发展玉豆带状复合种植,保障国家粮食安全

农业是国家基础性产业。随着人口的增长、城市的发展、耕地面积的下降、生态环境的日趋恶化,农业正面临严峻的挑战。据《中国的粮食问题》白皮书,至2030年,我国粮食需求总量将达6.4亿吨左右,供需矛盾非常突出。目前,四大粮食作物中小麦、稻谷由净出口转为净进口,玉米产需缺口迅速扩大,大豆缺口巨大。而玉米和大豆属于粮油饲兼用作物,占粮食和饲料粮需求的49%和95%,且两作物争地矛盾是长期困扰我国粮食安全的一大难题。

基于间套作弱光胁迫下作物源库协调与产量研究进展

光能在作物进行光合作用和籽粒产量形成中起着重要作用。随着我国种植结构和区划的调整,间套作种植模式在一些适宜地区得到广泛应用,增加了农田生产力。然而,间套作种植方式下,由于受高位作物荫蔽影响,低位作物在某一生长阶段常常处于弱光胁迫环境中。弱光胁迫不仅会引起作物生长发育不良,而且会制约作物产量的提升。本文以间套作荫蔽环境下的大豆源库关系为例,综述了弱光胁迫调节作物源库器官生长发育的国内外研究现状;阐述了源库协调与作物产量之间的关系以及现有间套作作物产量研究概况与存在的不足;探讨了未来间套作种植下作物在源库关系与产量研究的发展方向。

活性氧调控豆科植物早期结瘤的研究进展

活性氧(reactive oxygen species, ROS)是一类具有高反应活性的氧衍生物,包括超氧阴离子(·O2—)、羟自由基(·OH)、过氧羟自由基(·HO2)以及过氧化氢(H2O2)等。植物在进行有氧代谢或遭遇生物与非生物胁迫时会产生ROS,它不仅仅是有氧代谢的有毒副产物,同时能作为信号分子调节体内代谢过程,对抗外界环境。豆科植物形成根瘤时同样会产生ROS,这种ROS的变化区别于病原体入侵,而是作为一种信号物质参与结瘤过程。结瘤因子(nodfactor,NF)诱导下ROS的产生参与了浸染线形成时细胞壁的重建、植物基质糖蛋白(matrixglycoprotein,MGP)的交联和肌动蛋白微丝的成核和延长过程。细胞质膜NADPH氧化酶(respiratoryburstox-idase homologue, RBOHs)是共生过程中ROS产生的主要途径, Rboh基因的过表达会促进根瘤菌浸染和根瘤形成,同时根瘤中的共生微粒体数量增加,固氮效率提高,而表达受抑制后会减少ROS的产生,同时下调结瘤相关基因RIPs、NIN、ENOD2的表达,抑制固氮酶活性。此外, ROS时空上的变化与Ca2+相关联,协同调控根系结瘤。ROS的产生是植物与微生物早期的识别信号,通过认识ROS在早期结瘤过程中的作用有助于我们进一步理解共生关系建立的特异性。本文就ROS在早期结瘤过程中的产生及其发挥的作用做了综述,指出ROS通过直接或间接作用诱导结瘤基因的表达,是豆科植物根瘤形成以及功能固氮的重要信号分子。

不同结瘤品种和行间距对套作大豆根瘤生长及物质积累与分配的影响

在玉米/大豆套作模式下,采用2因素随机区组设计,研究不同玉米/大豆间距(45、60、75 cm,依次记为IS45、IS60、IS75)和不同结瘤特性的大豆品种(弱结瘤:贡选1号;强结瘤:南豆25号)对大豆根瘤生长、干物质积累和分配的影响。结果表明:从三节期到盛花期,随着玉米/大豆间距的增大,大豆受玉米的荫蔽影响减小,根瘤数目和干质量增加;在始粒期大豆的根瘤数目和干质量达到最大值,表现为IS60>IS75>IS45;相较于弱结瘤品种,强结瘤品种的根瘤数目较少,根瘤干质量较大。从三节期到盛花期,大豆干物质积累总量随玉米/大豆间距的缩小而减少,主要分配在茎秆和叶片;强结瘤品种茎秆和叶片的干物质积累量及干物质积累总量小于弱结瘤品种。从始粒期到成熟期,大豆干物质积累总量迅速增加,茎秆和叶片的分配率降低,荚果的分配率增大,强结瘤品种在成熟期玉米/大豆间距为60 cm时达到最大值。强结瘤品种各营养器官的输出率和贡献率较高,其平均产量比弱结瘤品种高2.94%,IS60处理的平均产量分别比IS45和IS75高9.77%和2.67%。相对于弱结瘤品种,强结瘤品种产量的提高主要通过提高单荚粒数和百粒质量来实现。

施氮量对玉米/大豆套作系统土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

为揭示玉米/大豆套作体系下土壤氮素转换的调控机理和根际微生态效应,以种植模式为主因素[设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS)3种处理],以玉米、大豆施氮总量(玉米、大豆施氮比例为3∶1)为副因素[设不施氮(NN,0 kg?hm^(-2))、减量施氮(RN,180 kg?hm^(-2))和常量施氮(CN,240 kg?hm^(-2))3个处理],研究了玉米/大豆套作系统下不同施氮量对作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:与相应单作相比,套作下玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37%和8.79%;套作大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量高于单作大豆;套作玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和套作大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高。各施氮水平间,减量施氮下玉米、大豆根际土壤真菌数量较常量施氮和不施氮均有所提高;施氮提高了玉米、大豆根际土壤放线菌数量;大豆根际土壤固氮菌数量以减量施氮最高,比不施氮和常量施氮高17.78%和5.67%;玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和大豆根际土壤脲酶活性均以减量施氮为最高。适宜的施氮量不仅能增加玉米/大豆套作土壤中真菌、放线菌、固氮菌的数量,还能提高土壤蛋白酶、脲酶活性,调节土壤氮素的转化,促进玉米/大豆对土壤中氮素的吸收,实现节能增效。

长期定位施氮对套作大豆温室气体排放及产量的影响

【目的】通过长期定位施氮试验,研究不同施氮水平对套作大豆温室气体排放及产量的影响。【方法】采用二因素裂区设计,主因素为种植模式,大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS);副因素为玉米、大豆施氮总量,设不施氮(NN:0)、减量施氮(RN:180 kg/hm^2)和常量施氮(CN:240 kg/hm^2)。【结果】种植模式对大豆农田温室气体排放有影响,大豆单作和玉米/大豆套作下的大豆CO_2排放通量在V5和R5出现峰值,R5期的大豆单作较玉米大豆套作的CO_2排放通量高13.45%;除V7和R8期外,大豆单套作的CH_4为吸收状态,在大豆生育期呈降低后增加的规律,在R2期出现最低值;大豆单作N_2O的排放通量高于玉米/大豆套作。不同施氮水平对大豆农田温室气体排放有显著影响,套作下V5-V10期的CO_2排放通量为NN>CN>RN,R2和R5期为CN>RN>NN;套作下的CH_4排放通量表现为CN>RN>NN,V10期后为NN>CN>RN;V3-V10期的N_2O排放通量表现为CN>RN>NN。套作大豆产量比单作大豆高15.92%,有显著差异;不同施氮水平下,套作下大豆的产量则是以CN为最高,表现为CN>RN>NN,RN和CN分别比NN高24.97%和46.23%。套作玉米产量比单作玉米产量高3.98%,单作玉米的产量RN比NN和CN分别高128.51%和3.2%,套作下玉米产量CN比RN和NN分别高0.94%和61%。【结论】套作及减量施氮不仅能保证作物的产量,还能减少温室气体的排放,实现减排增产。