有机旱作农业——中国旱区特色农业发展之路

解决几十年来农业拼投入、拼资源、拼环境粗放型增长造成的高产低质、资源浪费、产能下降、环境污染等系列问题,加速农业转型,实现绿色、生态、可持续发展变得极为迫切。习近平总书记关于“有机旱作农业”的重要指示为山西以及广大旱区农业发展指明了方向。阐释了有机旱作农业的深刻内涵要义和绿色发展理念,分析了其“大有机”的文化基因和科学本质,论述了传统有机旱作农业的优势与不足,揭示了当下旱作节水农业的问题与隐忧,明确了大力发展有机旱作农业对于农业转型高质量发展的重要意义,提出了走好有机旱作农业道路的举措建议。

小麦穗型相关生长素通路基因发掘及TaARF23-A与小穗数关联分析

生长素是调控作物穗部形态的主要内源激素之一。为了发掘小麦中与穗型相关的生长素通路基因,本研究选择了纺锤穗型品系SY95-71和密穗品系CH7034,对其幼穗内源生长素含量进行了检测,结果显示SY95-71幼穗中的色胺含量显著高于CH7034。转录组测序结果表明,在高置信区间(P<0.01)范围内, SY95-71幼穗中富集到4个特有的生长素相关条目,并且色氨酸脱羧酶基因(负责将色氨酸转化为色胺)和生长素响应因子基因(Auxin Response Factors,ARFs)的转录水平均显著高于CH7034。对在SY95-71中高表达的2个ARF基因(TraesCS7A02G475700和TraesCS7A02G475600)作了进一步分析,结果显示二者是位于7A染色体长臂上的一对串联重复基因,根据小麦ARF家族成员编号,将其分别命名为TaARF23-A1和TaARF23-A2。qRT-PCR结果证实SY95-71幼穗中TaARF23-A1和TaARF23-A2的表达量极显著高于CH7034。测序结果显示TaARF23-A的外显子序列在SY95-71和CH7034间具有2个SNP和1个InDel。根据InDel位点开发分子标记,并将其与SY95-71和CH7034的RILs群体在6个大田环境下的穗部表型进行关联分析,结果显示TaARF23-A与小穗数显著相关(P<0.0001),其CH7034型等位变异比SY95-71型等位变异增加了1.67个小穗。本研究结果将为小穗发育机制解析提供参考,也为小麦理想穗型改良提供了分子标记。

小麦芽期和苗期耐盐鉴定方法的适用性评价

耐盐鉴定是筛选种质和选育耐盐小麦品种的前提。小麦室内耐盐鉴定方法较多,涉及不同生育时期和组织器官。为了评估这些方法在生产上的适用性,本研究选用北方冬麦区5个耐盐品种和5个盐敏感品种为试验材料,对基于芽期和苗期的7种耐盐鉴定方法(涉及27个测试指标)进行实用性评价。结果显示,利用小麦种子的发芽相对盐害率不能区分参试耐盐品种和盐敏感品种,而小麦苗期的叶部盐害指数、根部Na^(+)和K^(+)流速以及根尖数、根径、叶片K^(+)含量的相对盐害率在耐盐和盐敏感品种之间差异显著。综合回归分析结果和可操作性,明确叶部盐害指数是北方冬麦区适用性较高的耐盐鉴定方法,可结合根尖数相对盐害率、叶片K^(+)含量相对盐害率或根部Na^(+)和K^(+)流速用于种质筛选或品种选育。本研究从适用程度方面解析和评价了耐盐鉴定方法,为小麦耐盐育种工作提供参考信息。

山西小麦苗期耐低磷特性及遗传分析

【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏,而小麦不同基因型间的磷效率差异很大,因此,鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料,在正常磷(0.2 mmol·L^(-1))、中度低磷(0.1mmol·L^(-1))和低磷胁迫(0.01 mmol·L^(-1))3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重,最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查,运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性,在此基础上,分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征,并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同,磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化,与根部生长情况比较,地上部生长受磷浓度变化影响小;磷浓度降低会抑制地上部生长,地上部干重和鲜重显著降低,而低磷促进了根系生长,根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标,D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升,2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势,2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R^(2)>10%的稳定位点,其中,1A_545074550、2B_489279799、6A_166899658和6A_273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力,筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控效应

【目的】适宜的密度与氮肥运筹是提高玉米抗倒伏能力、保证高产稳产和提高生产效益的重要措施。探讨不同施氮量与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的影响,以期为山西春玉米的高产高效栽培及籽粒机收的发展提供理论支撑。【方法】于2018和2019年在山西晋中进行玉米田间试验,供试玉米品种为‘郑单958’。设置4个施氮水平:0、120、180、240 kg/hm^(2) (N0、N1、N2、N3);3个种植密度:60000、75000、90000株/hm^(2)(D1、D2、D3)。调查玉米吐丝期茎秆农艺性状,生理成熟期穗位以下茎秆生物学、力学性状及倒伏率,并测定产量。【结果】随着种植密度和施氮量的增加,玉米产量呈先增加后降低的趋势。在D2密度下达到最高值,两年平均产量为13792 kg/hm^(2),较D1和D3密度下分别增加了4.8%和8.3%。与N0相比,N1、N2和N3处理分别增产24.3%、26.7%和23.9%。N3处理对穗粒数与千粒重无显著影响,但产量低于N1和N2处理。增密导致玉米茎秆变细,株高、穗位上升,玉米第3~6节长粗比增加,穿刺强度、抗压强度、抗弯折力等茎秆力学特性变差。D2和D3密度下两年玉米平均倒伏率较D1分别升高了1.33、3.73个百分点。N1、N2、N3处理两年玉米平均倒伏率较N0分别增加了2.50、3.25、4.80个百分点。适当增氮有利于消减因密度增加导致的生物学、力学特性变差,D2和D3密度下,N2处理第3~6节穿刺强度、抗压强度和抗弯折力维持在较高水平,显著高于N3处理。【结论】合理的氮肥用量可改善因密度增加导致的茎秆细弱、玉米茎秆力学特性变差问题,降低倒伏风险,因而增加产量。在山西中部春玉米种植区,种植密度为75000株/hm^(2)、施氮量180 kg/hm^(2),是玉米产量、茎秆力学特性及抗倒性能和谐的密度肥料组合。

黄土高原半干旱区覆膜和施磷对紫花苜蓿草地土壤磷组分的影响

在黄土高原半干旱区,较低的土壤磷(P)有效性限制了紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的生长。阐明连续覆膜和施磷对紫花苜蓿草地土壤磷组分的影响对合理施磷和提高紫花苜蓿草地生产力具有重要意义。试验设置2个覆膜处理(不覆膜和覆膜)和4个磷肥梯度[0 kg(P)·hm^(−2)、9.7 kg(P)·hm^(−2)、19.2 kg(P)·hm^(−2)和28.8 kg(P)·hm^(−2)],研究了覆膜和施磷在不同处理年限(3年和9年)对紫花苜蓿草地不同活性土壤磷组分及其影响因素的影响。结果表明,与不覆膜相比,覆膜处理第3年紫花苜蓿地上部分磷吸收量显著增加52.4%,土壤Olsen-P、活性较高的NaHCO_(3)-Po和NaHCO_(3)-Pi以及中等活性的NaOH-Pi含量分别显著降低15.5%、20.2%、10.2%和27.9%;覆膜处理第9年土壤NaHCO_(3)-Po和NaHCO_(3)-Pi含量显著增加37.3%和24.3%,而地上部分磷吸收量、土壤Olsen-P和NaOH-Pi含量没有显著变化。与不覆膜相比,无论处理年限长短,覆膜均显著降低了活性较低的稀HCl-Pi含量,显著提高了土壤Na-OH-Po、浓HCl-Po和残留态磷(Residual-P)含量,而对浓HCl-Pi和全磷含量没有显著影响。与不施磷相比,除施磷处理第3年土壤残留态磷含量没有显著变化外,施磷处理第3年和第9年紫花苜蓿地上部分磷吸收量、土壤全磷、Olsen-P以及所有磷组分含量均显著增加。冗余分析显示,地上部分磷吸收量、土壤pH和碱性磷酸酶活性是影响土壤磷组分变化的主要因素。与不覆膜相比,覆膜处理在第3年和第9年显著增加了土壤碱性磷酸酶活性,在第9年显著降低土壤pH。与不施磷相比,施磷处理在第3年和第9年显著降低了土壤pH,在第9年显著降低了土壤碱性磷酸酶活性。综上,覆膜可通过降低土壤pH和提高磷酸酶活性促进低活性磷组分向中、高活性磷组分转化,所以将覆膜和施磷结合可有效提高紫花苜蓿草地土壤磷有效性和供磷潜力,且随着处理年限的延长,效果愈加明显。

根际细菌对番茄幼苗生长的影响

利用阿须贝氏无氮培养基在番茄根际土中筛选到5株细菌菌株,鉴定菌株生物学分类;然后以番茄为供试植物,分别添加5株菌株菌液为处理,研究根际细菌对番茄幼苗生长和根系结构的影响。结果显示,5株菌株均显著降低了番茄幼苗的株高和SPAD值。FN2和FN6菌株显著降低了植物的干重、鲜重和地上部的投影面积。FN6菌株还降低了植物的根总表面积和根总体积。5株菌株都未呈现出正向促进效应。该研究为开发根际细菌存在的潜在风险提供警惕。

近红外谷物品质分析仪已建模型应用性分析

【目的】验证FOSS-Infratec^(TM) Nova近红外谷物品质分析仪已建小麦、玉米、高粱模型的精确性和稳定性。【方法】对比仪器中两个检测单元(容重模块TWM检测单元和STM样品传送单元)间小麦、玉米、高粱的水分、蛋白质、淀粉含量检测结果,并对STM检测单元中不同光程下水分、蛋白质、淀粉含量与化学方法检测值进行对比。【结果】小麦在STM单元18 mm光程下、玉米在STM单元29 mm光程下样品水分、蛋白质、淀粉含量检测值与TWM和化学方法检测值间差异不显著(P>0.05),高粱在STM不同光程下样品水分、蛋白质、淀粉含量检测值与化学方法检测值拟合度不高且相关性不一致。【结论】小麦和玉米已建模型分析性能稳定、结果可靠;高粱模型检测性能较差,需进一步校准或重建模型。

不同沼液回流比对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵性能的影响分析

为明确沼液回流对厌氧发酵特性的影响,以鸡粪和玉米秸秆为混合发酵原料,设置0(对照)、25%、50%、75%、100%5个不同回流比,在中温(35℃)条件下进行半连续式厌氧发酵试验,通过测定和分析产气指标、发酵料液的理化性质及化学需氧量(COD)去除率,确立鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比。结果表明,回流比为25%时,系统产气效果最好,甲烷总产量为96.87 L,较对照(90.90 L)提高6.56%;COD平均去除率最高,为62.40%,较对照(60.22%)提高2.18个百分点;此时,发酵系统的pH值及挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮、COD质量浓度等均较稳定,发酵系统处于稳定状态(VFA/TA<0.3)。当回流比>25%时,VFA、氨氮、COD质量浓度等开始随回流比的提升而增加,甲烷总产量和COD去除率则随回流比的提升而逐渐降低。回流比提升至75%、100%时,VFA、氨氮质量浓度在其发酵周期内随发酵时间的延长而快速增长,出现明显累积,此时游离氨(FAN)平均质量浓度分别为303.14、522.15 mg/L,大大超过了FAN的抑制限值(200 mg/L)。回流比为50%、75%、100%时,甲烷总产量分别为87.08、79.31、69.66 L,较对照分别降低4.20%、12.76%、23.37%;COD平均去除率分别为48.46%、37.85%、29.56%,较对照分别降低11.76、22.37、30.66个百分点。回流比为50%时,VFA/TA<0.3,发酵系统处于稳定状态;回流比为75%、100%时,VFA/TA>0.3,发酵系统不稳定。综上,鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比为25%,回流比过高时会引发厌氧发酵系统VFA和氨氮的累积,抑制产气。

小麦卷叶突变体RL1的生理特性及遗传研究

小麦叶片在逆境下会发生可逆的折叠或卷曲,通过脱水回避的形态学变化降低非生物胁迫的损害。目前小麦叶片卷曲的生理和遗传调控机制尚不清楚。本文利用EMS诱变晋麦47获得了卷叶突变体RL1(Rolled Leaf 1),RL1在整个生育期叶片呈现卷曲,初生叶片沿中轴脉向近轴面微卷,随着叶片生长加速卷曲,直至为筒状。与野生型相比,RL1株高降低、穗长变短、旗叶变窄和千粒重降低。氯化三苯基四氮唑(TTC)染色结果表明RL1种子活力低,且种子发芽率降低了22%。抽穗10 d后,RL1的叶绿素含量与野生型基本一致,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间隙CO_(2)浓度差异不显著,但水分利用率降低。低温、高温和干旱促进RL1的叶片卷曲;石蜡切片观察表明,RL1的大叶脉和小叶脉偏少,在中脉区域远轴面厚壁细胞和近轴面薄壁细胞数目减少,且维管束间泡状细胞的面积和数量均明显低于野生型;RL1叶片不同部位泡状细胞缩小以及维管束减少导致整个叶片向近轴面极度卷曲。遗传分析表明该性状受1对不完全显性的核基因控制,位于1D染色体短臂上,精细定位将目标区间锁定在9.42 Mb范围内。

气候变化背景下汾渭平原参考作物蒸散量的时空变化与归因分析

参考作物蒸散量(ET_(0))是估算植被生态需水量的关键数据。气候变化背景下,不同区域的ET_(0)变化趋势各有不同,从区域尺度研究ET_(0)的时空变化与归因分析更有利于变化环境下区域的农业用水管理和生态需水量估算。本研究基于第六次国际耦合模式比较项目(CMIP6)发布的最新气候数据和高精度栅格数据,分析了汾渭平原年均ET_(0)在历史时期(1985—2015年)和未来时期(2030—2060年)的变化趋势、空间分布以及气象要素对ET_(0)变化的贡献。结果表明:CMIP6的气象数据经偏差校正后可用于预测ET_(0),且多模式集合方法的预测精度(R^(2)为82.9%,均方根误差为14.9 mm)高于单个气候模式的精度。汾渭平原ET_(0)在历史时期呈显著下降趋势;在未来时期的SSP245和SSP585情景下分别呈不显著上升和显著上升趋势。饱和水汽压差在历史和未来时期对ET_(0)变化的贡献率均最大,是气候变化条件下影响汾渭平原ET_(0)变化的首要气象要素,太阳净辐射和风速是历史时期影响ET_(0)变化的重要气象要素,温度和风速是未来时期影响ET_(0)变化的重要气象要素。这些气象要素的较大贡献是由于其具有较大的多年相对变化率,而不是对ET_(0)有高度的敏感性。未来时期SSP245和SSP585情景下的汾渭平原ET_(0)相比历史时期分别增加4.2%和3.1%。汾渭平原ET_(0)的变化趋势、相对变化的空间分布差异主要表现在平原的东部与西部地区之间。本研究的高精度ET_(0)时空分布结果可为汾渭平原地区制定应对气候变化的适应性措施提供数据参考。

不同处理对玉米籽粒机械收获破碎率影响的研究

为研究不同处理对玉米籽粒破碎率的影响,分析籽粒破碎率在实验室和实际机收下的关系,探索一种测试破碎率的便捷方式,设置不同的试验,包括品种、施氮量、播期、收获期,通过室内研磨测试不同孔径下籽粒的破碎率,并拟合机械收获过程中破碎率曲线。结果表明,不同品种、施氮量、播期、收获期籽粒破碎率之间差异明显,籽粒类型偏角质、减氮25%、收获期适当推迟可以提升籽粒耐破碎性。籽粒机械收获时含水率与破碎率呈二次曲线关系,当含水率为21.95%时,破碎率最低,为4.32%;含水率与实验室内研磨籽粒孔径为2.36 mm筛子计算出的破碎率呈二次曲线关系,回归曲线方程分析相近。本研究通过室内研磨籽粒测试破碎率(2.36 mm)模拟籽粒机械实际收获时的破碎率,为选育适宜籽粒机收品种提供测试破碎率更灵活便捷的方式。