湖北省作物系统氮素利用及其环境影响综合评估

粮食安全、资源高效和环境友好是发展可持续农业的核心问题。湖北省作为长江中下游平原重要农业省份,亟需综合评估作物系统氮素利用及其环境影响。针对湖北省主要粮食作物(水稻、小麦、玉米、大豆)和经济作物(茶叶、水果、蔬菜),提出作物系统氮素利用效率及其环境影响的综合评估框架,系统分析2020年湖北省作物生产过程中氮素利用状况及环境效应的空间分异特征。结果表明,在氮素利用方面,湖北省农作物施氮量、氮盈余和温室气体排放强度偏高,氮肥偏生产力和氮素利用率较低。湖北省施氮量比同年中国施氮量平均水平高43%;粮食作物氮素利用率为35.17%,而经济作物氮素利用率仅为9.99%,存在较大增效空间。在环境影响方面,经济作物氮盈余总量(43.36%)低于粮食作物(56.64%),其中水稻氮盈余总量(38.27%)最高;然而,粮食作物产生的温室气体在环境影响中占主导地位。从空间分布上看,湖北省施氮量呈现中部高、东西低的趋势。经济作物温室气体排放主要集中在鄂南和鄂北地区,粮食作物温室气体排放主要集中在鄂西和鄂东地区。经济作物氨气单位面积挥发量比粮食作物大,呈现南北高、东西低的分布格局。研究可为后续降低湖北省氮肥投入、提高氮素利用率和缓解温室气体排放提供有益参考,建议管理措施调整和政策支持齐进,针对不同区域现状进行种植结构调整与施氮优化,助力湖北省资源利用效率提升。

两份大麦纯合突变体与其原始品种的氮素吸收利用差异

为了探究突变体株系与亲本之间氮素利用效率差异形成的原因,在两种氮素水平下研究了两份大麦(Hordeum vulgare)突变体与亲本‘花30’的干物质和氮素积累与转运特性及其与氮效率的关系,结果表明来源于小孢子甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的A9-29是一份低氮高效型株系,来源于空间诱变结合小孢子培养的SP花30(15)是一份高氮高效型株系,两份突变体在不同氮素水平下干物质和氮素的积累、转运、分配特征及产量和氮素利用效率等与‘花30’显著不同;A9-29在低氮条件下而SP花30(15)在高氮条件下的籽粒产量和籽粒氮素含量分别显著高于‘花30’,是由于花前干物质/氮素转运和花后干物质/氮素积累共同促进的结果;氮利用率的提高主要是由于氮素吸收效率提高引起的。两份材料的获得拟为氮高效育种提供良种资源,也为氮高效吸收机理的研究提供参考。

大麦小孢子突变体与原始品种中碳氮代谢关键酶活性差异分析

为了探索大麦耐低氮的生理机制,以诱变小孢子+氮胁迫培养获得的与原始品种氮素利用率差异显著的突变体(‘A1-97’和‘A1-57’)和原始对照品种‘花30’为材料,在盆钵栽培中进行了高低两种氮素水平处理,分析了植株在苗期、灌浆期和成熟期的碳氮代谢关键酶活性。结果显示,相比原始对照品种‘花30’,2份突变体材料的碳氮代谢酶活性在灌浆期有更显著的差异,表明灌浆期可能是研究耐低氮的关键时期;低氮水平下,灌浆期氮素利用率高的突变体‘A1-97’硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性皆显著增强,氮素利用率低的突变体‘A1-57’硝酸还原酶活性显著降低,谷氨酰胺合成酶活性差异不显著;灌浆期和成熟期的突变体‘A1-57’蔗糖磷酸化酶活性显著降低。由此推测,突变体与原始品种间耐低氮性的差异可能与硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和蔗糖磷酸化酶活性存在一定的联系。