复合干热胁迫下黄土高原夏季植被脆弱性评估

随着气候变化的加剧,高温干旱事件频发,对植被健康生长造成了严重影响。针对相关性方法难以准确刻画复合干热胁迫下植被脆弱性的问题,利用1982—2015年去趋势和标准化的归一化植被指数（detrended and standardized normalized difference vegetation index,SNDVI）、标准化降水蒸散发指数（standardized precipitation and evapotranspiration index,SPEI）和标准化气温指数（standardized temperature index,STI）,构建基于Vine Copula的复合干热胁迫下植被脆弱性评估模型,量化黄土高原不同土地利用类型和气候区植被对高温干旱的响应关系。结果表明：1）黄土高原大部分区域SNDVI与SPEI呈正相关关系,与STI呈负相关关系,草地SNDVI与SPEI、STI的相关性最高,其次为耕地,林地最低;2）相对于单一干旱或高温事件,复合干热事件进一步加剧了植被脆弱性,复合干热胁迫下黄土高原6、7、8月植被损失概率分别为0.51、0.57和0.55,较高的区域集中在陕西北部、宁夏、甘肃东部和内蒙古等地区;3）黄土高原地区不同植被类型对复合干热的脆弱性各异,脆弱性从大到小依次为草地、耕地、灌木、林地。研究结果有助于深入了解植被对气候极端事件的响应,支持应对气候变化的陆地生态系统风险管理。     

强化栽培条件下干湿灌溉对水稻生长的影响

在中国水稻研究所试验场研究了强化栽培条件下干湿灌溉对水稻生长的影响.结果表明:在强化栽培条件下采取干湿灌溉处理,在返青期、分蘖期、孕穗期和抽穗开花期比对照分别节水1.4%、12.4%、9.0%和11.2%;水分生产效率达0.93 kg/m3,比CK处理提高34.2%;干4～5 d之后,再复水4～5 d,土壤氧化还原电位循环变化,有利于提高土壤氧化还原电位,改善土壤的通气状况,提高根系活力,促进大穗,穗粒致明显增加,单产平均提高6.9%.     

黄淮海旱作区土壤压实度空间分布特征及其影响因素

为探究旱作区农田不同层次土壤压实度特征,基于2017年采集的255个土壤样品,运用Mann-Kendall突变检验法、地统计学和冗余分析等方法,探究黄淮海旱作区耕作层和压实层空间分布特征,分析不同层次的土壤压实度的空间变异特性及影响因素,并提出了最佳土壤压实度范围。研究结果表明:旱作区耕作层和压实层厚度均呈现由北向南递增的趋势,耕作层最大厚度可达22.50 cm,最低仅有10.21 cm;压实层厚度最大可达17.50 cm,最小值也达到7.50 cm。从不同层次来看,耕作层和压实层的压实度具有空间分布一致性,耕作层压实度高值区主要分布在河南省东部、安徽北部及河北北部地区,最大值可达87.68%以上,低值区则主要集中在山东西北部以及河北南部地区。和压实层压实度相比,耕作层压实度是影响粮食产量的主要因素,且在70%～80%时获得较高产量。分析表明,土壤压实度受到年降水量、平均气温、土壤自然属性等环境因子和机械耕作等人为因素综合作用的影响。研究结果可为黄淮海农田土壤压实情况的改善及管理措施的科学制定提供理论支撑。     

花魔芋响应软腐病菌侵染初期的转录组分析

为探讨花魔芋抵御软腐病害的分子机制,分别以染病初期和健康的花魔芋球茎为材料进行转录组测序。结果表明,健康和染病初期花魔芋两组出现3222个差异表达基因,其中2660个基因上调表达,562个基因下调表达,差异表达基因主要涉及细胞组分、生物学过程及分子功能等生理生化过程。表达量上调和下调最大的前10个基因包含编码MiAMP1抗菌蛋白、热激蛋白、胰蛋白酶与蛋白酶抑制剂、胰凝乳蛋白酶抑制剂等与抗病相关的基因。GO功能分类和KEGG通路分析表明,类黄酮和苯丙烷类物质在花魔芋抵御软腐病菌侵染初期发挥重要作用。值得关注的是,硒化合物代谢、维生素B6代谢、类黄酮生物合成、N-聚糖生物合成及链霉素生物合成通路等抗病相关的差异表达基因在花魔芋染病初期全部或大部分受诱导表达。利用高通量测序获得大量花魔芋转录组信息,有助于挖掘与花魔芋抗软腐病相关的关键基因,也为魔芋抗病分子育种提供理论参考。     

玉米茎腐病拮抗放线菌的筛选及抑菌促生活性鉴定

以禾谷镰孢菌为靶标,采用稀释培养法和平板对峙法从采集的玉米连作土壤中分离筛选出具有拮抗活性的放线菌菌株,选取1株拮抗效果最佳的菌株进行形态学、生理生化特征和系统发育分析,并对其进行抑菌活性试验,挖掘对玉米茎腐病致病菌-禾谷镰孢(Fusarium graminearum)有较高拮抗效果的根际促生菌资源。结果表明,玉米连作土壤中分离得到5株禾谷镰孢菌拮抗菌株,其中菌株G1为高效拮抗菌株。经形态学、生理生化结合16S rDNA将菌株鉴定为公牛链霉菌(Streptomyces tauricus)。拮抗菌株G1发酵液对禾谷镰孢的菌丝生长和孢子萌发均有明显的抑制作用,具有分泌吲哚乙酸和异羟肟酸型铁载体的能力。公牛链霉菌G1在由禾谷镰孢病菌引起的玉米茎腐病防治中具有良好的应用开发潜力。     

利用12C6+重离子辐射和尖孢镰刀菌毒素筛选杂交兰抗茎腐病突变体

为创建抗茎腐病杂交兰资源,本研究以玉女兰类原球茎为材料,采用¹²C⁶⁺重离子辐射技术结合尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)粗毒素筛选抗茎腐病突变体。结果表明,经不同剂量¹²C⁶⁺重离子辐射后,玉女兰类原球茎的死亡率差异显著,辐射剂量为50 Gy时,死亡率为54.66%;尖孢镰刀菌粗毒素对玉女兰类原球茎存活率影响显著,当粗毒素滤液浓度为80%时,玉女兰类原球茎存活率为41.98%。采用逐步筛选法对经50 Gy¹²C⁶⁺辐射后的玉女兰类原球茎进行抗茎腐病筛选,获得14个抗性系类原球茎,筛选率为4.67%;对抗性系类原球茎进行分化、生根壮苗和移栽,获得3个抗性系Z50Gt₁、Z50Gt₂和Z50Gt₃。在含80%粗毒素滤液的培养基上抗性系类原球茎的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性均高于对照,POD活性峰值比对照提高了867.67 U·g^-1·h^-1;丙二醛(MDA)含量呈现先高于对照,随着毒素胁迫时间的延长,转变为低于对照的趋势。对3个抗性系试管苗和小苗进行人工接种鉴定,结果表明,抗性系Z50Gt₂和Z50Gt₃的再生植株具有稳定的茎腐病抗性,2个抗病株系7个月大的盆栽植株病情指数分别为20.00%和19.33%,均为抗性级别。本研究结果为采用重离子辐射技术选育抗茎腐病杂交兰新品种奠定了基础。     

秸秆和地膜覆盖对黄土高原旱作小麦田土壤团聚体氮组分的影响

利用田间定位试验研究旱作农田不同覆盖措施对土壤团聚体氮组分的影响。基于黄土高原8年冬小麦覆盖定位试验,试验设置生育期秸秆覆盖(SM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)3个处理。采用干筛法测定团聚体分布特征及不同粒径团聚体中全氮(STN)、微生物量氮(MBN)和潜在可矿化氮(PNM)含量。结果表明:(1)与CK处理相比,2种覆盖处理均未在各粒径团聚体全氮含量有显著变化,但SM处理相较于PM处理提高了0—10 cm土层的1.00～0.25 mm粒径团聚体STN含量(12.88%,P0.05)。(2)与CK处理相比,SM处理在0—10 cm土层中2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体MBN含量分别提高18.67%,24.05%,20.08%(P0.05),且各粒径团聚体PNM含量分别提高35.13%,30.03%,42.88%(P0.05);SM处理在10—20 cm土层中2.00 mm粒径团聚体MBN含量提高23.02%(P0.05),分别提高2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体PNM含量28.59%,31.31%,32.48%(P0.05)。(3)PM处理较CK处理提高0—10 cm土层中0.25 mm粒径团聚体PNM含量(32.34%,P0.05)。(4)微团聚体(0.25 mm)氮组分含量均高于大团聚(0.25 mm)氮组分含量,但大团聚体氮组分贡献率为81.88%～87.66%。可见,SM处理可提高土壤表层大团聚体氮组分的贡献率,使更多的氮素储存在大团聚体中,而PM处理对团聚体氮素贡献率的影响作用较小。总体而言,与CK和PM处理相比,SM处理可提高总土壤氮组分含量,提高微团聚体和大团聚体氮组分含量,使更多的氮储存在大团聚体中,促进土壤氮素周转。     

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014-2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R)和旋耕后再深松35 cm处理(S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田(3350 kg/hm^2,B)和秸秆全量还田(6700kg/hm^2,Q)两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0-100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理(P <0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著(P <0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9%(P <0.05)。在4年中深松耕作处理的0-100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。     

自然降雨对干化土壤水分恢复有效性分析

研究自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性,有利于合理利用降水资源,加强干化土壤水分管理,促进土壤干层得到有效恢复。在陕北米脂试验站设置野外地下大型土柱,通过2014—2019年连续定位监测降雨、土壤含水率状况,分析自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性。结果表明:(1)从深层干化土壤水分恢复角度考虑,黄土丘陵半干旱区降雨可以分为3种类型:表层入渗快速蒸发型、浅层入渗缓慢蒸发型和深层入渗补给型。其中深层入渗补给型降雨为有效降雨,该类型雨量>26 mm,能够对深层干化土壤产生有效水分补给。2014—2019年发生深层入渗补给型降雨仅16次,累积雨量791.8 mm,降雨次数、降雨量的有效率分别为4.64%和35.19%。(2)月尺度条件下,降雨量(P月)与逐月入渗深度(Z逐月)、月累积入渗深度(Z累积)均呈二次函数关系变化,Z逐月=-0.0102P月2+3.955P月-6.7335(R^2=0.9639),Z累积=-0.0003P月2-0.1331P月+191.71(R^2=0.9208)。(3)年尺度条件下,2014—2019年雨量分别为187.6,391.6,590.8,337.6,342.4,400.0 mm,降雨逐年引发的入渗深度依次为160,220,400,260,260,120 cm,累积入渗深度依次可达180,220,400,700,1000,1400 cm。研究结果对揭示自然降水恢复干化土壤机理,加强土壤干层人工蓄水保墒技术,合理选择保墒措施,以及促进当地生态环境建设具有积极的推动作用。     

Considering sink strength to model crop production under elevated atmospheric CO2

Climatic changes and elevated atmospheric CO₂ concentrations will affect crop growth and production in the near future. Rising CO₂ concentration is a novel environmental aspect that should be considered when projections for future agricultural productivity are made. In addition to a reducing effect on stomatal conductance and crop transpiration, elevated CO₂ concentration can stimulate crop production. The magnitude of this stimulatory effect (‘CO₂ fertilization’) is subject of discussion. In this study, different calculation procedures of the generic crop model AquaCrop based on a foregoing theoretical framework and a meta-analysis of field responses, respectively, were evaluated against experimental data of free air CO₂ enrichment (FACE) environments. A flexible response of the water productivity parameter of the model to CO₂ concentration was introduced as the best option to consider crop sink strength and responsiveness to CO₂. By varying the response factor, differences in crop sink capacity and trends in breeding and management, which alter crop responsiveness, can be addressed. Projections of maize (Zea mays L.) and potato (Solanum tuberosum L.) production reflecting the differences in responsiveness were simulated for future time horizons when elevated CO₂ concentrations and climatic changes are expected. Variation in future yield potential associated with sink strength could be as high as 27% of the total production. Thus, taking into account crop sink strength and variation in responsiveness is equally relevant to considering climatic changes and elevated CO₂ concentration when assessing future crop production. Indicative values representing the crop responsiveness to elevated CO₂ concentration were proposed for all crops currently available in the database of AquaCrop as a first step in reducing part of the uncertainty involved in modeling future agricultural production.