山西功能农业的研究背景、进展与发展方向

本文通过查阅文献、收集资料,从农业基础、功能农业发展需求和提出历程的角度介绍了山西省功能农业的研究背景;以两个省级重点研发项目为案例,分析了山西省在开展功能农业研究与产业发展时的思路,即在优势特色农业资源的基础上,实现政、产、学、研的有机结合,并注重从原材料到功能农产品的全链条式研发;进而指出山西省未来功能农业总体发展目标和主要方向,以此对山西省功能农业产业发展方向进行展望。

关于山西省“十三五”功能农业产业发展的思考

运用SWOT分析法,分析了山西省功能农业产业发展的优势、劣势、机遇、威胁,提出了山西发展功能农业的优势是自然条件特点突出,具有先天的资源禀赋,初具规模的功能农业产业及已开展的相关科研;劣势是功能农业科研基础薄弱且投入有限,标准制定落后;机遇是国家及省部级政策对功能农业的大力支持;威胁是功能农业产业系统规划不足,品牌建设和相关培训条件有限。结合以上分析内容,梳理出山西省在"十三五"期间发展功能农业的主要思路和九大重点方向,为山西省发展功能农业提供理论依据。

山西省功能农业现状与未来

根据功能农业的概念及其发展理念,结合山西的生态系统现状、特色种植业结构和政策机遇,进一步分析了在山西发展功能农业的优势和不足。山西省发展功能农业具有先天的资源禀赋、初具规模的产业基础及先人一步的政策支撑等;不足在于功能农业科研创新基础薄弱、标准制定落后、基础设施和品牌建设滞后等。结合以上分析内容,本文梳理出发展功能农业的主要思路,为山西省发展功能农业提供理论依据。

2008—2018年功能农业的理论发展与实践

功能农业作为高产农业、绿色农业之后,农业发展的新阶段,是"调优供给"、"调强农业产业"的重要支撑性技术,加强功能农业研究是构建生态高值农业产业体系的重要内容,是我国农业供给侧结构性改革的主要举措之一,对我国农业发展和乡村振兴战略具有重要意义。功能农业从2008年提出至今已有十年时间,本文对有关功能农业的定义、学科的发展、应用实践,进行了系统回顾,对于未来发展进行了展望。

我们的未来农业——功能农业

[目的]功能农业作为农业未来发展的新阶段,对我国农业发展具有重要意义。为构建生态高值农业产业体系提供参考。[方法]对我国当前土壤与农业现状,生态高值农业的提出背景与建设内涵,功能农业的创建与意义进行了综述。[结果]土壤安全等生态安全与农业发展关系密切,"生态高值农业"即构建集约化经营与生态化生产有机结合的现代农业,功能农业作为生态高值农业的延伸,解决了生态高值农业中农产品附加值提升、矿物质补充形态革新和功能性食品生产的技术瓶颈。[结论]功能农业研发的发展方向与生态高值农业的理念、内涵相一致,功能农业不但是生态高值农业的支撑性技术,它的发展还为我国生态高值农业产业体系构建积累了经验、奠定了基础。

我国硒(Se)、锌(Zn)和钙(Ca)生物营养强化研究进展

中国农业发展从追求吃饱饭到追求吃好饭,吃的健康。绿色安全且富有营养物质的优质农产品的需求大量提升。加强功能农业发展,对我国农业供给侧结构性改革、健康中国战略等具有重要意义。生物营养强化技术作为功能农业重要研究方向之一,具有使农作物定量含有某种或某几种矿物质的作用,从而有助于改善我国“隐性饥饿”问题。本文综述了生物营养强化技术发展成因及创新研究进展,并对其未来发展方向进行了展望,为发展生物营养强化技术改善“隐性饥饿”问题提供了理论支撑。

响应面法优化超声波辅助提取黑小麦花色苷的工艺研究

以黑小麦为研究对象,利用响应面分析法对黑小麦超声波辅助乙醇提取花色苷工艺进行优化。在单因素试验的基础上,以料液比、乙醇浓度、超声时间、超声温度为影响因素,采用Box-Behnken响应面法,利用四因素三水平正交试验确定最佳提取条件。结果表明,对花色苷提取量影响最大的是料液比,其次是超声温度和超声时间,影响最小的是乙醇浓度。最终确定黑粒小麦的花色苷最佳提取条件是料液比1∶48(g/mL),乙醇浓度60%,提取时间58 min,提取温度40℃。在此条件下,花色苷提取量最高为28.61 mg/100 g,与模型理论预测值相近,说明该模型回归性良好,试验的拟合程度高,可以用于黑粒小麦花色苷提取率的预测。

硒肥土施位置对小麦生理特性及硒积累的影响

为明确富硒有机肥在土壤中不同的施用位置对小麦生理特性及富硒效果的影响,以‘鑫麦296’为试验材料,在与小麦根际水平距离5和10 cm处,同时与土表垂直深度5、10、15 cm处土施硒肥,对6个处理条件下的小麦成熟期农艺性状、产量因素、硒含量及硒积累量等指标进行测定。运用隶属函数法综合分析可得,与其他施用位置相比,将硒肥施于小麦根际水平距离5 cm、土表垂直深度5 cm位置时(T1处理)可获得较优肥效。在此条件下,小麦平均株高达67.18 cm,每株平均干物质量为20.30 g,产量达820.17 g·m^(-2),植株硒积累量为10.85μg·株^(-1),均显著高于其他处理,且所含硒元素以硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸等有机态硒为主。因此,建议在富硒小麦生产中可在小麦根际水平距离5 cm、土表垂直深度5 cm位置施用硒肥从而获得较好的产量和富硒效果,为富硒小麦精准施肥提供了理论参考。

生物强化提高水稻糙米锌含量及其生物有效性

【目的】研究利用有机锌肥生物强化水稻糙米锌含量的可行性及其生物可给性。【方法】锌生物强化试验在江苏溧阳进行,供试锌肥为糖醇螯合态锌(Zn 170 g/L),供试水稻品种为中熟晚粳稻‘南粳46’。设5个处理:喷施清水(CK);锌肥喷施一次,用量为2.55 kg/hm^(2)(Zn1)、5.10 kg/hm^(2)(Zn2);锌肥喷施两次,总施用量为5.10 kg/hm^(2)(Zn3)、10.20 kg/hm^(2)(Zn4)。水稻成熟后,测定糙米中锌、植酸含量,测定糙米中锌赋存形态含量,计算糙米植酸/锌摩尔比、糙米锌赋存形态占比,并利用in vitro人工胃肠模拟法分析糙米锌在胃阶段和胃肠阶段的溶出量,以溶出锌与糙米锌量之比来计算糙米锌生物可给性。【结果】与CK处理相比,锌生物强化对糙米植酸含量无显著影响,但显著提高了糙米锌含量,Zn1、Zn2、Zn3和Zn4处理的增幅分别为23.93%、37.51%、82.38%和87.81%,Zn3和Zn4处理增幅差异不显著。Zn1、Zn2处理对糙米植酸/锌摩尔比无显著影响,Zn3和Zn4处理显著降低了植酸/锌摩尔比。锌处理不同程度提高了糙米中各赋存形态锌含量,Zn2处理显著提高了糙米盐溶态和碱溶态锌含量,Zn3处理显著提高了所有赋存形态锌含量,而Zn4处理显著提高了除水溶态锌外的其他3类锌含量,Zn3和Zn4处理间各赋存形态锌含量无显著差异。锌处理水平影响着糙米各赋存形态锌的占比,与CK处理相比,Zn1处理下各赋存形态锌占比无显著变化,Zn2处理显著降低了复合态锌占比,Zn3处理显著降低了水溶态锌占比,而Zn4处理显著降低了水溶态锌占比,显著提高了盐溶态锌占比。锌生物强化可提高糙米中锌在胃肠阶段的溶出量,CK、Zn1、Zn2、Zn3和Zn4处理强化后糙米锌在胃肠阶段的溶出量分别为19.52、24.15、23.14、30.62和32.55 mg/kg,Zn3和Zn4处理的溶出量无显著差异,但明显高于Zn1和Zn2处理。相关性分析表明,糙米锌在胃肠阶段溶出量与糙米锌含量极显著正相关,与糙米水溶态锌占比极显著负相关,与复合态锌占比无显著相关,糙米锌生物可给性与植酸/锌摩尔比呈极显著相关。【结论】锌生物强化可显著提高糙米总锌含量,降低植酸/锌摩尔比,提高稻米中强化锌的生物有效锌。低施锌量虽然也提升了糙米的总锌含量,但不影响糙米中各赋存形态锌的比例。高施锌量不论是一次还是分两次喷施,不仅更有效提升了糙米总锌含量,还显著降低了水溶态锌占比,增加了盐溶态锌比例,因而提高了胃肠阶段的锌溶出量。因此,以提高糙米锌含量及其生物有效性为目的的生物强化措施推荐喷施5.10 kg/hm^(2)糖醇螯合态锌肥,并分两次施用。

土壤施硒酸钠对盐碱地油用向日葵产量及营养品质的影响

对盐碱地油用向日葵施用硒酸钠,探讨不同施Se量(0、100、200、300、400 g/hm^2)对油用向日葵产量及营养品质的影响。结果表明:施用适量Se(300 g/hm^2)有利于提高油用向日葵产量,而过低(100~200 g/hm^2)或过高量Se(400 g/hm^2)均降低了油用向日葵产量;土施100~200 g/hm^2 Se,提高了K、S、Fe、Zn、Mn、Cu、Se、油酸和亚油酸含量,降低籽仁Cr、Cd、Pb含量;施用Se 300 g/hm^2左右有利于降低籽仁棕榈酸和硬脂酸含量。综合考虑油葵产量和各营养指标的变化情况,在盐碱地生产富Se油用向日葵最适宜的施Se量为200~300 g/hm^2。

外源硒肥对小麦籽粒产量及植株硒元素积累的影响

为明确不同种类硒肥对小麦富硒能力的影响,本研究以山西中部大面积推广的优质小麦品种‘中麦175’为材料,在开花期叶面喷施3种不同种类硒肥(无机硒肥、有机硒肥、纳米硒肥),对小麦农艺性状、产量形成、籽粒硒积累、硒强化指数等进行测定计算。结果表明:小麦开花期叶面喷施硒肥较不喷硒植株干物质量显著增加,千粒重显著提高,产量显著提高,达5.7%~10%,且以喷施有机硒肥最高;成熟期各器官硒含量及其累积量显著提高,籽粒中硒含量达236~275μg/kg,均达到富硒稻谷标准。喷施有机硒肥较纳米硒肥和无机硒肥成熟期茎、颖壳+穗轴及籽粒硒含量及其积累量显著提高,叶硒含量及其积累量显著降低;籽粒中硒代蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸含量显著提高,硒酸盐降低。此外,喷施纳米硒肥和有机硒肥植株和籽粒硒强化指数均显著高于喷施无机硒肥,且籽粒及籽粒有机态硒强化指数均以喷施有机硒肥显著最高。综上所述,小麦开花期喷施有机硒肥有利于通过提高千粒重提高产量,有利于促进植株中硒素向到籽粒中运转,有利于减少籽粒中无机态硒积累,促进有机态硒积累。

硒酸钠对小麦幼苗生长及微量元素积累的影响

外界硫酸盐环境的变化会影响植物对硒酸盐的吸收转运,且营养元素之间的相互作用会影响植物营养状况、健康和产量。试验选取2个小麦品种冬黑1号和洛旱6号在硫充足(+S)和缺硫(-S)营养液中培养,研究不同浓度硒酸钠对小麦幼苗生长及硒、钼、铁、铜和锌元素含量的影响,从中筛选促进小麦幼苗生长的最适硒酸钠浓度。结果表明,小麦根部吸收的硒和钼可以向地上部转运,主要集中在地上部,叶片硒含量随硒酸钠浓度的增加而增加,且缺硫处理下小麦幼苗对硒和钼的吸收积累能力更强;铁、铜和锌多集中在根部,在植物体内迁移转化能力弱,适宜浓度硒酸钠可以提高叶片铁、铜和锌含量,而硫缺乏和硒酸钠处理均会降低根部铁、铜、锌含量;硫充足(+S)和缺硫(-S)条件下促进小麦幼苗生长的最适硒酸钠浓度分别为5、1μmol/L,此时小麦生长状况良好,微量元素积累也较高;缺硫营养液中高浓度硒酸钠(10μmol/L)处理下,小麦叶片中硒含量最高,但对小麦幼苗有毒害作用,根长、叶绿素含量及硒耐受指数均最低,而硫酸盐可以减弱硒的毒害作用。不同营养环境下只有添加适宜浓度硒酸钠才能促进小麦幼苗生长,同时增加植物中营养元素含量。

我国硒资源变硒产业的重点、难点和发展实践

从整体来看我国硒资源较为匮乏,约有72%的地区属于缺硒地区,同时我国存在256个富硒地区。部分富硒地区立足自身硒资源优势,大力发展硒产业,实现了硒资源向硒产业的转化,但仍面临一些问题和挑战。本研究从硒产业发展的标准化、智慧化、绿色化、品牌化4个方面系统地梳理了我国硒产业发展存在的难点问题,指出我国硒产业发展的重点方向,介绍了我国富硒地区硒产业发展实践,最后从加强标准化、智慧化、绿色化及品牌化等“四化”的建设角度,为我国硒资源更好地变为硒产业,提供了有关综合解决方案的系统性思考。

春季灌水次数对灌区宽幅条播冬小麦植株氮素运转及产量的影响

为明确宽幅条播冬小麦的节水机理,于2017—2018年在山西农业大学闻喜试验示范基地开展大田试验,研究春季不灌水(W0)、春灌1水(W1,拔节水)、春灌2水(W2,拔节水、开花水)与常规条播(DS)、宽幅条播(WS)对冬小麦土壤水分消耗、植株氮素运转、产量及效益的影响。结果表明:较春季不灌水,春灌1水和春灌2水显著增加播种-拔节、拔节-开花期土壤耗水量及耗水强度,显著增加拔节、孕穗和开花期植株氮素积累量,增加花前各器官氮素运转量、花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率,显著提高产量及其构成因素、水氮利用效率;较春灌2水,春灌1水降低了开花-成熟期土壤耗水量及耗水强度,显著提高了花前植株氮素运转对籽粒的贡献率、叶片氮素运转对籽粒的贡献率;显著降低了穗粒数、千粒重,降低产量,但不显著;显著提高水分利用效率4%~8%,提高了宽幅条播条件下氮素利用效率5%;宽幅条播较常规条播显著降低了开花-成熟期土壤耗水量及耗水强度,增加了花前植株氮素运转量、花后植株氮素积累量及其对籽粒的贡献率,显著提高穗粒数、产量、水分利用效率;在不同灌水次数和播种方式条件下,产量与花前茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳氮素运转量,花后氮素积累量关系密切,水、氮效率与茎秆+叶鞘氮素运转量关系更密切;拔节期灌水较拔节水+开花水降低了花后土壤耗水,提高花前氮素向籽粒运转,虽降低了穗粒数和千粒重,但产量下降不明显,提高了水、氮效率,且配套宽幅条播提高产量16%~48%,提高收入39%~76%,提高产投比22%。