石灰性土壤小麦籽粒锌硒生物强化理论技术与推广面临的挑战

锌与硒是人类生命活动必需的两种微量元素,摄入不足会引发多种疾病。我国小麦主产区恰好处于锌硒缺乏或潜在缺乏的石灰性土壤地带,籽粒中锌硒含量难以达到人体需求标准,导致缺锌缺硒人口数量庞大,已成为我国严重的公共营养与健康问题。本文综述了小麦籽粒锌硒农艺生物强化措施,强化籽粒中锌硒的分布、安全形态、生物可给性及叶面喷施的应用现状。国内外研究大多认为,在极缺锌土壤上采用土施或土施与叶面喷施锌肥结合的方式是最有效的小麦锌强化策略;而最新研究表明,在我国潜在缺锌的石灰性土壤上,叶面喷施硫酸锌的强化效果远优于土施,在小麦灌浆前期喷施2~3次0.3%~0.4%的Zn SO_(4)·7H_(2)O (喷锌总量约2.5 kg/hm^(2))并添加表面活性剂,可以实现籽粒锌含量达40~60 mg/kg的富锌目标。小麦籽粒中锌含量由外到内逐渐降低,人体摄入最多的中心胚乳部分锌含量最低,故需更为关注胚乳中锌含量及生物有效性,制定胚乳富锌标准。此外,食物中无机态元素毒性较大,生物有效性低,吸收利用效果不理想,而有机态对人体更为安全有效,因此还需明晰强化小麦籽粒中是否将外源无机Zn转化为有机态储存。小麦硒生物强化通过土施或叶面喷施亚硒酸盐或硒酸盐均能实现,由于土施硒肥易受土壤pH、有机质等因素影响,硒肥利用率低,因此,通行的硒强化措施是在小麦灌浆前期,喷施2 0~3 0 g/h m 2的亚硒酸钠或硒酸钠,能够实现籽粒硒含量达0.2 5~0.30 mg/kg的富硒目标。与锌不同,硒在籽粒中分布相对均匀,胚乳中硒占全粒总硒的96.2%~97.4%。同时硒强化小麦籽粒中对人体安全的有机硒占总硒的80%以上,且不同有机硒在人体中的作用不同。虽然叶面单独喷锌或硒的理论技术体系完善且实际强化效果良好,但其经济效益没有充分体现,影响了该技术的应用推广。近年来,将叶面喷施锌硒与“一喷三防”农艺措施相结合的研究不断增多,与小麦实际生产形成有效对接,为小麦锌硒强化提供了可行途径。然而,锌硒与不同农药及多种微量元素共同喷施时多种物质之间的互作效应,叶面喷施进行锌硒生物强化及籽粒锌硒储存的生理及分子机制还未明晰,值得进一步探讨。

“双碳”目标下高等农业院校环境微生物学课程教学改革探索

环境微生物学研究是认识和缓解气候变化以及保障陆地和水生生态系统健康的关键。文章针对“双碳”背景下国家对高等农业院校资源环境类创新型人才培养的需求,通过将碳中和知识与“环境微生物学”专业课程有机融合,在课堂上进行科研拓展,为学生打通学研通道以及建立灵活性的多元化课程考核方式等措施,对学校环境科学专业的环境微生物学课程进行了教学改革初探。在授课效果达到课程目标的同时,使学生从本质上理解“环境微生物”与“双碳”目标达成之间的关系,以满足国家“双碳”发展战略需求下对资源环境类专业人才提出的新要求。

紫云英稻秸秆协同还田与氮肥减量配施对水稻干物质积累、氮素转运及产量的影响

研究紫云英稻秸秆协同还田下氮肥减量对水稻关键生育期干物质积累和氮素吸收转运及籽粒产量的影响,为水稻绿色高效栽培提供技术路径。试验于2019—2021年在陕西省汉中市农业科学研究所韩塘试验基地进行,采用随机区组设计,重复3次。供试水稻品种为优质籼稻‘黄华占’。共设5个处理,(1)冬闲水稻秸秆不还田,不施肥(CK);(2)冬闲水稻秸秆不还田,常规施氮(NPK);(3)冬作紫云英水稻秸秆还田,常规施氮(GRN_(100));(4)冬作紫云英水稻秸秆还田,氮肥减量20%(GRN_(80));(5)冬作紫云英水稻秸秆还田,氮肥减量30%(GRN_(70))。分析了水稻齐穗期和成熟期干物质积累、氮素累积量、氮素吸收与利用。结果表明:1)与NPK相比,紫云英水稻秸秆协同还田各处理水稻产量增加3.50%~7.65%;齐穗期茎鞘、叶片、穗干物重分别增加25.54%~44.79%、44.79%~53.74%、33.76%~61.81%,成熟期茎鞘、叶片干物重增加6.87%~25.57%、20.87%~23.46%;且与GRN_(100)相比,GRN_(80)和GRN_(70)水稻产量增加4.00%和2.77%,齐穗期穗干物重增加21.33%、4.56%,GRN_(80)有效穗增加7.77%,千粒重增加2.56%,GRN_(80)成熟期茎鞘、穗干物重增加17.52%、10.91%。2)与NPK相比,紫云英水稻秸秆协同还田各处理齐穗期茎鞘、叶片、穗氮累积量增加34.84%~60.59%、50.41%~69.28%、26.57%~45.35%,成熟期增加48.61%~54.78%、54.67%~91.81%、6.42%~19.96%,茎鞘氮转运量增加16.89%~64.99%,叶片氮转运量增加47.85%~73.05%,氮转运贡献率增加27.75%~41.09%;且与GRN_(100)相比,GRN_(80)穗中氮增量增加19.76%,茎鞘氮转运量、茎鞘转运率、叶片转运率、氮素转运效率分别增加7.46%、2.73%、9.35%、6.86%。3)与NPK相比,紫云英水稻秸秆协同还田各处理氮素干物质生产效率减低10.64%~20.92%,氮肥生理利用率减少17.88%~32.89%,氮肥农学效率增加7.81%~63.03%,氮素回收率增加57.36%~97.19%,氮肥偏生产力增加3.55%~52.00%;且与GRN_(100)相比,GRN_(80)和GRN_(70)氮素干物质生产效率增加13.00%、10.97%,氮肥生理利用率增加12.34%、22.37%,氮肥农学效率显著增加35.66%、51.21%,氮素回收率显著增加21.04%、25.52%,氮肥偏生产力增加30.04%、46.79%。紫云英水稻秸秆协同还田下减氮20%或30%能够显著提高水稻产量,增加氮素吸收转运,提高氮素利用,是适宜汉中地区水稻生产的一种绿色高效栽培模式。

莴笋对不同形态氮素的反应

探讨了不同形态氮素对莴笋生长发育的影响及其营养特性 .结果表明 ,莴笋幼苗根系对NH4+ N的亲和力稍大于NO3 - N的亲和力 ;分别供给NO3 - N、NH4+ N +NO3 - N及NH4+ N ,莴笋的生物学产量和吸N量均依次递减 (分别为 10 0∶5 6 .9∶12 .4 ,10 0∶4 8.9∶8.6 ) ,因此在水培条件下 ,NO3 - N是最适合莴笋生长发育的氮源 ,NH4+ N与NO3 - N各占 5 0 %时对莴笋的生长发育已有一定的抑制作用 ,仅以NH4+ N作氮源则莴笋很难生长 ;NH4+ N与NO3 - N各占 5 0 %时 ,莴笋倾向于吸收较多的NH4+ N ,而且在培养不同阶段NH4+ /NO3 -吸收比例均大于 1,莴笋表现出喜铵性 ,但NH4+ N并非莴笋很适合的氮源 ;营养液中NO3 - N不足 ,主要影响莴笋茎叶的生长 ,而NH4+ N所占比例达 5 0 %时 ,莴笋根系生长受到抑制 ,且有明显的受害症状 ;以NO3 - N作氮源预培养两周 ,以含微量NO3 - N的自来水为水源 ,再单独以NH4+ N为氮源 ,对莴笋生长有极大的促进作用 ,同时还大幅度降低了体内硝酸盐的含量 .尿素作氮源莴笋未出现受害症状 。

施用硫磺和ALA对碱性盐土上作物生长发育及土壤性质的影响

寻求行之有效的盐渍化土壤改良措施,对于农业可持续发展具有重要理论和实践意义。采用盆栽试验,探讨了施用硫磺和喷施ALA对碱性盐土上冬小麦(Triticum aestivum L.)和玉米(Zeamays L.)幼苗生长发育及土壤性质变化的影响。结果表明,无论施用石膏、硫磺还是喷施ALA,对于小麦生长均有明显促进作用,其中硫磺效果更为明显;施用硫磺显著提高了后一茬玉米的出苗率,同时土壤中SO42-、Ca2+、Mg2+含量显著增加,但施硫降低土壤pH的作用较为有限;而施用ALA对土壤pH和盐分均无明显影响。这表明施加硫磺可以使盐渍化土壤的性质发生明显改变;ALA的效果则必须在作物苗期生长良好的前提下,通过提高作物自身的抗盐性来实现。

不同氮素形态及配比对蔬菜生长和品质的影响

分别以纯水和自来水为生长介质对莴笋和菠菜进行水培试验，以揭示不同氮素形态及配比对蔬菜生长和品质的影响。结果表明，以纯水为水培水源，ＮＯ－３－Ｎ∶ＮＨ＋４－Ｎ为１∶１或单独供应ＮＨ＋４－Ｎ，对作物生长均有一定程度的抑制作用，而以后者的生长量最低。以自来水作水培介质时，以ＮＯ－３－Ｎ为唯一氮源预培养一段时间后，再提高营养液中ＮＨ＋４－Ｎ比例，有利于蔬菜的生长发育及硝酸盐含量的降低，使莴笋维生素Ｃ含量也有所降低，菠菜则无明显变化。当植物生长量较大时。

冬小麦等4种作物对铵、硝态氮的吸收能力

采用水培试验探讨了冬小麦、大豆、油菜和莴笋４ 种作物对硝、铵态氮的相对吸收能力以及这两种氮源对它们生长发育的影响。试验表明：（１）不同氮源对供试作物的生长发育影响极大。供给硝态氮，这些作物生长发育良好；供给等量的ＮＯ－３ 和ＮＨ＋４ （１∶１）时，蔬菜作物莴笋生长量下降幅度最大；供给铵态氨，莴笋和大豆极为敏感，在生长后期发生萎蔫。（２）供试作物在水培期间的总吸氮量与供给的氮源关系密切。供给ＮＯ－３ 时莴笋吸氮量显著高于供给等氮量ＮＯ－３ 和ＮＨ＋４ ，莴笋、小麦供给等量ＮＯ－３ ＋ ＮＨ＋４ 与单独供给ＮＯ－３ 时吸氮量大体相当；油菜、大豆供应等量ＮＯ－３ 和ＮＨ＋４ 时吸氮量最大，供给ＮＯ－３ 时显著下降。除油菜外，其余３ 种作物供给ＮＨ＋４ 时吸氮量均比其它氮源显著降低。（３）多数供试作物对ＮＯ－３ 和ＮＨ＋４ 的吸收具有明显的偏向性。供给等量ＮＯ－３ ＋ ＮＨ＋４ 时，油菜与冬小麦吸收的ＮＯ－３ 显著多于ＮＨ＋４ ，表现出喜硝性，莴笋与此相反，表现出喜铵性，而大豆对两种形态氮素的吸收量相差不多，表现出兼性吸收的特点。但上述偏向性具有阶段特点，即喜硝的作物可能在某一阶段表现出喜铵性状。

碳酸氢根与水肥同层对玉米幼苗生长和吸收养分的影响

把水分(NaHCO3溶液或纯水)供应于底施了铵态或硝态N肥的土层内,以研究HCO3-及水肥供应方式对石灰性土壤上玉米生长及养分吸收的影响。结果表明,在限制灌水量的条件下,在土壤上层供应HCO3-显著抑制根系生长,但在下层供应对生长无明显影响;当施用不同形态N素时,HCO3-对N素吸收并无明显影响;此外,供应HCO3-溶液能明显提高灌水土层的土壤pH。总体来看,在供试条件下,HCO3-对玉米幼苗生长量、根系分布及养分吸收量的影响均较为有限,而后三者主要受施肥灌水层次的影响,即:在土壤上层施肥灌水,幼苗生长量显著降低;而在下层施肥灌水是一种节水节肥的水肥供应方式。但下层施肥灌水不利于植株的直立性。因为下层施肥灌水时根系主要分布在下层,在上层分布数量极少;而上层施肥灌水根系在上下两层中的分布无明显差异;下层施肥灌水的玉米植株,其N、P、K吸收量远高于上层施肥灌水的植株。

氮钾锰硼的供应水平对莴笋植株累积矿质元素的影响

应用水培试验研究了营养液中氮、钾、锰和硼４种元素的供应水平对莴笋体内某些矿质元素含量和累积量的影响。结果表明：（１）供试条件下氮和硼是莴笋生长发育的主要限制因子，二者的供应水平对莴笋体内多种元素的含量和累积量有显著影响；缺硼时锌在植株内富集，含量远高于对照；（２）植株内钾的含量和累积量随钾的供应水平的增加而成倍增加，但钾的供应水平对锌、铜、铁、锰、钙等矿质元素的累积量影响不大，锰的供应水平仅对锰和铜在莴笋体内累积量有显著影响；（３）莴笋体内矿质元素的含量是累积量与生长量二者共同作用的结果，必须综合考虑含量与累积量这两个因素才能判断它们之间存在何种相互作用。

重碳酸根对不同小麦基因型生长及锌营养的影响

石灰性土壤上小麦锌缺乏问题在世界范围内广泛存在,而高含量的HCO3-被认为是造成缺锌的主要原因之一。本试验采用土培试验方法,选用3种小麦基因型(中育6号、S02-8、远丰998),研究了不同HCO3-浓度水平对小麦生长及Zn营养的影响。结果表明,HCO3-对小麦植株生长(尤其是对根系)及Zn吸收有一定的抑制作用,且在较低浓度(15 mmol/L)条件下表现更为明显。另外,高浓度HCO3-对土壤中有效锌含量及对锌从小麦根系向地上部的转运率均会产生不利的影响,在HCO3-30 mmol/L条件下,与未进行HCO3-处理的对照相比,土壤有效锌及锌向地上部的转运率分别下降11.1%和5.0%,表明HCO3-对小麦锌营养的影响可能主要是通过以下途径实现的:1)对土壤中有效锌的钝化;2)对小麦根系生长的抑制;3)抑制锌从小麦根系向地上部的转运,其中前两个途径可能起着更为重要的作用。总体来看,土壤中高含量的HCO3-对供试的3种冬小麦基因型的生长及Zn吸收的抑制作用比较轻微,这可能与它们对高浓度的HCO3-具有较高的耐性有关。

“双碳”目标下农业资源利用方向专业学位硕士课程体系优化与建设

当前农业资源利用领域专业学位硕士培养环节尚未形成与“双碳”相关的课程体系,并缺乏成熟的“双碳”相关课程。因此,培养具有低碳意识、掌握气候变化与碳中和知识结构的专业人才是实现碳达峰碳中和目标的迫切需求。以碳中和战略背景为主要课程建设理念,涉及农业“双碳”课程建设、“碳减排”教学实践案例和平台挖掘等层面,构建出农业资源利用类教学课程体系,有利于将绿色低碳理念融入到资源利用方向人才培养过程中。

碳酸氢根和铵态氮共同对菜豆生长及养分吸收的影响

以菜豆为材料进行水培试验 ,探讨了高浓度NH4 + N与HCO3-共存介质对菜豆生长发育及其营养吸收的影响 ,结果表明 :①以NO3- N为主要氮源时 ,菜豆生长状况最好 ;以NH4 + N为主要氮源且无HCO3-存在时 ,培养前期菜豆根系就发生受害现象 ,叶片出现萎蔫 ;但加入HCO3-后 ,随着营养液中HCO3-浓度从 0升高到 13 .0mmol/L ,菜豆长势逐渐改善 ,表明HCO3-与NH4 +以较合适的比例共存于介质中可明显减轻二者非共存对菜豆生长的抑制作用。②同一处理 ,菜豆整株对主要营养元素吸收量的次序为 :N >K >P >Ca >Mg >Fe >Mn ,以NH4 + N为主要氮源时 ,随HCO3-浓度升高 ,菜豆对N、P、Ca、Mn的吸收量逐渐增大。③以NO3- N为主要氮源 ,P、Fe、Mn元素在根部出现累积 ,而以NH4 + N为主要氮源时 ,随HCO3-浓度增加 ,N、P、Ca、Mn在根部亦有累积现象。

几种蔬菜对硝态氮、铵态氮的相对吸收能力

采用溶液培养方法探讨了莴笋、菠菜、小白菜和大青菜 4种蔬菜作物对硝、铵态氮的相对吸收能力以及这两种氮源对它们生长发育的影响。结果表明 ,单独供给NO- 3 N ,4种作物均生长发育良好 ;供给NO- 3 N +NH+ 4 N(NO- 3∶NH+ 4 =1∶1) ,生长量均有所下降 ,而单独供给NH+ 4 N时 ,生长量则大幅度下降。莴笋单独供给NO- 3 N时 ,其吸氮量显著高于供给NO- 3 N +NH+ 4 N的处理 ,大青菜、菠菜供给NO- 3N +NH+ 4 N与单独供给NO- 3 N相比吸氮量大体相当 ;小白菜同时供应NO- 3 N +NH+ 4 N时吸氮量最高 ,供给NO- 3 N时次之 ,供给NH+ 4 N时显著降低。供给NH+ 4 N时 4种作物吸氮量均比其它氮源显著降低。 4种作物对NO- 3 N与NH+ 4 N的吸收具有明显的偏向性。供给等氮量铵、硝态氮 (NO- 3 N +NH+ 4 N处理 )时 ,菠菜、小白菜吸收的NO- 3 N显著多于NH+ 4 N ,表现出喜硝性 ,莴笋则与此相反 ,表现出喜铵性 ;而大青菜对两种形态氮素的吸收量相差不多 ,表现出兼性吸收的特点。但上述偏向性具有阶段特点 。

碳酸钙含量对土壤中锌有效性和小麦锌铁吸收的影响

石灰性土壤中高碳酸钙(CaCO_3)含量是引起作物缺Zn的重要原因之一。本研究设置了由低到高的土壤CaCO_3含量梯度,以探讨CaCO_3对土壤有效Zn含量、两种基因型小麦(远丰998,中育6号)生长发育及Zn、Fe营养的影响。结果表明,与不施Zn相比,施Zn使土壤有效Zn含量增加了3.22倍:高含量CaCO_3使土壤有效Zn含量有所降低,新施入的有效态Zn仅有1.3%被小麦吸收,大部分则转化为无效态Zn:CaCO_3含量达到111.8g/kg时,可明显抑制小麦对Fe的吸收,进一步提高CaCO_3含量抑制作用有所减弱:两种小麦基因型生长存在明显的差异,中育6号的根冠比和分蘖数都显著高于远丰998:施Zn可显著增加小麦Zn含量和吸收量,CaCO_3含量达到111.8 g/kg可显著降低小麦根的Zn含量,对其他部分影响不明显;此外,施Zn可增加叶片的Fe含量和转运率。

植物体氮素的挥发损失——Ⅳ.玉米生长过程中挥发损失的氮素

把玉米植株和用经磷酸甘油液浸泡的塑料泡沫覆盖的生长介质(土壤)同置于密闭的生长室中,捕获测定了玉米整个生育过程中挥发的氨气。结果表明,玉米能挥发出少量的氨,中后期62d挥发量约为200g/ha;后期挥发量较前期大,约6g/d·ha(N)。温度、叶子衰老程度、施氮水平对氨气挥发量未表现出明显影响。玉米挥发的氨量不稳定,变异较大。

NaCl胁迫对作物幼苗氮素吸收和累积的影响

采用黄瓜、菠菜、大豆幼苗进行水培试验，研究其在ＮａＣｌ胁迫下对氮素的吸收和累积。结果表明，ＮａＣｌ胁迫下，黄瓜和菠菜幼苗的生长受到显著抑制，吸收和累积ＮＯ－３的量显著下降；而大豆几乎不受影响。以ＮＨ＋４－Ｎ为氮源时，大豆对ＮＨ＋４的吸收受到抑制。３种作物吸收Ｃｌ－和Ｎａ＋的速率远高于吸氮速率。

生长介质中CaCO_3质量分数及水分状况与HCO_3^-的关系

探讨生长介质中CaCO_3质量分数(g/kg)与HCO_3^-质量摩尔浓度(mmol/kg)之间的定量关系,以及HCO_3^-产生过程中水分条件所起的作用。培养试验结果表明,生长介质中CaCO3质量分数一旦达到较高水平,将对作物生长产生明显的不利影响。介质中CaCO3质量分数与HCO3-质量摩尔浓度之间未表现出显著的正相关关系;但HCO3-质量摩尔浓度随着水分含量增加而显著增加,尤其是过饱和的水分条件能使HCO_3^-质量摩尔浓度大幅度增加。随CaCO3含量增加,培养介质的pH值并未产生明显变化,水分状况对介质pH值的影响也不显著。供试条件下CaCO3在介质中的淋溶量随着供水量的增加而增加。

完全方案与正交方案在夏玉米田间试验中的优劣性

以夏玉米密度、氮肥、磷肥三因素三水平的设计（３３设计），进行了田间试验，研究处理数较多时完全方案与正交方案的优劣。结果表明，正交方案的试验效率高，几种不同的正交方案选优基本能达到与完全方案同样的效果。但进行因素水平间多重比较时，完全方案又因因素水平的隐匿重复多，试验误差较小而优于正交方案。

农田不同肥力条件下玉米秸秆腐解效果

为了探讨农田不同肥力对玉米秸秆腐解转化和能态变化的影响,该文采用砂滤管法在陕西关中高、中等、低3种肥力塿土上进行了480d的玉米秸秆腐解试验,研究了腐解进程中玉米秸秆的分解率以及有机碳组成和能态变化。结果显示,随着腐解进行,腐解产物中的苯–醇溶性、水溶性组分下降,半纤维素和纤维素含量先上升后下降,而木质素增加;腐解物的能态呈现上下起伏、下降和相对稳定3个阶段的变化,总体是一个放能过程。腐解产物的热值与其有机碳、苯–醇溶性组分、水溶性组分、半纤维素和纤维素呈显著正相关,但与其灰分、木质素、腐殖物质含量呈显著负相关。腐解480d,3种肥力间比较发现,玉米秸秆在中等肥力田块上矿化率最高,低肥力田块上的最低;中等肥力土壤能够促进玉米秸秆中的水溶性有机组分和木质素的分解,而高肥力土壤能够促进苯–醇溶性组分和半纤维素、纤维素分解,并有利于腐殖物质的形成,而且腐解物的能态最高。

小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳、氮含量的影响

通过室内模拟培养试验,揭示了不同水分条件下小麦和玉米秸秆在土壤中的腐解特点及对土壤碳、氮含量的影响。结果表明,1)水分条件对有机物质腐解的影响较大,在32 d的培养期间,相对含水量为60%(M60)时,土壤CO2释放速率始终低于含水量80%(M80)的处理。M60条件下释放的CO2-C量占秸秆腐解过程中释放碳总量的40.1%,而M80条件下达到51.5%;M60条件下,添加秸秆土壤中有机碳含量平均提高2.24 g/kg,显著高于M80条件下的1.43 g/kg。2)添加玉米秸秆的土壤,在培养期内CO2释放速率始终高于小麦秸秆处理,CO2-C累积释放量和有机碳净增量分别为408.35 mg/pot和2.12 g/kg;而小麦秸秆处理分别仅为378.94 mg/pot和1.56 g/kg,两种秸秆混合的处理介于二者之间。3)与未添加秸秆相比,土壤中添加小麦或玉米秸秆后,土壤有机碳、微生物量碳、全氮和微生物量氮含量均显著提高,且数量上总体趋势表现为:玉米秸秆>两种秸秆混合>小麦秸秆。可见,适宜水分条件有利于秸秆腐解过程中秸秆中碳向无机碳方向转化,而不利于向土壤有机碳方向转化;且玉米秸秆比小麦秸秆更易腐解。秸秆在土壤中腐解对补充土壤碳、氮作用很大,可改善土壤微生物生存条件,提高土壤质量。