中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心的研究热点与研究方向变化分析——基于文献计量学分析方法

采用中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集(Wo S)两大数据库的文献计量分析工具,统计分析了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称"农业资源研究中心")创建40年来科技论文发表情况,从文献角度,分析农业资源研究中心的研究基础、研究热点和研究趋势的变化历程。共检索到论文2 052篇,中文文献1 467篇、英文文献585篇。论文发文总量呈逐年增长趋势,前20年以中文论文为主,2005年达到峰值,之后出现回落的趋势,但年发文量基本保持在50篇左右。2002年以后,英文论文呈快速增长态势,2003—2017年以26.85%的年均增长率增加。被CNKI引用≥50次的论文有118篇,被Wo S引用≥50次的论文有44篇。中文论文发表在235种期刊上,英文论文发表在237种期刊上;发文量前10的中文来源刊平均影响因子1.022,英文来源刊平均影响因子3.411。论文的资助基金主要来源是中国科学院知识创新工程基金、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划等。国际合作基金项目呈逐年上升趋势,资助基金机构达到73个,出现频率较多的是中国科学院的国际合作项目、澳大利亚国际农业研究中心基金、国家留学基金和欧共体基金等。合作研究机构主要集中在河北、北京、山东、山西等地。与国外合作的研究单位主要集中在美国、日本、荷兰、澳大利亚、丹麦、巴基斯坦等国家。Cite Space关键词共现分析显示,创建初期农业资源研究中心的研究内容少且较分散,体现在关键词数量少、相互联系弱。之后,研究主题不断增多,2000年左右达到峰值,关键词之间联系逐渐紧密。研究作物以小麦、玉米为主,研究区域集中在华北平原。目前气候变化的大背景下,研究内容主要集中于作物栽培、育种与分子生物学,农业水资源及其利用,农田生态系统及其碳、氮循环,及盐碱地土壤、水和植物的利用等方面。总之,农业资源研究中心在过去40年的发展中,取得了显著的研究成果,研究水平不断提高,形成了鲜明的研究特色。

不忘初心 砥砺奋进 植根农业40年历程 祝贺中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心成立40周年

本文回顾总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(原石家庄农业现代化研究所)成立40年来的主要科研历程与业绩。40年来,不忘初心,不断探索我国农业现代化发展道路与模式,20世纪70年代末探索了农业机械化示范模式,80年代开展了恢复型生态农业模式示范,90年代开展了资源节约型农业模式示范,21世纪初探索了智慧农业和生态循环农业模式;砥砺奋进,不断创新农业系统调控理论与技术体系,创建了农田SAPC水分传输与界面调控理论,量化了农田氮素通量过程,建立了农业面源污染防控理论与技术,发展了咸水安全灌溉理论,建立了林业生态工程理论,创建了食物链模型,创新小麦育种体系;扎根农业,组织了渤海粮仓科技示范工程等大规模区域农业示范,不断引领开展区域示范服务;放眼世界,不断拓展国际合作与创新平台,为我国农业绿色发展做出重大贡献。

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20世纪80年代以来在农田节水方面开展的研究。20世纪80年代以作物优化灌溉制度为研究重点,解决生产实际问题;20世纪90年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究,为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径;近10年来进一步深化了农田节水生理生态研究,并根据多年研究积累,形成了综合节水技术模式,进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉,以提高农田水分利用效率和效益为目标,加强基础研究和节水技术的示范应用。

探索农业现代化道路 引领现代农业技术 服务区域农业发展——中国科学院栾城农业生态系统试验站30年区域示范实践

本文回顾总结了中国科学院栾城农业生态系统试验站(简称栾城试验站)30年来在河北省栾城县及太行山前平原开展的示范实践与成果。1978年栾城县批准为3个国家农业现代化综合科学试验基地县之一,20世纪80年代初栾城试验站率先开始设施农业、农村新能源、秸秆机械化覆盖、小麦模式化栽培等新技术研发与示范,80年代中期开始了农牧果结合的城郊型农业模式和生态循环农业模式集成示范,90年代初率先开展了以节水技术为核心的资源节约型农业模式示范,21世纪初开始了以信息技术为核心的都市农业模式示范实践。30年来栾城试验站以服务农业、服务地方为宗旨,积极探索农业现代化道路与关键支撑技术,拉开了我国农业现代化建设的序幕,引领了我国现代农业关键技术研发与区域示范,探索了我国农业现代化发展模式,为区域农业乃至全国农业现代化发展起到积极推动作用。

基于流域模型与遥感解译方法的农业面源污染精细化源解析技术研究

农业面源污染源解析是面源污染防治的基础。农作物种植是农业面源污染源的重要组成,然而传统的面源污染源解析方法不能量化不同农作物对农业面源污染负荷的贡献,其解析精度也难以满足环境管理部门精细化管理的客观需求。本研究以天津于桥水库上游沙河流域为研究区,采用流域模型与遥感解译的方法,解析流域总磷负荷来源与贡献,旨在建立一种农业面源污染源精细化源解析技术。研究结果显示:基于Google Earth Engine(GEE)平台的农作物遥感总体分类精度在88%以上,Kappa系数均大于0.81,整体分类结果可信。沙河流域主要作物类型包括冬小麦-夏玉米、板栗、果树与其他作物,其中冬小麦-夏玉米的种植面积最大,占比为44%~67%,板栗种植面积次之,占比为11%~29%。冬小麦-夏玉米种植面积总体呈下降趋势,板栗种植面积则呈快速上升趋势。沙河流域Generalized Watershed Loading Function(GWLF)模型对溪流量与总磷负荷的模拟表现良好,其模型校准期与验证期的NSE在0.59以上,R^(2)在0.79以上。耕地为沙河流域最大的面源总磷负荷来源,占总磷负荷总量的61%;在耕地中,冬小麦-夏玉米总磷负荷占比最大(52%),板栗次之(20%);考虑到板栗种植面积近年来不断上升,未来沙河流域面源总磷负荷仍有升高的风险。

气候变化对中国东北三省主要粮食作物影响研究综述

全球气候变化已经成为事实,并且导致全球粮食危机和饥饿风险增加。东北三省作为我国主要的粮食生产基地,对气候变化十分敏感。本文梳理了当前及未来气候变化对东北三省玉米、水稻和大豆生产影响的相关研究,概括了当前主要研究方法、东北三省主要作物对气候变化的响应以及应对措施,并进一步评述了当前主要研究方法和研究领域的不足:1)研究气候变化和极端气候事件对作物生长发育和产量影响的主要方法包括田间试验法、统计分析法以及作物模型法,其中田间试验法结果最直观,统计分析法可操作强、应用范围最广,作物模型法机理性强。2)东北三省气候变化明显,并且随着气候变化,干旱逐渐取代低温冷害成为当地主要灾害。3)气候变化对东北三省作物生产整体是有利的。气候变暖改善了东北三省热量资源,不仅使作物种植区域逐渐北移,作物品种也逐渐从早中熟向中晚熟转变。4)随着气候变暖不断加剧,未来东北地区作物应选择耐高温、抗旱和抗寒等抗逆性强的品种;加强农田水利设施建设,增强应对干旱洪涝灾害的能力;采用新的农业管理措施,保护土壤健康以及粮食生产安全。5)未来需要加强对CO_(2)补偿效应以及病虫害等的研究,加强对作物模型的完善,以更好地应对气候变化对粮食安全的不利影响。

高pH对植物生长发育的影响及其分子生物学研究进展

盐碱是影响作物产量的主要非生物胁迫之一。pH恒稳态是植物正常生长和发育的必要条件,也是植物细胞生命过程中的重要信号,在许多信号转导中起重要的调控作用。但植物对高pH逆境响应和信号转导的分子机理研究尚未得到充分重视。本文对盐碱地高pH因素对植物生长发育的影响及相关分子生物学研究进展进行了综述,并提出了今后植物在盐碱复杂胁迫条件下遗传机理的研究策略。

盐碱地肥沃耕层构建水肥盐综合调控机理与技术研究进展

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,我国历来高度重视盐碱地的改良和利用工作,但目前盐碱区淡水资源短缺严重制约了盐碱地的改良利用。如何在水资源约束下,优化调控土壤水肥盐动态是当前盐碱地可持续利用中亟待解决的关键科学问题。近年来,大量研究利用有机培肥、耕作、节水灌溉、田间覆盖、咸水利用等农艺措施,在盐碱地建立“控盐、保肥、保水”的肥沃耕作层,显著改变了水肥盐在土壤-植物-大气连续体中的运移过程,实现了盐碱地质量和产能快速提升,上述内容也日益成为盐碱地改良利用中的重要研究方向。本文系统总结了盐碱地改良和肥沃耕层构建等方面的研究进展,并针对盐碱地肥沃耕层构建下土壤水肥盐综合调控及其与植物生长的协同关系等进行了展望,以期为盐碱地可持续改良利用提供参考。

河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究

河北滨海盐碱耕地缺少灌溉水资源,该区具有丰富的浅层微/轻度咸水资源,冬小麦生长关键期适当进行微/轻度咸水灌溉能够缓解该区农田灌溉危机。本文以河北省滨海盐碱地为研究对象,选择沧州市南大港产业园区马营村为试验基地,开展浅层轻度咸水冬小麦农田灌溉试验,分析咸水灌溉对冬小麦产量和土壤盐分含量变化的影响。结果表明:1)河北滨海盐碱地浅层轻度咸水(6 g∙L^(-1))在冬小麦拔节—抽穗期进行一次600 m^(3)∙hm^(-2)的灌溉,产量能够达到旱作冬小麦的1.5倍以上,增产效果明显。2)基于暗管排水排盐工程、在雨季保持多年平均降雨量条件下,2016—2018年雨季后试验地土壤平均含盐量分别为2.86 g∙kg^(-1)、1.60 g∙kg^(-1)和1.38 g∙kg^(-1),呈现逐年降低的趋势。由此得出:河北滨海盐碱地浅层咸水资源在冬小麦灌溉方面能够实现安全利用。在此基础上,以河北滨海沧州市为例分析浅层咸水资源利用前景,从水资源量上,1~5 g∙L^(-1)的浅层微/轻度咸水资源可以满足冬小麦农田因地下水压采限采造成的至少1.7×10^(8)m^(3)灌溉水量亏缺,从耕地资源方面,扩大一年两熟种植面积,增加冬小麦种植面积约131000 hm2。研究结果可为河北滨海盐碱地咸水资源安全利用、土壤健康和粮食安全提供科学依据。

县域碳排放特征及碳生态补偿分区分级研究

碳生态补偿是对碳汇区域付出碳汇成本和牺牲发展机会的经济补偿,差异化精准各县(市、区)之间碳生态补偿,对各省市在“双碳”目标下,促进碳减排,实现区域发展的均衡化、可持续化具有重要意义。该文基于石家庄市2010、2015、2020年土地利用分类结果,运用遥感解译和碳排放系数法测算各年份碳排放,并对2020年石家庄20个县(市、区)的碳生态补偿分区分级。结果表明:(1)研究区碳排放时间上先升后降,空间上在2010年呈南北低中心高分布,在2015、2020年呈中部高于南北,北部高于南部的特点。(2)2020年灵寿县、桥西区等中心城区为碳生态补偿支付区,且中心城区南部等级高于北部;平山县、井陉县等外围县区为碳生态补偿受偿区,且西部等级高于东部。(3)管理类型级别中严格管控区分布在东部平原县域及中心城区,西部山区县域多为轻松管控区。

“23·7”特大暴雨对河北平原玉米产量的影响研究

洪涝是一种破坏力巨大的自然灾害,对粮食生产构成严重威胁。受台风“杜苏芮”和“卡奴”的影响,2023年7月29日至8月1日京津冀地区出现百年一遇的特大暴雨洪水灾害,给京津冀地区造成了重大损失,导致部分农田几乎绝收。为评估极端暴雨事件对当地粮食产量的影响,本研究使用MODIS MOD09GQ数据分析了暴雨前后的归一化植被指数(NDVI)变化,据此划定了本次暴雨造成的受灾农田区域(主要在河北平原)及其受灾程度,同时结合2016—2020年玉米种植空间分布、农业统计数据和NDVI数据,估算了受灾农田区域未发生暴雨和发生暴雨后两种情景下的玉米产量,进而评估了本次暴雨造成的玉米产量损失。主要得到以下结果:1)暴雨发生后,河北平原受灾农田区域的NDVI普遍减少0~0.35,相比之下,未受灾农田区域的NDVI均有所增加。2)本次强降雨导致河北平原约24万hm^(2)农田受到影响,绝产面积约13万hm^(2),减产面积约11万hm^(2)。3)蓄滞洪区周边的22个县(市、区)是本次暴雨的主要受灾区域,据回归分析结果,本次暴雨可能造成的玉米产量损失多达22万t,且92%的产量损失是由作物绝产所致。本研究为遥感手段估算极端降雨导致的粮食减产提供了一个快速且可靠的计算框架,同时强调了极端降雨对粮食安全的巨大威胁。

盐渍化土壤团聚体和微生物与有机质关系研究进展

土壤有机质是耕地质量的核心,不仅促进土壤团聚体形成,也为植物和微生物提供养分。土壤有机质的形成和分解过程都离不开微生物的参与,而土壤团聚体不仅为微生物提供了栖息环境,也对有机质进行物理保护。在高盐分含量的土壤中,有机质的积累和分解过程变得更加复杂,因此本文总结了土壤盐渍化及其危害,分析了土壤盐分对土壤团聚结构和微生物特征的影响、盐碱土壤有机质特征及积累规律,进而综述了土壤盐分对土壤有机质影响规律的研究进展,旨在揭示盐碱土壤碳封存的潜在机理。以往研究表明盐渍化土壤有机质含量低、团聚结构差、微生物活性低,这些都与土壤盐分含量高和外源有机物质输入量低有关。恶劣的土壤结构导致盐渍化土壤有机质暴露而较易分解,低量的外源有机物质输入导致盐渍化土壤有机质较难积累。可见,盐渍化土壤是潜在的碳库,适宜的措施可以显著提高盐渍化土壤有机质含量。在此基础上,提出未来盐渍化土壤有机质积累的研究方向:1)不同盐分环境下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质分解过程中的响应规律;2)外源有机物料添加下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质积累过程中的响应规律;3)土壤有机质提升后盐碱地生产力特征。以上研究不仅可以阐明盐碱土壤有机质的周转机理,为盐碱地“固碳封存”提供理论依据,还可以有针对性地提供盐碱耕地质量提升措施,推进盐碱地绿色可持续发展。

中国农业应对气候变化关键技术研究进展及发展方向

应对频发的极端天气气候灾害,是全球和中国农业可持续发展研究中的重要议题。中国农业在应对气候变化中采取了积极政策和科学措施,在保障粮食九连增和国民经济持续高速发展方面做出了重要贡献。本文通过对气候变化在中国农业影响事实进行了具体分析,对"十一五"期间国家科技支撑计划农业领域等有关项目在适应和减缓气候变化方面的主要研究进展和成果进行了总结和分析。结果表明,气候变化对农业发展带来机遇与挑战并存,中国研制和推行的减缓和适应气候变化关键技术发挥了不同程度的作用,并相继建立了气候变化对中国农业影响评估模型和方法,指明了今后中国农业应对气候变化科技发展的方向。

彩色小麦种质资源在生物强化和功能食品应用中的研究进展

因为人类膳食不平衡和微量营养缺乏导致的隐性饥饿已经受到国内外高度重视。利用生物育种技术培育富含各种微量营养的优良作物品种是生物强化和功能食品的主要发展方向。国内外大量研究表明,彩色小麦种质资源富含花青素、铁、锌、硒、维生素、叶酸等微量营养和蛋白质等,对抗炎、抗癌、糖尿病、心脑血管疾病、贫血病、生长发育不良等有一定的功效,将在保障粮食安全和人类健康中发挥重要作用。本研究首先介绍了隐性饥饿、生物强化、功能食品、功能农业和功能品种等方面的发展趋势,重点介绍了国内外彩色小麦种质资源功能营养成分及遗传育种方面的研究进展。建议广泛收集和创制彩色功能营养小麦新种质,挖掘优异营养基因资源,揭示彩色小麦花青素和微量营养(硒、锌、铬等微量元素,维生素,人体不能合成的8种氨基酸,叶酸等)以及品质(蛋白质含量和组分)性状的遗传耦合机理,以期为彩色小麦生物强化和主粮功能化提供理论依据和技术支撑。

华北平原冬小麦-夏玉米农田蒸散观测对比研究

华北平原是我国的粮食主产区之一,然而该地区水资源非常短缺,精准测算农田蒸散量(ET)对于该地区合理配置水资源、提高农业用水效率具有非常重要的科学意义和实践价值。本研究利用涡度相关法、水量平衡法和蒸渗仪法对2013年10月—2018年9月的华北平原典型冬小麦-夏玉米一年两熟农田生态系统ET进行了连续的观测对比研究。结果表明:3种方法测定的ET季节变化趋势基本一致,且不同方法间ET变化显著正相关,相关系数r>0.90;总体表现为蒸渗仪法最高,水量平衡法和涡度相关法较低,水量平衡法计算的ET与蒸渗仪法和涡度相关法相关性均为在0.94,因此其更适于不同尺度ET变化的验证研究。全年来看,水量平衡法测得的平均年ET为788.6 mm,比涡度相关法(717.9 mm)高9.8%,蒸渗仪法测得的年ET为906.4 mm,比涡度相关法高26.2%。冬小麦关键生育期(拔节期、抽穗期、灌浆期)的ET占生育季总ET的57.3%~61.5%,夏玉米关键生育期(抽穗期、开花期、灌浆期)的ET占生育季总ET的58.5%~61.6%。综上,在ET变化及其影响等研究中可以根据研究内容及情况结合各种方法优缺点,选择适宜的观测方法。

中国食物系统温室气体排放与吸收研究进展

我国食物系统温室气体核算研究相对缺乏,相关研究多散见于农业和畜牧业部门,难以满足碳达峰、碳中和背景下减排和固碳的需求。本文提出了一个涵盖土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)、农业生产、产后食物供应部门的食物系统温室气体排放与吸收的核算框架;通过文献综述、温室气体排放量收集和排放参数推算,剖析了各环节排放核算方法的差异和排放参数的不确定性。结果表明,粪尿和秸秆还田、农药和农膜生产、食物加工、批发和零售以及草地的碳排放(或吸收)参数的变异系数(CVs)在35%以上。未来食物系统温室气体核算研究需:1)在农业生产部门,细化农业活动排放参数,整合基于终端能源消费和农业生产过程的温室气体核算方法,并加强农业投入品能耗研究;2)在LULUCF部门,建立适用于全球变化研究的土地利用分类体系,识别食物系统相关的土地利用过程,将实地调查核算法和基于过程模型的核算方法相互校验;3)在产后食物供应部门,明确各环节排放的核算范围,有针对性地选择投入产出-生命周期评价法(EIO-LCA)、基于过程的生命周期评价法(PLCA)与终端能源消费核算法等。本文可进一步为食物系统温室气体减排提供科学依据。

根际微生物介导的植物响应干旱胁迫机制研究进展

干旱作为目前全球农业生产面临的自然灾害之一,严重制约着粮食安全和农业可持续发展。仅仅依赖于植物自身应对干旱的生理响应开发作物抗旱策略是远远不够的。关注干旱胁迫下适应性微生物的定殖以及微生物对植物的有益协助,对改善植物生长并提高作物抗旱能力具有重要的指导意义。其中,与植物紧密互作的根际微生物在植物健康发育和胁迫耐受性方面发挥着重要作用,具备良好的应用潜力。本文总结了干旱胁迫对植物根际微生物群落多样性及组成的影响,发现放线菌、厚壁菌以及丛枝菌根真菌在干旱下出现明显富集;剖析了根际相关微生物协助植物抵御干旱胁迫的机制,包括分泌植物生长调节因子、合成ACC脱氨酶、产生胞外多糖以及增强植物抗氧化酶活性等方式,以期挖掘与植物高抗旱能力相关的潜在微生物并充分发挥其作用。最后,本文提出未来不仅应该加大对植物耐旱野生近缘种的开发利用,探寻与之存在有益协作关系的微生物来源并加以恢复,还应从管理和调控植物微生物组的角度充分发挥植物根际微生物组在增强作物抗旱性中的作用,为全球气候变暖背景下的可持续农业应用提供新思路。

我国种子丸粒化研究现状及展望

种子是农业的“芯片”,在农业现代化进程中发挥重要作用。丸粒化是适应精量播种需要的新型种子处理技术,将填充剂、粘合剂、营养物质、保护剂、生长调节剂、染色剂等物料分层或混合包裹在种子表面,不仅能改变种子形状和大小,还具有保护种子、促进逆境下种子萌发和幼苗生长的作用。从种子萌发到幼苗建植是作物生产周期中最为脆弱的生育阶段,利用种子丸粒化技术促进种子萌发、提升幼苗素质对作物增产具有重要意义。本文综述了种子丸粒化技术的发展过程,种子丸粒化的作用原理、工艺流程及质量检验标准;总结了丸粒化技术在蔬菜和花卉、粮食和经济作物、牧草和绿肥、药用作物、林木的应用现状,明确了各自的研究重点和难点。在此基础上,提出今后的研究需加强跨学科交流协同,利用基因组学、代谢组学等高新技术加强种子休眠和萌发的信号途径研究和信号分子提取,明确丸粒化种子萌发的环境阈值,关注专用型丸粒化物料和特异性丸粒化工艺的研发,建立健全丸粒化种子质量标准,评估种子丸粒化对环境的长期影响,以期为促进我国种子处理技术快速发展提供理论支持。

基于转录组和代谢组探究植物应答干旱和植食性昆虫的研究进展

胁迫是制约植物生长发育的重要环境因素,植物应对不同胁迫的反应是复杂多样的。在面临生物胁迫和非生物胁迫时,植物主要通过重新分配调整一系列的转录调控网络以及代谢网络来维持平衡,以致在转录及代谢水平上都会发生变化。随着组学技术的发展,转录组学和代谢组学作为新兴学科被广泛应用于植物抗逆相关研究中,进而从转录和代谢水平上揭示植物响应逆境胁迫的机制。植物生长过程中面临的多种胁迫,其中干旱和虫害尤为严重,给我国农业生产造成巨大损失。本文针对植物在干旱、植食性昆虫以及双重胁迫下的转录和代谢调控机制相关研究进行了综述,发现在干旱胁迫下植物通过调控合成脱落酸、脯氨酸以及光合作用中间体相关基因表达及其代谢物合成来抵御胁迫,在植食性昆虫胁迫下植物通过调控茉莉酸、水杨酸以及黄酮类等物质相关基因的表达及其代谢物合成进行响应,在双重胁迫下植物通过调控激素相互作用以及一些次生代谢物的产生来影响干旱胁迫下植物的抗虫性。通过探讨植物在逆境胁迫下转录和代谢差异及其关键调控因子的变化,可以为培育耐受逆境胁迫的品种,提高农作物产量提供理论依据和参考。

中国农业水问题:若干研究重点与讨论

农业用水是水资源的主要消耗方式,尤其在华北地区,因地表水资源不足,大量农田灌溉导致地下水超采现象严重;而社会经济的快速发展和气候变化加剧了水资源的不足。水循环过程是农业节水的科学基础。从水循环过程出发,开展水量转化研究,在农田水文过程界面加以调控,进行系统的节水研究,是节水研究的重点。重视水资源的科学管理,提高水分利用效率,建立节水农业的市场机制,促进节水设施建设;同时深入开展水循环的基础研究,充分利用非传统水资源,是解决我国农业水问题的有效途径。