大气环境变化导致水稻品质总体变劣

气候变化将改变作物的生长环境,进而影响作物产量和品质。气候变化对重要粮食作物水稻产量形成的影响已有很多报道,但对同样重要的品质研究较少。在简要介绍实验平台基础上,本文总结了气候变化对水稻品质影响的研究进展。品质性状分为加工、外观、蒸煮/食味、营养和饲用品质,气候变化包括大气CO₂浓度升高、近地层O₃浓度增高和气温升高等,本文重点聚焦大气组分变化及其与高温的互作。已有文献表明,气候变化对水稻品质的影响尚存在诸多不确定性,但本文也发现了一些重要趋势,这些趋势多为不利的变化。高CO₂浓度、高O₃浓度或高温环境下生长的水稻表现出垩白增加、碎米增多的趋势;高CO₂浓度导致稻米蛋白质和多种元素浓度下降,但食味品质可能变优;臭氧胁迫水稻的食用和饲用品质均有变劣趋势。目前这方面认知多来自于单一气候因子的影响研究,但已有少量研究观察到CO₂与温度或O₃之间的交互作用;另外,水稻品质性状对气候变化的响应可能还受熏蒸方式、基因型和施肥量等影响。未来这一领域需继续利用不同尺度的试验平台验证已有趋势并拓展研究内容,在这基础上评估气候变化因子之间以及与其他因子的交互作用,重点揭示这些交互作用的内在机制,以便开发出真正适应未来气候变化的稻作生产技术。     

臭氧浓度增加对超级稻南粳9108稻穗不同部位籽粒氨基酸含量的影响

为了解臭氧浓度升高对稻米品质的影响,2015年以高产优质超级粳稻南粳9108为供试材料,利用自然光气体熏蒸平台,设置对照(18 n L·L~(-1))和高浓度臭氧(100 n L·L~(-1))处理,研究了臭氧浓度增加对成熟期稻穗不同部位糙米氨基酸性质的影响。结果表明:臭氧浓度增加使稻米氨基酸、必需和非必需氨基酸总量显著增加,但对必需或非必需氨基酸占氨基酸总量的百分比无显著影响;从氨基酸组分看,除半胱氨酸外,臭氧浓度增加使糙米中7种必需氨基酸和9种非必需氨基酸的含量均呈增加趋势,其中苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、络氨酸、天冬氨酸和苯丙氨酸的增幅均达显著或极显著水平;总体上,稻穗下部稻米氨基酸及其组分浓度对臭氧浓度增加的响应大于稻穗上、中部,其中臭氧处理与籽粒着生部位对苯丙氨酸、络氨酸、组氨酸、精氨酸有明显的互作效应(P0.1)。以上数据表明,100 n L·L~(-1)臭氧浓度使供试超级稻稻米氨基酸及其组分浓度明显增加,且多数情况下弱势粒的增加趋势大于强势粒。     

大气CO_2浓度升高对稻季耕层土壤溶液中Ca、Mg浓度的影响

【目的】研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对长期大气CO2浓度升高的响应。【方法】利用中国稻田FACE(free air carbon-dioxide enrichment)试验平台,包括Ambient(对照,自由大气CO2浓度约为370μmol·mol-1)和FACE(比对照大气CO2浓度高200μmol·mol-1)2个试验处理,在2004、2005和2007年稻季不同生育期原位采集5cm和15cm处土壤溶液并测定其中Ca、Mg浓度。【结果】在2004、2005和2007年,FACE处理5cm处土壤溶液Ca浓度分别是对照处理的125%、106%和72%,Mg浓度分别是对照处理的115%、104%和75%;FACE处理15cm处与5cm处土壤溶液Ca浓度的比值在2004、2005和2007年分别是对照处理的71%、114%和180%,Mg的比值分别是对照的74%、104%和159%;2007年FACE处理0-15cm耕层土壤溶液Ca、Mg浓度分别比对照处理低6.8%和4.6%。【结论】连续大气CO2浓度升高可改变土壤溶液中Ca、Mg元素在不同深度耕层的分布,提高15cm处与5cm处土壤溶液Ca、Mg浓度的比值,且这种影响存在一定的累积效应。稻田生态系统Ca、Mg循环对长期大气CO2浓度升高的响应值得深入研究。     

不同穗重类型常规籼稻品种产量形成的差异研究

在群体水培条件下,以国内、外不同年代育成的常规籼稻代表品种(2001年88个、2002年122个)为材料,测定生育期、株高、干物重(包括根系)、产量及其构成因素、穗部性状、氮素、根系性状等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按单穗重从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 6类,研究各类品种产量形成的差异及其原因。结果表明:①大穗型水稻品种生育期较长,植株较高;②大穗型品种最高茎蘖数少,成穗率低,单位面积穗数少,每穗粒数多,千粒重大;③大穗型品种穗长较长,一、二次枝梗数多,着粒密度大。在适当增加穗长的基础上,增加二次枝梗数的比例,提高着粒密度是提高籼稻品种单穗重的主要途径;④单穗重与个体(单穗)产量呈极显著线性正相关,与群体产量呈极显著的抛物线型关系。选用穗粒数较多、千粒重较大且有足够穗数的偏大穗型品种较易获得高产与稳产的目标;⑤生育期较长、植株较高、穗重大是大穗型品种高产的基础,根系发达,氮素积累多,叶面积系数较大,光合能力强,是大穗型品种高产的主要原因。     

水生蔬菜改善养殖渔塘水质研究进展

由于高密度养殖技术的推广,使得池塘养殖水体水质日趋恶化,既影响了养殖产品的产出,又增加了污染周边水体的风险。论文综述了近年来,我国应用水生蔬菜改善养殖渔塘水质的研究进展,提出了品种筛选和处理效果评价是该领域的研究重点,分析了约束该技术发展的主要因素。并依据现有状况提出了今后需要努力的方向,为水生蔬菜改善养殖渔塘水质研究提供了思路。     

联苯菊酯降解菌的筛选、鉴定及降解特性研究

联苯菊酯是一种广谱高效杀虫剂,大规模的应用使其广泛残留在环境中,因此筛选联苯菊酯的高效降解菌具有重要意义。从扬州农药厂附近的地表土壤取样,利用富集驯化培养分离得到一株编号为S8的降解细菌,经表形特征、生理生化特性和16S rDNA序列分析其为醋酸钙不动杆菌（Acinetobacter calcoaceticus）,该菌株在pH7.0和30 ℃的条件下,对100 mg·L-1联苯菊酯的3 d降解率达56.4%,半衰期为60.7 h。其最适生长条件为：pH6.0~8.0,温度30~35 ℃,接种量5%。研究结果可为今后治理联苯菊酯残留污染提供理论参考。     

纳米锌和离子锌对水稻产量形成及籽粒锌含量的影响

以优质食味粳稻南粳9108为材料,于2018和2019年采用盆栽试验方式,设置了纳米锌和离子锌2种锌形态及4个施用量（0、7.5、30和60kg/hm²）处理,研究了不同用量纳米锌和离子锌对水稻产量及其构成因素和籽粒锌积累量的影响,为水稻锌肥合理选择和施用提供科学依据。结果表明,与不施锌处理（CK）相比,纳米锌和离子锌施用均能显著增加水稻产量,各处理增产幅度在1.3%~11.9%,且水稻籽粒产量随锌施用量的增加而增加。相同锌施用量条件下,纳米锌增产效果显著高于离子锌处理,其原因在于纳米锌处理水稻具有更高的有效穗数、穗粒数和结实率。与离子锌处理相比,纳米锌处理显著提高了水稻干物质积累量、叶面积指数、叶片净光合速率、叶片气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率,从而促进了水稻产量的形成。与CK处理相比,纳米锌和离子锌施用均可显著增加籽粒锌含量和锌积累量。纳米锌处理的籽粒锌含量和积累量分别较离子锌处理增加了4.5%~10.3%和6.2%~15.4%。综上所述,对于促进水稻籽粒产量及其构成因素,纳米锌较离子锌具有明显优势,同时施用纳米锌能够有效提高籽粒锌含量,可作为提高稻米营养品质的有效措施。     

大气CO2浓度升高和施氮对麦季土壤有效态微量元素含量的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,研究大气CO2浓度升高(比周围大气高200μmol·mol-1)和不同施N水平(常氮,250kg N·hm-2;低氮,150kg N·hm-2)对麦田土壤微量元素有效性的影响.结果表明,CO2:浓度升高在一定程度上增加了土壤有效态微量元素含量,其中对DTPA-Cu和Zn的增加趋势尤为明显;常规施氮水平下土壤有效态微量元素含量高于低氮水平.对CO2浓度升高增加了土壤微量元素有效性的原因做了初步分析,并指出大气CO2浓度增加可能会影响到农业生态系统中土壤微量元素的地球化学循环.     

开放式空气CO2浓度增高和施氮量对水稻结实期叶片内肽酶活力的影响

 利用农田开放式空气CO2浓度增高 (free air CO2 enrichment,FACE) 系统,CO2浓度设正常CO2 (ambient, AMB) 和高CO2 (FACE,AMB + 200 μmol/mol) 2个水平,施N量设低氮 (LN,15 g/m2,以纯氮计)、中氮 (NN,25 g/m2)和高氮 (HN,35 g / m2) 3个水平,对水稻品种武香粳14结实期剑叶和倒2叶的内肽酶活力变化情况进行了研究。结果表明: 1) 同AMB相比,FACE处理使剑叶抽穗后10 d、20 d以及倒2叶抽穗到抽穗后20 d内肽酶活力明显提高,但使剑叶成熟期内肽酶活力明显下降;使剑叶抽穗后10 d、20 d和成熟期以及倒2叶抽穗到成熟期内肽酶比活力明显提高;FACE对抽穗后10 d、20 d叶片内肽酶活力和比活力影响较大,而对抽穗期和成熟期的影响较小。同LN相比,HN使灌浆前期叶片内肽酶活力明显降低,灌浆中后期则呈增加趋势;HN降低了叶片各期内肽酶比活力,灌浆前期降幅大于后期。 2) 同AMB相比,FACE使叶片抽穗后10 d至成熟期可溶性蛋白含量明显降低;同LN相比,HN明显减缓FACE处理对抽穗后10 d至成熟期功能叶片可溶性蛋白含量的影响。 3）除成熟期叶片可溶性蛋白含量与内肽酶活力呈正相关外,结实期剑叶及倒2叶可溶性蛋白含量与对应时期内肽酶活力呈显著负相关。上述结果说明,FACE处理下水稻剑叶及倒2叶结实中后期可溶性蛋白含量明显下降与结实期叶片内肽酶活力的变化关系密切。     

垫料生物炭对土壤镉的钝化作用

在500℃条件下采用限氧热解法制备垫料生物炭和秸秆生物炭,研究垫料生物炭对土壤中镉的钝化效果。通过分析添加垫料生物炭后土壤pH和镉形态的变化,并用小青菜盆栽试验和土柱淋滤试验等评估垫料生物炭对土壤镉固定效果的影响,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,添加垫料生物炭和秸秆生物炭后,镉污染土壤的pH值均显著升高;两种生物炭对镉都有很强的固定效果,能显著降低镉的生物有效性,向镉污染土壤中分别施加5%的垫料生物炭和秸秆生物炭后,在培养60 d时的降低程度为24.88%和21.94%;添加垫料生物炭和秸秆生物炭能提高小青菜的产量,并有效降低小青菜对镉的吸收,降幅分别为37.21%和29.70%;垫料生物炭对土壤镉污染的修复效果优于秸秆生物炭。