草业科学的发展历程、学科体系及新时期的使命任务

草业科学,是研究草类植物与草地属性、功能及其合理利用的学科。草业科学是一门年轻的学科,整合了国际上草原学、饲草学、草地农业科学的学科特点,在任继周草地农业生态系统理论的基础上发展起来的。我国已经建立了具有中国特色的草业科学学科体系,根据学科的内涵和发展,目前设置了草原学、饲草学、草坪学、草地保护学和草业经营学5个二级学科。本文在简要总结草业科学发展历程的基础上,结合本世纪在草地农业生态系统多功能性、多服务性、以及多功能管理方面的新进展,建议增列草地农业系统学二级学科。新时期草业面临重大的国家需求:确保饲草安全,才能实现粮食安全;树立大食物观,大力发展草地农业,在多元化食物供给体系中发挥作用;立足国家生态屏障建设,在草地保护和修复事业中发挥支撑作用。本文进一步总结了这些需求背后的科技难题。国家的重大需求,对草业科学和草业人,既是机遇,也是挑战,更是使命。

中国三大棉花种植区域土壤速效钾丰缺指标及推荐施钾量研究

为给西北内陆棉区、长江流域棉区和黄河流域棉区棉花的钾肥施用提供科学依据,采用“零散实验数据整合法”“反正弦-对数矫正模型”以及“养分平衡-地力差减法”,开展了上述三大棉区棉花土壤速效钾丰缺指标和推荐施钾量研究。结果表明,中国三大棉区土壤速效钾丰缺指标均可划分出5级,西北内陆棉区第1~5级丰缺指标为≥418、166~418、111~166、80~111和<80 mg/kg;长江流域棉区第1~5级丰缺指标为≥357、128~357、81~128、56~81和<56 mg/kg;黄河流域棉区第1~5级丰缺指标为≥213、129~213、102~129、85~102和<85 mg/kg。三大棉区土壤速效钾临界值分别为166.0、127.2和128.4 mg/kg。当钾肥当季利用率为50%,籽棉(皮棉)目标产量为2.5~9.0(1.0~3.6)t/hm^(2)时,第1~5级土壤的推荐施钾量依次为0、30~108、60~216、90~324和120~432 kg/hm^(2)。

中国退耕还草的土壤碳固持效应及影响因素

基于检索1950-2016年发表在中国知网、Google Scholar、Web of Science等数据库的文章,筛选出关于我国退耕还草工程与土壤有机碳的文献123篇(126个研究地点)。基于筛选文献,提取了农田和恢复草地的土壤有机碳含量、土壤有效养分含量、恢复时间和气候等数据735条,旨在探究我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响及其主导因素。结果表明:1)农田恢复为草地后,土壤有机碳含量呈先下降后上升趋势(时间拐点约为第6年),整体上退耕还草工程使土壤有机碳含量提高了19.8%。2)土壤有机碳的正响应随土壤深度增加而减弱,且深度超过1 m时其正响应不明显。3)土壤有效氮是影响土壤有机碳恢复的主要因素,而土壤有效磷和植物功能群对其影响不大。4)沿着增加的水分梯度,土壤有机碳的恢复效果由负变正,转变阈值为25.15 (干旱指数)。总体而言,我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响为正效应,此效应受环境梯度和恢复时间的共同影响。本研究能够为我国土地利用变化背景下土壤碳库管理的相关决策提供科学依据。

冷门小众专业本科生培养改革与实践——以草业科学专业为例

人才培养是大学教育的根本,而本科生更是人才培养的重要基石,小众专业、冷门专业的人才培养现状存在各种不尽如人意。本文以典型的冷门小众专业——草业科学专业为例,交流过去几年的改革举措和效果,总结经验,并进一步思考,为我国同样的冷门小众专业在新的学科建设中的提高和成长提供思路。

我国北方地区苜蓿种子生产的理论与技术研究进展

北方干旱半干旱区是我国重要的生态屏障和草原生态修复区域,也是苜蓿种子生产的集中区域。抗逆高产苜蓿品种及其种子扩繁能力不足是苜蓿产业持续发展的短板。文章总结了现代草业建设中对优质抗逆苜蓿品种及其种子的需求,分析了苜蓿种子产量形成理论、生产关键技术的研究进展,提出苜蓿种子产业要向区域化、专业化、精准化、信息化趋势发展,以期为推进草种业国产化、突破现代草业的发展瓶颈提供参考。

新农科背景下草产品加工学BOPPPS模式的教学实践:以北京林业大学为例

新农科建设对草业科学等涉农专业的教学改革提出了新要求。草产品加工学是草业科学专业的核心课程,注重理论与实践的有机结合。但传统教学模式以教师讲授为主,学生参与度不高。BOPPPS模式是一种基于体验式学习理论而设计的教学模型,其重要特点在于教学互动。在新农科背景下为培养高素质复合型草业科学专业人才,笔者将BOPPPS教学模式引入草产品加工学课程教学中,调整教学学时、重新编写教案、改革考核方式,构建了本课程的BOPPPS教学体系。在BOPPPS模块设计过程中,笔者综合运用参与式教学、小组讨论、小型测验、案例分析、课堂辩论等多种教学方法,并将网络教学平台作为部分学生自学章节的辅助工具。实践表明,BOPPPS教学模式的运用,激发了学生的学习兴趣,调动了学生的主观能动性,培养了学生扎实的理论基础,提高了学生的创新能力,显著提升了教学质量。本教学设计与实践也为国内高校开展草产品加工学教学研究提供有益参考。

中国桃土壤氮素丰缺指标与适宜施氮量研究

为了给国内桃测土施氮提供科学依据,采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡—地力差减法”新应用公式,对中国桃土壤的氮素丰缺指标以及适宜的施氮量进行了初步研究。结果表明:中国桃土壤碱解氮第1~6级丰缺指标依次为:≥206、125~206、76~125、46~76、28~46和<28 mg/kg;土壤有机质第1~4级丰缺指标依次为:≥53、32~53、12~32和<12 g/kg。当桃目标产量为15~60 t/hm^(2),氮肥利用率为40%时,氮素丰缺级别第1~6级土壤的适宜施氮量范围依次为0~0、20~80、40~159、60~239、80~318和99~398 kg/hm^(2)。本研究初步建立了桃土壤碱解氮和有机质丰缺指标推荐施氮系统,为桃测土施氮提供了相应的科学依据。

中国桃土壤速效钾丰缺指标与适宜施钾量研究

为了科学指导中国的桃测土施钾,采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡—地力差减法”新应用公式,开展了中国桃土壤速效钾丰缺指标与适宜施钾量研究。结果表明:中国桃土壤速效钾第1~5级指标依次为≥312、170~312、92~170、50~92、<50 mg/kg。当桃的目标产量为15~60 t/hm^(2)、钾肥利用率为50%时,桃土壤速效钾第1~5级的适宜施钾量范围依次为0~0、19~76、38~151、57~227、76~302 kg/hm^(2)。本研究初步建立了中国桃土壤速效钾丰缺指标推荐施肥系统,为中国桃测土施钾提供了相应的科学依据。

中国籽实和饲草大麦种植土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量

为了给我国大麦种植测土施氮提供科学依据,采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法新应用公式”,开展我国大麦种植土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究。结果表明,我国大麦土壤碱解氮质量分数第1~7级丰缺指标依次为>300、245~300、188~244、132~187、76~131、19~75、<19 mg/kg;土壤全氮质量分数第1~7级丰缺指标依次为>3.7、3.1~3.7、2.4~3.0、1.6~2.3、0.9~1.5、0.2~0.8、<0.2 g/kg;土壤有机质质量分数第1~7级丰缺指标依次为>65.4、53.0~65.4、40.5~52.9、28.0~40.4、15.5~27.9、3.0~15.4、<3.0 g/kg。当氮肥利用率为30%~50%时,目标产量3~7.5 t/hm^(2)籽实大麦第1~7级土壤推荐施氮量分别为0、16~65、31~130、47~195、62~260、78~325、94~390 kg/hm^(2);目标产量6~15 t/hm^(2)干草大麦第1~7级土壤推荐施氮量依次为0、19~80、38~160、58~240、77~320、96~400、115~480 kg/hm^(2);目标产量15~45 t/hm^(2)青贮大麦第1~7级土壤推荐施氮量分别为0、17~84、34~168、50~252、67~336、84~420、101~504 kg/hm^(2)。基于此,初步建立了我国籽实和饲草大麦土壤氮素丰缺指标推荐施肥系统,为我国大麦种植测土施氮奠定了科学基础。

紫花苜蓿田牛角花齿蓟马诱集技术优化研究

为明确诱虫板对紫花苜蓿Medicago sativa (L.)田中牛角花齿蓟马Odontothrips loti (Haliday)的诱集作用,本研究分别于2021和2022年连续两年测定了苜蓿生长期不同颜色诱虫板、不同悬挂高度、田间不同设置位置、每日不同时段等因素对紫花苜蓿田内牛角花齿蓟马诱集量的影响。试验结果表明:牛角花齿蓟马对白色诱虫板趋性最高,两年平均诱集量分别为293.10头/板和219.00头/板,且白色诱虫板对天敌影响最小,益害比为0.05;白色诱虫板悬挂高度在50 cm处诱集效果显著高于20 cm处;诱虫板在田间边缘地段较中央地段的诱集效果好;在每日不同的4个时段内,下午至黄昏时分诱集到的牛角花齿蓟马的数量较其他时段多。在苜蓿一年生长期内,6月底至7月中旬,当苜蓿处于第二茬生长期时,诱集到的牛角花齿蓟马数量最多,平均诱集量为454.63头/板,7月13日前后达到为害顶峰,平均诱集量为623.50头/板;而每一茬次苜蓿在现蕾期时,牛角花齿蓟马为害最重。本研究利用色板诱集技术为紫花苜蓿田重大害虫牛角花齿蓟马绿色综合防控体系的建立奠定了基础。

基于多光谱成像技术鉴别不同紫花苜蓿品种的种子

不同紫花苜蓿(Medicago sativa)品种种子的无损检测是一个极具潜力的研究方向,本研究利用多光谱成像(Multispectral imaging,MSI)技术对25个紫花苜蓿品种的种子进行检测,并对形态和光谱两种特征参数进行分析。结果显示,不同品种种子的形态和光谱特征参数均有区别。基于形态特征参数的k-means聚类分析,将不同苜蓿品种大致归为四类,其中三类偏向于国外品种,一类偏向于国内品种。再结合基于光谱特征参数的k-means聚类分析,根据聚类结果,可以大致区分25个品种的种子。此外,本研究尝试用多光谱数据来关联种子内物质含量,对种子抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)含量与形态、光谱特征参数的相关性进行分析,结果表明,种子AsA含量与形状参数a、形状参数b、长宽比以及紧实度圆等形态参数具有一定的相关性,相关系数分别为-0.59,-0.58,-0.67,-0.68。以上研究结果表明,利用多光谱成像技术检测不同紫花苜蓿品种具有可行性,种子内储存物质含量也与种子图像存在一定相关性。

紫花苜蓿田间杂草防除技术(综述)

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)作为一种优良的多年生豆科牧草,是我国优质蛋白质饲料的重要来源,而杂草是限制其产量和品质提升的重要因素。根据文献统计我国紫花苜蓿田杂草的种类、分布以及频次,并对紫花苜蓿田间杂草的综合防控措施进行综述,尤其对化学防除方法进行归纳整理,旨在为紫花苜蓿种植业相关的科技人员和生产者提供紫花苜蓿田杂草科学防除的技术信息。

放牧对中国北方天然草地群落营养品质影响的Meta分析

为探究放牧强度、家畜类型和放牧制度3种放牧因素以及采样时间、草地类型、年均温和年均降水量4种环境因素对中国北方天然草地群落营养品质的影响,本研究通过对35篇中英文文献,共计306组数据进行了基于随机效应和贝叶斯方法的Meta分析,定量研究了放牧对草地群落营养品质(粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、无氮浸出物、粗纤维、酸性和中性洗涤纤维含量)的效应,并结合随机森林方法,研究了7种因素对放牧效应的影响。结果表明,放牧可以增加草地群落粗蛋白含量,减少群落纤维含量,提高草地群落存留部分的营养品质,同时7种因素均对放牧效应存在显著影响,但对于不同营养品质指标,不同因素对放牧效应的影响存在差异。本研究为我国北方天然草地基于牧草品质的管理和研究工作提供了资料和参考。

我国籽实和饲草大麦土壤有效磷丰缺指标和推荐施磷量

为了给我国大麦测土施磷提供科学依据,采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法新应用公式”,开展了我国大麦土壤有效磷丰缺指标和推荐施磷量研究.结果表明,我国大麦土壤有效磷第1~8级丰缺指标依次为≥40.7、24.2~40.7、14.4~24.2、8.6~14.4、5.1~8.6、3.0~5.1、1.8~3.0和<1.8 mg/kg.当磷肥利用率15%~35%时,目标产量3~7.5 t/hm~2籽实大麦第1~8级土壤推荐施磷量分别为0、9~50、17~100、26~150、34~200、43~250、51~300和60~350 kg/hm~2;目标产量6~15 t/hm~2干草大麦第1~8级土壤推荐施磷量依次为0、9~50、17~100、26~150、34~200、43~250、51~300和60~350 kg/hm~2;目标产量15~45 t/hm~2青贮大麦第1~8级土壤推荐施磷量分别为0、7~51、15~102、22~153、29~204、36~255、44~306和51~357 kg/hm~2.本研究建立了我国籽实和饲草大麦土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统,为我国大麦测土施磷奠定了科学基础.

农牧交错区不同撂荒年限对农田土壤的影响

为研究撂荒年限对农田土壤的影响,本试验于8月植物生长旺季进行,选取未撂荒农田(CK)、撂荒7年(7a)、15年(15a)和30年(30a)的农田采集土壤样品,室内计算分析土壤理化特征的变化规律,结果表明,撂荒显著提高了土壤容重,降低了土壤孔隙度和土壤pH。与未撂荒地对比,撂荒显著提高了土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、全氮(Soil total nitrogen,TN)和全磷(Soil total phosphorus,TP)的含量。因此,长期撂荒对土壤养分状况具有显著改善作用。不同撂荒年限土壤含水量与土壤养分指标均呈显著正相关,长期撂荒下更少的蒸散耗水量减少了土壤水分的损失,使土壤养分得到了积累。本研究可为坝上农牧交错带撂荒地的合理规划提供理论支撑。

我国籽实和饲草燕麦土壤有效磷丰缺指标与推荐施磷量初步研究

为了给我国燕麦测土施磷提供科学依据,本研究采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法新应用公式”,开展了我国燕麦土壤有效磷丰缺指标与推荐施磷量研究。结果表明,我国燕麦土壤有效磷第1~8级丰缺指标依次为≥45、24~45、12~24、6.2~12、3.2~6.2、1.7~3.2、0.9~1.7和<0.9mg/kg。当磷肥当季利用率为15%~35%时,目标产量1.5~6.0t/hm^(2)籽实燕麦第1~8级土壤推荐施磷量分别为0、4~40、9~80、13~120、17~160、21~200、26~240和30~280kg/hm^(2);目标产量4.5~15t/hm^(2)饲草燕麦第1~8级土壤推荐施磷量依次为0、6~50、13~100、19~150、26~200、32~250、39~300和45~350kg/hm^(2)。本研究建立了我国籽实和饲草燕麦土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统,为我国燕麦测土施磷奠定了科学基础。

苜蓿基因组密码子偏好性分析

物种基因的密码子使用具有偏好性,能避免氨基酸的错误掺入。苜蓿(Medicago)密码子的偏好性尚未见报道。为揭示苜蓿属基因组密码子偏好性特点,我们利用软件分析四种苜蓿基因编码区密码子组成、相对同义密码子使用频率(RSCU)等参数探讨密码子偏好性特点,同时用多种方法分析造成苜蓿密码子偏好性的影响因素,计算确定苜蓿的最优密码子,最后通过聚类分析研究物种间密码子使用偏好性进化关系。结果表明:四种苜蓿的密码子偏好性相对较弱,其中‘中苜1号’最弱,苜蓿密码子第三位偏爱使用A/T;四种苜蓿密码子偏好性受自然选择压力的影响大,最优密码子多以A/T结尾;四种苜蓿的偏好性相似,且与烟草(Nicatiana tabacum L.)、番茄(Solanum lycopersicum L.)偏好性接近。本研究为苜蓿密码子优化应用提供了理论基础,特别是通过优化可以提高Cas9蛋白表达量促进基因编辑。

草产品加工及利用的生物学基础及研究进展

优质饲草是现代草食畜牧业健康、高质量发展的重要基础保障,也是维持优质、安全畜产品持续稳定生产的重要前提。草产品的精细加工、稳定贮存和高效利用是“饲草”向“畜产品”转化的关键步骤。通过系统解析饲草本底的生物学特性,贮存过程中微生物的组成、演替与代谢规律,功能微生物组调控牧草营养转化路径与利用机制,以及“微生物—发酵饲草料—草食家畜—畜产品”全生物链提质增效与安全调控机理,对于提升草产品品质与安全性、提高饲草利用率与转化率,推动我国饲草产业和草食畜牧业高质量发展,实现草食畜牧业提质增效等方面具有重要意义。

根癌农杆菌介导的紫花苜蓿遗传转化体系的优化

为进一步提高根癌农杆菌介导的紫花苜蓿遗传转化效率,本试验以紫花苜蓿(Medicago sativa L.)品种‘中苜1号’为试验材料,通过筛选高效再生的植株,以筛选出的植株叶片为外植体,并通过调节培养基激素配比,在农杆菌侵染过程中添加谷氨酰胺、进行冷处理等措施优化苜蓿由农杆菌介导的遗传转化体系。试验结果表明:转化过程中以嫩叶作为外植体,菌液和重悬液中添加150μmol·L^(-1)乙酰丁香酮,侵染过程中使用300μmol·L^(-1)的谷氨酰胺将瞬时转化效率从32%提高至92%,转化效率提高到31%。研究紫花苜蓿的遗传转化体系可为紫花苜蓿高效遗传改良及基因功能研究提供了技术支持。

我国籽实和饲草燕麦土壤氮素丰缺指标与推荐施氮量研究

为了给我国燕麦测土施氮提供科学依据,采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡―地力差减法新应用公式”,开展了我国燕麦土壤氮素丰缺指标与推荐施氮量研究.结果表明,我国燕麦土壤碱解氮第1~8级丰缺指标依次为≥389、219~389、123~219、70~123、39~70、22~39、13~22和<13 mg/kg;土壤全氮第1~8级丰缺指标依次为≥5.0、2.8~5.0、1.5~2.8、0.9~1.5、0.5~0.9、0.3~0.5、0.2~0.3和<0.2 g/kg;土壤有机质第1~8级丰缺指标依次为≥64、39~64、23~39、14~23、9~14、5~9、3~5和<3 g/kg.当氮肥利用率30%~50%时,目标产量1.5~6.0 t/hm^(2)籽实燕麦第1~8级土壤推荐施氮量分别为0、9~60、18~120、27~180、36~240、45~300、54~360和63~420 kg/hm^(2);目标产量4.5~15 t/hm^(2)饲草燕麦第1~8级土壤推荐施氮量依次为0、14~80、29~160、43~240、58~320、72~400、86~480和101~560 kg/hm^(2).本研究建立了我国籽实和饲草燕麦土壤氮素丰缺指标推荐施肥系统,为我国燕麦测土施氮奠定了科学基础.