基于创新和实践能力培养的教学改革与实践——以“农业环境保护”课程为例

为了响应国务院、农业农村部等对现代农业与环境保护人才培养目标的要求,根据近几年的教学实践,深感环境类专业学生学习农业环境保护知识与技能是十分必要的。在“双一流”建设背景下,通过对高等院校环境类专业特色课程“农业环境保护”的教学进行课程教学改革探索,并且阐述了该课程的性质、重要性和必要性、核心课程内容、课程模块化教学体系的设计与实践等,提出措施,以适应社会对农业环境保护相关专业人才的需求。

江西井冈蜜柚种植区果园土壤肥力现状及区域分布特征

为探究江西井冈蜜柚种植区果园土壤肥力现状及区域分布特征,在江西省井冈蜜柚110个主产果园采集表土层(0~20 cm)、亚表土层(20~40 cm)和底土层(40~60 cm)土壤,运用ArcGIS技术、相关性分析和主成分分析,对土壤pH、有机质及养分含量等12项土壤肥力指标进行系统分析。结果表明:果园表层土壤pH值为4.00~7.38,土壤有机质和碱解氮、有效磷、速效钾、有效锌、交换性镁含量分别为7.85~32.71 g·kg^(-1)和45.50~318.50、1.99~146.11、26.96~306.08、0.36~16.47、15.00~219.63 mg·kg^(-1);有效铜和交换性钙含量分别低于7.91 mg·kg^(-1)和658.88 mg·kg^(-1);果园土壤肥力指标含量随土壤深度增加而降低;总体上,种植区表层土壤pH分布呈中部高四周低的格局,有效磷含量与之相反,有机质含量西部高东部低,微量元素含量南部低北部高。相关性分析表明,表层土壤pH与交换性镁含量呈显著正相关,交换性镁含量与交换性钙、有效锌、全磷、速效钾含量均呈显著正相关。主成分分析表明,土壤交换性钙、交换性镁、碱解氮和有效锌含量是种植区土壤肥力变异的主要控制因素。研究表明,江西井冈蜜柚种植区果园土壤各土层间肥力和区域分布均存在较大差异,改良土壤以及补充养分含量有利于提升土壤肥力。

加拿大一枝黄花高效防治的物理与化学技术筛选

【目的】筛选出对防治加拿大一枝黄花高效且对生态环境影响较小的防治方法。【方法】以入侵至江西省的加拿大一枝黄花为试验材料,选用2个物理处理、8个化学处理防治措施,每个措施4个生物学重复,处理前调查样方中加拿大一枝黄花总株数、株高,处理后通过设定样方考查每个防治处理加拿大一枝黄花的死亡株数、株高、校正株防效和鲜重防效。【结果】物理处理中,刈割+翻耕+碎土处理15~60 d后,进贤、九江两处试验地加拿大一枝黄花再生植株的平均密度(15.33株/m^(2)和21.00株/m^(2))均极显著远小于刈割处理(204.33株/m^(2)和85.33株/m^(2))。化学处理中,30%草甘膦异丙胺盐+75%甲嘧磺隆可湿性粉剂和21%氨氯吡啶酸能够有效防治加拿大一枝黄花。处理60d后,进贤、九江两处试验地加拿大一枝黄花的死亡率达到100%,且没有再生苗;校正株防效均达到100%,地上与地下鲜重防效分别在63%、70%以上;根部的根状茎及营养细根均坏死、萎缩腐烂;处理一年后仍没有加拿大一枝黄花再生,且21%氨氯吡啶酸对环境的毒副作用更小。而其它6组药剂均不能彻底防除加拿大一枝黄花,处理60d后,加拿大一枝黄花的死亡率未能达到100%,且有再生苗冒出;校正株防效未能达到100%,地上与地下鲜重防效分别在50%~85%和10%~76%;根部未死亡且均有新芽冒出。【结论】大面积防治加拿大一枝黄花使用化学药剂21%氨氯吡啶酸,可达到最好的防治效果,且持续时间久,对生态环境负面影响最小;在荒地可采取地面割除+翻耕+碎土的复耕方法,也能够有效地防治加拿大一枝黄花。

干旱对甘蔗生长影响及其响应机制研究进展

干旱是影响甘蔗生长发育以及产量的最主要非生物逆境胁迫之一,随着全球极端气候的发生愈加频繁,甘蔗遭受干旱胁迫的风险越来越大。干旱对甘蔗生长的影响是多方面的,不同器官会产生不同的表现。甘蔗为了抵御干旱胁迫会产生一系列调节机制,包括形态特征和生理生化特性改变。本文总结了干旱胁迫对甘蔗叶片、根系、茎等各器官生长以及不同生育期干旱对甘蔗生长的影响,从渗透调节、抗氧化酶、内源激素、根际微生物和基因表达方面论述了甘蔗对干旱胁迫的响应机制,并对甘蔗响应干旱的系统性机制、不同品种抗旱性差异与提高甘蔗抗旱性研究进行展望,以期为从事甘蔗生产和相关研究的工作者提供理论参考。

减氮配施生物炭基肥对蜜柚土壤理化性质及酶活性的影响

【目的】研究减氮配施生物炭基肥对蜜柚果园土壤理化性质、土壤酶活性的影响,以期为蜜柚果园土壤质量提升提供理论依据。【方法】试验于2020年12月—2021年11月在江西井冈蜜柚科技小院试验基地进行,设不施肥(CK)、优化施肥(OF)、优化施肥+生物炭(BOF)、生物炭基肥替代20%氮肥(BF20%)、生物炭基肥替代40%氮肥(BF40%)、生物炭基肥替代60%氮肥(BF60%)、生物炭基肥替代80%氮肥(BF80%)共7个处理,分析了减氮配施生物炭基肥条件下井冈蜜柚果园土壤理化性质指标及土壤酶活性。【结果】生物炭基肥的施用可以有效降低土壤容积质量,提高土壤孔隙度、含水率及田间持水量,随着生物炭基肥施用量的增加改良效果愈佳;生物炭基肥处理显著提高了土壤pH值,改良了土壤酸碱性,促进了土壤中微量元素有效性的提升,以BF40%处理效果最佳,土壤pH值较OF处理提高了27.22%,土壤交换性钙、交换性镁含量较OF处理分别提高了93.17%、48.81%;生物炭基肥能够显著提高土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、蔗糖酶、过氧化氢酶的活性,整体以BF40%处理的土壤酶活性相对较高;相关性分析表明,土壤容积质量、孔隙度、含水率及田间持水量之间存在显著的相关关系,土壤酶活性与其对应的土壤养分之间有着显著的正相关关系。【结论】生物炭基肥能够有效改善土壤孔隙结构,改良土壤酸性,有效提升土壤养分及酶活性,以BF40%处理效果最佳。

生物炭基肥与紫云英联合还田对红壤区早稻干物质累积和氮素利用特征的影响

【目的】探讨生物炭基肥与紫云英联合还田对提高水稻产量与氮素利用率的影响,为同时实现稻区秸秆循环利用和降低氮肥用量提供参考。【方法】采用盆栽实验,设计不施氮肥(CK0)、施100%氮肥(CK1)、减施20%氮肥后分别施炭基肥(BF)、紫云英(MV)以及两者联合还田(BF+MV)5个处理。分析了早稻地上部干物质累积量、产量构成及氮素吸收利用。【结果】与CK1相比,减施20%氮肥后,紫云英和炭基肥单独或联合还田均可通过增加早稻千粒重和有效穗数而改善其产量构成;炭基肥单独或与紫云英联合还田不仅可有效提高早稻籽粒和地上部干物质量(P>0.05),而且分别显著提高了籽粒中氮素生理利用率11.8%与7.52%(P<0.05);紫云英单独还田分别显著提高籽粒和地上部干物质量11.8%和7.62%,以及地上部氮素累积量10.9%(P<0.05)。另外,由Pearson相关分析表明,减施20%氮肥条件下,紫云英还田与早稻千粒重和籽粒氮素累积量呈显著正相关关系,炭基肥还田与早稻地上部氮素生理利用率和干物质生产效率呈显著或极显著正相关关系。【结论】在确保红壤稻区早稻不减产的前提下,将秸秆炭化生产炭基肥与冬季豆科绿肥联合还田,既有利于提高作物秸秆资源利用率,又降低稻田氮肥用量,并提高氮素利用率,从而为水稻绿色生产开辟新途径和提供理论依据。

翻压紫云英条件下化肥配施生物炭基肥对水稻Cu吸收转运的影响

针对稻田土壤重金属Cu污染问题,在翻压紫云英条件下,探究化肥与生物炭基肥配施对土壤-水稻系统Cu吸收及转运的影响。采用盆栽试验,设置5个施肥处理:对照(CK,不施肥)、常规施氮(CN)、紫云英+氮肥(CNG)、紫云英+有机肥+氮肥(CNGO)、紫云英+生物炭基肥+氮肥(CNGC)。研究了不同施肥处理对早稻五优156生长和重金属Cu吸收特性的影响。结果表明:与CN相比,CNG在无污染和污染土壤中水稻籽粒产量分别提高47.1%和50.1%;与CNG相比,CNGC在无污染和污染土壤中水稻籽粒产量分别提高4.5%和12.8%。单施化肥条件下水稻植株体中Cu的总吸收量最大,且水稻根部Cu含量最高;在污染土壤中,CNG处理下水稻糙米存在一定的重金属污染风险,而在CNGC处理下糙米中Cu含量低于相关食品卫生标准(≤10.0 mg·kg-1)。进一步研究表明,翻压紫云英能提高Cu从根向秸秆的转运能力,而在污染土壤条件下Cu从秸秆向谷壳的转运能力会受到抑制。在污染土壤中CN处理下Cu有效态含量最高,CNGC处理比CN处理土壤Cu有效态含量降低39.4%,比CK处理降低17.6%。研究表明,翻压紫云英条件下化肥配施生物炭基肥可以提高水稻产量,抑制水稻对Cu的吸收和转运,降低水稻籽粒中Cu含量,适宜在重金属Cu污染稻田施用。

原卟啉原氧化酶(PPO)抑制剂对水葫芦的影响和安全性评估

【目的】水葫芦是我国重大外来入侵生物之一,其综合防治研究具有十分重要的意义。期望通过考察不同类型的原卟啉原氧化酶(PPO)抑制剂对水葫芦不同部位的影响,筛选合适的水葫芦抑制剂,并对该类抑制剂进行水体安全性评估,为水葫芦的化学防治提供理论基础和数据支撑。【方法】通过盆栽实验分别考察氟磺胺草醚、乙氧氟草醚、丙炔氟草胺和苯嘧磺草胺对水葫芦鲜质量、分蘖、叶面、叶柄、根长和新根的影响,考察其对水葫芦的综合防效;分别考察这4种抑制剂对四尾栅藻生长速率的影响,根据其应急毒性和半抑制浓度评估对抑制剂进行安全性评估。【结果】首先,草胺类PPO抑制剂丙炔氟草胺和苯嘧磺草胺对水葫芦的鲜质量、分蘖、根长、新根、叶面和叶柄的防效均强于二苯醚类抑制剂氟磺胺草醚和乙氧氟草醚;其次,施加氟磺胺草醚后30 d,水葫芦的枯叶指数和枯柄指数分别只有65.4%和44.0%,反而低于第20天的77.6%和48.9%,表现出一定的返青现象;再次,施加乙氧氟草醚、丙炔氟草胺和苯嘧磺草胺30 d后对水葫芦枯叶和枯柄防效均达到了100%;最后,当抑制剂浓度为3.0 mg/L时,氟磺胺草醚、乙氧氟草醚、丙炔氟草胺和苯嘧磺草胺对四尾栅藻的生长抑制率分别为73.0%、75.7%、27.0%和16.2%。【结果】结果显示,相比二苯醚类PPO抑制剂,草胺类抑制剂对水葫芦的防效更好,毒性更低。

基于根系形态及空间分布的甘蔗磷高效吸收特征分析

【目的】以广西为首的亚热带甘蔗主产区由于受到土壤酸化的影响,耕地土壤有效磷普遍缺乏。探究甘蔗根系形态和分布特征的基因型差异及其与磷效率之间的关系,可为从根系构型方面进行甘蔗磷效率的遗传性状改良提供理论基础。【方法】以1个磷高效基因型ROC22(RO)和2个磷低效基因型Co285(CO)、Phil72-445(PH)为材料,设置低磷和正常磷2个处理。通过水培和土培试验比较不同基因型的生长和磷吸收差异;通过水培试验和根系动态观测探究甘蔗根系形态和根系空间分布与磷高效吸收的关系。【结果】水培试验中RO的相对生物量和相对磷积累量分别比CO高54%和131%,比PH高166%和320%,而在土培试验中分别比CO高97%和50%,比PH高232%和96%。低磷处理下,CO和PH的各项根系参数都有所下降,而RO的比根长、比根表面积、比根体积和比根尖数均极显著增加,分别比正常磷高182%、234%、296%和143%。相比正常磷,低磷条件下CO和PH在浅层(0~25 cm)的根长密度分别有少量的增加或减少,浅层根长密度占比较低(42%~44%),而RO在浅层的根长密度增加较多,且浅层根长密度占比较高(51%)。相关性分析结果显示,低磷条件下影响甘蔗生长和磷吸收的关键指标是比根长和浅层根长密度。【结论】磷高效基因型RO通过促进侧根生长,增加单位根系的数量、表面积和体积;调节根系空间分布,增加浅层土壤的根系密度和占比,进而增加根系与土壤磷的接触范围,从表土中吸收更多磷来应对低磷胁迫。

紫云英翻压条件下生物炭施用量对水稻Cd迁移积累的影响

【目的】稻田重金属污染已成为威胁我国粮食安全的主要问题之一。紫云英是我国南方种植水稻的主要绿肥作物,为研究翻压紫云英条件下,化肥配施生物炭对水稻产量及水稻镉(Cd)吸收、迁移和积累的影响。【方法】采用盆栽试验,在紫云英替代30%氮肥条件下,设置4个生物炭添加水平[CK(0 g/kg),C25(2.5 g/kg),C50(5 g/kg),C100(10 g/kg)],分析不同生物炭施用量对水稻生长及镉迁移积累的影响。【结果】生物炭表面具有多个不规则球状凸起,球状凸起表面有少量残屑附着且生物炭自身含有羟基、羰基和羧基等较多的含氧官能团;生物炭的施加可明显提高水稻各器官干物质量,C50处理水稻根干物质量显著(P<0.05)高于C25和C100处理,分别提高了30.9%和44.4%;其水稻秸秆和籽粒干物质量显著(P<0.05)高于CK和C100两个处理,秸秆干质量分别提高了14.3%和14.1%,籽粒干质量分别提高了52.5%和26.3%;与不添加生物炭相比,施用生物炭能明显提高水稻籽粒产量,在25 g/kg和50 g/kg的生物炭添加量时显著提高,分别提高了52.5%和33.7%;生物炭的施加可降低水稻籽粒中的Cd含量,C25、C50、C1003个处理较对照分别降低了13.2%、14.1%和11.0%;生物炭能抑制Cd在水稻各器官中的转运,所有转运过程的转运系数(TF)均有降低,与对照相比,TF;的降低幅度为5%~11.6%,TF;的降低幅度为1.5%~10.4%,TF;的降低幅度为6.1%~12.1%。【结论】生物炭具有较大的比表面积和多种含氧官能团,能有效钝化土壤重金属;翻压紫云英条件下添加生物炭不仅能提高水稻产量,还能降低水稻籽粒中的Cd含量,抑制Cd向水稻籽粒的转运,该施肥方案对Cd污染土壤的水稻安全生产具有一定参考价值。

紫云英翻压条件下生物炭基肥配施量对水稻Cd迁移累积的影响

为探究翻压紫云英条件下,生物炭基肥配施量对水稻生长发育和水稻各器官Cd迁移积累的影响。通过盆栽试验,设置5个处理:紫云英替代30%的氮肥+70%氮肥(FNG30,对照)、30%紫云英+10%生物炭基肥+60%氮肥(FNG30B10)、30%紫云英+20%生物炭基肥+50%氮肥(FNG30B20)、30%紫云英+30%生物炭基肥+40%氮肥(FNG30B30)、30%紫云英+40%生物炭基肥+30%氮肥(FNG30B40),研究不同生物炭基肥配施量对早稻生长发育和水稻Cd迁移累积的影响。结果表明:与对照相比,生物炭基肥配施处理均能提高水稻籽粒的产量,且水稻籽粒产量随生物炭基肥配施量的增加而提高;生物炭基肥的配施可降低水稻糙米中的Cd含量,与对照相比,生物炭基肥配施后各处理降幅大小为FNG30B30(29.2%)>FNG30B20(20.8%)>FNG30B40(19.6%)>FNG30B10(8.3%);生物炭基肥可抑制Cd从水稻根向地上部位的转运,在30%的生物炭基肥配施处理时抑制效果最为明显,且Cd从谷壳到糙米的转运能力最低。综上,在翻压紫云英条件下,配施生物炭基肥能有效降低水稻Cd污染风险,且30%的生物炭基肥配施量时降低稻田Cd污染风险效果最佳。

甘蔗磷效率的基因型差异及磷转运子Pht1的表达分析

磷是植物生长发育重要的大量营养元素之一。甘蔗主产区酸性红壤磷素营养缺乏,严重影响了甘蔗的生长及产量的提高。本研究利用磷吸收利用效率基因型差异显著的两个甘蔗品种ROC22和Phil72-445为材料,通过苗期营养液培养法进一步评价与验证了ROC22和Phil72-445甘蔗磷效率的基因型差异特征,以及通过同源克隆法克隆甘蔗磷转运子Pht1家族基因并采用荧光定量PCR技术分析其表达模式。结果显示:低磷胁迫下,ROC22具有比Phil72-445显著强势的生物量、植株磷累积量、地上部磷转移系数,表现为磷吸收转运高效基因型;采用同源克隆法得到甘蔗磷转运蛋白Pht1家族的6条成员基因序列(SoPht1;2,SoPht1;3,SoPht1;5,SoPht1;6,SoPht1;11,SoPht1;12),生物信息学分析得知其与高粱、稻、玉蜀黍等的Pht1家族基因序列高度相似;低磷胁迫后期(处理31 d),SoPht1;2,SoPht1;5和SoPht1;6在ROC22和Phil72-445中均有明显的低磷诱导增强表达,且这三个基因在下部成熟叶(正四叶)中的诱导增强表达很可能对ROC22的磷高效起到主要作用。本研究结果为进一步系统深入研究SoPht1基因在甘蔗磷高效中的功能机理提供了依据。