0.01），与半纤维素、木质素无相关性。[结论] 黑沙蒿根系抗拉特性与化学成分表现出一定的相关性，且纤维素是影响灌木根系材料力学特性的主要化学组分。     

玉米原茬地侧向清茬刀设计与试验

针对玉米原茬地免耕播种作业过程中残留玉米根茬和须根导致施肥播种部件堵塞、播种质量降低等问题,该文设计了一种玉米原茬地免耕播种用侧向清茬刀,分析了侧向清茬刀工作与结构参数对根茬清除率、土壤扰动率和功耗的影响。对侧向清茬刀清茬、输送、抛扔等作业过程进行分析,并依此对侧向清茬刀结构及正切刃工作曲线进行设计,确定了影响其作业性能的关键参数。应用三因素三水平正交试验和模糊综合评价方法,选取正切刃折弯角α、正切刃宽度B、清茬刀角速度ω为影响因素,根茬清除率、土壤扰动率、当量功耗为性能指标,对影响作业性能的侧向清茬刀结构和工作参数进行优化。结果表明:在作业速度7.2 km/h条件下,正切刃折弯角0.86 rad、正切刃宽度50 mm、清茬刀角速度52 rad/s时,根茬清除率为94.3%,土壤扰动率为54.3%,当量功耗为3.4 kW,工作过程中未出现堵塞与秸秆缠绕现象。研究结果可为玉米原茬地免耕播种作业提供参考。     

用宏基因组学方法研究绿肥对水稻根际微生物磷循环功能基因的影响

  【目的】  绿肥对土壤微生物磷循环的影响受到研究者们的广泛关注，但绿肥影响土壤磷循环的微生物机理尚不明确。利用宏基因组学方法剖析长期绿肥还田对土壤磷循环功能微生物的影响，旨在阐明绿肥对土壤磷循环影响的微生物机理，为绿肥的科学利用提供依据。  【方法】  以中国湖南祁阳绿肥及稻草还田定位试验的水稻根际土为材料，利用宏基因组学方法，对土壤微生物DNA进行PE150 (双端读长150 bp) 宏基因组测序，使用MetaWRAP软件中的read_qc模块进行质控，用assembly模块megahit方法进行组装；基于组装的较长序列 (> 1000 bp) 使用Diamond软件的BLASTX和UniProtKB/SWISS-PROT数据库进行序列比对，根据磷活化 (磷酸酯矿化、膦酸酯矿化、无机磷溶解)、磷吸收 (膦酸酯运输、磷酸酯运输和无机磷酸盐运输) 和缺磷诱导响应调控三大类主要磷循环功能相关基因 (重点关注的64个磷循环功能基因) 进行筛选；再利用R语言进一步分析水稻根际土壤中磷循环功能基因相对丰度及其与土壤理化指标之间的关系，阐述绿肥对土壤磷循环功能微生物的影响。  【结果】  土壤pH等9个常规指标在有、无绿肥处理之间均无显著差异。无稻草还田时，绿肥处理对64个磷循环功能基因中的11个相对丰度影响显著，这11个基因广泛分布在除磷酸酯运输及无机磷溶解外的5个功能组中，其中phnA、phnN、phnV等3个基因相对丰度上升，phnI、phnL、glpB、glpO、pitA、phoA、phoP、phoU等8个基因相对丰度下降。而在稻草还田时，绿肥处理仅phnPP基因相对丰度显著降低。相关性分析显示，土壤pH与磷酸酶活性、无机磷溶解基因pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E、pqqF相对丰度呈显著负相关 (P < 0.05)；无机磷溶解pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E等4个基因相对丰度分别与有效磷含量、磷酸酶活性以及有机氮含量呈显著正相关 (P < 0.05)。冗余分析 (RDA) 结果表明，绿肥处理通过pH、AP以及磷酸酶活性影响磷循环功能基因。  【结论】  绿肥翻压下水稻根际微生物磷功能基因相对丰度深受稻草还田的影响。与单绿肥或单稻草还田相比，绿肥翻压基础上增加稻草还田对磷循环功能基因影响效果不明显，秸秆甚至减弱了绿肥对磷循环功能基因的影响，其原因可能是绿肥和稻草还田下不同微生物及不同磷循环功能基因之间存在激烈竞争。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

手扶自走式青菜头联合收获机设计与试验

针对青菜头机械化收获难、损伤损失大、叶片杂质多的问题,研究设计手扶自走式青菜头联合收获机。该文描述机具的总体设计方案,并对夹叶输送提升装置、独立仿形切根装置、除叶装置等进行设计,确定其关键参数。该机配套动力9.2 kW,可一次性完成4行青菜头的自动导正、拢叶夹持、精准切割、输送提升、除杂收集等作业,具有自适应主动喂入、割台损失少、除杂率高、损伤小等特点,收获效率达0.057 hm~2/h。田间试验结果表明:机具性能稳定,作业顺畅,主要指标为损失率9.96%,破损率19.37%,清洁率90.04%,均达到或超过设计技术指标。该研究为提高青菜头机械化收获水平提供参考,对推动榨菜产业的发展具有重要意义。     

干旱胁迫对甘薯生理特性的影响及品种抗旱性的关系

以淀粉型甘薯品种万薯5号和食用型品种万薯10号为试验材料,采用单因素随机区组设计,开展不同干旱水分胁迫下对甘薯叶与根中生理特性变化情况及不同甘薯品种产量的研究。结果表明:受到干旱胁迫影响时,不论从甘薯根体积、鲜薯产量,还是甘薯生理特性变化情况都表明万薯10号比万薯5号耐旱性强;并且受干旱胁迫时在叶和根中甘薯POD、MDA以及Pro变化趋势不一致。其中MDA、Pro在叶与根中的变化存在负相关。     

黄土高原陡坡土坎植被根-土复合体抗剪强度研究

以黄土高原陡坡土坎6种典型植物群落类型为研究对象，在分析植被根系密度指标的基础上，通过直剪试验，探讨不同植物群落的根-土复合体抗剪强度以及根系对提高抗剪强度的作用。结果表明:1）6种群落的根系密度指标值均具有显著性差异，白刺花-铁杆蒿群落的根重密度、根长密度和根表面积密度在所有群落类型中均为最高，分别为2 757.07 g/m³、17 886.22 m/m³和16.96 m²/m³；2）6种群落之间的根-土复合体的抗剪强度均显著高于素土抗剪强度，其中白刺花-铁杆蒿群落相对于素土的抗剪强度增加值最大，为32.98 kPa，且抗剪强度增加值随土层深度增加而降低；3）根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增加值与根系密度指标值呈对数函数关系，随根系含量增加而升高。     

玉米农杆菌转化方法

玉米是世界上三大粮食作物之一,目前,玉米产量和品质的提高较大程度依靠基因工程技术。而玉米的农杆菌转化是对玉米基因组进行遗传修饰的有效手段。综述了玉米农杆菌转化的受体、影响农杆菌转化效率的因素,以有效地提高转化效率。     

基于高肥力设施土壤蔡-18菌液替代化肥对黄瓜生长与土壤生态的影响

为改善设施蔬菜土壤生态,推动化肥零增长计划实施。在土壤速效氮、磷、钾分别为283.55,574.05,1 161.3 mg/kg,有机质54.9 g/kg的高肥力日光温室中设置追施水溶性化肥(WSF)、蔡-18菌发酵液(Cai-18)和不施肥(CK)3种施肥处理,采用Miseq高通量技术、气相色谱-质谱(GC-MS)测定法、顶空固相微萃取-气质联用(HS-SPME-GCMS)分析方法测定3种施肥方式对黄瓜产量和品质、根区土壤养分含量、根际土壤微生物群落结构的影响。结果表明,WSF和Cai-18处理显著提高黄瓜产量,比CK分别增产6.21%和6.59%,Cai-18处理的氮、磷、钾用量比WSF处理分别减少93.48%,95.44%,98.63%,但两者产量差异不显著。Cai-18处理增加黄瓜酯类香气物质的种类和相对含量,提高果实的风味;WSF和Cai-18处理在黄瓜质地和可溶性糖含量差异不大,但二者果实的可溶性糖含量显著高于CK。Cai-18处理根际土壤细菌的97%相似水平下OTU分组数、菌种丰富度指数Chao-1和菌种多样性指数Shannon大于其他2种处理,而其真菌的OTU数和Shannon指数小于其他2种处理,但均没有达到显著差异。在菌群数量结构上,与WSF处理相比,Cai-18处理改善了根际土壤细菌和真菌菌群数量结构的均衡性;与CK相比,Cai-18处理根际土壤的细菌菌群数量结构均衡性更好,但真菌菌群数量结构均衡性较CK差。黄瓜拉秧后,Cai-18处理土壤速效钾含量比WSF处理降低了140.85 mg/kg (P0.05),但2种处理的有机质、水解氮和有效磷含量差异不显著;CK处理的速效钾、有效磷含量显著低于前2种处理。在肥力高的土壤上施用蔡-18菌发酵液可以改善根际土壤微生物生态环境,缓解过量施肥导致的根层土壤养分失衡问题,提高黄瓜产量和品质。     

薄膜扩散梯度（DGT）技术在环境微界面物质运移过程研究中的应用

土壤、沉积物、水体和生物体之间的接触和作用形成了多种环境微界面。这些环境微界面是物质迁移转化的重要场所,而高度时空异质性的界面特征使得对其中化学反应信息的捕捉变得极其复杂且困难。薄膜梯度扩散(DGT)技术以其原位测量元素生物有效态和高空间分辨率等优势,适用于研究化学异质性的界面过程。本文系统总结了DGT技术在环境微界面的物质运移过程研究中的应用现状,包括以下3方面内容:一是一维物质浓度测定;二是二维化学分布成像;三是与薄膜扩散平衡技术(DET)、平衡式孔隙水采样器(Peeper)和平面光极(PO)等技术联用同步获取多种溶质分布信息。现有研究证据表明,DGT适合在亚毫米(几十至几百微米)至毫米尺度研究环境微界面营养盐和污染物运移的生物地球化学过程,并可与其他化学成像技术结合研究物质跨界面运移的驱动因子和动力学特征。最后,在DGT技术发展与应用场景扩展等方面提出了几点展望。