作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究进展

作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究是节水农业的重要方面,为此,对水分胁迫下作物形态、生理生化响应,作物水分利用效率的内涵、测定计算方法及提高作物水分利用效率途径等国内外的相关研究进行了回顾,并在此基础上,提出了我国目前在该领域研究和应用中存在的问题.     

除草剂草甘膦的性质及环境行为综述

草甘膦是一种广谱、非选择性芽后除草剂,它被越来越广泛地应用于农业。本文总结了草甘膦的一些基本性质及其在环境中的行为和降解机理,概述了国内外的研究现状,及影响其在土壤环境去向的一些因素,如土壤性质、磷酸盐、重金属和DOC的存在等,为进一步研究提供一些建设性的参考。     

长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响

不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生，但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验（2005—2020年）为研究平台，其包含5个施氮水平：0（F0）、150 kg?hm-2（F1）、190 kg?hm-2（F2）、230 kg?hm-2（F3）和270 kg?hm-2（F4），研究了不同施氮量对土壤团聚体组成（>2 000 μm、2 000～250 μm、250～53 μm和<53 μm）的影响，以及团聚体组成与生物胶结物质（球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）及微生物生物量碳（MBC））和土壤真菌之间的相关关系。结果表明，土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组，分别为F0、F1和F2以及F3和F4，其中，（1）F1和F2处理团聚体平均重量直径（MWD）最高，同时大于2 000 μm团聚体的质量比例显著增加，并与拟棘壳孢属（Pyrenochaetopsis）富集有关；（2）F1和F2、F3和F4处理均表现为2 000～250 μm团聚体的质量比例增加，而小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低，2 000～250 μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值（EE-GRSP/T-GRSP）以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白（EE-GRSP）显著正相关，而与亚隔孢壳属（Didymella）和被孢霉属（Mortierella）相对丰度显著负相关；小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属（Mortierella）、白腐菌属（Phlebia）、黑孢壳属（Melanospora）、Fusicolla、柄孢壳属（Podospora）和亚隔孢壳属（Didymella）相对丰度显著正相关，而与EE-GRSP和/或支顶孢属（Acremonium）、柱霉属（Scytalidium）、外瓶霉属（Exophiala）、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此，土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下，150 kg?hm-2和190 kg?hm-2施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg?hm-2和270 kg?hm-2施氮水平，与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。     

封丘地区粮食生产水分利用效率历史演变及其潜力分析

通过对封丘县历年粮食产量、降水量、引黄灌溉水量、地下水补给量等资料计算 ,初步估算出封丘地区粮食生产水分利用效率。研究表明 ,几十年来由于技术进步 ,本地区粮食生产水分利用效率由 2 2 5逐步上升到 9 0 0kghm- 2 mm- 1 左右。兴修水利、土壤改良、新品种的推广 ,尤其是N、P化肥用量的增加 ,对水分利用效率的增加起了决定性的作用。作者认为提高肥料用量 (特别在秋粮生产上 ) ,对进一步提高水分利用率仍有一定作用。随着社会经济技术水平的提高 ,覆膜、滴灌等先进技术应稳步地示范推广。     

风干土保存时间和湿土培育时间对黄淮海平原潮土酶活性的影响

以经历18年不同施肥管理的土壤为研究对象,阐明它们经过4个不同时间保存或处理后的土壤脲酶、转化酶、脱氢酶、及FDA酶活性的动态变化。处理包括:风干保存30天或鲜土状态、风干保存210天、风干土湿润至田间持水量(25℃)条件下分别培育15天和51天;同时评估这些酶活性的变化程度与土壤本身有机碳含量之间的关系。结果表明,风干土保存时间和风干土湿润后短期培育均对脲酶活性影响很小,但风干土湿润培养51天后其活性则显著降低;随风干土保存时间延长,转化酶活性显著降低;与鲜土相比,风干土湿润培养15天后,脱氢酶活性显著提高,但继续湿润培养至51天后,其活性又降至与鲜土相当,因此风干土湿润培育一定时间后测定的脱氢酶活性可用来代表其田间自然湿度时的状态;FDA酶活性的变异程度最大,与其从鲜土状态至风干状态的活性急剧下降有关。土壤本身有机碳含量与脲酶和脱氢酶的活性变化程度成显著负相关关系,说明土壤有机碳含量是决定它们随环境条件改变而变化的主要因素之一。另外,土壤NH4+-N、NO3--N和可溶性有机碳含量对上述4种处理的响应程度也存在差异。其中风干状态土壤经湿润培育处理后,NH4+-N含量呈先降后升趋势,正好与脲酶活性变化趋势相反;而NO3--N含量整体上呈上升趋势,可溶性有机碳含量则正好相反。     

旱稻水分利用率与碳同位素识别值之间的关系

通过温室盆栽试验 ,分析和探讨了三个水平的土壤水分条件对分蘖期和成熟期收获的旱稻(OryzasativaL .)生物量累积、水分利用率 (WUE)、植株不同部位的碳同位素识别值 (CID)的影响 ,并了解了它们之间的相互关系。水分条件包括 :饱和含水量 (W1 )、饱和含水量的 70 %(W2 )、饱和含水量的 4 0 %(W3)。结果表明当土壤水分条件从W1降低到W2时 ,分蘖期收获的生物量降低 4 5 %左右 ,成熟期收获的生物量降低 1 6 %～ 1 9%;而当从W1降低到W3时 ,分蘖期收获的生物量降低 73%左右 ,成熟期收获的生物量降低 5 5 %～ 5 7%。然而 ,根据地上部干重计算而来的WUE(WUE 地上部 )和根据全株干重计算而来的WUE(WUE 全株 )则随土壤含水量的降低而增加 ,其增幅在分蘖期为 0 .0 7～ 0 .2 8gkg-1 ,在成熟期为 0 .0 7～ 0 .4 5gkg-1 。植株的CID值变幅为 1 7.0～ 2 0 .6 ,但植株不同部位间差别显著 ,分蘖期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :根 <最近完全伸展叶 <叶芽 <茎秆 ;而成熟期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :籽粒 <根 <茎秆 <旗叶。随着土壤含水量的降低 ,植株所有部位的CID值亦显著减小。叶部的CID值与WUE 地上部(和WUE 全株 )之间呈一致的负相关关系。     

施氮和灌溉管理下作物产量和土壤生化性质

氮和水对作物生长非常重要,研究施氮和灌溉管理下作物产量、土壤性质以及它们的关系对我国农业科学有重要意义。本文以中国科学院封丘农业生态试验站为平台,研究了施氮(每季施氮150 kg·hm?2、190 kg·hm?2、230 kg·hm?2、270 kg·hm?2,以不施氮为对照)和灌溉(灌溉量达到0~20 cm、0~40 cm、0~60 cm土壤的田间持水量,以雨养为对照)管理下小麦-玉米轮作系统作物产量和土壤生化性质,以及它们之间的关系。研究结果表明,150~270 kg·hm?2施氮量对2008年、2009年玉米产量和2009年、2010年小麦产量无显著影响;灌溉对2010年玉米产量无显著影响,而2008年、2009年玉米产量随灌溉量增大而增加。尽管2008—2011年小麦产量随灌溉量变化趋势不一致,但与雨养相比灌溉提升了小麦产量。施氮在不同程度上提升了土壤全氮和速效氮含量、脱氢酶和脲酶活性、微生物生物量碳、基本呼吸和硝化势,稍微降低了土壤pH并大幅降低了速效磷含量(降幅48.7%~51.6%);灌溉提升了土壤全氮含量和脱氢酶活性,降低了全钾含量、脲酶活性、基本呼吸、硝化势。多元回归分析显示,某些土壤生化性质(全氮、溶解性有机碳、速效磷含量及微生物生物量碳氮、呼吸熵、硝化势)与2009年、2010年玉米产量很好地线性拟合。综上,土壤生化性质因施氮和灌溉发生不同程度的分异,因施氮和灌溉而分异的土壤生化性质能部分地鉴定作物产量。本研究方法可为产量主导因子的筛选及产量估算模型的建立提供一定参考依据。     

土壤干旱对两品种小麦根际土壤微生物群落组成和酶活性的影响

采用双因素随机试验,在小麦孕穗期、灌浆期和成熟期研究了土壤干旱对两品种小麦根际土壤微生物丰度、多样性及4种酶活性(蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶和脱氢酶)的影响。试验设4个处理,即分别在土壤干旱和正常水分下种植小麦"矮抗58"(P1)和"泛麦8号"(P2)。结果表明:与正常水分处理(种植P1和P2)相比,孕穗期,土壤干旱处理下小麦P1和P2根际土中普通细菌、革兰氏阴性细菌的丰度显著降低了11.3%和6.9%、8.4%和8.2%;灌浆期,干旱处理下小麦P1和P2根际土中丛枝菌根真菌的丰度明显下降了34.3%和21.8%;成熟期,干旱处理下小麦P1和P2根际土中革兰氏阳性细菌、真菌的丰度显著降低30.9%和8.6%、34.1%和17.3%。土壤干旱对微生物多样性无显著影响,却显著降低了孕穗期和灌浆期的碱性磷酸酶、脱氢酶活性和灌浆期的蔗糖酶活性,提高了成熟期的蔗糖酶活性。"矮抗58"比"泛麦8号"根际微生物多样性更高,但孕穗期其蔗糖酶活性更低。干旱与品种的交互作用对微生物各类群的丰度、多样性和4种酶活性的影响均不显著。综上,土壤干旱主要抑制微生物丰度,而品种间根际微生物多样性差异明显,干旱和品种均可影响根际土壤的酶活性。     

两个品种玉米根际土壤微生物和酶活性对水分胁迫的响应

利用双因素随机试验研究在玉米3个生育期(大喇叭口期、灌浆期和成熟期)水分胁迫对2个品种玉米根际土中微生物的丰度、多样性、群落结构及酶活性(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和脱氢酶)的影响。试验设4个处理,即在水分胁迫和正常供水下分别种植2个玉米品种(“郑单958”和“农华101”)。结果表明:水分胁迫显著抑制了3个生育期根际土中革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的丰度以及成熟期的普通细菌和革兰氏阳性细菌丰度,并提高了微生物的均匀度,使群落结构发生明显改变。水分胁迫显著降低了灌浆期根际土中脱氢酶活性、成熟期的碱性磷酸酶和脱氢酶活性;显著提高了成熟期的蔗糖酶活性。灌浆期,“农华101”比“郑单958”根际土中丛枝菌根真菌丰度和脱氢酶活性高,但其微生物多样性和均匀度却较低。水分与品种的交互作用仅对灌浆期根际土中放线菌丰度、灌浆期和成熟期的丛枝菌根真菌丰度和3个生育期的微生物群落结构有显著影响。     

长期施肥处理对玉米生长期潮土微生物生物量和活度的影响

以1989年建立的中国科学院封丘农田生态系统国家试验站的长期定位试验为平台,研究经18a连续不同施肥处理后玉米季土壤微生物生物量碳氮和微生物活度的动态变化及其与土壤有机碳之间的相互关系,并探讨施肥措施对土壤微生物及其活性的影响。施肥处理包括:(1)有机肥(OM);(2)1/2化肥和1/2有机肥(1/2OM+1/2NPK);(3)氮磷钾肥(NPK);(4)氮磷肥(NP);(5)磷钾肥(PK);(6)氮钾肥(NK);(7)不施肥,即对照(CK)7个处理。结果表明,微生物生物量碳氮和微生物活度在玉米生长期内均有明显的时间变异性,其中微生物生物量碳与微生物活度的动态变化比较一致,其间的极显著相关关系表明潮土微生物生物量碳的变化可以在很大程度上代表土壤微生物活度的变化。施肥制度显著影响微生物生物量碳氮和微生物活度的变化,总体趋势为OM1/2OM+1/2NPKNPKNPPKNKCK,表明OM有利于保持土壤的生物化学环境及促进土壤的生物学活性;与OM处理相比,化学肥料的长期施用有降低土壤微生物生物量和微生物活度的趋势,尤其是缺素处理的表现更为明显,其中以缺磷处理的表现最为严重。土壤微生物生物量碳氮、微生物活度与土壤有机碳变化均呈极显著正相关。