科学认识东北气候变暖 充分发挥水稻适应潜力

东北不仅是我国水稻尤其是优质粳稻的主要产区,也是我国气候变暖最明显的区域。近40年来,东北水稻单产的递增幅度与日最低气温的升高幅度呈显著正相关,历年颁布并推广的主要水稻品种生育期每10年也延长了2.8 d左右。近20年来,东北水稻实际播种期提早了3.7 d,收获期推迟了1.7 d,全生育期延长了5.4 d左右,种植重心也向北位移了近80 km。田间实际增温试验也发现,夜间温度继续升高1℃,东北水稻单产仍可以提高10%左右。上述分析与试验表明,气候变暖对东北水稻的增产效应显著。在未来气候变化的应对策略上,应从多抗品种选育、抗逆栽培创新和农田基本建设等方面着手,全面增强稻田系统的抗逆性和稳定性,充分挖掘水稻对气候变暖的适应潜力。     

根际增氧模式的水稻形态、生理及产量响应特征

地表积水是导致水稻地下部分(根系)缺氧胁迫的主要原因。根际缺氧时,提高水稻根系通气(增加孔隙度)可能会减少营养物质的吸收面积,因此,根系必需在形态和代谢上进行一定的调节,而这种调节又会影响作物生长和根际状况。控制灌水(增加土壤和空气的接触时间)是目前常见的一种根际增氧途径,而化学物质增氧模式还处于试验阶段。为考察不同增氧模式对水稻根际缺氧调控的田间应用效果,本研究分别于2007年和2008年,采用过氧化尿素(T1)、过氧化钙(T2)以及干湿交替灌溉(T3)的根际增氧模式并以长期淹水田块为对照(CK),监测水稻根系及地上部分形态、生理、光合物质积累及产量形成特征。结果表明,与CK比较,处理T1、T2和T3对国稻1号和秀水09的增产幅度2007年分别为3.1%/11.5%、10.2%/14.9%和18.9%/16.4%;2008年分别为11.56%/6.57%、8.48%/9.20%和13.56%/9.39%。使根际增氧的响应大致表现为根系孔隙度下降、齐穗期根体积增大、根系活力提高;前期分蘖数增加较快,有效穗多;叶片叶绿素含量在齐穗后下降较慢,剑叶SOD和POD含量较高,MDA含量较低;齐穗后叶片光合作用对穗部干物质积累贡献大。不同增氧模式对水稻生长的影响虽然存在一定的差异,但对土壤淹水导致的根际缺氧胁迫,均起到一定的缓解作用。     

土壤重金属Pb和Cd在蕹菜中的累积特征及产地环境安全临界值

通过盆栽方法研究了水稻土和潮土两种土壤条件下蕹菜对Pb和Cd的累积特征,并探讨了Pb与Cd在产地土壤环境中的安全临界值。结果表明:两种土壤中蕹菜的Pb和Cd累积量与土壤Pb、Cd添加量均呈正相关关系,茎中的累积量显著高于叶。水稻土和潮土环境下,蕹菜茎中的Pb平均含量分别是叶中的3.86、2.02倍,Cd平均含量分别是叶中的3.58、4.73倍;在同一处理水平下,水稻土中Pb和Cd比潮土中更易被植株累积,水稻土环境下蕹菜茎、叶中Pb含量分别是潮土环境下的4.88、2.56倍,Cd含量则分别是潮土环境下的3.04、4.02倍;依据国家食品污染物限量标准(GB2762—2005)进行方程拟合,得出种植蕹菜的水稻土中Pb的安全临界值为57.83mg·kg-1,潮土中Pb和Cd的安全临界值分别为77.02、0.47mg·kg-1,均高于国家土壤环境安全标准限制的临界值(HJ332—2006)。     

土壤重金属Pb和Cd在小萝卜中的富集特征及产地环境安全临界值

通过盆栽试验研究江苏2种不同理化性质的典型土壤(潮土和水稻土)下,小萝卜对Pb、Cd吸收、积累及分配的影响,探讨了Pb与Cd在产地土壤环境中的安全临界值.结果表明:(1)2种土壤中小萝卜Pb、Cd含量与土壤添加量均呈正相关,根部含量显著高于叶的.水稻土中小萝卜根的Pb平均含量是叶的60.88倍,Cd平均含量在水稻土和潮土中则分别是叶的3.20倍和1.85倍;(2)同一处理水平下,水稻土中的Pb、Cd比潮土中更易被小萝卜富集.水稻土中小萝卜根的Pb含量是潮土中的21.58倍,Cd含量是潮土中的2.26倍;(3)依据国家食品污染物限量标准(GB 2762-2005),进行方程拟合,得出种植小萝卜的水稻土的Pb、Cd安全临界值分别为139.99、3.43 mg/kg,潮土的安全临界值分别为220.25 mg/kg和6.11 mg/kg,均显著高于国家土壤环境安全标准限制的临界值(HJ 332-2006).     

不同土壤类型下杂交籼稻地上部器官对重金属镉和铅的富集特征

于2008年选用江苏省两种典型土壤(潮土和水稻土),采用盆栽试验研究杂交籼稻K优818地上部不同器官对土壤重金属镉(Cd)和铅(Pb)的富集特征。结果显示,水稻地上部不同器官对土壤Cd和Pb的富集特征差异显著,总体上呈现茎鞘叶片大米的趋势。水稻土栽培下重金属对水稻株高、单穗重等的抑制效应显著强于潮土,且抑制效应随土壤重金属浓度的升高而增强。与对照相比,当外源Cd和Pb的浓度为7mg/kg和900mg/kg时,单穗重降幅最大,分别下降了28.4%和36.6%。不同土壤类型下,重金属的生物有效性差异明显,水稻土栽培下水稻各器官的Cd与Pb含量显著高于潮土。     

水稻开花期花粉活力和结实率对高温的响应特征

采用远红外增温设施在水稻开花第1 d分别对4个水稻品种（南粳41、武香粳14、扬粳6号和汕优559）进行5 h（10:00~15:00）高温处理（40℃）,然后转入常温,观测当天及其后4 d开花颖花的花粉活力及同期开花颖花成熟期的结实对高温的响应特征。结果表明,高温处理后,处理后各天颖花的花粉活力均显著下降（P< 0.05）,但随开花日序的后移其下降幅度逐步减小。其中,下降最大为处理当天或其后1 d,花粉在柱头和培养基上的萌发率以及花粉I-KI溶液的可染率分别平均降低了16.00、25.85和11.74个百分点,而处理后4 d的降幅仅为8.49、6.63和6.02个百分点。相同的趋势也表现在同期开花颖花的结实特征上,高温处理的当天和其后4 d开花颖花的结实率分别平均下降了14.04和5.95个百分点;而高温处理当天的空粒率和秕粒率平均分别提高了10.06和3.98个百分点,处理后4 d分别提高了3.98和1.97个百分点。另外还发现,高温处理下品种间存在一定差异,其中,汕优559的花粉活力和籽粒结实受高温的影响最小。相关分析发现结实率、空粒率和秕粒率与柱头花粉的萌发率、花粉在培养基上的萌发率均呈显著直线相关,而花粉I-KI溶液的可染率仅与空粒率存在显著相关（P< 0.05）。可见,水稻遭遇短期高温后,随着开花日序的后移高温对颖花形成的潜在热害逐渐降低,在生产实践中花粉在柱头和培养基上的萌发率可作为品种选育和高温热害发生的几率、热害程度预测的可靠指标。     

农牧结合在解决中国粮食安全问题中的作用

通过对中国粮食生产和需求现状的分析，揭示了中国中长期粮食安全问题产生的根本原因。认为在中长期内，中国人口的增长、营养结构的改善是不可避免的，而资源的有限在一定程度上可通过内涵挖潜加以克服。论证了农牧结合是解决粮食安全问题的一条有效途径，并提出了一些措施。     

中国稻鸭共作系统的理论与技术现状及其发展策略

在总结分析稻鸭共作的发展历史、系统特点和技术规程的基础上，对稻鸭共作效应进行了综合评价，并详细讨论了稻鸭共作在基础理论和种养技术研究上存在的不足，明确了今后的重点研究方向。并针对示范推广中出现的问题，从发展机制与配套措施上，提出了稻鸭共作系统的持续发展策略。     

我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径

氧化亚氮（N₂O）是全球第三大温室气体,农田生态系统是人为N₂O排放的重要来源,约占全球人为排放的30%。明确我国农田N₂O的排放特征、关键过程与影响因子,有助于因地制宜制定减排技术途径及行动方案。氮肥施用是农田N₂O排放的关键因子,国家统计数据发现,我国农田氮肥用量在2001-2007年呈上升趋势,之后趋于稳定,2014年开始下降,其中华东地区用量最高;农田N₂O排放总量也于2015年达到最高点,之后出现下降态势,总体呈现南高北低的特征。文献综合表明,农田N₂O排放主要由土壤反硝化过程主导,人为氮素添加是决定排放高低的首要影响因子。基于上述结果,在选用氮高效作物品种降低土壤N₂O排放的前提下,华东等施肥量高的地区可采取优化施肥比例、增施缓控释肥等途径,实现氮肥增效减量减排;在设施农地和果园等田间设施条件较好的农田,可采用水肥一体化滴灌等增效减排措施;在作物多熟种植地区,除了氮肥减量减排外,还可增加豆科作物布局,采用禾豆轮作等减排措施。最后,对农田N₂O减排的科技创新和政策创设等方面提出了一些建议,包括完善农田N₂O减排理论、创新智慧农业及高效施肥技术、健全碳监测评价体系以及碳减排激励政策与机制等,助力尽早实现我国碳达峰与碳中和目标。     

等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响

【目的】研究等氮量投入条件下,长期使用不同有机物料替代无机肥的适宜比例对玉米氮养分累积、运移和氮肥利用效率和产量的影响,可以为吉林黑土区春玉米高效施肥,维持并提高土壤肥力提供理论依据。【方法】以国家(公主岭)黑土肥力与肥料效益长期定位试验为研究平台,玉米品种郑单958为供试作物,设5个不同处理,即:不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷钾化肥(NPK)、粪肥+NPK(MNPK)、秸秆还田+NPK(SNPK)。在玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽丝期、灌浆期和成熟期采集地上部植株样品,分析玉米植株不同部位的氮含量和累积量以及运移比例,计算氮肥利用效率。【结果】在玉米各生育时期,MNPK处理氮素累积量均高于NPK和SNPK处理;拔节期至大喇叭口期氮素累积量为19.67~86.44 kg/hm2,其中MNPK氮素累积量达到86.44 kg/hm2,为氮素累积量增加最多、吸收速率最快的时期;在成熟期,MNPK、NPK、SNPK、N和CK处理植株氮素总累积量分别达到286.2、276.2、249.4、151.7和63.6 kg/hm2,SNPK处理氮素累积量略低于NPK处理,MNPK显著高于NPK和SNPK(P0.05)。MNPK、SNPK、NPK和N处理中,叶和茎鞘总氮素转移量分别为99.0、79.7、87.2和41.8 kg/hm2,总的转移氮素对籽粒的贡献率分别为51.0%、47.7%、47.2%和43.4%,以MNPK处理的总氮素转移量和转移氮素对籽粒贡献率最高,与其他处理差异显著。在各处理中,MNPK、NPK和SNPK三个处理的氮肥偏生产力(PFP)均大于60kg/kg,以MNPK最高,达到65.4 kg/kg。与化肥NPK处理比较,SNPK氮素偏生产力和收获指数差异不显著。MNPK处理土壤无机氮的含量在玉米整个生育期一直高于化肥NPK处理,并在玉米大喇叭口期达到最高,达到60.83 mg/kg,并与其他处理差异显著。【结论】长期有机无机配合施用,不仅能有效调节氮素积累和转运,还能提高氮肥利用效率。在适宜氮用量为165 kg/hm2时,以农家肥氮替代70%,或秸秆氮替代30%化肥氮素,既减少化肥氮投入,又增加了土壤供氮能力,因此,有机肥氮替代部分化肥氮是吉林省黑土区春玉米氮素管理的有效途径之一。