基于大食物观的草地农业发展趋势及关键科学问题

大食物观下,国家食物安全的重点是饲料粮安全。草地农业是全球最重要的食物生产系统之一,既直接生产草畜产品,又间接地为食物生产提供生态保障,满足国家对食物安全、生态安全和边疆稳定不断增长的刚性需求。目前,草地农业保障国家食物安全的水平亟待提高,支撑国家高质量发展的能力亟待加强。种子是草地农业的物质基础,天然草原和栽培草地(也称“人工草地”)是草地农业生产食物的主要基地,草地保护为草地农业开展食物生产“保驾护航”,草地农业系统耦合促进食物生产的效益放大。草地农业是基础性战略产业,保障国家食物安全的水平依靠基础研究的创新。为此,本文分析了草类种质资源挖掘利用与种子生产控制、牧草优质高产栽培与转化、草原生态生产力维持与修复、草地有害生物管理、草地农业系统耦合与管理等5个方面的研究进展,并提出对应的关键科学问题。

构建科教企融合式实验教学模式的探究

为了全面提高草业科学专业创新人才的培养质量,构建了科教企协同融合的实验教学模式。该模式创建了多学科交叉融合的草业科学实验教学体系,搭建了教学实验室—高新科研平台—野外试验站—行业企业等多元化的实践教学平台体系,建立了院士领衔的实验课程教学团队发展成长体系,融汇了创新实践内容—平台—指导—竞赛于一体,以科教企协同融合支撑学生的自主创新创业;从课程思政、以能力培养为核心的课程教学、学科特色教学资源和有组织的教学研究等方面开展了实验教学体系的综合改革建设,夯实学生的创新创业实践基础。该模式显著提高了创新人才培养质量,支撑了兰州大学获批建设国家级一流草业科学专业和草学学科。

实验教学中心“五位一体”安全管理模式实践与探索

立足国家级实验教学中心的目标和发展需求,以草业科学国家级实验教学示范中心(兰州大学)为例,分析其在运转过程中的潜在风险和防控阻碍。通过对安全管理制度、安全教育培训、安全等级评估、安全管用衔接以及安全管理手段5个方面的优化和完善,积极探索出安全、有序、高效、规范的“五位一体”安全管理模式,切实解决了现行安全管理体系中存在的弊端和不足,有效提升中心实验教学的安全性和可持续发展能力,以期为国内外实验教学中心安全管理方式提供借鉴。

水分含量对红豆草青贮发酵品质的影响

以红豆草(Onobrychis viciaefolia)为试验材料,探究不同水分含量对其青贮发酵品质的影响,并利用主成分分析进行青贮品质综合评价,以期筛选出红豆草青贮调制的适宜水分。试验以含水量为60%的红豆草为原料,在此基础上添加无菌水,使其水分含量分别达到65%、70%和75%,青贮60 d后测定其感官品质、发酵性能、营养成分及微生物组成。结果表明:1)水分含量为65%的青贮组感官评价得分最高;2)水分含量对红豆草青贮pH、乳酸、丁酸、粗蛋白、粗灰分影响显著(P<0.05),其中70%水分含量青贮组pH(P=0.04)及丁酸(P=0.04)含量显著高于其他处理组,65%和75%水分含量的青贮组乳酸含量显著高于其他处理组(P=0.01),粗蛋白含量在含水量为65%的青贮组中最高(P=0.001);3)60%和65%水分含量的红豆草青贮其乳酸菌含量显著高于其他处理组(P<0.05);4)通过主成分分析,红豆草青贮品质排名依次为水分含量65%、60%、70%、75%的青贮组。综合分析,65%的水分含量为红豆草青贮调制的适宜水分。

陇东旱塬区5个饲用甜高粱品种生产适宜性评价

为筛选适宜在陇东旱塬区种植的丰产优质饲用甜高粱品种,本研究通过2021-2022年田间定位试验对5个饲用甜高粱品种的农艺性状、干物质积累及分配、饲用品质以及水氮资源利用效率等方面进行了系统比较。结果表明,品种对饲用甜高粱主要农艺性状、饲用品质以及水氮利用效率具有显著影响(P<0.05)。其中,收获期株高和茎粗最大的品种均为绿巨人,两年平均分别达到344.9 cm、24.2 mm;叶面积指数最大的品种是海牛,两年平均为3.6;鲜草产量和干草产量最大的品种是绿巨人,两年平均分别达到78.4、22.1 t·hm^(-2);全株粗蛋白含量最高的品种是大卡,两年平均为7.6%;中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量以海狮最低,两年平均分别为54.9%和27.6%;相对饲喂价值、相对饲草品质以海狮为最高,两年平均分别达到了115.5、158.1;干物质水分利用效率和氮肥偏生产力均以绿巨人为最高,两年平均分别为45.7 kg·hm^(-2)·mm^(-1)、122.7 kg·kg^(-1)。灰色关联度方法综合评价得出,绿巨人较其他品种更适宜在陇东旱塬区种植与推广。

新时代背景下牧草与饲料作物栽培学课程思政教学模式

课程思政是新时代背景下高校贯彻落实立德树人根本任务和全面提高人才培养质量的战略举措。本研究基于多年教学实践,构建了牧草与饲料作物栽培学课程思政教学模式。课程思政教学实践中,应从国家需求、学科发展、耕读教育、科研成果转化案例、草业科技工作者先进事迹中深入挖掘思政教育元素,从推进实践教学、丰富教学内容、优化教学方法、拓宽教学渠道、坚持教学评价等方面提升课程思政教学质量,促进牧草与饲料作物栽培学课程思政教学成效显著提升。

多学科交叉融合的草学类创新型人才培养模式探索——以“草学+信息技术科学”为例

面对我国草地农业发展中日益综合化和复杂化的实际问题以及信息化、智能化的发展趋势,以草学与大数据、人工智能等信息技术科学相融合为切入点,探索多学科交叉融合的草学类创新型人才培养模式,旨在培养出符合社会发展需求、满足国家发展战略需要的草地农业领域专业技术人才。首先基于兰州大学草地农业科技学院187名在校学生的问卷调查数据,结合2014-2019年该学院毕业生就业统计数据和近年中国500强企业中的农牧业企业招聘信息,分析得出目前草学类专业人才培养模式中还存在培养方案较为陈旧、行业发展需求未被充分考虑等问题,据此讨论多学科交叉融合的草学类人才培养模式探索的必要性,进而构建草地农业人才培养专业框架,提出“草学+”创新型人才培养模式,并从师资队伍、课程体系、创新实践平台和考核评价标准等方面具体探讨草学类创新型人才培养模式的实施方案。

青藏高原高寒草地土壤速效氮矿化能力对温度和有机肥添加的响应

青藏高原高寒草地土壤氮素矿化是影响全球碳氮循环和草地生态系统演替的关键过程。本研究通过不同温度(5、15和25℃)和有机氮添加梯度(0、15、45和75 kg·hm^(−2))的室内培养试验,测定土壤氮矿化速率、矿化势以及矿化反应速率常数对处理的响应,旨在探究温度和有机肥添加对青藏高原高寒草地土壤速效氮供应能力的影响。结果表明:土壤氮素矿化量随温度的升高而增加,25℃下明显高于15和5℃;有机氮添加(15~45 kg·hm^(−2))显著提高了土壤铵态氮的矿化量,继续增加至75 kg·hm^(−2)时,氮素矿化能力降低;土壤氮矿化速率随培养时间的增加先增加后降低,添加有机氮可以增加高寒草地土壤氮素矿化速率,在氮素添加量为45 kg·hm^(−2)时达到峰值;温度决定了高寒草地土壤氮素矿化势,对矿化速率常数k没有明显影响。综上所述,添加15~45 kg·hm^(−2)有机氮及较高的温度条件有利于提高青藏高原高寒草地土壤速效氮的矿化能力,这为高寒草原地区的草地管理和有机肥施用提供了理论依据。

基于无人机多光谱与纹理特征的饲用大豆地上生物量估算研究

本研究利用无人机获取了饲用大豆[Glycine max(L.)Merr.]主要生育时期的多光谱遥感影像,并基于多光谱影像提取的40个纹理特征和光谱反射率构建的12个植被指数,通过多元线性回归(Multiple linear regression,MLR)、人工神经网络(Artificial neural networks,ANN)、随机森林(Random forest,RF)、支持向量机(Support vector regression,SVR)等算法,对饲用大豆营养体生长过程的地上生物量进行了估测。结果表明:450 nm,560 nm,650 nm和730 nm这4个波段的光谱反射率随饲用大豆生育进程而变化,具体表现为分枝前期下降、分枝后期上升至峰值、开花期下降的变化趋势。840 nm波段的光谱反射率表现为分枝期上升并在后期达到峰值、开花期下降的变化趋势。方差(Variance)、对比度(Contrast)、相异性(Dissimilarity)和信息熵(Entropy)等纹理特征在各波段下数值变化基本趋于一致,表现出红边波段最大,红光波段最小。综合来看,基于植被指数与纹理特征作为输入参数的ANN模型对于饲用大豆各生育时期地上部生物量的估测效果最好(R^(2)=0.71,RMSE=1.81 t·hm^(-2))。研究结果可为饲用大豆地上生物量快速精准估测以及高效栽培管理提供技术支撑。

绿肥还田对土壤有机碳组分及碳转化酶活性的影响

【目的】探究绿肥还田对旱作麦田土壤有机碳组分和碳转化酶活性的影响,为土壤质量提升及“碳中和”目标的实现提供数据支撑。【方法】在甘肃陇东旱塬典型黑垆土上开展毛苕子(Vicia villosa Roth)-冬小麦(Triticum aestivum L.)和饲用油菜(Brassica napus L.)-冬小麦5年轮作系统绿肥还田试验,分析毛苕子、饲用油菜覆盖和翻压还田后冬小麦不同生育时期4个土层(0—5、5—10、10—20、20—25 cm)土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物量碳(MBC)含量和β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-木糖苷酶(βX)、几何平均酶(GMEA)活性的变化特征。【结果】绿肥还田方式对土壤有机碳组分含量及CBH和βX活性有显著影响。与覆盖还田相比,毛苕子和饲用油菜翻压还田能够使0—25 cm土层土壤SOC、EOC和MBC含量提高12.9%、12.1%、53.8%,βG和CBH活性提高了3.2%、10.2%,且对20—25 cm土层的影响最显著。冬小麦不同生育时期的土壤活性有机碳含量及土壤酶活性有显著差异,其中土壤EOC和MBC含量分别在冬小麦成熟期和返青期达到最高,βG、CBH、βX和GMEA活性在冬小麦孕穗期达到最高。βG在不同覆盖方式下变化最显著,活性最高,是绿肥还田后参与土壤碳转化过程的主要酶。不同土层土壤碳组分含量和碳转化酶活性存在显著差异,均随着土层深度的增加而降低。绿肥类型也显著影响土壤碳组分及酶活性,其中饲用油菜还田土壤SOC、MBC含量和βG、CBH、βX、GMEA活性是毛苕子还田的1.08、1.21、1.15、1.23、1.19、1.18倍。结构方程模型表明,绿肥还田方式通过调控其累积分解速率影响SOC的积累,通过影响土壤pH、SOC的累积及绿肥累积分解速率影响GMEA活性。土壤有机碳累积受绿肥还田量影响的效应大于还田方式,而碳转化酶活性反之。【结论】黄土高原夏闲期种植饲用油菜并翻压还田能提高0—25 cm土层中有机碳组分含量和碳转化酶活性,是黄土高原夏闲期资源高效利用的有效措施。

黄土高原苜蓿-冬小麦轮作系统土壤水分时空动态及产量响应

2 0 0 1～ 2 0 0 3年在甘肃庆阳黄土高原连续 3 a研究了紫花苜蓿 -冬小麦轮作系统中土壤 0～ 3 0 0 cm剖面水分动态特征 ,作物产量及其含 N量。处理包括 4龄苜蓿草地 (L C)、4龄苜蓿草地后茬持续休闲 (L F)、4龄苜蓿草地休闲 4个月后种植冬小麦(L Fl W) ,和 4龄苜蓿草地休闲 1个月后种植冬小麦 (L Fs W)。结果表明 ,种植 4a苜蓿后春季翻挖实施休闲至冬小麦播种(L Fl W)的 4个月期间 ,降雨的入渗深度为 150 cm,而苜蓿秋季翻挖休闲至小麦播种 (L Fs W)的一个月间 ,降雨在土壤内的入渗深度为 90 cm,不同休闲长度对头茬冬小麦土壤 0～ 90 cm水分贮存量无显著影响 ,亦不影响头茬冬小麦的出苗和出苗数。苜蓿后茬完全休闲 (L F)一个生长季后 ,60～ 90 cm土壤水分含量达田间最大重力持水量 (Drainage U pper L imit DU L )的 93 % ,0～ 3 0 0cm剖面土壤贮水量达 670 mm ,是剖面田间最大重力持水量 (DUL )的 78% ;L Fl W和 L Fs W处理下头茬小麦籽粒产量之间差异显著 (P<0 .0 5) ,收获指数和千粒重等指数无显著差异 ;L Fl W和 L Fs W处理中获得的二茬小麦产量无显著差异 ;连续种植苜蓿与种植小麦有接近的生物量 ,但苜蓿地植物总 N的输出量较小麦田高 2～ 3倍。由于黄土高原降雨变率大 ,因此预测土壤含水量动态有?

APSIM模型的发展与应用

土壤 作物模拟模型已成为向农业生产管理决策提供科学依据的一个有效工具 .APSIM (AgriculturalProductionSystemSimulator)模型是澳大利亚科学家开发研制的 ,用于模拟农业系统各生物过程 ,特别是气候风险下系统各组分生态和经济输出的机理模型 .APSIM已在温带大陆性气候、温带海洋性气候、亚热带干旱气候和地中海气候带下的粘土、胀缩土 (duplex)、变性土 (vertisol)、粉粒砂壤、粉粒壤土和粉粒粘壤土等土壤上进行了验证和应用 ,可以用于小麦等 2 0余种作物的模拟 .APSIM模型在作物结构和轮作序列调整、作物产量。

盐胁迫对牧草种子萌发及其恢复的影响

观察了7 种牧草种子在8 个NaCl浓度:0(0 Mpa),21(-0.1 Mpa),66(-0.3 Mpa),110(-0.5 Mpa),150(-0.70 Mpa),200(-0.9 Mpa),267(-1.2 Mpa),334(-1.95 Mpa),445(-2.603Mpa) m m ol/L下的发芽率及胚根和胚芽的生长,将盐胁迫下未萌发种子移入营养液中,观测它们在解除盐胁迫后发芽率、胚根和胚芽生长的恢复情况。结果表明,盐胁迫下,随盐浓度的增加,种子的发芽率呈下降趋势,但长穗偃麦草的发芽率几乎不受盐胁迫的影响,总体上它的胚芽和胚根长度随渗透势的降低而减少。21 m m ol/L的盐浓度对不同种的胚芽和胚根有不同的刺激作用。解除盐胁迫后,种子发芽率随原浓度的增加而增加,445 m m ol/L的高浓度对所有种的胚芽和胚根恢复生长最有利。因此,短时间,尤其是高浓度下的盐分锻炼,对种子的发芽及胚根和胚芽的生长有促进作用,但促进的幅度因种而异。生产实践中可用盐锻炼促进种子的发芽率,提高建植效果。

河西走廊盐渍区草地建植与改良综合技术及其效果

在甘肃河西走廊临泽盐渍草地试验区实施草地建植和综合技术后第2年,苏丹草、牛尾草、碱茅+牛尾草+草木樨人工草地产量分别达10005.7、4168.4和8760.8(DM)kg/hm2。排阴沟显著降低0～60cm土壤可溶性全盐含量。草地建植2年后,土壤0～60cm有机质含量平均增加0.6g/kg,速效氮、全氮、磷、钾分别增加24.56%、25.21%、35.07%、4.39%。施氮显著增加芦苇+赖草草地地上生物量(P<0.01),并有调节群落各种群密度和生物量的功能。

优良豆科牧草——东方山羊豆的研究与利用

开发新豆科牧草资源不仅是改善饲草料品质,提高草地畜牧业生产力的基础,还可为我国实施退耕还林还草,恢复生态环境建设的战略部署提供草本植物物种。东方山羊豆是自1980年后,在前苏联、北欧等国家得到重视的一种新兴豆科牧草,它具有产量高,植株蛋白质含量高,生态适应性强,草地持续稳定性好的特点。本文综述了国内外对该草种的产量及饲用价值评定,回顾了影响山羊豆草地建植和生长的因素,提出了在我国西北地区开展东方山羊豆研究和利用推广的潜力和前景。

盐份浓度对碱茅草种子萌发的影响

碱茅种子在河西盐渍土提取液中萌发的结果表明,低于0.54g/100ml的盐度对种子萌发有促进作用,高于该浓度,萌发受到抑制直至完全停止。介于0.88g/100ml—3.60g/100ml间的盐度降低了种子发芽势和累积发芽率,胚根变短,但不影响其萌发潜势,解除盐份限制后,可继续萌发;高于3.64g/100ml的盐度不仅抑制种子萌发,并对其萌发潜势有明显影响。

4种牧草种间竞争力和种间关系的研究

盆栽条件下利用添加系列设计对箭舌豌豆(ViciasativaCV.333/A),黄花草木樨(Melilotsofficinalis),牛尾草(Festucaelatior)和长穗偃麦草(Elytrigiaelongata)个体的种间关系和种间竞争力进行了测定。结果表明:81.3%的目标种单株生物量潜势Pmax与邻居种密度显著负相关,56.3%的目标种单株生物量潜势Pmax与邻居种生物量呈显著负相关(P<0.05),邻居种密度平均可解释74.9%的目标种生物量变异。4个种的竞争效应和竞争反应对邻居种敏感,它们的等级无显著的协同性(P>0.05)。1年生豆科牧草箭舌豌豆的竞争效应和竞争反应均占首位,生长当年与多年生牧草混播有生长优势;草木樨和长穗偃麦草的竞争反应较大,生长后期生长优势明显。

河西走廊五种禾本科牧草早期耐盐性研究

在实验室对多年生黑麦草、野大麦、无芒雀麦、长穗偃麦草、碱茅种子在0、21、66、110、150、200、267、334、445mmol／LNaCl进行萌发试验。结果表明，除长穗偃麦草以外，种子发芽率随着盐度的增加而降低，胚根、胚芽长及鲜于重则随着盐浓度的增加而减少。种子发芽期耐盐性为长穗偃麦草＞无芒雀麦、碱茅＞多年生黑麦草＞野大麦。在温室条件下，对多年生黑麦草、野大麦、无芒雀麦和长穗偃麦草在0、200、334、445mmol／LNaCl（对应的渗透势分别为0、－0．90、－1．95、－2．603MPa）中的幼苗生长进行研究。结果表明，五周龄时，盐胁迫使地上生物量呈线性降低，而根系生长对盐胁迫没有地上部敏感。以长穗偃麦草最耐盐，野大麦根系耐盐性较强。盐胁迫降低了溶液渗透势造成植物相对水分亏缺，地上部分含水量随着盐胁迫的增加而降低。

河西走廊几种盐化草地第一性生产力的研究I地上生物量与地下生物量季节动态及分配

对河西走廊三种盐渍化草地生物量进行定位研究的结果表明：１）海韭菜草地、小灯心草草地和芦苇＋赖草草地上生物量变化均表现为单峰曲线，最大值均出现在７月上旬，其值分别为５４６．１２ｇ·ＤＭ／ｍ２，２６８．２６ｇ／ｍ２和１４０．９９ｇ．ＤＭ／ｍ２；三个草地当年地上部净生产力分别为５５９．０４ｇ．ＤＭ／ｍ２．ａ，２２６．８６ｇ．ＤＭ／ｍ２．ａ，８３．７４ｇ．ＤＭ／ｍ２．ａ．２）海韭菜草地地下生物量呈连续增长型，其最大值为７２２６ｇ．ＤＭ／ｍ２；灯心草草地和芦苇＋赖草草地地下生物量最大值于６月和７月出现，分别为４５３９．０ｇ．ＤＭ／ｍ２和１１２３．０ｇ．ＤＭ／ｍ２，三个草地的地下净初级生产力分别为３２５２．７２ｇ．ＤＭ／ｍ２．ａ，２３７７．０ｇ．ＤＭ／ｍ２．ａ和３７０．９ｇ，ＤＭ／ｍ２．ａ．３）地上部现有量最大时，上述草地地下生物量与地上生物量之比值分别为１２．００、１６．８７和７．４。根系发达，是这类草地的特点之一。

河西走廊盐化草甸主要植物群落分布特点及其土壤环境特征

采用系统网格法调查河西走廊盐化草甸典型地段的植被和土壤环境因素，用ＤＣＡ排序技术进行定量分析，来划分该区植物群落的分布格局，并以土壤环境指标（有机质、全盐含量、ｐＨ值，潜水位埋深）解释其所形成的５个样方组，反映出内陆干旱次生盐渍化区土壤水盐分布的差别同潜水位的关系。