小盐芥 TsPIP1;1 与 TsTIP1;1 基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】为更好地了解植物水通道蛋白盐胁迫下的调节作用,对小盐芥质膜内在蛋白TsPIP1;1及液泡膜内在蛋白TsTIP1;1在转基因水稻中的盐胁迫生理响应机制进行探究,旨在为水通道蛋白在耐盐作物分子改良育种中的应用提供理论支撑。【方法】以野生型 (WT) 与 T3 代转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻为材料,进行了水培试验,并设置了 0、100、200 mmol/L NaCl 处理。处理一周后,分别测定水稻的光合参数、株高、生物量、相对含水量、失水率及钾、钠含量。【结果】在盐胁迫处理下,与野生型相比,转基因水稻的生物量和含水量明显增加,渗透势和失水率显著降低。转 TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 基因水稻根部及地上部的 Na+ 含量都显著降低,K+ 在转基因株系中的累积显著高于野生型,降低了体内 Na+/K+ 比,并且能够保持更强的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率。在 200 mmol/L NaCl 处理下,与野生型相比,TsTIP-5、TsTIP-7 及 TsPIP-19 的株高分别高出 8.2%、11.6%、4.9%;单株干重分别高出 17.9%、23.9%、16.9%;地上部 Na+/K+ 比分别降低 24.3%、24.4%、24.8%;根部 Na+/K+ 比分别降低 29.6%、27.5%、32.4%;渗透势分别显著降低了 18.3%、19.4%、30.3%;相对含水量分别增加了 5.8%、5.5%、5.4%;净光合速率分别增加了50.4%、 78.5%、56.2%。【结论】TsPIP1;1 及 TsTIP1;1 增强了转基因水稻的光合呼吸作用,通过降低植物体内 Na+/K+ 比,参与植物细胞的渗透调节,提高了细胞持水能力,促进转基因水稻的生长发育,增强了水稻的耐盐性。     

Long-term changes in land use impact the accumulation of microbial residues in the particle-size fractions of a Mollisol

To test the impact of a range of long-term land use types on the partitioning of microbial residues among soil particles, samples from a Mollisol with plots under 100 years of continuous arable cropping, 30 years of simulated overgrazing to severely degraded bare soil, or 30 years of grassland restoration were investigated. The microbial residues, which were assessed among three particle-size fractions (<2, 2–20, and 20–250 μm) by amino sugar extraction, exhibited change with particle size and land use. Converting arable cropping to bare soil induced substantial depletion of amino sugars associated with the clay-size fraction, as a proportion of total carbon (C) and total soil mass, but not the silt- and sand-size fractions. Alternatively, switching arable soil to grassland increased amino sugar stocks in both the clay- and sand-size fractions. Analysis of the relative input of fungal and bacterial derived amino sugars indicated that fungal sources are the most dynamic with respect to land use change. These results highlight the selective vulnerability of microbial C pools in finer fractions under low plant C input and the selective recovery in specific fractions upon restoration, emphasizing the importance of the conversion of plant organic matter into mineral-associated microbial residues to promote stable soil organic C.     

基于NPP/VIIRS夜光遥感影像的作业灯光围网渔船识别

为对远洋灯光渔船作业信息进行实时动态监测,该研究基于可见光红外辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)夜光遥感影像,根据远洋灯光渔船作业时其集鱼灯灯光在VIIRS白天/夜晚波段(day/night band,DNB)影像上的辐射特征,采用峰值中值指数(spike median index,SMI)对灯光渔船与背景像元间的辐射差异进行拉伸,在此基础上设计了基于最大熵法(maximum entropy method,Max Ent)阈值分割以及局部峰值检测(local spike detection,LSD)的作业远洋灯光渔船识别算法,并采用2015年西北太平洋公海灯光围网渔场内作业渔船船位监控系统(vessel monitoring system,VMS)数据对该算法的识别精度进行检验。验证结果显示,该文提出的作业远洋灯光渔船自动识别算法对实际作业灯光渔船的识别精度在92%以上,可以满足远洋灯光渔船日常监测的需求,可为进一步评估远洋光诱渔业捕捞努力量、推进远洋光诱渔业信息化管理以及打击非法、未申报和无管制的(illegal,unregulated,unreported,IUU)捕捞活动提供技术支持。     

河套地区盐碱土复合调理剂配方筛选研究

以内蒙古河套灌区典型的盐碱土为研究对象,采用烟气脱硫石膏、腐殖酸、保水剂材料研发的复合调理剂对根区盐碱土进行综合改良,通过室内盆栽试验,分析不同配比烟气脱硫石膏型复合调理剂对土壤pH值、碱化度、全盐、盐基离子含量、养分水平、含水量、硬度及向日葵出苗率的影响。结果表明:(1)不同比例施用烟气脱硫石膏型复合调理剂后土壤pH值均显著降低,降低幅度0.45～0.79个单位,土壤中Na~+和CO_3~(2-)+HCO_3~-含量分别降低了9.7%～20.1%和14.3%～30.4%;(2)不同比例施用烟气脱硫石膏型复合调理剂后土壤有机质、碱解氮和含水量分别增加了13.9%～119.3%、9.1%～159.2%和4.4%～20.2%,土壤硬度降低了13.4%～56.7%;(3)不同比例施用烟气脱硫石膏型复合调理剂后,向日葵出苗率从6.7%增加到了20.0%～66.7%;通过对盐碱土综合改良效果及向日葵出苗率进行分析,烟气脱硫石膏型复合调理剂的最优配方为烟气脱硫石膏2 580 kg·hm~(-2)、腐殖酸774 kg·hm~(-2)、保水剂516 kg·hm~(-2)。     

东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

菌根化育苗对玉米生长和养分吸收的影响

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染作物根系形成菌根共生体系对于作物吸收磷具有重要作用,但该结果大多来源于室内受控试验,有限的田间试验因环境条件、试验材料与接种技术等差异致使AMF菌剂应用效果不一。本研究通过玉米菌根化育苗和田间移栽,分析了接种AMF对玉米生长、养分吸收、籽粒产量及养分含量的影响,以期推进菌根技术的实际生产应用。【方法】以自交品系玉米B73为供试作物,于2018年5月至10月在北京市延庆区进行了田间试验。田间小区设置基施磷(+P)和不施磷(–P)处理。供试AMF为Rhizophagus irregularis Schenck&Smith BGC AH01。玉米种子催芽后,分别播入加入AMF菌剂(+M)和菌剂过滤液(–M)的育苗钵内,培养两周后移栽至田间。玉米在田间条件下生长至拔节期时,使用便携式光合仪测定叶片光合速率与气孔导度,取样测定地上部与根部干重和养分元素含量,同时测定菌根侵染率;在玉米完熟期取样,测定籽粒百粒重、籽粒产量及养分含量。【结果】无论田间施磷与否,接菌植株根系的菌根侵染强度和丛枝丰度均显著高于不接菌植株。不施磷情况下,+M处理显著提高了玉米根系干重,玉米生长的菌根依赖性(163.7%)显著高于施磷情形(124.1%)。–P–M处理玉米叶片的光合速率和气孔导度显著低于其他3个处理。–P+M处理玉米叶片的光合参数、玉米地上部和根部磷含量与+P+M均无显著差异。与–P–M处理相比,–P+M显著提高了玉米籽粒产量和百粒重,同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量,且与+P+M处理相比均无显著差异。【结论】玉米幼苗接种AMF后再移栽到田间,可以显著提高拔节期玉米根系的菌根侵染率,促进玉米地上部和根部对磷及锌、锰和镁的吸收,进而促进玉米的生长,提高籽粒产量和养分含量。本试验条件下,菌根化育苗可以达到与施磷同样的效果,在保障作物不减产的前提下减少磷肥施用量。     

Mechanisms behind soil N dynamics following cover restoration in degraded land in subtropical China

Purpose

Nitrogen (N) is an important nutrient for re-vegetation during ecosystem restoration, but the effects of cover restoration on soil N transformations are not fully understood. This study was conducted to investigate N transformations in soils with different cover restoration ages in Eastern China.

Materials and methods

Soil samples were collected from four degraded and subsequently restored lands with restoration ages of 7, 17, 23, and 35 years along with an adjacent control of degraded land. A ¹⁵N tracing technique was used to quantify gross N transformation rates.

Results and discussion

Compared with degraded land, soil organic carbon (SOC) and total N (TN) increased by 1.60–3.97 and 2.49–5.36 times in restoration land. Cover restoration increased ammonium and nitrate immobilization, and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) by 0.56–0.96, 0.34–2.10, and 0.79–3.45 times, respectively, indicating that restoration was beneficial for N retention. There were positive correlations between SOC content and ammonium and nitrate immobilization and DNRA, indicating that the increase in soil N retention capacity may be ascribed to increasing SOC concentrations. The stimulating effect of SOC on ammonium immobilization was greater than its effect on organic N mineralization, so while SOC and TN increased, inorganic N supply did not increase. Autotrophic and heterotrophic nitrification increased with increasing SOC and TN concentrations. Notably, heterotrophic nitrification was an important source of NO₃^??N production, accounting for 47–67% of NO₃^??N production among all restoration ages.

Conclusions

The capacity of N retention was improved by cover restoration, leading to an increase in soil organic carbon and total N over time, but inorganic N supply capacity did not change with cover restoration age.

     

生物炭和氮肥配施提高土团聚体稳定性及作物产量

【目的】通过田间定位试验,探讨生物炭和氮肥配施对土耕层土壤水稳性团聚体组成、稳定性、有机碳土层分布及冬小麦–夏玉米轮作体系下产量的影响,为生物炭在关中地区农业生产中的应用提供科学依据。【方法】本试验设置4个生物炭水平和2个氮肥水平,生物炭水平分别为0、1000、5000、10000 kg/hm2,依次记为B0、B1、B2、B3;氮肥水平包括两季总氮量480 kg/hm2(NT) 和两季总氮量减半240 kg/hm2(NH),共组成8个处理。采集0—10 cm、10—20 cm土层土壤样品,利用TTF-100土壤团聚体分析仪湿筛获得5种粒级的团聚体 (> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、< 0.25 mm),用 > 0.25 mm团聚体含量 (R_0.25)、平均重量直径 (MWD)、几何重量直径 (GMD) 表示水稳性团聚体的的稳定性,并测定了不同粒级团聚体中有机碳的含量及小麦–玉米两季作物总产量。【结果】与不施生物炭 (B0NT、B0NH) 相比,施用生物炭的处理显著增加了 > 2 mm、1～2 mm粒级水稳性大团聚体的百分含量 (P < 0.05),两粒级增幅范围分别为3.5%～180.3%、9.4%～98.9%。施用生物炭10000 kg/hm2(B3NT、B3NH) 时,MWD、GMD和R_0.25增幅最高,分别增加了12.5%～112.5%、25.0%～65.7%、20.0%～65.0%。施用生物炭显著提高了土壤各粒级水稳性团聚体有机碳含量,与不施生物炭处理相比,> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm 和0.25～0.5 mm粒级团聚体有机碳含量增幅分别为6.3%～30.5%、0.2%～28.2%、0.2%～41.6%和4.6%～39.1%。与0—10 cm土层相比,10—20 cm土层氮肥减量降低了土壤团聚体的稳定性,而施用生物炭10000 kg/hm2(B3NH) 可改善土壤团聚体的稳定性,改变有机碳分布。在10—20 cm土层,与B0NT处理相比,B0NH处理土壤水稳性团聚体的R_0.25、MWD、GMD显著下降,三者分别降低了79.2%、25.7%、30.0%,而B3NH与B3NT处理之间无显著差异。与B0NT相比,B0NH处理 < 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例显著增加了17.4%,而B3NH处理与B3NT相比,< 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例无显著差异。此外,施用生物炭显著提高作物总产量,B2NT、B3NT和B3NH处理下两季作物总产量较高,分别较B0NT提高了27.0%、23.6%、27.9%,且三个处理之间无显著差异。从各指标相关分析可知,水稳定大团聚体的GMD与土壤全土有机碳以及两季作物总产量之间有着显著的正相关关系。【结论】生物炭配施氮肥显著提高了土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性,且提高小麦—玉米两季作物总产量。减施氮肥有利于有机碳向大团聚体中分配,供试条件下,生物炭10000 kg/hm2配施氮肥240 kg/hm2对提高土耕层团聚体稳定性、土壤有机碳及两季作物总产量效果最佳。     

水肥组合对日光温室黄瓜叶片生长和产量的影响

在陕北黄土高原具隔水小区的日光温室内,设计完全随机区组试验,研究了不同水肥组合对结瓜期黄瓜叶片生长和产量的影响。结果表明,在结瓜期,所有处理黄瓜叶面积逐渐增加,而叶片扩展速率、叶片组织含水率、叶片中游离脯氨酸（PRO）和丙二醛（MDA）含量、黄瓜产量和水分利用效率（WUE）均先增加后降低;当土壤含水率一致时,高肥处理（N：600 kg/hm2,P2O5：420 kg/hm2）叶面积、叶片扩展速率、产量和WUE显著高于低肥处理（N：420 kg/hm2,P2O5：294 kg/hm2）;低肥处理产量随土壤含水率增加而增加,高肥处理随土壤含水率增加先增加后降低,WUE随土壤含水率增加而降低。中水高肥处理（WmFh）的叶片净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）日变化均高于其他处理。表明,中水高肥处理（田间持水率＞75%～90%,施用N：600 kg/hm2,P2O5：420 kg/hm2）黄瓜在结瓜期叶片生长健壮、光合作用强、产量较高,节约了水资源。     

稀土元素示踪坡面次降雨条件下的侵蚀过程

为定量研究次降雨条件下坡面侵蚀形态的演变过程,该文利用REE-INAA（稀土元素-中子活化分析）方法,将REE元素沿坡面垂直分层布设并结合室内模拟降雨试验,研究了次降雨条件下面蚀和细沟侵蚀的转变和动态发育过程。结果表明：降雨初期坡面主要发生面蚀,细沟出现后,坡面侵蚀将加快加剧,细沟侵蚀深度随之迅速增加。坡面侵蚀中面蚀量约占总侵蚀量的30%左右,细沟侵蚀量占70%左右。单位深度范围内最上层土壤侵蚀量最大,向下依次递减。可以将坡面侵蚀形态演变过程划分为面蚀、细沟发育和细沟稳定3个阶段,各阶段转化都有明显的拐点出现。因此,利用REE-INAA方法可以对土壤侵蚀演变过程进行较准确地定量研究。