柳枝稷的生长发育与土壤水分特征

1992-1998年中国科学院安塞水土保持综合试验站在山地、川地引种10份原产美国的柳枝稷（Panicum virgatum）材料，经过7a测定，数据表明柳枝稷在3～5a生长高峰期对土壤水分需求最大，产量最高。从土壤水分含量的变化来看，柳枝稷草地在80-200cm土层已经形成土壤干层，而且在经过生长季节降雨和休闲期的雨雪水分补充不能够补偿，这主要是维持较大的生产力造成。柳枝稷在半干旱黄土丘陵区有较强的适应性，这对当地人工草地建造、天然草地改良具有重要意义。通过对柳枝稷驯化栽培的人工草地在黄土丘陵半干旱地区立地条件下生产力与土壤水分特征的比较，以揭示柳枝稷的生态适应性对其地上生物量形成规律的影响，为该地区合理利用牧草资源、提高草地的生产能力提供依据与参考。     

水氮耦合对盐碱地柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用的影响

在宁夏银北盐碱地区,以'Cave-in-rock'柳枝稷为材料,采用随机区组试验设计,研究了水氮耦合对柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用效率的影响,利用模糊相似优先比法分析了不同水氮处理下柳枝稷产量、品质及水肥利用效率的变化特征.结果表明,在盐碱地条件下,充足的灌水和适量的氮肥投入是柳枝稷高产和水肥高效利用的保证.在相同...     

柳枝稷苗期对钾营养胁迫耐受性的综合评价

为明确能源作物柳枝稷在缺钾条件下的耐受能力,筛选出耐贫瘠性强的优质种质资源,以13个柳枝稷品种为供试材料,在人工气候室中开展水培试验,通过相关农艺性状和生理指标等评价指标的测定,采用标准差系数赋予权重法对柳枝稷在缺钾胁迫下的表现做出综合评价。结果表明:在缺钾胁迫下,13个柳枝稷品种地上及地下部的生长均受到显著抑制,具体表现为:生长速度下降,叶绿素含量减少,光合面积减少,光合速率降低,进而导致其总生物量积累下降。由标准差系数赋予权重法得出的13个品种耐胁迫性由高到低依次为:Cave-In-Rock、Trailblazer、BJ-5、Forestburg、BJ-4、Pathfinder、BJ-3、BJ-2、Blackwell、Alamo、BJ-1、BJ-6、Kanlow。     

施用柳枝稷茎和叶对土壤有机碳与微生物量碳的影响及其分解特征

采用室内恒温(25℃)培养的方法,研究施用不同用量的柳枝稷茎、叶对土壤有机碳(SOC)和微生物量碳(MBC)的影响,柳枝稷茎、叶在土壤中分解特性。结果表明:柳枝稷茎、叶施入土壤培养90d后,随着柳枝稷茎、叶施入量的增加,SOC和MBC含量明显增加。在柳枝稷茎、叶施用量相同的条件下,施入柳枝稷叶后,土壤微生物量碳的含量高于施用茎的含量,而施用叶的土壤中有机碳的含量低于施入茎的土壤有机碳的含量。柳枝稷茎、叶在土壤中的分解率具有一定的差异,且与施用量有关。在相同的柳枝稷茎、叶施用量条件下,叶在土壤中的分解率高于茎的分解率,表明了茎中的有机碳在土壤中周转期比叶中的长,说明施用柳枝稷的茎可以有效地促进土壤有机碳的累积。     

不同供磷水平对盐碱地柳枝稷根系形态及土壤理化性质的影响

为探究盐碱条件下柳枝稷(Panicum vigatum L.)对供磷水平的响应,以不同品种柳枝稷(Alamo加倍体、Alamo、Pathfinder)为材料进行根箱试验,分析比较了不同磷浓度(0、10、100 mg/kg)处理对柳枝稷根系形态、生理特征及土壤理化性质的影响。结果表明:随着施磷水平的增加,各品种柳枝稷生物量、根系形态、根系活力及土壤有效磷含量整体呈上升趋势,而根冠比、土壤pH值和酸性磷酸酶活性呈下降趋势,均在高磷(100 mg/kg)处理下达到最大值和最小值。与高磷处理相比,低磷(10 mg/kg)处理下3个品种柳枝稷土壤pH值分别增加了0.31、0.28、0.23个单位,酸性磷酸酶活性平均提高了58.0%、42.0%、13.5%。低磷条件下,Alamo加倍体具有较大的根表面积,并保持较高的根系活力,表现出较强的适应性,有利于降低土壤pH,提高土壤酸性磷酸酶活性。总体而言,Alamo加倍体对盐碱低磷胁迫的适应能力优于Alamo、Pathfinder。同时增加供磷水平能够促进盐碱地柳枝稷根系生长、改善土壤环境,提高其生物质产量。     

不同预处理方式对柳枝稷厌氧发酵性能的影响

以柳枝稷为原料,研究微波,蒸汽加热和NaOH预处理方法对柳枝稷的结晶度和纤维结构的影响,同时考察了预处理后的柳枝稷在中温时的厌氧发酵性能.结果显示:3种处理都可以降低原料的结晶度;微波和NaOH处理可以显著降低柳枝稷的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素等含量;NaOH处理会降低粗脂肪的含量;蒸汽加热处理和原料的累积产气量(28 486和28 686 mL)及产气率(453.60和456.79mL/g)接近,而NaOH预处理由于C/N较高、阳离子毒害作用和抑制物的作用使得厌氧发酵性能降低.可见预处理可以降低柳枝稷纤维含量,但是对厌氧发酵性能并无明显改善作用.     

温度对柳枝稷种子萌发的影响

柳枝稷是一种优良的纤维素类草本能源植物,具有优良的牧草特性及水土保持功能,同时又被认为是一种理想的可再生替代能源植物。为研究不同温度处理下柳枝稷种子的萌发特性,利用主成分分析法对发芽总数、发芽率、峰值、日平均发芽率、发芽系数、发芽指数、胚芽干重和活力指数8个种子活力测定指标进行了筛选,结果表明:发芽指数、发芽系数、胚芽干重3个测定指标能够较真实、全面地反映柳枝稷种子活力水平,可作为种子萌发的测定指标;柳枝稷3个品种种子的适宜萌发温度为35℃,在发芽水平上,品种Bay Canada的种子品质要高于Alamo、Common。     

不同立地柳枝稷生长响应的初步研究

对黄土丘陵区不同立地中柳枝稷生长响应的变化规律进行了研究。结果表明:柳枝稷在不同立地条件下土壤水分明显不同,坡地土壤平均含水量(13.39%)<梯田(14.78%)<川地(16.02%)。土壤水分含量,根系生物量和土层深度三者存在密切相关性。在梯田、坡地和川地三种立地条件下,柳枝稷的株高、覆盖度、生物量、杂草和枯落物等均存在明显差异,其中柳枝稷的株高和覆盖度表现为川地>坡地>梯田;伴生杂草和柳枝稷枯落物与地上部生物量表现一致,川地显著高于坡地和梯田。地下生物量在川地、坡地和梯田立地下均呈现相同规律,随深度变化根系量逐渐减少,三种立地条件下总地下生物量差异不明显。同时发现土壤有机质和N含量与柳枝稷生产力呈显著正相关,说明了黄土丘陵区柳枝稷的生长响应与立地水肥条件有关。这对加强优良禾本科牧草的生态适应性研究及促进我国黄土高原生态可持续发展以及退耕还草工程具有重要的现实意义。     

不同施肥处理对柳枝稷土壤理化性质及细菌多样性的影响

为研究优化施肥对柳枝稷土壤理化性质及细菌多样性结构和多样性的影响,以半干旱区种植3年的柳枝稷表层土壤为对象,采用高通量测序技术研究了不同施氮水平(0、60、120和240 kg·hm-2)对0～20 cm土层土壤理化性质、细菌多样性及其结构的影响,以盐碱荒地作为对照(CK).结果表明,总的来看,施氮可显著降低土壤pH值...     

乳酸菌复合系和植物乳杆菌提高柳枝稷青贮效果

该文旨在探讨接种乳酸菌复合系SGL和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）对柳枝稷青贮效果的影响。以营养生长阶段的柳枝稷为原料,分别接种1 OD600/kg 鲜质量的SGL和Lactobacillus Plantarum,以不接菌的处理作为对照。在发酵第3、10、20和30天开罐取样进行检测分析发酵饲料品质,通过短期人工瘤胃技术测定体外瘤胃发酵参数的变化,并运用高通量测序技术分析原料和青贮料的细菌多样性。结果表明：接种乳酸菌复合系SGL和Lactobacillus Plantarum均能有效抑制Enterobacter和Clostridium,使Lactobacillus成为控制发酵的优势菌,加快青贮过程中pH值的下降速率,提高柳枝稷青贮饲料品质,并提高柳枝稷青贮料的瘤胃发酵效果,复合菌系SGL比纯培养的Lactobacillus Plantarum的效果更突出。     

关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究

河岸缓冲带被广泛地应用于拦截农地中流失的非点源污染物质。美国学者K.H.Lee等人通过设置田间试验对复合缓冲带在天然降雨条件下从农地上拦截氮、磷和泥沙的能力进行了研究。实验结果表明,设置7.1m宽的柳枝稷缓冲带拦截了径流中95％的泥沙、80％的总氮、62％的硝基氮、78％的总磷和58％的PO4-P。设置16.3 m宽的柳枝稷/林木复合缓冲带拦截了径流中97％的泥沙、94％的总氮、85％的硝基氮、91％的总磷和80％的PO4-P。缓冲带的拦截能力与降雨强度和总降雨量呈显著的负相关关系。虽然7.1 m宽的柳枝稷缓冲带在拦截营养物质方面的效果较好,但若其加宽到16.3 m的柳枝稷/林木复合的缓冲带拦截可溶解营养物质的效力将增加20％。运用浓密的、本地的暖季草与木本植物相结合的缓冲带,拦截非点源污染物质的效力将更高。     

对阿巴拉契亚地区C_3和C_4牧草土壤水分消耗分析

改变植被类型不仅可使土壤水分利用方式发生变化,而且还能改变一个区域的水分平衡。本项研究旨在确定不同丘陵地牧场的C_3和C_4牧草对土壤含水量的影响。在中部的阿巴拉契亚地区,分别在海拔920m和615m处进行了土壤水分变化的监测。试验小区播种了鸡脚草(C_3)和柳枝稷及狗牙根(C_4)三种牧草。在920m处,鸡脚草的土壤水分消耗量比柳枝稷或狗牙根常常大20~40mm;而在615m处,它们之间不存在显著差异。此外,虽熊C_4的两种草在草冠高度和形状等方面有很大差异,但在920m和615m处柳枝稷和狗牙根之间不存在土壤水分消耗的差异。615m处各种牧草土壤水分消耗量比920m处大,这主要是受土壤性质不同的影响。     

不同能源作物对土壤剖面盐分离子迁移的影响

为了筛选耐盐能源作物、挖掘利用盐渍土资源、促进农业可持续发展。以甘肃白银市东大沟盐渍化土壤作为研究对象,在大田试验条件采用对比研究的方法探讨种植四翅滨藜(Atriplex canescens)、油菜籽(Brassica napus)、甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、荻(Triarrherca sacchariflora)、柳枝稷(Panicum virgatum)5种不同能源作物对土壤剖面盐分及其离子(HCO3-、Cl-、SO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)迁移的影响。结果表明:在盐渍化土壤,种植柳枝稷、四翅滨藜能明显减少土壤剖面0—100cm土层盐分、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+的含量,脱盐的同时会导致HCO3-在土壤剖面0—100cm土层累积。种植油菜可以抑制0—50cm土层盐分的累积。种植荻可以抑制50—100cm土层盐分、0—100cm土层HCO3-、60—100cm土层SO42-的累积。种植柳枝稷可明显减少土壤剖面0—100cm土层K+的含量。研究发现四翅滨藜、柳枝稷两处理的电导率均与其他处理之间达显著水平(P0.05),荻与其他处理之间水溶性Na+含量均达显著水平(P0.05),柳枝稷与其他处理之间HCO3-含量均达极显著水平(P0.01)。     

黄土丘陵区典型草地土壤有机碳及微生物量碳的分布特征

对黄土丘陵区植被恢复中柳枝稷、长芒草和白羊草这3种典型草地土壤有机碳、微生物量碳以及团聚体中有机碳的含量变化和分布特征进行了研究。结果表明,土壤中有机碳、微生物量碳以及不同粒级团聚体中有机碳均集中分布在土壤的表层;不同草地类型下有机碳的含量大小顺序为:柳枝稷草地>长芒草草地>白羊草草地;相同土层深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布表现为2～1mm粒级团聚体中有机碳含量明显高于其它粒级中有机碳的含量;在3种典型草地中,柳枝稷草地土壤中有机碳含量和团聚体中有机碳含量高于长芒草和白羊草草地的含量,柳枝稷草地土壤微生物量碳的含量仅低于长芒草中的含量。     

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。     

柳枝稷根组织实时定量PCR分析中内参基因的选择

选择表达稳定性高的内参基因是提高实时荧光定量PCR分析(qRT-PCR)准确性的重要条件。本研究以能源植物柳枝稷(Panicum virgatum L.)根组织为材料,通过不同非生物条件胁迫,利用qRT-PCR技术检测UBQ1(泛素基因)、ACT2(肌动蛋白基因)、UBQ2(泛素基因)、TUB(β微管蛋白基因)、GAPDH(甘油醛-3-磷酸-脱氢酶基因)、CBP20(类胡萝卜素结合蛋白基因)、UCE2(泛素接合酶基因)、18S rRNA1(18S核糖体RNA基因)、NAC(NAC域蛋白基因)和CYP2(亲环蛋白基因)10个内参基因的mRNA的表达情况,并运用Delta-Ct method,Genorm(ver.3.5)、Bestkeeper(ver.1.0)和NormFinder(ver.0.953)软件综合分析10个内参基因的表达稳定性。结果显示,在不同的非生物环境胁迫条件下,最适合作为柳枝稷根组织研究的内参基因各不相同。10个内参基因平均表达稳定由高到低排序为:ACT2,TUB,UCE2,CBP20,CYP2,UBQ2,18S rRNA1,NAC,UBQ1,GAPDH。在干旱胁迫条件下,ACT2基因表达稳定性最高;在盐胁迫和热胁迫条件下,18S rRNA1基因表达稳定性最高;在冷胁迫和涝胁迫条件下,ACT2基因表达稳定性最高。经软件综合分析显示,ACT2、TUB和UCE2基因最适合作为柳枝稷非生物胁迫研究的内参基因;UBQ1和GAPDH基因最不合适作为内参基因。该研究结果可用于柳枝稷非生物胁迫下各种基因表达的进一步研究。     

雨水滤清净水系统的设计与试验验证

针对黄土高原发展坡地高效农业面临的缺水及水源水质差而传统微型沉沙池效率低,清淤困难等问题,基于调控降雨径流,高效利用水土资源的理念,根据生物与物理净化的不同特点,设计出一套生态环保型高效滤清净水系统并进行了试验验证。结果表明,能源牧草柳枝稷作为植被过滤带与滤清池组合系统,对泥沙和总磷最大拦截效果分别达到98.62%和93.6%,对化学需氧量(COD)的最大拦截效果达到56%,说明柳枝稷植被过滤带对泥沙和污染物的拦截效果明显。并在此基础上再铺设不同粒径砂石的滤清池,只需拦截植被过滤带下来的柴草,使布置大幅简化,造价大幅降低。该系统可广泛应用于黄土高原坡地高效农业水源净化系统。     

3种能源草在铅锌矿区土壤中的生长及其对重金属的富集特性

采用土壤盆栽试验,研究紫色皇竹草、甜象草、柳枝稷3种能源草在铅锌矿区原状重金属污染土壤中的生长及其对Pb、Zn、Cd、Cu的吸收累积特性。结果表明,3种能源草在铅锌矿区重金属污染土壤中生长正常,外观均未表现出明显的受毒害症状,具有良好的适应性。在3种能源草中的重金属含量分别为Pb130.74~1 135.11mg/kg,Zn 88.51~269.07mg/kg,Cd 2.87~8.07mg/kg,Cu 6.64~55.45mg/kg。以转运系数(TF)和富集系数(BF)讨论3种能源草对重金属的转运富集能力,发现不同植物对不同重金属的TF和BF有较大差异。除柳枝稷对Zn的TF值为2.622,甜象草对Cd的BF值为1.021 4外,能源草对重金属的其余TF和BF值均小于1.0。根据植株的生长状况、重金属含量、富集能力和转运能力,说明3种能源草均能在铅锌矿区重金属复合污染土壤中正常生长,并可用于以Pb为主的重金属复合污染土壤的修复。     

黄土丘陵区缓坡地不同土地利用方式的产流效应

探讨缓坡土地利用方式与水土流失之间的作用机制,对于黄土丘陵沟壑区水土流失治理具有积极意义。利用中国科学院安塞水土保持综合试验站2009—2011年间小区定位监测数据,探讨缓坡谷子地(F)、柳枝稷地(S)、撂荒地(A)、2/3谷子-1/3柳枝稷地(FS)、2/3谷子-1/3撂荒地(FA)5种土地利用方式的产流效应,结果表明:1)缓坡谷子地(F)的径流量最大,受短历时高强度降雨影响显著;2)7月是产生径流的敏感时期;3)土地利用方式S、A、FS、FA与F相比,具有不同程度的减流效应,减流效应大小顺序为A>S>FA>FS;4)植被覆盖度的增加对减少缓坡产流量起到积极作用,但当降雨量、降雨强度较大时,植被覆盖削减径流的作用会被减弱。     

风障对茶园的减风增温效果及对茶树冠层叶片含水率影响

为解决冬季茶园风寒冻害问题,于2008年1月在安徽农业大学茶场建立塑料薄膜风障,测定风障对茶园的减风增温作用及其对茶树冠层叶片含水率的影响。风障的高度为2.0 m,以5×7网格点测定2.8、2.0 m风障高和1.2 m茶树冠层高度3个层次的风速,以4×4网格点测定地表温度、茶树冠层叶片含水率。结果表明,2.8 m高度,风障上方的风速比环境风速增加30%左右,下风方向的减风作用随风速增大而减小,距离风障7 m区域是风速减弱最强的区域,环境风速2.6 m/s时中轴线风速减小13.5%,环境风速1.0 m/s时