Effects of AG1 and AG2 QTLs on Nonstructural Carbohydrate and Seed Management Options for Rice Seedling Growth and Establishment under Flooding Stress

Rice (Oryza sativa) plants acquired excess photosynthates in the form of nonstructural carbohydrates (NSCs) in their stems and grain. Despite keen interest in rice NSC, the dynamics of NSC accumulation, translocation and re-accumulation have not yet been well investigated. AG1 and AG2 QTLs associated with flooding tolerance through catalyzing starch into soluble sugar in germinating seeds. Here we conducted three experiments, greenhouse and field to lay the groundwork for large-scale diversity studies on grain NSC and some agronomic traits under direct-seeded rice (DSR) system, using elite lines incorporating AG1, AG2 and AG1-AG2 QTLs into the popular varieties PSB Rc82 and Ciherang-Sub1 along with the donors Kho Hlan On (AG1) and Ma-Zhan Red (AG2). In germinating seedlings, soluble sugars increased, while starch concentration decreased gradually especially in the tolerant checks and AG1-AG2 introgression lines under flooded soil. Soluble sugar accumulation in stem started to increase from the vegetative stage and peaked at the panicle initiation stage then gradually decreased towards the maturity stage. But Sub1-AG lines had higher sugar and starch concentrations at different growth stages than other genotypes in wet season 2016 and dry season 2017. Plant survival rate was positively correlated with the stem NSC at the early vegetative stage (21 days after sowing), and stem NSC was positively associated with plant height at different growth stages. Among the tested seeding rate, the most suitable seeding rate, 4 g/m² with shallow burial depth (0.5 cm), resulted in better seedling establishment, relatively higher seedling vigor index and higher leaf area index under flooding in DSR system. Introgression of AG1-AG2 QTLs had no any negative impact on nonstructural carbohydrate, germination rate, and growth and biomass production.     

基质深度及基质袋摆放方式对春季袋培番茄产量、品质和养分吸收的影响

为探究不同栽培深度基质和基质袋摆放对春季袋培番茄产量、品质、养分吸收和基质养分利用率的影响,以‘巴宝丽’番茄为试材,设置不同基质深度(7.5、10.5和13.5cm)及基质袋不同摆放方式(地面摆放和地面下沉20cm),共6个处理,测定了番茄的生长发育、产量、品质和养分吸收等指标。结果表明:栽培基质深度对产量、果实品质均有显著影响;基质袋摆放方式对产量影响不显著,但显著影响果实可溶性蛋白、番茄红素、硝酸盐和有机酸含量;基质深度和基质袋摆放方式对果实硝酸盐含量的影响有显著的交互作用。随着栽培基质深度的增加,产量显著提高,品质明显改善;基质深度13.5cm时,番茄单株产量最高,达3.83kg/株。基质袋摆放方式和基质深度对番茄开花期、初果期及盛果期P和K的累积吸收影响显著,基质深度对番茄开花期、初果期和盛果期N的吸收也有显著影响,基质深度和基质袋摆放方式对开花期和初果期番茄植株N、P和K的累积吸收存在显著的交互作用。基质内N、P和K养分利用率均是基质深度为13.5cm的处理最高,且不同基质袋摆放方式对基质养分利用率无显著影响。综上,为实现省工省力且高产优质载培,在实际生产中推荐将春季栽培番茄的基质深度设置为13.5cm(即基质供应量为9L/株)且地面摆放。     

不同因素影响下层状土壤水分入渗特征及水力学参数估计

层状土壤是自然界常见的土体结构,其水分运移规律不同于均质土;大气降水、灌溉水等水分的入渗是土壤水文过程的一个重要环节,同时它也与地下水补给、污染物运移等过程紧密相关。土壤初始含水量、土体构型及供水强度等因素均会影响水分的入渗过程。为探究积水深度、土体构型、初始含水量三种因素对层状土壤水分运移的影响,通过室内积水入渗试验对湿润锋、累积入渗量、土壤剖面压力水头进行观测,并利用Hydrus-1D模型反演水力参数并对相应条件下的水分运移规律进行模拟和分析。结果表明,层状土壤中湿润锋随时间的推进方式由非线性过渡至线性,入渗率逐渐减小。三种因素作用下,层状土壤水分运移特征有明显差异:积水深度、土壤初始含水量增加时,湿润锋运移速率和入渗率均增大,且各观测点压力水头升高加快,土壤不饱和程度降低;上砂壤下粉砂壤构型较上粉砂壤下砂壤构型而言,整体湿润锋推进速率和入渗率较大,出流快,且入渗后期界面处的压力水头高于其他观测点。且结果表明,反演的水力学参数较拟合实测的参数更适用于层状土壤入渗的模拟和预测。该研究旨在揭示和掌握层状土壤水分运移规律和影响因素的作用机制,并进一步为农田灌溉措施的合理制定提供科学依据。     

Variation in glomalin in soil profiles and its association with climatic conditions,shelterbelt characteristics,and soil properties in poplar shelterbelts of Northeast China

Glomalin-related soil protein(GRSP)sequesters large amounts of carbon and plays important roles in maintaining terrestrial soil ecosystem functions and ecological restoration;however,little is known about GRSP variation in 1-m soil profiles and its association with stand characteristics,soil properties,and climatic conditions,hindering GRSP-related degraded soil improvement and GRSP evaluation.In this study,we sampled soils from 1-m profiles from poplar(Populus spp.)shelterbelts in Northeast China.GRSP contents were 1.8–2.0 times higher in the upper 40 cm soil layers than at 40–100 cm.GRSP-related soil organic carbon(SOC)sequestration in deeper soil layers was*1.2 times higher than in surface layers.The amounts of GRSP-related nutrients were similar throughout the soil profile.A redundancy analysis showed that in both surface and deeper layers,soil properties(pH,electrical conductivity,water,SOC,and soil nutrients)explained the majority of the GRSP variation(59.5–84.2%);the second-most-important factor in GRSP regulation was climatic conditions(temperature,precipitation,and altitude),while specific shelterbelt characteristics had negligible effects(<5%).Soil depth and climate indirectly affected GRSP features via soil properties,as manifested by structural equation model analysis.Our findings demonstrate that GRSP is important for carbon storage in deep soils,regardless of shelterbelt characteristics.Future glomalin assessments should consider these vertical patterns and possible regulating mechanisms that are related to soil properties and climatic changes.     

切根与不同形态氮素对板栗苗木根系构型及生长的影响

为探明不同调控技术对板栗根系构型的影响和对板栗生长发育的作用效果,以期为培育高质量板栗苗木提供科学依据,采用大田板栗苗木为对象进行切根(切根深度分别为12、8、4 cm、CK)及不同形态氮素(尿素、硝酸钠、CK)追肥试验。结果表明:苗高生长量最大的处理为X2N2,地径生长量最大的处理为X4N1,不同处理苗木地径生长量差异性不显著;在同样切根深度的处理下,施用尿素的苗木在根系总根长、总表面积、总体积上均大于施用硝酸钠的苗木,也即NH^+4较NO^-3对板栗苗木根系生长发育具有更好的促进效果;X1N1、X2N1、X2N3处理在不同径级侧根的根长、根表面积、根体积上分别达到最高,差异性显著(P<0.05)。综合考虑苗木根系指标和形态指标,X2N1即切根深度8 cm结合施用尿素为板栗苗木根系的最佳调控处理。     

长期施肥对红壤性水稻土不同土层活性有机质及碳库管理指数的影响

【目的】研究基于长期定位试验,探索长期不同施肥下红壤性水稻土不同土层活性有机质（labile organic matter (LOM)）和碳库管理指数（carbon pool management index,CPMI）变化特征,为红壤性水稻土碳库的合理管理提供依据。【方法】选取进贤红壤长期定位试验站4个典型施肥处理：（1）不施肥（CK）;（2）单施化肥（NPK）;（3）在NPK的基础上早稻施绿肥,晚稻施猪粪和稻草冬季还田（NPKSM）;（4）在NPK的基础上早稻施绿肥,稻草冬季还田（NPKS）,测定并分析0—10、10—20、20—40及40—60 cm土层土壤高活性有机质（HLOM）、中活性有机质（MLOM）、低活性有机质（LLOM）、非活性有机质（NLOM）含量以及CPMI变化特征。【结果】不同处理土壤有机质（SOM）含量均随土层加深而降低,施肥处理相对CK均明显提高了不同土层的SOM;在0—20 cm土层,SOM含量表现为NPKSM>NPKS>NPK>CK,且均以NPKSM处理最高,达到43.47 g·kg ^-1（10—20 cm）和45.09 g·kg ^-1（0—10 cm）;在20—60 cm土层,NPKSM和NPKS处理相较于CK显著提高了土壤有机质含量,但两者之间差异不显著。除NPK处理外,各处理土壤可溶性有机碳（DOC）含量随土层的加深显著降低。NPKSM和NPKS处理相较于NPK和CK,显著提高了耕层（0—20 cm）土壤DOC的含量,其中NPKSM处理最高,为35.93 mg·kg ^-1。施肥处理比CK处理提高了土壤HLOM、MLOM、LLOM含量,相同处理相同土层表现为LLOM>MLOM>HLOM,其中NPKSM和NPKS显著提高了各LOM组分含量,且随土层的加深无明显犁底层效应,这可能与活性有机质随水分下渗相关。其中,各施肥处理土壤HLOM、MLOM均随土层加深呈先升高后下降趋势,NPKSM和NPKS处理HLOM含量在20—40 cm土层中达到最高,分别为5.31和5.49 g·kg ^-1;各处理MLOM均在10—20 cm土层中达到最高,以NPKSM处理含量最高,为10.62 g·kg ^-1;而土壤LLOM含量随土层的加深而逐渐降低,在0—20 cm土层中以NPKSM处理含量最高,达到18.52 g·kg ^-1（0—10 cm）和15.93 g·kg ^-1（10—20 cm）。不同长期施肥处理提高了土壤各LOM组分的比例及碳库管理指数,在0—10 cm表层土中,NPKS和NPKSM处理相较于CK,总活性有机质比例分别提高了27.9%和29.48%,MLOM占比分别提高了7.21%和7.72%,HLOM占比分别提高了5.10%和4.96%。以不施肥处理为参照,各施肥处理碳库管理指数均大于100,且以NPKSM和NPKS处理提高效果最好,有助于提高红壤性水稻土肥力。相较于CK,单施化肥一定程度上提高了表层土壤有机质、活性有机质、可溶性有机碳及碳库管理指数。耕层（0—20 cm）土壤中3种活性有机质两两之间呈极显著正相关关系（P≤0.01）,且与总有机质、全氮、可溶性有机碳及水稻产量均呈现显著正相关（P≤0.05）。【结论】不同施肥处理土壤有机质和低活性有机质均随土层加深而降低。NPKSM处理提高土壤有机质及活性有机质含量的效果最佳,并能显著提高0—20 cm土层土壤高活性有机质和碳库管理指数,NPKS次之;而在20—60 cm土层中,NPKS处理对提高中活性有机质和碳库管理指数效果最明显。     

4种荒漠植物种子出苗和幼苗生长对沙埋深度的响应

通过室内试验测定了黑果枸杞、沙冬青、沙蒿、霸王4种荒漠植物的种子生理特征以及沙埋深度（0、1、2、3、4、5 cm）对4种荒漠植物种子出苗及幼苗生长的影响。结果表明，体积较大的沙冬青和霸王种子萌发率与其重量、含水量、形状及活性间存在正相关关系；体积较小的黑果枸杞、沙蒿萌发率与种子重量、含水量、形状之间为正相关关系，与种子活性负相关。随着沙埋深度增加，4种植物种子出苗率下降、首次出苗时间延迟，茎高、绝对株高和根长及根冠比总体呈先增大后减小的趋势；幼苗生长方面，黑果枸杞和沙蒿分别适宜于1～2、0～1 cm的浅层沙埋，均在沙埋深度5 cm时种子几乎不萌发；沙冬青、霸王则适宜于3～4 cm较深层沙埋，在沙埋0 cm时均不萌发。此外，在荒漠区采用这4种植物进行植被恢复时，除考虑种子自身性状外，还应充分考虑当地的沙埋、降雨等条件，以提高出苗率、增大幼苗定植率。     

播期对鄂中北地区不同类型粳稻产量、生育期及温光利用的影响

为了明确鄂中北地区稻麦周年轮作模式下,播期对不同类型粳稻生育期、产量及其构成因素、温光资源利用的影响,以常规早熟中粳、中熟中粳、迟熟中粳、籼粳杂交早熟中粳和籼粳杂交中熟中粳为材料,在湖北省襄阳市农业科学院团山试验基地进行试验。结果表明,随着播期推迟,各类型粳稻生育期均显著缩短,迟熟中粳缩短幅度最大,籼粳杂交早熟中粳缩短幅度最小。各类型粳稻营养生长阶段受温光影响较大,而生殖生长阶段相对稳定;随着播期推迟,各类型粳稻全生育期有效积温及其利用率显著降低,日照时数利用率呈减少趋势。同一播期内,籼粳杂交中粳热量利用率高于常规中粳;各类型粳稻产量均以第Ⅰ播期最高,第Ⅴ播期最低,产量下降的主要原因是每穗颖花数和结实率显著降低。鄂中北地区粳麦周年轮作模式下,粳稻应首选籼粳杂交中熟中粳和常规迟熟中粳,其次是籼粳杂交早熟中粳。籼粳杂交中熟中粳和常规迟熟中粳的最佳播期为5月9日-5月15日。     

层积时间和深度及贮藏年限对黄瑞香种子萌发的影响

为了找到探索有效打破黄瑞香种子休眠、提高种子发芽率的方法,以黄瑞香种子为试材,研究3种不同层积期、4种不同层积深度以及不同贮藏年限对黄瑞香种子发芽率的影响。结果表明,贮藏1 a或2 a对黄瑞香种子发芽率的影响差异不显著;不同层积期、不同层积深度对黄瑞香种子发芽率有显著影响。层积期10月20日发芽率最高,11月9日发芽率最低;层积深度80 cm效果最好,40 cm发芽率最低;黄瑞香种子生理休眠属深度生理休眠。由于各因素间对打破种子休眠无交互作用,因此层积期为1 0月20日至10月30日、层积深度为60~100 cm,可获得较高的发芽率。