中国土壤侵蚀研究重大成就及未来关键领域

[目的] 回顾中国土壤侵蚀研究的发展历程,总结该领域的重大研究成果,分析其现阶段存在的问题及未来关键研究领域,旨在为中国水土保持及区域生态建设与绿色高质量发展提供参考。[方法] 基于多年的土壤侵蚀研究野外调查和学术研究工作经验,对中国土壤侵蚀的有关重大问题进行了长期思考。经过多次学术研讨,并与同行权威专家进行了交流和探讨。[结果] 中国土壤侵蚀研究领域近百年来取得了一系列重大研究成果,也存在着一些不足和问题。中国土壤侵蚀研究未来应从土壤侵蚀预报模型完善推广及精度评价,坡面径流计算方法及模型构建,人工模拟降雨试验和水槽试验结果的代表性及真实性评价等方面开展重点研究,并关注土壤侵蚀过程机理、模型应用、技术方法、响应评价、瓶颈问题等议题的研究。[结论] 近百年来的研究实践证明,中国土壤侵蚀研究只有立足于国情,根据中国土壤侵蚀特点、研究现状及社会需求的变化确定和调整研究方向,才有可能取得标志性成果。同时,在国家大力推行生态文明建设的新时代,土壤侵蚀研究也要调整思路和研究重点。此外,水土保持工作还应与国家乡村振兴和生态建设相结合,以先预防,少扰动为主,改变过去先破坏再治理的模式。     

贵州省黎平县地表覆被变化引起的生态系统碳储量变化

[目的]对贵州省黎平县地表覆被变化引起的生态系统碳储量变化进行评估,为区域碳源和碳汇管理及"大生态"发展目标提供科学依据。[方法]基于黎平县2005,2010和2015年3期土地利用数据,结合CA-Markov模型和InVEST模型碳储量模块,在对土地利用变化趋势进行分析的基础上定量评估了研究区2005—2025年生态系统固碳能力。[结果]①2005—2015年,黎平县耕地、林地、未利用地呈减少趋势,草地、建设用地、水域呈增加趋势。②2015—2025年土地利用整体变化趋势与2005—2015年一致但幅度增大。耕地由2005—2015年的降幅2.37%到2015—2025年的增幅4.21%,整体趋势发生转变;③2015年黎平县生态系统总碳储量和平均碳密度分别为9.12×10~7 t和206.61 t/hm~2。自2005年以来分别下降2.00×10~5 t和0.45 t/hm~2。2025年黎平县碳储量和平均碳密度分别为8.98×10~7 t和203.44 t/hm~2。[结论]黎平县生态系统固碳能力呈减弱趋势,林地的大面积转出和建设用地的扩张是碳储量下降的直接原因,未来应加强对土地利用结构的优化。     

行距比例及密度对绿洲灌区玉米水分利用效率的互作效应

探究是否可以将行距比例和种植密度集成于同一作物生产系统中来提高作物产量,增加水分利用效率。以玉米"五谷568"为研究材料,于2017—2018年进行大田试验,设7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm),6∶4 (L_2,宽行48 cm∶窄行32 cm),5∶5(L_3,等行距40 cm) 3个行距比例水平,82 500株/hm~2(D_1)、90 000株/hm~2(D_2)、97 500株/hm~2(D_3)、105 000株/hm~2(D_4)、112 500株/hm~2(D_5) 5个种植密度,探讨不同行距比例及密度处理对玉米的耗水特征、产量及水分利用效率的影响。结果表明,L1行距比例可有效降低玉米耗水量,但会增加棵间蒸发,对E/ET影响不显著,其中2017年L_1较L_3能有效降低耗水量11.9%,2018年无显著差异;此外与传统行距比例相比,L_1行距比例具有增产优势,玉米增产5.2%～10.5%,提高水分利用效率6.5%～8.7%。密度间比较,D_3密度较传统密度D_1能有效降低耗水量、棵间蒸发量以及E/ET,对玉米增产及水分利用效率的提高有促进作用;其中D_3密度较传统密度D_1耗水量降低13.3%,2018年差异不显著;棵间蒸发量减小7.1%～7.2%;E/ET减小6.8%～19.2%;玉米增产7.5%～17.1%;水分利用效率提高23.9%～46.2%。2年L_1D_3较传统处理L_3D_1耗水量降低12.8%～30.6%;棵间蒸发量降低8.5%～10.4%;E/ET降低7.3%～7.5%;玉米产量增加7.7%～25.5%;水分利用效率提高36.0%～41.2%。因此,在河西绿洲灌区,7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm)行距比例结合97 500株/hm~2(D_3)种植密度可有效增加玉米产量,提高玉米水分利用效率。     

基于绿色荧光蛋白的冷鲜猪肉中大肠杆菌预测模型的构建

为了预测和监控冷鲜猪肉储存过程中腐败细菌大肠杆菌的变化规律,评估产品货架期,建立微生物生长预测模型。该研究将绿色荧光蛋白质粒pGFP转入大肠杆菌DH5α,构建GFP的标记大肠杆菌。基于绿色荧光蛋白报告基因和氨苄青霉素抗性,采用稀释平板法定量追踪检测0～24℃条件下冷鲜猪肉中DH5α生长变化。采用Gompertz模型、平方根模型和响应面方程进行数据拟合,构建数学预测模型。结果表明Gompertz模型拟合效果良好,0～20℃条件下决定系数R2为0.96～0.99。温度与最大比生长速率平方根、延迟期倒数平方根模型R2分别为0.862、0.948。响应面模型揭示时间、温度对大肠杆菌的生长影响显著(P0.05),二者交互作用明显,响应面模型R2为0.815。模型能够有效拟合冷鲜猪肉中与温度、时间相关的大肠杆菌的生长变化规律,研究结果为产品储存过程中细菌变化预测提供理论依据。     

鄱阳湖区棉田不同种植模式的截流保肥效果

通过不同棉花栽培方式的田间试验,分析了不同的栽培措施对棉田径流拦截和肥料保持的效果。结果表明,棉花间种蔬菜、棉田翻耕覆盖及棉田免耕覆盖技术均可以有效地减少棉田的水土和肥料流失,且以免耕覆盖的泥沙流失量和翻耕覆盖的径流量、养分流失量最小,分别较常规栽培减少52.99%和50%、10.71%。     

常规灌溉条件下施氮对温室土壤氨挥发的影响

为明确温室土壤的氨挥发特征,探讨适宜的减量施氮措施对氨挥发损失量及黄瓜产量的影响,在常规灌溉条件下设置了3个施氮（尿素）处理,采用通气法测定了冬春季黄瓜地中的氨挥发速率。结果表明：温室土壤在氮肥基施后7 d出现氨挥发速率峰值,但在氮肥追施后,施肥带与非施肥带的氨挥发速率峰值分别在第1 d与第5 d出现,氨挥发速率的峰值比氮肥基施时下降了8.6%～46.3%,施肥带的累积氨挥发量是非施肥带的0.91～1.54倍。冬春季黄瓜地的氨挥发损失量为16.7～26.6 kg/hm2,其中减施氮25%处理N900（900 kg/hm2）与减施氮50%处理N600（600 kg/hm2）与习惯施氮处理N1200（1 200 kg/hm2）相比,氨挥发损失量分别降低了22.1%和37.2%。而2 a黄瓜产量的平均值以处理N600（600 kg/hm2）最高,比处理N1200（1 200 kg/hm2）增加了6.52%。综合考虑氨挥发损失量、黄瓜产量及施氮量,在河北省的温室冬春季黄瓜生产中,比农民习惯氮用量（1 200 kg/hm2）减少25%～50%的措施是可行的。     

干湿效应下崩岗区岩土抗剪强度衰减非线性分析

发育于花岗岩的崩岗侵蚀区红土受干湿变化影响显著。通过室内直剪试验,研究了不同干湿效应对崩岗侵蚀区岩土抗剪强度衰减的影响。试验处理采用5种干湿效应水平(风干48h、风干24h、自然含水率、浸30s和浸60s)。结果显示:土壤黏聚力c和内摩擦角φ随干湿变化呈非线性衰减趋势,当土壤含水率13%左右时,对应的抗剪强度指标出现峰值;峰值强度前符合线性递增规律,峰值强度后符合一阶指数衰减规律。在风干阶段,抗剪强度主要受裂隙性影响,而在增湿阶段,基质吸力是影响抗剪强度的主要因素;探讨了干湿循环效应对崩岗侵蚀发育的影响。     

抗速灭威单链抗体基因在巴斯德毕赤酵母中的表达及性质研究

选用巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris）系统表达特异性抗速灭威单链抗体（scFv）基因,以为速灭威特异性抗体的大量制备奠定基础。设计引物扩增阳性克隆scFv基因,亚克隆至表达载体pPICZαC,获得重组酵母表达质粒pPICZαC-scFv,线性化pPICZαC-scFv并高效电转P.pastoris（X-33）,对转化子进行抗性梯度筛选得到一株高效表达的X-33-Pp-SMW-12-6菌株。对获得的菌株先后进行表达条件的优化、优化条件下的诱导表达及单链抗体性质研究。结果表明：P.pastoris-scFv的质量接近其亲本E.coli-scFv的质量,X-33-Pp-SMW12-6在优化条件下的表达产量达28mg/L,比未优化前的产量提高了约8mg/L,经纯化后抗体纯度可达85%以上。因此,利用P.pastoris表达系统制备抗速灭威单链抗体比细菌表达系统更有效、更经济。     

Comparative study of the effects of solid-state fermentation with three filamentous fungi on the total phenolics content (TPC), flavonoids, and antioxidant activities of subfractions from oats (Avena sativa L.)

The aim of present work was to investigate the effect of solid-state fermentation with filamentous fungi (Aspergillus oryzae var. effuses, Aspergillus oryzae, and Aspergillus niger) on total phenolics content (TPC), flavonoids, and antioxidant activities of four subfractions of oat, namely, n-hexane, ethyl acetate (EA), n-butanol, and water, and compare them to their corresponding subfractions of unfermented oat. The TPC and total flavonoids increased dramatically, especially in EA subfractions (p < 0.05). The levels of antioxidant activity of subfractions were also significantly enhanced (p < 0.05). The highest antioxidant activities were also found in the EA subfractions. The polyphenols in EA were analyzed by high-performance liquid chromatography at 280 nm. Most polyphenols were increased remarkably, especially ferulic and caffeic acids. There was a clear correlation between the TPC and antioxidant activity. In conclusion, fungi fermentation is a potential bioprocess for increasing the TPC, flavonoids, and antioxidant activities of oat-based food.     

黄土坡面细沟形态变化及其与流速之间的关系

研究细沟的形态变化特征是认识细沟侵蚀的重要基础,细沟发育过程中细沟形态变化与水流动力学特性之间存在相互影响和相互作用的关系,研究细沟发育过程中细沟形态与水动力学之间的关系,有利于更好地了解细沟侵蚀过程和侵蚀机理。该研究通过室内人工模拟降雨试验,对黄土坡面细沟发育过程中的细沟形态变化及其与流速的关系进行了研究。结果表明:坡面侵蚀过程呈明显的阶段性,坡面细沟形态变化过程与坡面径流含沙量的变化情况基本一致;坡面跌坎发生的临界流速为0.19~0.21 m/s,当坡面径流流速大于这个临界值的时候,坡面会出现跌坎;细沟发育初期,细沟间的距离一定程度上影响细沟的分布,最早出现的细沟之间不会再出现新的跌坎,这一间距范围在12.5~17.5 cm之间;细沟侵蚀过程主要以下切侵蚀和溯源侵蚀为主,沟壁坍塌的侵蚀作用相对较小;细沟流速随时间的变化大致呈先增后减的趋势,细沟流速随细沟宽度的增加而显著减小,这一趋势在4 m坡段尤为明显,二者之间存在显著负相关关系(r=-0.348,P=0.04)。受试验条件所限没有研究细沟深度和流速等其他水动力学参数,以后需要不断改进试验方法来准确测量流速、水深等指标,进一步研究细沟发育过程。